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第一章 绪论 新陈代谢
一.代谢及其特点
代谢：新陈代谢，广义定义：生物体与环境之间的物质和能量交换。狭义定义：细胞内一切化学变化的总称。
代谢的类型：物质代谢
能量代谢
合成代谢：需能，还原
分解代谢：放能，氧化
代谢特点：条件温和
严格调控：时间、地点、数量。
逐步有序：能量逐步释放，便于利用，对比TNT炸药。
有共同规律：所有生物都遵循，酶的本质相同。
二.高能化合物：水解后可释放出大量能量的化合物，△G < -5千卡/mol。
1.高能磷酸化合物：将高能量储存在磷酯键中的化合物，将磷酯键水解（抛出一个磷酸根）就能释放大量的能量，供生理活动之需，其磷酯键用“～”表示，区别于 “－”。这些化合物有：
NTP：A、G、C、T、UTP，其中以ATP最重要，是生物中的“可充电电池”，生化反应中的产能和耗能皆用ATP的个数来衡量。ATP的结构见P133，具有2个高能磷酸键。因此，它的水解供能方式可以是ATP→ADP+○P，释放一个高能键的能量，也可以是ATP→AMP+PPi，释放2个高能键的能量。
NDP：A、G、C、T、UDP，结构见P133，具有1个高能磷酸键。因此，它的水解供能方式只能是ADP→AMP+○P，释放一个高能键的能量。
磷酸烯醇式丙酮酸：PEP，含一个高能键。
2.其它高能化合物：
乙酰～CoA：含一个高能键
还原型的NAD：NADH+H+ 相当于3个高能键，当它氧化成氧化型的NAD时，可以制造3分子ATP（ADP+○P→ATP）
还原型的NADP：NADPH+H+ 相当于3个高能键，当它氧化成氧化型的NAD时，可以制造3分子ATP（ADP+○P→ATP）
FADH2：相当于2个高能键，当它氧化成氧化型的FAD时，可以制造2分子ATP（ADP+○P→ATP）
三.生物氧化：有机物在生物体内完全氧化为CO2和H2O，并放出能量的过程，是需氧细胞中一系列的氧化反应（主要是脱氢），O2参与反应，故称细胞呼吸。产物中的水是脱下来的H与O2结合的产生的，CO2是脱羧的结果，放出的能量用于制造ATP。把脱氢产生ATP称为氧化磷酸化，其场所是线粒体内膜上的呼吸链，见P293，其中脊上面的基粒就是ATP酶复合体（对寡霉素敏感），它把ADP+○P→ATP
四.呼吸链：是位于线粒体内膜上的电子和H传递体系，由一系列酶和辅酶按一定的顺序排列组成，功能是传递电子和H，并制备ATP，是将氧化（脱氢）与磷酸化（制造ATP）偶联起来的场所。它的组成和排列顺序如下：
脱氢酶：α-酮戊二酸异柠檬酸丙酮酸β-羟脂酰CoA 脱氢酶：琥珀酸α-P-甘油
2H 2H → FAD
↓ ↓
NAD → FMN → Fe-S → CoQ → Cytb → Cytc1 → Cytc → Cyta1a3
○1 ○2 ↓○3
ATP ATP ATP O2
* Cyta1a3含有Cu2+
由上可知，呼吸链有全程和支路两条，2H走全程可产生3分子的ATP，走支路只能产生2分子的ATP。
P/O：在呼吸链上传递2H（e+H）时，消耗的O原子与○P的摩尔数之比，反映ATP产生的效率。全程的P/O＝3，支路的P/O＝2。
五.氧化磷酸化的机制：化学渗透学说：e在呼吸链上传递时给H+泵提供了动力，而H+通过离子通道时又给ATP的形成提供了能量。
见草图
2个证据：氧化磷酸化时基质内的PH值高于基质外的，说明基质内的H+少
不进行氧化时，或阻断e传递，人为造成膜两侧PH梯度，则也有ATP生成。
第二章 糖代谢
§1.糖的分解代谢
一. 多糖分解为单糖
1. 淀粉的酶解
<1>胞外降解：淀粉酶类和寡糖酶类配合作用。对外源淀粉（食物）的酶水解，是糖苷酶，水解糖苷键（α-1，4、α-1，6）。
