第1章代谢总论2009
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• 10 Geoffery Zubay. BIOCHEMISTRY(THIRD EDITION).Wm. C. Brown Publishers, 1993 • 11 李建武，肖能赓，余瑞元等. 生物化学实验原理和方法。北京：北京大学出版社，1994 • 12 翟中和, 王喜忠, 丁明孝主编. 细胞生物学。北京：高等教育出版社，2000 • 13.北京大学生物化学课件 • 14.清华大学生物化学课件 • 15.四川农业大学生物化学课件 • 16.湖州师范大学生物化学课件 • 17.周爱儒编医学生物化学课件 • 18 陈敏老师的生物化学课件 • 19. 周爱儒主编. 生物化学（第五版）.北京：人民卫生出版社，2001 • 20. 南京大学生物化学精品课程课件.
5.代谢包括物质代谢和能量代谢. 热力学原理是代谢研究的基础 ， 代谢中每一步反应都涉及到物质和能量。
代谢 (metabolism)
合成代谢（同化作用） ：小分子合成大分子 ， 需要能量 （anabolism）
分解代谢（异化作用） ：大分子分解为小分子, 释放能量 （catabolism）
物质代谢 能量代谢
途径的产物（通常是终产物）可以通过抑制 途径前面的一步关键反应（通常是途径中的第一 个关键的不可逆反应）来控制它自己合成的速度， 这就是反馈抑制作用。
◎ 细胞水平
代谢途径的区域化，分隔控制 绝大多数代谢途径一般都局限于细胞内
的特定区域，也称为区室化(compartmentation)
◎ 整体水平
激素的调节 神经的调节
• 7 于自然，黄熙泰主编. 现代生物化学.北京:化学工业出版社（教材出版中心），2001 • 8 张蘅主编.生物化学(第二版).北京:北京医科大学，中国协和医科大学联合出版社, 1999
• 9 Peter N. Campbell, Anthony D. Smith. BIOCHEMISTRY ILLUSTRATED (THIRD EDITION). Longman Group UK Limited,1993
代谢研究的其他对象：
枯草杆菌(Bacillus substitis) 四膜虫(Tetrahymena thermophila) 酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 海胆(Arbacia punctulata) 爪蟾(Xenopus laevis) 小鼠(Mus musculus)
• 代谢是可调控的，主要从分子水平、细胞水平和 整体水平进行调控,另外还有基因表达水平的调控
• 代谢中常见的有机反应机制是: 基团转移反应，氧 化-还原反应 ，消除、异构化和重排反应，碳-碳键 的形成或断裂反应
• 新陈代谢的主要研究方法：同位素示踪法 ，使用 各种酶抑制剂和拮抗物法，遗传缺陷分析法，核 磁共振法，苯环示踪法， 量气法等
第一章 代谢总论
一 新陈代谢、分解代谢与合成代谢 二 代谢的基本特点 三 代谢研究的对象和常用材料 四 代谢的研究方法 五 主要的代谢反应类型
一、新陈代谢、分解代谢与合成代谢 1. 概念
新陈代谢(metabolism)：生物体内一切化学变化的总称。 或指生物体与外界环境进行物质和能量交换的过程。也叫代谢。 包括两种代谢作用: 分解代谢 (catabolism) (异化作用，disassimilation) : 机体将
四、新陈代谢的研究方法
研究水平:
体内研究 (in vivo，在体内): 用生物整体、整体器官，或微生物细胞群等
