生物能学和生物氧化PPT课件
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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。
酰基化合物-X
四面体中间产物
酰基化合物-Y
胰蛋白酶水解肽键就是一个典型例子
29
代谢中常见的有机反应机制
磷酰基转移反应在代谢中具有特殊意义：活化 代谢中间物。
30
代谢中常见的有机反应机制
氧化-还原反应
即电子的得失反应，在代谢中非常多，如NAD+形成 NADH，FAD形成FADH2。
瞬时自由能供体，不是能量存储形式。
21
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
物化学反应相偶联，使多数不能自发进行的反应得以 顺利进行。
ATP与其它高能磷酸酯类化合物的相互转换补充，成为
细胞需能活动的自由能供体库。几乎所有的生物需能 反应都由ATP释放能量来驱动。
ATP在能量代谢过程中起着“共同中间体作用”，是能
错综复杂的化学反应相互配合，彼此协调，对 周围转环境高度适应而成的一个有规律的总过程。
2
一、新陈代谢概念、实质及功能
代谢的功能： 从环境中获得营养 转变为自身需要的结构元件 装配成自身的大分子 形成或分解生物特殊功能所需的生物分子 提供生命所需的一切能量
3
区别几个概念：
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
电子受体
电子供体
31
代谢中常见的有机反应机制
烷烃 醇基
醛基
羧酸
多数生物氧化中，化合物失 去2个质子和2个电子，这些 反应统称为脱氢反应，对应 的酶称为脱氢酶。
32
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； 葡萄糖
果糖
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
6
A metabolic map,
By D.E. Nicholson,
University of Leeds,
U.K.
7
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)。
量的中转站或偶联者。
能量代谢实质：ATP的形成与裂解。
22
“共同中间体作用”，传递能量
24
ATP的利用
ATP在能量代谢中的偶联作用
25
磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用
O
HN～P－O-
磷酸肌酸
OC＝NH
N－CH3
CH2－COO-
O
HN～P－O-
OC＝NH
NH
磷酸精氨酸
(CH2)3 HC－+NH3
13
（五）NMR法(Nuclear Magnetic Resonance：核磁共振）
14
6.2 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。
4
类型
新陈代谢
合成代谢 （同化作用）
分解代谢 （异化作用）
生物小分子合成为生 物大分子
需要能量 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
同一种物质，分解代谢和合成代谢选择不同的途径，使代谢增加了灵 活性和应变能力。
同一种物质的两种过程并非都是在细胞的相同部位进行。
两用代谢途径。
5
二、新陈代谢的特点与调节
8
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
9
三、新陈代谢的研究方法
（一）体内、体外研究方法
1、体内研究
是指生物体在正常生理条件下，在神经、体液等调节机 制下研究代谢过程，比较接近生物体的实际情况。体内 试验为物质中间代谢过程的明确提供了重要的依据。例
单酰辅酶A变位酶作用变成琥珀酰辅酶A。
33
Biblioteka Baidu
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。
34
6.3 生物氧化
---电子传递与氧化磷酸化
一、生物氧化的概论 二、生物氧化的方式 三、生物氧化的产物
高能键：在分子中用“~”表示
15
1. 常见的高能键及高能化合物
磷酸化合物 高能化合物
非磷酸化合物
磷氧型 磷氮型
硫酯键化合物 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
16
（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。
如，脂肪酸的β-氧化学说就是通过体内试验提出的。
2、体外研究
离体器官；组织切片；组织匀浆为细胞、细胞器、及细 胞抽提物来研究。例如：TCA、鸟苷酸循环等。
10
（二）同位素示踪法
11
（三）代谢途径阻断法（使用酶的抑制剂）
12
（四）利用基因突变研究代谢
通过研究与某个不正常的酶有关系的基因的突 变也可以提供有价值的信息，某些突变是致死的， 不能传给下一代，而有些突变是后代容忍的。对这 些突变的生物体的研究有助于鉴别出代谢途径中的 酶和中间代谢物。
第6章 代谢总论及生物能
6.1 新陈代谢的概念及研究方法 6.2 高能磷酸化合物 6.3 生物氧化
1
6.1 新陈代谢的概念及研究方法
一、新陈代谢概念、实质及功能
(代谢 Metabolism )
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。包括：分解、合成、能量转 化等。 实质：
35
一、生物氧化概论
1、生物氧化概念、类型
COO-
26
(2)磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用
磷酸肌酸素有ATP缓冲剂之称; 人体肌肉中磷酸肌酸的含量以及再生合成的速度是运动员素
质的物质基础。
27
代谢中常见的有机反应机制
1. 基团转移反应 2. 氧化反应和还原反应 3. 消除、异构化及重排反应 4. 碳-碳键的形成与断裂反应
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代谢中常见的有机反应机制
酰基化合物-X
四面体中间产物
酰基化合物-Y
胰蛋白酶水解肽键就是一个典型例子
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代谢中常见的有机反应机制
磷酰基转移反应在代谢中具有特殊意义：活化 代谢中间物。
30
代谢中常见的有机反应机制
氧化-还原反应
即电子的得失反应，在代谢中非常多，如NAD+形成 NADH，FAD形成FADH2。
瞬时自由能供体，不是能量存储形式。
21
