第一节第一节 新陈代谢总论新陈代谢总论一、新陈代谢的概念与特征一、新陈代谢的概念与特征物物质质代代谢谢能能量量代代谢谢新新陈陈代代谢谢合成代谢（同化作用合成代谢（同化作用) )分解代谢（异化作用）分解代谢（异化作用）小分子小分子 大分子大分子吸收能量吸收能量释放能量释放能量大分子大分子 小分子小分子新陈代谢新陈代谢是生物与外界环境进行物质交换与是生物与外界环境进行物质交换与能量交换的全过程。能量交换的全过程。代谢的基本要略在于：代谢的基本要略在于：产生产生ATP，还原力和构造元件（结构单位）用于，还原力和构造元件（结构单位）用于 合成合成生物大分子。生物大分子。新陈代谢的共同特征：新陈代谢的共同特征：新陈代谢的共同特征：新陈代谢的共同特征：1.1.反应条件温和反应条件温和2.2.高度调控高度调控 3.3.每一条代谢途径都是不可逆的每一条代谢途径都是不可逆的 4.4.一个代谢途径至少存在一个代谢途径至少存在1 1个限速步骤个限速步骤5 5. .真核细胞真核细胞中中的代谢反应的代谢反应都有严格的细胞定位都有严格的细胞定位代谢途径的区域化分布代谢途径的区域化分布代谢途径的区域化分布代谢途径的区域化分布内质网和高尔基体内质网和高尔基体二、生物的营养类型二、生物的营养类型二、生物的营养类型二、生物的营养类型不同生物对分子氧的依赖不同：不同生物对分子氧的依赖不同：需氧生物、厌氧生物和兼性生物需氧生物、厌氧生物和兼性生物三、新陈代谢的一般过程三、新陈代谢的一般过程（一）分解代谢的一般过程（一）分解代谢的一般过程1、生物大分子的降解阶段、生物大分子的降解阶段2、单体分子初步分解阶段、单体分子初步分解阶段3、乙酰基完全分解阶段、乙酰基完全分解阶段4、氢的燃烧阶段、氢的燃烧阶段广义广义新陈代谢大致过程：营养物质消化吸收，中间新陈代谢大致过程：营养物质消化吸收，中间代谢以及代谢产物排泄。代谢以及代谢产物排泄。狭义狭义新陈代谢新陈代谢中间代谢中间代谢（二）合成代谢的一般过程（二）合成代谢的一般过程（二）合成代谢的一般过程（二）合成代谢的一般过程l合成所需碳源和氮源：来自分解代谢中间产物合成所需碳源和氮源：来自分解代谢中间产物lATP供能：除了供能：除了ATP外，外，GTP、UTP、CTP也也 能直接提供自由能推动生物体多种化学反应能直接提供自由能推动生物体多种化学反应lNADPH提供还原力：主要来自提供还原力：主要来自HMP途径。途径。1、原料准备阶段：碳源，氮源，、原料准备阶段：碳源，氮源，ATP及及NADPH2、单体分子合成阶段、单体分子合成阶段3、生物大分子合成阶段、生物大分子合成阶段4、细胞结构的构建等、细胞结构的构建等合成代谢与分解代谢的关系合成代谢与分解代谢的关系四、代谢研究的主要内容及方法四、代谢研究的主要内容及方法四、代谢研究的主要内容及方法四、代谢研究的主要内容及方法代谢研究的主要代谢研究的主要内容：内容：1.1.确定确定参与代谢反应的酶及辅酶的结构与功能参与代谢反应的酶及辅酶的结构与功能。2.2.确定确定每条代谢途径中的底物、中间代谢物和终产物的结每条代谢途径中的底物、中间代谢物和终产物的结构、名称和代谢反应发生的细胞部位及条件。构、名称和代谢反应发生的细胞部位及条件。3.3.确定确定酶促反应系统的调节机制。酶促反应系统的调节机制。代谢研究常用代谢研究常用实验实验方法：方法：1.1.活体内与活体外实验活体内与活体外实验2.2.代谢物标记追踪实验代谢物标记追踪实验3.3.代谢障碍实验代谢障碍实验4.4.突变体研究法突变体研究法5.5.测定特征性酶测定特征性酶阐明代谢途径的常用实验方法：阐明代谢途径的常用实验方法：阐明代谢途径的常用实验方法：阐明代谢途径的常用实验方法：体内体内(in vivo)实验：实验： 用用整体生物材料或离体器官进行中间代谢实验研究整体生物材料或离体器官进行中间代谢实验研究。 例如：例如：（1）给给实验动物体内注射药物，造成人工实验动物体内注射药物，造成人工糖尿病，进而糖尿病，进而 确定确定生糖氨基酸和生生糖氨基酸和生酮（酮体）氨基酸。酮（酮体）氨基酸。