体外研究 (in vitro，在体外)： 用器官或组织的切片、匀浆液或提取液
体内研究 (in vivo):
1904年，F.Knoop根据用苯环标记脂肪酸饲喂狗的 实验结果，提出了脂肪酸的-氧化假说。 脂肪酸末端甲基接上苯基 偶数碳FA：苯乙酰-N-甘氨酸（苯乙尿酸） 奇数碳FA： 苯甲酰-N-甘氨酸（马尿酸）
课外阅读
2 . 代谢研究的主要内容:
2.1 营养物质的摄入 2.2 摄取的营养物质及细胞中原有物质的降解：
由大分子形成小分子 2.3 由小分子物质合成自身需要的各种生物分子 2.4 提供和储存生命活动所需要的能量
二 代谢的基本特点：
1. 代谢描述的是细胞的所有反应 2. 代谢过程是在酶的催化下进行的 3. 代谢过程是复杂的、逐步进行的 4. 代谢是受到调控的 5. 代谢包括物质代谢和能量代谢
酶的数量调节: 合成速率与降解速率 酶的活性调节: 变构调节
可逆的共价修饰调节
底物和产物浓度的调节： 前馈激活
反馈抑制
前馈激活作用（feedforward activation） :
当代谢途径前面步骤 中产生的代谢物激活途径 下游某个反应的酶时称为 前馈激活作用。
反馈抑制作用 (feedback inhibition) :
• 5 Robert K. Murray, Daryl K. Granner, Peter A. Mayes, et al. Harper’s Biochemistry(Twentyfifth Edition). McGraw-Hill Companies,Inc., 2000
• 6 Trudy McKee, James R. Mckee. BIOCHEMISTRY: AN INTRODUCTION (Second Edition). McGraw-Hill Companies,Inc., 2001
主要内容
糖代谢 电子传递和氧化磷酸化 脂代谢 氨基酸代谢 核苷酸代谢 代谢调控 DNA的合成 RNA的合成和加工 蛋白质合成 基因表达调控
如何学习代谢
* 课前预习, 课上认真记笔记, 课后及时复习 * 在理解的基础上，加强记忆 * 与先修和并修课程内容相联系， 以促进理解 * 学习过程中学会总结、归纳和提炼！ * 要反复复习和回顾，不可突击学习！ * 养成看参考书的习惯
课外复习
课外阅读
课外阅读
NADH在340nm处有特征吸收峰
● FMN和FAD的递能作用
FMN (flavin mononucleotide):黄素单核苷酸 FAD (flavin adenine dinucleotide)：
黄素腺嘌呤二核苷酸 接受两个电子和两个质子 FMNH2 FADH2 在呼吸链中传递电子和氢原子
太阳
生
物
光 合
（光 能）
自
电子传递
（电 能）
养
界 能
作
ADP
用
ATP
细
（化 学 能）
胞
量
合成
传
(CH2O)
递
呼
+O2
分解
(CO2) +H2O及Fra bibliotek吸 作
电子传递
（化 学 能）
转
用
（电 能）
异
化
ADP
ATP
养
总
生
过
命
程
现
象
（化 学 能）
细
生物合成(化学能）
机 械 功（机械能）
胞
主动运输（渗透能）
生物发光（光能）
课外复习
课外阅读
● 辅酶Ａ在能量代谢中的作用
辅酶A (coenzyme A, CoA) 辅酶A-SH, CoA-SH 接受或提供乙酰基 Acetylation 乙酰-CoA (acetyl CoA): 具有高的乙酰基转移势能 CH3-CO-S CoA,乙酰-S-CoA (acetyl –S-CoA) 活泼的乙酰基团
