第17、18章 代谢总论及生物能
代谢总论
磷氮型 高能化合物
硫酯键化合物 非磷酸化合物 甲硫键化合物
2.高能磷酸化合物
（1）ATP （2）磷酸肌酸、磷酸精氨酸
（1）ATP
ADP＋Pi
ATP
ATP、ADP和Pi在细胞内处于动态平衡状态，ATP、ADP循环
速率非常快。
瞬时自由能供体，不是能量存储形式。
13
ATP的特殊作用
ATP末端磷酸基团水解可以释放能量，通过酶和其它生
6
三、生物能及高能化合物
（一）生物能
概念：是一种能够被生物细胞直接利用的特殊能量形式。 化学本质：是存储于ATP分子焦磷酸键中的化学能。
（二）高能化合物
一般将水解时能够释放 20.9 kJ /mol（5千卡/mol)以上 自由能的化合物称为高能化合物。 高能键：在分子中用“~”表示
7
1. 常见的高能键及高能化合物
二、新陈代谢的特点与调节
4
1.新陈代谢的特点
步骤繁多、彼此协调，逐步进行，有严格顺序 性； 各代谢途径相互交接 ，形成物质与能量的网络 化交流系统。 精密的调控机制保证机体最经济地利用物质和 能量。 各代谢途径之间存在许多重复出现的基元 在温和条件下进行(由酶催化)；
5
2. 新陈代谢的调节
分子水平（反应物、产物） 细胞水平（反应的定位,代谢途径分隔控制） 整体水平（激素和神经调节，合理分工安排） 基因表达的调控
14
“共同中间体作用”，传递能量
16
ATP的利用
17
(2)磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用
O HN～P－O-
O
HN～P－OOC＝NH NH (CH2)3 + HC－NH3 COO18
OC＝NH
第八章代谢总论与生物能学
ΔG0 = -30.5kJ/mol
求③ Glc + ATP → Glc-6-p + ADP 的标准自由能变化？
解：反应3为反应1与2之和，其标准自由能变化是反
应1与2之和： 13.8kJ/mol + （-30.5kJ/mol）
3高能化合物
随水解或基团转移反应可放出大量自由能（20.92kJ以上） 的化合物。
▶
THANK YOU!
代谢途径（metabolic pathway）
➢体内的化学反应通常由酶催化，一系列的连 续的有严格顺序的反应构成代谢途径。 ➢代谢途径的个别步骤称作中间代谢，个别步 骤的产物称作中间产物。
代谢途径的一览图
1点1线在1个途径的末端; 1点2线在1个途径的中间; 1点3线参与2个途径； 其余类推。
代谢途径的区域化
代谢途径的区域化
如：糖酵解在细胞质中进行，三羧酸循环在线粒 体基质中进行，氧化磷酸化在线粒体内膜进行。
2）新陈代谢的特点
➢代谢反应是在温和的条件下进行的，由不同的酶催化。 ➢代谢过程由一系列的连续的化学反应构成，却有严格顺 序。 ➢生物体内的代谢反应有灵活的自我调控步骤。 ➢生物的代谢体系是长期进化中逐步形成，逐步完善的。
～P
6-磷酸葡萄糖
3-磷酸甘油
ATP水解标准自由能变为-30.5kJ/mol，但实际的自由能 变化在不同的细胞有不同值。
不同细胞中[ADP][Pi]/[ATP]值不同。 细胞所处的能量状态用能荷（energy charge）来表示
能荷=（[ATP]+1/2[ADP]）/（ [ATP]+[ADP]+[AMP]）
大学课程生物化学第18章 生物能学课件
根据体系与环境的关系，可将体 系分为三种类型：
1. 封闭体系（Closed system）：只有能量传递 无物质传递
2. 隔离体系（isolated system）: 体系和环境既 无能量传递也无物质传递
3. 开放体系（Open system）：体系和环境进 行物质和能量的交换。
生物体和环境不断进行物质和能量的交换，属 于开放体系
ΔG=ΔH-TΔS ΔG代表体系的自由能的变化，ΔH代表体系的热焓变化，
它代表体系质点散乱无序的程度。一个体系的 质点当变得更混乱时，熵值增加。
热力学第二定律表面，能自发进行的过程，熵增 过程。 ∆S总= ∆S体系+ ∆S环境>0
