第7章 代谢总论
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第7章新陈代谢总论
糖 甘油 脂肪
磷酸二羟丙酮
脂肪酸
乙酰CoA
三羧酸循环
胆固醇
但是必需脂肪酸（亚油酸、亚麻酸）是不能在 体内合成的，亦即不能由糖转变而成。所以食 物中不可绝对缺少脂类的供给，尤其是含必需 脂肪酸的脂类。
无论是成糖氨基酸或成酮氨基酸，其对应的α-
酮酸，在进一步代谢过程中都会产生乙酰CoA，然
后转变为脂肪或胆固醇。
(3)磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用
肌酸激酶
三、特质代谢的研究方法
1、利用正常机体的方法 6、纯酶法及酶抑制剂法
2、使用病变动物法 3、切除器官法 4、脏器灌注法 5、组织切片或匀浆法 7、放射性核素示踪法 8、使用亚细胞成分的方法 9、致突变法 10、转基因法和基因敲除法
第二节 物质代谢的相互关系
Most important 限速酶
调节反应途径速率
乙酰CoA
HMG CoA
HMG CoA 还原酶 限速酶
胆固醇
甲羟戊酸
胆固醇生物合成
• 洛伐他汀
降胆固醇的作用
• 限速酶通常处于多酶体系中的起始反应 阶段，通过这些酶的调节可以更经济更 有准备地改变整个反应的代谢过程，并 能防止过多的中间代谢物的堆积。
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
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
脂和胆固醇的合成
翻译后加工（糖基化） 尿素循环
分类 光能自养生物
C源 CO2
能源 光
电子供体
代谢总论
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
（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
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
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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
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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
生物化学--代谢总论 ppt课件
异构化及重排
消除反应的机制
反应
消除反应伴随碳
-碳双键的生成，可
通过协同机制、碳正
离子机制或碳负离子
机制完成，形成顺式
或反式消除产物。
在生物化学中，
常见的异构化反应是
双键移位。如酮糖-
醛糖互变。
重排反应伴随碳
-碳键的断裂和重生
成，使碳骨架发生变
化。
ppt课件
13
消除反应的立体化学
2.异构化反应
1
1
2
基团发生反应。
若有氢负离子的受体存在，C-H键
断裂时电子有可能留在氢原子一侧形成
碳正离子和氢负离子，缺电子的亲电基
团容易与富电子的碳负离子(为亲核基
团)发生反应。
ppt课件
9
（一）基团转移反应(group— transferreaction)
在生物化学反应中，通常为亲电基团 从一个亲核体转移到另一个亲核体常见的 转移基团有酰基、磷酰基和葡萄糖基等。
1点1线或1点2线:410个；
1点3线:71个；1点4线:20个；
1点5线:11个；1点6线或6线
以上:8个；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。
ppt课件
3
（四）分解代 谢的三个阶段
（三）代谢途径的类
型：
（a）多种游离酶构成的
代谢途径；
（b）多酶复合体构成的
第19章
代
谢
总
论
ppt课件
1
一、新陈代谢的一般规律
(一）基本概念 新陈代谢是体内化学反应的总称，体内的化学反应通常由
酶催化，一系列的连续反应构成代谢途径，代谢途径的个别步
生物化学第7章、代谢总论
二,能量代谢在新陈代谢中的重要地位
1.机体内捕获和贮存自由能的分子主要是ATP. 2.自由能:能够用于做功的能量.
ATP 太阳能 化学能 ADP+Pi 生物合成 细胞运动 膜运输
3.机体在分解代谢中产生自由能的过程可以大致 分为三个阶段: Ⅰ,由营养物的大分子分解为较小的分子; Ⅱ,小分子进一步转变为少数几种共同物质(如 乙酰-CoA); Ⅲ,由柠檬酸循环和氧化磷酸化两个共同代谢途 径组成,是形成ATP的主要阶段.