• 参考文献： • 1 沈同, 王镜岩. 生物化学(第三版).北京:高等教育出版社, 2002 • 2 郑集, 陈钧辉. 普通生物化学(第三版). 北京:高等教育出版社, 1998 • 3 周秀贞, 何立望, 黄如彬. 生物化学.贵阳:贵州科技出版社，1993
• 4 Albert L. Lehninger, David L. Nelson, Michael M. Cox. Principles of Biochemistry(Edition II). New York: Worth Publishers, 1993
● 辅酶Ａ在糖类和脂类代谢中起重要作用
6. 同一种物质的分解代谢和合成代谢途径一般是不 同的，但各代谢途径之间存在许多重复出现的基 元(通用活化载体)。
两用代谢途径(amphibolic pathway): 在分解代谢和 合成代谢途径中存在一些双方都可利用的代谢环 节。柠檬酸循环(citric acid cycle)
7. 代谢途径一般都局限于 细胞内特定的区域： 也称区室化 （compartmentation)
三 代谢研究的对象和常用材料
• 大肠杆菌（Escherichia coli）：细菌代谢代表 • 大肠杆菌T4噬菌体（Bacteriophage T4） • 大肠杆菌λ噬菌体 （Bacteriophage-Lambda） • 红色面包霉（Neurcspora crassa）：生化遗传 • 小球藻（Chlorella vulgaris）：光合作用研究经典材料 • 玉米（Zea mays）：光合作用、遗传 • 鸽（Columba livia）：代谢循环 • 大鼠（Mus musculus）：代谢 • 兔（Lepus californicus）：免疫生化
以特殊方式起递能作用。
ＧＴＰ、ＵＴＰ和ＣＴＰ也能提供能量。 ＧＴＰ －－ Ｇ蛋白的活化、蛋白质的生物合成 ＵＴＰ －－ 糖原合成（活化葡萄糖分子） ＣＴＰ －－ 合成磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、 纤维素
● 辅酶I和辅酶II的递能作用
NADH, NADPH 以氢原子和电子的形式将自由能转移给生物合成的 需能反应。 NADPH，还原力，参与脂肪酸和胆固醇合成
第一章 代谢总论
（General Introduction to Metabolism)
学习目标
• 掌握新陈代谢的概念、特点及调节机制 • 了解代谢的全貌。糖、脂、蛋白质共同的代
谢中枢途径。 • 了解代谢中的有机反应机制 • 了解新陈代谢的研究方法
内容提要
• 新陈代谢指生物体内一切化学变化的总称。细胞 中代谢包括分解代谢和合成代谢（反应区域，能 量载体，还原力）
生物发电（电能）
生物发热（热能）
能量代谢中的重要物质： ATP或GTP等 还原型辅酶（例如NADH，NADPH或FMNH2，FADH2 ） CoA-SH
自由能(free energy)：能够用以做功的能量。 机体内捕获和贮存自由能的主要分子是ＡＴＰ和还原 型辅酶.
以ＡＴＰ形式贮存的自由能，可提供能量用于： 1. 生物合成； 2. 肌肉收缩； 3. 营养物逆浓度梯度跨膜运送； 4. 在ＤＮＡ、ＲＮＡ、蛋白质等生物合成中，
• 21. Albert L. Lehninger, David L. Nelson, Michael M. Cox. Principles of Biochemistry(Edition IV ). New York: Worth Publishers, 2004
• 22. Gene (Edition VIII). • 23. 南开大学生物化学精品课程课件.
