《生物化学》教案 授课题目 学时安排 第十章 代谢总论及生物氧化 8学时 掌握代谢有关概念：代谢中常见反应机制：掌握生物能 学有关概念：高能化合物：ATP在能量代谢中的作用： 自由能计算：二氧化碳的生成：呼吸链概念：呼吸链组 目 成与顺序：电子传递过程：底物水平磷酸化：氧化磷酸 化 熟悉有机质代谢概况：呼吸链抑制剂：胞质中NADH 进入线粒体机制。 要 了解代谢研究方法：二氧化碳的生成分类：了解多酚氧 化：混合功能化：抗乱呼吸。 概念 教 反应机制、 议 呼吸链、 电子传递过程、 氧化磷酸化 自由能计算、 教学 电子传递过程、 难点 氧化磷酸化 教学过程 讲授结合多媒体课件 P22习题之1、2、3、6 作业 P145习题之2、6、7、8
教学内容 导言 你已经不是10天前的你了，不仅仅因为增加了几十个英语单词、儿个生物化学概念， 主要是因为你体内的物质己经更新了一半， 假如你寿达80，你会从环境中摄取78吨食物 你一天要消耗80斤三磷酸腺苷，可你的总重可能还不到80斤 这就是代谢和生物氧化的粘力 第十一章代谢总论及生物氧化 第一节代谢总论 一、有关概念 (掌握) 、校人的宽像持右物质，走量和后息父灰的成体秀。磁过物质父旋建逆和修 适应 降解、吸收 ·合成代谢 合成反应 (同化作用】 吸收能量)能 物 新陈代谢 中代 (细胞代谢) 释放能量 代 分解代谢 分解反应 (异化作用) C排泄 新陈代谢 营袭物质在机休内所经历的一切化学变化的总称 机体与环境进行的物质与能量交换。简称代谢，是生命最基本的特征 据物质流向分： 同化作用（合成代谢）异化作用（分解代谢） 中a代射 代附涂5中的个别环节 细胞代谢 活细胞内化学反应的总称，也叫中间代谢 同化与异化，分解与合成的关系： 为矛盾统一，相辅相成。例 分解 合成 葡萄糖一一→乙酰辅肿A一一→脂肪酸 合成 分解
分解给合成提供结构元件、能量。 合成给分解提供原料。 同一物质的分解与合成代谢一般是不同的，即不可逆。例 裤酵解途 葡萄糖+ ·乳酸 异生作用 个别物质的分解与合成途径是相同的，这样的途径叫两用途径。例 联合脱氨基作用、三羧酸循环 不相互干扰，二者一般在不同的细胞器中进行。例 B氧化途径 脂肪酸 ·乙酰辅酶A 从头合成途经 B氧化途径在线粒体中 从头合成途径在细胞质中 物质代谢新陈代谢过程中的物质变化 能量代谢新陈代谢过程中的能量变化。 二者关系：物质代谢一定伴随能量代谢。能量代谢依附于物质代谢 般同化、合成吸收能量，异化、分解释放能量。例 大分子物质分解 热能 ATP 小分子合成 能量代谢的概况： HO 光能（叶绿素） 2H+ NADPH+H+ATP 热+ATP 2呼吸↓ C02 (CHO)n- 比它物质（构建自身） !消化吸收异养生物体内 分解 大分子物质（构建自身）·结构元件十AT十热1 其它需能衬程 可见，太阳能是所有生物最根本的能量来源。 ATP是机体内能量的中转物 NADPH是大分子合成的还原力（能量的又一形式：H) 各种生物具有齐自特异的新陈代谢类里，这决定于遗传和环境条件。绿色植物及某些细 菌有光合作用，若干种细僧有固氨作用，是自养型的：动物与人是异养生物，同化作用必颈 从外界提取营养物质，通过消化吸收进入中间代测。同一生物体的各个器官或不同组织还具 有不同的代谢方式。 各种生物的新陈代谢过程茧然复杂，制有共同的特点： 1.生物体内的绝大多数代湖反应是温和条件下，山酶催化进行的
