物质代谢及其调节

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第二,篇 物质代谢及其调节,1,新陈代谢概述,提问,：,什么是新陈代谢？,新的来，旧的去,花开花落、四季轮回、,“,长江后浪推前浪，一代新人换旧人,”,生化定义,泛指生物与周围环境进行物质与能量交换的过程。,是生物体,物质代谢,与,能量代谢,的有机,统一,。,2,合成,代谢,（,同,化作用）,分解,代谢,（,异,化作用）,生物体的新陈代谢,1.1,物质代谢与能量代谢的统一,生物小分子合成生物大分子,需要能量,释放能量,生物大分子分解为生物小分子,能量代谢,物质,代谢,二者相辅相成，研究物质代谢就是研究能量代谢,3,1.2 新陈代谢的共性,生物虽然形貌各异，习性万千，但体内的新陈代谢却有着许多相同之处。,提问：为什么具有许多相同之处呢？,共同的祖先！,A,.,代谢,途径相似,大同,各类生物的物质的代谢途径十分相似,小异,也有偏向,低等的厌氧生物尚没有发展出好氧代谢途径，而高等生物包括好氧细菌都发展出了,更为高效的好氧代谢,，但同时保存了厌氧代谢途径。,4,B,. 反应,步骤繁多,，具有严格的,顺序性,；,C,. 与环境相适应，,自动调节；,通过,酶活性调节,来进行调节。,5,重点掌握内容,1.,各类物质代谢的,基本反应途径、,关键酶,、主要调节环节、重要生理意义,。,2.,各类物质代谢的,相互联系,3.,代谢异常与疾病的关系,6,第四章 糖代谢,7,第一节 概述第二节 糖的无氧分解第三节 糖的有氧氧化第四节 磷酸戊糖途径第五节 糖原的合成与分解第六节 糖异生第七节 血糖及其调节,8,第一节 概述,一.糖的主要生理功用：,氧化供能,：,2840kJ（679kcal）/1mol,供应人体所需能量的,50%70%,二.糖的消化吸收,三.糖代谢的概况,9,糖代谢总图,磷酸戊糖途径,储存性糖类,（糖原、淀粉等）,葡糖-6-磷酸,甘露糖,葡萄糖,果糖,磷酸丙糖,丙酮酸,乳酸、乙醇,乙酰辅酶A,ATP,CO,2,+H,2,O,三羧酸循环,乙醛酸循环,戊糖磷酸,核糖,CO,2,+H,2,O,各种脂类,其他生糖物质,生糖氨基酸,酵解,发酵,糖异生,重点,10,A.总论,丙酮酸,葡萄糖,“糖酵解”,不需氧,“磷酸戊糖途径”,需氧,有氧情况,缺氧情况,好氧生物,厌氧生物,“三羧酸循环”,“乙醛酸循环”,CO,2,+,H,2,O,“乳酸发酵”,乳酸,“乳酸发酵”、“乙醇发酵”,乳酸或乙醇,CO,2,+,H,2,O,重点,11,第二节 糖的无氧分解（,糖酵解,Glycolysis),定义：,在缺氧的情况下,葡萄糖,分解产生,乳酸,，并伴随ATP生成的过程。,位置：,细胞质,细胞质,G,2丙酮酸 + 2NADH + 2ATP,丙酮酸,12,1,13,2,Pi,14,P,3,P,P,O,O,H,O,H,C,H,2,C,H,2,O,O,1,2,5,4,6,P,磷酸二羟丙酮,1,2,3,+,P,异构,6-磷酸果糖,P,5,6,4,磷酸甘油醛,P,P,1，3-二磷酸甘油酸,P,C,O,H,C,O,H,H,2,C,O,O,H,3-磷酸甘油酸,P,2-磷酸甘油酸,P,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,6-磷酸葡萄糖,P,G,葡萄糖,活化,裂解,脱氢,异构,P,P,1，6-二磷酸果糖,活化,产能,脱水,异构,产能,H,H,OH,15,磷酸烯醇 式丙酮酸,丙酮酸,丙酮酸激酶,ADP,ATP,共,三,步不可逆反应！,反应总体不能全部逆转,。,产能步骤：,3-磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,16,提问,：,为什么中间分子都带磷酸基团？,答案：,1,. 传递能量；,2,. 不能由生物膜渗漏出细胞。,2,(),+,2,(),-,1,(),-,1,(),=,2ATP,G为起始物,胞内多糖为起始物,2,(),+,2,(),-,1,(),=,3ATP,有氧情况,缺氧情况,“三羧酸循环”,“乙醛酸循环”,CO,2,+,H,2,O,“乳酸发酵”、“乙醇发酵”,乳酸或乙醇,丙酮酸,其他单糖通过转化为糖酵解中间产物形式进入糖酵解。