ch生物能学介绍实用教案

《ch生物能学介绍实用教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ch生物能学介绍实用教案（47页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、Bioenergetics is the quantitative study of the energy transductions that occur in living cells and of the nature and function of the chemical processes underlying these transductions. 简单地说，生物能学是定量研究活细胞(xbo)内的能量传导和能量利用过程。第1页/共46页第一页，共47页。2.1 代谢的能量来源(liyun)和转化2.2 能量偶联在生物化学反应中的意义 2.3 生物体的高能化合物2.4 ATP在能

2、量代谢中的重要作用第2页/共46页第二页，共47页。 代谢的能量来源和转化生物体是一个开放系统(open system)，不断地和环境进行物质与能量的交换以维持正常的生命活动。生物体所需的能量，间接或直接地，都来源于太阳能(solar energy)。自养生物吸收太阳能转化为化学能，贮存于化合物中；异养生物通过分解这些化合物获得化学能。氧化(ynghu)-还原反应的电子传递是细胞能量传递的基础。第3页/共46页第三页，共47页。Sunlight代谢的能量(nngling)来源和转化光合作用(gungh-zuyng)细胞(xbo)呼吸第4页/共46页第四页，共47页。2.2 能量偶联在生物化学反

3、应中的意义连续化学反应的自由能变化是可加的(additive)。细胞内吸能(endergonic)反应可通过与放能(exergonic)的化学或光化学过程偶联来推动。任一代谢(dixi)途径由一系列偶联的化学反应组成，使其在热力学上是有利的（thermodynamically favored）。第5页/共46页第五页，共47页。Energy coupling in mechanical processes第6页/共46页第六页，共47页。Energy coupling in chemical processes第7页/共46页第七页，共47页。自由能变化、标准自由能变化和化学平衡的关系自由能变

4、化(G)标准自由能变化(G0)生物化学反应标准自由能变化(G0)恒温和恒压下，对于一个化学反应: G = G0 + RT ln产物(chnw) /底物 G0 = - RT lnKeq第8页/共46页第八页，共47页。2.3 生物体的高能化合物高能化合物：水解可释放出大于25千焦/摩尔(m r)的自由能的化合物。高能磷酸化合物：通过磷酸酐键水解释放出大于25千焦/摩尔(m r)的自由能的有机磷酸化合物。第9页/共46页第九页，共47页。根据高能键型特点，生物体的高能化合物归纳(gun)为四类： 1. 磷氧键型 2. 氮磷键型 3. 硫酯键型 4. 甲硫键型第10页/共46页第十页，共47页。第1

5、1页/共46页第十一页，共47页。第12页/共46页第十二页，共47页。2.4 ATP在能量代谢中的重要作用2.4.1 ATP的结构和能量2.4.2 ATP提供能量的化学(huxu)机制2.4.3 ATP的生成2.4.4 ATP系统的动态平衡第13页/共46页第十三页，共47页。2.4.1 ATP的结构和能量(nngling) ATP最早是在1941年Fritz Lipmann和Herman Kalckar研究糖酵解途径时发现的。 ATP在细胞内的活性形式通常是与Mg2+ 或Mn2+形成复合物。 （复合物形式是NTP-依赖型激酶NTP-dependent kinase的真正底物。）第14页/共

6、46页第十四页，共47页。ATP的两个磷酸酐键 (phosphoanhydride bonds ) 水解可形成更稳定(wndng)的产物,并产生大量的自由能 ( Go is -30.5 kJ/mol; G in cells is -50 to -65 kJ/mol)。由于ATP水解反应的活化能(G)比较高， ATP水解反应需要酶的催化。在pH7的条件下，ATP分子是稳定(wndng)的。这一特性有利于细胞内能量的调节。第15页/共46页第十五页，共47页。第16页/共46页第十六页，共47页。第17页/共46页第十七页，共47页。The large free-energy change ass

7、ociated with ATP hydrolysis.第18页/共46页第十八页，共47页。ATP-Mg2+ complexes and ADP-Mg2+ complexes.第19页/共46页第十九页，共47页。2.4.2 ATP提供(tgng)能量的机制 ATP具有中等的磷酰基团转移势能，也就是说，ATP是磷酰基团的供体（或载体），ADP是磷酰基团的受体。ATP通过基团转移活化底物的形式提供(tgng)能量，而不是简单的水解作用。(也有一些生化过程由ATP或GTP直接水解提供(tgng)能量，如肌肉收缩。) 在ATP参与的反应中，ATP通过基团转移可提供(tgng)磷酰基团、焦磷酰基团和

8、腺苷酰基团。第20页/共46页第二十页，共47页。第21页/共46页第二十一页，共47页。Phosphocreatine + H2O Creatine + Pi Go -43.0 kJ/molATP + H2O ADP + Pi Go -30.5 kJ/mol偶联的结果(ji gu)：Phosphocreatine + ADP Creatine + ATP第22页/共46页第二十二页，共47页。ATP has an intermediate phosphoryl group transfer potential.第23页/共46页第二十三页，共47页。ATP provides energy u

