第十九二十一章代谢总论生物能学讲义教材
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代谢总论专题知识讲座
， CO2作为异养生物碳代谢末端产物返回大气 ，被光能自养生物重新利用；
• 生物圈中能量流动在碳循环中运转，推进循环
原动力是光能；
代谢总论专题知识讲座
8第8页
代谢总论专题知识讲座
碳素循环
9
第9页
（二）氮循环
• 氮对生物来说是关键元素，是蛋白质和核酸组分；在
无生命环境中，氮以N2形式出现在大气中，以硝酸根 离子NO3-形式出现在土壤和海洋中。
28第28页
生物氧化反应中电子载体
NAD+ NADH NADP+ NADPH FAD FADH2 FMN FMNH2
辅酶Ⅰ（氧化型）（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸） 辅酶Ⅰ（还原型） 辅酶Ⅱ（氧化型） 辅酶Ⅱ（还原型） 黄素腺嘌呤二核苷酸（氧化型） 黄素腺嘌呤二核苷酸（还原型） 黄素单核苷酸（氧化型） 黄素单核苷酸（还原型）
代谢总论专题知识讲座
14第14页
新陈代谢，指生物与周围环境进行物质交换和能量 交换过程。
生物体新 陈代谢
合成代谢（同化作用） 生物小分子合成为生物大分子 需要能量（来自分解代谢及光、热等）
物 质
代
生物大分子分解为生物小分子
谢
分解代谢（异化作用） 释放能量（用于合成代谢和生理及运
动需能）
代谢总论专题知识讲座
12第12页
一、分解代谢（异化）
★
有机营养物经过一系列反应步骤转变为较小、较简
单物质过程称为分解代谢（catabolism）。
有机营养物质经过分解代谢过程可大致划分为三个 阶段。
第一个阶段由营养物大分子分解为较小分子；
第二阶段是由各种小分子深入转变为少数几个共同 物质；
第三个阶段由柠檬酸循环和氧化磷酸化两个共同代 谢路径组成。这个阶段是形成ATP主要阶段。
• 生物圈中能量流动在碳循环中运转，推进循环
原动力是光能；
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代谢总论专题知识讲座
碳素循环
9
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（二）氮循环
• 氮对生物来说是关键元素，是蛋白质和核酸组分；在
无生命环境中，氮以N2形式出现在大气中，以硝酸根 离子NO3-形式出现在土壤和海洋中。
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生物氧化反应中电子载体
NAD+ NADH NADP+ NADPH FAD FADH2 FMN FMNH2
辅酶Ⅰ（氧化型）（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸） 辅酶Ⅰ（还原型） 辅酶Ⅱ（氧化型） 辅酶Ⅱ（还原型） 黄素腺嘌呤二核苷酸（氧化型） 黄素腺嘌呤二核苷酸（还原型） 黄素单核苷酸（氧化型） 黄素单核苷酸（还原型）
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新陈代谢，指生物与周围环境进行物质交换和能量 交换过程。
生物体新 陈代谢
合成代谢（同化作用） 生物小分子合成为生物大分子 需要能量（来自分解代谢及光、热等）
物 质
代
生物大分子分解为生物小分子
谢
分解代谢（异化作用） 释放能量（用于合成代谢和生理及运
动需能）
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一、分解代谢（异化）
★
