生物化学第19和20章代谢总论和生物能学课案.ppt

第19章 代谢总论 新陈代谢的功能 代谢途径 一、分解代谢与合成代谢 二、能量代谢在新陈代谢中的重要地位 ATP是能量代谢的中心物质 三、辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的递能作用 四、FMN和FAD的递能作用 五、辅酶A在能量代谢中的作用 六、新陈代谢的调节 七、代谢中常见的有机反应机制 八、新陈代谢的研究方法 （三）气体测量法 （四）同位素示踪法 常用放射性同位素表 （五）核磁共振波谱法 第20章 生物能学 一、有关热力学的一些基本概念 二、化学反应中自由能的变化和意义 化学反应中的标准自由能变化 计算标准自由能变化时的标准条件 ΔG0 和ΔG 标准自由能变化的计算公式 反应的平衡常数与ΔG0 ΔG是反应能否进行的判据 标准生成自由能的概念 标准生成自由能的应用 偶联化学反应标准自由能变化的可加性及其意义 偶联化学反应的表示方式 化学反应和自由能关系的进一步说明 能量学用于生物化学反应中的一些规定 三、高能化合物 高能磷酸化合物及其它高能化合物的类型 磷氧键型高能磷酸化合物 磷氧键型高能磷酸化合物 磷氧键型高能磷酸化合物 氮磷键型高能磷酸化合物 硫酯键型高能化合物 甲硫键型高能化合物 一些磷酸化合物水解的标准自由能变化 细胞内影响ATP自由能释放的因素 ATP在能量转运中的地位和作用 ATP在能量转运中的地位和作用 磷酸肌酸的作用 磷酸肌酸的作用 磷酸肌酸及其它贮能物质的作用 聚偏磷酸的结构 ATP以外的其它核苷三磷酸的递能作用 ATP系统的动态平衡 (高能化合物的概念) 机体内有许多含磷酸的化合物，当其磷酰基水解时，释放出大量的自由能，这类含磷酸的化合物称为高能磷酸化合物。当这些磷酰基水解时，能释放出20.92kJ/mol（5 kcal/mol）以上的能量，因此将这些磷酸基团与其它基团之间的键称为“高能键”（high-energy bond），并用符号 ~ 表示。注意生物化学中的“高能键”的含义与化学中使用的“键能”含义是完全不同的。 高能磷酸化合物中的磷酸大多数是与另一个酸形成酸酐，与之形成酸酐的酸有羧酸、磷酸、硫酸等。还有磷酸与胍基、烯醇式羟基之间结合的化合物也是高能磷酸化合物。除了含磷酸的高能化合物外，还有不含磷酸的高能化合物，如酰基CoA中的硫酯键、S-腺苷甲硫氨酸中甲基与S之间的硫醚键也是高能键。 乙酰磷酸 氨甲酰磷酸 1,3-二磷酸甘油酸 焦磷酸 氨酰腺苷酸 酰基腺苷酸 ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸精氨酸 磷酸肌酸 3’-腺苷磷酸5’-磷酰硫酸 酰基CoA S-腺苷甲硫氨酸 与核糖的5’碳相连 13.8 kJ/mol -13.8 kJ/mol 葡萄糖-6-磷酸 20.9 kJ/mol -20.9 kJ/mol 葡萄糖-1-磷酸 28.8 kJ/mol -28.8 kJ/mol PPi+ H2O→2Pi 30.5 kJ/mol -30.5 kJ/mol ADP+H2O→AMP+Pi 30.5 kJ/mol -30.5 kJ/mol ATP+H2O→ADP+Pi 32.2 kJ/mol -32.2 kJ/mol ATP+H2O→ AMP+PPi 49.3 kJ/mol -49.3 kJ/mol 磷酸肌酸 51.46 kJ/mol -51.46 kJ/mol 氨甲酰磷酸 61.9 kJ/mol -61.9 kJ/mol 磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸基团转移势能 ΔGo’ 化合物 注意ATP位于所列磷酸化合物的中间位置 在细胞内环境条件下，在pH7时，ATP及ADP的全部磷酸基团都处于解离状态。细胞内有大量的Mg2+，Mg2+与ATP4－及ADP3－形成Mg2+－ATP2－及Mg2+－ADP－的形式，而实际上Mg2+－ATP2－才是ATP的活性形式。所以Mg2+浓度、pH、ATP、无机磷酸的浓度都能影响ATP水解时释放的自由能的量。 1．它可以在磷酸转移中起到“共同中间传递体”的作用。 2．在偶联反应中提供能量。 神经和肌肉等细胞活动的直接供能物质是ATP，但ATP在细胞中的含量很低，在哺乳动物的脑和肌肉中约3～8mmol/kg。这些ATP只能提供肌肉剧烈活动1s左右的消耗。而肌肉和脑中磷酸肌酸的含量远远超过ATP，在脑中约为ATP的1.5倍，在肌肉中则为ATP的4倍。受过良好训练的运动员其肌肉中磷酸肌酸的含量可高达30mmol/kg。磷酸肌酸可以看成是ATP的后备军，磷酸肌酸中贮存的能量可以很快转移到ATP中。 上述反应式正向反应的ΔG 0’为-12.6kJ/mol，逆向反应的ΔG 0’为+12.6kJ/mol，反应的平衡常数为160。 磷酸肌酸 + ADP ←———-—→ 肌酸 + ATP 肌酸激酶 当细胞处于静息状态时，ATP的浓度较高，反应向合成磷酸肌酸的方向