第十九章 代謝總論

1、第十九章第十九章 代謝總論代謝總論1、定義、定義一、前言一、前言2、新陳代謝的、新陳代謝的功能功能二、分解代謝與合成代謝二、分解代謝與合成代謝三、能量代謝在新陳代謝中的重要地位三、能量代謝在新陳代謝中的重要地位 以物質(zhì)代謝為基礎(chǔ)，與物質(zhì)代謝過程相伴隨發(fā)生以物質(zhì)代謝為基礎(chǔ)，與物質(zhì)代謝過程相伴隨發(fā)生的，是蘊(yùn)藏在化學(xué)物質(zhì)中的能量轉(zhuǎn)化，統(tǒng)稱為的，是蘊(yùn)藏在化學(xué)物質(zhì)中的能量轉(zhuǎn)化，統(tǒng)稱為能能量代謝量代謝。 在分解代謝中，起捕獲和貯存能量作用的分子是在分解代謝中，起捕獲和貯存能量作用的分子是腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤核苷三磷酸，簡(jiǎn)稱腺苷三磷酸，簡(jiǎn)稱腺苷三磷酸( (即即ATP)ATP)。ATPATP是由是由ADPA

2、DP和無機(jī)磷酸合成的。和無機(jī)磷酸合成的。ATPATP、ADPADP和無機(jī)和無機(jī)磷酸廣泛存在于生物體的各個(gè)細(xì)胞內(nèi)，起著傳遞磷酸廣泛存在于生物體的各個(gè)細(xì)胞內(nèi)，起著傳遞能量的作用，因此又稱為能量的作用，因此又稱為能量傳遞系統(tǒng)能量傳遞系統(tǒng)。1、能量代謝及能量傳遞系統(tǒng)能量代謝及能量傳遞系統(tǒng)2、ATP的生物學(xué)功能 以以ATPATP形式貯存的自由能，概括起來可用于提供以下四方形式貯存的自由能，概括起來可用于提供以下四方面對(duì)能量的需要：面對(duì)能量的需要： 提供生物合成做化學(xué)功時(shí)所需的能量。在生物合成過程提供生物合成做化學(xué)功時(shí)所需的能量。在生物合成過程中，中，ATPATP將其所攜帶的能量提供給大分子的結(jié)構(gòu)元件，使

3、將其所攜帶的能量提供給大分子的結(jié)構(gòu)元件，使這些元件活化，處于較高的能態(tài)，這就為進(jìn)一步裝配成生這些元件活化，處于較高的能態(tài)，這就為進(jìn)一步裝配成生物大分子蛋白質(zhì)等作好了準(zhǔn)備。物大分子蛋白質(zhì)等作好了準(zhǔn)備。 是生物機(jī)體活動(dòng)以及肌肉收縮的能量來源。是生物機(jī)體活動(dòng)以及肌肉收縮的能量來源。 供給營(yíng)養(yǎng)物逆濃度梯度跨膜運(yùn)輸?shù)綑C(jī)體細(xì)胞內(nèi)所需的自供給營(yíng)養(yǎng)物逆濃度梯度跨膜運(yùn)輸?shù)綑C(jī)體細(xì)胞內(nèi)所需的自由能。由能。 在在DNADNA、RNARNA和蛋白質(zhì)等生物合成中，保證基因信息的正和蛋白質(zhì)等生物合成中，保證基因信息的正確傳遞，確傳遞，ATPATP也以特殊方式起著遞能作用。也以特殊方式起著遞能作用。四、輔酶四、輔酶I I和輔

4、酶和輔酶的遞能作用的遞能作用 由營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解代謝釋放出的化學(xué)能，除了通過合成由營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解代謝釋放出的化學(xué)能，除了通過合成ATPATP的途徑捕獲外。的途徑捕獲外。 還有另一途徑，就是以氫原子和電子的形式將自由能轉(zhuǎn)移還有另一途徑，就是以氫原子和電子的形式將自由能轉(zhuǎn)移給生物合成的需能反應(yīng)，物質(zhì)氧化產(chǎn)生的高能位電子和脫下給生物合成的需能反應(yīng)，物質(zhì)氧化產(chǎn)生的高能位電子和脫下的氫原子通過的氫原子通過輔酶輔酶I I（NADNAD+ +) )或輔酶或輔酶(NADP(NADP+ +) )傳遞給生物合成傳遞給生物合成中需要還原力的反應(yīng)中需要還原力的反應(yīng), ,其還原形式為其還原形式為NADHNADH和和NAD