有机营养物经过一系列反应步骤转变为较小、较简
单物质过程称为分解代谢（catabolism）。
有机营养物质经过分解代谢过程可大致划分为三个 阶段。
第一个阶段由营养物大分子分解为较小分子；
第二阶段是由各种小分子深入转变为少数几个共同 物质；
第三个阶段由柠檬酸循环和氧化磷酸化两个共同代 谢路径组成。这个阶段是形成ATP主要阶段。
第19章 代谢总论
第19章代谢总论1、合成代谢2、分解代谢3、在能量贮存和传递中，哪些物质起着重要作用？答案：1、又称生物合成，是生物体利用小分子或大分子的结构元件建造成自身大分子的过程。
2、有机营养物，不管是从外界环境获得的，还是自身贮存的，通过一系列反应步骤转变为较小的、较简单的物质的过程。
3、高能化合物（如磷酸肌酸、磷酸烯醇式丙酮酸等）可将其高能磷酸基团转移给ADP生成ATP，生成的ATP分子又可将其高能磷酸基团转移给其他化合物使之获得能量，所以ATP 不仅是机体细胞最直接的能源，同时A TP在能量的传递中起中间题的作用。
物质氧化产生的高能位电子和脱下的氢原子通过辅酶Ⅰ或辅酶Ⅱ传递给生物合成中需要还原力的反应。
FMN和FAD都能接受两个电子和两个氢原子，它们在氧化还原反应中，特别是在氧化呼吸链中起着传递电子和氢原子的作用。
乙酰-CoA形成的硫脂键和A TP的高能磷酸键相似，都在水解时释放出大量的自由能。
因此可以说，乙酰-CoA具有高的乙酰基转移势能。
第20章生物能学1、生物氧化2、氧化磷酸化作用3、磷氧比值4、底物水平磷酸化5、解偶联剂6、怎样判断一个生物化学反应在标准状态下进行的方向？A TP、磷酸烯醇式丙酮酸、磷酸肌酸、葡糖糖-6-磷酸在水解时的标准自由能变化分别为-30.5kJ/mol、-61.9 kJ/mol 、-43.1kJ/mol、-13.8kJ/mol，当反应物、产物的起始浓度都为1mol/L时，判断下列反应进行的方向：①磷酸肌酸+ADP→ATP+肌酸；②磷酸烯醇式丙酮酸+ADP→ATP+丙酮；③葡糖糖-6-磷酸+ADP→葡萄糖+A TP。
7、从ATP的结构特点说明其在机体细胞能量传递中的作用。
答案：1、生物氧化指有机物质在生物体内氧化分解成二氧化碳和水，同时释放出能量形成ATP的过程。
由于生物氧化是在细胞内进行，氧化过程消耗氧气而放出二氧化碳和水，所以生物氧化又称为“细胞呼吸”或“呼吸作用”。
第十九二十一章代谢总论生物能学2011
G= G+RTlnK平， G=-RTlnK平 生化标准自由能改变：pH=7 G= - RTlnK平 （单位：J /mol或kJ/mol）
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
例题： 反应G-1-PG-6-P在380C达到平衡时， G-1-P占 5%，G-6-P占95%，求ΔG0。如果反应未达到平衡
基团转移反应 氧化-还原反应 消除、异构化和重排反应 碳-碳键的形成与断裂反应
五、代谢研究的方法
代谢研究所指的活细胞是一种概括的说 法，既来自于单细胞、也来自于多细胞生物、 还包括病毒和噬菌体等。
代谢研究主要是对中间代谢的研究。可以 在不同的水平上进行，用生物整体的研究称 体内研究，用 in vivo表示， 用组织切片、匀 浆、提取液作为材料的研究体称外研究，用 in vitro表示。
传递。
由分解代谢释放出的化学能，除合成 ATP外，还以氢原子和电子的形式供给生物 合成的需能反应，其中，辅酶Ⅰ（NAD）、 辅酶Ⅱ（NADP）、FMN和FAD在这一过程 中起重要作用。
烟酰胺 （维生素PP）
辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ
（H-：）
..