2.物质代谢通过代谢途径，在一定的部位，严格有序地进行。各种代谢途径能此协调组 成有规律的反应体系（网络）。 3.生物体过内外坏镜条件有高度的活应性和灵敏的自山调节 二、代谢中常见反应机制（掌握） 因为代谢为有机体内的化学反应，其变化几乎都是酶催化的，所以，其机制即为酶的分 化机制。详见酶机理一章 要有 酸碱催化 共价催化 金属离子催化 降低介电性等。 生化反应类型 基团转移反应 包括转移酶类、水解酶类。 氧化还原反应 氧化还原酶为 消除、异构、重排反应 包括裂解、异构南类。 消除：形成双锭的反应（裂解）： 异构：氢的迁移（基团迁移属转移) 重排：碳的位置变化： C-C健形成与断裂反应 包括裂解、合成南类 细胞代谢的基本特征： 酶催化见酶一章。 网络化最后总结」 有字性 界代谢调节 可调性 见代谢调节 正常情况下，机体各种物质代谢能适应内外环境变化，有序地进行。这是由于机体存在 精细的调节机制，不断调节各种物质代谢的强度、方向和速度以适应内外环境变化，代谢调 节普淀存在于生物界，是生物的重要特征。 目的性构建自身。 适应性 对周围环境高度适应 整体性 各类物质的代湖在用五联系，用五制的下进行，形成一个完整统一的过程（树络）。如 在能量供应上，期、器、蛋白质可以棉互苔代，相互制的。一般情况下，糖是主要供能物质 (50%-70%),脂主要是能能（供能只占109%40%），蛋白质几乎不是供能形式：饥饿或
某些病理状时，供能减少，脂和蛋白质分解供能增加。 物质代谢在个体和种属之间都具五补性，这是生念半衡的基础 各组织、器官物质代谢各具特色 动物、植物和微生物的物质代谢以动物各组织、器官的物质代谢途径有所不同，各 具特色。肝脏是物质代谢的中心。 三、代谢研究方法（了解） 1、使用悔抑制剂 2、利用遗传缺陷症 3、气体测量法 4、同位素示踪法常用H、“C、2p、s、11等。 、核磁共振波法 代途径的研究比复杂，可从不同水半，主要对中间代湖进行究。新陈代途径的 阐明凝集了许多科学家的智慧与实验成果， 如1904年德国，化学家Koop是出的脂防酸的月 氧化学说，1937年r©bs是出的扩候酸桶坏 活体内(in vivo)和活体外(in vitro)实验 四、代谢功能（熟悉） 1、获取营养物质 2、变营养物质为结构元件（单位） 3、将结构元件变为自身物质 4、分解自身不需题的物质 提供能量 新陈代 刀能量 五、有机质代谢概况（熟悉） C0,+H,0+光能 !光合作用 蛋白质 越类 脂肪 ↓↑ 41 ↓↑ 降解 氨基 葡萄 甘油+脂肪险 分解代谢 分的 三阶段 乙酰辅酶A 三俊酸循环 CO,+2nH 氧化酸化 nH,O十iATP+热能 牛物氧化 一合成
生物每化 有机质在机体内被氧化为二氧化碳和水并放出能量的总过程。又称细胞呼吸或组织 呼吸。 生物氧化类型 脱氢、脱电子、加氧 生物氧化特点 生物氧化和有机物质体外燃烧在化学本质上是相同的，遵丽氧化还原反应的一般想律， 所耗的员、最产物和放的能量均相同。 环境温和（高湿 强酸或强碱)在细胞内，湿和的环境中经催化遂步进行。 能量逐步释放 (骤放 部分以热能形式发，以维持体， 部分以化学能形式 储行供生命活动能量之需（约0佛. 能量贮于ATP(热、光) 还有需水，二氧化碳是脱羧反应形成，跨促反应过程，生物氣化的速度山细胞 白动服控 部位：在真核生物钢胞内，生物氧化部是奔线拉体内进行，原德生物侧在绷胞膜上进行 第二节生物能学 研究生物体内能量的转移和利用的科学 本章介绍自由能和高能化合物 一、自由能（熟悉） 1、 体系能够用来做功的能量 细胞是一个等温恒压体系，所以，热传导不能作为其生长的能量来源.其生命 过程中所需的能量都来自体内生物化学反应释放的自由能，有G表示。据热力学定律 AG=AH-TAS △H:体系培的变化。H:培：一个体系的内能与其全部分子的压力和体积总变 化之和 △H=△U+△PV 积分得d-dU+Pdv+VdP 山于体内生物化学反应是恒温恒压恒容过程，即 dV=0.dP=0 所以，dH=dU 即△H≈△U 即始变即为内能变化 T:绝对温度 △S:体系熵的变化。 $熵，体系能量分散程度。 体系质点散乱无子程度。大表示混乱 2,应用