5、PHNADPH 。1、輔酶輔酶I I和輔酶和輔酶的遞能功能的遞能功能五、FMN和FAD的遞能作用 FMN(flavinFMN(flavin mononucleotide mononucleotide）即黃素腺嘌呤）即黃素腺嘌呤單核苷酸，單核苷酸，F(xiàn)AD(flavin adenine dinucleotideFAD(flavin adenine dinucleotide) )即黃素腺嘌呤二核苷酸，它們與即黃素腺嘌呤二核苷酸，它們與NADNAD和和NADPNADP一樣是一樣是傳遞電子和氫原子的載體，只不過其在反應(yīng)中可傳遞電子和氫原子的載體，只不過其在反應(yīng)中可同時(shí)接受同時(shí)接受2 2個(gè)電子和個(gè)電子和2

6、 2個(gè)氫原子，它們?cè)谘趸€原個(gè)氫原子，它們?cè)谘趸€原反應(yīng)中，特別是氧化呼吸鏈中起著傳遞電子和氫反應(yīng)中，特別是氧化呼吸鏈中起著傳遞電子和氫原子的作用。原子的作用。1 1、 FMNFMN和和FADFAD的遞能作用的遞能作用六、輔酶六、輔酶A A在能量代謝中的作用在能量代謝中的作用1 1、輔酶、輔酶A A（coenzyme Acoenzyme A，CoACoA）的結(jié)構(gòu)）的結(jié)構(gòu) 其中巰基是其中巰基是CoACoA的活潑基團(tuán)，為了顯示的活潑基團(tuán)，為了顯示SHSH的重要性，的重要性， CoACoA常以常以CoACoASHSH表示，它在酶促轉(zhuǎn)乙酰的反應(yīng)中，起著接受或提表示，它在酶促轉(zhuǎn)乙酰的反應(yīng)中，起著接受或提

7、供供乙酰基乙?；淖饔?。的作用。2 2、高能化合物乙酰、高能化合物乙酰CoACoA 乙?；c乙?；cCoACoA通過硫酯鍵形成乙酰通過硫酯鍵形成乙酰CoACoA，其可用，其可用CHCH3 3CoCoSCoASCoA表示，其中的硫酯鍵與表示，其中的硫酯鍵與ATPATP中的高能磷酸鍵相似，中的高能磷酸鍵相似，都在水解時(shí)釋放大量的自由能，其釋放的自由能分別為都在水解時(shí)釋放大量的自由能，其釋放的自由能分別為31.38KJ/mol31.38KJ/mol和和30.54KJ/mol30.54KJ/mol。因此，乙酰。因此，乙酰CoACoA具有高的具有高的乙?；D(zhuǎn)移勢(shì)能，其所帶的乙?；皇且话愕囊阴；?，乙酰

8、基轉(zhuǎn)移勢(shì)能，其所帶的乙?；?，不是一般的乙?；?，而是活潑的乙?；鶊F(tuán)，正象而是活潑的乙酰基團(tuán)，正象ATPATP所攜帶的活潑磷酸基團(tuán)一所攜帶的活潑磷酸基團(tuán)一樣。在新陳代謝中，許多物質(zhì)的終產(chǎn)物為樣。在新陳代謝中，許多物質(zhì)的終產(chǎn)物為乙酰乙酰CoACoA，如，如葡萄糖、脂肪酸的終產(chǎn)物為乙酰葡萄糖、脂肪酸的終產(chǎn)物為乙酰CoACoA。 一般認(rèn)為，一般認(rèn)為，代謝調(diào)節(jié)分為代謝調(diào)節(jié)分為三個(gè)不同的水平三個(gè)不同的水平：分子水平、細(xì)胞：分子水平、細(xì)胞水平和整體水平。水平和整體水平。 分子水平的調(diào)節(jié)包括反應(yīng)物和產(chǎn)物的調(diào)節(jié)。酶的調(diào)節(jié)是最基本分子水平的調(diào)節(jié)包括反應(yīng)物和產(chǎn)物的調(diào)節(jié)。酶的調(diào)節(jié)是最基本的代謝調(diào)節(jié)，包括酶的數(shù)量調(diào)節(jié)和酶

9、的活性調(diào)節(jié)等。酶的數(shù)量的代謝調(diào)節(jié)，包括酶的數(shù)量調(diào)節(jié)和酶的活性調(diào)節(jié)等。酶的數(shù)量受到合成速率和降解速率的共同調(diào)節(jié)，酶的活性調(diào)節(jié)，比較普受到合成速率和降解速率的共同調(diào)節(jié)，酶的活性調(diào)節(jié)，比較普遍的機(jī)制是可逆的遍的機(jī)制是可逆的變構(gòu)調(diào)節(jié)和共價(jià)修飾變構(gòu)調(diào)節(jié)和共價(jià)修飾兩種形式。兩種形式。 細(xì)胞的特殊結(jié)構(gòu)與酶結(jié)合在一起，使酶的作用具有嚴(yán)格的定位細(xì)胞的特殊結(jié)構(gòu)與酶結(jié)合在一起，使酶的作用具有嚴(yán)格的定位條理性，從而使代謝途徑得到分割控制。條理性，從而使代謝途徑得到分割控制。 整體水平的調(diào)節(jié)，包括整體水平的調(diào)節(jié)，包括激素的調(diào)節(jié)和神經(jīng)的調(diào)節(jié)。激素的調(diào)節(jié)和神經(jīng)的調(diào)節(jié)。 此外，還有來自此外，還有來自基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)

