第四章 新陈代谢

氧化磷酸化要点
1. 电子传递链，电子能量转变为质子跨膜运动。 电子传递链，电子能量转变为质子跨膜运动。 2. 质子跨膜运动，产生电位差。 质子跨膜运动，产生电位差。 3. 质子通过ATP酶回返线粒体基质，伴随ATP生成， 质子通过ATP酶回返线粒体基质，伴随ATP生成， ATP酶回返线粒体基质 ATP生成 这一过程又称化学渗透。 这一过程又称化学渗透。 4. 2H+、2e-与1/2 O2反应生成1分子水。 反应生成1分子水。
生命系统与热力学第二定律
生命系统具有高度有序性，必须维持一种低熵 生命系统具有高度有序性， 状态。 状态。 生物个体在生命活动中要耗散一定的热， 生物个体在生命活动中要耗散一定的热，促使 整个系统熵值增大，如何解决该矛盾？ 整个系统熵值增大，如何解决该矛盾？ 生物个体不断地从外界环境中吸取负熵以维持 自身的高度有序状态。 自身的高度有序状态。 热力学第二定律是对孤立系统而言， 热力学第二定律是对孤立系统而言，趋于平衡 态。 生命系统是开放系统，是处于远离平衡态。 生命系统是开放系统，是处于远离平衡态。
酶的功能
1. 降低活化能 2. 温度对酶促反应的影响 3. pH 对酶促反应的影响 4. 酶活性的调节
竞争性抑制 变构调节 共价调节
酶活性的调节—— 酶活性的调节——竞争性抑制 ——竞争性抑制
有些酶在遇到一些化学结构与底物相似的 分子时， 分子时，这些分子与底物竞争性结合在酶 的活性中心，表现出酶活性的降低（ 的活性中心，表现出酶活性的降低（抑 ），这种情况称为酶的竞争性抑制 这种情况称为酶的竞争性抑制。 制），这种情况称为酶的竞争性抑制。 磺胺类药物
氧化磷酸化
1. 氧化磷酸化是将三羧酸循环产生的还原性的NADH和 氧化磷酸化是将三羧酸循环产生的还原性的NADH NADH和 FADH2氧化成NAD+和FADH的过程。在氧化过程中，发生 氧化成NAD FADH的过程。在氧化过程中， 的过程 电子的转移和质子的释放。 电子的转移和质子的释放。 2. 电子的转移是在线粒体内膜的电子传递链上进行的。 电子的转移是在线粒体内膜的电子传递链上进行的。 电子的转移伴随能量的下降，同时将内膜一侧的质子 电子的转移伴随能量的下降， 泵到膜间区。 泵到膜间区。 3. 当质子还回内膜一侧时，由于势能下降，促使ATP酶合 当质子还回内膜一侧时，由于势能下降，促使ATP ATP酶合 成ATP，即ADP磷酸化。 ATP， ADP磷酸化。 磷酸化
酶活性的调节—— 酶活性的调节——变构调节 ——变构调节
有的调节物结合在酶的其他部位（ 有的调节物结合在酶的其他部位（非活性部 位），结合后导致酶蛋白的构象改变，酶的 ），结合后导致酶蛋白的构象改变， 结合后导致酶蛋白的构象改变 活性变化，或不利于催化，或更有利于反应。 活性变化，或不利于催化，或更有利于反应。 这种调节方式称为酶的变构调节 这种调节方式称为酶的变构调节。 变构调节。 这个结合部位称为酶的调节中心 这个结合部位称为酶的调节中心。 酶的调节中心。 这种调节物称为变构调节物 这种调节物称为变构调节物。 变构调节物。 可以接受变构调节的酶通常是多亚基酶。 可以接受变构调节的酶通常是多亚基酶。
能量供体——ATP的结构与功能 能量供体——ATP的结构与功能 ——ATP
每摩尔ATP水解可释放约54.3KJ能量。 每摩尔ATP水解可释放约54.3KJ能量。 ATP水解可释放约54.3KJ能量
细胞中的耗能活动——消耗ATP 细胞中的耗能活动——消耗ATP ——消耗
1. 膜内外的物质转运； 膜内外的物质转运； 2. 细胞内的做功——机械运动； 细胞内的做功——机械运动； ——机械运动 3. 生化反应
第四章
新陈代谢
本章内容
一．代谢的基本原理 二．生物能转换与释放——细胞呼吸 生物能转换与释放—— ——细胞呼吸 三．生物能量的获得——光合作用 生物能量的获得—— ——光合作用
一、代谢的基本原理
能量的本质 代谢反应 酶 ATP： NhomakorabeaTP：主要的能量载体
能量的本质
热力学第一定律：宇宙中的总能量维持不变。 热力学第一定律：宇宙中的总能量维持不变。能量不 能无中生有，现有的能量也不能被消灭。 能无中生有，现有的能量也不能被消灭。 热力学第二定律：在孤立系统中实际发生的过程， 热力学第二定律：在孤立系统中实际发生的过程，总 使整个系统的熵数值增大（分子混乱程度增加）。每 使整个系统的熵数值增大（分子混乱程度增加）。每 ）。 一次自发的变化，总有部分能量以热量的形式释放出 一次自发的变化， 来，该热量不能做功。 该热量不能做功。
代谢途径
代谢途径是指顺序发生的一系列反应，每一步由特定的 代谢途径是指顺序发生的一系列反应， 酶来催化。途径的每一步反应对物质产生小的变化， 酶来催化。途径的每一步反应对物质产生小的变化，加 上或断去某个基团。 上或断去某个基团。 代谢途径有线性的，也有环形的。 代谢途径有线性的，也有环形的。代谢支路起到连接不 同途径的作用。 同途径的作用。