4. ATP不断地处于动 态平衡的周转之中. 它是一种传递能量的 分子. 5.能够提供能量的核苷 酸类分子除ATP外,还 有GTP,CTP,UTP等. GTP:蛋白质的生物 合成 CTP:磷脂酰胆碱,磷 脂酰乙醇胺的合成 UTP:糖原合成
能量转换与利用
三,辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的递能作用
脱氢酶将脱下的氢原子和电子传递给辅酶Ⅰ和辅 酶Ⅱ,还原型的辅酶Ⅰ(NADH)和辅酶Ⅱ (NADPH)再将自由能转移给生物合成中需要能 量/还原力的反应.
第七章,代谢总论
相关概念:
1,新陈代谢(metabolism):简称代谢, 生物体内一切化学变化的总称. 2,代谢中间产物:代谢过程中连续转变 着的酶促产物. 3,中间代谢:代谢过程中的个别步骤, 个别环节. 4,主要代谢途径:新陈代谢途径包括的 生物界中具有普遍性的共同规律.
பைடு நூலகம்
一,分解代谢和合成代谢
3.分子水平
酶的调节是最基本的代谢调节,包括酶的数量的 调节和酶活性的调节. ①酶的数量的调节:受到合成与降解速率的控制. ②酶活性的调节:变构效应,共价修饰等.
�
四,FMN和FAD的递能作用
FMN和FAD也都能接受两个氢原子,在氧化还原 反应中,特别在氧化呼吸链中起着重要的传递电 子或氢原子的作用.
代谢总论
氧化磷酸化
电子传递过程释放的能量以ATP的形式得以贮 存，即ATP的形成与电子传递相偶联。
氧化磷酸化的偶联机制： 化学偶联学说 结构偶联学说
化学渗透学说
ATP合酶
F1:(3β3 δε亚基) F0:(a1b2c9～12亚基) ATP合酶结构模式图
☻一对e- 从 FADH2传递到O2 产生1.5分子ATP；
温和反应； 逐步进行； 受到调控； 中间代谢：新陈代谢中的个别环节、 个别步骤称为中间代谢。
生物氧化
生物能学； 呼吸链电子传递； 氧化磷酸化；
生物能学
ATP是细胞内化学能的共同载体，含有高的磷酸基 团转移势能。 高能化合物：水解可以释放5千卡以上自由能的化合 物。 ATP水解释放一个磷酸基团，可以释放7.3千卡自由 能。 ATP是生物体内最主要的高能化合物。 ATP不是能量贮存者。
代谢总论
代谢总论
代谢的概念 广义：生物体与外界进行物质交换的过程。 狭义：活细胞内所有化学变化的总称。 物质代谢：构成生物体组成成分的糖、脂、 蛋白质、核酸等的合成与分解代谢。 能量代谢：伴随物质代谢产生的机械能、化学能、 热能以及光能、电能的相互转化。
P 325
物质代谢与能量代谢的关系
新陈代#43; NAD+
FMN FMNH2
还原型Fe-S 氧化型Fe-S
Q QH2
复合体Ⅰ的功能
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位 氧化还原对 NAD+/NADH+H+ FMN/ FMNH2 FAD/ FADH2 Cyt b Fe3+/Fe2+ Q10/Q10H2 Cyt c1 Fe3+/ Fe2+ Cyt c Fe3+/Fe2+ Cyt a Fe3+ / Fe2+ Cyt a3 Fe3+ / Fe2+ 1/2 O2/ H2O Eº (V) ' -0.32 -0.30 -0.06 0.04（或0.10） 0.07 0.22 0.25 0.29 0.55 0.82
生物化学课件第七章 代谢总论
酸酐键
ATP
UTP、CTP、 GTP
ATP水解时，一个高能磷酸 键断裂的同时释放出能量
ATP + H2O ——> ADP+Pi G = -30.5 KJ/mol ATP + H2O ——> AMP+PiPi G = -32.2 KJ/mol
ATP在能量代谢中作用 (能量货币，蓄电池)
光能
ATP
第七章 新陈代谢总论
Metabolism introduction
自养生物：利用CO2作为碳源，伴随太阳能
向化学能的转变
异养生物：利用有机物作碳源
太阳能是生物体能量的最终来源
光合自养生物
异养生物
分解代谢释放能量；合成代谢消耗能量