10、控作用。作用。七、新陳代謝的調(diào)節(jié)七、新陳代謝的調(diào)節(jié)八、代謝中常見的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制八、代謝中常見的有機(jī)反應(yīng)機(jī)制 代謝過程幾乎都是酶促有機(jī)反應(yīng)。代謝過程幾乎都是酶促有機(jī)反應(yīng)。包括包括酸酸堿催化、共價(jià)催化、金屬離子催化和靜堿催化、共價(jià)催化、金屬離子催化和靜電催化（電催化（electro static catalysis)electro static catalysis) 生物化學(xué)中的反應(yīng)大體可歸納為生物化學(xué)中的反應(yīng)大體可歸納為四類四類：基：基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)、消除、團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)、消除、異構(gòu)化及重排反應(yīng)和碳碳鍵的形成與斷異構(gòu)化及重排反應(yīng)和碳碳鍵的形成與斷裂反應(yīng)（裂反應(yīng)（p

11、5p51212自學(xué)自學(xué)）。）。一）主要反應(yīng)機(jī)制一）主要反應(yīng)機(jī)制二）生物化學(xué)中親核基團(tuán)與親電體的相互作用二）生物化學(xué)中親核基團(tuán)與親電體的相互作用1 1）正碳離子和負(fù)碳離子的形成）正碳離子和負(fù)碳離子的形成 由于由于C C原子的電負(fù)性較原子的電負(fù)性較H H高，故高，故C-HC-H鍵斷裂時(shí)一般形成負(fù)碳離子，鍵斷裂時(shí)一般形成負(fù)碳離子，只有當(dāng)氫化離子的受體如只有當(dāng)氫化離子的受體如NADNAD+ +等存在時(shí)，才形成正碳離子。等存在時(shí)，才形成正碳離子。2 2）生物化學(xué)中常見的親核基團(tuán)）生物化學(xué)中常見的親核基團(tuán) 進(jìn)行異裂斷鍵的化合物可分為進(jìn)行異裂斷鍵的化合物可分為2 2類：即缺電子者和富電子類：即缺電子者和富電

12、子者。富電子者又稱為親核基團(tuán)，其持有負(fù)電荷，即未共用的者。富電子者又稱為親核基團(tuán)，其持有負(fù)電荷，即未共用的電子對(duì)，與缺電子中心很易形成共價(jià)鍵，在生物化學(xué)中常見電子對(duì)，與缺電子中心很易形成共價(jià)鍵，在生物化學(xué)中常見的親核基團(tuán)有：氨基、羥基、咪唑基及巰基等。的親核基團(tuán)有：氨基、羥基、咪唑基及巰基等。3 3）親電體）親電體 缺電子化合物稱為親電體，它有一個(gè)未飽和的電缺電子化合物稱為親電體，它有一個(gè)未飽和的電子殼，即含有子殼，即含有1 1個(gè)電負(fù)性的原子而呈正電性，在生物個(gè)電負(fù)性的原子而呈正電性，在生物化學(xué)中常見的親電體有化學(xué)中常見的親電體有H H+ +、羰基的碳原子（它含有、羰基的碳原子（它含有一個(gè)電負(fù)

13、性的氧原子）、陽離子亞胺和金屬離子。一個(gè)電負(fù)性的氧原子）、陽離子亞胺和金屬離子。4）親核基團(tuán)易攻擊親電體形成新的化合物親核基團(tuán)易攻擊親電體形成新的化合物九、新陳代謝的研究方法（自學(xué)） （一）使用酶的抑制劑（一）使用酶的抑制劑（二）利用遺傳欠缺癥研究代謝途徑（二）利用遺傳欠缺癥研究代謝途徑（三）氣體測(cè)量法（三）氣體測(cè)量法（四）同位素示蹤法（四）同位素示蹤法（五）核磁共振波譜法（五）核磁共振波譜法(NMR(NMR) 生物能學(xué)是深入理解生物化學(xué)特別是生物能學(xué)是深入理解生物化學(xué)特別是生物新陳代謝規(guī)律不可缺少的基本知識(shí)，生物新陳代謝規(guī)律不可缺少的基本知識(shí)，它是生物化學(xué)中涉及生活細(xì)胞轉(zhuǎn)移和能它是生物化學(xué)中