The Second Law of Thermodynamics
According to the second law of thermodynamics
Catabolic reaction
Anabolic reaction
一、有关热力学的一些基本概念
•体系、环境、状态 体系(system): 指在研究中所涉及的物质的总称 环境(surrouding): 与体系直接相互作用的外界 除体系之外的物质的总称 体系和环境之间可以进行交换能量，遵循热力学定律
An example of energy conversion
Chemical energy
the chemical (potential) energy in food will be converted to the kinetic energy of the cheetah’s movement
Energy can be converted
From one form to another
第十八章-代谢总论
分解代谢、合成代谢和不定向代谢
细胞内的代谢途径和代谢网络
ห้องสมุดไป่ตู้
分解代谢和合成代谢
代谢途径的三种组织方式
代谢的基本特征
① 反应条件温和 ② 高度调控 ③ 每一个代谢途径都是不可逆的，至少存在1个限速
步骤 ④ 一条代谢途径上的酶以特定的方式组织在一起 ⑤ 各种生物在基本的代谢途径上是高度保守的 ⑥ 代谢途径在细胞内特别在真核细胞是高度分室化的 ⑦ 不同的生物使用不同的途径获取能量和碳源
确定一条代谢途径之中的底物、中间 代谢物和终产物的结构、名称和反应 的类型。
确定一个酶促反应的调节机制。
代谢组和代谢组学
代谢组和代谢组学是随着基因组学和蛋白质组学 的发展而产生的两个与代谢有关的新名词。
代谢组也叫做小分子清单，是指反映细胞状态的 各种小分子的样式，包括所有代谢过程的总和以 及相关的细胞过程。它是基因组和蛋白质组表达 对细胞环境的反应。如果基因组代表可能是什么， 那么，蛋白质组代表的是表达的是什么，而代谢 组表示的则是细胞或组织的当前状况是什么。
代谢组学就是研究单个细胞或组织内所有小分子 成分及其波动规律的一门学科。
基因组、蛋白质组和代谢组之间的关系
代谢途径中酶的三种组织方式
底物通道运输
在某些多酶复合体和多功能酶的各个活性中心之间， 存在一种专门的通道，以便让前一个酶反应产生的中 间代谢物直接转移到下一个酶的活性中心并被利用， 这种运输反应中间物的过程称为底物通道运输。
底物通道运输有许多好处，主要包括：（1）减少反应 中间物的运输时间；（2）由于中间物没有离开酶而释 放到溶液中，因此可防止反应中间物因扩散作用造成 的损失；（3）使不稳定的中间物接触不到溶剂；（4） 隔离对细胞有毒性的反应中间物；（5）克服不利的反 应平衡；（6）阻止反应中间物流入到其他竞争性代谢 途径；（7）防止过量的反应中间物的堆积；（8）有 利于协调对整条代谢途径的调节
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代谢生物能
代谢生物能一、概述代谢是生物体内所有化学反应的总和，是维持生命活动所必需的物质与能量的转换过程。
代谢是生物体与外界环境的物质与能量交互的基础，也是维持生命的基本能动过程。
代谢可以分为两大类型：合成代谢和分解代谢。
合成代谢主要是将小分子合成成大分子，比如碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸；分解代谢是将大分子分解成小分子，产生能量和废物。
代谢的主要功能包括能量转化、物质转化和维持生命。
二、代谢过程代谢过程通常是由酶参与的化学反应构成的。
酶是一类特殊的蛋白质，能够促进生物体内的化学反应，而不参与化学反应本身的过程。
代谢过程主要包括两大类反应：合成反应和分解反应。
合成反应是利用已有的物质合成新的物质，如葡萄糖和氧气合成二氧化碳和水，这是糖的分解过程；分解反应是将复杂的有机物分解成较简单的有机物，释放出能量，如糖和氧气分解生成二氧化碳和水，这是燃烧过程。
