第六章物質代謝總論

1、第六章第六章 物質代謝總論物質代謝總論 物質代謝是指生物體或細胞與環(huán)境之間不斷進物質代謝是指生物體或細胞與環(huán)境之間不斷進行的物質交換。行的物質交換。物質代謝是正常生命的活動的保證。物質代謝紊亂則是物質代謝是正常生命的活動的保證。物質代謝紊亂則是一些疾病的重要原因。一些疾病的重要原因。各種代謝狀態(tài)紊亂各不相同。糖代謝紊亂引起糖尿病，各種代謝狀態(tài)紊亂各不相同。糖代謝紊亂引起糖尿病，脂代謝紊亂引起高脂血癥，尿酸代謝紊亂引起痛風等等。電脂代謝紊亂引起高脂血癥，尿酸代謝紊亂引起痛風等等。電解質也會出現(xiàn)代謝紊亂，引起相應的紊亂狀態(tài)，如高鉀、低解質也會出現(xiàn)代謝紊亂，引起相應的紊亂狀態(tài)，如高鉀、低鉀血癥等。鉀

2、血癥等。物質代謝始終伴隨著能量代謝，遵循質能量守恒。物質代謝始終伴隨著能量代謝，遵循質能量守恒。第一節(jié) 物質代謝的共同特點1.整體性2.區(qū)域定位性3.酶的參與性4.方向性（不可逆反應體現(xiàn)其方向性）5.共用性 （注：NADPH 是一種輔酶，叫還原型輔酶，學名還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,曾經被稱為三磷酸吡啶核苷酸）6.調節(jié)性組織器官特異性組織器官特異性亞細胞的區(qū)域特定性亞細胞的區(qū)域特定性第二節(jié) 物質代謝的調節(jié)一、細胞水平的調節(jié) 實質：酶的調節(jié) 關鍵酶與限速酶：決定整個代謝途徑的總速率的有活性的酶，其中活性最低的為限速酶。限速酶特點： 活性低、催化的反應往往為不可逆反應、其活性受到多種物質調節(jié)（

3、一）變構調節(jié) 變構調節(jié)是指某些小分子化合物與某些代謝途徑的關鍵酶或限速酶的調節(jié)部位特異結合，引起酶蛋白分子的構象改變從而使相應的酶活性改變的現(xiàn)象。變構抑制劑變構激活劑變構劑變構酶能發(fā)生變構效應的酶能發(fā)生變構效應的酶引起酶變構效應的小分子化合物引起酶變構效應的小分子化合物使變構酶活性增強的變構劑使變構酶活性增強的變構劑使變構酶活性減弱的變構劑使變構酶活性減弱的變構劑第二節(jié) 物質代謝的調節(jié)一、細胞水平的調節(jié)（二）酶的共價修飾調節(jié) 共價修飾調節(jié)是指被調節(jié)酶的酶蛋白肽鏈的氨基酸殘基側鏈末端的化學基團在另一酶的催化下通過共價鍵與某些化學基團結合而調節(jié)該酶活性的現(xiàn)象，又稱酶的化學修飾調節(jié)，簡稱，酶的化學修

4、飾。 結合的化學基團：磷酸基、甲基、乙?；?被修飾基團：羥基（具有羥基側鏈的氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸） 化學修飾方式：磷酸化與去磷酸化 磷酸基團提供：ATP (三磷酸腺苷)共價修飾調節(jié)的特點共價修飾調節(jié)的特點共價變化兩種形式互變經濟高效準確第二節(jié) 物質代謝的調節(jié)第二節(jié) 物質代謝的調節(jié)一、細胞水平的調節(jié)（三）酶含量的調節(jié) 1、酶蛋白合成的調節(jié) （包括誘導和阻遏） 2、酶蛋白的降解 通過酶分子的降解速度調節(jié)細胞內酶含量 途徑誘導劑：增加酶合成量的物質誘導劑：增加酶合成量的物質阻遏劑：減少酶合成量的物質阻遏劑：減少酶合成量的物質溶酶體內釋放的蛋白水解酶降解蛋白質溶酶體內釋放的蛋白水解酶降解蛋白

