第四章能量与代谢.ppt

4.1 生物体的能量n 生命活动需要能量 n 代谢是化学物质和能量的转化过程Ø生命的存在要靠能量,生物本身不能创造新的能量几乎所有地球生命所需要的能量都来自太阳Ø自养生物与异养生物Ø生态系统中能量的流动是由多样化的生命过程完成的4.2 细胞的能量通货——ATP·在活细胞中，能量贮存在腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)中ATP·ATP水解时，一个高能磷酸键断裂同时释放出能量 ATP+HATP+HATP+HATP+H2 2 2 2O O O O ————> ADP+P> ADP+P> ADP+P> ADP+Pi i i i    G = -30.5 KJ/molG = -30.5 KJ/molG = -30.5 KJ/molG = -30.5 KJ/molNH2发光细胞有荧光素酶（E-LH），酶促反应使ATP与E-LH先偶联，偶联的高能中间产物E～LH2-AMP在氧气存在时可释放出能量，并以荧光的形式发射出来：ATP+E-LH ATP+E-LH ATP+E-LH ATP+E-LH  E E E E～～～～LHLHLHLH2 2 2 2-AMP + P-AMP + P-AMP + P-AMP + Pi i i iE E E E～～～～LHLHLHLH2 2 2 2-AMP+O-AMP+O-AMP+O-AMP+O2 2 2 2  E-P+CO E-P+CO E-P+CO E-P+CO2 2 2 2+ + + +h h h hγγγγ·仲夏的夜晚萤火虫如何利用ATP来发光？4.3 生物代谢n 活细胞是一个微小的化学工业园·在极其微小的空间内发生着数千种生物化学反应·代谢是生物体内所有化学反应过程的总称·代谢—酶控制下的化学反应和能量转化·细胞不是一个装满了各种酶和底物的口袋·细胞复杂的结构特别是膜的结构固定了各代谢反应的空间和时间，使它们高度有序并可以被控制和调节。

Ø热力学原理只能帮助我们预测一个反应能否发生，却不能告诉我们反应的速度有多快Ø酶是细胞产生的可调节化学反应速度的催化剂Ø绝大多数的酶都是蛋白质Ø酶在常温、常压、中性pH的温和条件下具有很高的催化效率4.4 酶促反应n 酶是具有催化作用的蛋白质 Ø化学键 能障 活化能n 酶的催化作用机理·酶可以降低活化一个反应所需要的能量Ø酶 + 底物  酶-底物复合物  酶酶 + + 产物产物 E + S E + S  E-S  E + PE + P·酶与底物结合降低反应的活化能Ø 特殊的三维空间结构和构象Ø 酶的活性位点或酶的活性中心Ø钥匙和锁 诱导契合Ø酶的活性位点“柔性学说”·酶的特异性（专一性）4.5 影响酶活性的因素n 温度的影响n 辅助因子的作用Ø 无机金属离子——辅助因子Ø￿￿有机化合物——辅酶——递H+或递电子NADP+和FAD的递H+和递电子作用n 酶的抑制剂Ø 可逆与不可逆抑制剂Ø￿￿竞争性与非竞争性抑制剂n 反馈抑制Ø酶促反应在细胞中往往不是独立发生的Ø在代谢过程中局部反应对催化该反应的酶所起的抑制作用，称为反馈抑制Ø细胞自行调节其代谢的一种机制Ø维持细胞稳态的重要机制青霉素结合在转肽酶的活性部位，抑制转肽酶的活性，阻止青霉素结合在转肽酶的活性部位，抑制转肽酶的活性，阻止了肽聚糖的进一步合成，所以了肽聚糖的进一步合成，所以青霉素的抗菌作用就是抑制了青霉素的抗菌作用就是抑制了细菌细胞壁合成细菌细胞壁合成中的一步反应中的一步反应。