代谢过程是通过酶的作用来调节的，而酶的活性受到许多因素的影响，如温度、pH值、底物和产物浓度等。
代谢过程是一个高度有序的系统，各种代谢反应之间相互协调，形成一个相互联系、相互依赖的网络。
三、代谢途径代谢途径是生物体内代谢过程的路径，根据物质的转换方式和途中产物的差别，代谢途径可以分为有氧代谢和无氧代谢。
有氧代谢是在氧气存在的情况下进行的代谢过程，主要包括三大途径：糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化。
糖酵解是将葡萄糖分解成丙酮酸，产生ATP（三磷酸腺苷）和NADH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸），这是细胞内能量的主要来源；三羧酸循环是将有机物氧化成二氧化碳和水，产生ATP和NADH；氧化磷酸化是通过线粒体内的氧化酶将NADH和FADH2（还原型辅酶II）转化成ATP，产生水和二氧化碳。
无氧代谢是在缺氧条件下进行的代谢过程，主要包括乳酸发酵和酒精发酵两大途径。
乳酸发酵是将葡萄糖分解成乳酸，产生ATP；酒精发酵是将葡萄糖分解成乙醇和二氧化碳，也产生ATP。
无氧代谢与有氧代谢相比，能产生的ATP数量较少，同时还产生大量的废物，对生物体的有害物质堆积会产生危害。
生物代谢总论
O2-
H2O
2H+
需氧细胞内糖、脂肪、氨基酸等通过各自的分解途径所 形成的还原性辅酶，包括NADH和FADH2通过电子传递 途径被重新氧化。即还原型辅酶上的氢原子以质子的形 式脱下，其电子沿一系列按一定顺序排列的电子传递体 转移，最后转移给分子氧并生成水，这个电子传递体系 称为电子传递链。由于消耗氧，故也叫呼吸链。 电子传递链在原核生物存在于质膜上，在真核细胞存 在于线粒体内膜上。
新陈代谢的研究方法
研究方法 同位素示踪法： 酶的抑制剂和拮抗物的应用：
代谢物阻断
整体水平的研究 器官水平的研究 细胞、亚细胞水平的研究
阅 读 内 容
------公认八大食物加速新陈代谢
燕麦 含极丰富的亚油酸和丰富的皂甙素，可降低血清 胆固醇、甘油三酯。 玉米 含丰富的钙、硒、卵磷脂、维生素E等，具有降 低血清胆固醇的作用。 海带 含丰富的牛磺酸，可降低血及胆汁中的胆固醇； 食物纤维褐藻酸，可以抑制胆固醇的吸收。
传递电子机理：Fe3+
-e
Fe2+
铁硫蛋白的结构及递电子机理
1Fe 0S24Cys 4Fe 4S24Cys 2Fe 2S24Cys
S Fe
传递电子机理：Fe3+
+e
-e
Fe2+
COQ
特点：带有聚异戊二烯侧链的苯醌，脂
溶性，位于膜双脂层中，能在膜脂中自由 泳动。
+2H
传递氢机理：CoQ
－2H
CoQH2
5.2 生物氧化
生物氧化的特点
生物氧化中二氧化碳的生成
生物氧化中水的生成
生物氧化中ATP的生成
高能化合物
5.2.1 生物氧化的特点 概念：有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在 生物细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O并
18章 生物能学1
基本要求
1. 熟悉有关热力学的一些基本概念。 2. 熟悉化学反应中自由能的变化和意义。 3. 掌握高能磷酸化合物。（重点）
一、有关热力学的一些基本 概念
（一）体系的概念、性质和状态 体系指在研究中所涉及的 全部物质的总称。 环境指规定体系以外的物 质总称。 体系分为三种类型
开放体系 封闭体系 隔离体系
核苷单磷酸激酶
NDP + ADP NTP + ADP
核苷二磷酸激酶
四、生物体内的高能化合物
根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们 分成以下几种类型。
1、磷氧键型（—O~P)
(1) 酰基磷酸化合物
O CH3 C O
O P O O
-
O C O CH2
O P
O
-
O CH OH O O O
-
P O