新陈代谢的特点
新陈代谢由一系列的酶促反应所组成 反应步骤繁多，具有严格的顺序性，还能 自动调节 分解代谢和合成代谢采取不同的途径，而 且位于细胞的不同部位 物质代谢过程中伴随着能量的代谢
对于一个溶液中的化学反应 aA + bB → cC + dD
△G＜0,可； =0,可逆；＞0,否
当反应达到平衡时，△G = 0
K′是化学反应的平衡常数，故△ G′Θ也是一个常数。
根据自由能变化可以判断中间物质代谢方向
自由能变化的可加和性
❖在偶联的几个化学反应中，自由能的总变化
等于每一步反应自由能变化的总和。
某些代谢途径为合成代谢和分解代谢所共 有，但是合成代谢不是分解代谢的逆过程
三、代谢过程中的能量变化
❖化学反应中的自由能 ❖标准自由能变化及其与平衡常数的关系 ❖自由能变化的可加和性 ❖高能化合物
化学反应中的自由能
能量的传 递形式
新陈代谢总论与生物氧化
如： NADH-Q还原酶、琥珀酸-Q还原酶、脂酰-CoA脱氢酶等
是脂溶性醌类化合物，而且分 子较小，可在线粒体内膜的磷脂双 分子层的疏水区自由扩散。 功能基团是苯醌,通过醌/酚的 互变传递氢，Q (醌型结构) 很容易 接受2个电子和2个质子，还原成QH2 （还原型）；QH2也容易给出2个电 子和2个质子，重新氧化成Q。因此， 它在线粒体呼吸链中作为电子和质 子的传递体。
O ‖ CH3－C～ SCoA + NADH + H+ + CO2
2、β-氧化脱羧
COOH
β α
COOH
HCOH + NADP+
CH2
COOH(苹果酸）
C =O + CO2 +NADPH + H+
CH3（丙酮酸）
§7-2 生物氧化
线粒体是生物氧化的发生场所
§7-2 生物氧化
四、生物氧化中水的生成
大分子
能量代谢
物 质 代 谢
异化作用
生物大分子 分解代谢小分子 体内物质 环境物质
§7-1新陈代谢总论
五、新陈代谢的特点
1、反应分步进行，顺序性极强； 2、由酶催化，反应条件温和；
3、有灵敏的自动调节和对体内外环境高度适应
性的特点。
§7-1新陈代谢总论
六、新陈代谢的研究方法
1.研究材料：单细胞生物，多细胞生物，病毒与噬菌体 2.研究方法：体内研究（in vivo）:用生物整体研究 体外研究（in vitro）：用切片，匀浆等 研究 3.同位素示踪法:如将C14标在乙酸羧基上，同时喂养动 物，如动物呼出CO2中发现C14，说明乙酸 羧基转变CO2． 4.代谢途径阻断：如用酶的抑制剂阻抑中间代谢 的某一环节,推测代谢情况.
是脂溶性醌类化合物，而且分 子较小，可在线粒体内膜的磷脂双 分子层的疏水区自由扩散。 功能基团是苯醌,通过醌/酚的 互变传递氢，Q (醌型结构) 很容易 接受2个电子和2个质子，还原成QH2 （还原型）；QH2也容易给出2个电 子和2个质子，重新氧化成Q。因此， 它在线粒体呼吸链中作为电子和质 子的传递体。
O ‖ CH3－C～ SCoA + NADH + H+ + CO2
2、β-氧化脱羧
COOH
β α
COOH
HCOH + NADP+
CH2
COOH(苹果酸）
C =O + CO2 +NADPH + H+
CH3（丙酮酸）
§7-2 生物氧化
线粒体是生物氧化的发生场所
§7-2 生物氧化
四、生物氧化中水的生成
大分子
能量代谢
物 质 代 谢
异化作用
生物大分子 分解代谢小分子 体内物质 环境物质
§7-1新陈代谢总论
五、新陈代谢的特点
1、反应分步进行，顺序性极强； 2、由酶催化，反应条件温和；
3、有灵敏的自动调节和对体内外环境高度适应
性的特点。
§7-1新陈代谢总论
六、新陈代谢的研究方法
1.研究材料：单细胞生物，多细胞生物，病毒与噬菌体 2.研究方法：体内研究（in vivo）:用生物整体研究 体外研究（in vitro）：用切片，匀浆等 研究 3.同位素示踪法:如将C14标在乙酸羧基上，同时喂养动 物，如动物呼出CO2中发现C14，说明乙酸 羧基转变CO2． 4.代谢途径阻断：如用酶的抑制剂阻抑中间代谢 的某一环节,推测代谢情况.