14、涉及生活細(xì)胞轉(zhuǎn)移和能量利用的基本問題。量利用的基本問題。第第2020章章 生物能學(xué)生物能學(xué) 一、有關(guān)熱力學(xué)的一些基本概念、有關(guān)熱力學(xué)的一些基本概念1 1、內(nèi)能：是體系內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)能量的總和，通常用符號(hào)、內(nèi)能：是體系內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)能量的總和，通常用符號(hào)U U或或E E表表示。示。2 2、焓：又稱熱焓，用符號(hào)、焓：又稱熱焓，用符號(hào)H H表示，焓是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，它是表示，焓是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，它是指一個(gè)體系的內(nèi)能與其全部分子的壓力和體積變化的總和。指一個(gè)體系的內(nèi)能與其全部分子的壓力和體積變化的總和。焓變與內(nèi)能變化之間的關(guān)系可用下式表示：焓變與內(nèi)能變化之間的關(guān)系可用下式表示： H= H= U U PVPV（壓力和體

15、積的變化）（壓力和體積的變化）3 3、熵：用符號(hào)、熵：用符號(hào)S S表示，指一個(gè)體系質(zhì)點(diǎn)散亂無序的程度。當(dāng)表示，指一個(gè)體系質(zhì)點(diǎn)散亂無序的程度。當(dāng)一個(gè)體系的質(zhì)點(diǎn)變得更為混亂時(shí)，其熵值增加。一個(gè)體系的質(zhì)點(diǎn)變得更為混亂時(shí)，其熵值增加。4 4、自由能：凡是能夠用于做功的能量即稱之為自由能。、自由能：凡是能夠用于做功的能量即稱之為自由能。二、化學(xué)反應(yīng)中自由能的變化和意義二、化學(xué)反應(yīng)中自由能的變化和意義（一）化學(xué)反應(yīng)的自由能變化公式 對(duì)于：A+B C+D 的反應(yīng)，其自由能變化可用下式表示：G= G= H - TH - TS S（二）標(biāo)準(zhǔn)自由能變化和化學(xué)平衡的關(guān)系G=G0+RTlnCcDdAaBb1、標(biāo)準(zhǔn)自由

16、能：是指在標(biāo)準(zhǔn)條件（反應(yīng)溫度、標(biāo)準(zhǔn)自由能：是指在標(biāo)準(zhǔn)條件（反應(yīng)溫度25度，度，1個(gè)大氣壓，反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度均為個(gè)大氣壓，反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度均為1M）下的自由）下的自由能變化，此時(shí)能變化，此時(shí):當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)G G0 0，則：，則：G G0 0= -RTlnK= -RTlnKeqeq（ 三）標(biāo)準(zhǔn)生成自由能及其應(yīng)用三）標(biāo)準(zhǔn)生成自由能及其應(yīng)用 1 1、定義：標(biāo)準(zhǔn)生成自由能、定義：標(biāo)準(zhǔn)生成自由能G G0 0 f f指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol1mol純化物的純化物的G G0 0。一些化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能一些化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能 2

17、 2、應(yīng)用：利用標(biāo)準(zhǔn)生成自由能可以測(cè)知一、應(yīng)用：利用標(biāo)準(zhǔn)生成自由能可以測(cè)知一個(gè)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能的變化，即反應(yīng)產(chǎn)物個(gè)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能的變化，即反應(yīng)產(chǎn)物標(biāo)準(zhǔn)自由生成能之和減去反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)自由標(biāo)準(zhǔn)自由生成能之和減去反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)自由生成能之和。生成能之和。（四）偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化四）偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化的可加性及其意義的可加性及其意義AB+C G0 =+5kcal/mol(+20.92kJ/mol)B D G0 =-8kcal/mol(-33.47kJ/mol)則A C+D G0 =-3kcal/mol(-12.55kJ/mol)1 1、可加性：在相互聯(lián)系的或偶聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)中，這些、可加性：

18、在相互聯(lián)系的或偶聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)中，這些相互聯(lián)系的化學(xué)反應(yīng)的總的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化等于各步相互聯(lián)系的化學(xué)反應(yīng)的總的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化等于各步反應(yīng)自由能變化的總和。反應(yīng)自由能變化的總和。2 2、意義：一些熱力學(xué)上不利的反應(yīng)可由熱力學(xué)上有利的、意義：一些熱力學(xué)上不利的反應(yīng)可由熱力學(xué)上有利的反應(yīng)來驅(qū)動(dòng)。反應(yīng)來驅(qū)動(dòng)。（五）化學(xué)反應(yīng)和自由能關(guān)系（五）化學(xué)反應(yīng)和自由能關(guān)系 在化學(xué)反應(yīng)中在化學(xué)反應(yīng)中, ,只有自由能降低只有自由能降低, ,即即G0G0,G0,也就是反應(yīng)產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能大于反應(yīng)物的也就是反應(yīng)產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能大于反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能標(biāo)準(zhǔn)生成自由能, ,這種反應(yīng)不能自發(fā)地進(jìn)行這種反應(yīng)不能自發(fā)地進(jìn)行,

