代谢作用与发酵.pptxVIP

第1页/共68页代谢作用与发酵第2页/共68页 第一节 概述 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、代谢途径逐步进行第3页/共68页第4页/共68页新陈代谢的概念及内涵 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 小分子能量代谢物质代谢信息交换新陈代谢第5页/共68页代谢过程包括物质的吸收、消化、中间代谢和排泄等过程。中间代谢一般是指在细胞中的合成与分解过程，是代谢活动的主体，在生物工业中，许多有价值的化工产品就来自中间代谢的代谢产物。如：木糖醇、乳酸等等第6页/共68页 生物体内各种复杂的合成与分解作用，对外体现为各种生理现象：呼吸作用主要是糖类物质在氧参与下进行分解并释放能量生长主要是核酸、蛋白质等物质合成的结果运动时肌肉收缩使得化学能（ATP）转变为动能；而肌肉酸痛则是乳酸作用的结果光合作用则使光能转变为化学能第7页/共68页生物体内的物质代谢与能量代谢是密不可分的：细胞从环境中获得小分子氨基酸，在体内合成大分子蛋白质———吸收能量的物质代谢。大分子糖原在体内分解成小分子葡萄糖，最后分解成二氧化碳和水——释放能量的物质代谢。第8页/共68页生物合成机 械 功主动运输生物发光生物发电生物发热太 阳（光 能）自养细胞光合作用电子传递（电 能）ATPADP（化 学 能）合成(CO2)+H2O生物界能量传递及转化总过程(CH2O)+O2分解呼吸作用（化 学 能）电子传递异养细胞（电 能）ATPADP生命现象（化 学 能）第9页/共68页在新陈代谢的过程中，发生大量的化学反应，而所有的这些代谢反应都是在酶的催化作用下进行的。酶的高度专一性和强大的催化功能保证了新陈代谢能够高速度、有条不紊的进行。参与新陈代谢的各种化学反应之间是互相依赖、协同作用并互相制约的组成一条条代谢途径，再组合成庞大复杂的代谢网络。第10页/共68页 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：?分子水平?细胞水平?整体水平新陈代谢的调节第11页/共68页第二节 生物的能量代谢自然界能量代谢的方式：自养型生物利用太阳光，以简单成分合成糖等有机物质，而后自养型生物和异养型生物分解有机物质，从中摄取能量以从事各种生命活动第12页/共68页一、能量代谢的热力学原理1、自由能（free energy）：化学反应将会沿着从反应能力高的物质向反应能力低的方向进行。物质的这种反应能力称为自由能，用G表示。 与温度差ΔT，压力差Δp类似，自由能差ΔG则是化学反应的推动力，是产物的总自由能与反应物总自由能的差。第13页/共68页ΔG=∑G产物- ∑G反应物化学反应总是向着自由能降低的方向进行的第14页/共68页化学反应的自由能变化的基本公式ΔＧ=ΔH-TΔSΔH——体系焓的变化 KJ/molΔS——体系熵的变化 KJ/mol 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即： ΔG0，反应能自发进行 ΔG0，反应不能自发进行，必须从外界输入能量 ΔG=0，反应处于平衡状态第15页/共68页讨论：A、自由能G是状态函数， ΔＧ取决于体系的始态与终态，与反应途径无关。 如葡萄糖，无论是通过生化途径还是被燃烧氧化为二氧化碳和水，只要始态与终态相同， ΔＧ值就相同。B、 ΔＧ是热力学函数，与反应速度无关，负的ΔＧ值只表明某一转变可以自发进行，即在热力学上是可行的，反应速度的快慢与此无关。第16页/共68页自由能的概念的意义自由能的概念对于研究生物化学过程的力能学具有很重要的意义，生物体用于作功的能量正是体内化学反应释放的自由能，生物氧化释放的能量也正是为有机体利用的自由能。它不仅可以用来判断机体内某一过程能否自发进行，而且还可以利用自由能这个函数来计算反应的其它有用参数。第17页/共68页2、偶联化学反应ΔG变化的可加性 反应体系的总自由能差等于体系中各单独反应自由能差的代数和，也就是说，一个在热力学上不能（自发）进行的反应（ΔG ＞0），可以被另一个热力学上可以进行的反应（ ΔG＜