代谢总论
• 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 a) 酰基磷酸化合物
O C O CH2 O P O
-
O CH OH O O O-
O CH3 C O
O P O O
-
P O
3-磷酸甘油酸磷酸
乙酰磷酸
11.8千卡/摩尔
10.1千卡/摩尔
O R C O
O H3N
+
O P O
四.生物能及其存在形式 ① 生物能和ATP
• • • ATP是生物能存在的主要形式 ATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式。 生物化学反应与普通的化学反应一样,也服从热 力学的规律。
② 高能化合物
生物体通过生物氧化所产生的能量，除一部分 用以维持体温外，大部分可以通过磷酸化作用 转移至高能磷酸化合物ATP中。
代 谢 总 论 代 谢 总 论
一、新陈代谢的概念
新陈代谢（metabolism）：
指生物体内一切化学反应的总称。
合成代谢（同化作用） 指生物体从外界摄取物质，并
把它们转变成自身物质的过程。
新陈代谢
通常是将生物小分子合成为 生物大分子。 需要能量。 分解代谢（异化作用） 指生物体内原有的物质经一系 列变化最终变成排泄物排出体 外的过程
一般方法 同位素法
（一）一般方法
1. in vivo（体内） （1）利用异常代谢物的研究方法
狗 1904年 Knoop Ф (CH2)nCOOH
ФCOOH ，ФCH2COOH
提出了β-氧化假说
（2）利用患代谢障碍病的病人或动物进行代谢研究
停止
A
B
C
排出体外
D
E
生物化学 7新陈代谢总论与生物氧化
★生物氧化在活细胞中进行，pH中性，反应条件温和， 一系列酶和电子传递体参与氧化过程，逐步氧化，逐 步释放能量，转化成ATP。
★真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线 粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。
（一）生物氧化的特点
1，生物氧化是在生物细胞内进行的酶促 氧化过程，反应条件温和（水溶液，pH7和 常温）。
6，生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相 偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能 ATP。
生物氧化的三阶段
第一阶段：多糖，脂，蛋白质等分解为构造单位——单糖、 甘油与脂肪酸、氨基酸，该阶段几乎不释放化学能。
第二阶段：构造单位经糖酵解、脂肪酸β氧化、氨基酸氧化 等各自的降解途径分解为丙酮酸、乙酰CoA等少数几种共同的 中间代谢物，这些共同的中间代谢物在不同种类物质的代谢间 起着枢纽作用。该阶段释放少量的能量。
生物氧化图示
（二）生物氧化中CO2的生成
直接脱羧
CH3CCOOH O
丙酮酸脱羧酶 （α-脱羧）
CH3CHO + CO2
丙酮酸羧化酶
HOOCCβH2CαCOOH （Β-脱羧） CH3CCOOH + CO2
O
O
氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。
第三阶段：丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环彻底氧化为 CO2、H2O释放大量的能量。
★在第二、第三阶段中，氧化脱下的电子（H—）经过一个氧 化的电子传递过程（氧化电子传递链）最终传给O2，并生成 ATP，以这种方式生成ATP的作用称为氧化磷酸化作用，它是 一种很重要的将生物氧化和能量生成相偶连的机制。
• 一般将水解时能够释放21 kJ /mol（5千卡/mol) 以上自由能（G< -21 kJ / mol）的化合物称 为高能化合物。
★真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线 粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。
（一）生物氧化的特点
1，生物氧化是在生物细胞内进行的酶促 氧化过程，反应条件温和（水溶液，pH7和 常温）。
6，生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相 偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能 ATP。
生物氧化的三阶段
第一阶段：多糖，脂，蛋白质等分解为构造单位——单糖、 甘油与脂肪酸、氨基酸，该阶段几乎不释放化学能。
