生物化学第七章新陈代谢及生物能学
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小异
低等的厌氧生物尚没有发展出好氧代谢途径，而 高等生物包括好氧细菌都发展出了更为高效的好 氧代谢，但同时保存了厌氧代谢途径。
• 2、 反应步骤繁多，具有严格的顺序性；
3、 与环境相适应，自动调节；
在整体水平进行调节 在细胞水平进行调节 通过酶活性调节来进行调节。（39章）
一、物质的分解代谢与合成代谢
1、利用酶的抑制剂 代谢途径受阻导致代谢中间产物的积累 碘乙酸——3-磷酸甘油醛脱氢酶 氟化钠——烯醇化酶
2、利用遗传缺陷症研究代谢途径
酪氨酸酶
黑色素是吲哚醌的聚合物 白化病(albinism)缺乏酪氨酸酶
尿黑酸尿症(alkaptonuria) 尿黑酸氧化酶缺乏，尿黑酸裂环降解 受阻，尿中的尿黑酸经空气氧化为相 应的对醌，后者可聚合为黑的色素。
变化朝自由能降低的 方向进行 （—△G ）
二、化学反应体系中的自由能
（一）根据自由能变化可以判断中间物质代谢方向
当反应体系恒温、恒压下发生变化时
状态 A
GA
状态 B
GB
△G = GB — GA
• ① △G＜0时，W＞0，体系对外作功，该反应可自 发进行，放能反应
• ② △G = 0时，W =0，该反应处于平衡 • ③ △G＞0时，W＜0，该反应不可自发进行，必须
5`
3`.5`-ADP
3`
四、代谢的研究方法
代谢的实质是物质在酶的作用下分解或合成，所以代谢 的研究内容也即分为两个方面：
参与的酶 物质的变化过程 通过巧妙的实验设计、严密的逻辑推断与重复性的验证。
整体方法（in vivo)
纯 化 合 物
典型案例 脂肪酸的β氧化
排泄物的化 学分析
Knoop的标记化合物实验 脂肪酸的β氧化
食腐动物（微生物） （轮回）
食肉动物
2、将摄取的营养物质和细胞中原有的物质（结 构物质或功能物质）分解为机体所需的结构元 件或分解供能
3、将结构元件装配成大分子（结构物质、功能 物质）
4、在物质代谢的同时进行能量代谢
主要涉及目前已经清楚的细胞内四大物质的合成 与分解。
新陈代谢的特点
1、 不同生物的代谢大同小异 • 大同 各类生物的物质的代谢途径十分相似
《生物化学‖》
————动态部分
第七章 代谢总论及 生物能学
第一节 代谢总论
什么是新陈代谢？
新的来，旧的去 花开花落 “长江后浪推前浪，一代新人换旧人”
生化定义——泛指生物与周围环境进 行物质与能量交换的过程。是生物 体物质代谢与能量代谢的有机统一
新陈代谢的过程 1、营养物质的摄取与吸收 利用光能的生物（植物、微生物） 食草动物
黄素腺嘌呤二核苷酸
FAD
VB2
FAADMP
H
FMN
核糖 醇
VB2
？键相连
核苷键
二甲基异咯嗪
辅酶A（CoA~SH）
功能——酰基转移
酶辅酶，传递酰基
Co在A脂合 类与糖成 类代O 酶 谢中
巯基乙胺
酰胺键
RCH 起2重C要H2的C作H用2C AMP+PPi
泛酸
O
磷酸二酯键
RCH2CH2CH2C SCoA+ AMP
吸收外来能量才能进行（吸能反应），同时，该反 应的逆过程可以自发进行。
（二）偶联化学反应标准自由能变化的可加性
三、能量代谢中的其他重要物质
1、辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ 2、FMN和FAD 3、CoA-SH
功能：脱氢酶辅酶
传递H
O CNH2 N 烟酰胺
NMP NNAADPD+ +
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 （辅酶I） NAD+
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 （辅酶Ⅱ）NADP+
O
磷酸
AMP
功能：脱氢酶辅酶
传递H
黄素单核苷酸
FMN
二、能量代谢在新陈代谢中的作用
维持生命活动的能量来源
• 光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过 光合作用将光能转变成生物能。
• 化学能：动物和多数微生物，通过生物氧 化作用将有机物质存储的化学能释放出来， 并转变成生物能。
外界摄取的营养物质和机体内储存的物 质如：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
尿黑酸氧化酶