,17,2.,无氧发酵 （Fermentation),乙醇发酵,丙酮酸脱羧酶,+ TPP,乙醇脱氢酶,乙醇,18,乳酸发酵,提问,：发酵不产生能量，其生物意义何在呢？,答案：,消耗糖酵解脱下的,H,，,保持细胞内的,pH,稳定,。,19,很,低,很,高,葡萄糖,2,乳酸,+ 2ATP,糖原,（葡萄糖）,2,乳酸,+ 3ATP,G,o,=, 47Kcal/mol,G,o,=, 44Kcal/mol,每生成,1ATP,固定了,7.3Kcal/mol,能量,葡萄糖 获能效率,2,7.3/47 =,31%,糖原 获能效率,3,7.3/44 =,49.7%,但,葡萄糖,CO,2,H,2,O,G,o,=, 686Kcal/mol,葡萄糖 获能效率,27.3/686 =,2.1%,糖原 获能效率,37.3/686 =,3.1%,糖酵解,+,糖发酵,产能效率,20,二 糖酵解的调节,(一)6-磷酸果糖激酶-1,它是糖酵解途径最重要的限速酶。主要受各种变构剂的调节。,抑制剂:,ATP,和,柠檬酸,激活剂：AMP、ADP、1,6-双磷酸果糖,2,6-双磷酸果糖,21,22,(二)丙酮酸激酶,受,变构调节,和,共价修饰调节,激活剂:,1,6-双磷酸果糖,抑制剂:,ATP;丙氨酸,(肝脏内),磷酸化,被抑制或失活,去磷酸化,激活,23,(三)葡萄糖激酶或己糖激酶,二者是,同工酶,葡萄糖激酶存在于,肝脏,它对葡萄糖的亲和力低,己糖激酶:受,6-磷酸葡萄糖,的变构抑制,葡萄糖激酶:受,长链脂酰辅酶A,的抑制;,胰岛素,可以诱导其合成,.,24,三 糖酵解的生理意义,主要意义就是在机体氧气供应不足时迅速提供能量,尤其是对肌肉的收缩更为重要.,它是红细胞唯一的能量来源,神经、白细胞、骨髓等代谢活跃组织在养供充足时也通过酵解供应部分能量,25,三羧酸循环（Citric Acid Cycle),在,好氧真核生物线粒体基质,中或,好氧原核生物细胞质,中，酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢，彻底氧化为CO,2,、H,2,O并产生ATP的过程。,第三节,糖的有氧氧化 (,Aerobic oxidation),原核细胞,细胞质,真核生物,线粒体,基质,（线粒体）,26,线粒体膜,第三个碳以CO,2,形式失去,四碳二羧酸,第二个碳以CO,2,形式失去,三羧酸,？,循环,？,五碳二羧酸,每个分子具有4个碳的草酰乙酸库（,基质中,）,丙酮酸,每个分子具有3个碳的丙酮酸库（,基质中,）,六碳三羧酸,三种羧酸！,草酰乙酸打循环！,第一个碳以CO,2,形式失去,重新加入到草酰乙酸库,27,(4)(7)(8)(10),C,H,3,C,O,C,O,O,H,N,A,D,+,N,A,D,H,+,H,+,C,o,A,S,H,C,O,2,C,H,3,C,O,S,C,o,A,O,C,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,C,(,O,H,),C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,C,O,O,H,C,H,(,O,H,),C,O,O,H,N,A,D,(,P,),N,A,D,(,P,),H,+,H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,C,O,O,H,C,O,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,C,O,O,H,N,A,D,H,+,H,N,A,D,N,A,D,H,+,H,+,+,C,O,S,C,o,A,C,H,2,C,H,2,C,O,O,H,G,D,P,+,P,i,G,T,P,C,o,A,S,H,H,2,O,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,F,A,D,H,2,F,A,D,C,H,C,O,O,H,C,H,C,O,O,H,H,O,C,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,H,+,N,A,D,+,C,O,2,+,+,C,o,A,S,H,H,2,O,C,o,A,S,H,C,O,2,丙酮酸,乙酰 