营养物质转变为较小、较简单的物质的过程。释放能量 合成代谢(anabolism) (同化作用，assimilation) ：机体利用小
分子或大分子的结构元件建造成大分子的过程，又称生 物合成(biosynthesis) 。需要能量 每种代谢作用都包含两个方面： 物质代谢（substance metabolism）：物质的合成与分解 能量代谢（energy metabolism）：能量的转换、储存和释放
◆代谢物（metabolite）：亦 称中间代谢物。指代谢过程 中连续转变着的酶促产物。
4. 新陈代谢是可调节的
◎ 分子水平 ◎ 细胞水平 ◎ 整体水平 ◎ 基因表达的调控 （分子水平）
◎ 分子水平
包括反应物和产物的调节（主要是酶的调节和 浓度的调节）。 酶的调节是最基本的代谢调节，包括
热力学原理是代谢研究的基础 ，代谢中每一步反 应都涉及到物质和能量。
6. 同一种物质的分解代谢和合成代谢途径一般是不 同的，但各代谢途径之间存在许多重复出现的基 元(通用活化载体)
7. 代谢途径一般都局限于细胞内特定的区域(区室化)
3. 代谢过程是复杂的、逐步进行的：
◆ 代谢途径（catabolic pathways）：有严格顺序的 一系列生化反应。代谢中的许多酶连续地按顺序地 起作用，形成多酶体系，使第一个酶促反应产物变 成第二个酶促反应的底物，依此类推。习惯上把这 种连续的化学反应叫作代谢途径。 如戊糖磷酸途径，糖异生途径等。
5.代谢包括物质代谢和能量代谢. 热力学原理是代谢研究的基础 ， 代谢中每一步反应都涉及到物质和能量。
代谢 (metabolism)
合成代谢（同化作用） ：小分子合成大分子 ， 需要能量 （anabolism）
分解代谢（异化作用） ：大分子分解为小分子, 释放能量 （catabolism）
物质代谢 能量代谢
途径的产物（通常是终产物）可以通过抑制 途径前面的一步关键反应（通常是途径中的第一 个关键的不可逆反应）来控制它自己合成的速度， 这就是反馈抑制作用。
◎ 细胞水平
代谢途径的区域化，分隔控制 绝大多数代谢途径一般都局限于细胞内
的特定区域，也称为区室化(compartmentation)
◎ 整体水平
激素的调节 神经的调节
• 7 于自然，黄熙泰主编. 现代生物化学.北京:化学工业出版社（教材出版中心），2001 • 8 张蘅主编.生物化学(第二版).北京:北京医科大学，中国协和医科大学联合出版社, 1999
• 9 Peter N. Campbell, Anthony D. Smith. BIOCHEMISTRY ILLUSTRATED (THIRD EDITION). Longman Group UK Limited,1993
代谢研究的其他对象：
枯草杆菌(Bacillus substitis) 四膜虫(Tetrahymena thermophila) 酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 海胆(Arbacia punctulata) 爪蟾(Xenopus laevis) 小鼠(Mus musculus)
• 代谢是可调控的，主要从分子水平、细胞水平和 整体水平进行调控,另外还有基因表达水平的调控
• 代谢中常见的有机反应机制是: 基团转移反应，氧 化-还原反应 ，消除、异构化和重排反应，碳-碳键 的形成或断裂反应
• 新陈代谢的主要研究方法：同位素示踪法 ，使用 各种酶抑制剂和拮抗物法，遗传缺陷分析法，核 磁共振法，苯环示踪法， 量气法等
第一章 代谢总论
一 新陈代谢、分解代谢与合成代谢 二 代谢的基本特点 三 代谢研究的对象和常用材料 四 代谢的研究方法 五 主要的代谢反应类型
一、新陈代谢、分解代谢与合成代谢 1. 概念
新陈代谢(metabolism)：生物体内一切化学变化的总称。 或指生物体与外界环境进行物质和能量交换的过程。也叫代谢。 包括两种代谢作用: 分解代谢 (catabolism) (异化作用，disassimilation) : 机体将
四、新陈代谢的研究方法
研究水平:
体内研究 (in vivo，在体内): 用生物整体、整体器官，或微生物细胞群等
体外研究 (in vitro，在体外)： 用器官或组织的切片、匀浆液或提取液
体内研究 (in vivo):