葡萄糖彻底氧化的三阶段
糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化 糖酵解、三羧酸循环、
糖酵解
1. 在细胞质溶胶中进行； 在细胞质溶胶中进行； 2. 无O2参与； 参与； 3. 每1分子的葡萄糖，最终产物为2分子丙酮酸； 分子的葡萄糖，最终产物为2分子丙酮酸； 4. 消耗2分子ATP； 消耗2分子ATP ATP； 5. 底物水平磷酸化产生4分子ATP； 底物水平磷酸化产生4分子ATP ATP； 6. 产生2分子的还原型的NADH。 产生2分子的还原型的NADH NADH。
2.反应条件温和：常温，常压，近中性pH 2.反应条件温和：常温，常压，近中性pH值。 pH值 反应条件温和 3.高效率：反应速率极快。 3.高效率：反应速率极快。如：DNA复制：800 DNA复制： 高效率 复制 bp/s。 bp/s。
酶的结构
大部分酶是球形的，在表面区域折叠成裂缝， 大部分酶是球形的，在表面区域折叠成裂缝， 与底物结合，称为活性中心 活性中心。 与底物结合，称为活性中心。
能量的耦合
一个代谢反应释放出的能量储存在ATP 一个代谢反应释放出的能量储存在ATP中，ATP所 ATP中 ATP所 储存的能量供另一个代谢反应所需。 储存的能量供另一个代谢反应所需。
生物代谢的特点—— 生物代谢的特点——可控性 ——可控性
代谢调节：正反馈，负反馈； 代谢调节：正反馈，负反馈； 信号调节：激素，环境压力； 信号调节：激素，环境压力； 发育调控：营养生长，生殖生长，衰老。 发育调控：营养生长，生殖生长，衰老。
酶活性的调节—— 酶活性的调节——共价调节 ——共价调节
酶蛋白分子和一个基团形成共价结合，结 酶蛋白分子和一个基团形成共价结合， 果使酶蛋白分子结构发生改变， 果使酶蛋白分子结构发生改变，使酶活性 发生改变。这种调节酶活性的方式称作酶 发生改变。 的共价调节。 的共价调节。 例如，酶与磷酸根的结合。 例如，酶与磷酸根的结合。
什么是代谢？ 什么是代谢？
生物体内全部化学物质的转化和能量的转化过 程称为代谢，涉及： 程称为代谢，涉及：
化学物质转化：合成或分解； 化学物质转化：合成或分解； 能量转化：释放或吸收。 能量转化：释放或吸收。
代谢可以分成两大类： 代谢可以分成两大类：
同化作用：消耗能量，将小分子合成大分子的过程； 同化作用：消耗能量，将小分子合成大分子的过程； 异化作用：将复杂的化合物分解为简单的小分子， 异化作用：将复杂的化合物分解为简单的小分子， 并释放能量的过程。 并释放能量的过程。
酶
定义：具有催化活性的蛋白质。 催化活性的 定义：具有催化活性 蛋白质。 化学本质： 化学本质：蛋白质
有的酶仅由蛋白质组成。 有的酶仅由蛋白质组成。 有的酶除了主要由蛋白质组成外， 有的酶除了主要由蛋白质组成外，还需要金属离子 或小分子参与。这些金属离子或小分子称为辅因子。 或小分子参与。这些金属离子或小分子称为辅因子。 极少数：非蛋白的酶。如：核酶。 极少数：非蛋白的酶。 核酶。
调控的位点：代谢途径中对酶的调控。 调控的位点：代谢途径中对酶的调控。 能量的释放和消耗是逐步发生的。 能量的释放和消耗是逐步发生的。
代谢缺陷病
生物体内的代谢如果发生差错和障碍，将 生物体内的代谢如果发生差错和障碍， 会导致严重的后果： 会导致严重的后果：
糖尿病：葡萄糖代谢紊乱； 糖尿病：葡萄糖代谢紊乱； 蚕豆病：葡萄糖代谢缺陷； 蚕豆病：葡萄糖代谢缺陷； 苯丙酮酸尿症：苯丙氨酸代谢缺陷。 苯丙酮酸尿症：苯丙氨酸代谢缺陷。
1分子葡萄糖分解可生成多少ATP? 分子葡萄糖分解可生成多少ATP?
葡萄糖分解能量总帐
1. 1分子葡萄糖酵解产生2分子NADH和2分子ATP。 分子葡萄糖酵解产生2分子NADH NADH和 分子ATP ATP。 2. 糖酵解产生的2分子丙酮酸，进入三羧酸循环后，共产 糖酵解产生的2分子丙酮酸，进入三羧酸循环后， 分子ATP ATP、 分子NADH NADH、 分子FDAH 生2分子ATP、8分子NADH、2分子FDAH2。 3. 所得的10分子NADH和2分子FDAH2通过氧化磷酸化，可 所得的10分子NADH 10分子NADH和 分子FDAH 通过氧化磷酸化， 以产生10 总共为34分子的ATP 34分子的ATP。 以产生10 × 3 + 2 × 2，总共为34分子的ATP。 4. 能量总帐2 + 2 + 34 = 38 ATP。若糖酵解产生的NADH 能量总帐2 ATP。若糖酵解产生的NADH 进入线粒体消耗2 ATP， 则净收获为36 ATP。 进入线粒体消耗2 ATP， 则净收获为36 ATP。 5. 1 mol葡萄糖产生的ATP相当于1150 kJ，而1 mol葡萄 mol葡萄糖产生的ATP相当于 葡萄糖产生的ATP相当于1150 kJ， mol葡萄 kJ， 糖燃烧产生的能量约 2870 kJ，即细胞通过呼吸氧化 利用葡萄糖热能的效率约40% 40%。 利用葡萄糖热能的效率约40%。