维生素PP(抗赖皮维生 素)
R
R
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）
R=H：NAD R=-PO3：NADP
新陈代谢途径中的个别步骤称中间代谢(intermediary metabolism)。
主要谢途径（central metabolic pathway)
两种代谢作用:
分解代谢（catabolism), 也称异化作用(disassimilation) 合成代谢（anabolism), 也称同化作用（assimilation） 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（energetic metabolism）: 能量的转换、储存和释放
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
例题： 反应G-1-PG-6-P在380C达到平衡时， G-1-P占 5%，G-6-P占95%，求ΔG0。如果反应未达到平衡
基团转移反应 氧化-还原反应 消除、异构化和重排反应 碳-碳键的形成与断裂反应
五、代谢研究的方法
代谢研究所指的活细胞是一种概括的说 法，既来自于单细胞、也来自于多细胞生物、 还包括病毒和噬菌体等。
代谢研究主要是对中间代谢的研究。可以 在不同的水平上进行，用生物整体的研究称 体内研究，用 in vivo表示， 用组织切片、匀 浆、提取液作为材料的研究体称外研究，用 in vitro表示。
传递。
由分解代谢释放出的化学能，除合成 ATP外，还以氢原子和电子的形式供给生物 合成的需能反应，其中，辅酶Ⅰ（NAD）、 辅酶Ⅱ（NADP）、FMN和FAD在这一过程 中起重要作用。
烟酰胺 （维生素PP）
辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ
（H-：）
..
维生素PP(抗赖皮维生 素)
R
R
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）
R=H：NAD R=-PO3：NADP
新陈代谢途径中的个别步骤称中间代谢(intermediary metabolism)。
主要谢途径（central metabolic pathway)
两种代谢作用:
分解代谢（catabolism), 也称异化作用(disassimilation) 合成代谢（anabolism), 也称同化作用（assimilation） 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（energetic metabolism）: 能量的转换、储存和释放
生物化学第19和20章代谢总讲义论和生物能学
符号
3H,T 14C 32P 13பைடு நூலகம்I 35S
放射线类型
Β－ β－ β－ β－ β－
半衰期
12.26年 5730年 14.3天 8.070天 87.1天
（五）核磁共振波谱法
这也是一种实验技术。
第20章 生物能学
（Bioenergetics）
一、有关热力学的一些基本概念 二、化学反应中自由能的变化和意义 三、高能化合物
ΔG0 和ΔG
ΔGo 是在标准条件下，一个化学反应的自 由能变化，它是一个常数，而ΔG 是一个化学反 应在某一实际条件下的自由能变化，ΔG 随着反 应的温度、反应物及产物的浓度、反应介质的 pH等的变化而变化。
标准自由能变化的计算公式
假设有如下的一个化学反应式：
aA + bB
cC + dD
在恒温和恒压下，这一反应的自由能变化公式是：
生物化学第19和20 章代谢总论和生物能
学
新陈代谢的功能
新陈代谢简称代谢。人们将代谢的功能概括为 5个方面：①从周围环境中获得营养物质。②将外 界引入的营养物质转变为自身需要的结构元件，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合成或降解执行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。
利用小分子或大分子的结构元件合成生物大分子 或其它所需分子的过程称为合成代谢（anabolism）。 合成代谢需要提供能量。
分解代谢途径与合成代谢途径一般是不同的，但 不同的代谢途径之间也可以有重叠的部分。
二、能量代谢在新陈代谢中 的重要地位
各种分子之间的互相转变称为物质代谢，而伴 随着物质代谢发生的能量的吸收、转移、释放、利 用称为能量代谢。
第十九二十一章代谢总论生物能学1 ppt课件
3．代谢作器具有高度灵敏的自我调理。
整体程度: 主要靠激素或激素伴同神经系统进展的综合调理。
细胞程度: 主要经过胞内酶规划的区域化而实现 分子程度: 主要经过酶的反响抑制和基因表达的调控等实现
三、代谢作用中的能量关系
分解代谢: 是代谢作用的分解过程，有机物 〔糖、脂和蛋白质〕被转化为更小、更简单的 终产物〔如乳酸、CO2和NH3等〕，分解代谢 释放能量，部分被转化为ATP和复原的电子载 体〔NADH、NADPH和 FADH2〕，其他的作 为热合量成代散谢失: 。也称生物合成，小、简单的前体物质构
FMN和FAD
(VB2)
核
黄 素 腺 嘌
核 黄 素
呤
核
二
黄
核
素
苷
单
酸
核
苷
酸
异咯嗪
辅酶A〔CoA〕在能量代谢中的作用
乙酰Co-A构成的硫酯键和ATP的高能磷 酸键类似，水解时可释放出大量自在能。 许多代谢的终产物都能构成乙酰Co-A。
O
C H 3 C～～SCoA
辅酶A
(VB3)
四、代谢中常见的有机化学反响机制
传送。
由分解代谢释放出的化学能，除合成 ATP外，还以氢原子和电子的方式供应生物 合成的需能反响，其中，辅酶Ⅰ〔NAD〕、 辅酶Ⅱ〔NADP〕、FMN和FAD在这一过程 中起重要作用。
烟酰 胺 〔维生 素PP〕
辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ
〔H-：〕
..