乙酰磷酸 -43.1kJ/mol
只有ΔG<0的反应才能自发进行。但要注意： （1） ΔG>0的反应可以和ΔG<0的反应偶联，使 反应能够实际发生。 （2） 有些ΔG0>0的反应，在非标准状态下，ΔG 有可能<0。 （3） 热力学第二定律只能确定反应的方向和限 度，不能预示反应过程的速率，许多ΔG<0的反应， 需要提供活化能或使用催化剂才能使反应实际发生。
（五）能量学用于生物化学反应中的一些规定
（1）水作为反应物或产物时，水的浓度通常规定 为1（实际浓度约为55.5mol/L)。 （2）生物体系的pH规定为7.0，称作生物体系的标 准自由能变化，用ΔG0′表示。如果反应体系的pH不 等于7.0，就不能使用ΔG0′ 。 （3）标准自由能的单位用 kJ/mol 表示。
磷酸肌酸（C～P）是肌肉和脑组织中能量的贮存形式。但磷酸 肌酸中的高能磷酸键不能被直接利用，而必须先将其高能 磷酸键转移给ATP，才能供生理活动之需。这一反应过程 由肌酸磷酸激酶（CPK）催化完成。
生物化学考研大纲食品学院
《生物化学》考研大纲（食品学院）总体要求：要求主要掌握基础性和系统性的生物化学知识。
重点掌握(1）氨基酸和蛋白质(酶)、核苷酸和核酸、糖类、脂类等生物分子的种类、结构、物理和化学性质以及生物功能等内容；（２）生物分子的新陈代谢途径、调控、生物学意义及其相互关系;（３）分子生物学的基本内容,如复制和修复,生物合成和加工，蛋白质的生物合成等,了解细胞代谢与基因表达调控、基因工程及蛋白质工程。
第1章生物分子导论了解：生命物质的化学组成,生物分子的三维结构，生物结构中的非共价力第2章蛋白质的构件——氨基酸了解：基本氨基酸的结构、分类、蛋白质的水解掌握:α-氨基酸的一般结构、常见的蛋白质氨基酸、氨基酸的等电点、氨基酸的光谱性质、氨基酸的解离和氨基酸的重要化学性质第3章蛋白质的通性、纯化和表征了解：蛋白质的酸碱性质、沉淀原理、分离纯化的基本原则掌握:相对分子质量的测定方法和蛋白质的分离纯化方法第4章蛋白质的共价结构了解：蛋白质分类、化学组成、形状、功能掌握：蛋白质一级结构的测定、肽的物理和化学性质、肽和肽键的结构、蛋白质的氨基酸序列和生物学功能第5章蛋白质的三维结构了解:蛋白质的三维结构概念、特点掌握：维持蛋白质的三维结构的作用力类型、超二级结构和结构域第6章蛋白质的功能与进化了解：XX类蛋白结构与功能的关系第7章糖类和糖生物学了解:糖类的种类、结构、性质与功能掌握：糖类的生物学作用、命名与分类、糖肽连键的类型第8章脂质与生物膜了解：脂类种类、基本结构、性质与功能;生物膜的组成掌握:脂肪酸的种类、天然脂肪酸的结构特点、甘油磷脂的结构、胆固醇、脂蛋白；生物膜的流动镶嵌模型；生物膜物质运输的基本类型、运输方式的特点第９章酶引论了解:酶催化作用的特点、酶的命名和分类、酶分子工程掌握：酶的化学本质、酶的专一性、酶的活力测定, 核酶第10章酶动力学了解:化学动力学基础掌握：影响酶促反应速度的因素及其特征第１1章酶作用机制和酶活性调节了解：影响酶促化效率的有关因素、同工酶的概念掌握：酶的活性部位、酶催化反应机制第12章维生素与辅酶了解：维生素的分类、维生素参与XX的XX种辅因子、作为辅酶的金属离子掌握:常见XX种辅因子的作用机制第13章核酸通论了解：核酸的种类、分布和功能掌握:核酸的生物学功能第14章核酸的结构了解：核苷酸的结构掌握：核酸的共价结构、高级结构基本特点第1５章核酸的物理化学性质和研究方法了解：核酸的水解,核酸的凝胶电泳与蛋白质电泳的区别、核酸的核苷酸序列测定和化学合成，核酸微阵技术掌握：核酸的酸碱性质、核酸的紫外吸收、核酸的变性、复性和杂交；核酸的分离、提纯和定量测定的基本方法第16章激素不要求第17章新陈代谢总论了解:新陈代谢的基本轮廓。
新陈代谢与生物能学
