环境生物化学第四章PPT资料.ppt

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环境生物化学环境生物化学4.1新陈代谢概论新陈代谢概论右图为微生物右图为微生物代谢流程简图代谢流程简图微生物的生活方式是多种多样的，有的是自养的，微生物的生活方式是多种多样的，有的是自养的，有的是异养的，微生物也和它周围的环境进行不断有的是异养的，微生物也和它周围的环境进行不断的物质交换。

的物质交换。

环境生物化学环境生物化学4.1.1同化作用和异化作用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。

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，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。

这个过程叫异化作用。

生物机体的新陈代谢生物机体的新陈代谢物质代谢物质代谢能量代谢能量代谢环境生物化学环境生物化学4.1.1同化作用和异化作用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，而且是互的，它们之间是互相联系，互相依存，而且是互相制约的。

相制约的。

合成为分解准备了物质前提，外部物质变为内部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；

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。

物质又能转变为外部物质。

环境生物化学环境生物化学4.1.1同化作用和异化作用同化作用和异化作用生物生物体的体的新陈新陈代谢代谢合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用）生物小分子合成生生物小分子合成生物大分子物大分子生物大分子分解为生物大分子分解为生物小分子生物小分子能量代谢能量代谢物质代谢物质代谢需要能量需要能量释放能量释放能量分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用）环境生物化学环境生物化学4.1.2中间代谢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，当某营养物质产物的排泄是物质透过细胞膜的过程，当某营养物质（A）（A）进进入微生物细胞，要面临着一系列的化学变化，它将被代谢入微生物细胞，要面临着一系列的化学变化，它将被代谢成终点产物成终点产物（E）（E），其间可以形成一种或多种化合物，其间可以形成一种或多种化合物（B（BD）D），称为中间产物。

由称为中间产物。

由AA到到EE的反应序列，的反应序列，ABCDEABCDE，称称为代谢途径，其中每个反应都由专一的酶催化。

物质在细为代谢途径，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。

谢。

环境生物化学环境生物化学4.1.2中间代谢中间代谢中间代谢是复杂的物质转化过程。

一种营养物质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：

的代谢途径，如：

通常将分枝点上的化合物通常将分枝点上的化合物（c）称为各终点产物称为各终点产物（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（如中间产物如中间产物c），也可以是由外界供给的。

，也可以是由外界供给的。

ABCFHGDE环境生物化学环境生物化学4.1.2中间代谢中间代谢中间代谢依其不同方向的代谢变化，可以分为合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。

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。

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。

程中，也常伴有某些物质的合成反应。

环境生物化学环境生物化学4.1.2中间代谢中间代谢将中间代谢分为合成与分解两种过程，绝不是意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。

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。

衡，构成了新陈代谢的统一性。

环境生物化学环境生物化学4.1.3自由能和高能化合物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自由能是指一个反应体系中能够做功的那一部分能量。

能量。

（1）

（1）自由能自由能自由能变化量：

恒温恒压下自由能变化量：

恒温恒压下记为记为G；

在在25，1个大气压、反应物浓度为个大气压、反应物浓度为1mo1/L时的自由能变化时的自由能变化称为标准自由能变化，记为称为标准自由能变化，记为G0（能量单位为（能量单位为kJ/mol）。

）。

环境生物化学环境生物化学4.1.3自由能和高能化合物自由能和高能化合物对于任何化学反应对于任何化学反应A+BC+D其其G和和G0的关系的关系G0时，反应不能自发进行，必须由外界时，反应不能自发进行，必须由外界供给能量，才能推动反应进行，为吸能反应供给能量，才能推动反应进行，为吸能反应反应反应能否能否进行进行取决取决GG=0时，表明体系已处于平衡状态时，表明体系已处于平衡状态4-1环境生物化学环境生物化学当当G=0，即体系已处于平衡状态时，由式，即体系已处于平衡状态时，由式（4-1）得得4.1.3自由能和高能化合物自由能和高能化合物4-2其中其中K为平衡常数，这种从已知平衡常数，计算反为平衡常数，这种从已知平衡常数，计算反应自由能变化的方法，在生物化学中有很大的实应自由能变化的方法，在生物化学中有很大的实际意义。

际意义。

自由能是状态函数，故自由能是状态函数，故G只与反应前后物质的只与反应前后物质的状态有关，与反应历程无关。

状态有关，与反应历程无关。

环境生物化学环境生物化学4.1.3自由能和高能化合物自由能和高能化合物生理条件下生理条件下G=-51.6kJ/molATP-ADP循环循环标准状态下标准状态下G0/=-30.5kJ/mol