利用△G可判断恒温恒压下进行的化学反应的方向： △G0体系未达半衡，必须供能反应才能正向进行 △G=0反应处于半衡状态。正、负反应速度相等 注意： A、△G仪决定于反应物的自山能与产物自山能，而与途径和机制无关。例 葡萄糖+02-C02+H20 AG (G co2+G -(G省十Go2 萄糖在体外燃烧和在体内完全氧化，△G是一样的 都足一686Kcal/mol (-2867KJ/mol) B、用△G仪能判断反应按某方向可否进行（热力学），而与速度无关（动力学）： 如葡萄糖氧化为二氧化碳和水的自由能变化等于-686Kcal/m0l,只能说明 此反应可以进行，但不是说一定进行，葡萄糖放在空气中此反应就不进行或进行很慢，数年 把它放在炉火中，很快进行。 即热力学可能，动力学不一定。动力学还需体条件， 即活化 3、化学反应自山能变化的计算 △G=△H-T△S是定义、理论，无法计算，尤其是AS,所以 用△G=△G十RTn[产物]积[底物]积来计算。 式中： △G°为标准自山能变化 它表示[底物]为1moL,压力为0.IMpa(101325Pa),温度为25℃(298K), pH为0的条件下，反应的自山能变化。 但是，机体内的反应是在pH7.4≈7，其它同上的条件下进行的，∴.用△G"示。 R为摩尔气体常数，8.31J/molK或1.92×10-3kcol/molK. T为绝对温度 [产物]积/[底物]积叫半衡常数，用Ke或Keq'表示， 对于 aA十bB=cC+dD Keq'=[c]e [D]/[A]a [B]b △G=△G'+RTln Keq' 例1 P33例2。 当二羟丙酮磷酸与甘油醛3-磷酸五变达到平衡时，甘油醛3磷酸与二羟丙酮磷酸的浓 度比比值0.0475，其反应条件是：25℃，pH7。甘油醛-3-磷酸的浓度为3×10-6molL,二 羟丙丽磷酸的浓度是2X10-4molL,求出该反应的△G”及AG值。 解：△G'=一RTInKea =-2.303×1.987×10-3(8.31×10-3)×298×10g0.0475 1.81kcol/mol (7.57kJ/mol (注意换底和单位) △G”=△G·十RT甘油醛-3-裤酸浓度/二羟丙洞磷酸浓度 =1.81+2.303×1.987×10-3×298×1g(3×10-6/2×10-4) -0.677kcol/mol (注意和号前后的单位统一 如果题干不是这样复杂 ,而是仪给出一个反应的底物和产物 则△G△G”=产物的和一底物的和 产物的、底物的可以从表中查出
例2 A=B十C AG=5 反应不能讲行 B=D △G 反应可以进行 问：A=C十D可否进行 答：可以 :其△G=5+(-8)=-3 说明：偶联反应的标准自山能变化可以加和。 力学上个利的反应可以山热力学上有利的反应驱动，。 4、氧化还原反应自山能变化的计算(PI16 △G=-nF△E 式中： n转移电子数 F法拉第常数，23.062kcol/Vmo1或96.491kJ/Vmol (△E0' 标准氧化还原电势（位）差，条件同标准自山能，加一条以 氢为准。 △E=E”《氧化剂)一E”(还原翔) E可可查表： 生物体内氧化还原体系的标准氧化还原电势表。