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物质代谢引论 王立锋 第四军医大学 生物化学与分子生物学教研室 新陈代谢的概念 新陈代谢的内涵 生物界能量传递及转化总过程 代谢中常见的有机化学反应机制 新陈代谢的调节 一、生物系统遵循热力学定律 生物能学的基本原理 熵（entropy）表示一个系统的无序或随机程度。 常用?G(自由能的变化)衡量一个生物化学过程是否能够自发进行： ?Go: 当反应物浓度为1 mol/L，反应温度为25℃，压力为1大气压时，用?Go表示标准自由能变化。 ?Go?：生物化学反应时，将pH定为7.0，这种状态下的标准自由能变化用?Go?表示。 生物系统中的能流 生物体内能量产生的三个阶段 （一）代谢物转变时释放的自由能提供另一种代谢物的转变 （三）放能反应时生成高能化合物提供吸能反应所需的自由能 三、ATP在能量捕获、转移、储存和利用过程中起核心作用 一般将生化反应中，水解或基团转移反应时释放出的自由能?Go?大于21 kJ/mol的磷酸化合物称为高能磷酸化合物。 用符号~P表示高能磷酸键。 高能化合物类型 ATP的特点 （二） ATP将热力学上不利的过程和有利的反应相偶联 体内许多代谢物的“活化” 反应（吸能）大多直接或间接地与ATP酸酐键的水解放能反应相偶联，使“活化”反应能顺利进行。 ATP在能量转运中地位和作用 （三）磷酸肌酸作为肌和脑中能量的一种储存形式 Wang Lifeng The department of biochemistry and molecular biology FMMU 新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用（dissimilation ），通过上述过程不断地进行自我更新。 特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行 小分子 大分子 合成代谢（同化作用） 需要能量 释放能量 分解代谢（异化作用） 大分子 小分子 物质代谢 能量代谢 新陈代谢 信息交换 (CO2) +H2O 太 阳 电子传递 合成 分解 电子传递 光合作用 呼吸作用 生命现象 自养细胞 异养细胞 ATP ADP (CH2O) +O2 ATP ADP （光 能） （电 能） （化 学 能） （化 学 能） （电 能） （化 学 能） 生物合成 机 械 功 主动运输 生物发光 生物发电 生物发热 新陈代谢过程： 分三个阶段： 消化吸收 中间代谢 分泌排泄 淀粉 G G 糖原 中间产物 氨基酸 NH3 尿素 蛋白质 CO2+H2O+ATP 肺 肾 新陈代谢的特点 在调节系统作用下，经过多步骤，多酶体系，能量逐步释放和利用 1. 通过一系列的中间过程完成 E1 E2 E3 A B C D 2. 绝大多数反应是由酶催化在液体体温下进行 3. 能量的释放是逐步进行的 4. 具有灵敏的自动调节 ?基团转移反应 ?氧化-还原反应 ?消除、异构化和重排反应 ?碳-碳键的形成与断裂反应 ?分子水平 ?细胞水平 ?整体水平 生物机体的新陈代谢是一个完整的整体，机体代谢的协调配合，关键在于它存在有精密的调节机制。代谢的调节使生物机体能适应其内、外复杂的变化环境，从而得以生存。这种精密的调节机制是生物在长期演化中获得的。 代谢调节可分为三个不同水平： 一个体系及其周围环境的总能量是一个常数 。 能量可以在系统内转移，或从一种形式