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新陈代谢的概念

新陈代谢的概念. 新陈代谢 （ metabolism ） ：泛指生物与周围环境进行物质与能量交换的过程。. 新陈代谢是生物体物质代谢与能量代谢的有机统一。. 新陈代谢的特点. 化学反应数目多，但有严格的顺序性； 在比较温和的条件下进行，绝大多数都由酶催化； 代谢中的一系列的酶促反应称为 中间代谢。 具有灵活的自我调节能力。 生物的代谢体系是在长期进化中逐步形成完善的。. 第九章 糖代谢. 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另一方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。.

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新陈代谢的概念

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Presentation Transcript

  1. 新陈代谢的概念 • 新陈代谢（metabolism）：泛指生物与周围环境进行物质与能量交换的过程。 • 新陈代谢是生物体物质代谢与能量代谢的有机统一。

  2. 新陈代谢的特点 • 化学反应数目多，但有严格的顺序性； • 在比较温和的条件下进行，绝大多数都由酶催化； • 代谢中的一系列的酶促反应称为中间代谢。 • 具有灵活的自我调节能力。 • 生物的代谢体系是在长期进化中逐步形成完善的。

  3. 第九章 糖代谢 • 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另一方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。

  4. 9.1 糖的消化、吸收和转运 9.2 糖的分解代谢 9.3 糖原的代谢 9.4 糖异生 9.5 血糖及其调节

  5. 2.糖的吸收与转运 9.1 糖的消化、吸收和转运 • 1.糖的消化

  6. 9.2 糖的分解代谢 • （1）在无氧情况下进行的无氧酵解； • 产物： 乳酸(Lactate)，ATP • （2）在有氧情况下进行的有氧氧化； • 产物： CO2，H2O，ATP • （3）磷酸戊糖途径； • 产物： NADPH，戊糖

  7. 9.2.1 糖的无氧酵解 • 机体在缺氧情况下，葡萄糖或糖原在胞液中经一系列酶促反应分解为乳酸的过程，称为糖的无氧分解。此反应过程和酵母的发酵过程基本相似，故又称为糖酵解途径（glycolytic pathway）。

  8. 部位：胞液 关键酶： 己糖激酶 (HK) 果糖磷酸激酶（F-6-PK） 丙酮酸激酶(PK) 原料：葡萄糖/糖原 产物：丙酮酸 能量：2/3个ATP 无氧酵解

  9. 糖酵解过程 b a 2 • 酵解全过程共10步，分两个阶段： • 准备阶段 • ATP贮能阶段 1 3 4 5 6 7 10 8 9

  10. 糖酵解第一阶段 • ① 葡萄糖磷酸化形成6-磷酸葡萄糖 • 酶： • 四种己糖激酶同工酶： • 存在于肌肉、脑、脂肪组织中，以六碳糖为底物，专一性不强。为调节酶，被其产物G-6-P别构抑制，是第一个调节步骤（限速步骤）。 • 仅存在于肝脏细胞：葡萄糖激酶，对G有特异活性；不被G-6-P所抑制，主要用于糖原的合成。

  11. 酵解作用从糖原开始

  12. P O C H O C H P 2 2 O C H O H 2 O H H H O H H O H H 磷酸葡萄糖 H H O H O H 异 构 酶 O H H H O H G - 6 - P F - 6 - P ③ 6-磷酸果糖磷酸化成1，6-二磷酸果糖 • ② 6-磷酸葡萄糖转化成6-磷酸果糖 • 磷酸果糖激酶—别构酶，能被高浓度的ATP、柠檬酸及长链的脂肪酸所抑制；为ADP或AMP所激活。 • 该反应是酵解反应中的第二个限速步骤。

  13. 1 2 3 4 5 6 • ④1，6-二磷酸果糖裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮 ⑤ 磷酸三碳糖的互变

  14. 糖酵解第二阶段 • ⑥ 3-磷酸甘油醛氧化成1，3-二磷酸甘油酸 • 醛基脱氢氧化过程中形成高能磷酸化合物 ⑦ ATP的生成

  15. ⑧3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸 • ⑨2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸 • 是糖酵解过程中第二个产生高能磷酸化合物的反应。