第二阶段：构造单位经糖酵解、脂肪酸β氧化、氨基酸氧化 等各自的降解途径分解为丙酮酸、乙酰CoA等少数几种共同的 中间代谢物，这些共同的中间代谢物在不同种类物质的代谢间 起着枢纽作用。该阶段释放少量的能量。
生物氧化图示
（二）生物氧化中CO2的生成
直接脱羧
CH3CCOOH O
丙酮酸脱羧酶 （α-脱羧）
CH3CHO + CO2
丙酮酸羧化酶
HOOCCβH2CαCOOH （Β-脱羧） CH3CCOOH + CO2
O
O
氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。
第三阶段：丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环彻底氧化为 CO2、H2O释放大量的能量。
★在第二、第三阶段中，氧化脱下的电子（H—）经过一个氧 化的电子传递过程（氧化电子传递链）最终传给O2，并生成 ATP，以这种方式生成ATP的作用称为氧化磷酸化作用，它是 一种很重要的将生物氧化和能量生成相偶连的机制。
• 一般将水解时能够释放21 kJ /mol（5千卡/mol) 以上自由能（G< -21 kJ / mol）的化合物称 为高能化合物。
第七章 代谢概述-1
• 往往催化单向反应或非平衡反应，其活性 决定整个途径的进行方向；
• 酶活性受多种代谢物或效应物的调节。
第二节 代谢途径的区域化调节
一，代谢途径的区域化分隔 二，膜结构对代谢的调控 三，代谢途径相互联系形成网络
☆代谢途径的区域化
真核细胞呈高度的区域化：
糖酵解，脂肪酸合成，磷酸戊糖途径在细胞质中； DNA合成在细胞核中； 电子传递链和氧化磷酸化在线粒体内膜上； 脂肪酸ß-氧化，TCA循环和氨基酸氧化作用在线粒体基质中
二，代谢途径
三个最关键的中间代谢产物
☆6-磷酸葡萄糖 ☆丙酮酸 ☆乙酰-CoA
草酰乙酸
丙酮酸
乳酸
三，代谢的方向Biblioteka • 生理条件下，很多代谢途径是以单一方向 进行的
• 平衡反应的正反应和逆反应由同一种酶催 化，而不可逆反应和它相应的逆反应由两 种不同的酶催化
限速酶/关键酶催化的反应：
• 反应速度最慢，其活性决定整个途径的总 速度；
第七章 代谢概述
第一节 代谢简介
一，新陈代谢
• 新陈代谢 • 代谢途径 • 代谢中间产物（代谢物）
大分子化合物 单体 中间代谢物
代谢的三个阶段
无机化合物
产生生命活动所需 的绝大部分能量
根据合成代谢所利用的起始原料的不同
• 自养生物 • 异养生物
生物体利用的能量形式
• ATP是能量的通用载体 • NAD(P)H保存了氧化还原反应的能量（还原
原核生物细胞的代谢途径也呈现区域化的特征：
周质空间与细胞内的酶分开
二，膜结构对代谢的调控
• 区域化避免不同代谢过程相互干扰 • 膜对不同代谢物的选择性通透影响和调节
反应的方向和速度
三，代谢途径相互联系形成网络
• 酶活性受多种代谢物或效应物的调节。
第二节 代谢途径的区域化调节
一，代谢途径的区域化分隔 二，膜结构对代谢的调控 三，代谢途径相互联系形成网络
☆代谢途径的区域化
真核细胞呈高度的区域化：
糖酵解，脂肪酸合成，磷酸戊糖途径在细胞质中； DNA合成在细胞核中； 电子传递链和氧化磷酸化在线粒体内膜上； 脂肪酸ß-氧化，TCA循环和氨基酸氧化作用在线粒体基质中
二，代谢途径
三个最关键的中间代谢产物
☆6-磷酸葡萄糖 ☆丙酮酸 ☆乙酰-CoA
草酰乙酸
丙酮酸
乳酸
三，代谢的方向Biblioteka • 生理条件下，很多代谢途径是以单一方向 进行的
• 平衡反应的正反应和逆反应由同一种酶催 化，而不可逆反应和它相应的逆反应由两 种不同的酶催化
限速酶/关键酶催化的反应：
• 反应速度最慢，其活性决定整个途径的总 速度；
第七章 代谢概述
第一节 代谢简介
一，新陈代谢
• 新陈代谢 • 代谢途径 • 代谢中间产物（代谢物）
大分子化合物 单体 中间代谢物
代谢的三个阶段
无机化合物
产生生命活动所需 的绝大部分能量
根据合成代谢所利用的起始原料的不同
• 自养生物 • 异养生物
生物体利用的能量形式
• ATP是能量的通用载体 • NAD(P)H保存了氧化还原反应的能量（还原
原核生物细胞的代谢途径也呈现区域化的特征：
周质空间与细胞内的酶分开
二，膜结构对代谢的调控
• 区域化避免不同代谢过程相互干扰 • 膜对不同代谢物的选择性通透影响和调节
反应的方向和速度
三，代谢途径相互联系形成网络
