生物代谢医学宣教培训ppt课件

生物代谢医学宣教生物代谢医学宣教生物代谢医学宣教1糖、脂和蛋白质糖、脂和蛋白质的合成代谢途径的合成代谢途径各不相同，但是各不相同，但是它们的分解代谢它们的分解代谢途径则有共同之途径则有共同之处，即糖、脂和处，即糖、脂和蛋白质经过一系蛋白质经过一系列分解反应后都列分解反应后都生成了酮酸并进生成了酮酸并进入三羧酸循环，入三羧酸循环，最后被氧化成最后被氧化成COCO2 2和和H H2 2O O。2生物代谢医学宣教糖、脂和蛋白质的合成代谢途径各不相同，但是它们的分解代谢途径2第一节第一节,糖的代谢糖的代谢糖代谢包括分解代谢和合成代谢。糖代谢包括分解代谢和合成代谢。动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的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。另方面，糖分解的中间产物，分解代谢提供的。另方面，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、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。核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程。然界规模最大的一种能量转换过程。3生物代谢医学宣教第一节,糖的代谢糖代谢包括分解代谢和合成代谢。3生物代谢医学3一、葡萄糖的分解代谢一、葡萄糖的分解代谢葡萄糖进入细胞后，在一系列酶的催化下，发葡萄糖进入细胞后，在一系列酶的催化下，发生分解代谢过程。葡萄糖的分解代谢分两步进生分解代谢过程。葡萄糖的分解代谢分两步进行：行：（1 1）糖酵解：葡萄糖）糖酵解：葡萄糖 丙酮酸。此反应过丙酮酸。此反应过程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。（2 2）三羧酸循环：丙酮酸）三羧酸循环：丙酮酸 COCO2 2 +H +H2 2O O。由于此氧化过程是通过柠檬酸等几种三元羧酸由于此氧化过程是通过柠檬酸等几种三元羧酸的循环反应来完成的，通常称为三羧酸循环或的循环反应来完成的，通常称为三羧酸循环或柠檬酸循环。由于分子氧是此系列反应的最终柠檬酸循环。由于分子氧是此系列反应的最终受氢体，所以又称为有氧分解。受氢体，所以又称为有氧分解。4生物代谢医学宣教一、葡萄糖的分解代谢葡萄糖进入细胞后，在一系列酶的催化下，发4三羧酸循环在线粒体中进行（有氧条件）。三羧酸循环在线粒体中进行（有氧条件）。所以，糖酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化所以，糖酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。如果供氧不足，的前奏。如果供氧不足，NADHNADH不进入呼吸不进入呼吸链，而是把丙酮酸还原成乳酸。链，而是把丙酮酸还原成乳酸。5生物代谢医学宣教5生物代谢医学宣教51 1糖酵解糖酵解糖酵解在细胞胞液中糖酵解在细胞胞液中进行（无氧条件），进行（无氧条件），是葡萄糖经过酶催化是葡萄糖经过酶催化作用降解成丙酮酸，作用降解成丙酮酸，并伴随生成并伴随生成ATPATP的过的过程。程。它是动物、植物和微它是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径。解的共同代谢途径。6生物代谢医学宣教1糖酵解糖酵解在细胞胞液中进行（无氧条件），是葡萄糖经过酶6糖原的磷酸化糖原的磷酸化 细胞内糖原在磷酸化酶和脱枝酶催化下细胞内糖原在磷酸化酶和脱枝酶催化下形成形成1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖7生物代谢医学宣教糖原的磷酸化 细胞内糖原在磷酸化酶和脱枝酶催化下形成1-磷78生物代谢医学宣教8生物代谢医学宣教8反应（反应（1 1）催化该反应的酶为磷酸己糖激酶。凡是能催化该反应的酶为磷酸己糖激酶。凡是能够催化够催化ATPATP的磷酰化反应的酶称为激酶。的磷酰化反应的酶称为激酶。激酶一般需要激酶一般需要MgMg2+2+或其它二价金属离子激或其它二价金属离子激活。活。9生物代谢医学宣教反应（1）催化该反应的酶为磷酸己糖激酶。凡是能够催化ATP的9反应（反应（2 2）6-6-磷酸葡萄糖异构化，转变成磷酸葡萄糖异构化，转变成6-6-磷酸果糖磷酸果糖 10生物代谢医学宣教反应（2）6-磷酸葡萄糖异构化，转变成6-磷酸果糖 10生物10反应（反应（3 3）6-6-磷酸果糖磷与磷酸果糖磷与ATPATP反应，生成反应，生成1,6-1,6-二二磷酸果糖。磷酸果糖。11生物代谢医学宣教反应（3）6-磷酸果糖磷与ATP反应，生成1,6-二磷酸果11反应（4）在醛缩酶催化下，在醛缩酶催化下，1,6-1,6-二磷酸果糖分解二磷酸果糖分解为为3-3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮。磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮。12生物代谢医学宣教反应（4）在醛缩酶催化下，1,6-二磷酸果糖分解为3-磷酸12反应（反应（5 5）两个磷酸丙糖在磷酸丙糖异构酶催化下可以互变。