ATP的特点 的特点 环境中， 在pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基 环境中 分子中的三个磷酸基 团完全解离成带4个负电荷的离子形式 个负电荷的离子形式（ 团完全解离成带 个负电荷的离子形式（ATP4），具有较大势能 加之水解产物稳定， 具有较大势能， ），具有较大势能，加之水解产物稳定，因而水 解自由能很大（∆G°′=-30.5千焦 摩尔）。 解自由能很大（ ° 千焦/摩尔）。 千焦 摩尔
(四) 高能化合物与ATP
• 生化反应中，在水解时或基团转移反应中可 生化反应中， 释放出大量自由能（ 千焦/摩尔 释放出大量自由能（>21千焦 摩尔）的化合 千焦 摩尔） 物称为高能化合物。 物称为高能化合物。 • 高能化合物的类型 • ATP的特点及其特殊作用 的特点及其特殊作用
高能化合物的类型
自由能（free energy）
• G=H-TS • ∆Ｇ=∆H-T∆S Ｇ • 自由能的变化能预示某一过程能否自发 进行， 进行，即： • ∆G<0，反应能自发进行 ， • ∆G>0，反应不能自发进行 ， • ∆G=0，反应处于平衡状态。 ，反应处于平衡状态。
化学反应自由能的变化和平衡常数的关系 假设有一个化学反应式： 假设有一个化学反应式：aA + bB = cC + dD 恒温恒压下： 恒温恒压下：∆G′=∆G°′+ RTlnQc ° 式中：∆G°′= - RTlnK 式中： °
分解代谢与合成代谢
生物小分子合成大分子 • •
合成代谢
需要能量
物 质 代 谢
•
代谢
• • •
能量代谢
能量
分解代谢
生物大分子分解成小分子
（二）新陈代谢的研究方法
1.研究材料：
代谢总论生物能学
（2）细胞内影响ATP自由能释放的因素
• 细胞的内环境pH在7.0左右，此时ATP、ADP的全部
磷酸基团都处于解离状态，而成为多电荷负离子形式， 即ATP4-和ADP3-。它们与细胞内大量存在的Mg2+结 合。
ATP水解释放的自由能许多因素的影响。 pH值升高时，ATP释放的自由能增加（看教材表20-4）。 Mg2+等二价阳离子存在时，也使ATP释放的自由能增加。
④在DNA、RNA、蛋白质等的生物合成中，以特殊的方式起递能 作用。
ATP的生成与分解处于动态平衡中。 能够提供能量的核苷酸分子，除了ATP以外，还有GTP、UTP、
新成代谢是物质代谢与能量代谢的统一
生物 体的 新陈 代谢
合成代谢 生物小分子合成生物大分子
（同化作用）
需要能量
分解代谢 释放能量
能量代谢
新陈代谢的功能：
①从周围环境中获得营养物质；②将外界摄入到体内的营养 物质转变为自身所需要的结构元件，即大分子的组成前体； ③将结构元件装配成自身的大分子；④形成或分解生物体特 殊功能所需的生物分子；⑤提供生命活动所需的一切能量。
一、分解代谢与合成代谢 从物质代谢来说，新陈代谢包括分解代谢和合成代谢。
五、辅酶A在能量代谢中的作用
辅酶A（可写为CoA或CoA -SH），分子中含有腺嘌呤、 D-核糖、磷酸、焦磷酸、泛酸和巯基乙胺。活泼基团是 巯基乙胺的-SH。它在酶促转乙酰基反应中，起着接受或 提供乙酰基的作用。乙酰- CoA常用CH3-CO-S CoA表示， 或写作乙酰- S –CoA。乙酰基与CoA结合是通过一个硫 酯键，这个硫酯键水解是可放出大量自由能。 乙酰- CoA ATP 31.38kJ/mol(7.5kcal/mol) 30.54kJ/mol(7.3kcal/mol)
代谢总论
二.物质代谢和能量代谢
生物机体通过分解代谢将营养物质分解为小 分子物质，通过合成代谢将小分子物质合成 自身的大分子以及自身所需的其他生物分子。 这两种代谢途径所包括的物质转化，都属于 物质代谢。 物质代谢为基础，与物质代谢过程相伴随发 生的，是蕴藏在化学物质中的能量转化，统 称为能量代谢(energetic metabolism)
要求掌握内容
一.名词解释 新陈代谢 物质代谢与能量代谢 分解代 谢与合成代谢 二.问答题 1.新陈代谢的特点 2.代谢具体研究对象（能举几个例子） 3.代谢研究方法（要求举例说明）
三 物质-能量转换 辅酶辅酶Ⅰ,Ⅱ的递能作用
1.分解 2.还原型辅酶产生 3.ATP产生 辅酶Ⅰ,Ⅱ,FMN,FAD的递能作用 （作业）
p2 发酵