P117 或据下式计算： T血[电子受体]积[电子供体]积 E=E"十 nF 半衡时E=0 例：NADH2+1V2O2=H,O十NAD 查表符E NADHNAD+=一0,3 =0.815 △GP'=-nF△Eo -2×96.491×[0.815-(-0.32)] =-219.03k 反应可正向进行 :△E>0,即E高的氧化E低的，电子从低到高 注意查出后谁减谁？比上式倒过来，可否进行？ 氧化型-还原型 上式倒过来，氧化型-还原型=-0.32-0.815=-1.135 再乘-2×96.491结果为正大干0不能进行 二、高能化合物（掌握） 〔一)概念 木解或基团转移时能释放20.92 kJ/mol(5 keol/mol)以上自山能的化合物称为高 能化合物。 其中含磷酸的化合物称为高能磷酸化合物 高能化合物释放能量时断裂的化学键称为高能键，用一"表示。 (二)分类 据高能键的结构（键型）分4类
酰基磷酸化合物如氨甲酰磷酸 降酸化合物 磷氧型 焦碳酸化合物 ATP/ADP 烯醇式磷酸化合物 PEP 高能化合物 氨型 为磷酸胍基化合物 如磷酸肌酸，) 硕酯键化合物 如乙成辅酶A 非磷酸化合物 甲硫键化合物如S腺苷甲疏氨酸 三、ATP在能量代谢中的作用（掌握） 1、ATP结构 B A-O-PHO2-0-PHO2-O-PHO2-OH 2、ATP特点：极易水解。 分子ATP+H2O--→ADP+P 离子ATP4-+H20--→ADP3-+HPO42 △G"'=-30.5 kJ/mol 因为分子内的静电斥力，产物更稳定，反应后释放大量自由能 (为什么还需酶促？ 热力学动力学问题，酶降其活化能 3、ATP/ADP(AMP)循环 ATP+H2O- →ADP+Pi--一ATP+H2O 叫消耗 合成（磷酸化） ATP+H2O- 一AMP+PPi 相当于消耗2个ATP 4、ATP的作用上述消耗释放能量，合成吸收能量，所以 其意义为与机体内放能、吸能反应偶联，转移（传递）能最。 中是机体内自山能的化道公可利园能量的中转物能量我他 它的能量水平处于中间位咒，见图 5、ATP的利用 所载能量在机体内可转化为： 化学能 合成反应 渗透能 主动运价 机械能 肌肉收缩 电能 如生物电、神经传导 萤火生 热能 如冬季维持体福 利用都是以AP为中心
富含能量的代湖物。它们几严有棉同的水解（或形成）的标准自山能，核苷酸之间的磷藏基 团的转移的半衡常数接近1.0，所以计算物质代谢能量时，消耗的其他核苷二酸用等价的 A7P表示。 6、自山能贮存（可利用能量） AP是能量的携带者或传递者，而不是储布者。在脊动物中起能量储布的是裤酸肌酸 (phosphocereatine,PC,在无脊：动物中是酵酸精氨酸. 哺乳动物为磷酸肌酸(C) 某些无脊椎动物为磷酸精氨酸 都是抓基磷酸化合物。 贮存 ATP+C---ADP+C~P 使利用 上式反向 7、其它供能物质及其来源 CTP可用于硫脂合成 UTP可用于多陆合成GTP可用于蛋白质合成。 各种核苷二磷酸可用于核酸合成。 来源： NDP+ATP--→NTP+ADP 第三节二氧化碳的生成 一、概念（掌握） 脱羧酶 有机物一→羧酸 →有机物十C0, 二、分类（了解） 直接脱羧 丙酸脱浚酶 CH;C O COOH ◆CH3CH0+C02 (a-脱骏) 丙酮酸酸化梅 HOOCC O H-C COOH →CH:C O CO0H+CO2 (B聪0) 氧化脱俊：在脱梭过程中伴随者氧化（脱氢）。 NADP NADPH+H' HOOCCH:CHOHCOOH CH;C O CO OH+CO 苹果酸 aB脱羧上述前两个是α脱羧，后一个是脱羧 生物氧化中2的生成是代谢中有机酸的脱浚反应所我。有直接脱羧和氧化脱羧两种类 型。按脱羧基的位骨又有ā-脱骏和B-脱羧之分。请判衡以下脱骏反应的类型？