两个磷酸丙糖在磷酸丙糖异构酶催化下可以互变。达到平衡时，磷酸二羟丙酮占达到平衡时，磷酸二羟丙酮占96%96%，3-3-磷酸甘油磷酸甘油醛占醛占4%4%。由于。由于3-3-磷酸甘油醛能够进入第三阶段继磷酸甘油醛能够进入第三阶段继续分解，浓度不断降低，所以磷酸二羟丙酮可以续分解，浓度不断降低，所以磷酸二羟丙酮可以不断转变成不断转变成3-3-磷酸甘油醛，并驱动磷酸甘油醛，并驱动1,6-1,6-二磷酸二磷酸果糖向裂解方向进行。果糖向裂解方向进行。13生物代谢医学宣教反应（5）两个磷酸丙糖在磷酸丙糖异构酶催化下可以互变。达到平13反应（反应（6 6）3-3-磷酸甘油醛在磷酸甘油醛脱氢酶催化下脱氢氧磷酸甘油醛在磷酸甘油醛脱氢酶催化下脱氢氧化生成化生成1,3-1,3-二磷酸甘油酸。此反应是在二磷酸甘油酸。此反应是在NADNAD+和磷和磷酸存在下进行的，酸存在下进行的，NADNAD+是脱氢反应的氢受体，磷是脱氢反应的氢受体，磷酸起分解硫酯键和形成新高能磷酸酯键作用。酸起分解硫酯键和形成新高能磷酸酯键作用。14生物代谢医学宣教反应（6）3-磷酸甘油醛在磷酸甘油醛脱氢酶催化下脱氢氧化生成14反应（反应（7 7）1,3-1,3-二磷酸甘油酸与二磷酸甘油酸与ADPADP作用生成作用生成3-3-磷酸磷酸甘油酸和甘油酸和ATPATP 15生物代谢医学宣教反应（7）1,3-二磷酸甘油酸与ADP作用生成3-磷酸甘油酸15反应（反应（8 8）3-3-磷酸甘油酸的变位反应，催化这一反磷酸甘油酸的变位反应，催化这一反应的酶是磷酸甘油酸变位酶，变位的产应的酶是磷酸甘油酸变位酶，变位的产物为物为2-2-磷酸甘油酸。磷酸甘油酸。16生物代谢医学宣教反应（8）3-磷酸甘油酸的变位反应，催化这一反应的酶是磷酸甘16反应（反应（9 9）2-2-磷酸甘油酸的烯醇化反应，此反应是烯醇化磷酸甘油酸的烯醇化反应，此反应是烯醇化酶催化的脱水反应，得到另一个高能磷酸酯类酶催化的脱水反应，得到另一个高能磷酸酯类化合物，即磷酸烯醇式丙酮酸。化合物，即磷酸烯醇式丙酮酸。17生物代谢医学宣教反应（9）2-磷酸甘油酸的烯醇化反应，此反应是烯醇化酶催化的17反应（反应（1010）在丙酮酸激酶的催化下，将磷酸烯醇式丙酮酸上在丙酮酸激酶的催化下，将磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酰键转移到的高能磷酰键转移到ADPADP上，形成上，形成ATPATP和烯醇式丙和烯醇式丙酮酸。此反应基本上是一个不可逆反应过程。烯酮酸。此反应基本上是一个不可逆反应过程。烯醇式丙酮酸在醇式丙酮酸在pH 7.0pH 7.0条件下，迅速重排成丙酮酸条件下，迅速重排成丙酮酸（非酶促反应过程）。（非酶促反应过程）。18生物代谢医学宣教反应（10）在丙酮酸激酶的催化下，将磷酸烯醇式丙酮酸上的高能18乙醇发酵乙醇发酵在酵母或其他微生物作用下，丙酮酸可转变成多在酵母或其他微生物作用下，丙酮酸可转变成多种有机化合物，是发酵法产生乙醇、乙酸、丙酮种有机化合物，是发酵法产生乙醇、乙酸、丙酮和丁酸的基本机制。称为生醇发酵。和丁酸的基本机制。称为生醇发酵。酵母中含有多种酶系，可以催化不同的反应过程。酵母中含有多种酶系，可以催化不同的反应过程。生醇发酵的化学反应中，从葡萄糖到丙酮酸这一生醇发酵的化学反应中，从葡萄糖到丙酮酸这一段反应与葡萄糖的酵解完全相同。段反应与葡萄糖的酵解完全相同。生成的丙酮酸在酵母催化下，脱羧产生乙醛，乙生成的丙酮酸在酵母催化下，脱羧产生乙醛，乙醛在醇脱氢酶催化下被醛在醇脱氢酶催化下被NADHNADH还原成乙醇。乙醇在还原成乙醇。乙醇在人体及动物体中可以氧化成乙醛，再转变成乙酰人体及动物体中可以氧化成乙醛，再转变成乙酰CoACoA进入三羧酸循环氧化。进入三羧酸循环氧化。19生物代谢医学宣教乙醇发酵在酵母或其他微生物作用下，丙酮酸可转变成多种有机化合19乳酸发酵乳酸发酵在无氧条件下，糖酵解产生的丙酮酸能够被在无氧条件下，糖酵解产生的丙酮酸能够被NADHNADH还原成乳酸。催化此反应的酶为乳酸脱氢酶。在还原成乳酸。催化此反应的酶为乳酸脱氢酶。在供氧不足时，人体的大多数组织都能通过糖酵解供氧不足时，人体的大多数组织都能通过糖酵解途径生成乳酸途径生成乳酸 20生物代谢医学宣教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202 2三羧酸循环三羧酸循环葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，在有葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，在有氧条件下，将进入三羧酸循环进行完全氧条件下，将进入三羧酸循环进行完全氧化，生成氧化，生成H H2 2O O 和和COCO2 2，并释放出大量能，并释放出大量能量。丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段：量。丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段：第一第一 阶段：丙酮酸的氧化脱羧（丙阶段：丙酮酸的氧化脱羧（丙酮酸酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A A，简写为乙酰，简写为乙酰CoACoA）第二阶段：三羧酸循环（乙酰第二阶段：三羧酸循环（乙酰CoA CoA H H2 2O O 和和COCO2 2，释放出能量），释放出能量）21生物代谢医学宣教2三羧酸循环葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，在有氧条件下，将21（1 1）丙酮酸的氧化脱羧）丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。此反应在真核细羧酸循环的中间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。胞的线粒体基质中进行。22生物代谢医学宣教（1）丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸22丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下，脱羧形丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下，脱羧形成乙酰成乙酰CoACoA。丙酮酸脱氢酶系是一个非常。丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系，主要包括：三种不同的复杂的多酶体系，主要包括：三种不同的酶（丙酮酸脱羧酶酶（丙酮酸脱羧酶E E1 1、二氢硫辛酸乙酰转、二氢硫辛酸乙酰转移酶移酶E E2 2和二氢硫辛酸脱氢酶和二氢硫辛酸脱氢酶E E3 3），和），和6 6种辅种辅因子（因子（TTPTTP、硫辛酸、硫辛酸、FADFAD、NADNAD+、CoACoA和和MgMg2+2+）。）。23生物代谢医学宣教丙酮酸脱氢酶系丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下，脱羧形成乙酰Co2324生物代谢医学宣教24生物代谢医学宣教24（2 2）三羧酸循环）三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧产物乙酰丙酮酸氧化脱羧产物乙酰CoACoA与草酰乙酸与草酰乙酸（三羧酸循环中与乙酰（三羧酸循环中与乙酰CoACoA结合点）结合结合点）结合生成柠檬酸进入循环。在循环过程中，生成柠檬酸进入循环。在循环过程中，乙酰乙酰CoACoA被氧化成被氧化成 H H2 2O O 和和COCO2 2，并释放出，并释放出大量能量。大量能量。25生物代谢医学宣教（2）三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧产物乙酰CoA与草酰乙酸（三羧25-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 -酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相似相似,即由即由-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶E E1 1、琥珀酰、琥珀酰转移酶转移酶E E2 2和二氢硫辛酸脱氢酶和二氢硫辛酸脱氢酶E E3 3，以及，以及6 6种辅因子种辅因子,TPP,TPP、硫辛酸、硫辛酸、FADFAD、NADNAD+、CoACoA和和MgMg2+2+组成，但是在酶的结构和功能组成，但是在酶的结构和功能上则有些差别。上则有些差别。26生物代谢医学宣教-酮戊二酸脱氢酶系-酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相26（1 1）柠檬酸合成酶）柠檬酸合成酶（2 2）顺乌头酸酶）顺乌头酸酶（3 3）异柠檬酸脱氢酶）异柠檬酸脱氢酶（4 4）-酮戊二酸脱酮戊二酸脱氢酶系氢酶系（5 5）琥珀酰）琥珀酰CoACoA合成合成酶酶（6 6）琥珀酸脱氢酶）琥珀酸脱氢酶（7 7）延胡索酸酶）延胡索酸酶（8 8）L-L-苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶27生物代谢医学宣教（1）柠檬酸合成酶27生物代谢医学宣教273 3葡萄糖分解代谢过程中能量的产生葡萄糖分解代谢过程中能量的产生葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式：直接产葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式：直接产生生ATPATP；生成高能分子；生成高能分子NADHNADH或或FADHFADH2 2，后者在线粒体呼吸链，后者在线粒体呼吸链氧化并产生氧化并产生ATPATP。糖酵解：糖酵解：1 1分子葡萄糖分子葡萄糖 2 2分子丙酮酸，共消耗了分子丙酮酸，共消耗了2 2个个ATPATP，产生了，产生了4 4 个个ATPATP，实际上净生成了，实际上净生成了2 2个个ATPATP，同时产生，同时产生2 2个个NADHNADH。（。（2 2）有氧分解（丙酮酸生成乙酰）有氧分解（丙酮酸生成乙酰CoACoA及三羧酸循及三羧酸循环）产生的环）产生的ATPATP、NADHNADH和和FADHFADH2 2丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰乙酰CoACoA，生成，生成1 1个个NADHNADH。