A-生物能学与生物氧化1.ppt

生 物 化 学 (续) 第一章 生物能学与生物氧化 本 章 主 要 内 容 概论 高能化合物的概念和类型 ATP的结构及其作用 ATP以外的其它高能磷酸 化合物及其作用 生物氧化 电子呼吸链和ATP的合成 线粒体外NADH的氧化磷酸化 一、概 论 新陈代谢(metabolism)：简称代谢, 指生物体和外界环境进行物质转化和能量转换的过程。 新陈代谢的特点 代谢反应是在温和的条件下进行的,绝大多数都由酶来催化； 代谢过程的化学反应由一系列的中间过程一步步完成的, 前后反应有着严格的顺序； 生物体内的化学反应可以灵活的自我调节； 生物代谢体系是在长期进化中逐步形成和完善的。 新陈代谢的功能 从周围环境中获得营养物质； 将外界摄取的营养物质转变为自身需要的结构元件，即组成大分子的前体； 将结构元件装配成自身大分子； 形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子； 提供生命活动所需要的一切能量。 中间代谢和代谢途径 中间代谢：物质在细胞内的化学变化过程。 代谢途径：中间代谢按严格顺序进行的一系列化学反应。 代谢物：代谢途径的反应物、中间物以及产物 新陈代谢包括物质的合成和分解两个方面。 分解代谢(catabolism)：指生物体从外界摄取或自身贮存的营养物质, 在酶的作用下, 转变成较小的、较简单的物质的过程。在此过程中相伴随的是蕴藏在营养物质中的能量的释放。 合成代谢(anabolism)：生物体利用小分子或大分子的结构元件，构建自身的大分子的过程。在此过程中需要能量的供应。 同一种物质，其分解代谢和合成代谢的途径和部位都是不同的。 1.1 分解代谢的特点与方式 分解代谢分为降解和分解两个方面。 降解的特点 指一个分子由大到小的过程。如蛋白质 → 多肽 → 氨基酸; 核酸 → 核酸碎片 → 核苷酸 ……。 降解的方式 ①水解(即加一分子水, 如蛋白质、脂类、核酸等降解） ②硫解(即加一分子CoA →乙酰CoA, 如脂肪酸降解） ③磷酸解(即磷酸化,如多糖降解)和焦磷酸解：如DNA polⅠ的这种活性可以催化3末端焦磷酸解DNA分子: (dNMP)n + XPPi ← (dNMP)n-x + X(dNPPP) → DNA 1.1 分解代谢的特点与方式 分解的特点 指降解后生成的各种小分子的进一步降解。分解的终产物是CO2、H2O、NH3、H3PO4等。但因种属差异, 各种物质分解的产物有所不同, 如人以尿素形式排氨；嘌呤代谢终产物为尿酸(人体一般不能打开苯环)。C骨架的彻底分解由TCA完成。 分解的作用：①获得能量 ②获得重要中间产物。 1.2 合成代谢的特点 总的来说，生命物质的合成是一个由小到大、由简单到复杂的过程。合成方式可以分为： 半合成：如蛋白质、核酸、脂类和多糖的聚合是由小到大的过程。 从头合成：如氨基酸、核苷酸、脂肪酸和单糖等的合成（从无到有）。 生物合成的中心是光合作用和固氮作用。 二、高能化合物的概念和类型 一般将水解时释放出5000卡（20.92千焦）以上自由能的化合物称为高能化合物。 高能磷酸化合物：机体内有许多磷酸化合物，其磷酸基团水解可释放出大量的自由能。如腺三磷(ATP)。 ATP在细胞的产能和需能过程中起着重要的桥梁作用，机体在物质氧化的某些过程释放出的大量自由能往往先形成高能磷酸化合物ATP，再由ATP、ADP和无机磷酸而释放出大量自由能供给需能反应。 ATP中的两个磷酸基团(β,γ)可从γ端依次移去而生成腺二磷(ADP)和腺一磷(AMP)。 ATP磷酸酐键水解时，释放出7300卡/摩尔能量（30.54千焦/摩尔）。 高能化合物的类型 根据高能化合物的键型特点，将其分为以下几种类型： 1. 磷氧键型（-O–P-）属于这种键型的化合物很多，又可分为几类： （1）酰基磷酸化合物 （2）焦磷酸化合物 （3）烯醇式磷酸化合物 2. 氮磷键型 3. 硫酯键型 4. 甲硫键型 活性甲硫氨酸 酰基磷酸化合物 焦磷酸化合物 烯醇式磷酸化合物 氮磷键型 硫酯键型 （活性硫酸基） 甲硫键型 （活性甲硫氨酸） 以上高能化合物中含有磷酸基团的占绝大多数，但并不是所有含磷酸基团的化合物都属于高能磷酸化合物。例如6-磷酸葡萄糖，甘油磷脂等化合物，水解时每摩尔只能释放1000—3000卡能量。因此属于低能化合物。 高能化合物水解时都有特定的键型 (用“~”表示)断裂。这些化合物所以能释放大量的自由能，主要是由它们的特定键型所决定的。这些键合形式都比较活泼，具有较大的反应势能，很容易被水解而断裂，而且水解后形成的产物含有较少量的自由能。 三、ATP的结构及其作用 3.1 ATP的结构特征 ATP水解时释放出较高的标准自由能，和它的结