9、sually through group transfer, thus activating the substrate.第24页/共46页第二十四页，共47页。Three types of group transfer to a reactant of ATP第25页/共46页第二十五页，共47页。2.4.2 ATP提供能量的机制(jzh)(续)腺苷酸化是一些生物化学反应增强能量偶联的策略(如脂肪酸氧化中脂酰CoA的生成)。 ATP分解为AMP和PPi，是萤火虫发光的供能方式。 In the lab, as little as a few picomoles (10-12 mol) of A

10、TP can be measured using firefly luciferin and luciferase, using spectroscopic methods. Luciferase gene is a reporter gene in gene engineering. 第26页/共46页第二十六页，共47页。Adenylylation reaction in activation of a fatty acid.第27页/共46页第二十七页，共47页。萤火虫发光(f un)机制虫荧光(ynggung)酰腺苷酸荧光素酶荧光(ynggung)素第28页/共46页第二十八页，共47

11、页。Luciferase detection products(Promega company) 第29页/共46页第二十九页，共47页。2.4.3 ATP的生成 ATP生成途径(tjng):氧化磷酸化/ 光合磷酸化（主要）底物水平磷酸化腺苷酸激酶(adenylate kinase)催化途径(tjng)4.磷酸肌酸(PCr)转换第30页/共46页第三十页，共47页。 氧化磷酸化/ 光合磷酸化（主要） 跨膜质子梯度所储存的能量使ADP在ATP合酶的催化下磷酸化生成ATP。（化学渗透(shntu)学说）第31页/共46页第三十一页，共47页。 底物(d w)水平磷酸化 通过底物(d w)（高能磷酸

12、化合物）的磷酰基团转移生成ATP。 eg. oxidation of glyceraldehyde-3-phoshphate ( GAP ) step6,step7 in glycolysis第32页/共46页第三十二页，共47页。第33页/共46页第三十三页，共47页。Substrate-level phosphorylation第34页/共46页第三十四页，共47页。 腺苷酸激酶(adenylate kinase)催化(cu hu)的ADP挽救途径： ADP + ADP ATP + AMP第35页/共46页第三十五页，共47页。磷酸肌酸转换迅速(xn s)生成ATP的途径Phosphocr

13、eatine + ADP Creatine + ATP肌酸激酶第36页/共46页第三十六页，共47页。2.4.3 ATP的生成(续)磷酸(ln sun)肌酸转换途径是迅速产生ATP的方式。它揭示，磷酸(ln sun)肌酸是能量的贮存者，ATP是能量的载体。磷酸(ln sun)肌酸、磷酸(ln sun)精氨酸、聚偏磷酸(ln sun)统称为磷酸(ln sun)原(phosphagens)。某些无脊椎动物以磷酸(ln sun)精氨酸为储能物质，一些微生物以聚偏磷酸(ln sun)为储能物质。第37页/共46页第三十七页，共47页。2.4.4 ATP系统的动态平衡ATP的动态平衡细胞一方面调节ATP

14、的生成以满足(mnz)能量需求，另一方面又调节ATP的利用，从而使ATP维持在相对稳定的平衡状态。ATP的生成和利用是通过细胞的能量状态来调节的。能荷(energy charge)和磷酸化势能(phosphorylation potential)是描述细胞能量状态的两个指标。第38页/共46页第三十八页，共47页。 ATP+1/2ADP能荷(energy charge)= ATP+ADP+AMP 理论上，能荷数值(shz)为0(全部为AMP)1(全部为ATP)。实际上大多数细胞的能荷在之间。 ATP磷酸化势能= ADPPi第39页/共46页第三十九页，共47页。The energy charg

15、e, like the pH of a cell, is buffered！第40页/共46页第四十页，共47页。小 结生物体所需的能量，间接或直接地，都来源于太阳能。自养生物吸收(xshu)太阳能转化为化学能，贮存于化合物中；异养生物通过分解这些化合物获得化学能。细胞内吸能反应可通过与放能的化学或光化学过程偶联来推动。第41页/共46页第四十一页，共47页。小 结ATP是生物体内重要的高能化合物 。ATP/ADP Cycle是ATP提供能量的方式。 ATP通过基团转移活化底物的形式提供能量，而不是简单的水解作用。ATP是能量的载体(zit)，磷酸肌酸是能量的贮存者。细胞中ATP处于动态平衡。

16、 它的生成和利用是通过细胞的能量状态来调节的。第42页/共46页第四十二页，共47页。复习:1. 生物圈中能量的来源和转化。2. 什么是高能化合物？有哪几类高能化合物？掌握一些(yxi)主要的高能化合物。3. ATP提供能量的机理。4. ATP和磷酸肌酸在生物体内能量代谢中各起什么作用？第43页/共46页第四十三页，共47页。 思考题: 结合(jih)下图说说人在运动时的能量代谢情况。From Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer. BIOCHEMISTRY (fifth edition), 2002 W. H. Freeman and

17、 Company第44页/共46页第四十四页，共47页。第45页/共46页第四十五页，共47页。感谢您的观看(gunkn)！第46页/共46页第四十六页，共47页。NoImage内容(nirng)总结Bioenergetics is the quantitative study of the energy transductions that occur in living cells and of the nature and function of the chemical processes underlying these transductions.。ATP+1/2ADP第四十七页，共47页。