维生素PP(抗赖皮维生 素)
R
R
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
R=H：NAD R=-PO3：NADP
新陈代谢途径中的个别步骤称中间代谢(intermediary metabolism)。
主要谢途径〔central metabolic pathway)
整体程度: 主要靠激素或激素伴同神经系统进展的综合调理。
细胞程度: 主要经过胞内酶规划的区域化而实现 分子程度: 主要经过酶的反响抑制和基因表达的调控等实现
三、代谢作用中的能量关系
分解代谢: 是代谢作用的分解过程，有机物 〔糖、脂和蛋白质〕被转化为更小、更简单的 终产物〔如乳酸、CO2和NH3等〕，分解代谢 释放能量，部分被转化为ATP和复原的电子载 体〔NADH、NADPH和 FADH2〕，其他的作 为热合量成代散谢失: 。也称生物合成，小、简单的前体物质构
FMN和FAD
(VB2)
核
黄 素 腺 嘌
核 黄 素
呤
核
二
黄
核
素
苷
单
酸
核
苷
酸
异咯嗪
辅酶A〔CoA〕在能量代谢中的作用
乙酰Co-A构成的硫酯键和ATP的高能磷 酸键类似，水解时可释放出大量自在能。 许多代谢的终产物都能构成乙酰Co-A。
O
C H 3 C～～SCoA
辅酶A
(VB3)
四、代谢中常见的有机化学反响机制
传送。
由分解代谢释放出的化学能，除合成 ATP外，还以氢原子和电子的方式供应生物 合成的需能反响，其中，辅酶Ⅰ〔NAD〕、 辅酶Ⅱ〔NADP〕、FMN和FAD在这一过程 中起重要作用。
烟酰 胺 〔维生 素PP〕
辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ
〔H-：〕
..
