19生化

新陈代谢的功能
• 从周围环境中获得营养物质； • 将外界引入的营养物质转变为自身需要的 结构元件； • 将结构元件装配成自身的大分子； • 形成或分解生物体特殊功能所需的生物分 子； • 提供生命活动所需的一切能量。
酶的三种组织方式
分散存在 多酶复合体 与膜结合的多酶复合物
代谢的基本概念
• 代谢途径——导致某一种物质合成或者 分解的一系列反应。 线状、环状或分支状。 • 代谢物——在一条代谢途径之中，前一 个酶的产物刚好作为后一个酶的底物， 很难孤立地把它们归为底物还是产物， 一般就称其为代谢物或代谢中间物。 • 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
代谢的三种途径
•基础代谢——维持生命最基本活动所必需 的能量需要。人体处于极端安静，进食后 12-14小时，室温18-20℃,静卧不动，保持清 醒，维持各器官、组织活动所需的能量，以 及散失的热量总和。 基础代谢所需能量：每小时耗氧量乘以 氧的卡价（每升氧相当于多少卡的能量，平 均为4.825千卡/升)。
自养生物和异养生物
分类 光能自 养生物 化能自 养生物 光能异 养生物 化能异 养生物 C源 CO2 CO2 能源 光 氧化还原反应 电子供体 HO2, H2S, S 或其它无机物 无机化合物如 H2, H2S, NH4+ Fe2+ 有机物 （葡萄糖） 有机物 （葡萄糖） 实例 绿色植物、藻类、 蓝细菌、光合细菌 固氮菌、氢细菌、 硫细菌和铁细菌 非硫紫细菌 动物、大多数 微生物
分解代谢和合成代谢
Degradation: biomolecules – building blocks – common intermediates final products
• 物质代谢和能量代谢
新陈代谢又可分为物质代谢、能量代谢和信息代 谢，三者紧密相联。 1.物质代谢：指糖类、脂类、蛋白质、核酸等的合成 和分解代谢。 2.能量代谢：伴随物质代谢产生的机械能、化学能、 热能以及光、电能的相互转化。 分解代谢释放的能量转变为两种形式能量载体： （1）ATP——含有高的磷酸基团转移势能。 （2）NADPH——携带还原力。 二者作为蓄能代谢的能量供应形式。
• 分解代谢（catabolism）
也称异化作用，指细胞从环境中摄取的或者是它 本身的各种复杂的大分子降解为简单分子的过程，有 化学能的释放。简单的说是生物大分子分解为生物小 分子，并释放能量。如糖、脂肪、蛋白质降解为乳 酸、乙酸、氨、CO2、脲等的过程。
• 合成代谢（anabolism）
也称同化作用，指从简单的前体（生物小分子） 合成细胞的组成成分如核酸、糖类、脂类、蛋白质等 大分子的过程，需要吸收能量。
第十九章 代谢总论
Hale Waihona Puke 代谢是生命最基本的 特征之一，它是指生 物体内发生的所有化 学反应的总称，包括 物质代谢和能量代谢 两个方面的内容。
新陈代谢的基本概念
新陈代谢是生物体最基本的特征之一，泛指生物 与周围环境进行物质和能量交换的过程。它包括两方 面：一方面生物体不断地从周围环境摄取营养物质如 O2、H2O和其他有机物等加以转变、吸收和利用，使 体内的各种结构能够生长、发育、修补和繁殖；另一 方面把体内的能源物质经生物氧化分解，释放能量， 供生命活动需要，包括执行肌肉活动、分泌、排泄等 功能，同时产生CO2、 H2O 和其他不能在利用的物 质排出至环境。
• 体内各代谢途径本身及相互之间的调控。 • 机体对外界环境的适应调节。
代谢调控一般可归纳为三个途径：
（1）神经系统调节； （2）激素调节； （3）细胞内酶的调控。 • 激素调控机制。
• 酶的调节包括酶活力和酶量的调节。
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。
使用代谢抑制剂确定代谢途径
代谢中的能量考虑
• • • • •
细胞需要持续不断的能量供应 NADH, NADPH和 ATP ATP – 通用的能量货币 NADPH – 生物还原剂 葡萄糖 --> NADH --> ATP 葡萄糖 --> NADPH -->生物合成
细胞代谢是一个经济的、精密的调节过程
存在重要差别；
• ATP是代谢反应中能量转移的重要载体； • NADPH以还原力形势携带能量； • 各种代谢途径定位于细胞不同区域。
代谢研究的方法
• 同位素示踪：经常使用的同位素有放 射性同位素和稳定同位素两类，前者 包括14C、32P、35S和3H等，后者有18O 和14N等。 • 代谢抑制剂的使用 • 代谢遗传缺陷型突变体的使用 • 基因操作和生物信息学
The energy supply and demand in Heterotrophs: the ATP-ADP cycle
代谢的基本特征
• • • • • • 反应条件温和 高度调控 每一个代谢途径都是不可逆的 一个代谢途径至少存在1个限速步骤 各种生物在基本的代谢途径上是高度保守的 代谢途径在细胞内特别在真核细胞是高度分室 化的 • 不同的生物使用不同的途径获取能量和碳源
有机化合物
光
有机化合物 氧化还原反应
代谢研究的主要内容
• 确定参与每一个代谢反应的酶与辅酶的结 构与功能，这需要对有关的酶进行分离、 纯化和定性的研究。 • 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。
新陈代谢的普遍原理
• 代谢途径是由一系列的酶促反应驱动； • 代谢的总轮廓特征为：分解代谢汇聚到少数几个终 产物，各成代谢分叉产生许多产物； • 分解代谢与相应的合成代谢途径通常是不重合的，
代谢途径的分室化
代谢途径 三羧酸循环、氧化磷酸化，脂肪酸氧化，氨基酸分解 糖酵解、脂肪酸合成、磷酸戊糖途径、 DNA复制、转录、转录后加工 膜蛋白和分泌蛋白的合成 脂和胆固醇的合成 翻译后加工（糖基化） 尿素循环 发生区域 线粒体 细胞液 细胞核、线粒体、叶绿体 粗面内质网 光面内质网 高尔基体 肝细胞线粒体和细胞液