淀粉酶类：
α-淀粉酶：内切α-1，4糖苷键，产物是糊精和寡糖，唾液、胰液含有。
β-淀粉酶：非还原端两两外切α-1，4糖苷键，产物是麦芽糖和分枝寡糖，人不含有。
γ-淀粉酶：非还原端外切α-1，4和α-1，6糖苷键，产物是葡萄糖，人含有。
R酶：异淀粉酶，内切α-1，6糖苷键，产物是直链淀粉，人不含有，仅植物含有。
寡糖酶类：麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等。
<2>胞内降解
动物不存在胞内降解淀粉问题，植物的胞内降解同胞外降解。
2. 糖原的酶解
<1>胞外降解同淀粉，即动物将外源的糖原当成了淀粉。
<2>胞内降解：
糖原磷酸化酶：从非还原端“外切”α-1，4糖苷键，“外切”的方式不是水解而是磷酸化，产物G-1-P，见P310
脱枝酶：同植物中的R酶，内切α-1，6糖苷键。
3. 纤维素的酶解：只能胞外降解，仅存于微生物中。
β-葡萄糖苷酶：纤维二糖酶，专门水解纤维二糖中的β-1，4糖苷键，产物是葡萄糖。见P22
C1：非还原端外切纤维二糖，产物纤维二糖
Cx：内切β-1，4糖苷键。
葡聚糖葡萄糖酶：非还原端外切β-1，4糖苷键，产物葡萄糖。
二. 单糖的无氧氧化：在没有氧气的条件下，葡萄糖降解并释放能量的过程，是葡萄糖的不完全氧化过程，发生在胞浆中。
1. 糖酵解途径（EMP）
<1>物质代谢：见P319，注意其中的不可逆反应，每种物质的结构式自己查，也可见（B）P128，（课间显示）。
<2>能量代谢：消耗ATP：2
产生ATP：2*2
NADH+H+：1*2
净产能6-8个ATP
*** NADH+H+要从胞浆中穿梭到线粒体中才能制造ATP（因为呼吸链在线粒体内膜上），穿梭过程有可能是免费的也有可能是花代价的（1个ATP），故每个胞浆中的NADH+H+最后能产生2～3个ATP
2. 乙醇发酵：工厂生产酒精的过程，要掌握从淀粉到酒精的全部变化过程。狭义的发酵概念：微生物通过无氧氧化将糖类转变成乙醇的过程。广义概念：利用微生物生产一切产品的过程。
<1>物质代谢：EMP后加上丙酮酸脱羧和乙醛还原两步，见P321
<2>能量代谢：净产能2个ATP
3. 乳酸发酵：剧烈运动后（缺氧）肌肉发酸的道理。
<1>物质代谢：EMP后加上丙酮酸还原，见P320
<2>能量代谢：净产能2个ATP
三. 单糖的有氧氧化
1. 总过程：EMP+丙酮酸的氧化脱羧+ TCA
2. 丙酮酸的氧化脱羧：发生在线粒体中，丙酮酸可以自由的穿过线粒体内膜。
<1>物质代谢：见P323
<2>能量代谢：净产生3个ATP
3. 三羧酸循环（TCA）：Krebs循环，诺贝尔奖得主，发生在线粒体中
<1>物质代谢：见P329，英文对照见（B）P132
<2>能量代谢：产生ATP：1
NADH+H+：3
FADH2：1
即1分子乙酰CoA净产生12个ATP，2分子就是24个。
<3>关于环内物质的氧化以及草酰乙酸的补充
TCA总的结果是乙酰CoA被完全氧化成了CO2和H2O，而环上其它的物质的量并没有改变，要使环上的物质也彻底氧化则需要另一途径来帮忙---丙酮酸羧化支路，其过程见P344或草图。把线粒体中的草酰乙酸变成了胞浆中的丙酮酸，下面就好氧化了。
当乙酰CoA太多的时侯，就得及时补充草酰乙酸或者苹果酸以更多的启动TCA，补充的途径一是丙酮酸羧化支路，二是由苹果酸酶一步转化，见P331。
4. 单糖的有氧氧化的生理意义
<1>是生物获取能量的主要途径：1分子葡萄糖经过有氧氧化完全变成了CO2和H2O，共释放出可利用的能量36～38个ATP，能量利用率接近40％。对比一下无氧氧化（乙醇或乳酸发酵）只产生2个ATP。