人没有与青霉素专一结合的酶，所以青霉素对人没有毒性，人没有与青霉素专一结合的酶，所以青霉素对人没有毒性，可以用于临床治疗，但可以用于临床治疗，但青霉素的副反应要引起人们的高度重青霉素的副反应要引起人们的高度重视视对青霉素有抗性的细菌是由于它们中含有对青霉素有抗性的细菌是由于它们中含有 -内酰胺酶（青霉内酰胺酶（青霉素酶），该酶可以催化青霉素的素酶），该酶可以催化青霉素的 -内酰胺环开环，导致青霉内酰胺环开环，导致青霉素失活编码素失活编码 -内酰胺酶的基因一般是位于抗性细菌的质粒内酰胺酶的基因一般是位于抗性细菌的质粒中  仅有少部分酶只有蛋白成分就能表现出活性, 许许多多酶酶表表现现活活性性除除了了需需要要蛋蛋白白部部分分以以外外还还需需要要辅辅助助因因子子，，两两者合起来才称为全酶者合起来才称为全酶辅助因子辅助因子: : •一类是金属离子（例如镁、铁等一些金属离子），一类是金属离子（例如镁、铁等一些金属离子），•一类是称为辅酶或辅基的有机化合物一类是称为辅酶或辅基的有机化合物功能功能: : 有有些些辅辅酶酶或或辅辅基基可可转转移移氢氢或或电电子子，，有有些些辅辅酶酶或或辅辅基基可可以以转移大的、共价连接的化学基团。

转移大的、共价连接的化学基团4.6 4.6 辅酶与维生素概论辅酶与维生素概论 在在动动物物细细胞胞内内，，许许多多辅辅酶酶或或辅辅基基是是由由称称为为B族维生素的前体合成的族维生素的前体合成的 维维生生素素是是包包括括人人在在内内的的动动物物的的营营养养物物质质，，必须由食物供给必须由食物供给 当当人人的的饮饮食食中中缺缺乏乏维维生生素素时时，，将将导导致致营营养缺陷疾病，如坏血病、脚气病或糙皮病养缺陷疾病，如坏血病、脚气病或糙皮病1、维生素的概念与分类、维生素的概念与分类(vitamin 维他命维他命) 维生素是一类参与生物生长发育和代谢所必需的一类微量有机物质每日需要量极少，绝大部分维生素是作为酶的辅酶或辅基成分参与物质代谢过程，机体缺乏维生素时会发生代谢障碍，引起维生素缺乏症，如缺乏VB1会患脚气病维生素分为两类：脂溶性维生素和水溶性维生素维生素分为两类：脂溶性维生素和水溶性维生素 脂溶性维生素与脂肪类似，被淋巴组织吸收，依靠各脂溶性维生素与脂肪类似，被淋巴组织吸收，依靠各种蛋白质载体在血液中进行运输脂溶性维生素可以与其种蛋白质载体在血液中进行运输。

脂溶性维生素可以与其它脂一起贮存在脂肪组织，由于可以贮存，所以其中某些它脂一起贮存在脂肪组织，由于可以贮存，所以其中某些维生素可积累到毒性浓度维生素可积累到毒性浓度 水溶性维生素一般可直接吸收进入血液中，自由地进水溶性维生素一般可直接吸收进入血液中，自由地进行转移多数都不能在组织中大量贮存，反之过量的部分行转移多数都不能在组织中大量贮存，反之过量的部分会通过尿液排出每天必须补充会通过尿液排出每天必须补充. 水溶性维生素直接产生的毒性危险不象脂溶性维生素那样水溶性维生素直接产生的毒性危险不象脂溶性维生素那样大，当然高剂量情况除外大，当然高剂量情况除外 维生素分类维生素分类脂溶性维生素脂溶性维生素水溶性维生素水溶性维生素维生素维生素A维生素维生素D维生素维生素E维生素维生素K B 族维生素族维生素硫胺素（硫胺素（B1））核黄素（核黄素（B2））尼克酸尼克酸叶酸叶酸维生素维生素B12维生素维生素B6生物素生物素泛酸（泛酸（B3））维生素维生素C 2 维生素维生素 C 维生素维生素C又称之为抗坏血酸，普遍存在于蔬菜和水果又称之为抗坏血酸，普遍存在于蔬菜和水果中人、猴和豚鼠由于肝脏中缺少古洛内酯氧化酶，因此中。