四
代谢动态与调节
代谢的调节可为三个不同水平：分子水平、 细胞水平和整体水平。
分子水平的调节包括反应物和产物的调节(主 要是浓度的调节和酶的调节)。酶的调节是最 基本的代谢调节； 细胞的特殊结构与酶结合在一起，使酶的作 用具有严格的定位条理性，从而使代谢途径 得到分隔控制。 多细胞生物还受到在整体水平上的调节。这 主要包括激素的调节和神经的调节。
红色面包霉
大肠杆菌
（野生型，营养缺陷型突变体）
6 整体、组织切片、组织匀浆和提取液 三羧酸循环 氧化磷酸化 生物氧化 脂肪酸氧化
七
代谢研究的意义
1.代谢研究在病理和医药研究中的意义 (糖尿病，脂肪肝） 2.代谢研究在基因工程研究的地位 （转基因牛，转基因羊，转基因蕃 茄，转基因水稻，转基因烟草）
代谢的控制论
决定代谢方向的是代谢过程中一些不可逆的步 骤，它们不仅决定着物质流动速率，而且还决 定着流动方向 酶量的调节：酶合成与降解(反馈抑制）
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整体水平（激素和神经调节，合理分工安排）
基因表达的调控
9
三、新陈代谢中常见的有机反应机制
1. 基团转移反应 2. 氧化反应和还原反应 3. 消除、异构化及重排反应 4. 碳-碳键的形成与断裂反应 P290
10
代谢中常见的有机反应机制
基团转移反应 亲电子基团从一个亲核体转移到另一处亲核体上， 如酰基、磷酸基、葡糖基的转移等。
O
HN～P－OOC＝NH NH (CH2)3 + HC－NH3 COO28
OC＝NH
磷酸肌酸 N－CH3 CH2－COO-
磷酸精氨酸
(2)磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用
磷酸肌酸素有ATP缓冲剂之称 人体肌肉中磷酸肌酸的含量以及再生合成的速度是运动员素质的 物质基础
29
五、新陈代谢的研究方法
一、使用酶的抑制剂
1.新陈代谢的特点
步骤繁多、彼此协调，逐步进行，有严格顺序 性； 各代谢途径相互交接 ，形成物质与能量的网络 化交流系统。 精密的调控机制保证机体最经济地利用物质和 能量。 各代谢途径之间存在许多重复出现的基元 在温和条件下进行(由酶催化)；
8
2. 新陈代谢的调节
分子水平（反应物、产物）
细胞水平（反应的定位,代谢途径分隔控制）
复习：
激素的作用机制
1
第17、18章 代谢总论及生物能
一、新陈代谢
二、新陈代谢的特点和调节
三、新陈代谢中常见的有机反应机制
四、生物能及高能化合物
五、新陈代谢的研究方法
2
一、新陈代谢(代谢 Metabolism )
（一）概念、本质和功能 新陈代谢:营养物质在生物体内所经历的一切化学变化总称为 新陈代谢。 实质： 错综复杂的化学反应相互配合，彼此协调，对周围转环境 高度适应而成的一个有规律的总过程。 代谢的功能： 从环境中获得营养 转变为自身需要的结构元件 装配成自身的大分子 形成或分解生物特殊功能所需的生物分子 提供生命所需的一切能量。 3
33
思考题
新陈代谢的特点? 高能化合物、高能磷酸化合物 ATP在能量转运中的地位和作用？磷酸肌 酸的作用？
34
能量 代谢
物质代谢
分解代谢 （异化作用）
生物大分子分解为 生物小分子
同一种物质，分解代谢和合成代谢选择不同的途径，使代谢增加了灵活 性和应变能力。 同一种物质的两种过程并非都是在细胞的相同部位进行。 两用代谢途径
二、新陈代谢的特点与调节
6
A metabolic map,
By D.E. Nicholson, University of Leeds, U.K. 7
13
代谢中常见的有机反应机制
多数生物氧化中，化合物失 去2个质子和2个电子，这些 反应统称为脱氢反应，对应
的酶称为脱氢酶。
14
代谢中常见的有机反应机制
消除、异构化和重排反应
1. 消除反应如C=C的形成；
2. 异构化反应如醛糖与酮糖的异构反应；
3. 分子重排反应如L-甲基丙二酰单酰辅酶A经甲基丙二