三。三羧酸循环：乙酰羧酸循环：乙酰CoA CoA CO CO2 2和和H H2 2O O，产生一个，产生一个GTPGTP（即（即ATPATP）、）、3 3个个NADHNADH和和1 1个个FADHFADH2 2。28生物代谢医学宣教3葡萄糖分解代谢过程中能量的产生葡萄糖在分解代谢过程中产生28（3 3）葡萄糖分解代谢过程中产生的总能量）葡萄糖分解代谢过程中产生的总能量糖酵解、丙酮酸氧化脱羧及三羧酸循环生成的糖酵解、丙酮酸氧化脱羧及三羧酸循环生成的NADHNADH和和FADHFADH2 2，进入线粒体呼吸链氧化并生成，进入线粒体呼吸链氧化并生成ATPATP。线粒体呼吸。线粒体呼吸链是葡萄糖分解代谢产生链是葡萄糖分解代谢产生ATPATP的最主要途径。的最主要途径。葡萄糖分解代谢总反应式葡萄糖分解代谢总反应式C C6 6H H6 6O O6 6+6 H+6 H2 2O+10 NADO+10 NAD+2 FAD+4 ADP+4Pi +2 FAD+4 ADP+4Pi 6 CO 6 CO2 2+10 NADH+10 H+10 NADH+10 H+2 FADH+2 FADH2 2+4 ATP +4 ATP 按照一个按照一个NADHNADH能够产生能够产生3 3个个ATPATP，1 1个个FADHFADH2 2能够产生能够产生2 2个个ATPATP计算，计算，1 1分子葡萄糖在分解代谢过程中共产生分子葡萄糖在分解代谢过程中共产生3838个个ATPATP：4 ATP+4 ATP+（10 10 3 3）ATP+ATP+（2 2 2 2）ATP=38 ATPATP=38 ATP29生物代谢医学宣教（3）葡萄糖分解代谢过程中产生的总能量糖酵解、丙酮酸氧化脱羧29糖糖代代谢谢途途径径30生物代谢医学宣教糖代谢途径30生物代谢医学宣教30第二节、光合作用第二节、光合作用光合作用是糖合成代谢的主要途径。光合作用是糖合成代谢的主要途径。绿色植物、光合细菌或藻类等将光能转变成化学绿色植物、光合细菌或藻类等将光能转变成化学能的过程，即利用光能，由能的过程，即利用光能，由COCO2 2和和H H2 2O O合成糖类化合成糖类化合物并释放出氧气的过程，称为光合作用。合物并释放出氧气的过程，称为光合作用。光合作用的总反应式可表示如下：光合作用的总反应式可表示如下：31生物代谢医学宣教第二节、光合作用光合作用是糖合成代谢的主要途径。31生物代谢31一、叶绿体及光合色素一、叶绿体及光合色素叶绿体由外膜和内膜叶绿体由外膜和内膜组成，内外膜之间有组成，内外膜之间有间隙。膜内为基质，间隙。膜内为基质，包含有许多可溶性酶，包含有许多可溶性酶，是进行暗反应的场所。是进行暗反应的场所。基质内还分布着具有基质内还分布着具有膜结构特点的片层状膜结构特点的片层状类囊体。类囊体含有类囊体。类囊体含有大量可进行光反应的大量可进行光反应的光合色素。光合色素。1 1叶绿体叶绿体32生物代谢医学宣教一、叶绿体及光合色素叶绿体由外膜和内膜组成，内外膜之间有间隙322 2叶绿素叶绿素绿色植物叶绿体中接受绿色植物叶绿体中接受光能的主要组分是叶绿光能的主要组分是叶绿素，包括叶绿素素，包括叶绿素a a和叶和叶绿素绿素b b。其它的光合色。其它的光合色素是类胡萝卜素等。光素是类胡萝卜素等。光合细菌和藻类中还含有合细菌和藻类中还含有叶绿素叶绿素c c和藻胆色素等。和藻胆色素等。叶绿素是一类含镁的卟叶绿素是一类含镁的卟啉衍生物，带羧基的侧啉衍生物，带羧基的侧链与一个含有链与一个含有2020个碳的个碳的植醇形成酯。叶绿素植醇形成酯。叶绿素a a与与b b之间的差别在于吡之间的差别在于吡咯环上的一个基团不同。咯环上的一个基团不同。33生物代谢医学宣教2叶绿素绿色植物叶绿体中接受光能的主要组分是叶绿素，包括叶33光吸收光吸收叶绿素不溶于水，叶绿素不溶于水，能溶于有机溶剂。能溶于有机溶剂。叶绿素分子是一个叶绿素分子是一个大的共轭体系，在大的共轭体系，在可见光区有很强的可见光区有很强的吸收。不同的叶绿吸收。不同的叶绿素分子，它们的特素分子，它们的特征吸收也不相同：征吸收也不相同：叶绿素叶绿素a a为为680 nm,680 nm,叶绿素叶绿素b b为为460 nm460 nm。34生物代谢医学宣教光吸收叶绿素不溶于水，能溶于有机溶剂。叶绿素分子是一个大的共343 3类胡萝卜素类胡萝卜素类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素等。胡萝卜类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素等。胡萝卜素是一个含有素是一个含有1111个共轭双键的化合物，有多个个共轭双键的化合物，有多个异构体，常见的是异构体，常见的是-胡萝卜素。叶黄素是胡萝卜素。叶黄素是-胡胡萝卜素衍生的二元醇。萝卜素衍生的二元醇。35生物代谢医学宣教3类胡萝卜素类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素等。胡萝卜素是一35藻胆色素藻胆色素在藻青蛋白和藻红蛋白分子中含有藻胆在藻青蛋白和藻红蛋白分子中含有藻胆色素。色素。36生物代谢医学宣教藻胆色素在藻青蛋白和藻红蛋白分子中含有藻胆色素。