1904年，F.Knoop根据用苯环标记脂肪酸饲喂狗的 实验结果，提出了脂肪酸的-氧化假说。 脂肪酸末端甲基接上苯基 偶数碳FA：苯乙酰-N-甘氨酸（苯乙尿酸） 奇数碳FA： 苯甲酰-N-甘氨酸（马尿酸）
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2 . 代谢研究的主要内容:
2.1 营养物质的摄入 2.2 摄取的营养物质及细胞中原有物质的降解：
由大分子形成小分子 2.3 由小分子物质合成自身需要的各种生物分子 2.4 提供和储存生命活动所需要的能量
二 代谢的基本特点：
1. 代谢描述的是细胞的所有反应 2. 代谢过程是在酶的催化下进行的 3. 代谢过程是复杂的、逐步进行的 4. 代谢是受到调控的 5. 代谢包括物质代谢和能量代谢
酶的数量调节: 合成速率与降解速率 酶的活性调节: 变构调节
可逆的共价修饰调节
底物和产物浓度的调节： 前馈激活
反馈抑制
前馈激活作用（feedforward activation） :
当代谢途径前面步骤 中产生的代谢物激活途径 下游某个反应的酶时称为 前馈激活作用。
反馈抑制作用 (feedback inhibition) :
• 5 Robert K. Murray, Daryl K. Granner, Peter A. Mayes, et al. Harper’s Biochemistry(Twentyfifth Edition). McGraw-Hill Companies,Inc., 2000
• 6 Trudy McKee, James R. Mckee. BIOCHEMISTRY: AN INTRODUCTION (Second Edition). McGraw-Hill Companies,Inc., 2001
主要内容
糖代谢 电子传递和氧化磷酸化 脂代谢 氨基酸代谢 核苷酸代谢 代谢调控 DNA的合成 RNA的合成和加工 蛋白质合成 基因表达调控
如何学习代谢
* 课前预习, 课上认真记笔记, 课后及时复习 * 在理解的基础上，加强记忆 * 与先修和并修课程内容相联系， 以促进理解 * 学习过程中学会总结、归纳和提炼！ * 要反复复习和回顾，不可突击学习！ * 养成看参考书的习惯
课外复习
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NADH在340nm处有特征吸收峰
● FMN和FAD的递能作用
FMN (flavin mononucleotide):黄素单核苷酸 FAD (flavin adenine dinucleotide)：
黄素腺嘌呤二核苷酸 接受两个电子和两个质子 FMNH2 FADH2 在呼吸链中传递电子和氢原子
太阳
生
物
光 合
（光 能）
自
电子传递
（电 能）
养
界 能
作
ADP
用
ATP
细
（化 学 能）
胞
量
合成
传
(CH2O)
递
呼
+O2
分解
(CO2) +H2O及Fra bibliotek吸 作
电子传递
（化 学 能）
转
用
（电 能）
异
化
ADP
ATP
养
总
生
过
命
程
现
象
（化 学 能）
细
生物合成(化学能）
机 械 功（机械能）
胞
主动运输（渗透能）
生物发光（光能）
课外复习
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● 辅酶Ａ在能量代谢中的作用
辅酶A (coenzyme A, CoA) 辅酶A-SH, CoA-SH 接受或提供乙酰基 Acetylation 乙酰-CoA (acetyl CoA): 具有高的乙酰基转移势能 CH3-CO-S CoA,乙酰-S-CoA (acetyl –S-CoA) 活泼的乙酰基团
• 参考文献： • 1 沈同, 王镜岩. 生物化学(第三版).北京:高等教育出版社, 2002 • 2 郑集, 陈钧辉. 普通生物化学(第三版). 北京:高等教育出版社, 1998 • 3 周秀贞, 何立望, 黄如彬. 生物化学.贵阳:贵州科技出版社，1993
• 4 Albert L. Lehninger, David L. Nelson, Michael M. Cox. Principles of Biochemistry(Edition II). New York: Worth Publishers, 1993
● 辅酶Ａ在糖类和脂类代谢中起重要作用
6. 同一种物质的分解代谢和合成代谢途径一般是不 同的，但各代谢途径之间存在许多重复出现的基 元(通用活化载体)。
