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第二篇 物质代谢及其调节

第二篇 物质代谢及其调节. 构成机体的成分. （小分子合成大分子） 合成代谢 ------ 需要能量. 物质代谢. 能量代谢. 分解代谢 ------ 释放能量 ( 大分子分解为小分子 ). 满足生命活动需要. 本篇主要介绍 糖代谢、脂代谢、生物氧化、氨基酸代谢、核苷酸代谢， 以及各种重要 物质代谢的联系与调节规律 。 学习物质代谢的每一代谢途径时，主要从 概念、部位（包括器官和亚细胞定位）、起始物（或原料）、反应的基本过程、关键酶（限速酶）、能量变化、终产物、调节 及 生理意义 等方面去理解和掌握。. 第 四 章. 糖 代 谢.

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第二篇 物质代谢及其调节

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Presentation Transcript

  1. 第二篇 物质代谢及其调节 构成机体的成分 （小分子合成大分子） 合成代谢------需要能量 物质代谢 能量代谢 分解代谢------释放能量 (大分子分解为小分子) 满足生命活动需要

  2. 本篇主要介绍糖代谢、脂代谢、生物氧化、氨基酸代谢、核苷酸代谢，以及各种重要物质代谢的联系与调节规律。 学习物质代谢的每一代谢途径时，主要从概念、部位（包括器官和亚细胞定位）、起始物（或原料）、反应的基本过程、关键酶（限速酶）、能量变化、终产物、调节及生理意义等方面去理解和掌握。

  3. 第 四 章 糖 代 谢 Metabolism of Carbohydrates

  4. 糖的化学 糖(carbohydrates)是一大类有机化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。 根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。 单糖 (monosacchride) 寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride) 结合糖 (glycoconjugate)

  5. 第 一 节 概 述 Introduction

  6. 一、糖的生理功能 1. 氧化供能（主要功能） 2. 提供合成体内其他物质的原料 3. 组成人体组织结构的重要成分 4. 参与组成特殊功能的糖蛋白 5. 形成许多重要的生物活性物质

  7. 二、糖的消化与吸收 （一）糖的消化 人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。 消化部位：主要在小肠，少量在口腔

  8. 消化过程 淀粉 口腔 唾液中的α-淀粉酶 胃 肠腔 胰液中的α-淀粉酶 α-临界糊精+异麦芽糖 （30%） （5%） 麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%） 肠粘膜上皮细胞刷状缘 α-葡萄糖苷酶 α-临界糊精酶 葡萄糖

  9. （二）糖的吸收 • 吸收部位 • 小肠上段 • 吸收形式 • 单 糖

  10. Na+泵 3. 吸收机制 刷状缘 细胞内膜 小肠粘膜细胞 门静脉 肠腔 K+ K+ ATP ADP+Pi Na+ Na+ Na+ G G G Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT)

  11. ATP 肝糖原分解 糖原合成 有氧 酵解途径 磷酸戊糖途径 无氧 消化与吸收 糖异生途径 糖原 三、糖代谢的概况 H2O及CO2 核糖 + NADPH+H+ 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油

  12. 第 二 节糖的无氧分解 Glycolysis

  13. 一、糖酵解的反应过程 • 糖酵解(glycolysis)：在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸的过程称之为糖酵解。 • 糖酵解的反应过程分为两个阶段：1、葡萄糖 → 丙酮酸（糖酵解途径） 2、丙酮酸 → 乳酸 糖酵解途径：由葡萄糖分解成丙酮酸的过程。 • 糖酵解反应的部位1、器官定位：各组织器官及细胞 2、亚细胞定位：胞液

  14. ATP ADP Mg2+ 己糖激酶 6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P) 葡萄糖 （一）葡萄糖分解成丙酮酸 ⑴ 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖 关键酶

  15. 哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是：哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是： ①对葡萄糖的亲和力很低 ②受激素调控

  16. 磷酸己糖 异构酶 6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P) 6-磷酸葡萄糖 ⑵ 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖

  17. ATPADP Mg2+ 6-磷酸果糖 激酶-1 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P) ⑶ 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖 关键酶