维生素PP(抗赖皮维生 素)
R
R
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
R=H：NAD R=-PO3：NADP
新陈代谢途径中的个别步骤称中间代谢(intermediary metabolism)。
主要谢途径〔central metabolic pathway)
代谢总论和生物氧化培训课件
代谢总论和生物氧化
新陈代谢
能量代谢 物质代谢
合成代谢 （同化作用）
分解代谢 （异化作用）
生长旺盛时： 合成代谢分解代谢
成长的生物： 合成代谢分解代谢
衰老或饥饿代：谢总合论和成生代物氧谢化 分解代谢
2
物质代谢
糖、脂、蛋白质及核酸等类物质在细胞内发 生酶促转化的途径及调控机理，包括细胞自身 旧分子的分解和新分子的合成。
和高等植物。
异养生物(Heterotrophs)：不能利用大气中的
CO2，必须从环境中获得相对复杂的有机碳分 子如葡萄糖，如高等动物和多数微生物。
代谢总论和生物氧化
8
第二节 中间代谢的实验研究方法
1. 研究材料：
单细胞生物，多细胞生物，病毒与噬菌体
2. 研究水平：
体内研究（in vivo）：用生物体、组织器官或微
能量代谢
研究光能或化学能在细胞中向生物能(ATP) 转化的原理和过程，以及生命活动对能量的利用 。
代谢总论和生物氧化
3
合成代谢
合成代谢也称生物合成，小、简单的前体物 质形成更大、更复杂的分子，如脂、多糖、蛋 白质和核酸等。
分解代谢
分解代谢是代谢作用的分解过程，是有机 物（糖、脂和蛋白质）被转化为更小、更简单 的终产物（如乳酸、CO2和NH3等）的过程。
14
4. 测定特征性酶
每条代谢途径都有其特征性酶，它的存在 就表明该代谢途径存在。
糖代谢途径的特征性酶：
EMP途径：醛缩酶 HMP途径：6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 TCA循环：柠檬酸合成酶
代谢总论和生物氧化
15
第三节 生物氧化 Biological Oxidation
一、概念
物质在体内的氧化分解过程，主要是糖、脂 、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量、最终 生成二氧化碳和水的过程。
新陈代谢
能量代谢 物质代谢
合成代谢 （同化作用）
分解代谢 （异化作用）
生长旺盛时： 合成代谢分解代谢
成长的生物： 合成代谢分解代谢
衰老或饥饿代：谢总合论和成生代物氧谢化 分解代谢
2
物质代谢
糖、脂、蛋白质及核酸等类物质在细胞内发 生酶促转化的途径及调控机理，包括细胞自身 旧分子的分解和新分子的合成。
和高等植物。
异养生物(Heterotrophs)：不能利用大气中的
CO2，必须从环境中获得相对复杂的有机碳分 子如葡萄糖，如高等动物和多数微生物。
代谢总论和生物氧化
8
第二节 中间代谢的实验研究方法
1. 研究材料：
单细胞生物，多细胞生物，病毒与噬菌体
2. 研究水平：
体内研究（in vivo）：用生物体、组织器官或微
能量代谢
研究光能或化学能在细胞中向生物能(ATP) 转化的原理和过程，以及生命活动对能量的利用 。
代谢总论和生物氧化
3
合成代谢
合成代谢也称生物合成，小、简单的前体物 质形成更大、更复杂的分子，如脂、多糖、蛋 白质和核酸等。
分解代谢
分解代谢是代谢作用的分解过程，是有机 物（糖、脂和蛋白质）被转化为更小、更简单 的终产物（如乳酸、CO2和NH3等）的过程。
14
4. 测定特征性酶
每条代谢途径都有其特征性酶，它的存在 就表明该代谢途径存在。
糖代谢途径的特征性酶：
EMP途径：醛缩酶 HMP途径：6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 TCA循环：柠檬酸合成酶
代谢总论和生物氧化
15
第三节 生物氧化 Biological Oxidation
一、概念
物质在体内的氧化分解过程，主要是糖、脂 、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量、最终 生成二氧化碳和水的过程。
代谢总论与生物能学共29页
代谢总论与生物能学
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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内能:U(E)：体系质点能量综总合（ U ） 体系
焓（H）：体系的热含量；焓变： 体吸H系热=U+做P功V, 热力学第一定律：能量守恒定律 ，U=Q-W 生物化学中近似恒压恒容， 所以：H≈U
4. 热力学第二定律和熵(entropy) 热的传导只能由高温物体传至低温物体。 熵（S）：体系质点散乱无序程度 熵变（S），隔离体系：S= S体系+ S环境≧0
传递。
由分解代谢释放出的化学能，除合成 ATP外，还以氢原子和电子的形式供给生物 合成的需能反应，其中，辅酶Ⅰ（NAD）、 辅酶Ⅱ（NADP）、FMN和FAD在这一过程 中起重要作用。
烟酰胺 （维生素PP）
辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ
（H-：）
..