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
物化学反应相偶联，使多数不能自发进行的反应得以 顺利进行。
ATP与其它高能磷酸酯类化合物的相互转换补充，成为
细胞需能活动的自由能供体库。几乎所有的生物需能 反应都由ATP释放能量来驱动。
ATP在能量代谢过程中起着“共同中间体作用”，是能
错综复杂的化学反应相互配合，彼此协调，对 周围转环境高度适应而成的一个有规律的总过程。
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一、新陈代谢概念、实质及功能
代谢的功能： 从环境中获得营养 转变为自身需要的结构元件 装配成自身的大分子 形成或分解生物特殊功能所需的生物分子 提供生命所需的一切能量
3
区别几个概念：
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
电子受体
电子供体
31
代谢中常见的有机反应机制
烷烃 醇基
醛基
羧酸
多数生物氧化中，化合物失 去2个质子和2个电子，这些 反应统称为脱氢反应，对应 的酶称为脱氢酶。
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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； 葡萄糖
果糖
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
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A metabolic map,
By D.E. Nicholson,
University of Leeds,
U.K.
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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)。
量的中转站或偶联者。
能量代谢实质：ATP的形成与裂解。
22
“共同中间体作用”，传递能量
24
ATP的利用
ATP在能量代谢中的偶联作用
25
磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用
O
HN～P－O-
磷酸肌酸
OC＝NH
N－CH3
CH2－COO-
O
HN～P－O-
OC＝NH
NH
磷酸精氨酸
(CH2)3 HC－+NH3
13
（五）NMR法(Nuclear Magnetic Resonance：核磁共振）
14
6.2 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。
4
类型
新陈代谢
合成代谢 （同化作用）
分解代谢 （异化作用）
生物小分子合成为生 物大分子
需要能量 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
同一种物质，分解代谢和合成代谢选择不同的途径，使代谢增加了灵 活性和应变能力。
同一种物质的两种过程并非都是在细胞的相同部位进行。
两用代谢途径。
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二、新陈代谢的特点与调节
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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
9
三、新陈代谢的研究方法
（一）体内、体外研究方法
1、体内研究
是指生物体在正常生理条件下，在神经、体液等调节机 制下研究代谢过程，比较接近生物体的实际情况。体内 试验为物质中间代谢过程的明确提供了重要的依据。例
单酰辅酶A变位酶作用变成琥珀酰辅酶A。
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Biblioteka Baidu
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。
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6.3 生物氧化
---电子传递与氧化磷酸化
一、生物氧化的概论 二、生物氧化的方式 三、生物氧化的产物
高能键：在分子中用“~”表示
15
1. 常见的高能键及高能化合物
磷酸化合物 高能化合物
非磷酸化合物
磷氧型 磷氮型
硫酯键化合物 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
16
（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。
如，脂肪酸的β-氧化学说就是通过体内试验提出的。
2、体外研究
离体器官；组织切片；组织匀浆为细胞、细胞器、及细 胞抽提物来研究。例如：TCA、鸟苷酸循环等。
10
（二）同位素示踪法
11
（三）代谢途径阻断法（使用酶的抑制剂）
12
（四）利用基因突变研究代谢
通过研究与某个不正常的酶有关系的基因的突 变也可以提供有价值的信息，某些突变是致死的， 不能传给下一代，而有些突变是后代容忍的。对这 些突变的生物体的研究有助于鉴别出代谢途径中的 酶和中间代谢物。
第6章 代谢总论及生物能
6.1 新陈代谢的概念及研究方法 6.2 高能磷酸化合物 6.3 生物氧化
1
6.1 新陈代谢的概念及研究方法
一、新陈代谢概念、实质及功能
(代谢 Metabolism )
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。包括：分解、合成、能量转 化等。 实质：
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一、生物氧化概论
1、生物氧化概念、类型
COO-
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(2)磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用
磷酸肌酸素有ATP缓冲剂之称; 人体肌肉中磷酸肌酸的含量以及再生合成的速度是运动员素
质的物质基础。
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代谢中常见的有机反应机制
1. 基团转移反应 2. 氧化反应和还原反应 3. 消除、异构化及重排反应 4. 碳-碳键的形成与断裂反应
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代谢中常见的有机反应机制