湖北大学生科院：《生物化学》第7章 代谢总论与生物能学

化题 第七章代谢总论与生物能学 湖北大学生命科学学院

湖北大学生命科学学院 第七章 代谢总论与生物能学

第一节代谢总论 1、细胞如何从其环境中摄取能量 问和还原能力? 题2、细胞如何合成其大分子的构造 单元? 这些过程是由许多高度整合、相 互交织的化学反应来完成的,这些反应 总称为代谢

第一节 代谢总论 1、细胞如何从其环境中摄取能量 和还原能力？ 2、细胞如何合成其大分子的构造 单元？ 这些过程是由许多高度整合、相 互交织的化学反应来完成的，这些反应 总称为代谢。 问 题

代谢阶段:人和高等动物可分为三个阶段 1.消化、吸收 食物(糖、脂和蛋白质)→可吸收的小分子→肠 粘膜细胞→血循环→各组织细胞 2.中间代谢:在细胞内进行,中间可有多步连续 反应。例糖酵解: GG-6-P→→→→→2丙酮酸→2乳酸 多个酶) 3.排泄废物:肾、肠、皮肤等(生理学主讲)

一．代谢阶段：人和高等动物可分为三个阶段: 1．消化、吸收： 食物（糖、脂和蛋白质）→可吸收的小分子→肠 粘膜细胞→血循环→各组织细胞 2. 中间代谢：在细胞内进行，中间可有多步连续 反应。例 糖酵解: G→G-6-P→→→→→→2丙酮酸→2乳酸 （多个酶） 3．排泄废物：肾、肠、皮肤等（生理学主讲）

代谢特点 1.多步相关联的反应连续进行; 2.反应条件温和,由酶催化进行,一般无副反应; 3.对内外环境变化有高度适应性和灵敏的自动调节。 、代谢的研究方法: 1.苯环化合物示踪法:1904年,德国 Knoop用此法确立了 脂肪酸氧化方式,提出β-氧化学说 2.稳定同位素示踪法:天然同位素(如15N、13℃等) 3.放射性同位素示踪法:不稳定同位素(如1C、13等) 4.整体( in VIVO)研究:意即“在体内”; 组织切片组织匀浆和提取液:( in vitro)意即“在体外” “在试管内

二．代谢特点： 1．多步相关联的反应连续进行； 2．反应条件温和，由酶催化进行，一般无副反应； 3．对内外环境变化有高度适应性和灵敏的自动调节。 三、代谢的研究方法： 1. 苯环化合物示踪法：1904年，德国 Knoop用此法确立了 脂肪酸氧化方式，提出β-氧化学说。 2. 稳定同位素示踪法：天然同位素（如15N、 13C等）。 3. 放射性同位素示踪法：不稳定同位素（如14C、 131I等）。 4. 整体（in vivo）研究: 意即“在体内” ； 组织切片组织匀浆和提取液：(in vitro)意即“在体外” 、 “在试管内”

四.代谢章节学习方法 主要学习与掌握: 1.代谢规律 2.代谢特点 3.酶催化作用 4.代谢调节

四. 代谢章节学习方法 主要学习与掌握: 1. 代谢规律 2. 代谢特点 3. 酶催化作用 4. 代谢调节

第二节生物能学(生物化学中的热力学 热力学在生物化学中最基本的用处在于判断 个过程是否能够发生。 体系:热力学中的体系( system)是在一限定范围 内的物质。宇宙的其余部分的物质称为环境 surroundings)o 开放体系:体系与环境之间既有能量传递又有物质交 换 >封闭体系:体系与环境之间只有能量传递但没有物质 交换; >隔离体系:体系与环境之间没有能量传递也没有物质 交换

第二节 生物能学（生物化学中的热力学） 热力学在生物化学中最基本的用处在于判断 一个过程是否能够发生。 一、体系：热力学中的体系（system）是在一限定范围 内的物质。宇宙的其余部分的物质称为环境 （surroundings）。 ➢ 开放体系：体系与环境之间既有能量传递又有物质交 换； ➢ 封闭体系：体系与环境之间只有能量传递但没有物质 交换； ➢ 隔离体系：体系与环境之间没有能量传递也没有物质 交换