36生物代谢36二二,光合作用机制光合作用机制绿色植物的光合作用由光反应绿色植物的光合作用由光反应和暗反应组成。和暗反应组成。光反应是光能转变成化学能的光反应是光能转变成化学能的反应反应,即植物的叶绿素吸收光即植物的叶绿素吸收光能进行光化学反应，使水分子能进行光化学反应，使水分子活化分裂出活化分裂出O O2 2、H H+和释放出电和释放出电子，并产生子，并产生NADPHNADPH和和ATPATP。即光即光合磷酸化反应和水的光氧化反合磷酸化反应和水的光氧化反应。应。暗反应为酶促反应，由光反应暗反应为酶促反应，由光反应产生的产生的NADPHNADPH在在ATPATP供给能量情供给能量情况下，使况下，使COCO2 2还原成简单糖类还原成简单糖类的反应。的反应。即二氧化碳的固定和即二氧化碳的固定和还原反应。还原反应。37生物代谢医学宣教二,光合作用机制绿色植物的光合作用由光反应和暗反应组成。37371 1 光反应光反应光反应过程使由叶绿素的两种光合系统，光反应过程使由叶绿素的两种光合系统，即光系统即光系统I(PS I)I(PS I)和光系统和光系统II(PS II)II(PS II)共同完成的。共同完成的。PS I PS I 和和PS IIPS II又被称为光反应中心。所又被称为光反应中心。所有放氧的光合细胞中，叶绿体的类囊体有放氧的光合细胞中，叶绿体的类囊体膜中都包含有膜中都包含有PS I PS I 和和PS IIPS II。（1 1）光反应系统）光反应系统38生物代谢医学宣教1 光反应光反应过程使由叶绿素的两种光合系统，即光系统I 38光光反反应应中中心心39生物代谢医学宣教光反应中心39生物代谢医学宣教3940生物代谢医学宣教40生物代谢医学宣教4041生物代谢医学宣教41生物代谢医学宣教41 光系统光系统II (PS II)II (PS II)PS IIPS II有一个能有一个能够捕获光能的够捕获光能的复合体复合体,是由是由大约大约200200个叶绿个叶绿素分子、素分子、5050个个类胡萝卜素分类胡萝卜素分子以及子以及1212条多条多肽链等组成的肽链等组成的跨膜复合物。跨膜复合物。光能首先被该光能首先被该系统的色素分系统的色素分子所吸收，所子所吸收，所以常称为天线以常称为天线色素。色素。42生物代谢医学宣教 光系统II (PS II)PS II有一个能够捕获光能42反应中心含有反应中心含有5050个叶个叶绿素绿素a a，以及质体醌，以及质体醌等电子供体和受体。等电子供体和受体。由天线色素吸收的光由天线色素吸收的光能以激发能形式转移能以激发能形式转移入反应中心，并产生入反应中心，并产生一种强氧化剂和一种一种强氧化剂和一种弱还原剂。由于反应弱还原剂。由于反应中心在波长中心在波长680 nm 680 nm 处有最大吸收，又称处有最大吸收，又称为为P P680680 (P (P指色素，指色素，680680是最大吸收波长是最大吸收波长nm)nm)。43生物代谢医学宣教反应中心含有50个叶绿素a，以及质体醌等电子供体和受体。由天43产生氧的复合体含有能促进水裂解的蛋白（含产生氧的复合体含有能促进水裂解的蛋白（含有有MnMn2+2+离子）等。反应中心产生的强氧化剂在离子）等。反应中心产生的强氧化剂在水裂解酶摧化下，将水裂解成氧和电子。这高水裂解酶摧化下，将水裂解成氧和电子。这高能电子是推动暗反应的动力。能电子是推动暗反应的动力。44生物代谢医学宣教产生氧的复合体含有能促进水裂解的蛋白（含有Mn2+离子）等。4445生物代谢医学宣教45生物代谢医学宣教45 光系统光系统I(PS I)I(PS I)PS IPS I是一个跨膜复是一个跨膜复合物，由合物，由1313条多肽条多肽链及链及200200个叶绿素、个叶绿素、5050个类胡萝卜素以个类胡萝卜素以及细胞色素及细胞色素f f、质、质体蓝素（简写为体蓝素（简写为PCPC）和铁氧还蛋白）和铁氧还蛋白（简写为（简写为FDFD）等组）等组成。成。PS I PS I 的反应的反应中心含有中心含有130130个叶个叶绿素绿素a a，它的最大，它的最大吸收波长为吸收波长为700 nm700 nm，所以又称为，所以又称为P P700700。46生物代谢医学宣教 光系统I(PS I)PS I是一个跨膜复合物，由13条46PS I PS I 在波长为在波长为700 nm700 nm的光照下被激活，产生的光照下被激活，产生一种强还原剂和一种弱氧化剂。强还原剂在铁一种强还原剂和一种弱氧化剂。强还原剂在铁氧还蛋白作用下，生成氧还蛋白作用下，生成NADPHNADPH，是暗反应的主，是暗反应的主要还原剂。要还原剂。PS IPS I产生的弱氧化剂和产生的弱氧化剂和PS IIPS II产生产生的弱还原剂作用与合成的弱还原剂作用与合成ATPATP。47生物代谢医学宣教PS I 在波长为700 nm的光照下被激活，产生一种强还原4748生物代谢医学宣教48生物代谢医学宣教48（2 2）光合链）光合链光反应中心的色素分子光反应中心的色素分子P P吸收一个光子，即形成吸收一个光子，即形成激发态激发态P*P*。激发态。激发态P*P*的电子具有很高的能量，的电子具有很高的能量，是良好的电子供体，因此是良好的电子供体，因此P*P*是一个强还原剂。是一个强还原剂。而失去了电子的而失去了电子的P P+，则是一个好的电子受体，则是一个好的电子受体，是一个强氧化剂。是一个强氧化剂。