王鏡巖 生物化學(xué) 經(jīng)典課件 8代謝總論1 考研必備 學(xué)生物化學(xué)必備

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1、代謝總論第19章一、新陳代謝的一般規(guī)律一、新陳代謝的一般規(guī)律(一）基本概念 新陳代謝是體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的總稱，體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)通常由酶催化，一系列的連續(xù)反應(yīng)構(gòu)成代謝途徑，代謝途徑的個(gè)別步驟稱作中間代謝，個(gè)別步驟的產(chǎn)物稱作中間產(chǎn)物。新陳代謝的主要作用有： 獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化為自身所需的物質(zhì)，稱作合成代謝； 分解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)提供生命活動(dòng)所需的能量，稱作分解代謝； 合成代謝和分解代謝的調(diào)控步驟通常由不同的酶催化，分解代謝中大量釋放能量的反應(yīng)通常是不可逆的，在合成代謝中，這樣的步驟需要輸入能量來完成。 有時(shí)，合成代謝和分解代謝可以在不同的細(xì)胞器中進(jìn)行。 有些代謝環(huán)節(jié)是合成代謝和分解代謝共同利用的，稱作兩用

2、代謝途徑，如檸檬酸循環(huán)就是兩用代謝途徑。（二）代謝途徑的一覽圖1點(diǎn)1線或1點(diǎn)2線:410個(gè)；1點(diǎn)3線:71個(gè)；1點(diǎn)4線:20個(gè)；1點(diǎn)5線:11個(gè)；1點(diǎn)6線或6線以上:8個(gè)；1點(diǎn)1線在1個(gè)途徑的末端；1點(diǎn)2線在1個(gè)途徑的中間；1點(diǎn)3線參與2個(gè)途徑；其余類推。（三）代謝途徑的類型：（a）多種游離酶構(gòu)成的代謝途徑；（b）多酶復(fù)合體構(gòu)成的代謝途徑；（c）膜結(jié)合酶構(gòu)成的代謝途徑。（四）分解代謝的三個(gè)階段（五）能量代謝在新陳代謝中的重要地位（六）輔酶I和輔酶的的遞能作用（七）FMN和FAD的遞能作用（八）輔酶A在能量代謝中的作用（九）分解代謝和合成代謝的調(diào)控代謝途徑的區(qū)域化細(xì)胞提取液的離心分離二、代謝中常

3、見的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制二、代謝中常見的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制 有機(jī)化學(xué)反應(yīng)常涉及共價(jià)鍵的斷裂。 共價(jià)鍵斷裂時(shí)，若兩個(gè)電子分開，稱作均裂斷裂，產(chǎn)生不穩(wěn)定基團(tuán)，常見于氧化還原反應(yīng)。 若兩個(gè)電子不分開，稱作異裂斷裂，如C-H鍵斷裂，電子對(duì)通常留在碳原子一側(cè)（碳原子的電負(fù)性大于氫原子），形成碳負(fù)離子和氫離子，富電子的碳負(fù)離子為親核基團(tuán)，容易與缺電子的親電基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)。 若有氫負(fù)離子的受體存在，C-H鍵斷裂時(shí)電子有可能留在氫原子一側(cè)形成碳正離子和氫負(fù)離子，缺電子的親電基團(tuán)容易與富電子的碳負(fù)離子(為親核基團(tuán))發(fā)生反應(yīng)。（一）基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)(grouptransferreaction) 在生物化學(xué)反應(yīng)中，通常為親電基團(tuán)從一個(gè)

4、親核體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)親核體常見的轉(zhuǎn)移基團(tuán)有酰基、磷酰基和葡萄糖基等。1.酰基轉(zhuǎn)移2.磷?；D(zhuǎn)移3.葡糖基轉(zhuǎn)移（二）氧化反應(yīng)和還原反應(yīng) (oxidation and reduction) 實(shí)質(zhì)是電子的得失，在生物化學(xué)反應(yīng)中十分普遍，從代謝物轉(zhuǎn)移的電子，通過一系列的傳遞體轉(zhuǎn)移到氧，并伴隨能量的釋放。（三）消除、異構(gòu)化及重排反應(yīng) 消除反應(yīng)伴隨碳-碳雙鍵的生成，可通過協(xié)同機(jī)制、碳正離子機(jī)制或碳負(fù)離子機(jī)制完成，形成順式或反式消除產(chǎn)物。 在生物化學(xué)中，常見的異構(gòu)化反應(yīng)是雙鍵移位。如酮糖-醛糖互變。 重排反應(yīng)伴隨碳-碳鍵的斷裂和重生成，使碳骨架發(fā)生變化。1.消除反應(yīng)消除反應(yīng)的機(jī)制2.異構(gòu)化反應(yīng)1212消除反應(yīng)