（2）通过化学标记法确定脂肪酸的）通过化学标记法确定脂肪酸的-氧氧化过程化过程体外实验体外实验(in vitro) ： 用用从生物体分离出来的从生物体分离出来的组织切片组织切片，组织匀浆组织匀浆或或体外培养体外培养的细胞的细胞、细胞器细胞器及及细胞抽提物细胞抽提物研究代谢研究代谢过程。过程。例如：糖酵解例如：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化等反应过程、三羧酸循环、氧化磷酸化等反应过程1.1.活体内与活体外实验活体内与活体外实验2.2.代谢物标记追踪实验代谢物标记追踪实验 （1 1）化学）化学标记法标记法： 如如脂肪酸的脂肪酸的氧化氧化 （2 2）同位素标记）同位素标记法法： 如：用如：用1414C C标记标记CHCH3 31414COOHCOOH，然后用于喂狗，然后用于喂狗，检测从检测从狗呼狗呼出的气体出的气体COCO2 2 是否带有放射性标记？是否带有放射性标记？ 胆固醇胆固醇分子中的碳原子来源于乙酰辅酶分子中的碳原子来源于乙酰辅酶A A。3.3.代谢障碍实验：使某种中间产物积累。代谢障碍实验：使某种中间产物积累。（1 1）用抗代谢物（竞争性抑制剂）抑制正常代谢物的代谢）用抗代谢物（竞争性抑制剂）抑制正常代谢物的代谢（2 2）用）用酶的专一性酶的专一性抑制剂抑制剂来阻抑中间代谢的某一环节，以来阻抑中间代谢的某一环节，以推测代谢情况推测代谢情况 本质是使代谢途径中的某种本质是使代谢途径中的某种酶活性降低或丧失，酶活性降低或丧失，或不能合成，或不能合成，从而使缺损之酶前面的中间产物大量积从而使缺损之酶前面的中间产物大量积累，为研究提供方便。累，为研究提供方便。4.4.突变体研究法突变体研究法由于基因突变造成某种酶缺损由于基因突变造成某种酶缺损, ,导致酶作用底物的积累。导致酶作用底物的积累。例题：例题：举例说明如何利用酶的抑制剂研究代谢途径。举例说明如何利用酶的抑制剂研究代谢途径。5.5.测定特征性酶测定特征性酶EMPEMP途径：醛缩酶途径：醛缩酶HMPHMP途径：途径：6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶TCATCA循环：柠檬酸合成酶循环：柠檬酸合成酶软脂酸合成途径：乙酰辅酶软脂酸合成途径：乙酰辅酶A A羧化酶羧化酶磷酸解酮糖途径：磷酸解酮糖途径：5-5-磷酸木酮糖磷酸解酮酶磷酸木酮糖磷酸解酮酶EDED途径：途径：6-6-磷酸葡萄糖酸脱水酶磷酸葡萄糖酸脱水酶第二节第二节 生物氧化生物氧化又称细胞氧化，或细胞呼吸。能源物质在活细胞中又称细胞氧化，或细胞呼吸。能源物质在活细胞中氧化分解，释放化学能并转化为生物能的生化过程。氧化分解，释放化学能并转化为生物能的生化过程。1.1.有有氧氧化：线粒体内氧氧化：线粒体内有氧条件下，有氧条件下，以以O O2 2作为作为电子最终受体，将燃料分子电子最终受体，将燃料分子完全氧化分解，产生三大产物：完全氧化分解，产生三大产物：COCO2 2、H H2 2O O、ATP (ATP (底底物燃烧完全，产能多。物燃烧完全，产能多。) ) 生物氧化生物氧化无氧氧化无氧氧化有氧氧化有氧氧化（一）生物氧化的涵义（一）生物氧化的涵义一、生物氧化概述一、生物氧化概述EMP2NADH +H+2NAD+2.无无氧氧化：胞浆内氧氧化：胞浆内无氧条件下，氧化型物质作为电子受体，将燃料无氧条件下，氧化型物质作为电子受体，将燃料分子不完全氧化分解。分子不完全氧化分解。底物燃烧不完全，产能少。底物燃烧不完全，产能少。C6H12O62C=O COOHCH32NADH+H+2NAD+2CH3COOHHO-C-H（二）生物氧化的化学本质和特点（二）生物氧化的化学本质和特点（二）生物氧化的化学本质和特点（二）生物氧化的化学本质和特点 化学本质：电子的得失。化学本质：电子的得失。1.单纯单纯失电子氧化反应失电子氧化反应2Cytb-Fe2+（电子供体）（电子供体）2Cytb-Fe3+（氧化型）（氧化型）2Cytc-Fe3+（电子受体）（电子受体）2Cytc-Fe2+（还原型）（还原型）2e生物体内几种氧化方式：生物体内几种氧化方式：2.2.2.2.