<2>是物质代谢的总枢纽：许多非糖类物质（脂类、蛋白质）经其它代谢途径后可以转变成为单糖有氧氧化途径中的某些中间产物，因此也就可以被彻底氧化为CO2和H2O。反之，单糖有氧氧化途径中的某些中间产物也可以经其它代谢途径转变成为非糖类物质。
例如：联系糖与蛋白质代谢的枢纽物质：丙酮酸…Ala（P320）、α-酮戊二酸…Glu（P329）、草酰乙酸…Asp（P329）等；联系糖与脂代谢的枢纽物质：3-P-甘油醛…甘油、乙酰CoA…脂肪酸；
四. 磷酸己糖旁路（HMS：Hexose Monophosphate Shunt）或磷酸戊糖途径：单糖的无氧氧化和有氧氧化是细胞内主要的糖分解途径，但不是仅有的，将上述两种途径阻塞后（用酶抑制剂），糖的氧化照样进行。由此发现了单糖的另一种分解代谢方式HMS，地点：胞奖。
1. 物质代谢：见P336，第一第二步为氧化反应（脱氢），产生能量物质，其他各步均为异构和移换反应，没有能量变化。
2. 能量代谢：在P336的图中，3分子的G-6-P产生6分子的NADPH+H+和1分子3-P-甘油醛，同时又返回2分子的G-6-P，也就是1分子的G-6-P产生6分子的NADPH+H+和1分子3-P-甘油醛。那么2分子的G-6-P产生12分子的NADPH+H+和2分子3-P-甘油醛，其中2分子3-P-甘油醛可以通过EMP的逆过程变成G-6-P，这样，1分子的G-6-P净产生12分子的NADPH+H+（它的穿梭总是免费的），合36分子的ATP。1分子的葡萄糖就可以产生35分子的ATP。
3. 生理意义：
<1>是生物获取能量的另一重要途径：尤其在线粒体坏死的细胞中上升为主要供能方式，在肝、骨髓、脂肪组织和腺体中本来就进行旺盛。1分子的葡萄糖就可以产生35分子的ATP，仅次于糖的有氧氧化（36～38）
<2>它是联系己糖与戊糖、糖的分解与光合作用、糖类与核酸代谢的枢纽，这些代谢的中间产物可以进入HMS，同时HMS中的中间产物也可以成为合成其他物质的原料。例如5-P-核糖（糖与核酸）、5-P-核酮糖（HMS与光合作用）、3-P-甘油醛（HMS与EMP）等。
<3>HMS产生的大量NADPH+H+并不主要用于供能，而是主要作为供氢体参与物质的合成代谢，以及作为还原剂起作用，例如保持GSH、血红蛋白、红血球的还原状态。
§2.糖的合成代谢
包括2个方面，一是动物体内的糖异生和糖原合成，二是植物体内的光合作用和淀粉形成。
一. 糖异生：非糖类物质通过EMP的逆过程生成单糖（G）的过程。非糖类物质主要有乳酸、甘油、AA等。最旺盛的场所是肝细胞的胞浆。
糖异生的过程：EMP的逆行，注意3个不可逆反应，对应3个底物循环，可使EMP逆行。
底物循环：由2种不同的酶催化的不可逆反应所实现的底物互变。
1.G与G-6-P：见P343
2.F-6-P与FDP：见P343
3. 丙酮酸羧化支路：见P344
请同学们课后写出EMP逆行的全过程。
P345中显示以乳酸和甘油为原料所进行的糖异生。
下面举几个AA为原料的例子：
转氨或脱氨 丙酮酸羧化之路 EMP逆行
Asp---------→草酰乙酸--------------→PEP---------→G
转氨或脱氨 TCA 丙酮酸羧化之路 EMP逆行
Glu----------→α-酮戊二酸-----→草酰乙酸--------------→PEP--------→G
转氨或脱氨 EMP逆行
Ala--------------→丙酮酸---------→G
二.糖原生成：由G生成糖原的过程
1. G的活化：生成G的供体，要消耗2分子ATP
葡萄糖激酶（肝）
己糖激酶（非肝） PG变位酶 UDPG焦磷酸化酶
过程：G---------------→G-6-P---------→G-1-P------------------→UDPG
