生物化学第19和20章兰州大学经典课件代谢总论和生物能学

Δ G0 和Δ G
Δ Go 是在标准条件下一个化学反应的自由 能变化，对于一个特定的化学反应它是一个常数； 而Δ G 是一个化学反应在某一实际条件下的自由 能变化，Δ G 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
一、分解代谢与合成代谢
通过一Hale Waihona Puke Baidu列的反应，将有机营养物分解成较小的、 较简单的物质的过程称为分解代谢（catabolism）， 分解代谢的同时，将蕴藏在有机大分子中的能量逐步 释放出来，提供给生命活动使用，同时，分解代谢的 中间产物也可用于合成生命活动所需的新的物质。
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。
计算标准自由能变 化时的标准条件
标准条件指的是，反应的温度为25℃，即298K， 大气压为101,325 Pa（1atm），反应物和产物的浓 度都是1mol/L。标准自由能变化的符号用Δ Go 表示。 对于生物化学反应，标准状况还规定反应进行的环 境为pH=7，这时的标准自由能变化用Δ G o’表示。
ATP是能量代谢的中心物质
生物体直接利用的能量物质主要是ATP，在分 解代谢中，释放出的能量主要用于合成ATP，在需 要提供能量的反应或其它生命活动中，主要由ATP 水解来提供能量，所以ATP是能量代谢的中心物质。 ATP不是一种能量贮存物质，而是一种传递能量的 分子，因为在一般情况下，ATP分子合成后，在1分 钟之内就被利用。
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。
代谢途径
虽然新陈代谢包括数以千计的不同酶 催化的反应，但仍可以从错综复杂的代谢 网络中总结归纳成一些具有共同规律的途 径，并将这些途径称为主要代谢途径。这 些主要代谢途径在千差万别的生物界具有 相当的普遍性。
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。
太阳能是所有生物最根本的能量来源，能进行 光合作用的植物将光能转变成化学能，这些化学能 提供了植物生命活动所需的全部能量（有少数特殊 情况），动物和大多数微生物直接或间接依靠植物 光合作用贮存的化学能生活。
一、有关热力学的 一些基本概念
（自由能的概念)
凡是能够用于做功的能量称为自由能。
二、化学反应中自由能 的变化和意义
（二）标准自由能变化和化学平衡的关系
化学反应中的标准 自由能变化
在化学反应中，反应物和产物各自都有特定的 自由能。产物自由能的总和与反应物自由能的总和 之差，就是该反应的自由能变化。为了计算的方便， 人们总是规定一些条件作为标准条件，并将在此条 件下所发生的化学反应的自由能变化称为标准自由 能变化。
生物体对能量的消耗是惊人的。据计算，一个 处于安静状态的成年人，一日内需消耗40kg的ATP。 在剧烈运动时，ATP的利用可达到每分钟0.5kg。
三、辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的 递能作用
由营养物质的分解代谢释放出的化学能，除了 通过合成ATP的途径捕获外，还有另外一种途径， 就是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。这种具有高能的氢原子是由脱氢反 应形成的。脱氢反应产生的氢原子和电子可由辅酶 Ⅰ或辅酶Ⅱ接受。当这些辅酶被氧化时，能量又被 释放出来。
cC + dD
在恒温和恒压下，这一反应的自由能变化公式是：
G G0 RT ln [C]c[D]d [ A]a[B]b
第19章 代谢总论
(General Introduction of Metabolism)
一、分解代谢与合成代谢 二、能量代谢在新陈代谢中的重要地位 三、辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的递能作用 四、FMN和FAD的递能作用 五、辅酶A在能量代谢中的作用 六、新陈代谢的调节 七、代谢中常见的有机反应机制 八、新陈代谢的研究方法
符号
3H,T 14C 32P 131I 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
四、FMN和FAD的递能作用 （略）
五、辅酶A在能量代谢中 的作用
酯酰CoA中有一个高能的硫酯键，这也可以 看成是酰基的一种活化形式。ATP的磷酸酐键水 解时释放出30.54 kJ/mol的自由能，而乙酰CoA的 硫酯键水解时释放出31.38 kJ/mol的自由能。
六、新陈代谢的调节
新陈代谢的调节主要是靠酶数量和活性的调节， 细胞中有许多由膜分割的部位，特定的代谢途径在 特定的细胞部位进行。物质需要在细胞内不同的部 位间运输，有时还需要在细胞间或整个机体内运输。 物质运输的方向、量及速度也影响代谢。
（三）气体测量法
用瓦氏呼吸计测定反应 过程中吸收的气体量或释放 的气体量。这不是一种研究 方法，而是一种实验技术。
（四）同位素示踪法
用放射性同位素示踪，可以跟踪某一 原子的去向，从而得知代谢途径。
放射性强度测定 放射自显影
常用放射性同位素表
同位素名称
氢3（氚） 碳14 磷32 碘131 硫35
七、代谢中常见的 有机反应机制
（略）
八、新陈代谢的研究方法
（一）使用酶的抑制剂
酶的抑制剂可使代谢途径受到阻断，结果造 成其底物积累，为测定该代谢物提供条件。利用 酶的抑制剂可以研究代谢途径，从最初的反应物 经过哪些中间代谢产物，最终形成产物的。
（二）利用遗传缺陷症研究代谢途径
某些个体由于遗传缺陷，先天就缺少某种酶。 余同前。