人、猴和豚鼠由于肝脏中缺少古洛内酯氧化酶，因此不能在体内合成维生素不能在体内合成维生素C，必须要从食物中获得缺少维，必须要从食物中获得缺少维生素生素C会导致坏血病，表现为毛细管脆弱，皮肤出现小血会导致坏血病，表现为毛细管脆弱，皮肤出现小血斑，牙龈出血，牙齿松动等斑，牙龈出血，牙齿松动等 维生素维生素C（活性形（活性形式）式）维生素维生素C（氧化（氧化型无活性）型无活性）q 在小肠中，维生素在小肠中，维生素C可以保护铁不被氧化，由此促可以保护铁不被氧化，由此促进铁的吸收进铁的吸收q 在血液中，维生素在血液中，维生素C可以保护血液的敏感成分不被可以保护血液的敏感成分不被氧化，同时有助于保护维生素氧化，同时有助于保护维生素Eq 维生素维生素C的抗氧化作用成为人们广泛研究的焦点，的抗氧化作用成为人们广泛研究的焦点，尤其是它与疾病防治的关系然而在试管实验中，尤其是它与疾病防治的关系然而在试管实验中，高高高高浓度的维生素浓度的维生素浓度的维生素浓度的维生素C C却具有相反的作用，完全象一个促氧却具有相反的作用，完全象一个促氧却具有相反的作用，完全象一个促氧却具有相反的作用，完全象一个促氧化剂化剂化剂化剂。

人体内是否也发生这种现象，如果有会对健康人体内是否也发生这种现象，如果有会对健康造成什么影响，对于这些问题，至今尚无定论造成什么影响，对于这些问题，至今尚无定论  A. 维生素维生素A 维生素维生素A是一个是一个15碳的脂类分子，可碳的脂类分子，可由饮食中由饮食中30碳的碳的 -胡胡萝卜素通过酶促氧化萝卜素通过酶促氧化切割得到，或是直接切割得到，或是直接从肝脏、蛋黄或奶制从肝脏、蛋黄或奶制品中获得品中获得 实际上存在着三实际上存在着三种类型的维生素种类型的维生素A：：视黄醇、视黄醛和视视黄醇、视黄醛和视黄酸3.脂溶性维生素脂溶性维生素 视黄醛是视紫红质的辅基，视紫红质是一个膜结合蛋白，视黄醛是视紫红质的辅基，视紫红质是一个膜结合蛋白，它是由多肽视蛋白和视黄醛组成的它是由多肽视蛋白和视黄醛组成的1 1）））） cis（顺式）视黄醛与视蛋白结合，（顺式）视黄醛与视蛋白结合，（（2）当）当cis视黄醛吸收光后，异构化为视黄醛吸收光后，异构化为trans（反式）视黄醛（前（反式）视黄醛（前视紫红质），视紫红质），（（3）引起视紫红质的构象发生变化，变成变视紫红质，构象的）引起视紫红质的构象发生变化，变成变视紫红质，构象的变化启动了对大脑的神经脉冲，引起视觉的级联反应。

变化启动了对大脑的神经脉冲，引起视觉的级联反应4）变视紫红质解离为视蛋白和全反式视黄醛，）变视紫红质解离为视蛋白和全反式视黄醛，（（5）为了完成反应循环，视黄醛异构酶催化）为了完成反应循环，视黄醛异构酶催化cis视黄醛的再生视黄醛的再生 如果维生素如果维生素A供应不足，将导致视紫红质恢复的延缓和暗视供应不足，将导致视紫红质恢复的延缓和暗视觉的障碍，这就是夜盲症的病因所在觉的障碍，这就是夜盲症的病因所在B. 维生素维生素 D 维维生生素素D包包括括维维生生素素D2（（麦麦角角钙钙化化醇醇））和和D3（（胆胆钙钙化化醇醇））缺缺乏乏维维生生素素D：：佝佝偻偻病病（（儿儿童童））和和软软骨骨病病（（成成人人）），，因因为为磷磷酸酸钙钙不不能能在在骨骨骼骼的的胶胶原原基基质质中中形形成成合合适适的的结结晶晶，，所所以以导导致致骨骨质质疏疏松松当当一一个个哺哺乳乳动动物物暴暴露露于于充充足足的的阳阳光光下，维生素下，维生素D3在皮肤内由在皮肤内由7-脱氢胆固醇非酶催化脱氢胆固醇非酶催化(紫外线激活紫外线激活)就可形成就可形成 维生素维生素D的活性形式的活性形式1,25-二羟胆钙化醇是通过两步羟化反应由维生素二羟胆钙化醇是通过两步羟化反应由维生素D3形成的。