物质的转化
同位素示踪法
利用含放射性同位素的物质，测试其在不同物质间的转移
γ
β
α
高能化合物 ATPO O P ~ O 3 2O P ~ O O P O C H 2 O A OO O
第二节 生物能学
一、有关热力学的一些基本概念
（一）、体系
宇宙 太阳系 地球 每个生物或非生物 化学反应体系
Leabharlann Baidu
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）
• 离体法(in vitro)
• 器官、组织或细胞
典型案例 糖代谢、生物氧化等等
各类组织细胞
各种破碎方法
碎片置于试管中
向该试管中加入纯化合物（如葡萄糖）分析各类代 谢中间产物及酶，逻辑推断。
参与酶的确定
• ATP 是生物体内最重要的 能量转换中间体。ATP 水 解释放出来的能量用于推 动生物体内各种需能的生 化反应。
ATP的性质
• 另外： • GTP对G蛋白的活化、蛋白质的生物合
成、蛋白质的寻靶作用以及蛋白质运转 等过程提供自由能；
• UTP在糖原合成中起活化葡萄糖分子的 作用；
• CTP在合成磷脂酰胆碱及纤维素等方面 有作用。
分解代谢：将从外界摄取或机体原有的物质物 质通过一系列的反应步骤变为较小的、较简 单的物质的过程。
合成代谢：生物利用小分子或大分子结构元件 构建自身大分子的过程。
生物 体的 新陈 代谢
合成代谢 生物小分子合成生物大分子
分解代谢
一般需要能量 一般释放能量
能量代谢
生物大分子分解为生物小分子
物质 代谢
二者相辅相成，研究物质代谢就是研究能量代谢
非储存能量的形式,是传递能量的形式
ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)
• ATP 分子的最显著特点是 含有两个高能磷酸键。 ATP水解时, 可以释放出大 量自由能。
（二）、能的两种形式
能量的传 递形式
热 ？ 内能的传递方式
功 ？ 动能、势能转化和传递的方式
包括机械功、电功、化学功等
体系总能量 = 可做功的能+ 不能做功的能
（H） （自由能G）
（热能）
当体系的状态发生变化后
热力学第一定律
(能量转化与守恒定律)
热力学第二定律
(能量传递的方向性定律)
总能量不变 变化的是G（ △G）
低等的厌氧生物尚没有发展出好氧代谢途径，而 高等生物包括好氧细菌都发展出了更为高效的好 氧代谢，但同时保存了厌氧代谢途径。
• 2、 反应步骤繁多，具有严格的顺序性；
3、 与环境相适应，自动调节；
在整体水平进行调节 在细胞水平进行调节 通过酶活性调节来进行调节。（39章）
一、物质的分解代谢与合成代谢
1、利用酶的抑制剂 代谢途径受阻导致代谢中间产物的积累 碘乙酸——3-磷酸甘油醛脱氢酶 氟化钠——烯醇化酶
2、利用遗传缺陷症研究代谢途径
酪氨酸酶
黑色素是吲哚醌的聚合物 白化病(albinism)缺乏酪氨酸酶
尿黑酸尿症(alkaptonuria) 尿黑酸氧化酶缺乏，尿黑酸裂环降解 受阻，尿中的尿黑酸经空气氧化为相 应的对醌，后者可聚合为黑的色素。
变化朝自由能降低的 方向进行 （—△G ）
二、化学反应体系中的自由能
（一）根据自由能变化可以判断中间物质代谢方向
当反应体系恒温、恒压下发生变化时
状态 A
GA
状态 B
GB
△G = GB — GA
• ① △G＜0时，W＞0，体系对外作功，该反应可自 发进行，放能反应
• ② △G = 0时，W =0，该反应处于平衡 • ③ △G＞0时，W＜0，该反应不可自发进行，必须
5`
3`.5`-ADP
3`
四、代谢的研究方法
代谢的实质是物质在酶的作用下分解或合成，所以代谢 的研究内容也即分为两个方面：
参与的酶 物质的变化过程 通过巧妙的实验设计、严密的逻辑推断与重复性的验证。
整体方法（in vivo)
纯 化 合 物
典型案例 脂肪酸的β氧化
排泄物的化 学分析
Knoop的标记化合物实验 脂肪酸的β氧化
食腐动物（微生物） （轮回）
食肉动物
2、将摄取的营养物质和细胞中原有的物质（结 构物质或功能物质）分解为机体所需的结构元 件或分解供能
3、将结构元件装配成大分子（结构物质、功能 物质）
4、在物质代谢的同时进行能量代谢
主要涉及目前已经清楚的细胞内四大物质的合成 与分解。
新陈代谢的特点
1、 不同生物的代谢大同小异 • 大同 各类生物的物质的代谢途径十分相似
《生物化学‖》
————动态部分