5、質蛋白酶體蛋白酶體泛素系統(tǒng)泛素系統(tǒng)第二節(jié) 物質代謝的調節(jié)二、激素水平的調節(jié) 激素：由內分泌細胞或腺體產生，通過血液運輸?shù)教囟ǖ陌屑毎鴤鬟f信息。 激素的作用的特點：極低的濃度（10-8mmol/L）即可發(fā)揮強烈的生物學效應。較高的組織特異性和效應特異性第二節(jié) 物質代謝的調節(jié)二、激素水平的調節(jié) 根據(jù)激素受體在細胞的定位將激素的作用機制分為兩類1、通過細胞膜受體的調節(jié)作用 細胞膜受體是存在于細胞膜表面上的跨膜糖蛋白，膜外部可結合激素，跨膜部具脂溶性，膜內部連接催化第二信使生成的蛋白和酶。包括（胰島素，腎上腺素，生長素，促性腺激素，促甲狀腺素等） 此類激素具有親水性，難以通過細胞膜。 如圖，69頁

6、第二節(jié) 物質代謝的調節(jié)二、激素水平的調節(jié) 2、通過細胞內受體的調節(jié)作用 細胞內受體分為核內受體和胞漿內受體 與細胞內受體結合的激素具有脂溶性，包括類固醇激素，甲狀腺激素等 一般認為雄激素，孕激素，雌激素，甲狀腺激素的受體位于細胞核內 糖皮質激素的受體位于胞漿內如圖：70頁 第二節(jié) 物質代謝的調節(jié)三、整體水平的調節(jié) 整體水平的調節(jié)是指機體通過神經-體液途徑對各組織的物質代謝進行調節(jié)，以適應內外環(huán)境的變化，維持正常的生命活動。現(xiàn)以應激和饑餓為例 （一）應激 應激是指機體受到創(chuàng)傷、劇痛、情緒激動、出血、缺氧、中毒、感染、緊張等強烈刺激時引起的機體的緊張狀態(tài)。 表現(xiàn)：呼吸加快，加深，心跳加速，心肌收縮

7、力加強，心輸出量增加，等 代謝方面表現(xiàn)為代謝方面表現(xiàn)為代謝方面表現(xiàn)為血糖升高脂肪動員增加蛋白質分解加強因此，應激時三大營養(yǎng)物質代謝的特點是：因此，應激時三大營養(yǎng)物質代謝的特點是：分解代謝增強，合成代謝減弱。分解代謝增強，合成代謝減弱。第二節(jié) 物質代謝的調節(jié)第二節(jié) 物質代謝的調節(jié)三、整體水平的調節(jié) （二）饑餓1、短期饑餓 （禁食13天） 體內物質代謝改變：肌肉蛋白質分解加強；糖異生作用增強；脂肪動員增強；組織對葡萄糖的利用率降低2、長期饑餓 （禁食1周后） 表現(xiàn)：肌肉蛋白質分解減少；腎臟糖異生作用明顯增強；脂肪動員進一步加強第三節(jié) 生物氧化生物氧化學反應有 脫氫、脫電子和加氧反應反應的酶主要分布

8、在線粒體中反應的特點：需氧、反應條件溫和、反應逐步進行、能量逐步轉移利用，并可受多種因素影響。 生物氧化指營養(yǎng)物質體內徹底氧化成生物氧化指營養(yǎng)物質體內徹底氧化成CO2和和H2O并釋放出能量的過程。并釋放出能量的過程。w是在細胞內溫和的環(huán)境中是在細胞內溫和的環(huán)境中（體溫，（體溫，pH接近中性），在接近中性），在一系列酶促反應逐步進行，一系列酶促反應逐步進行，能量逐步釋放有利于機體捕能量逐步釋放有利于機體捕獲能量，提高獲能量，提高ATP生成的效生成的效率。率。w進行廣泛的加水脫氫反應使進行廣泛的加水脫氫反應使物質能間接獲得氧，并增加物質能間接獲得氧，并增加脫氫的機會；脫下的氫與氧脫氫的機會；脫下的

9、氫與氧結合產生結合產生H2O，有機酸脫羧，有機酸脫羧產生產生CO2。* * 生物氧化生物氧化與與體外氧化之不同點體外氧化之不同點生物氧化生物氧化體外氧化體外氧化w能量是突然釋放的。能量是突然釋放的。 w產生的產生的CO2、H2O由物由物質中的碳和氫直接與質中的碳和氫直接與氧結合生成。氧結合生成。第三節(jié) 生物氧化一、CO2的生成 人體內的來源于有機物的脫羧反應1、-單純脫羧2、-氧化脫羧 例：例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脫羧酶氨基酸脫羧酶CH2-NH2RCH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系NAD+ NADH+H+CoASH第三節(jié) 生物氧化3