CoA,(2),(,1,),(7),(8),(9),(10),(5),(,6,),(3),(4),柠檬酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,琥珀酰 CoA,琥珀酸,延胡索酸,L-苹果酸,草酰乙酸,H O,2,(1),丙酮酸,脱氢酶,复合体,(2),柠檬酸合成酶,(3),顺乌头酸酶,(4)(5),异柠檬酸,脱氢酶,(6),-酮戊二酸,脱氢酶,复合体,(7),琥珀酰CoA合成酶,(8),琥珀酸,脱氢酶,(9),延胡索酸酶,(10),L-苹果酸,脱氢酶,三羧酸循环,产能步骤,2,NAD(P)H,1,FADH,2,1,GTP,(,1,)(,6,)-,产能,脱碳,2,NADH,+,2,CO,2,(5)-,脱碳,-,1,CO,2,3,步,不可逆反应,28,.丙酮酸脱氢酶复合体,E,2,E,3,E,1,三种酶,60,条肽链形成的复合体,乙酰二氢硫辛酸,硫辛酸乙酰转移酶,硫辛酸,二氢硫辛酸,丙酮酸脱羧酶,二氢硫辛酸脱氢酶,丙酮酸,乙酰CoA,E,1,E,3,E,2,E,2,29,.总反应方程式,+,4NAD(P),+,+,FAD,+,GDP,+,Pi,+,3H,2,O,3CO,2,+,4NAD(P)H,+,4H,+,+,FADH,2,+,GTP,4NAD(P)H,+,4H,+,12ATP 4H,2,O,FADH,2,2ATP 1H,2,O,ADP ATP,-,3H,2,O,GTP GDP,1ATP 1H,2,O,15ATP,2H,2,O,氧化磷酸化作用,O,2,30,31,.,糖酵解,+,三羧酸循环,的效率,糖酵解,1G,2ATP,+,2NADH+2H,+,+,2,丙酮酸,=,2+23,=,8,ATP,三羧酸循环,2,丙酮酸,30,ATP+6CO,2,+4H,2,O,38ATP,储能效率,=38 7.3/686=,42%,比世界上任何一部热机的效率都高！,提问,：其余能量何处去？,答案,：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。,32,.生物意义,三羧酸循环,是各种好氧生物体内,最主要的产能途径,！,也是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径,！,三羧酸循环,焚烧炉,中间酸是合成其他化合物的碳骨架,百宝库,。,例如,草酰乙酸,天冬氨酸、天冬酰胺等等,-,酮戊二酸,谷氨酸,其他氨基酸,琥珀酰,CoA,血红素,既是“焚烧炉又是百宝库”,33,三 有氧氧化的调节,一丙酮酸脱氢酶复合体的调节,有,变构调节,和,共价修饰,两种方式,34,35,四 巴斯德效应,有氧氧化抑制无氧氧化的现象。,这是法国科学家,Pastuer,发现的，故称为巴斯德效应。,主要原因是：在氧供应充足时，胞浆中产生的NADH进入线粒体，使丙酮酸不能还原成乳酸,36,第四节,磷酸戊糖途径（磷酸己糖,支路）,NADPH,2,CO,磷酸戊糖途径,细胞质中,磷酸戊糖,磷酸戊糖为,代表性中间产物,。,支路,糖酵解在磷酸己糖处,分生出的新途径,。,37,A.过程,5,-磷酸,核糖,5,-磷酸,木酮糖,6-磷酸葡萄糖,糖酵解,6-磷酸葡萄糖,酸,NADP,+,NADPH+H,+,5-磷酸核酮糖,NADP,+,NADPH+H,+,CO,2,7,-磷酸,景天酮糖,3,-磷酸,甘油醛,6,-磷,酸果糖,4,-磷酸,赤藓糖,3,-磷酸,甘油醛,氧化阶段,(脱碳产能),非氧化阶段,(重组),2,NADPH,生物氧化O,2,6,ATP + 2H,2,O,6,(6-磷酸葡萄糖)+,6,O,2,6,(5-磷酸核酮糖)+,6,CO,2,+,6,H,2,O+,36,ATP,葡萄糖+O,2,6CO,2,+6H,2,O+,30,ATP,(66-6(活化),5,(,6-磷酸葡萄糖,),38,B.