环境生物化学第四章.ppt

4 细胞内生物分子的新陈代谢 4.1 新陈代谢概论 生物在生命活动过程中，一方面不断地从外界环境中吸收营养物质，另一方面又不断地排出废物。这种生物体与外界环境的物质交换作用，就是生物的新陈代谢，或称为物质代谢。 人体和动物从环境中取得氧气、清水和食物，又把二氧化碳、水和其它废物排泄到环境中去。 绿色植物从环境中取得二氧化碳和水，并利用太阳能，通过光合作用，合成机体的糖，并放出氧，又从环境中取得氮、磷、钾等盐类，合成糖、脂类、蛋白质和核酸等。 4.1 新陈代谢概论 4.1.1同化作用和异化作用 生物机体从环境中取得物质，转化为体内的新物质，这个过程叫同化作用。 生物机体内的旧有物质，转化为环境中的物质，这个过程叫异化作用。 4.1.1同化作用和异化作用 生物体通过新陈代谢所产生的生命现象，是建立在合成代谢与分解代谢矛盾对立和统一的基础上的，它们之间是互相联系，互相依存，而且是互相制约的。 合成为分解准备了物质前提，外部物质变为内部物质；同时，分解为合成提供必需的能量，内部物质又能转变为外部物质。 4.1.1同化作用和异化作用 4.1.2中间代谢 新陈代谢过程包括营养物质的吸收、中间代谢以及代谢产物的排泄等阶段。就微生物而言，营养物质的吸收和代谢产物的排泄是物质透过细胞膜的过程，当某营养物质(A)进入微生物细胞，要面临着一系列的化学变化，它将被代谢成终点产物(E)，其间可以形成一种或多种化合物(B—D)，称为中间产物。由A到E的反应序列，A→B→C→D→E， 称为代谢途径，其中每个反应都由专一的酶催化。物质在细胞内发生的这一系列化学变化、能量转变等则称为中间代谢。 4.1.2中间代谢 中间代谢是复杂的物质转化过程。一种营养物质有时可以被代谢成不只一种终点产物，而有分枝的代谢途径，如： 通常将分枝点上的化合物(c)称为各终点产物(E，G，H)的共同前体。所谓前体是指能被代谢成某种终点产物的任何化合物，可以是在细胞内生成的(如中间产物c)，也可以是由外界供给的。 4.1.2中间代谢 中间代谢依其不同方向的代谢变化，可以分为合成代谢与分解代谢。 合成代谢是指一种或数种物质合成较大、较复杂的分子的过程，一般是消耗能量的反应。在合成代谢过程中，也常伴有某些物质的分解反应。 分解代谢是指一种物质变为较小、较简单的分子的过程，一般是释放能量的反应。在分解代谢过程中，也常伴有某些物质的合成反应。 4.1.2中间代谢 将中间代谢分为合成与分解两种过程，绝不是意味着这两种过程在生物体的生命活动过程中是单独分别进行的。合成与分解是一对矛盾，共处于一个统一体中，它们既是对立的，又是统一的。 由于能量和物质的相互依存，从而维持了生物体内物质的动态平衡以及能量供给与消耗的动态平衡，构成了新陈代谢的统一性。 4.1.3自由能和高能化合物 自由能是指一个反应体系中能够做功的那一部分能量。 4.1.3自由能和高能化合物 对于任何化学反应A+B→C+D 其△G和△G0的关系 4.1.3自由能和高能化合物 当△G=0，即体系已处于平衡状态时，由式(4-1)得 4.1.3自由能和高能化合物 4.1.3自由能和高能化合物 4.1.3自由能和高能化合物 4.2糖分解代谢-- 4.2.1糖代谢概述 4.2.2多糖和双糖的分解 4.2.2多糖和双糖的分解 4.2.2多糖和双糖的分解 4.2.2多糖和双糖的分解 4.2.2多糖和双糖的分解 4.2.2多糖和双糖的分解 4.2.2多糖和双糖的分解 4.2.2多糖和双糖的分解 许多双糖可被微生物利用。例如蔗糖、麦芽糖、乳糖等。微生物利用这些双糖时，首先将其水解或磷酸解，然后再进入单糖降解途径。 分解双糖的酶大多为胞外酶，也有在细胞表面或细胞内的。 4.2.2多糖和双糖的分解 蔗糖由葡萄糖和果糖构成。 可被蔗糖酶(又称转化酶）水解为葡萄糖和果糖。 4.2.2多糖和双糖的分解 在某些微生物体内含有蔗糖磷酸化酶，可催化蔗糖磷酸解反应，生成1—磷酸葡糖和果糖。 4.2.2多糖和双糖的分解 麦芽糖由2分子葡萄糖构成，大量存在于发芽的谷粒中，特别是麦芽中。 麦芽糖可由麦芽糖酶催化水解为2分子葡萄糖。 4.2.2多糖和双糖的分解 在某些微生物体内有麦芽糖磷酸化酶可催化麦芽糖磷酸解反应，生成1—磷酸葡萄糖和葡萄糖。 4.2.2多糖和双糖的分解 乳糖是哺乳动物乳汁内主要的糖，由半乳糖和葡萄糖构成； 乳糖可由乳糖酶(又称为β—半乳糖苷酶)催化水解，生成半乳糖和葡萄糖。 4.2.3葡萄糖的分解 在单糖中以葡萄糖为最重要，它是大多数异养微生物都能利用的碳源和能源。其它糖类的分解也同葡萄糖的代谢有密切关系。葡萄糖的分解代谢途径较多，不同的微生物及在不同的条件下，它的分解代谢途径也有不同。本节介绍几种主要的降解途经。 4.2