第二篇物质代谢及其调部分.ppt
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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,分解代谢-释放能量(大分子分解为小分子),能量代谢,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。,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 四 章,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
2、及其衍生物或多聚物。,糖的化学,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),第 一 节 概 述,Introduction,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,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,淀粉,
3、麦芽糖+麦芽三糖(40%)(25%),-临界糊精+异麦芽糖(30%)(5%),葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,(二)糖的吸收,吸收部位 小肠上段,吸收形式 单 糖,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,3.吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter,SGLT),刷状缘,细胞内膜,G,Na+,K+,Na+,G,三、糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖+NADPH+H+,淀粉,
4、第 二 节糖的无氧分解 Glycolysis,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,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P),(一)葡萄糖分解成丙酮酸,关键酶,哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶,分别称为至型。肝细胞中存在的是型,称为葡萄糖激酶(glucokinase)。
5、它的特点是:对葡萄糖的亲和力很低受激素调控,6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P),6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P),关键酶,1,6-双磷酸果糖,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶(phosphotriose isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,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
6、 dehydrogenase),3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,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。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,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),3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,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,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,关键酶,(二)丙酮酸
7、转变成乳酸,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。,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,糖酵解小结,反应部位:胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应,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 22-2=2ATP 从Gn开始 22-1=3ATP 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),二、糖酵解的调节,关键酶,调节方式,(一)6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1),*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
8、(高浓度),F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,目 录,(二)丙酮酸激酶,1.变构调节,变构抑制剂:ATP,丙氨酸,变构激活剂:1,6-双磷酸果糖,2.共价修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,(无活性),(有活性),PKA:蛋白激酶A(protein kinase A),CaM:钙调蛋白,(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,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
9、重要供能途径。,无线粒体的细胞,如:红细胞,代谢活跃的细胞,如:白细胞、骨髓细胞,第 三 节糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,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,*概念,一、有氧氧化的反应过程,第一阶段:酵解途径,第二阶段:丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段:三羧酸循环,G(Gn),与氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体,(一)丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体,氧化脱羧为乙酰CoA
10、(acetyl CoA)。,总反应式:,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,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+。,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5.NADH+H+的
11、生成,1.-羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,4.硫辛酰胺的生成,目 录,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。,所有的反应均在线粒体中进行。,(二)三羧酸循环,*反应部位,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-酮戊二酸)关键酶:异柠檬酸脱氢酶 受氢体:N
12、AD+(4)第二次氧化脱羧(-酮戊二酸琥珀酰CoA)关键酶:-酮戊二酸脱氢酶复合体 受氢体:NAD+,(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+,三羧酸循环的总反应式:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+3H+FADH2+HSCoA+GTP 生成的N
13、ADH和FADH2将通过电子传递链及氧化磷酸化生成H2O和产生ATP。,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,目 录,小 结,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。TAC过程的反应部位是线粒体。整个循环反应为需氧的不可逆反应,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
14、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-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶,三羧酸循环的中间产物起催化剂的作用,本身无量的变化。,2.三羧酸循环的生理意义,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。,NADH+H+和FADH2进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP磷酸化生成ATP。氧化磷酸化:代谢物脱下的氢经电子传递链传递给氧时释放的能量使ADP磷酸化生成ATP 的过程,称为氧化磷酸化或电子传递水平磷酸化。(生成ATP
15、的主要方式),二、有氧氧化生成的ATP,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,此表按传统方式计算ATP。目前有新的理论,在此不作详述,有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高,而且由于产生的能量逐步分次释放,相当一部分形成ATP,所以能量的利用率也高。,简言之,即“供能”,三、有氧氧化的调节,关键酶,酵解途径:己糖激酶,丙酮酸的氧化脱羧:丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环:柠檬酸合酶,丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1,-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶,1.丙酮酸脱氢酶复合体,变构调节,共价修饰调节,目 录,2.三羧酸循环的调节 对限速酶的调节;Ca2+浓度的影响;氧化磷酸化
16、速率的影响。,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+,有氧氧化的调节特点,有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。有氧氧化受细胞内ATP/ADP或ATP/AMP以及NADH/NAD+比率的影响,ATP/ADP或ATP/AMP以及NADH/NAD+比例糖的有氧氧化速度,反之亦然。氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低,则后者速率也减慢。有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对能量的需要。,四、巴斯德效应,*概念,巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象。,第 四 节 磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pathway,*概念
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