从从P*P*释放出来的高能电子将沿着类囊体膜中的释放出来的高能电子将沿着类囊体膜中的电子传递链传递。电子传递链传递。这一个过程相当复杂，涉及两个光反应系统。这一个过程相当复杂，涉及两个光反应系统。光合链反应过程可分为两个阶段。光合链反应过程可分为两个阶段。49生物代谢医学宣教（2）光合链光反应中心的色素分子P吸收一个光子，即形成激发态4950生物代谢医学宣教50生物代谢医学宣教50(3)(3)光合磷酸化光合磷酸化通过光激发导致电子传递与磷酸化作用相偶联通过光激发导致电子传递与磷酸化作用相偶联合成合成ATPATP的过程，称为光合磷酸化。按照光合的过程，称为光合磷酸化。按照光合链电子传递的方式，光合磷酸化可以分为两种链电子传递的方式，光合磷酸化可以分为两种形式。形式。51生物代谢医学宣教(3)光合磷酸化通过光激发导致电子传递与磷酸化作用相偶联合51非环式光合磷酸化非环式光合磷酸化在光照条件下，水分子光裂解产生的电子，经在光照条件下，水分子光裂解产生的电子，经P P680680将电子传递到将电子传递到NADPNADP+，电子流动经过两个光系，电子流动经过两个光系统，两次被激发成高能电子。电子传递过程中产统，两次被激发成高能电子。电子传递过程中产生的质子梯度，驱动生的质子梯度，驱动ATPATP合成，并生成合成，并生成NADPHNADPH。52生物代谢医学宣教非环式光合磷酸化在光照条件下，水分子光裂解产生的电子，经P652环式光合磷酸化环式光合磷酸化PS IPS I作用中心作用中心P P700700受光激发受光激发释放出的高能电子释放出的高能电子,在传在传递到铁氧还蛋白后，不再递到铁氧还蛋白后，不再继续向继续向NADPNADP+传递，而是将传递，而是将电子传回给细胞色素电子传回给细胞色素bfbf复复合物。然后细胞色素合物。然后细胞色素bfbf又又将电子通过质体蓝素传递将电子通过质体蓝素传递给给P P700700。电子在此循环流动。电子在此循环流动过程中，产生质子梯度，过程中，产生质子梯度，从而驱动从而驱动ATPATP的合成。所以的合成。所以这种形式的光合磷酸化称这种形式的光合磷酸化称为环式光合磷酸化。为环式光合磷酸化。环式光合磷酸化只涉及环式光合磷酸化只涉及PS PS I I，并且只生成，并且只生成ATPATP而无而无NADPHNADPH生成。这是当植物体生成。这是当植物体内需要内需要ATPATP时选择的电子传时选择的电子传递形式。递形式。53生物代谢医学宣教环式光合磷酸化PS I作用中心P700受光激发释放出的高能电532 2暗反应暗反应 暗反应是指由光反应产生的暗反应是指由光反应产生的NADPHNADPH在在ATPATP供给供给能量情况下，将能量情况下，将COCO2 2还原成糖的反应过程。这是还原成糖的反应过程。这是一个酶催化的反应过程，不需要光参加，所以一个酶催化的反应过程，不需要光参加，所以称为暗反应。称为暗反应。大多数植物的暗反应中，还原大多数植物的暗反应中，还原COCO2 2的第一个产物的第一个产物是三碳化合物（是三碳化合物（3-3-磷酸甘油酸），所以这种途磷酸甘油酸），所以这种途径称为径称为C C3 3途径。有些植物，如甘蔗和玉米等高途径。有些植物，如甘蔗和玉米等高产作物，其暗反应还原产作物，其暗反应还原COCO2 2的产物是四碳化合物的产物是四碳化合物（草酰乙酸等），所以称为（草酰乙酸等），所以称为C C4 4途径。途径。54生物代谢医学宣教2暗反应 暗反应是指由光反应产生的NADPH在ATP供给能54C C3 3途径途径C C3 3途径的反应以循环形式进行，又称为三途径的反应以循环形式进行，又称为三碳循环。以三碳循环进行合成代谢的植碳循环。以三碳循环进行合成代谢的植物被称为三碳植物。由于三碳循环是物被称为三碳植物。由于三碳循环是M.M.CalvinCalvin首先提出来的，所以也称为首先提出来的，所以也称为CalvinCalvin循环。循环。C C3 3途径可分为以下几个阶段途径可分为以下几个阶段55生物代谢医学宣教C3途径C3途径的反应以循环形式进行，又称为三碳循环。以三碳55生物代谢医学宣教培训ppt课件5657生物代谢医学宣教57生物代谢医学宣教57能量消耗能量消耗上述所有反应组成了一个循环上述所有反应组成了一个循环.每一个循环，每一个循环，1 1分分子的二磷酸核酮糖固定子的二磷酸核酮糖固定1 1分子分子COCO2 2，生成，生成1/61/6分子分子6-6-磷酸果糖，其中磷酸果糖，其中5/65/6分子的分子的6-6-磷酸果糖参与再磷酸果糖参与再循环，循环，1/61/6分子的分子的6-6-磷酸果糖则转变成葡萄糖。磷酸果糖则转变成葡萄糖。从从COCO2 2的固定到生成一分子葡萄糖共需的固定到生成一分子葡萄糖共需6 6个循环，个循环，总反应式是：总反应式是：6 CO6 CO2 2+12 H+12 H+18 ATP+12 NADPH+12 H+18 ATP+12 NADPH+12 H2 2O O C C6 6H H1212O O6 6+18 ADP+12 NADP+18 ADP+12 NADP+6 H+6 H+G G =476.8 kJ/mol=476.8 kJ/mol上式表明，在三碳循环中，每还原上式表明，在三碳循环中，每还原1 1分子分子COCO2 2需要需要消耗消耗3 3分子分子ATPATP和和2 2分子分子NADPHNADPH。58生物代谢医学宣教能量消耗上述所有反应组成了一个循环.