具体的结构式和过程见P342
2. 糖链延伸：Gn+ UDPG--→Gn+1+UDP
3. 支链形成：
分枝酶
（α-1，4）---------→（α-1，4）+（α-1，6）
分枝酶具有内切和连接2项功能。这一点动植物有共同性。
三.高等植物的光合作用
1. 定义和反应式
植物吸收光能，将CO2和H2O转化成糖类，并放出O2的过程。
发生的部位是植物绿色组织（叶子、茎和果实的外层）之细胞的叶绿体中的类囊体之中，见讲义P6补页中的草图。最重要的物质是叶绿素，它是镁卟啉化合物，与血红蛋白中的铁卟啉很相似，见P349。叶绿素组成光反应中心和光反应系统，负责吸收和传递光能。
反应式：P347，上面的式子表示产生的是糖类，下面的式子直接将产物定为葡萄糖，实际上光合作用的直接产物是3-P-甘油醛，即三碳糖。
2. 过程
<1>光反应：由叶绿素等光合色素组成的光反应系统吸收光能制造NADPH+H+和ATP的过程，为暗反应准备供氢体和能量物质。这是个打基础的过程，分为水的光解和光合磷酸化2个部分。
光，叶绿素
水的光解：H2O ----------------→ 2H+ + 2e + 1/2O2
由此可知光合作用中植物放出O2是由H2O提供的，而不是由CO2提供的。
光合磷酸化：由水的光解产生的2H+ + 2e 在光合链（跟呼吸链很相似的结构）上传递时产生NADPH+H+和ATP的过程
光合链
NADP+ + 2H+ + 2e -------------→ NADPH+H+
光合链
ADP + ○P --------→ ATP
<2>暗反应
不需要O2参与的CO2固定过程，即利用光反应产生的还原剂（供氢体NADPH+H+）和能量物质ATP将CO2和H2O转化成糖类。这是个很复杂的过程，也是一个环式代谢，叫Calvin循环或C3循环，见P362。
重点掌握以下几点：
CO2的直接受体是RuDP（1,5-二磷酸核酮糖），第一步反应的酶即RuDP羧化酶是Calvin循环的关键酶。
Calvin循环的最初产物都是三碳化合物，故称C3循环。
一次Calvin循环固定3分子的CO2，产物是3-P-甘油醛
Calvin循环中有许多EMP及HMS途径中的物质。在P362有许多例子。
C4循环：在某些植物（甘蔗、玉米、高梁等，叫C4植物）中，环境中和自身氧化产生的CO2被某些组织（叶肉，见（B）P154）捕获，形成C4化合物，然后运送到其它组织（维管束，见（B）P154）中再释放出来，这就是C4循环。最后还是通过Calvin循环来形成糖类，所以C4循环并不是固定CO2的过程，而是运送CO2的过程。这种植物利用CO2的效率比C3植物更高。
四.淀粉的形成
1. 单糖的形成
Calvin循环产物是3-P-甘油醛，它异构成P-二羟丙酮，穿过叶绿体的膜进入胞浆中，沿着EMP途径逆行就可生成葡萄糖或其他形式的单糖，如G-6-P。
2. 淀粉的形成
<1>直链淀粉（α-1,4糖苷键）的形成
第一种形式：
变位酶 磷酸化酶
G-6-P --------→ G-1-P ---------→ Gn+1 + ○P
引物Gn
第二种形式：
UDPG焦磷酸酶 UDPG转葡萄糖基酶
G-1-P ---------------→ UDPG ------------------→ Gn+1 + UDP
UTP Ppi 引物Gn
第三种形式：
ADPG焦磷酸酶 ADPG转葡萄糖基酶
G-1-P ---------------→ ADPG ------------------→ Gn+1 + ADP
ATP Ppi 引物Gn
<2>枝链淀粉（α-1,6糖苷键）的形成：
由分枝酶即Q酶来完成，这一点动植物有共同性，这个酶有内切酶和连接酶双重功能，分枝的过程见P373。