1 代谢总论

代谢的调节使生物机体能适应其内、外复杂的变化环
境，从而得以生存。这种精密的调节机制是生物在长 期演化中获得的。 代谢调节可分为三个不同水平：
分子水平
ห้องสมุดไป่ตู้
细胞水平
整体水平
代谢调节的特点

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。 代谢作用需要温和的条件，绝大多数反应都由酶 所催化。 整体水平上，主要靠激素或激素伴同神经系统进 行的综合调节
3.生物化学理论和方法有利于推动农副产品的
加工产业
德国农产品产值与附加值之比为1：2.3，
美国是1：1.8，日本是1：2.2，中国仅1：
0.5。
4.研究新陈代谢规律及调控是开发微生物发酵工业 的基础 氨基酸、酶、抗生素、植物生长激素、维生 素C等都可是通过微生物发酵生产，发酵产物的分
离纯化加工技术必须依赖于生物化学理论和技术。
高产优质菌株的选育及优化发酵工艺更是需要生物
化学理论和技术的支持。
5.生物化学理论和方法对改善人类 生存环境具有特殊的意义。
第1章 代谢引论和生物能学概述
主要内容：介绍新陈代谢的概念 和研究方法，生物能力学的基本内
容和高能化合物的概念和特点。
目 录
第一节
第二节 第三节
新陈代谢通论
新陈代谢研究方法 生物能学简介
生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通 过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用 (assimilation), 也叫合成代谢；另一方面，将原有的组成成 份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排 出体外，即所谓异化作用(dissimilation)),也叫分解代谢，通 过上述过程不断地进行自我更新。 特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径 逐步进行.
生物化学课的作用和重要性
1.促进对人或动物致病机理的认识，提高对疾病的 正确诊断 很多种疾病是由于细胞或体液中化学成份的变 化，从而引起功能的紊乱。血液中脂类物质含量增 高是心血管疾病的特征之一(如冠心病、血管栓塞 引起脑溢血、脑血栓等症状)；血红蛋白一级结构 的改变可以溶血，如人被毒蛇咬伤后致人于丧命， 是由于蛇毒液中含有磷酸二酯酶，使血细胞溶血所 致等，许多疾病的临床诊断愈来愈多地依赖于生化 指标的测定。
～P ～P
磷酸肌酸（磷酸基团储备物）
～P
ATP
～P ～P
6-磷酸葡萄糖
3-磷酸甘油
三、能荷及其代谢调节作用
能荷是指用ATP, ADP和AMP之间的关系式来 表示细胞所处的能量状态状态。公式: [ATP] + 1/2(ADP] 能荷= [ ATP] + [ ADP] + [ AMP]
从上式可看出，能荷是细胞所处能量状态的 一个指标。当细胞内的ATP全部转变为AMP,能 荷值为“0”。当AMP全部转变为ATP时，能荷 值成为“1” ,能荷值是在0和1之间变动。
需要能量 新 陈 代 谢 能 量 代 谢 物 质 代 谢 信 息 交 换
释放能量
分解代谢（异化作用）
大分子 小分子
二 能量代谢在新陈代谢中的重要地位
自养细胞
异养细胞
生 物 界 能 量 传 递 及 转 化 总 过 程
太
光 合 作 用 合成 呼 吸 作 用 (CH2O) +O2 分解
阳
（光 能）
电子传递
3）将结构单元装配成自身的大分子。
4）形成或分解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
分解代谢
合成代谢
新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能
物理运动—化学运动—生命运动 最高级运动形式 ATP
有机质 分解 有机质 合成
代谢综合征——代谢病之一
• 胰岛素抵抗、肥胖、高血压、血脂紊乱集合在一 起，称为代谢综合征。 • 美国成人中代谢综合症的患病率为22.7%。 • 上海成人代谢综合症的患病率为9.1%，在超重和 肥胖的人群中患病率分别是21.6%和29.6%。 • 可能机制:一些酶的活性的改变、一些载脂蛋白的 水平的变化、 等等，导致糖、脂等的代谢失调。
•组织匀浆
600g，10min
15,000g，5min 细胞核，未破碎细胞
线粒体，溶酶体等
100,000g，60min
核糖体，微粒体，高尔基体
•运动前后磷酸肌酸与ATP的变化（核磁共振）
第三节
生物能学简介
有关热力学的一些基本概念
体系、环境、状态
能的两种形式 — 热与功
热力学第一定律和内能(internal energy)、
O O O + + + 腺嘌呤—核糖— O — P — O — P — O — P — O-
O-
OMg2+
O-
ATP4- + H2O ＝ ADP3- + Pi2- + H+
G ＝-30.5kJ•MOL-1
ATP在能量转运中地位和作用
★ ATP是细胞内的“能量通货” ★ ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体 14 磷酸烯醇式丙酮酸 磷 酸 基 团 转 移 能 12 10 3-磷酸甘 油酸磷酸 8 6 4 2 0
2. 生物化学理论和方法促进生物药物研究与开发 生化药物是一类采用生化方法化学合成从生物 体分离、纯化所得并用于预防、治疗和诊断疾病的 生化基本物质。这些药物的特点是来自生物体，基 本生化成份即氨基酸、肽、蛋白质、酶与辅酶、多 糖(粘多糖类) 脂质、核酸及其降解产物。生化药 物在制药行业和医药上占有重要地位。
共同中间物进入 三羧酸循环,氧化 脱下的氢由电子 传递链传递生成 H2O，释放出大 量能量，其中一 部分通过磷酸化 储存在ATP中。
+Pi
磷酸化
电子传递 （氧化）
e-
三羧酸 循环
第四节
高能化合物
生化反应中，在水解时或基团转移反应中可
释放出大量自由能（ >21 千焦 / 摩尔）的化合物称
为高能化合物。
（电 能）
自 养 细 胞
ADP
ATP
（化 学 能）
(CO2) +H2O
（化 学 能）
电子传递
（电 能）
异 养 细 胞
ADP
生 命 生物合成 机 械 功 主动运输 生物发光 生物发电 生物发热
ATP
（化 学 能）
现
象
叶绿体
梦想与展望
三、新陈代谢的调节
生物机体的新陈代谢是一个完整的整体，机体代 谢的协调配合，关键在于它存在有精密的调节机制。
（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，保证基因信息正确传递。
二、ATP的特点
在 pH=7 环境中， ATP 分子中的三个磷酸基团完 全解离成带 4 个负电荷的离子形式（ ATP4- ），具有 较大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很 大（Δ G°′=-30.5千焦/摩尔）。
焓(enthalpy)
热力学第二定律和熵(entropy)
自由能(free energy)
自己课后复习
生物系统中的能流
生物体内能量产生的三个阶段 脂肪 多糖 蛋白质
大分子降解成基 本结构单位 脂肪酸、甘油 葡萄糖、 其它单糖 氨基酸
乙酰CoA
小分子化合物分 解成共同的中间 产物（如丙酮酸 、乙酰CoA等）
一、高能化合物的类型 二、ATP的特点及其特殊作用 三、能荷及其代谢调节作用
一、 高 能 化 合 物 类 型