每一个循环，1分子的二磷58第三节、脂类代谢第三节、脂类代谢脂类主要包括甘油三酯（脂肪）、磷脂和类固醇等。脂脂类主要包括甘油三酯（脂肪）、磷脂和类固醇等。脂类代谢是指在生物细胞内上述各类物质的生物合成和分类代谢是指在生物细胞内上述各类物质的生物合成和分解过程。脂类代谢对于生命活动具有重要意义。解过程。脂类代谢对于生命活动具有重要意义。（1 1）脂肪在动物体内和植物种子及果实中大量存储。脂）脂肪在动物体内和植物种子及果实中大量存储。脂肪在氧化时可以比其他能源物质提供更多的能量。每克肪在氧化时可以比其他能源物质提供更多的能量。每克脂肪氧化时可释放出脂肪氧化时可释放出38.9 kJ 38.9 kJ 的能量，每克糖和蛋白质的能量，每克糖和蛋白质氧化时释放的能量仅分别为氧化时释放的能量仅分别为17.2 kJ17.2 kJ和和23.4 kJ23.4 kJ。（2 2）许多类脂及其衍生物具有重要生理作用。脂类代谢）许多类脂及其衍生物具有重要生理作用。脂类代谢的中间产物是合成激素、胆酸和维生素等的基本原料，的中间产物是合成激素、胆酸和维生素等的基本原料，对维持机体的正常活动有重要影响作用。对维持机体的正常活动有重要影响作用。（3 3）人类的某些疾病如动脉粥样硬化、脂肪肝和酮尿症）人类的某些疾病如动脉粥样硬化、脂肪肝和酮尿症等都与脂类代谢紊乱有关。等都与脂类代谢紊乱有关。59生物代谢医学宣教第三节、脂类代谢脂类主要包括甘油三酯（脂肪）、磷脂和类固醇等59一、脂肪的分解代谢一、脂肪的分解代谢脂肪在脂肪酶催化下水解成甘油和脂肪酸，它们在生脂肪在脂肪酶催化下水解成甘油和脂肪酸，它们在生物体内将沿着不同途径进行代谢。物体内将沿着不同途径进行代谢。胰脂肪酶是一种非专一性水解酶，对脂肪酸碳链的长胰脂肪酶是一种非专一性水解酶，对脂肪酸碳链的长短及饱和度专一性不严格。但该酶具有较好的位置选短及饱和度专一性不严格。但该酶具有较好的位置选择性，即易于水解甘油酯的择性，即易于水解甘油酯的1 1位及位及3 3位的酯键，主要产位的酯键，主要产物为甘油单酯和脂肪酸。甘油单酯则被另一种甘油单物为甘油单酯和脂肪酸。甘油单酯则被另一种甘油单酯脂肪酶水解，得到甘油的脂肪酸。酯脂肪酶水解，得到甘油的脂肪酸。60生物代谢医学宣教一、脂肪的分解代谢脂肪在脂肪酶催化下水解成甘油和脂肪酸，它们601 1甘油的代谢甘油的代谢甘油经血液输送到肝甘油经血液输送到肝脏后，在脏后，在ATPATP存在下，存在下，由甘油激酶催化，转由甘油激酶催化，转变成变成-磷酸甘油。这磷酸甘油。这是一个不可逆反应过是一个不可逆反应过程。程。-磷酸甘油在脱磷酸甘油在脱氢酶（含辅酶氢酶（含辅酶NADNAD+）作用下，脱氢形成磷作用下，脱氢形成磷酸二羟丙酮。磷酸二酸二羟丙酮。磷酸二羟丙酮是糖酵解途径羟丙酮是糖酵解途径的一个中间产物，它的一个中间产物，它可以沿着糖酵解途径可以沿着糖酵解途径的逆过程合成葡萄糖的逆过程合成葡萄糖及糖原；也可以沿着及糖原；也可以沿着糖酵解正常途径形成糖酵解正常途径形成丙酮酸，再进入三羧丙酮酸，再进入三羧酸循环被完全氧化。酸循环被完全氧化。61生物代谢医学宣教1甘油的代谢甘油经血液输送到肝脏后，在ATP存在下，由甘油612 2脂肪酸的分解代谢脂肪酸的分解代谢脂肪酸的脂肪酸的-氧化作用是指脂肪酸在氧化分氧化作用是指脂肪酸在氧化分解时，碳链的断裂发生在脂肪酸的解时，碳链的断裂发生在脂肪酸的-位，位，即脂肪酸碳链的断裂方式是每次切除即脂肪酸碳链的断裂方式是每次切除2 2个个碳原子。脂肪酸的碳原子。脂肪酸的-氧化是含偶数碳原子氧化是含偶数碳原子或奇数碳原子饱和脂肪酸的主要分解方式。或奇数碳原子饱和脂肪酸的主要分解方式。脂肪酸的脂肪酸的-氧化在线粒体中进行，氧化在线粒体中进行，脂肪酸的脂肪酸的-氧化氧化62生物代谢医学宣教2脂肪酸的分解代谢脂肪酸的-氧化作用是指脂肪酸在氧化分解62 脂肪酸的活化脂肪酸的活化脂肪酸进入细胞后，首先在线粒体外或胞浆中被活化，形脂肪酸进入细胞后，首先在线粒体外或胞浆中被活化，形成脂酰成脂酰CoACoA，然后进入线粒体进行氧化。，然后进入线粒体进行氧化。在脂酰在脂酰CoACoA合成酶催化下，由合成酶催化下，由ATPATP提供能量，将脂肪酸转变提供能量，将脂肪酸转变成脂酰成脂酰CoACoA：63生物代谢医学宣教 脂肪酸的活化脂肪酸进入细胞后，首先在线粒体外或胞浆中被活63 脂酰脂酰CoACoA转运入线粒体转运入线粒体脂酰脂酰CoACoA需要借助一种需要借助一种特殊的载体肉毒碱特殊的载体肉毒碱(3-(3-羟基羟基-4-4-三甲氨基丁酸三甲氨基丁酸)才能转运到线粒体内。才能转运到线粒体内。脂酰脂酰CoACoA在肉毒碱脂酰在肉毒碱脂酰转移酶催化下，与肉毒转移酶催化下，与肉毒碱反应，生长脂酰肉毒碱反应，生长脂酰肉毒碱，然后通过线粒体内碱，然后通过线粒体内膜。脂酰肉毒碱在线粒膜。脂酰肉毒碱在线粒体内膜的移位酶帮助下体内膜的移位酶帮助下穿过内膜，并与线粒体穿过内膜，并与线粒体基质中的基质中的CoACoA作用，重作用，重新生成脂酰新生成脂酰CoA,CoA,释放释放出肉毒碱。肉毒碱再在出肉毒碱。肉毒碱再在移位酶帮助下，回到线移位酶帮助下，回到线粒体外的细胞质中。粒体外的细胞质中。64生物代谢医学宣教 脂酰CoA转运入线粒体脂酰CoA需要借助一种特殊的载体64 -氧化的反应过程氧化的反应过程脂酰脂酰CoACoA在线粒体的基质中进行氧化分解。在线粒体的基质中进行氧化分解。