即电子的得失反应，在代谢中非常多， 如NAD+形成NADH，FAD形成FADH2。
电子受体
电子供体
代谢中常见的有机反应机制
• 消除、异构化和重排反应
1. 消除反应如C=C的形成；
2. 异构化反应如醛糖与酮糖的异构反应；
3. 分子重排反应如L-甲基丙二酰单酰辅
酶A经甲基丙二酰单酰辅酶A变位酶作
用变成琥珀酰辅酶A。
2.高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 高能化合物：水解后可释放出大量能量 的化合物，△G < -5 Kcal/mol。 • 1、高能磷酸化合物：将高能量储存在磷 酯键中的化合物，其磷酯键用“～”表 示，区别于 “－”。 • 2、其它高能化合物： 乙酰CoA、NADH、NADPH、FADH2
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 合成代谢 anabolism or biosynthesis
是生物体利用小分子或大分子的结构元件建 造成自身大分子的过程，属于 耗能代谢
同一种物质其分解代谢与合成代谢的途径一 般是不相同的，这使得生物机体增加了体内化学反应的数
量并使代谢调控具有更大的灵活性与应变性。
分解代谢与合成代谢
• 生物机体的分解 代谢与合成代谢是 同时发生的，但在 细胞的不同部位进 行。这称为区室化----compartmentation
CH3COSCoA是一高能化合物
新陈代谢的调节
• 分子水平调节 包括反应物和产物的调节，主要是浓度和酶的 调节，酶的调节主要是酶浓度和酶活性调节 （变构调节、共价修饰调节）。 • 细胞水平调节 细胞的分隔作用( Compartmentation)。 • 整体水平调节 多细胞生物的调节。主要有激素调节、神经调 节。 • 除此之外还有基因表达调控
• 新陈代谢
营养物质在生物体内所经历的一切化学变化总 称为新陈代谢
• 代谢中间产物
代谢过程中连续转变的酶促产物
• 中间代谢
新陈代谢途径中的个别环节、个别步骤
• 主要代谢途径
代谢网络中一些具有共同规律的途径
1. 分解代谢与合成代谢
• 分解代谢 catabolism
有机营养物通过一系列反应步骤转变成小 的，简单的物质的过程，总体来看，分解 代谢的终产物是CO2、NH3、和水，同时伴 随着大量化学能被释放出来，所以分解代 谢又叫产能代谢。
代谢中常见的有机反应机制
• • • • 基团转移反应 氧化-还原反应 消除、异构化和重排反应 碳-碳键的形成或断裂反应
代谢中常见的有机反应机制 代谢中常见的有机反应机制
• 基团转移反应
亲电子基团从一个亲核体转移到另一处亲 核体上，如酰基、磷酸基、葡糖基的转移 等。
代谢中常见的有机反应机制
• 氧化-还原反应
代谢中常见的有机反应机制
• 消除、异构化和重排反应
1. 消除反应如C=C的形成；
经过碳正离子的机制的醇消除反应
代谢中常见的有机反应机制
• 消除、异构化和重排反应
2.异构化反应如醛糖与酮糖的异构反应；
代谢中常见的有机反应机制
• 消除、异构化和重排反应
3. 分子重排反应如L-甲基丙二酰单酰辅酶A
经甲基丙二酰单酰辅酶A变位酶作用变成 琥珀酰辅酶A。
• FMN（黄素腺嘌呤单
FAD
核苷酸）和FAD（黄素腺
嘌呤二核苷酸）在呼吸链
中起传递H和电子的作用。
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
FAD + -CH2-CH2-
FADH2 + -CH=CH-
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 辅酶A（coenzyme A） 它由腺嘌呤、D-核糖、 磷酸、焦磷酸、泛酸和 巯基乙胺组成。巯基是 CoA的活性基团。它在 酶促反应中主要起接受 乙酰基的作用，生成乙 酰辅酶A（CH3COSCoA）
代谢中常见的有机反应机制
• 碳-碳键的形成或断裂反应
这类反应主要有羟醛缩合反应（糖代 谢中）、克莱森酯缩合反应（合成柠 檬酸反应）、-酮酸的氧化脱羧（异 柠檬酸脱氢酶催化的脱羧）反应
新陈代谢的特点
• 1、代谢反应是在温和条件下进行，绝大多数都有酶 催化； • 2、代谢过程中的化学反应往往不是一步完成，而是 通过一系列中间过程，反应数目虽多，却严格有序。 • 3、生物体内的化学反应表现出灵敏的自我调节，各 个反应之间都是相互协调，相互联系，有条不紊地进 行； • 4、生物的代谢体系是在长期进化中逐步形成，逐步 完善的。高等动植物和微生物虽然差别很大，但有些 基本的代谢过程却十分相似，这对于我们掌握代谢规 律十分有利。
• 在分解代谢中 起捕获和贮藏 能量的是ATP （腺嘌呤核苷 三磷酸或腺苷 三磷酸）
• ATP中有二个 高能磷酸键
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 能够直接供能的核苷酸类分子除ATP外还
有GTP（鸟苷三磷酸）UTP（尿苷三磷酸） 和CTP（胞苷三磷酸）
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
•储备高能磷酸的分子称之磷酸原(phosphagens)， 例如在动物肌肉细胞中发现的磷酸肌酸和磷酸精 氨酸，在脊椎动物的肌肉中，大量的磷酸肌酸是 在ATP供应充足时生成的。在静止的肌肉中，磷 酸肌酸的浓度大约是ATP的5倍。当需要ATP时， 肌酸激酶催化激活的磷酰基团从磷酸肌酸转移给 ADP，快速地补充ATP。 •在许多无脊椎动物（例如软体动物和节肢动物） 中，磷酸精氨酸是激活的磷酰基团的来源。
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
• 辅酶I（NAD）和辅酶II （NADP）以氢原子和电 子的形式将自由能转移给生 物合成需能反应。 • 在标准条件下，NADH氧化 所释放出的能量是 -220 KJ/mol，足可以驱 动几个ATP分子的形成。
腺嘌呤核苷 尼克酰胺
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
高能化合物在新陈代谢中的重要作用
第7章 代谢总论
A metabolic map,
By D.E. Nicholson, University of Leeds, U.K.
新陈代谢图示
主要内容
• • • • • 分解代谢与合成代谢 高能化合物在新陈代谢中的重要作用 新陈代谢的调节 代谢中常见的有机反应机制 新陈代谢的特点
几个概念
Hale Waihona Puke 分解代谢与合成代谢• 区室化通过几种方式影响代谢反应。 • 1. 在真核生物中，区室化将整个代谢途径完全 分隔在特定的亚细胞区域。将降解和合成途径 分开有许多优越性，最主要的是可以避免两个 方向相反的反应彼此会部分或完全抵消。 • 2. 区室化通过区室的通透特性也可以调节酶促 反应，通过区室膜有选择的通透（或转运）可 以调控底物进入区室和从区室输出产物，因为 区室内底物和产物的相对浓度转而影响酶促反 应。 • 3. 另外区室化与影响代谢物跨细胞膜或亚细胞 膜转运的激素的作用紧密相连。在哺乳动物中， 不同的区室之间都是通过复杂的方式联系在一 起的。