19、 ,需要由環(huán)境提供能需要由環(huán)境提供能量反應(yīng)才能進(jìn)行量反應(yīng)才能進(jìn)行, ,這種反應(yīng)稱為需能反應(yīng)這種反應(yīng)稱為需能反應(yīng). . 當(dāng)一個(gè)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時(shí)其沒有自由能的變化即其當(dāng)一個(gè)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時(shí)其沒有自由能的變化即其G G0 0。 熱力學(xué)第二定律只提示熱力學(xué)第二定律只提示一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的方向和限度一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的方向和限度，不預(yù)示，不預(yù)示反應(yīng)過程的速率，因此對(duì)反應(yīng)過程的速率，因此對(duì)G G00或或0 0的化學(xué)反應(yīng)并不等于這個(gè)的化學(xué)反應(yīng)并不等于這個(gè)反應(yīng)可以自發(fā)的進(jìn)行，對(duì)于許多反應(yīng)還需給參加反應(yīng)分子提供反應(yīng)可以自發(fā)的進(jìn)行，對(duì)于許多反應(yīng)還需給參加反應(yīng)分子提供活化能或用催化劑如酶、來降低活化能使反應(yīng)才能進(jìn)行。活化

20、能或用催化劑如酶、來降低活化能使反應(yīng)才能進(jìn)行。三、高能磷酸化合物 （一）高能磷酸化合物的概念（一）高能磷酸化合物的概念 磷酸化合物在生物體的換能過程中占有重要地位。機(jī)體內(nèi)有磷酸化合物在生物體的換能過程中占有重要地位。機(jī)體內(nèi)有許多磷酸化合物，當(dāng)其磷?；鈺r(shí)釋放出大量的自由能。這許多磷酸化合物，當(dāng)其磷酰基水解時(shí)釋放出大量的自由能。這類化合物為高能磷酸化合物。這些分子中的類化合物為高能磷酸化合物。這些分子中的酸酐鍵酸酐鍵，能釋放出大，能釋放出大量自由能。量自由能。Fritz Lipman 稱之為稱之為“高能鍵高能鍵”并用符號(hào)并用符號(hào)“”表示，表示，一般來講一般來講水解水解時(shí)釋放時(shí)釋放20.92KJ

21、以上自由能的鍵為高能鍵。其與化以上自由能的鍵為高能鍵。其與化學(xué)中的鍵能含義不一樣，前者指該鍵水解時(shí)所釋放的能量，而后學(xué)中的鍵能含義不一樣，前者指該鍵水解時(shí)所釋放的能量，而后者是指斷裂一個(gè)化學(xué)鍵所需的能量。者是指斷裂一個(gè)化學(xué)鍵所需的能量。 （二）高能磷酸化合物及其他高能化合（二）高能磷酸化合物及其他高能化合物的類型物的類型 生物體高能化合物的類型很多，不只是高能磷酸生物體高能化合物的類型很多，不只是高能磷酸化合物，根據(jù)其鍵型的特點(diǎn)，可歸納為以下幾種類型化合物，根據(jù)其鍵型的特點(diǎn)，可歸納為以下幾種類型即即 磷氧鍵型磷氧鍵型（OP） 氮磷鍵型氮磷鍵型（如胍基磷酸化合物）（如胍基磷酸化合物） 硫酯鍵型硫

22、酯鍵型（活性硫酸基）（活性硫酸基） 甲硫鍵型甲硫鍵型（活性甲硫氨酸）。（活性甲硫氨酸）。1.1.磷氧鍵型（磷氧鍵型（O OP P）(1) (1) ?；姿峄衔铮；姿峄衔铮╝cylacyl phosphate phosphate）CH3COPOOOO乙酰磷酸（乙酰磷酸（acetyl phosphateacetyl phosphate）1,31,3二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（1 1，3 3bisphosphoglyceratebisphosphoglycerate）COPOHCOHCH2O-P-O-OOOOO氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸（carbamylcarbamyl phosphate pho

23、sphate）H3NCOPOOOO?；佘账狨；佘账幔╝cyl adenylateacyl adenylate）RCOPO腺苷OOO氨酰腺苷酸（氨酰腺苷酸（aminoacyl aminoacyl adenyulateadenyulate）RCCOPO腺苷+NH3OOO-(2)(2)焦磷酸化合物焦磷酸化合物焦磷酸焦磷酸二磷酸腺苷二磷酸腺苷-O-POP-OOO-OO-O-POP-O-腺苷OO-OO- （3）烯醇式磷酸化合物）烯醇式磷酸化合物. 如磷酸烯醇式丙酮酸如磷酸烯醇式丙酮酸 C- OP-O-OO-CH2COO-2.2.氮磷鍵型氮磷鍵型如胍基磷酸化合物如胍基磷酸化合物（1 1）磷酸肌酸（）磷