维生素PP(抗赖皮维生 素)
R
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烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）
R=H：NAD R=-PO3：NADP
FMN和FAD
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核
黄 素 腺 嘌
核 黄 素
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核
二
黄
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素
苷
单
酸
核
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酸
异咯嗪
辅酶A（CoA）在能量代谢中的作用
乙酰Co-A形成的硫酯键和ATP的高能磷 酸键相似，水解时可释放出大量自由能。 许多代谢的终产物都能形成乙酰Co-A。
O
C H 3 C～～S CoA
辅酶A
(VB3)
四、代谢中常见的有机化学反应机制
代谢研究主要方法：
1、酶抑制剂的应用 2、同位素示踪法 3、气体测量法 4、核磁共振波谱法 5、利用遗传缺陷症研究代谢途径
×
酪氨酸氧化酶
尿黑酸
尿黑酸氧化酶
本章基本要求
1.熟悉代谢作用的特点。 2.掌握重要辅酶在代谢中的作用。 3.了解常用的代谢作用研究方法
第二十章 生物能学 Chapter 20.Bioenergetics)
3．代谢作用具有高度灵敏的自我调节。 整体水平: 主要靠激素或激素伴同神经系统进行的综合调节。 细胞水平: 主要通过胞内酶布局的区域化而实现 分子水平: 主要通过酶的反馈抑制和基因表达的调控等实现
根据生物由环境中获得碳的化学形式，生物可 分为两大类型：
自养生物(Autotrophs)：可利用大气中的CO2 作为惟一碳源构建所有含碳分子，如光合细 菌和高等植物。
生长旺盛时： 合成代谢分解代谢 成长的生物： 合成代谢分解代谢 衰老或饥饿： 合成代谢分解代谢
二、代谢作用的特点
1. 代谢过程所包含的化学反应通常不是一步完成，由一系列 的中间代谢过程所组成，反应数目虽多，但有极强的顺序 性。
2. 代谢作用需要温和的条件，绝大多数反应都由酶所 催化, 代谢过程中连续转变的酶促产物称代谢物。
异养生物(Heterotrophs)：不能利用大气中的 CO2，必须从环境中获得相对复杂的有机碳 分子如葡萄糖，如高等动物和多数微生物。
许多自养生物可进行光合作用，利用太阳能作为 能量来源，而异养生物通过分解自养生物产生的有 机营养物获得能量。
生物圈中自养生物和异养生物生活在一起，自养 生物利用空气中的CO2建造自己的有机生物分子，有 些还分解水产生O2；反过来异养生物利用这些有机 物作为营养物质，把CO2排放到大气中去，有些在氧 化反应中消耗O2产生水。其中C、O2和H2O在自养和 异养间不断循环，太阳能是其中的驱动力。
一、有关热力学的一些基本概念
1. 体系、环境、状态
2. 体系（system）：系统、物系, 热力学中指研究所涉及全
部
3.