形成的C. 维生素维生素 E 维维生生素素E（（ -生生育育酚酚））是是一一组组密密切切关关系系的的生生育育酚酚家家族族中中的的一员，含有一个含氧的双环系统，环上带有一个疏水的侧链一员，含有一个含氧的双环系统，环上带有一个疏水的侧链 维维生生素素E的的主主要要功功能能是是作作为为抗抗氧氧化化剂剂，，可可以以防防止止生生物物膜膜中中的的脂脂肪肪酸酸受受损损伤伤一一般般很很少少会会出出现现生生物物素素E缺缺乏乏，，但但如如果果缺缺乏乏可导致人的红细胞的脆化以及大鼠的不孕症可导致人的红细胞的脆化以及大鼠的不孕症D. 维生素维生素K 维生素维生素K（叶绿醌）是来自植物的一种维生素，是羧化酶的（叶绿醌）是来自植物的一种维生素，是羧化酶的辅助因子辅助因子，，，，该酶催化凝血酶原上特殊的谷氨酸残基转化为该酶催化凝血酶原上特殊的谷氨酸残基转化为 -羧基羧基谷氨酸残基谷氨酸残基     - -羧基谷氨酸成分起着羧基谷氨酸成分起着羧基谷氨酸成分起着羧基谷氨酸成分起着CaCa2+2+螯合剂的作用。

钙与凝螯合剂的作用钙与凝螯合剂的作用钙与凝螯合剂的作用钙与凝固蛋白的固蛋白的固蛋白的固蛋白的   - -羧基谷氨酸残基结合使得这些蛋白粘附在血羧基谷氨酸残基结合使得这些蛋白粘附在血羧基谷氨酸残基结合使得这些蛋白粘附在血羧基谷氨酸残基结合使得这些蛋白粘附在血小板的表面上，在表面上会发生许多血液凝固级联反应小板的表面上，在表面上会发生许多血液凝固级联反应小板的表面上，在表面上会发生许多血液凝固级联反应小板的表面上，在表面上会发生许多血液凝固级联反应 维生素维生素维生素维生素K K有促进凝血功能，故称凝血维生素 生活常识：新鲜蔬菜、水果与人体健康生活常识：新鲜蔬菜、水果与人体健康生活常识：新鲜蔬菜、水果与人体健康生活常识：新鲜蔬菜、水果与人体健康 　　n n我们日常的生活中，离不了蔬菜，水果，但很我们日常的生活中，离不了蔬菜，水果，但很我们日常的生活中，离不了蔬菜，水果，但很我们日常的生活中，离不了蔬菜，水果，但很少有人注意到常见的蔬菜和水果各含有那些营少有人注意到常见的蔬菜和水果各含有那些营少有人注意到常见的蔬菜和水果各含有那些营少有人注意到常见的蔬菜和水果各含有那些营养成分，每种蔬菜和水果所含的营养成分各有养成分，每种蔬菜和水果所含的营养成分各有养成分，每种蔬菜和水果所含的营养成分各有养成分，每种蔬菜和水果所含的营养成分各有所异，必须均衡搭配各种食物，不宜偏爱或偏所异，必须均衡搭配各种食物，不宜偏爱或偏所异，必须均衡搭配各种食物，不宜偏爱或偏所异，必须均衡搭配各种食物，不宜偏爱或偏弃某些种类弃某些种类弃某些种类弃某些种类( (包括动物性的食品包括动物性的食品包括动物性的食品包括动物性的食品) )。