生物体的一切生命活动都需要能量
太阳能是所有生命最根本的能量来源


ATP起捕获和贮存能量的作用
能量传递系统：ATP，ADP，无机磷


用于做功的能量称为自由能
以ATP形式贮存的能量有以下作用：



细胞水平上，主要通过胞内酶布局的区域化而实 现 分子水平上，主要通过酶的反馈抑制和基因表达 的调控等实现

四、代谢中常见的有机化学反应机制
基团转移反应 氧化-还原反应
消除、异构化和重排反应
碳-碳键的形成与断裂反应
教材P290 自学
五、新陈代谢的功能
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（building blocks）。
• 治疗和预防：运动、饮食、药物。
1902 年，英国医生加洛特（A.Garrod）从 家族病史，发现并研究了第一例遗传病,也是代谢 病——尿黑酸症，病人的尿和耳垢暴露在空气中变 成淡红色或墨黑色，是由积聚的尿黑酸(2，5二羟 苯乙酸)引起的。
尤其难得是，加洛特预测：尿黑酸
病病人缺乏一种酶（尿黑酸氧化酶），
而正常人有，加洛特把这种遗传病症状
称为“先天性代谢差错”。 后来的研究证明加洛特的预见是对 的。
酪氨酸酶
尿黑酸氧化酶
六、代谢组学
代谢组学(metabonomics)是效仿基因组学和 蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进 行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对 关系的研究方式，是系统生物学的组成部分。其研 究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。 “人类代谢组物计划”完成后，可以知道什么代 谢物与什么疾病有关，什么是正常的代谢水平，什 么是不正常的，什么地方能找到某种代谢物，以及 哪种代谢物与哪个基因有关。
第二节 新陈代谢研究方法
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
测定中间代谢物常用的研究技术：
• 同位素示踪法 • 酶抑制剂的应用 • 气体测量法 • 核磁共振波谱法 • 利用遗传缺陷症研究代谢途径
• 高能荷值对ATP的生成途径有抑制作用， 但是高能荷可以促进ATP的应用，即促 进机体内的合成代谢。 • 大多数细胞的能荷处于0.80到0.95之 间。 • 细胞内的能荷进一步表明了细胞内ATP 的产生和利用都处在一个相对稳定的状 态。
就 到 这 里 了 ！
今 天
第四节
高能化合物
第一节
新陈代谢通论
一、新陈代谢概念
二、能量代谢在新陈代谢中的重要地位
三、新陈代谢的调节
四、代谢中常见的有机反应 五、新陈代谢的功能 六、代谢组学
一、新陈代谢的概念
新陈代谢（ metabolism ）是生命最基本的特征之一， 泛指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换
的过程。
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
• 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
新陈代谢的概念及内涵
小分子 大分子
合成代谢（同化作用）
（二） 实验教学160学时 1.基础实验（40学时）： 2.综合实验（80学时，第七学期开）：
实验一 蔗糖酶提取与部分纯化（8学时） 实验二 离子交换柱层析纯化蔗糖酶（8学时） 实验三 蔗糖酶活性和蛋白含量测定（16学时） 实验四 反应时间对产物的影响（8学时） 实验五 pH对蔗糖酶活性的影响（8学时） 实验六 温度对蔗糖酶活性的影响（8学时） 实验七 蔗糖酶米氏常数的测定（16学时） 实验八 正交法测定几种因素对蔗糖酶活性的影 响（8学时）
《生物化学 II》
生物化学课程介绍
教学体系介绍 （一）理论教学 112学时
上册 64学时，内容：绪论; 2糖;3脂类; 4蛋白质;5 酶;6维生素与辅酶; 7核酸; 8激素;9 吸附法;10生
物膜
下册 48学时，内容：1代谢总论; 2生物能学;3生 物膜结构与功能; 4糖酵解作用;5柠檬酸循环;6生物 氧化; 7糖代谢的其他用途; 8光合作用;9脂类的分 解代谢; 脂类的合成代谢10氨基酸的分解代谢; 11 氨基酸的合成代谢；12 DNA的合成与修复；13细 胞代谢与基因表达的调控。