代谢生物化学【1】

第一章    代谢总论

第一节  代谢的基本概念

一条代谢途径中的酶有三种方式组织在一起：

（1）分散存在（效率最低，前一个酶的产物被环境稀释）

（2）多酶复合体或酶系：构成一条代谢链的酶全部或部分组成复合体

     可以提高反应速率，并有利于调控

     如丙酮酸脱氢酶系、α-酮戊二酸脱氢酶系和细菌的脂肪酸合成酶系

（3）与膜相结合的多酶复合物或酶系：酶按照一定的方向和次序整合在膜上

     传递电子（呼吸链和光合链），脂质物质的合成（需要疏水环境，把反应放在两相交处，如光面内质网）

有时候，一条代谢链的活性，中和在一条肽链之中，或是不同的亚基之中。如：哺乳动物的脂肪酸合酶

按照代谢方向，代谢途径可分为线状（糖酵解）、环状（三羧酸循环、卡尔文循环和尿素循环）；分枝状（氨基酸的合成）。只有在循环代谢之中，才涉及到一种起始代谢物在最后一步反应中得以再生（三羧酸循环的草酰乙酸、卡尔文循环的1，5-二磷酸核酮糖和尿素循环中的鸟苷酸）

细菌的所有代谢可分为分解代谢（将复杂代谢物转变为简单代谢物），合成代谢，不定向代谢（双重代谢，既是分解代谢又是合成代谢）

第二节  代谢的基本特征

1.反应条件一般为温和

2.高度调控

3.每条代谢途径都不可逆

4.一条代谢途径至少存在一个限速步骤

5.各种生物中高度保守

6.代谢途径在真核细胞中是高度分室化的

第三节  代谢研究的主要内容和方法

1.示踪法：同位素示踪、荧光标记示踪

2.代谢抑制剂的作用：某一部反应被抑制，此反应之前的所有代谢物都会在细胞内堆积

3.代谢遗传缺陷型突变受体的使用：原理同代谢抑制剂，通过代谢物的堆积，来反映代谢途径

4.基因操作：主要食用转基因技术、基因敲除技术或敲减技术或基因在某些组织中定向表达等手段（用来确定某一酶在细胞中的作用）

第四节  代谢中的氧化还原反应和氧气在反应中的作用

第五节  代谢组和代谢组学

分离代谢小分子的方式有：毛细管电泳（CE）和气相色谱（GC）和高效液相层析

鉴定代谢小分子的方法有：质谱和核磁共振

第二章    生物能学

第一节  热力学定律和Gibbs-Heimholtz方程

几个基本概念

1.系统和环境：可分为孤立系统（和环境之间不发生任何形式的物质交换或能量交换）和开放系统

2.能量：做功的本领

3.自由能： 是指一个系统的总能量之中用来做功的一部分（有用能）

4.熵：是指一个系统的无序状态。一个系统越有序，自由能越小

5.焓：是指系统的总热能

有热力学定律可以得出：

其中G代表系统的自由能，H代表系统的总热能，S代表系统的熵，T为系统的绝对温度

在恒温恒压的情况下，可衍生出Gibbs-Heimholtz方程

式中的∆𝐺代表自由能的变化，∆𝐻代表总热能的变化，∆𝑆代表熵的变化，𝑇还是代表绝对温度

第二节  生化反应的方向性与自由能之间的关系

假设一个生化反应：𝐴+𝐵←→𝐶+𝐷

在恒温恒压的情况下，有：

第三节  ∆𝑮和∆𝑬的关系（略）

第四节  生命系统中的偶联反应

1.通过一个共同的代谢中间物

2.偶联的第二种机制是通过特殊的高能生物分子来进行的，在第一步反应中释放出的自由能，有一部分转变成高能生物分子之中，第二个反应进行则是由第一个反应中生成的高能生物分子进行驱动

第五节  高能生物分子

极容易水解，又容易在水解之中放出大量的生物能

除了ATP在细胞中担任能量货币，还有其他三种核苷三磷酸。这几种能量货币之间的转换需要核苷二磷酸激酶

高能分子在水解时释放出大量的能量，原因是：水解产物有更大的共振稳定性，水解之后负电荷之间的静电斥力减小