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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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
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经甲基丙二酰单酰辅酶A变位酶作
用变成琥珀酰辅酶A。
2.高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 高能化合物：水解后可释放出大量能量 的化合物，△G < -5 Kcal/mol。 • 1、高能磷酸化合物：将高能量储存在磷 酯键中的化合物，其磷酯键用“～”表 示，区别于 “－”。 • 2、其它高能化合物： 乙酰CoA、NADH、NADPH、FADH2
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 合成代谢 anabolism or biosynthesis
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，属于 耗能代谢
同一种物质其分解代谢与合成代谢的途径一 般是不相同的，这使得生物机体增加了体内化学反应的数
量并使代谢调控具有更大的灵活性与应变性。
分解代谢与合成代谢
• 生物机体的分解 代谢与合成代谢是 同时发生的，但在 细胞的不同部位进 行。这称为区室化----compartmentation
CH3COSCoA是一高能化合物
新陈代谢的调节
• 分子水平调节 包括反应物和产物的调节，主要是浓度和酶的 调节，酶的调节主要是酶浓度和酶活性调节 （变构调节、共价修饰调节）。 • 细胞水平调节 细胞的分隔作用( Compartmentation)。 • 整体水平调节 多细胞生物的调节。主要有激素调节、神经调 节。 • 除此之外还有基因表达调控
• 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
1. 分解代谢与合成代谢
• 分解代谢 catabolism
有机营养物通过一系列反应步骤转变成小 的，简单的物质的过程，总体来看，分解 代谢的终产物是CO2、NH3、和水，同时伴 随着大量化学能被释放出来，所以分解代 谢又叫产能代谢。
代谢中常见的有机反应机制
• • • • 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
代谢中常见的有机反应机制 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。
代谢中常见的有机反应机制
• 氧化-还原反应
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；
经过碳正离子的机制的醇消除反应
代谢中常见的有机反应机制
• 消除、异构化和重排反应
2.异构化反应如醛糖与酮糖的异构反应；
代谢中常见的有机反应机制
• 消除、异构化和重排反应
3. 分子重排反应如L-甲基丙二酰单酰辅酶A
经甲基丙二酰单酰辅酶A变位酶作用变成 琥珀酰辅酶A。
• FMN（黄素腺嘌呤单
FAD
核苷酸）和FAD（黄素腺
嘌呤二核苷酸）在呼吸链
中起传递H和电子的作用。
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
FAD + -CH2-CH2-
FADH2 + -CH=CH-
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 辅酶A（coenzyme A） 它由腺嘌呤、D-核糖、 磷酸、焦磷酸、泛酸和 巯基乙胺组成。巯基是 CoA的活性基团。它在 酶促反应中主要起接受 乙酰基的作用，生成乙 酰辅酶A（CH3COSCoA）
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
新陈代谢的特点
• 1、代谢反应是在温和条件下进行，绝大多数都有酶 催化； • 2、代谢过程中的化学反应往往不是一步完成，而是 通过一系列中间过程，反应数目虽多，却严格有序。 • 3、生物体内的化学反应表现出灵敏的自我调节，各 个反应之间都是相互协调，相互联系，有条不紊地进 行； • 4、生物的代谢体系是在长期进化中逐步形成，逐步 完善的。高等动植物和微生物虽然差别很大，但有些 基本的代谢过程却十分相似，这对于我们掌握代谢规 律十分有利。
• 在分解代谢中 起捕获和贮藏 能量的是ATP （腺嘌呤核苷 三磷酸或腺苷 三磷酸）
• ATP中有二个 高能磷酸键
