复旦生物化学代谢部分课件-代谢总论1

生物化学A(下)王维荣1995-2011内容本学期为“动态生物化学”部分，从动态角度讲授生物化学中生物物质的物质（代谢）流、能量（代谢）流和遗传物质的信息流。分为两个部分，前一部分是代谢，讲述生命体物质的物质代谢和能量代谢、代谢规律、代谢调节、代谢与疾病、代谢与药物。后一部分是分子生物学基础，讲述生命的遗传物质的信息流动、基因表达及调节、基因工程概论等。主要章节代谢总论、生物氧化、糖类代谢、脂类代谢、光合作用、蛋白质降解和氨基酸代谢、核酸降解和核苷酸代谢、肝胆生物化学及代谢疾病、代谢网络及调节；DNA复制、DNA修复、转录及转录后加工、翻译及翻译后加工、基因工程、基因表达的调控等。参考书/联系方式参考书目：1、LehningerPrinciplesofBiochemistry,3rdedition.2004[DavidL.NelsonandMichaelM.Cox]2、《生物化学》（第三版），王镜岩等，高等教育出版社，2002：3、生物化学A(下）PowerPoint王维荣联系方式[e-mail][e-mail]办公室：立人生物楼114室(65643446)代谢(Metabolism)王维荣2011.2代谢总论（AGeneralIntroductiontoMetabolism)一．新陈代谢的概念二．代谢的特点三．代谢的研究对象四．代谢的研究方法五．代谢研究与其他学科的关系六．参考书目Metabolism新陈代谢是指生物体活细胞内所有化学变化的总称，也称为代谢。包括两种代谢作用:•分解代谢[catabolism,katabolism]，也称异化作用[disassimilation]，有机体分解物质、释放能量、提供还原力和生物合成中间产物的过程。•合成代谢[anabolism]，也称同化作用（assimilation），有机体利用能量以小分子物质合成能量更高的（较）大分子物质并储存能量的过程。Metabolism(cont.)每种代谢作用都包含两个方面：•物质代谢(substancemetabolism)：生物体内发生的物质的合成与分解作用，涉及能量的储存、释放或转移。•能量代谢(energymetabolism)：物质代谢中能量的转换、储存和释放。新陈代谢的速率生长旺盛时：合成代谢分解代谢长成的生物：合成代谢分解代谢衰老或饥饿：合成代谢分解代谢自养生物和异养生物根据从环境中获得碳的化学形式，生物可分为两大类型：自养生物(Autotrophs)：利用大气中的CO2作为唯一碳源构建所有含碳分子，如光合细菌和高等植物。异养生物(Heterotrophs)：不能利用大气中的CO2，必须从环境中获得相对复杂的有机碳分子如葡萄糖，高等动物和多数微生物都是异养生物。根据物质和能量利用分类生物矿质营养型有机营养型光养生物化学能养生物自养生物和异养生物间O2和CO2的循环许多自养生物可利用太阳能作为能量来源，进行光合作用，而异养生物通过分解自养生物产生的有机营养物获得能量。生物圈中自养生物和异养生物生活在一起，自养生物利用空气中的CO2建造自己的有机生物分子，有些还分解水产生O2；反过来异养生物利用这些有机物作为营养物质，呼吸O2并将CO2排放到大气中去，有些在氧化反应中消耗O2产生水。其中C、O2和H2O在自养和异养间不断循环，太阳能是推动其循环的驱动力。二氧化碳和氧在自养生物和异养生物间的循环生物圈中氮的循环所有生命体都需要氮源，为合成氨基酸、蛋白质、核苷酸、核酸和其他含氮化合物所必需。植物利用铵或硝酸盐作为唯一氮源；脊椎动物的氮源必须是氨基酸或其他有机含氮化合物；只有少量的生物—蓝细菌(Cyanobacteria)和部分豆科植物根部共生的土壤细菌可以转变（固定）大气氮为氨；其他细菌（硝化细菌）氧化氨生成硝酸盐和亚硝酸盐；而另一些（反硝化）细菌把硝酸盐转化为N2，在生物圈形成了氮的循环。生物圈的氮循环固氮细菌硝化细菌反硝化细菌物质循环需要大量的能量物质循环需要大量的能量，开始于光合生物捕获太阳能并利用太阳能合成富含能量的碳水化合物和其他有机营养物质。这些有机物被异养生物用作能源。代谢过程及能量转化过程中，有一部分有用能量（自由能）耗失，并有一定数量的能量不可逆地被转化成了无用能（热和熵）。与物质循环相比，能量只以一种方式流向生物圈，生物不能再利用以热和熵散失的自由能。物质的（碳、氧、氮）循环是连续的，而能量则不断地被转化为无用的形式。代谢作用的特点1．代谢过程通常不是一步完成，由一系列的中间代谢（intermediatemetabolic)过程所组成，反应数目虽多，但有极强的顺序性。2．需要温和(mild)的条件，绝大多数反应都由酶所催化。3．具有高度灵敏的自我调节(regulation)。•整体水平，激素或激素协同神经系统进行的综合调节；•细胞水平，通过胞内酶布局的区域化而实现；•分子水平，主要通过酶的反馈抑制和基因表达的调控等实现。代谢作用中的能量关系分解代谢分解有机物[糖、脂和蛋白质]，转化为更小、更简单的终产物[如乳酸、CO2和NH3等]，释放能量，部分被转化为ATP和还原的电子载体[NADH，NADPH和FADH2]，其余的作为热量散失。合成代谢以小或简单的前体物质合成更大、更复杂的分子，如脂、多糖、蛋白质和核酸等，合成代谢需要能量的输入，通常需要ATP和还原力[NADH、NADPH和FADH2]。分解代谢和合成代谢间的能量关系例如光合作用（Photosynthesis）:6CO2+6H2OC6H12O6+6O2h主要由以下反应组成：•H2O+NADP+NADPH+H++½O2•ADP+PiATP•6CO2+12NADPH+12H++18ATP1hexose+18ADP+18Pi+12NADP+hh三类代谢途径趋同分解聚集型分解代谢发散合成发散型合成代谢循环途径代谢研究的对象代谢所研究的是生物活细胞中发生的所有的化学反应，这里所指的活细胞是一种概括的说法，既来自于单细胞生物的细胞；也来自于多细胞生物的细胞、组织、器官及整个生物体；还包括病毒和噬菌体等生命体。代谢研究的方法1．饲养动物(feedinganimal)2．测定呼吸商（respiratoryquotient,R.Q.）3．代谢疾病(metabolicblock)不正常代谢的观察4．利用微生物的生化突变型（biochemicalmutant)5．切除器官(organexcision)6．离体试验(invitrotest)7．组织培养（tissueculture）8．应用酶的抑制剂(enzymeinhibitor)9．同位素示踪法（isotopictracertechnique）10.分步离心技术(differentialcentrifugation)代谢研究与其他学科的关系1．工业(Industry)2．农业(Agriculture)3．医学、药学(MedicineandPharmacology)4．畜牧(Farming)5．食品(Food)6．卫生(Hygiene)