24、酸肌酸（phosphocreatinephosphocreatine或或creatine creatine phophatephophate）HNPO OCNH2+NCH3CH2COOO（2 2）磷酸精氨酸）磷酸精氨酸（argininearginine phosphate phosphate） HNPO O CNH2+ NH（CH2）3 HCNH3 COO-O4.4.甲硫鍵型活性甲硫氨酸（甲硫鍵型活性甲硫氨酸（S Sadenosylmethionineadenosylmethionine） COO HCNH3 CH2 CH2 H3CS腺苷S腺苷甲硫氨酸 上述高能化合物中含磷酸基團(tuán)的占絕大多數(shù)，

25、但并不是所以含上述高能化合物中含磷酸基團(tuán)的占絕大多數(shù)，但并不是所以含磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán)的化合物都是高能磷酸化合物，如葡萄糖的化合物都是高能磷酸化合物，如葡萄糖6 6磷酸、甘磷酸、甘油磷脂等化合物，水解時(shí)每摩爾只能釋放出油磷脂等化合物，水解時(shí)每摩爾只能釋放出4.1844.18412.55KJ12.55KJ, ,而上而上述高能化合物都含有特定的容易水解的鍵型，述高能化合物都含有特定的容易水解的鍵型，這些化合物的水解產(chǎn)這些化合物的水解產(chǎn)物都含有很少的自由能，故其都含有很高的基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能物都含有很少的自由能，故其都含有很高的基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能。（三）ATP的結(jié)構(gòu)特性1、ATP的結(jié)構(gòu)2、 磷酸基團(tuán)形成的磷酸鍵為

26、何為磷酸基團(tuán)形成的磷酸鍵為何為“高能鍵高能鍵” 經(jīng)考察證明，經(jīng)考察證明，磷酸基團(tuán)與腺苷酸直接相連的磷酯鍵和磷酸基團(tuán)與腺苷酸直接相連的磷酯鍵和、 磷酸基團(tuán)所形成的磷酸基團(tuán)所形成的“高能鍵高能鍵”之間，從電子特性上看，之間，從電子特性上看，并沒有什么特殊之處，但為何其卻如此容易水解并釋放大并沒有什么特殊之處，但為何其卻如此容易水解并釋放大量的自由能呢？其原因如下：量的自由能呢？其原因如下：1 1）腺苷三磷酸中的酸酐鍵的共穩(wěn)定性小于磷酯鍵型；）腺苷三磷酸中的酸酐鍵的共穩(wěn)定性小于磷酯鍵型；這是因?yàn)榱姿峄鶊F(tuán)的酸酐鍵缺失的兩個(gè)電子和它相這是因?yàn)榱姿峄鶊F(tuán)的酸酐鍵缺失的兩個(gè)電子和它相鄰的氧橋爭(zhēng)奪鄰的氧橋爭(zhēng)奪電

27、子而引起電子的轉(zhuǎn)移，致使磷原子缺電子而引起電子的轉(zhuǎn)移，致使磷原子缺失失2 2個(gè)電子，這時(shí)在兩個(gè)磷原子之間的氧原子上的價(jià)電子個(gè)電子，這時(shí)在兩個(gè)磷原子之間的氧原子上的價(jià)電子就受到磷原子的爭(zhēng)奪而使氧橋的穩(wěn)定性降低甚至斷裂就受到磷原子的爭(zhēng)奪而使氧橋的穩(wěn)定性降低甚至斷裂, ,而而磷酯鍵中不存在電子爭(zhēng)奪的現(xiàn)象。磷酯鍵中不存在電子爭(zhēng)奪的現(xiàn)象。ROPOPO 或 ROPOPOHOH ROPOH + -OPOOOOOOO-O-O-O-O酸酐鍵和氧橋的氧原子之間的電子轉(zhuǎn)移情況酸酐鍵和氧橋的氧原子之間的電子轉(zhuǎn)移情況O-O-2) 造成酸酐鍵不穩(wěn)定的另一個(gè)重要因素是磷酸基團(tuán)之間相鄰的造成酸酐鍵不穩(wěn)定的另一個(gè)重要因素是磷酸