n n蔬菜和水果含有人体非常需要的营养物质，如维生素、蔬菜和水果含有人体非常需要的营养物质，如维生素、蔬菜和水果含有人体非常需要的营养物质，如维生素、蔬菜和水果含有人体非常需要的营养物质，如维生素、纤维素、有机酸、碳水化合物、蛋白质、矿物质、脂纤维素、有机酸、碳水化合物、蛋白质、矿物质、脂纤维素、有机酸、碳水化合物、蛋白质、矿物质、脂纤维素、有机酸、碳水化合物、蛋白质、矿物质、脂类等物质类等物质类等物质类等物质 n n尤其是维生素，蔬菜和水果是主要的供给源其中尤其是维生素，蔬菜和水果是主要的供给源其中尤其是维生素，蔬菜和水果是主要的供给源其中尤其是维生素，蔬菜和水果是主要的供给源其中维生素维生素维生素维生素C C是人体内不能合成的，需要从食物是人体内不能合成的，需要从食物是人体内不能合成的，需要从食物是人体内不能合成的，需要从食物( (特别特别特别特别是蔬菜和水果是蔬菜和水果是蔬菜和水果是蔬菜和水果) )中获得健康人每天需要健康人每天需要健康人每天需要健康人每天需要7070～～～～150mg150mg而蔬菜和水果中维生素而蔬菜和水果中维生素而蔬菜和水果中维生素而蔬菜和水果中维生素C C的含量因种类的含量因种类的含量因种类的含量因种类不同而有很大的差别不同而有很大的差别不同而有很大的差别不同而有很大的差别( (以以以以100g100g鲜重含鲜重含鲜重含鲜重含mgmg数为计算数为计算数为计算数为计算单位单位单位单位) )，如红辣椒，如红辣椒，如红辣椒，如红辣椒250250，芹菜，芹菜，芹菜，芹菜150150，花椰菜，花椰菜，花椰菜，花椰菜7070，芥，芥，芥，芥菜菜菜菜6565，橙，橙，橙，橙5454，菠菜，菠菜，菠菜，菠菜5050，番茄，番茄，番茄，番茄2525，茄子，茄子，茄子，茄子1515，柿，柿，柿，柿1313，香蕉，香蕉，香蕉，香蕉1111，南瓜，南瓜，南瓜，南瓜8 8，苹果，苹果，苹果，苹果7 7，西瓜，西瓜，西瓜，西瓜7 7，李子，李子，李子，李子5 5，葡萄，葡萄，葡萄，葡萄3 3。

n n若人体缺乏维生素若人体缺乏维生素若人体缺乏维生素若人体缺乏维生素C C，会使大脑产生松驰或紧，会使大脑产生松驰或紧，会使大脑产生松驰或紧，会使大脑产生松驰或紧缩，及神经管发生变性维生素缩，及神经管发生变性维生素缩，及神经管发生变性维生素缩，及神经管发生变性维生素C C是一种强抗是一种强抗是一种强抗是一种强抗氧化剂，可防止血液中起氧化反应氧化反应氧化剂，可防止血液中起氧化反应氧化反应氧化剂，可防止血液中起氧化反应氧化反应氧化剂，可防止血液中起氧化反应氧化反应可使脂肪、遗传基因和蛋白受到损伤，而导致可使脂肪、遗传基因和蛋白受到损伤，而导致可使脂肪、遗传基因和蛋白受到损伤，而导致可使脂肪、遗传基因和蛋白受到损伤，而导致心血管病和癌症等许多疾病维生素心血管病和癌症等许多疾病维生素心血管病和癌症等许多疾病维生素心血管病和癌症等许多疾病维生素C C可增加可增加可增加可增加人体的免疫反应，提高机体的防卫抗癌效率人体的免疫反应，提高机体的防卫抗癌效率人体的免疫反应，提高机体的防卫抗癌效率人体的免疫反应，提高机体的防卫抗癌效率n n果蔬中还含有果蔬中还含有果蔬中还含有果蔬中还含有B B族维生素、维生素族维生素、维生素族维生素、维生素族维生素、维生素E E等，都对人等，都对人等，都对人等，都对人体健康起着重要作用。