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 能够直接供能的核苷酸类分子除ATP外还
有GTP（鸟苷三磷酸）UTP（尿苷三磷酸） 和CTP（胞苷三磷酸）
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
•储备高能磷酸的分子称之磷酸原(phosphagens)， 例如在动物肌肉细胞中发现的磷酸肌酸和磷酸精 氨酸，在脊椎动物的肌肉中，大量的磷酸肌酸是 在ATP供应充足时生成的。在静止的肌肉中，磷 酸肌酸的浓度大约是ATP的5倍。当需要ATP时， 肌酸激酶催化激活的磷酰基团从磷酸肌酸转移给 ADP，快速地补充ATP。 •在许多无脊椎动物（例如软体动物和节肢动物） 中，磷酸精氨酸是激活的磷酰基团的来源。
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 辅酶I（NAD）和辅酶II （NADP）以氢原子和电 子的形式将自由能转移给生 物合成需能反应。 • 在标准条件下，NADH氧化 所释放出的能量是 -220 KJ/mol，足可以驱 动几个ATP分子的形成。
腺嘌呤核苷 尼克酰胺
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
第7章 代谢总论
A metabolic map,
By D.E. Nicholson, University of Leeds, U.K.
新陈代谢图示
主要内容
• • • • • 分解代谢与合成代谢 高能化合物在新陈代谢中的重要作用 新陈代谢的调节 代谢中常见的有机反应机制 新陈代谢的特点
几个概念
Hale Waihona Puke 分解代谢与合成代谢• 区室化通过几种方式影响代谢反应。 • 1. 在真核生物中，区室化将整个代谢途径完全 分隔在特定的亚细胞区域。将降解和合成途径 分开有许多优越性，最主要的是可以避免两个 方向相反的反应彼此会部分或完全抵消。 • 2. 区室化通过区室的通透特性也可以调节酶促 反应，通过区室膜有选择的通透（或转运）可 以调控底物进入区室和从区室输出产物，因为 区室内底物和产物的相对浓度转而影响酶促反 应。 • 3. 另外区室化与影响代谢物跨细胞膜或亚细胞 膜转运的激素的作用紧密相连。在哺乳动物中， 不同的区室之间都是通过复杂的方式联系在一 起的。
电子受体
电子供体
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经甲基丙二酰单酰辅酶A变位酶作
用变成琥珀酰辅酶A。
2.高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 高能化合物：水解后可释放出大量能量 的化合物，△G < -5 Kcal/mol。 • 1、高能磷酸化合物：将高能量储存在磷 酯键中的化合物，其磷酯键用“～”表 示，区别于 “－”。 • 2、其它高能化合物： 乙酰CoA、NADH、NADPH、FADH2
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 合成代谢 anabolism or biosynthesis
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，属于 耗能代谢
同一种物质其分解代谢与合成代谢的途径一 般是不相同的，这使得生物机体增加了体内化学反应的数
量并使代谢调控具有更大的灵活性与应变性。
分解代谢与合成代谢
• 生物机体的分解 代谢与合成代谢是 同时发生的，但在 细胞的不同部位进 行。这称为区室化----compartmentation
CH3COSCoA是一高能化合物
新陈代谢的调节
• 分子水平调节 包括反应物和产物的调节，主要是浓度和酶的 调节，酶的调节主要是酶浓度和酶活性调节 （变构调节、共价修饰调节）。 • 细胞水平调节 细胞的分隔作用( Compartmentation)。 • 整体水平调节 多细胞生物的调节。主要有激素调节、神经调 节。 • 除此之外还有基因表达调控
• 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
1. 分解代谢与合成代谢
• 分解代谢 catabolism
有机营养物通过一系列反应步骤转变成小 的，简单的物质的过程，总体来看，分解 代谢的终产物是CO2、NH3、和水，同时伴 随着大量化学能被释放出来，所以分解代 谢又叫产能代谢。
代谢中常见的有机反应机制