两用代谢途径(amphibolic pathway): 在分解代谢和 合成代谢途径中存在一些双方都可利用的代谢环 节。柠檬酸循环(citric acid cycle)
7. 代谢途径一般都局限于 细胞内特定的区域： 也称区室化 （compartmentation)
三 代谢研究的对象和常用材料
• 大肠杆菌（Escherichia coli）：细菌代谢代表 • 大肠杆菌T4噬菌体（Bacteriophage T4） • 大肠杆菌λ噬菌体 （Bacteriophage-Lambda） • 红色面包霉（Neurcspora crassa）：生化遗传 • 小球藻（Chlorella vulgaris）：光合作用研究经典材料 • 玉米（Zea mays）：光合作用、遗传 • 鸽（Columba livia）：代谢循环 • 大鼠（Mus musculus）：代谢 • 兔（Lepus californicus）：免疫生化
以特殊方式起递能作用。
ＧＴＰ、ＵＴＰ和ＣＴＰ也能提供能量。 ＧＴＰ －－ Ｇ蛋白的活化、蛋白质的生物合成 ＵＴＰ －－ 糖原合成（活化葡萄糖分子） ＣＴＰ －－ 合成磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、 纤维素
● 辅酶I和辅酶II的递能作用
NADH, NADPH 以氢原子和电子的形式将自由能转移给生物合成的 需能反应。 NADPH，还原力，参与脂肪酸和胆固醇合成
第一章 代谢总论
（General Introduction to Metabolism)
学习目标
• 掌握新陈代谢的概念、特点及调节机制 • 了解代谢的全貌。糖、脂、蛋白质共同的代
谢中枢途径。 • 了解代谢中的有机反应机制 • 了解新陈代谢的研究方法
内容提要
• 新陈代谢指生物体内一切化学变化的总称。细胞 中代谢包括分解代谢和合成代谢（反应区域，能 量载体，还原力）
生物发电（电能）
生物发热（热能）
能量代谢中的重要物质： ATP或GTP等 还原型辅酶（例如NADH，NADPH或FMNH2，FADH2 ） CoA-SH
自由能(free energy)：能够用以做功的能量。 机体内捕获和贮存自由能的主要分子是ＡＴＰ和还原 型辅酶.
以ＡＴＰ形式贮存的自由能，可提供能量用于： 1. 生物合成； 2. 肌肉收缩； 3. 营养物逆浓度梯度跨膜运送； 4. 在ＤＮＡ、ＲＮＡ、蛋白质等生物合成中，
• 21. Albert L. Lehninger, David L. Nelson, Michael M. Cox. Principles of Biochemistry(Edition IV ). New York: Worth Publishers, 2004
• 22. Gene (Edition VIII). • 23. 南开大学生物化学精品课程课件.
营养物质转变为较小、较简单的物质的过程。释放能量 合成代谢(anabolism) (同化作用，assimilation) ：机体利用小
分子或大分子的结构元件建造成大分子的过程，又称生 物合成(biosynthesis) 。需要能量 每种代谢作用都包含两个方面： 物质代谢（substance metabolism）：物质的合成与分解 能量代谢（energy metabolism）：能量的转换、储存和释放
◆代谢物（metabolite）：亦 称中间代谢物。指代谢过程 中连续转变着的酶促产物。
4. 新陈代谢是可调节的
◎ 分子水平 ◎ 细胞水平 ◎ 整体水平 ◎ 基因表达的调控 （分子水平）
◎ 分子水平
包括反应物和产物的调节（主要是酶的调节和 浓度的调节）。 酶的调节是最基本的代谢调节，包括
热力学原理是代谢研究的基础 ，代谢中每一步反 应都涉及到物质和能量。
6. 同一种物质的分解代谢和合成代谢途径一般是不 同的，但各代谢途径之间存在许多重复出现的基 元(通用活化载体)
7. 代谢途径一般都局限于细胞内特定的区域(区室化)
3. 代谢过程是复杂的、逐步进行的：
◆ 代谢途径（catabolic pathways）：有严格顺序的 一系列生化反应。代谢中的许多酶连续地按顺序地 起作用，形成多酶体系，使第一个酶促反应产物变 成第二个酶促反应的底物，依此类推。习惯上把这 种连续的化学反应叫作代谢途径。 如戊糖磷酸途径，糖异生途径等。