（2）

（2）高能化合物高能化合物高能化合物是指化合物进行水解反应时伴随的标高能化合物是指化合物进行水解反应时伴随的标准自由能变化（准自由能变化（G0/）等于或大于）等于或大于ATP水解生成水解生成ADP的标准自由能变化的化合物。

的标准自由能变化的化合物。

环境生物化学环境生物化学4.1.3自由能和高能化合物自由能和高能化合物高能化合物大多数是高能磷酸化合物，含有可水高能化合物大多数是高能磷酸化合物，含有可水解的磷酸基团，对酸、碱和热都不稳定。

它们水解的磷酸基团，对酸、碱和热都不稳定。

它们水解时所以能释放出大量的自由能与其不稳定的分解时所以能释放出大量的自由能与其不稳定的分子结构有关，生理条件下（子结构有关，生理条件下（pH=7.4）其结构可表）其结构可表示如下：

示如下：

人体内较重要的高能化合物在水解时释放的自由人体内较重要的高能化合物在水解时释放的自由能都在能都在30kJ/mol以上以上。

环境生物化学环境生物化学4.1.3自由能和高能化合物自由能和高能化合物常常见见的的高高能能化化合合物物类类型型环境生物化学环境生物化学4.2糖分解代谢糖分解代谢-4.2.1糖代谢概述糖代谢概述糖糖代代谢谢分分解解代代谢谢合合成成代代谢谢分解分解糖类糖类物质物质小分子物小分子物质质能量能量无氧无氧分解分解有氧有氧分解分解小分子物小分子物质质能量能量合成合成糖类糖类物质物质互有联系或是可逆变化互有联系或是可逆变化:

分解常不完全分解常不完全:

分解完全分解完全环境生物化学环境生物化学4.2.2多糖和双糖的分解多糖和双糖的分解微生物细胞微生物细胞中的多糖可中的多糖可以分为两类以分为两类分子结构复杂分子结构复杂；

a.a.一类为细胞的贮藏物质，一类为细胞的贮藏物质，在细胞内呈不溶性颗粒在细胞内呈不溶性颗粒；

作为微生物营养时，必须水解为单糖或双糖，作为微生物营养时，必须水解为单糖或双糖，才能被吸收和利用才能被吸收和利用。

多多糖糖由单糖组成的复合糖类由单糖组成的复合糖类,如淀粉、纤维素等如淀粉、纤维素等；

b.b.一类参与细胞结构一类参与细胞结构；

环境生物化学环境生物化学4.2.2多糖和双糖的分解多糖和双糖的分解

（1）

（1）淀粉的水解淀粉的水解淀粉淀粉不完全不完全酸酸淀粉酶淀粉酶水解水解完全完全糊精糊精葡萄糖葡萄糖结构与淀粉相似结构与淀粉相似分子大小没有一定分子大小没有一定为催化水解淀粉分子中为催化水解淀粉分子中糖苷键的一类酶的总称糖苷键的一类酶的总称环境生物化学环境生物化学4.2.2多糖和双糖的分解多糖和双糖的分解淀粉酶对淀粉分子中两种糖苷键的水解反应如下：

淀粉酶对淀粉分子中两种糖苷键的水解反应如下：

D1，4葡糖苷键的水解：

葡糖苷键的水解：

环境生物化学环境生物化学4.2.2多糖和双糖的分解多糖和双糖的分解D1，6葡糖苷键的水解：

环境生物化学环境生物化学4.2.2多糖和双糖的分解多糖和双糖的分解根据淀粉酶的作用特点大致可将其分为以下四类根据淀粉酶的作用特点大致可将其分为以下四类:

环境生物化学环境生物化学4.2.2多糖和双糖的分解多糖和双糖的分解

（2）

（2）纤维素的水解纤维素的水解纤维素纤维素无机酸无机酸纤维素酶纤维素酶水解水解葡萄糖葡萄糖水解纤维素的一类酶的总称水解纤维素的一类酶的总称a.a.破坏天然纤维素晶状结构的破坏天然纤维素晶状结构的G1酶酶b.b.水解游离水解游离（直链直链）纤维素分子的纤维素分子的GX酶酶c.c.水解纤维二糖的水解纤维二糖的葡糖苷酶葡糖苷酶三类三类作用顺序作用顺序:

环境生物化学环境生物化学4.2.2多糖和双糖的分解多糖和双糖的分解纤维纤维素酶素酶存在存在方式方式胞外酶胞外酶:

细胞表面酶细胞表面酶:

溶解游离于培养基中，霉菌中产溶解游离于培养基中，霉菌中产生的纤维素酶属于这种形式生的纤维素酶属于这种形式。

结合存在于细胞表面上，如粘细结合存在于细胞表面上，