• • • • 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
代谢中常见的有机反应机制 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。
代谢中常见的有机反应机制
• 氧化-还原反应
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；
经过碳正离子的机制的醇消除反应
代谢中常见的有机反应机制
• 消除、异构化和重排反应
2.异构化反应如醛糖与酮糖的异构反应；
代谢中常见的有机反应机制
• 消除、异构化和重排反应
3. 分子重排反应如L-甲基丙二酰单酰辅酶A
经甲基丙二酰单酰辅酶A变位酶作用变成 琥珀酰辅酶A。
• FMN（黄素腺嘌呤单
FAD
核苷酸）和FAD（黄素腺
嘌呤二核苷酸）在呼吸链
中起传递H和电子的作用。
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
FAD + -CH2-CH2-
FADH2 + -CH=CH-
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 辅酶A（coenzyme A） 它由腺嘌呤、D-核糖、 磷酸、焦磷酸、泛酸和 巯基乙胺组成。巯基是 CoA的活性基团。它在 酶促反应中主要起接受 乙酰基的作用，生成乙 酰辅酶A（CH3COSCoA）
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
新陈代谢的特点
• 1、代谢反应是在温和条件下进行，绝大多数都有酶 催化； • 2、代谢过程中的化学反应往往不是一步完成，而是 通过一系列中间过程，反应数目虽多，却严格有序。 • 3、生物体内的化学反应表现出灵敏的自我调节，各 个反应之间都是相互协调，相互联系，有条不紊地进 行； • 4、生物的代谢体系是在长期进化中逐步形成，逐步 完善的。高等动植物和微生物虽然差别很大，但有些 基本的代谢过程却十分相似，这对于我们掌握代谢规 律十分有利。
• 在分解代谢中 起捕获和贮藏 能量的是ATP （腺嘌呤核苷 三磷酸或腺苷 三磷酸）
• ATP中有二个 高能磷酸键
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 能够直接供能的核苷酸类分子除ATP外还
有GTP（鸟苷三磷酸）UTP（尿苷三磷酸） 和CTP（胞苷三磷酸）
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
•储备高能磷酸的分子称之磷酸原(phosphagens)， 例如在动物肌肉细胞中发现的磷酸肌酸和磷酸精 氨酸，在脊椎动物的肌肉中，大量的磷酸肌酸是 在ATP供应充足时生成的。在静止的肌肉中，磷 酸肌酸的浓度大约是ATP的5倍。当需要ATP时， 肌酸激酶催化激活的磷酰基团从磷酸肌酸转移给 ADP，快速地补充ATP。 •在许多无脊椎动物（例如软体动物和节肢动物） 中，磷酸精氨酸是激活的磷酰基团的来源。
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 辅酶I（NAD）和辅酶II （NADP）以氢原子和电 子的形式将自由能转移给生 物合成需能反应。 • 在标准条件下，NADH氧化 所释放出的能量是 -220 KJ/mol，足可以驱 动几个ATP分子的形成。
腺嘌呤核苷 尼克酰胺
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
第7章 代谢总论
A metabolic map,
By D.E. Nicholson, University of Leeds, U.K.
新陈代谢图示
主要内容
• • • • • 分解代谢与合成代谢 高能化合物在新陈代谢中的重要作用 新陈代谢的调节 代谢中常见的有机反应机制 新陈代谢的特点
几个概念
Hale Waihona Puke 分解代谢与合成代谢• 区室化通过几种方式影响代谢反应。 • 1. 在真核生物中，区室化将整个代谢途径完全 分隔在特定的亚细胞区域。将降解和合成途径 分开有许多优越性，最主要的是可以避免两个 方向相反的反应彼此会部分或完全抵消。 • 2. 区室化通过区室的通透特性也可以调节酶促 反应，通过区室膜有选择的通透（或转运）可 以调控底物进入区室和从区室输出产物，因为 区室内底物和产物的相对浓度转而影响酶促反 应。 • 3. 另外区室化与影响代谢物跨细胞膜或亚细胞 膜转运的激素的作用紧密相连。在哺乳动物中， 不同的区室之间都是通过复杂的方式联系在一 起的。