每进行一次每进行一次-氧化，需要经过脱氢、水氧化，需要经过脱氢、水化、再脱氢和硫解四步反应，同时释放化、再脱氢和硫解四步反应，同时释放出出1 1分子乙酰分子乙酰CoACoA。反应产物是比原来的。反应产物是比原来的脂酰脂酰CoACoA减少了减少了2 2个碳的新的脂酰个碳的新的脂酰CoACoA。如。如此反复进行，直至脂酰此反复进行，直至脂酰CoACoA全部变成乙酰全部变成乙酰CoACoA。65生物代谢医学宣教-氧化的反应过程脂酰CoA在线粒体的基质中进行氧化分解6566生物代谢医学宣教66生物代谢医学宣教66脱氢脱氢脂酰脂酰CoACoA在脂酰在脂酰CoACoA脱氢酶的催化下，在脱氢酶的催化下，在-和和-碳原子上各脱去一个氢原子，生碳原子上各脱去一个氢原子，生成反式成反式,-烯脂酰烯脂酰CoACoA，氢受体是，氢受体是FADFAD。67生物代谢医学宣教脱氢脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶的催化下，在-和-碳原子67水化水化在烯脂酰在烯脂酰CoACoA水合酶催化下，水合酶催化下，,-烯脂酰烯脂酰CoACoA水化，生成水化，生成L(+)-L(+)-羟脂酰羟脂酰CoACoA。68生物代谢医学宣教水化在烯脂酰CoA水合酶催化下，,-烯脂酰CoA水化，生68再脱氢再脱氢-羟脂酰羟脂酰CoACoA在脱氢酶催化下，脱氢生成在脱氢酶催化下，脱氢生成-酮脂酰酮脂酰CoACoA。反应的氢受体为。反应的氢受体为NADNAD+。此。此脱氢酶具有立体专一性，只催化脱氢酶具有立体专一性，只催化L(+)-L(+)-羟脂酰羟脂酰CoACoA的脱氢。的脱氢。69生物代谢医学宣教再脱氢-羟脂酰CoA在脱氢酶催化下，脱氢生成-酮脂酰Co69硫解硫解在在-酮脂酰酮脂酰CoACoA硫解酶催化下，硫解酶催化下，-酮脂酰酮脂酰CoACoA与与CoACoA作用，作用，生成生成1 1分子乙酰分子乙酰CoACoA和和1 1分子比原来少两个碳原子的脂酰分子比原来少两个碳原子的脂酰CoACoA。少了两个碳原子的脂酰。少了两个碳原子的脂酰CoA CoA，可以重复上述反应过，可以重复上述反应过程，一直到完全分解成乙酰程，一直到完全分解成乙酰CoACoA。脂肪酸通过。脂肪酸通过-氧化生成氧化生成的乙酰的乙酰CoACoA，一部分用来合成新的脂肪酸和其它生物分子，一部分用来合成新的脂肪酸和其它生物分子，大部分则进入三羧酸循环完全氧化。大部分则进入三羧酸循环完全氧化。70生物代谢医学宣教硫解在-酮脂酰CoA硫解酶催化下，-酮脂酰CoA与CoA70 脂肪酸脂肪酸-氧化产生的能量氧化产生的能量脂肪酸的完全氧化可以产生大量的能量。例如软脂酸（含脂肪酸的完全氧化可以产生大量的能量。例如软脂酸（含1616碳）经过碳）经过7 7次次-氧化，可以生成氧化，可以生成8 8个乙酰个乙酰CoACoA，每一次，每一次-氧氧化，还将生成化，还将生成1 1分子分子FADHFADH2 2和和1 1分子分子NADHNADH。软脂酸完全氧化的。软脂酸完全氧化的反应式为：反应式为：C C1616H H3131COSCoA+7 CoA-SH+7 FAD+NADCOSCoA+7 CoA-SH+7 FAD+NAD+7 H+7 H2 2O O 8 CH8 CH3 3COSCoA+7 FADHCOSCoA+7 FADH2 2+7 NADH+7 H+7 NADH+7 H+按照一个按照一个NADHNADH产生产生3 3个个ATPATP，1 1个个FADHFADH2 2产生产生2 2个个ATP,1ATP,1个乙酰个乙酰CoACoA完全氧化产生完全氧化产生1212个个ATPATP计算，计算，1 1分子软脂酰分子软脂酰CoACoA在分解代在分解代谢过程中共产生谢过程中共产生131131个个ATPATP。由于软脂酸转化成软脂酰由于软脂酸转化成软脂酰CoACoA时消耗了时消耗了1 1分子分子ATPATP中的两个高中的两个高能磷酸键的能量（能磷酸键的能量（ATPATP分解为分解为AMP,AMP,可视为消耗了可视为消耗了2 2个个ATPATP），），因此，因此，1 1分子软脂酸完全氧化净生成分子软脂酸完全氧化净生成 131 131 2=129 2=129 个个ATPATP。71生物代谢医学宣教 脂肪酸-氧化产生的能量脂肪酸的完全氧化可以产生大量的能71脂肪酸的其它氧化方式脂肪酸的其它氧化方式-氧化：在动物体中，氧化：在动物体中，C C10 10 或或C C1111脂肪酸的碳链脂肪酸的碳链末端碳原子（末端碳原子（-碳原子）可以先被氧化，形成碳原子）可以先被氧化，形成二羧酸。二羧酸进入线粒体内后，可以从分子二羧酸。二羧酸进入线粒体内后，可以从分子的任何一端进行的任何一端进行-氧化，最后生成的琥珀酰氧化，最后生成的琥珀酰CoACoA可直接进入三羧酸循环。可直接进入三羧酸循环。-氧化：在植物种子萌发时，脂肪酸的氧化：在植物种子萌发时，脂肪酸的-碳被碳被氧化成羟基，生成氧化成羟基，生成-羟基酸。羟基酸。-羟基酸可进一羟基酸可进一步脱羧、氧化转变成少一个碳原子的脂肪酸。步脱羧、氧化转变成少一个碳原子的脂肪酸。上述反应由单氧化酶催化，需要有上述反应由单氧化酶催化，需要有O O2 2、FeFe2+2+和和抗坏血酸等参加。抗坏血酸等参加。72生物代谢医学宣教脂肪酸的其它氧化方式-氧化：在动物体中，C10 或C11脂7273生物代谢医学宣教73生物代谢医学宣教73