  16. ⑩ ATP的再生成 • 丙酮酸激酶—调节酶。 • 长链脂肪酸、乙酰辅酶A、ATP和丙氨酸能抑制该酶活性；1，6-二磷酸果糖活化此酶。 • 该步为酵解过程中的第三个限速反应。

  17. 糖原 葡萄糖 ATP 磷酸化酶 ① 己糖激酶 ADP 磷酸葡萄糖变位酶 6- 1- 磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖 ② 磷酸葡萄糖 异构酶 6- 磷酸果糖 ATP ③ 磷酸果糖激酶 ADP 1，6—二磷酸果糖 ④ 醛缩酶 3- 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 糖酵解途径 ——I

  18. ⑤ 磷酸丙糖异构酶 3- 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 Pi + NAD 2 3- ⑥ 磷酸甘油醛脱氢酶 NADH H ＋ 1.3- 二磷酸甘油酸 ADP 葡萄糖酵解的总反应 ⑦ 磷酸甘油酸激酶 2 ATP 2 ⑧ 磷酸甘油酸变位酶 3- 磷酸甘油酸 2- 磷酸甘油酸 ADP ATP H 0 磷酸 2 2 2 丙酮酸 烯醇式丙酮酸 ⑨ 烯醇化酶 ⑩ 丙酮酸激酶 糖酵解途径 ——II

  19. 丙酮酸的去路 （1）丙酮酸  乳酸（乳酸发酵） • 在无氧条件下，糖酵解产生的丙酮酸能够被NADH还原成乳酸：

  20. 乙醇脱氢酶 丙酮酸脱羧酶 + TPP （2）丙酮酸  乙醇（酒精发酵） G + 2Pi + 2ADP + 2H+  2乙醇 + 2CO2+ 2ATP + 2H2O

  21. 新华网华盛顿３月２２日电 一项最新研究发现，酒精是一些癌症，特别是由乙醛导致的上消化道癌症的最大风险因素。 据美国媒体２０日报道，加拿大多伦多成瘾与精神卫生教研中心与德国一家实验室联合进行了这项研究。研究人员说，乙醛广泛地存在于人们的生活环境中，人们通过呼吸、吸烟、饮酒和进食都可以吸入或食入乙醛。在酒精饮料的新陈代谢中人体也会产生乙醛。 研究表明，乙醛是一些癌症，特别是上消化道癌症发展过程中的重要因素，目前已被世界卫生组织列为致癌物质。 研究指出，对于酗酒者来说，他们仅通过饮酒摄入的乙醛就已超过安全限量。他们罹患癌症的风险为万分之七点六。

  22. （3）丙酮酸  乙酸和丁酸 乙酰磷酸 乙酸 乙酰CoA 乙酰乙酸 β-羟丁酸 丁酸

  23. （4）丙酮酸  草酰乙酸 丙酮酸 苹果酸酶 丙酮酸羧化酶 L-苹果酸 磷酸烯醇式丙酮酸 苹果酸脱氢酶 丙酮酸磷酸羧化酶 草酰乙酸

  24. 2ATP

  25. 糖酵解中ATP的消耗和生成

  26. 糖酵解的调节 • 糖酵解过程有三步反应不可逆，催化这三步反应的酶分别为已糖激酶、磷酸果糖激酶与丙酮酸激酶，它们都是酵解过程的关键酶。

  27. 己糖激酶的调节 • 己糖激酶活性受到G-6-P的反馈抑制。

  28. 磷酸果糖激酶的调节 • 高浓度ATP是磷酸果糖激酶的别构抑制剂 • 柠檬酸可增加ATP对酶的抑制作用 • AMP、ADP是磷酸果糖激酶激活剂。 • 2，6-二磷酸果糖是磷酸果糖激酶的最强的别构激活剂

  29. 丙酮酸激酶的调节 • 1，6-二磷酸果糖是酶的激活剂； • 长链脂肪酸、乙酰辅酶A、ATP是该酶的别构抑制剂

  30. 糖酵解的意义 • 机体在无氧、缺氧或应激状态下迅速获得能量 • 成熟红细胞、神经组织、白细胞等依赖酵解供能 • 酵解中间产物（丙酮酸、磷酸二羟丙酮）是氨基酸、脂类合成前体 酵解还是彻底有氧氧化的前奏，准备阶段