5、的立體化學(xué)（四）碳-碳鍵的形成與斷裂反應(yīng) 分解代謝和合成代謝以碳-碳鍵的形成與斷裂為基礎(chǔ)，常見的有： 1.羥醛縮合反應(yīng)和羥醛裂解反應(yīng)，如果糖-1,6-二磷酸裂解為二羥丙酮磷酸和甘油醛-3-磷酸。 2.克萊森酯縮合反應(yīng)如檸檬酸合酶催化的反應(yīng)(在檸檬酸循環(huán)中介紹)。 3.-酮酸的氧化脫羧反應(yīng)如異檸檬酸的氧化脫羧。三、新陳代謝的研究方法 （一）使用酶的抑制劑（一）使用酶的抑制劑 微生物的營(yíng)養(yǎng)缺陷型可以分為若干種亞型,每種亞型由一種酶的缺陷造成,對(duì)比研究可以搞清代謝途徑。如途徑A B C D中B C 的酶缺失,則A和B會(huì)堆積, C D的酶缺失,則A,B和C會(huì)堆積。（二 ）利用遺傳缺欠癥研究代謝途徑（三

6、）同位素示蹤法 用14C標(biāo)記CO2,培養(yǎng)綠藻，提取液進(jìn)行雙向紙層析，放射自顯影，發(fā)現(xiàn)放射性最早出現(xiàn)在3-磷酸甘油酸(PGA)，隨后出現(xiàn)在其他中間物。（四）核磁共振波譜法 磷酸肌酸運(yùn)動(dòng)19分鐘前后ATP和磷酸肌酸的變化情況基本要求 1.掌握分解代謝與合成代謝及與能量代謝的關(guān)系。 （重點(diǎn)） 2.掌握輔酶I、輔酶、FMN、FAD和輔酶A在能量代謝中的作用。（重點(diǎn)） 3.掌握新陳代謝調(diào)節(jié)的一般規(guī)律。（重點(diǎn)） 4.了解代謝中常見的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制。 5.熟悉新陳代謝的研究方法。生物能學(xué) 第20章 一、有關(guān)熱力學(xué)的一些基本概念一、有關(guān)熱力學(xué)的一些基本概念（一）體系的概念、性質(zhì)和狀態(tài) （二）能的兩種形式: 熱與

7、功（三）內(nèi)能和焓的概念（四）熱力學(xué)第一定律 U = Q W, 等壓時(shí): U = dQ PdV（五）化學(xué)能的轉(zhuǎn)化（六）熱力學(xué)第二定律和熵的概念 對(duì)于隔離體系 S = S體系 + S環(huán)境 0（七）自由能的概念 dG = VdP SdT dW ,等溫時(shí): dG = VdP dW , 等溫且等壓時(shí): G = W 即自由能是等溫且等壓條件下，體系做有用功的能力。隔離體系封閉體系開放體系二、化學(xué)反應(yīng)中自由能的變化和意義（一）化學(xué)反應(yīng)的自由能變化公式 G = H TS（二）標(biāo)準(zhǔn)自由能變化和化學(xué)平衡的關(guān)系 對(duì)化學(xué)反應(yīng) aA+bB cC+dD 達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)（三）標(biāo)準(zhǔn)生成自由能及其應(yīng)用 G0= G0f產(chǎn)物 G0

8、f反應(yīng)物（四）偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化的可加性及其意義 偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化是可以相加的, 如:AB+C 的 G0 = +21kj/mol, BD的 G0 = -34kj/mol, 則 A C+D 的 G0 = -13kj/mol, 反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行。（五）化學(xué)反應(yīng)和自由能關(guān)系的進(jìn)一步說明 只有G0的反應(yīng)可以和G0的反應(yīng)，在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，G有可能0。 （3） 熱力學(xué)第二定律只能確定反應(yīng)的方向和限度，不能預(yù)示反應(yīng)過程的速率，許多G0的反應(yīng)，需要提供活化能或使用催化劑才能使反應(yīng)實(shí)際發(fā)生。（六）能量學(xué)用于生物化學(xué)反應(yīng)中的一些規(guī)定 （1）水作為反應(yīng)物或產(chǎn)物時(shí)，水的濃度通常規(guī)定為1（實(shí)際濃度約為

9、55.5mol/L)。 （2）生物體系的pH規(guī)定為7.0，稱作生物體系的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化，用G0表示。如果反應(yīng)體系的pH不等于7.0，就不能使用G0。 （3）標(biāo)準(zhǔn)自由能的單位用 kj/mol 表示。（七）G0、G以及平衡常數(shù)計(jì)算的舉例(教科書P33)三、高能磷三、高能磷酸化合物酸化合物1.磷氧鍵型2.氮磷鍵型3.硫酯鍵型（三）ATP的結(jié)構(gòu)特性 相鄰正電荷的電子排斥作用乙酸酐的多種共振形式ATP水解為 ADP釋放靜電排斥力； ATP和水轉(zhuǎn)化為ADP，無機(jī)磷酸和質(zhì)子使熵增加。黃色表示可以解離的氫（四）細(xì)胞內(nèi)影響ATP自由能釋放的因素 ATP和ADP均由多種解離形式，并且可以同金屬離子相互作用，這些引均可影響自由能的釋放。ATP水解釋放自由能與pH的關(guān)系A(chǔ)TP水解釋放自由能與Mg2+的關(guān)系(pH 7.0,38oC)ATP水解釋放自由能與其濃度的關(guān)系(pH 7.0, 38oC)（五）ATP在能量轉(zhuǎn)運(yùn)中的地位和作用（六）磷酸肌酸和磷酸精氨酸及其他貯能物質(zhì) 由PEP生成丙酮酸釋放大量自由能