第七章 代谢总论及 生物能学
第一节 代谢总论
什么是新陈代谢？
新的来，旧的去 花开花落 “长江后浪推前浪，一代新人换旧人”
生化定义——泛指生物与周围环境进 行物质与能量交换的过程。是生物 体物质代谢与能量代谢的有机统一
新陈代谢的过程 1、营养物质的摄取与吸收 利用光能的生物（植物、微生物） 食草动物
黄素腺嘌呤二核苷酸
FAD
VB2
FAADMP
H
FMN
核糖 醇
VB2
？键相连
核苷键
二甲基异咯嗪
辅酶A（CoA~SH）
功能——酰基转移
酶辅酶，传递酰基
Co在A脂合 类与糖成 类代O 酶 谢中
巯基乙胺
酰胺键
RCH 起2重C要H2的C作H用2C AMP+PPi
泛酸
O
磷酸二酯键
RCH2CH2CH2C SCoA+ AMP
吸收外来能量才能进行（吸能反应），同时，该反 应的逆过程可以自发进行。
（二）偶联化学反应标准自由能变化的可加性
三、能量代谢中的其他重要物质
1、辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ 2、FMN和FAD 3、CoA-SH
功能：脱氢酶辅酶
传递H
O CNH2 N 烟酰胺
NMP NNAADPD+ +
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 （辅酶I） NAD+
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 （辅酶Ⅱ）NADP+
O
磷酸
AMP
功能：脱氢酶辅酶
传递H
黄素单核苷酸
FMN
二、能量代谢在新陈代谢中的作用
维持生命活动的能量来源
• 光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过 光合作用将光能转变成生物能。
• 化学能：动物和多数微生物，通过生物氧 化作用将有机物质存储的化学能释放出来， 并转变成生物能。
外界摄取的营养物质和机体内储存的物 质如：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
尿黑酸氧化酶
物质的转化
同位素示踪法
利用含放射性同位素的物质，测试其在不同物质间的转移
γ
β
α
高能化合物 ATPO O P ~ O 3 2O P ~ O O P O C H 2 O A OO O
第二节 生物能学
一、有关热力学的一些基本概念
（一）、体系
宇宙 太阳系 地球 每个生物或非生物 化学反应体系
Leabharlann Baidu
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）
• 离体法(in vitro)
• 器官、组织或细胞
典型案例 糖代谢、生物氧化等等
各类组织细胞
各种破碎方法
碎片置于试管中
向该试管中加入纯化合物（如葡萄糖）分析各类代 谢中间产物及酶，逻辑推断。
参与酶的确定
• ATP 是生物体内最重要的 能量转换中间体。ATP 水 解释放出来的能量用于推 动生物体内各种需能的生 化反应。
ATP的性质
• 另外： • GTP对G蛋白的活化、蛋白质的生物合
成、蛋白质的寻靶作用以及蛋白质运转 等过程提供自由能；
• UTP在糖原合成中起活化葡萄糖分子的 作用；
• CTP在合成磷脂酰胆碱及纤维素等方面 有作用。
分解代谢：将从外界摄取或机体原有的物质物 质通过一系列的反应步骤变为较小的、较简 单的物质的过程。
合成代谢：生物利用小分子或大分子结构元件 构建自身大分子的过程。
生物 体的 新陈 代谢
合成代谢 生物小分子合成生物大分子
分解代谢
一般需要能量 一般释放能量
能量代谢
生物大分子分解为生物小分子
物质 代谢
二者相辅相成，研究物质代谢就是研究能量代谢
非储存能量的形式,是传递能量的形式
ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)
• ATP 分子的最显著特点是 含有两个高能磷酸键。 ATP水解时, 可以释放出大 量自由能。
（二）、能的两种形式
能量的传 递形式
热 ？ 内能的传递方式
功 ？ 动能、势能转化和传递的方式
包括机械功、电功、化学功等
体系总能量 = 可做功的能+ 不能做功的能
（H） （自由能G）
（热能）
当体系的状态发生变化后
热力学第一定律
(能量转化与守恒定律)
热力学第二定律
(能量传递的方向性定律)
总能量不变 变化的是G（ △G）