个体系的性质包括:压力、体积、温度、组成、比 热、表面张力等,热力学用体系的这些性质来描述一个 体系所处的状态,并把这种性质与状态间的单值对应关 系称为状态函数(只与体系状态变化的始态和终态有关, 而与状态变化的过程无关。) 1.内能U 2焓(H=U+PV) 3熵S与自由能AG 二、内能和热力学第一定律: >内能( internal energy):体系内部质点能量 的总和,用符号U(或E)表示。内能的绝对值 是无法测量的,但其改变量却是可以测量的

二、 内能和热力学第一定律 ： ➢内能（internal energy）：体系内部质点能量 的总和，用符号U（或E）表示。内能的绝对值 是无法测量的，但其改变量却是可以测量的。 一个体系的性质包括：压力、体积、温度、组成、比 热、表面张力等，热力学用体系的这些性质来描述一个 体系所处的状态，并把这种性质与状态间的单值对应关 系称为状态函数（只与体系状态变化的始态和终态有关， 而与状态变化的过程无关。）： 1．内能 U ; 2.焓 (H = U + PV); 3.熵 S 与自由能ΔG

>热力学第一定律:就是能量守衡定律,说明能 的形式只能互相转变不能消灭。第一定律的数学 表达式是:AU=Q-W(Q代表在过程中吸收的热 量,W代表体系所做的功,△U代表内能的变化) 熵和热力学第二定律 ●熵( entropy):用S表示,代表一个体系散乱无序 的程度。一个体系当变为更混乱时,它的熵增加。 ●热力学第二定律:说的是只有当体系及其周围的熵 之和增加时,过程才能自发地进行。对于自发过 程ΔS体系+ΔS环境>0

➢ 热力学第一定律: 就是能量守衡定律，说明能 的形式只能互相转变不能消灭。第一定律的数学 表达式是：ΔU= Q-W（Q代表在过程中吸收的热 量，W代表体系所做的功，ΔU代表内能的变化）。 三、熵和热力学第二定律： ● 熵（entropy）：用S表示，代表一个体系散乱无序 的程度。一个体系当变为更混乱时，它的熵增加。 ●热力学第二定律：说的是只有当体系及其周围的熵 之和增加时，过程才能自发地进行。对于自发过 程ΔS体系+ΔS环境>0

根据热力学第二定律,可以了解在机体内哪些 过程可能发生,推测哪些因素是某一过程发生的 条件。例如,形成一个高度有序的生物结构是可 能的,因为这种体系的熵减少被周围环境的熵增 加所补偿;生物体内部所有不可逆过程的发生是 可能的,它可不断地从周围环境吸取负熵来维持 生存,新陈代谢使机体成功地向周围环境释放正 熵。 ●自由能的概念: 1878年,J.W. Gibbs把热力学第一定律和第二定律 结合起来,提出了自由能这一函数

根据热力学第二定律，可以了解在机体内哪些 过程可能发生，推测哪些因素是某一过程发生的 条件。例如，形成一个高度有序的生物结构是可 能的，因为这种体系的熵减少被周围环境的熵增 加所补偿；生物体内部所有不可逆过程的发生是 可能的，它可不断地从周围环境吸取负熵来维持 生存，新陈代谢使机体成功地向周围环境释放正 熵。 ● 自由能的概念： 1878年，J.W.Gibbs 把热力学第一定律和第二定律 结合起来，提出了自由能这一函数

其基本方程式为:△G=△HT△S(△G是恒温、 恒压下自由能的变化,△H是体系焓的变化,△S是 体系熵的变化;△H=△U+P△V,△U是体系内能的 变化) 自由能变化△G是判断一个化学反应能否向某个 反向进行的根据,△G是负值表示反应可自发进行 △G和反应的速度、变化的途径无关,也不说明反 应的速率如何 过程可逆 AG=0 或写为 AG-O 自发进行△G>0 或写为 △G0意味着过程需提供能量才能进行

其基本方程式为：△G=△H—T△S（△G是恒温、 恒压下自由能的变化，△H是体系焓的变化，△S是 体系熵的变化；△H=△U+P△V，△U是体系内能的 变化）。 自由能变化△G是判断一个化学反应能否向某个 反向进行的根据，△G是负值表示反应可自发进行。 △G和反应的速度、变化的途径无关，也不说明反 应的速率如何