物质总称。
环境（surrounding）：外界, 除体系外全部物质总称。
一个体系的性质包括：压力、体积、温度、组成、比热、表 面张力…………。
一个体系的各种性质确定了，其状态就确定了。
式中“=”表示可逆的过程， S=0,此时体系处于平衡状态。 “﹥0”表示不可逆的过程，体系熵增加。 所有自发过程都是不可逆的，熵总是增加。
体系： 开放体系（open system） 封闭体系（closed system） 隔离体系（isolated system）
2. 能的两种主要形式 — 热与功 能的表现形式有多种，热与功是两种主要形式，
是体系发生变化时与环境交换能量的两种形式。
3. 内能(internal energy)、焓(enthalpy)和热力 学第一定律：
太阳是地球上所有生物最根本的能量来源
代谢总貌
➢ATP起捕获和贮存能量(传递能量)的作用 ➢能量传递系统：ATP→ADP+Pi
以ATP形式贮存的能量有以下作用：
（1）提供生物合成所需能量
（2）机体活动及肌肉收缩所需能量
（3）营养物跨膜运输所需能量
（4）DNA,RNA，蛋白质等合成中，保证基因信息正 确
新陈代谢途径中的个别步骤称中间代谢(intermediary metabolism)。
主要谢途径（central metabolic pathway)
两种代谢作用:
分解代谢（catabolism), 也称异化作用(disassimilation) 合成代谢（anabolism), 也称同化作用（assimilation） 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（energetic metabolism）: 能量的转换、储存和释放
➢ 基团转移反应 ➢ 氧化-还原反应 ➢ 消除、异构化和重排反应 ➢ 碳-碳键的形成与断裂反应
五、代谢研究的方法
代谢研究所指的活细胞是一种概括的说 法，既来自于单细胞、也来自于多细胞生物、 还包括病毒和噬菌体等。
代谢研究主要是对中间代谢的研究。可以 在不同的水平上进行，用生物整体的研究称 体内研究，用 in vivo表示， 用组织切片、匀 浆、提取液作为材料的研究体称外研究，用 in vitro表示。
第十九章 代谢总论
Chapter 19. General Introduction to Metabolism
一、新陈代谢的概念
新陈代谢简称代谢(metabolism),是指生物体与周围环境进 行物质和能量交换的过程，也是活细胞内所有化学变化的总称。
生物体内酶催化的化学反应是连续的，前一种酶作用的产 物往往是后一种酶作用的底物，这种在代谢过程中连续转变 的酶促反应产物统称为中间产物（metabolic intermediates)或简称代谢物（metabolites)。
焓（H）：体系的热含量；焓变： 体吸H系热=U+做P功V, 热力学第一定律：能量守恒定律 ，U=Q-W 生物化学中近似恒压恒容， 所以：H≈U
4. 热力学第二定律和熵(entropy) 热的传导只能由高温物体传至低温物体。 熵（S）：体系质点散乱无序程度 熵变（S），隔离体系：S= S体系+ S环境≧0
传递。
由分解代谢释放出的化学能，除合成 ATP外，还以氢原子和电子的形式供给生物 合成的需能反应，其中，辅酶Ⅰ（NAD）、 辅酶Ⅱ（NADP）、FMN和FAD在这一过程 中起重要作用。
烟酰胺 （维生素PP）
辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ
（H-：）
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维生素PP(抗赖皮维生 素)
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烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）
R=H：NAD R=-PO3：NADP
FMN和FAD
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黄 素 腺 嘌
核 黄 素
呤
核
二
黄
核
素
苷
单
酸
核
苷
酸
异咯嗪
辅酶A（CoA）在能量代谢中的作用
乙酰Co-A形成的硫酯键和ATP的高能磷 酸键相似，水解时可释放出大量自由能。 许多代谢的终产物都能形成乙酰Co-A。
O
C H 3 C～～S CoA
辅酶A
(VB3)
四、代谢中常见的有机化学反应机制
代谢研究主要方法：
1、酶抑制剂的应用 2、同位素示踪法 3、气体测量法 4、核磁共振波谱法 5、利用遗传缺陷症研究代谢途径