生物意义,（一）,磷酸核糖用于DNA、RNA的合成；,（二）,NADPH,作为供氢体参与反应,1.,为多种物质的合成提供,H,2.,参与体内羟化 反应,3.,维持谷胱甘肽的还原状态,（三）各种单糖用于合成各类多糖；,39,第五节 糖原的合成与分解,糖的分解、合成,3.1多糖和低聚糖的酶促降解,A.胞外降解,细胞外,多糖和低聚糖,胞外,水解,酶,（淀粉酶、寡糖酶）,B.胞内降解,细胞内储备的,糖原或淀粉,磷酸化,酶,活化、水解,转移,酶,脱枝,酶,断支链,磷酸化,酶,活化、水解,单糖,主要是葡萄糖,40,糖原的形成,41,42,去分枝酶,+,H,3,PO,4,1,G-1-P,糖原核心,磷酸化酶,+,H,3,PO,4,G-1-P,去单糖降解,转移酶,糖原核心,43,7,7,磷酸化酶(别构酶),ATP抑制-AMP激活,+,H,3,PO,4,例,肝糖元的分解,葡萄糖,1，4,糖苷键,葡萄糖,1，6,糖苷键,糖原核心,糖原核心,G-1-P,+,44,三 糖原合成与分解的调节,(一)磷酸化酶:,主要是,共价修饰调节,;也可以被葡萄糖,变构抑制,(二)糖原合酶:接受,共价修饰调节,45,糖酵解,7,步可逆步骤,+,3,特异反应,第六节,糖异生,A.,植物的光合作用,在植物叶绿体中，在光能驱动下,CO,2,与,H,2,O,合成葡萄糖，放出氧气的过程。,B.,动物的糖异生,异生,非糖,物质,合成,糖原。,部位：,肝脏,a.,过程,46,第,1,步,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,提问,：如何进行？,答案：,提供更多的活化能量。,47,草酰,乙酸,丙酮酸,丙酮酸羧化酶,CO,2,ATP,ADP+Pi,GTP,GDP,CO,2,烯醇丙酮酸磷酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸,提问,：,这里,CO,2,的作用是什么？,能量载体,合成的,草酰乙酸新,COOH,中储存了ATP水解的键能，脱碳时损失的键能相对较少，总体自由能上升。,48,磷酸烯醇式丙酮酸逆行至,1,，,6-,二磷酸果糖,第,2,步,提问：,如何进行？,水解酶催化,P,6-磷酸果糖,P,P,1，6-二磷酸果糖,答案：,在,水解,酶作用下水解。,第,3,步,49,提问：,哪些物质可以通过糖异生途径形成糖元？,答案：,凡能转变成糖代谢中间产物的物质,。,乳酸,回炉再造解毒、节能,饥饿状态下,氨基酸、甘油,维持血糖浓度,50,提问：,其他多糖是如何产生的？,答案：,由,磷酸戊糖途径提供各种单糖,，由类似糖元合成途径合成。,51,二 糖异生的调节,通过两个底物循环进行,52,三 糖异生的意义,(一)维持血糖浓度,(二)补充肝血糖,(三)调节酸碱平衡,53,四 乳酸循环,54,第七节 血糖极其调节,一血糖的来源和去路,血糖专指血液中的葡萄糖,血糖水平相当的稳定,维持在3.896.11mmol/L,55,二 血糖水平的调节,(一)胰岛素:唯一降低血糖的激素,1:促进组织摄取,2:增强磷酸二酯酶活性,3:激活丙酮酸脱氢酶,4:抑制肝内糖异生,5:抑制脂肪组织中的激素敏感性脂肪,酶,56,二 胰高血糖素,1 通过cAMP使,磷酸化酶,磷酸化而激活,2 抑制,6-磷酸果糖激酶-2,活性,3 促进,磷酸稀醇式丙酮酸羧激酶,的合成,4 加速,脂肪动员,57,糖皮质激素,1 促进肌肉蛋白质分解,促进糖异生,2 抑制肝外组织摄取葡萄糖,肾上腺素,激活磷酸化酶,促进糖原分解,主要在应急状态下发挥作用,58,三 血糖代谢异常,一高血糖及糖尿症,一般将血糖高于,7.227.78mmol/L,称为高血糖.,当血糖浓度超过,8.8910.00mmol/L,时可出现糖尿,此值称为,肾糖阈,.,如果空腹血糖及糖耐量曲线均高于正常,常见于,糖尿病,59,低血糖,空腹血糖浓度低于,3.333.89mmol/L,时称为低血糖.,常见原因:,1 胰性:胰岛素增多;胰高血糖素减少,2 肝性:肝癌等,3 内分泌异常:垂体或肾上腺皮质功能低下,4 肿瘤(胃癌等),5 饥饿或不能进食者等,60,