  18. 磷酸二羟丙酮 + 醛缩酶 (aldolase) 3-磷酸甘油醛 1,6-双磷酸果糖 ⑷ 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖

  19. 磷酸丙糖 异构酶 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 ⑸ 磷酸丙糖的同分异构化 磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase)

  20. Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛 脱氢酶 1,3-二磷酸 甘油酸 3-磷酸甘油醛 ⑹ 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油醛脱氢酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)

  21. ※由于脱氢或脱水引起底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP（或其它核苷二磷酸）磷酸化生成ATP（或其它核苷三磷酸）的过程，称为底物水平磷酸化。※由于脱氢或脱水引起底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP（或其它核苷二磷酸）磷酸化生成ATP（或其它核苷三磷酸）的过程，称为底物水平磷酸化。 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸 甘油酸 3-磷酸甘油酸 ⑺ 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸

  22. 磷酸甘油酸 变位酶 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 ⑻ 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase)

  23. +H2O 烯醇化酶 (enolase) 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate, PEP) ⑼ 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸

  24. ADP ATP K+ Mg2+ 丙酮酸激酶 (pyruvate kinase) 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 ⑽ 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 并通过底物水平磷酸化生成ATP 关键酶

  25. (二) 丙酮酸转变成乳酸 NADH + H+ NAD+ 乳酸脱氢酶(LDH) 丙酮酸 乳酸 反应中的NADH+H+来自于上述第6步反应中的3-磷酸甘油醛脱氢反应。

  26. E1 Glu G-6-P F-6-P F-1, 6-2P ATP ADP ATP ADP 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 E1:己糖激酶 NAD+ E2: 6-磷酸果糖激酶-1 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 E3: 丙酮酸激酶 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 乳 酸 NAD+ 2-磷酸甘油酸 NADH+H+ ATP ADP 丙 酮 酸 磷酸烯醇式丙酮酸 E2 糖酵解的代谢途径 E3

  27. ⑴ 反应部位：胞浆 ⑵ 糖酵解是一个不需氧的产能过程 ⑶ 反应全过程中有三步不可逆的反应 ATP ATP ADP ADP ADP ATP G G-6-P 己糖激酶 F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶-1 PEP 丙酮酸 丙酮酸激酶 糖酵解小结

  28. ⑷产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量： 从G开始 2×2-2= 2ATP 从Gn开始 2×2-1= 3ATP ⑸ 终产物乳酸的去路 释放入血，进入肝脏再进一步代谢。 分解利用 乳酸循环（糖异生）

  29. 二、糖酵解的调节 ①己糖激酶 ②6-磷酸果糖激酶-1(最重要) ③丙酮酸激酶 ① 变构调节 ② 共价修饰调节（激素调节） 关键酶 调节方式

  30. （一） 6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1) • F-1,6-2P 正反馈调节该酶 • 此酶有二个结合ATP的部位： • ① 活性中心底物结合部位（低浓度时） • ② 活性中心外变构调节部位（高浓度时） * 变构调节 变构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P 变构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度）

  31. AMP 柠檬酸 胰高血糖素 – + ATP cAMP 6-磷酸果糖激酶-2 PFK-2 （有活性） FBP-2 （无活性） ATP 活化 F-2,6-2P 果糖双磷酸酶-2 Pi P P ADP PFK-2 （无活性） FBP-2 （有活性） –/+ Pi + + – + + AMP 柠檬酸 F-6-P PKA 磷蛋白磷酸酶 ATP PFK-1 ADP F-1,6-2P 目 录

  32. （二）丙酮酸激酶 1.变构调节 变构激活剂：1,6-双磷酸果糖 变构抑制剂：ATP, 丙氨酸

  33. P PKA, CaM激酶 胰高血糖素 2.共价修饰调节 磷蛋白磷酸酶 Pi 丙酮酸激酶 丙酮酸激酶 （有活性） （无活性） ATP ADP PKA：蛋白激酶A (protein kinase A) CaM：钙调蛋白

  34. (三) 己糖激酶或葡萄糖激酶 * 6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。 * 长链脂肪酰CoA可变构抑制肝葡萄糖激酶