10、、-單純脫羧例： 草酰乙酸 丙酮酸4、-氧化脫羧 看書上 73頁+CO2 CH2-COOH COCOOH丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶CH2COCOOH二、水的生成 內生水：物質在體內氧化時分子中的氫原子與氧結合生成水，每天約300ml。 呼吸鏈：是指線粒體內由遞氫體和遞電子體組成，與細胞利用氧有關的鏈式反應。呼吸鏈組成成分分布在線粒體內膜， 分： 前一部分 后一部分有催化底物脫氫和傳遞氫的作用 遞氫體 遞電子體第三節(jié) 生物氧化具有將前一部分傳來的氫 原子的電子捕獲并逐步傳遞給氧的功能二、水的生成 第三節(jié) 生物氧化（一）呼吸鏈的組成成分與功能（一）呼吸鏈的組成成分與功能1、遞氫體系的組成與功能、遞氫

11、體系的組成與功能 實質：一系列的脫氫反應實質：一系列的脫氫反應 催化酶：結合酶（酶蛋白催化酶：結合酶（酶蛋白+輔助因子）輔助因子） 發(fā)揮核心作用的是輔助因子：發(fā)揮核心作用的是輔助因子：NAD+、FAD、FMN、CoQ。（氧化型）。（氧化型） 接受氫后：接受氫后：NADH+H+、FADH2、FMNH2、CoQH2。（還原型）（還原型）第三節(jié) 生物氧化2、遞電子體的組成與功能、遞電子體的組成與功能 實質：一組細胞色素。實質：一組細胞色素。 傳遞電子的順序為傳遞電子的順序為 2Cytb-Fe3+2Cytc1-Fe3+2Cytc-Fe3+2Cyta-Fe3+2Cyta3-Fe3+, 最后由最后由2Cy

12、ta3-Fe3+將兩個電子傳遞給一個氧原子，將兩個電子傳遞給一個氧原子，使氧原子還原成氧離子使氧原子還原成氧離子O2-。O2-迅速與基質液中的迅速與基質液中的2H+結合成水分子。結合成水分子。第三節(jié) 生物氧化3、鐵硫蛋白、鐵硫蛋白 鐵硫蛋白是一類含有非血紅素和對酸不穩(wěn)定的硫的鐵硫蛋白是一類含有非血紅素和對酸不穩(wěn)定的硫的蛋白質。蛋白質。 活性中心為活性中心為Fe和和S構成，成為鐵硫中心（構成，成為鐵硫中心（Fe-S） 其中其中Fe3+可接受一個電子而還原為可接受一個電子而還原為Fe2+，F(xiàn)e2+又可又可將電子傳遞出去氧化為將電子傳遞出去氧化為Fe3+，故鐵硫蛋白屬于單電子，故鐵硫蛋白屬于單電子傳

13、遞體。傳遞體。二、水的生成 第三節(jié) 生物氧化（二）線粒體內重要的呼吸鏈（二）線粒體內重要的呼吸鏈線粒體內重要的呼吸鏈線粒體內重要的呼吸鏈2條：條：NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈（三）線粒體內膜的穿梭作用（三）線粒體內膜的穿梭作用胞液中產生的胞液中產生的NADH+H+不能進入線粒體，但可不能進入線粒體，但可經過兩種途徑將經過兩種途徑將2H轉移至線粒體內繼續(xù)氧化。轉移至線粒體內繼續(xù)氧化。這個過程為穿梭作用。這個過程為穿梭作用。常見有兩種：蘋果酸穿梭作用常見有兩種：蘋果酸穿梭作用 -磷酸甘油穿梭作用磷酸甘油穿梭作用三、ATP的生成 =第三節(jié) 生物氧化生物氧化的目的：通過生