体健康起着重要作用体健康起着重要作用体健康起着重要作用n n果蔬中含有丰富的纤维素，它们是植物细胞壁的组成成果蔬中含有丰富的纤维素，它们是植物细胞壁的组成成果蔬中含有丰富的纤维素，它们是植物细胞壁的组成成果蔬中含有丰富的纤维素，它们是植物细胞壁的组成成分，不为人体所消化，仅在肠道中通过，因为人体不能分，不为人体所消化，仅在肠道中通过，因为人体不能分，不为人体所消化，仅在肠道中通过，因为人体不能分，不为人体所消化，仅在肠道中通过，因为人体不能分泌出使食物纤维分解的酶但它在消化上起有益的作分泌出使食物纤维分解的酶但它在消化上起有益的作分泌出使食物纤维分解的酶但它在消化上起有益的作分泌出使食物纤维分解的酶但它在消化上起有益的作用，是一种肠壁的机械刺激剂，可增强肠子的蠕动，使用，是一种肠壁的机械刺激剂，可增强肠子的蠕动，使用，是一种肠壁的机械刺激剂，可增强肠子的蠕动，使用，是一种肠壁的机械刺激剂，可增强肠子的蠕动，使食物向前推动，并带走肠道中多余和有毒的物质食物向前推动，并带走肠道中多余和有毒的物质食物向前推动，并带走肠道中多余和有毒的物质食物向前推动，并带走肠道中多余和有毒的物质( (环芳环芳环芳环芳烃、霉菌素素、亚硝胺烃、霉菌素素、亚硝胺烃、霉菌素素、亚硝胺烃、霉菌素素、亚硝胺) )，防止它们过长时间停留在肠，防止它们过长时间停留在肠，防止它们过长时间停留在肠，防止它们过长时间停留在肠中对肠壁产生侵害作用，常被比喻为肠道的中对肠壁产生侵害作用，常被比喻为肠道的中对肠壁产生侵害作用，常被比喻为肠道的中对肠壁产生侵害作用，常被比喻为肠道的“ “清道夫清道夫清道夫清道夫” ”。

纤维素具有较大的吸水力，在肠道形成胶状体，使人体纤维素具有较大的吸水力，在肠道形成胶状体，使人体纤维素具有较大的吸水力，在肠道形成胶状体，使人体纤维素具有较大的吸水力，在肠道形成胶状体，使人体排泄物含水量增加和软化，可减轻便秘，减少肠癌的发排泄物含水量增加和软化，可减轻便秘，减少肠癌的发排泄物含水量增加和软化，可减轻便秘，减少肠癌的发排泄物含水量增加和软化，可减轻便秘，减少肠癌的发病率病率病率病率( (直肠癌的发病率与食物纤维的摄入量有密切的关直肠癌的发病率与食物纤维的摄入量有密切的关直肠癌的发病率与食物纤维的摄入量有密切的关直肠癌的发病率与食物纤维的摄入量有密切的关系系系系) )多食用含有高纤维的果蔬还可起到防治糖尿病及多食用含有高纤维的果蔬还可起到防治糖尿病及多食用含有高纤维的果蔬还可起到防治糖尿病及多食用含有高纤维的果蔬还可起到防治糖尿病及胆结石的作用胆结石的作用胆结石的作用胆结石的作用 　　 生命活动需要能量，代谢是发生在生物体内的化学物质和能量的转化过程生命依靠不断地输入能量维持高度有序的整体光能自养生物依赖于光合作用、异养生物依赖消耗有机质来补充能量ATP是细胞的能量通货，生物体内放能反应与ATP的合成相偶联，吸能反应与ATP的分解相偶联。

酶是具有催化作用的蛋白质，它可以降低活化一个反应所需要的能量，在常温常压下催化生物化学反应酶具有特异性，酶的特异性在于酶的活性中心与底物的特殊匹配关系影响酶活性的主要因素包括温度、pH、抑制剂等最终产物的反馈抑制可防止细胞生成超过其需要的多余产物 代谢是生物体内所有化学反应过程的总称，细胞复杂的结构特别是膜的结构固定了各代谢反应的空间和时间，使它们高度有序并可以被控制和调节伟大的生物学家Pasteur用令人信服的实验证明了酵母菌在葡萄酒发酵中的基本作用本章摘要。