  31. 9.2.2 糖的有氧氧化

  32. 部位：胞浆，线粒体 原料：G 产物：CO2，H2O 能量：38 ATP 整个反应过程可分以下三个阶段 ： 1. 葡萄糖 丙酮酸 2. 丙酮酸 乙酰CoA 3. 乙酰CoA CO2+H2O+ ATP 糖酵解 丙酮酸脱氢酶 TCA 糖有氧氧化(aerobic oxidation)

  33. 有氧氧化是在细胞的胞液及线粒体两个部位进行有氧氧化是在细胞的胞液及线粒体两个部位进行

  34. （一）葡萄糖分解为丙酮酸 • 部位：胞液 • G 2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH

  35. （二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 不可逆的连续反应，丙酮酸脱氢酶系是有氧氧化过程的关键酶。

  36. 丙酮酸脱氢酶系的组分

  37. 丙酮酸脱氢酶系的作用机制 1．丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP TPP能协助E1使丙酮酸脱羧生成CO2，并形成羟乙基-TPP

  38. 丙酮酸脱氢酶系的作用机制 其羧基可与E2酶蛋白的赖氨酸残基的ε-氨基以酰胺键结合，形成硫辛酰胺-E2 硫辛酸是一种脂溶性维生素，是含有二硫键的八碳羧酸 2．乙酰基转移 乙酰硫辛酰胺

  39. 丙酮酸脱氢酶系的作用机制 4．氧化还原反应 乙酰硫辛酰胺 3．转酰基 二氢硫辛酰胺

  40. 特点 • 不可逆的连续过程，中间产物不离开复合体， 保证迅速完成 丙酮酸氧化释放的能量以高能硫酯键形式储存进 乙酰CoA 重要中间物

  41. 三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle） • 其第一个中间产物是含三个羧基的柠檬酸（citrate），是由Krebs正式提出的，所以又称柠檬酸循环或Krebs’循环 • 以乙酰CoA为起点，多种生物大分子（糖，脂，氨基酸）的共同最终代谢途径。

  42. 部位：线粒体 关键酶： 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 α-酮戊二酸脱氢酶复合物 原料：乙酰CoA 产物：CO2，H2O， 能量：12ATP 生理意义： 三羧酸循环不仅是糖的分解代谢的途径，同时也是脂肪和蛋白质在细胞内氧化供能的最终共同途径。 三羧酸循环还是糖、脂肪和蛋白质的互变途径。 tricarboxylic acid cycle, TCA

  43. 柠檬酸合酶 第一阶段：柠檬酸的生成 柠檬酸合酶 乙酰CoA＋草酰乙酸＋H2O 柠檬酸＋CoA-SH 此步为三羧酸循环的第一个限速步骤 柠檬酸合酶为三羧酸循环的第一个关键酶

  44. 顺乌头 酸酶 顺乌头 酸酶 第二阶段：异构化及氧化脱羧 （1）异柠檬酸的形成 顺乌头酸酶 顺乌头酸酶 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸

  45. 异柠檬酸脱氢酶 （2） 第一次氧化脱羧 异柠檬酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶 异柠檬酸 草酰琥珀酸 α-酮戊二酸 CO2 NAD＋NADH+H+ 此步反应是三羧酸循环中的第二步限速步骤，异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环中的第二个关键酶。

  46. α-酮戊二酸脱氢酶系 （3）第二次氧化脱羧 α-酮戊二酸脱氢酶系 α-酮戊二酸＋CoA-SH 琥珀酰CoA NAD＋ NADH+H+ +CO2

  47. α-酮戊二酸脱氢酶系是三羧酸循环中的第三个关键酶α-酮戊二酸脱氢酶系是三羧酸循环中的第三个关键酶 由三种酶和六种辅助因子组成: α-酮戊二酸脱氢酶、二氢硫辛酸转琥珀酰基酶 二氢硫辛酰胺脱氢酶、 FAD、TPP、CoASH、Mg2+ 、NAD＋ 、硫辛酸， 其反应与丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧类似 1 NADH, 1 CO2

  48. （4）底物水平磷酸化反应 琥珀酰CoA合成酶 琥珀酰CoA 琥珀酸＋CoA-SH GDP+Pi GTP 琥珀酰CoA在琥珀酰CoA合成酶的催化下高能硫酯键被水解生成琥珀酸，并使GDP磷酸化形成GTP，这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化 1 ATP

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