细胞需能活动的自由能供体库。几乎所有的生物需能 反应都由ATP释放能量”，是能
量的中转站或偶联者。
能量代谢实质：ATP的形成与裂解。
24
“共同中间体作用”，传递能量
26
ATP的利用
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(2)磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用
O HN～P－O-
酰单酰辅酶A变位酶作用变成琥珀酰辅酶A。
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代谢中常见的有机反应机制
碳-碳键的形成或断裂反应 这类反应主要有羟醛缩合反应（糖代谢中）、克莱
森酯缩合反应（合成柠檬酸反应）、-酮酸的氧化脱
羧（异柠檬酸脱氢酶催化的脱羧）反应。
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四、生物能及高能化合物
（一）生物能
概念：是一种能够被生物细胞直接利用的特殊能量形式。 化学本质：是存储于ATP分子焦磷酸键中的化学能。
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二、同位素示踪法
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三、利用基因突变研究代谢
通过研究与某个不正常的酶有关系的基因的突变 也可以提供有价值的信息，某些突变是致死的，不能 传给下一代，而有些突变是后代容忍的。对这些突变 的生物体的研究有助于鉴别出代谢途径中的酶和中间 代谢物。
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四、NMR法(Nuclear Magnetic Resonance：核磁共振）
酰基化合物-X
四面体中间产物
酰基化合物-Y
胰蛋白酶水解肽键就是一个典型例子
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代谢中常见的有机反应机制
磷酰基转移反应在代谢中具有特殊意义：活化代 谢中间物
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代谢中常见的有机反应机制
氧化-还原反应 即电子的得失反应，在代谢中非常多，如NAD+形成 NADH，FAD形成FADH2。
电子受体
电子供体
（1）ATP
ADP＋Pi
ATP
ATP、ADP和Pi在细胞内处于动态平衡状态，ATP、ADP循环
速率非常快。
瞬时自由能供体，不是能量存储形式。
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ATP的特殊作用
ATP末端磷酸基团水解可以释放能量，通过酶和其它生
物化学反应相偶联，使多数不能自发进行的反应得以
顺利进行。
ATP与其它高能磷酸酯类化合物的相互转换补充，成为
（二）高能化合物
一般将水解时能够释放 20.9 kJ /mol（5千卡/mol)以上 自由能的化合物称为高能化合物。 高能键：在分子中用“~”表示
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1. 常见的高能键及高能化合物
磷酸化合物 磷氧型
磷氮型 高能化合物
硫酯键化合物 非磷酸化合物 甲硫键化合物
2.高能磷酸化合物
（1）ATP （2）磷酸肌酸、磷酸精氨酸
区别几个概念：
新陈代谢 营养物质在生物体内所经历的一切化学变化总称为新陈
代谢
代谢中间产物 代谢过程中连续转变的酶促产物 中间代谢 新陈代谢途径中的个别环节、个别步骤
主要代谢途径
代谢网络中一些具有共同规律的途径
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（二）分类
合成代谢
（同化作用） 新陈代谢 释放能量 生物小分子合成为生 物大分子 需要能量