加氧氧化反应加氧氧化反应加氧氧化反应加氧氧化反应由由加氧酶加氧酶催化氧分子直接加入到有机分子中。如：催化氧分子直接加入到有机分子中。如：3.3.脱氢脱氢氧化反应氧化反应COOHCH2CH2COOHCOOHH-CC-HCOOH琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH24.4.加加水脱氢氧化反应水脱氢氧化反应CH4 + NADH + O2 CH3-OH + NAD+ + H2O甲烷单加氧酶甲烷单加氧酶生物氧化作用的特点生物氧化作用的特点生物氧化作用的特点生物氧化作用的特点1 1. .细胞细胞内内进行，进行，条件温和。条件温和。2.2.是是分分步步进行的酶促反应过程，能量逐步释放，一部分进行的酶促反应过程，能量逐步释放，一部分用于用于 ATP ATP合成，一部分合成，一部分转变成热能。转变成热能。3.3.脱氢氧化脱氢氧化是其主要方式，脱下的氢首先由辅酶接受，然后是其主要方式，脱下的氢首先由辅酶接受，然后通通 过过一系列电子传递传一系列电子传递传给给O O2 2，产生水。产生水。4.4.生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化非同步进行。氢的氧化生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化非同步进行。氢的氧化 在在有氧条件下，经历了一系列电子传递，最终将氢交给氧有氧条件下，经历了一系列电子传递，最终将氢交给氧, , 产生产生水。碳氧化成有机水。碳氧化成有机羧酸后羧酸后, ,脱羧脱羧产生产生COCO2 2。5.5.水经常是许多生物氧化反应的氧供体。水经常是许多生物氧化反应的氧供体。6.6.生物氧化受细胞的精确调节控制。生物氧化受细胞的精确调节控制。二、生物氧化中的能量问题二、生物氧化中的能量问题二、生物氧化中的能量问题二、生物氧化中的能量问题（一）氧化（一）氧化-还原电势还原电势 1、氧化还原反应平衡式：、氧化还原反应平衡式： A An+ -ne+ne还原态还原态氧化态氧化态2、氧化还原电对：、氧化还原电对： An+/A3 3、氧化还原电势：、氧化还原电势： 氧化还原电对获得电子（即氧化还原电对获得电子（即A An+n+ne+ne）或失去电子）或失去电子（即（即A- ne A- ne ）的趋势。即其氧化还原电位。）的趋势。即其氧化还原电位。只有只有 两两个氧还对存在时才能形成。个氧还对存在时才能形成。4 4、标准氧还电位：标准条件下，与标准氢电极比较所、标准氧还电位：标准条件下，与标准氢电极比较所、标准氧还电位：标准条件下，与标准氢电极比较所、标准氧还电位：标准条件下，与标准氢电极比较所得电位差称该氧还对的标准氧还电位。得电位差称该氧还对的标准氧还电位。得电位差称该氧还对的标准氧还电位。得电位差称该氧还对的标准氧还电位。物理化学中，物理化学中，测测标准氧还标准氧还标准氧还标准氧还电位时电位时电位时电位时pH=0pH=0，生物化学中，生物化学中，生物化学中，生物化学中，测测标准氧还标准氧还标准氧还标准氧还电位时电位时电位时电位时pH=7 pH=7 5 5 5 5、常见生物氧还对的标准氧还电位、常见生物氧还对的标准氧还电位、常见生物氧还对的标准氧还电位、常见生物氧还对的标准氧还电位（1 1）E E0 0越小（越负）失电子倾向越大，还原力越小（越负）失电子倾向越大，还原力 越强，反之，得电子能力越强，氧化力越强越强，反之，得电子能力越强，氧化力越强 （）电子流动方向从负极到正极，即从低氧还电势（）电子流动方向从负极到正极，即从低氧还电势 到高氧还电势。到高氧还电势。（）根据（）根据的大小可以判断反应进行的方向的大小可以判断反应进行的方向例题：等摩尔浓度例题：等摩尔浓度NAD+/NADH，草酰乙酸苹果酸，草酰乙酸苹果酸组成的反应体系，判断反应方向？组成的反应体系，判断反应方向？NAD2H2H2 NAD草酰乙酸草酰乙酸2H2 苹果酸苹果酸NAD2H草酰乙