生物化学第七章新陈代谢及生物能学
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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
热力学上不利的反应可以由热力学上有利的 反应所驱动
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
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
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
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
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
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
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。
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
（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）
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。
二、能量代谢在新陈代谢中的作用
维wk.baidu.com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
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。
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）偶联化学反应标准自由能变化的可加性
热力学上不利的反应可以由热力学上有利的 反应所驱动
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
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
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
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
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
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
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。
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
（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）
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。
二、能量代谢在新陈代谢中的作用
维wk.baidu.com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
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。
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