28、基團(tuán)之間相鄰的負(fù)電荷之間相互排斥，在生物機(jī)體的負(fù)電荷之間相互排斥，在生物機(jī)體的pHpH條件下，條件下，ATPATP分子內(nèi)分子內(nèi)有有4 4個(gè)負(fù)電荷（個(gè)負(fù)電荷（ATPATP4-4-），這），這4 4個(gè)負(fù)電荷在空間上相距很近，個(gè)負(fù)電荷在空間上相距很近，它們之間的相互排斥促使它們之間的相互排斥促使ATPATP的磷酸基團(tuán)易于水解，當(dāng)?shù)牧姿峄鶊F(tuán)易于水解，當(dāng)ATP ATP 末端磷?；撀浜螅纬赡┒肆柞；撀浜螅纬葾DPADP3-3-和和HPOHPO4 42-2-，該兩種產(chǎn)物其中某，該兩種產(chǎn)物其中某些電子所處的位置和在些電子所處的位置和在ATPATP中相比，都具有最低能量的構(gòu)象中相比，都具有最低能量的構(gòu)象

29、形式，符合化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)原理。形式，符合化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)原理。 總之，使總之，使ATP容易水解并釋放大量自由能的因素，一種是容易水解并釋放大量自由能的因素，一種是導(dǎo)致反應(yīng)物導(dǎo)致反應(yīng)物不穩(wěn)定不穩(wěn)定的因素，另一種是導(dǎo)致的因素，另一種是導(dǎo)致產(chǎn)物穩(wěn)定產(chǎn)物穩(wěn)定的因素即的因素即主要取決于分子內(nèi)的靜電斥力和形成產(chǎn)物的共振穩(wěn)定化作用。主要取決于分子內(nèi)的靜電斥力和形成產(chǎn)物的共振穩(wěn)定化作用。（四）（四）ATPATP在能量轉(zhuǎn)運(yùn)中的地位和作用在能量轉(zhuǎn)運(yùn)中的地位和作用1 1、地位地位： 與其它高能磷酸化合物相比，與其它高能磷酸化合物相比，ATPATP的的G G0 0處于中間位置，這就使處于中間位置，這就使ATPATP

30、有有可能在磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移作用中起中間傳遞體的作用，如下圖，葡萄糖分解的可能在磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移作用中起中間傳遞體的作用，如下圖，葡萄糖分解的中間產(chǎn)物高能磷酸化合物中間產(chǎn)物高能磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸，不直接水解，而是通過磷酸烯醇式丙酮酸，不直接水解，而是通過激酶的作用，以轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)的形式將捕獲的自由能傳遞給激酶的作用，以轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)的形式將捕獲的自由能傳遞給ADPADP從而形成從而形成ATPATP。同時(shí)，。同時(shí)，ATPATP又傾向于將其磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給具有較低磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能又傾向于將其磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給具有較低磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能的化合物如使的化合物如使D-D-葡萄糖生成葡萄糖生成D-D-葡萄糖葡萄糖6

31、6磷酸。磷酸。2 2、作用作用： ATPATP作為磷酸基團(tuán)的共同傳遞體的實(shí)作為磷酸基團(tuán)的共同傳遞體的實(shí)質(zhì)是質(zhì)是傳遞能量傳遞能量，它水解的能量可以使一，它水解的能量可以使一個(gè)熱力學(xué)上不利的反應(yīng)順利進(jìn)行。如使個(gè)熱力學(xué)上不利的反應(yīng)順利進(jìn)行。如使蛋白質(zhì)由一種構(gòu)象變?yōu)榱硪环N構(gòu)象等。蛋白質(zhì)由一種構(gòu)象變?yōu)榱硪环N構(gòu)象等。（五）磷酸肌酸和磷酸精氨酸及其他貯能物質(zhì)（五）磷酸肌酸和磷酸精氨酸及其他貯能物質(zhì)ATP+肌酸磷酸肌酸+ADP 神經(jīng)和肌肉等細(xì)胞活動(dòng)的直接供能物質(zhì)是神經(jīng)和肌肉等細(xì)胞活動(dòng)的直接供能物質(zhì)是ATP,ATP,但但ATPATP在在細(xì)胞中含量很低，腦和肌肉等劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)遠(yuǎn)不能滿足機(jī)體的細(xì)胞中含量很低，腦和肌肉

32、等劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)遠(yuǎn)不能滿足機(jī)體的需要，但腦和肌肉中另一中高能磷酸化合物需要，但腦和肌肉中另一中高能磷酸化合物磷酸肌酸磷酸肌酸的的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過ATP,ATP,目前已證實(shí)，磷酸肌酸是細(xì)胞內(nèi)供應(yīng)目前已證實(shí)，磷酸肌酸是細(xì)胞內(nèi)供應(yīng)ADPADP合成合成ATPATP的首選能源物質(zhì)。在運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期，細(xì)胞內(nèi)積累的的首選能源物質(zhì)。在運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期，細(xì)胞內(nèi)積累的肌酸又可和其它來源的肌酸又可和其它來源的ATPATP，重新合成磷酸肌酸。，重新合成磷酸肌酸。 在某些無脊椎動(dòng)物如蟹、蝦等細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)能物質(zhì)為為在某些無脊椎動(dòng)物如蟹、蝦等細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)能物質(zhì)為為磷酸磷酸精氨酸精氨酸，某些微生物體內(nèi)為，某些微生物體內(nèi)為聚偏磷酸聚偏磷