×
酪氨酸氧化酶
尿黑酸
尿黑酸氧化酶
本章基本要求
1.熟悉代谢作用的特点。 2.掌握重要辅酶在代谢中的作用。 3.了解常用的代谢作用研究方法
第二十章 生物能学 Chapter 20.Bioenergetics)
3．代谢作用具有高度灵敏的自我调节。 整体水平: 主要靠激素或激素伴同神经系统进行的综合调节。 细胞水平: 主要通过胞内酶布局的区域化而实现 分子水平: 主要通过酶的反馈抑制和基因表达的调控等实现
根据生物由环境中获得碳的化学形式，生物可 分为两大类型：
自养生物(Autotrophs)：可利用大气中的CO2 作为惟一碳源构建所有含碳分子，如光合细 菌和高等植物。
生长旺盛时： 合成代谢分解代谢 成长的生物： 合成代谢分解代谢 衰老或饥饿： 合成代谢分解代谢
二、代谢作用的特点
1. 代谢过程所包含的化学反应通常不是一步完成，由一系列 的中间代谢过程所组成，反应数目虽多，但有极强的顺序 性。
2. 代谢作用需要温和的条件，绝大多数反应都由酶所 催化, 代谢过程中连续转变的酶促产物称代谢物。
异养生物(Heterotrophs)：不能利用大气中的 CO2，必须从环境中获得相对复杂的有机碳 分子如葡萄糖，如高等动物和多数微生物。
许多自养生物可进行光合作用，利用太阳能作为 能量来源，而异养生物通过分解自养生物产生的有 机营养物获得能量。
生物圈中自养生物和异养生物生活在一起，自养 生物利用空气中的CO2建造自己的有机生物分子，有 些还分解水产生O2；反过来异养生物利用这些有机 物作为营养物质，把CO2排放到大气中去，有些在氧 化反应中消耗O2产生水。其中C、O2和H2O在自养和 异养间不断循环，太阳能是其中的驱动力。
一、有关热力学的一些基本概念
1. 体系、环境、状态
2. 体系（system）：系统、物系, 热力学中指研究所涉及全
部
3.
物质总称。
环境（surrounding）：外界, 除体系外全部物质总称。
一个体系的性质包括：压力、体积、温度、组成、比热、表 面张力…………。
一个体系的各种性质确定了，其状态就确定了。
式中“=”表示可逆的过程， S=0,此时体系处于平衡状态。 “﹥0”表示不可逆的过程，体系熵增加。 所有自发过程都是不可逆的，熵总是增加。
体系： 开放体系（open system） 封闭体系（closed system） 隔离体系（isolated system）
2. 能的两种主要形式 — 热与功 能的表现形式有多种，热与功是两种主要形式，
是体系发生变化时与环境交换能量的两种形式。
3. 内能(internal energy)、焓(enthalpy)和热力 学第一定律：
太阳是地球上所有生物最根本的能量来源
代谢总貌
➢ATP起捕获和贮存能量(传递能量)的作用 ➢能量传递系统：ATP→ADP+Pi
以ATP形式贮存的能量有以下作用：
（1）提供生物合成所需能量
（2）机体活动及肌肉收缩所需能量
（3）营养物跨膜运输所需能量
（4）DNA,RNA，蛋白质等合成中，保证基因信息正 确
新陈代谢途径中的个别步骤称中间代谢(intermediary metabolism)。
主要谢途径（central metabolic pathway)
两种代谢作用:
分解代谢（catabolism), 也称异化作用(disassimilation) 合成代谢（anabolism), 也称同化作用（assimilation） 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（energetic metabolism）: 能量的转换、储存和释放
➢ 基团转移反应 ➢ 氧化-还原反应 ➢ 消除、异构化和重排反应 ➢ 碳-碳键的形成与断裂反应
五、代谢研究的方法
代谢研究所指的活细胞是一种概括的说 法，既来自于单细胞、也来自于多细胞生物、 还包括病毒和噬菌体等。
代谢研究主要是对中间代谢的研究。可以 在不同的水平上进行，用生物整体的研究称 体内研究，用 in vivo表示， 用组织切片、匀 浆、提取液作为材料的研究体称外研究，用 in vitro表示。
第十九章 代谢总论
Chapter 19. General Introduction to Metabolism
一、新陈代谢的概念
新陈代谢简称代谢(metabolism),是指生物体与周围环境进 行物质和能量交换的过程，也是活细胞内所有化学变化的总称。
生物体内酶催化的化学反应是连续的，前一种酶作用的产 物往往是后一种酶作用的底物，这种在代谢过程中连续转变 的酶促反应产物统称为中间产物（metabolic intermediates)或简称代谢物（metabolites)。