  35. 三、糖酵解的生理意义 1. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式 2.是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。 ① 无线粒体的细胞，如：红细胞 ② 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞

  36. 第 三 节糖的有氧氧化Aerobic Oxidation ofCarbohydrate

  37. * 概念 糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。 * 部位：胞液及线粒体

  38. 一、有氧氧化的反应过程 CO2 NADH+H+ FADH2 G（Gn） 胞液 第一阶段：酵解途径 丙酮酸 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧 乙酰CoA 第三阶段：三羧酸循环 线粒体 与氧化磷酸化 TAC循环 [O] H2O ATP ADP

  39. （一）丙酮酸的氧化脱羧 NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸 乙酰CoA 丙酮酸脱氢酶 复合体 丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。 总反应式:

  40. HSCoA S NAD+ L S 辅 酶 TPP 硫辛酸( ) HSCoA FAD, NAD+ 丙酮酸脱氢酶复合体的组成 酶 E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶

  41. 丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程 1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。 4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。 5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。

  42. 1. -羟乙基-TPP的生成 CO2 2.乙酰硫辛酰胺的生成 NADH+H+ 5.NADH+H+的生成 NAD+ CoASH 3.乙酰CoA的生成 4. 硫辛酰胺的生成 目 录

  43. 三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环，指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环。 （二）三羧酸循环 * 反应部位 所有的反应均在线粒体中进行。

  44. 1、三羧酸循环的反应过程 （1）柠檬酸的形成关键酶：柠檬酸合酶 （2）柠檬酸异构为异柠檬酸 （3）第一次氧化脱羧(异柠檬酸→ α-酮戊二酸)关键酶：异柠檬酸脱氢酶受氢体： NAD+ （4）第二次氧化脱羧(α-酮戊二酸→琥珀酰CoA)关键酶：α-酮戊二酸脱氢酶复合体受氢体： NAD+

  45. （5）底物水平磷酸化(琥珀酰CoA →琥珀酸)三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应，生成1分子ATP。 (GTP+ADP → GDP+ATP) （6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸 催化反应的酶：琥珀酸脱氢酶，是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。受氢体：FAD （7）延胡索酸加水生成苹果酸 （8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸 催化反应的酶：苹果酸脱氢酶受氢体：NAD+

  46. 三羧酸循环的总反应式：CH3CO～SCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→三羧酸循环的总反应式：CH3CO～SCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→ 2CO2+3NADH+3H++FADH2+HSCoA+GTP生成的NADH和FADH2将通过电子传递链及氧化磷酸化生成H2O和产生ATP。

  47. H2O H2O H2O CoASH H2O CO2 CO2 CoASH CoASH ② ① NADH+H+ ② NAD+ ①柠檬酸合酶 ⑧ ②顺乌头酸梅 ③异柠檬酸脱氢酶 ④α-酮戊二酸脱氢酶复合体 NAD+ ⑤琥珀酰CoA合成酶 ⑥琥珀酸脱氢酶 NADH+H+ ⑦ ⑦延胡索酸酶 ③ ⑧苹果酸脱氢酶 FADH2 NAD+ ⑥ FAD GDP+Pi ④ NADH+H+ GTP ⑤ 目 录

  48. ① 三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。 ② TAC过程的反应部位是线粒体。 ③ 整个循环反应为需氧的不可逆反应 小 结

  49. ④三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环， 消耗一分子乙酰CoA， 共有4次脱氢（其中3次由NAD+接受，1次由FAD接受）、2次脱羧（产生CO2）、1次底物水平磷酸化。 关键酶有：柠檬酸合酶 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶 ⑤ 三羧酸循环的中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化。

  50. 是三大营养物质氧化分解的共同途径； 是三大营养物质代谢联系的枢纽； 为其它物质代谢提供小分子前体； 为氧化磷酸化反应生成ATP提供NADH + H+ 和FADH2。 2. 三羧酸循环的生理意义

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