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1、第九章第九章 代谢总论代谢总论一、有关概念一、有关概念二、新陈代谢的特点与调节二、新陈代谢的特点与调节三、生物体内能量代谢三、生物体内能量代谢四、新陈代谢的研究方法四、新陈代谢的研究方法一、有关概念一、有关概念1.新陈代谢新陈代谢(代谢代谢 Metabolism)新陈代谢新陈代谢(metabolism)是指生物体与周围环是指生物体与周围环境进行物质和能量交换的过程，也是活细胞内境进行物质和能量交换的过程，也是活细胞内所有化学变化的总称，又称为代谢。所有化学变化的总称，又称为代谢。新陈代谢新陈代谢 合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用）分解代谢分解代谢异化作用）异化作用）生物小分子合成为生生物
2、小分子合成为生物大分子物大分子需要能量需要能量释放能量释放能量生物大分子分解为生物大分子分解为生物小分子生物小分子能量能量代谢代谢物质代谢物质代谢同一种物质，分解代谢和合成代谢途径一般是不同。同一种物质，分解代谢和合成代谢途径一般是不同。使代谢增加了灵活性和应变能力。使代谢增加了灵活性和应变能力。其过程是高度协调、高度整合。其过程是高度协调、高度整合。2.代谢过程代谢过程：消化吸收、中间代谢及代谢产物的排泄。：消化吸收、中间代谢及代谢产物的排泄。(底物、中间产物底物、中间产物(代谢物代谢物)和最终产物和最终产物)3.主要代谢途径主要代谢途径 具有共同规律的途径，在生物界具有相当普遍性。具有共同
3、规律的途径，在生物界具有相当普遍性。4.新陈代谢的功能：新陈代谢的功能：获得营养；转变为元件；组成大分获得营养；转变为元件；组成大分 子；形成或分解生物分子；提供所需能量。子；形成或分解生物分子；提供所需能量。1.特点特点在温和条件下进行在温和条件下进行(由酶催化由酶催化)；步骤繁多、彼此协调，逐步进行，有严格顺序性；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各代谢途径相互交接，形成物质与能量的网络化交流系统。，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。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各代
4、谢途径之间存在许多重复出现的基元(通用活化载体通用活化载体).2.新陈代谢的调节新陈代谢的调节分子水平、细胞水平和整体水平。基因表达的调控。分子水平、细胞水平和整体水平。基因表达的调控。主要有三个环节：主要有三个环节：酶量的调节（转录水平）酶量的调节（转录水平）酶活性的调节（变构、共价）酶活性的调节（变构、共价）反应底物的调节反应底物的调节二、新陈代谢的特点与调节二、新陈代谢的特点与调节A B C D E F Thr Ile enzyme1三、生物体内能量代谢三、生物体内能量代谢1.代谢的能量来源和转化代谢的能量来源和转化v生物体是一个开放体系生物体是一个开放体系(open system)，不
5、断地和，不断地和环境进行物质与能量的交换。环境进行物质与能量的交换。v生物体所需的能量，间接或直接地，都来源于太生物体所需的能量，间接或直接地，都来源于太阳能阳能(solar energy)。v自养生物吸收太阳能转化为化学能，贮存于化合自养生物吸收太阳能转化为化学能，贮存于化合物中；异养生物通过分解这些化合物获得化学能。物中；异养生物通过分解这些化合物获得化学能。2.高能化合物的概念高能化合物的概念 一般将水解时能够释放一般将水解时能够释放 21 kJ/mol21 kJ/mol（5 5千卡千卡/mol)/mol)以上自由能的化合物称为高能化合物。以上自由能的化合物称为高能化合物。高能键：高能键
6、：在分子中用在分子中用“”表示。表示。高能化合物高能化合物磷酸化合物磷酸化合物非磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氧型磷氮型磷氮型硫酯键化合物硫酯键化合物甲硫键化合物甲硫键化合物烯醇磷酸化合物烯醇磷酸化合物酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物焦磷酸化合物焦磷酸化合物几种常见的高能键及高能化合物几种常见的高能键及高能化合物磷氧键型（磷氧键型（OP)氮磷键型氮磷键型(-NP)硫酯键型硫酯键型(-CS或或-O S)甲硫键型甲硫键型(CH3 S)这些化合物水解后形成的产物都含有很少的自由这些化合物水解后形成的产物都含有很少的自由能，所以说它们都有很高的基团转移势能。能，所以说它们都有很高的基团转移势能。3.高能磷
7、酸化合物高能磷酸化合物通过磷酸酐键水解释放出大于通过磷酸酐键水解释放出大于20.92千焦千焦/摩尔的自摩尔的自由能的有机磷酸化合物。由能的有机磷酸化合物。磷酸化合物在生物体的换能过程中占有重要地位。磷酸化合物在生物体的换能过程中占有重要地位。ATPATP是生物细胞中最重要的高能磷酸酯类化合物。是生物细胞中最重要的高能磷酸酯类化合物。ATP的磷酸基团转移势能的磷酸基团转移势能处于所列磷酸化合物的中处于所列磷酸化合物的中间部位。间部位。(1)ATP的结构特性的结构特性酸酐键酸酐键磷酯键磷酯键ATP4H2O ADP3HPO2H4(2)ATP在能量转运中的地位和作用在能量转运中的地位和作用ATP水解释
8、放的能量，可推水解释放的能量，可推动一个在热力学上不利的反动一个在热力学上不利的反应，使之能够顺利进行。应，使之能够顺利进行。“共同中间体作用共同中间体作用”，传递能量，传递能量能量代谢实质：能量代谢实质：ATP的形成与裂解。的形成与裂解。(3)磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用磷酸肌酸、磷酸精氨酸的贮能作用ATP在传递能量方面起着转运站的作用。成人一日内需消耗在传递能量方面起着转运站的作用。成人一日内需消耗40kg的的ATP，在激烈运动时，在激烈运动时，ATP的利用率每分钟可达到的利用率每分钟可达到0.5 kg。D F +H +能能生物体的做功、生物体的做功、需能反应等。需能反应等。ATPADP
9、+PiADP+Pi+能能ADP磷酸肌酸磷酸肌酸肌酸肌酸肌酸激酶肌酸激酶(4)分解代谢产生分解代谢产生ATP(5)ATP的利用的利用四、新陈代谢的研究方法四、新陈代谢的研究方法(在体内或体外在体内或体外)1.研究对象研究对象:大肠杆菌、大肠杆菌噬菌体、四膜虫、小球藻、大肠杆菌、大肠杆菌噬菌体、四膜虫、小球藻、果蝇、鸽、兔、小鼠、大鼠果蝇、鸽、兔、小鼠、大鼠2.研究方法：研究方法：v使用酶的抑制剂：使用酶的抑制剂：A B C Dv利用遗传缺欠症：利用遗传缺欠症：先天性基因的突变，缺乏某一种酶先天性基因的突变，缺乏某一种酶.v同位素示踪法：常用稳定同位素：同位素示踪法：常用稳定同位素：2H,15N,13C,18O (例：例：DNA半保留复制半保留复制)常用放射性同位素：常用放射性同位素：3H,32P,14C(例三羧酸循环例三羧酸循环)v苯环化合物示踪法：苯甲酸和苯乙酸苯环化合物示踪法：苯甲酸和苯乙酸(例：脂肪酸例：脂肪酸-氧化氧化)v核磁共振波谱法核磁共振波谱法3.研究水平研究水平 体内体内(in vivo):生物整体生物整体,整体器官整体器官,微生物细胞群微生物细胞群 体外体外(in vitro):组织切片组织切片,匀浆液匀浆液,提取液提取液