33、酸。（七）（七）ATPATP斷裂形成斷裂形成AMPAMP和焦磷酸的作用和焦磷酸的作用 1 1、水解過程、水解過程 在有些情況下，在有些情況下，ATPATP的的和和之間的磷酸鍵被水解，形成之間的磷酸鍵被水解，形成AMPAMP和和PPiPPi, ,這一反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化為這一反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化為G G0 0 為為32.19KJ/mol32.19KJ/mol，比，比ATP ATP 和和磷酸基團(tuán)之間的高能磷酸鍵水磷酸基團(tuán)之間的高能磷酸鍵水解釋放的自由能略高（解釋放的自由能略高（30.514KJ/mol30.514KJ/mol），），PPiPPi可進(jìn)一步水可進(jìn)一步水解成解成2 2分子磷酸，其分子磷酸

34、，其G G00 為為28.84KJ/mol28.84KJ/mol。 ATP+HATP+H2 2OAMP+PPi(OAMP+PPi(G G00 = -32.19KJ/mol = -32.19KJ/mol） PPiPPiH H2 2O2POO2PO4 4- -+2H+2H( (G G00 = -28.84KJ/mol = -28.84KJ/mol） 即即G G00總總 = = 32.1932.19-28.84-28.8461.03 KJ/mol61.03 KJ/mol） 雖然從表面上看由雖然從表面上看由ATPATP降解為降解為AMPAMP和和PPiPPi似乎對(duì)細(xì)胞似乎對(duì)細(xì)胞不是經(jīng)濟(jì)途徑，但生物體以

35、這種方式利用能量有不是經(jīng)濟(jì)途徑，但生物體以這種方式利用能量有其特殊的生物學(xué)作用其特殊的生物學(xué)作用. . 如：脂肪酸的酶促活化形成脂酰輔酶如：脂肪酸的酶促活化形成脂酰輔酶A A的反應(yīng)需由的反應(yīng)需由ATPATP水解為水解為 AMP AMP 和和 PPiPPi 來提供能量，因?yàn)樵摲磻?yīng)來提供能量，因?yàn)樵摲磻?yīng)的推動(dòng)力還需靠的推動(dòng)力還需靠PPiPPi的進(jìn)一步水解。的進(jìn)一步水解。2 2、水解的意義、水解的意義（八）八）ATPATP以外的其它核苷三磷酸的遞能作用以外的其它核苷三磷酸的遞能作用 1、NTP和和dNTP的形成的形成 細(xì)胞在能量傳遞中，除細(xì)胞在能量傳遞中，除ATPATP作為主要的能量載體以外，還作為

36、主要的能量載體以外，還有其他有其他55二或三磷酸核苷起作用，但它們的高能磷酸二或三磷酸核苷起作用，但它們的高能磷酸基團(tuán)均由基團(tuán)均由ATPATP轉(zhuǎn)化而來轉(zhuǎn)化而來ATP+NDP ADP+NTPATP+dNDP ADP+dNTP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶2、（、（d）NTP在生物合成中的作用在生物合成中的作用（九）（九）ATP系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡 生活細(xì)胞的生命活動(dòng)時(shí)刻需要能量的供應(yīng)，故體生活細(xì)胞的生命活動(dòng)時(shí)刻需要能量的供應(yīng)，故體內(nèi)內(nèi)ATPATP需不斷產(chǎn)生，一個(gè)處于靜息狀態(tài)的人，需消耗需不斷產(chǎn)生，一個(gè)處于靜息狀態(tài)的人，需消耗40kg/d40kg/d，在緊張活動(dòng)狀態(tài)下，在緊張活動(dòng)狀態(tài)下，ATPATP的消耗可達(dá)的消耗可達(dá)0.5kg/min0.5kg/min。雖然機(jī)體需要如此多的。雖然機(jī)體需要如此多的ATPATP，但細(xì)胞內(nèi)的，但細(xì)胞內(nèi)的ATPATP和和ADPADP的轉(zhuǎn)換速度能夠適應(yīng)細(xì)胞對(duì)能量的需求，即的轉(zhuǎn)換速度能夠適應(yīng)細(xì)胞對(duì)能量的需求，即它們?cè)隗w內(nèi)總是保持平衡狀態(tài)。它們?cè)隗w內(nèi)總是保持平衡狀態(tài)。1 1、能荷、能荷 細(xì)胞所處的能量狀態(tài)可用細(xì)胞所處的能量狀態(tài)可用ATPATP、ADPADP和和AMPAMP之間的關(guān)系來表之間的關(guān)系來表