14、物氧化獲得生命活動所需要的能生物氧化的目的：通過生物氧化獲得生命活動所需要的能量。量。大部分能量以熱能的形式維持體溫，還有一部分能量以大部分能量以熱能的形式維持體溫，還有一部分能量以高高能鍵能鍵的形式貯存于的形式貯存于ATP分子中，成為組織細胞的主要能源分子中，成為組織細胞的主要能源物質。符號表示。物質。符號表示。 高能鍵：指水解時所釋放的能量大于高能鍵：指水解時所釋放的能量大于20.9kJ/mol的化學鍵，的化學鍵，常用常用“”高能化合物高能化合物 高能磷酯鍵高能磷酯鍵 高能硫脂鍵高能硫脂鍵 ATP 是生物界的普遍供能物質，同樣的人體內能量代謝是生物界的普遍供能物質，同樣的人體內能量代謝的中

15、心物質。的中心物質。 底物磷酸化底物磷酸化ATP的生成方式：的生成方式： 氧化磷酸化氧化磷酸化三、ATP的生成 第三節(jié) 生物氧化（一）底物磷酸化（一）底物磷酸化底物磷酸化底物磷酸化是指物質在代謝過程中分子內部形成的高能鍵在是指物質在代謝過程中分子內部形成的高能鍵在酶的作用下直接轉移給酶的作用下直接轉移給ADP生成生成ATP的方式，分子內部的高的方式，分子內部的高能鍵往往是因為脫水或脫氫反應而導致分子內部能量的重新能鍵往往是因為脫水或脫氫反應而導致分子內部能量的重新分布而形成。分布而形成。（二）氧化磷酸化（二）氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化是指代謝物脫下的氫經過呼吸鏈傳遞給氧生成水是指代謝物脫下

16、的氫經過呼吸鏈傳遞給氧生成水的過程中釋放的能量可使的過程中釋放的能量可使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的這種物質的的這種物質的氧化（方能反應）與氧化（方能反應）與ADP的磷酸化（吸能反應）相偶聯(lián)的作的磷酸化（吸能反應）相偶聯(lián)的作用。用。是體內生成是體內生成ATP的主要生成方式。的主要生成方式。一對氫原子通過一對氫原子通過NADP氧化呼吸鏈生成水可生氧化呼吸鏈生成水可生成成3分子分子ATP，而通過，而通過FADH2氧化呼吸鏈只能氧化呼吸鏈只能生成生成2分子分子ATP.FADH2:還原型黃素二核苷酸、黃素腺嘌呤二核苷酸還原型黃素二核苷酸、黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）遞氫體、蛋白結合性載體（還原型

17、電子載）遞氫體、蛋白結合性載體（還原型電子載體）、還原型輔酶的一種體）、還原型輔酶的一種.三、ATP的生成 第三節(jié) 生物氧化（三）影響氧化磷酸化的因素（三）影響氧化磷酸化的因素1、ATP/ADP的影響的影響氧化磷酸化的速度主要是受氧化磷酸化的速度主要是受ATP/ADP的調節(jié)。的調節(jié)。2、甲狀腺激素的影響、甲狀腺激素的影響甲狀腺激素是調節(jié)機體能量代謝的重要激素。主要通過影響甲狀腺激素是調節(jié)機體能量代謝的重要激素。主要通過影響ATP/ADP的的比值而影響氧化磷酸化的速度。比值而影響氧化磷酸化的速度。甲狀腺功能亢進患者，可出現(xiàn)基礎代謝率增高，表現(xiàn)：易饑多食、體重下降、甲狀腺功能亢進患者，可出現(xiàn)基礎代

18、謝率增高，表現(xiàn)：易饑多食、體重下降、產熱量增多、心動過速及呼吸加快、體溫增高、怕熱多汗、脫水等現(xiàn)象。產熱量增多、心動過速及呼吸加快、體溫增高、怕熱多汗、脫水等現(xiàn)象。3、抑制劑的作用、抑制劑的作用呼吸呼吸鏈抑制劑：某些藥物或毒物可通過抑制呼吸鏈的電子轉移傳遞而抑制鏈抑制劑：某些藥物或毒物可通過抑制呼吸鏈的電子轉移傳遞而抑制氧化磷酸化速度，這些藥物或毒物稱為呼吸鏈抑制劑。例：粉蝶霉素氧化磷酸化速度，這些藥物或毒物稱為呼吸鏈抑制劑。例：粉蝶霉素A，魚藤酮，異戊巴比妥，抗霉素魚藤酮，異戊巴比妥，抗霉素A，CN-（氰化物），（氰化物），CO，N3(疊氮化物疊氮化物)等。等。4、解偶聯(lián)劑、解偶聯(lián)劑凡是能使物質氧化與凡是能使物質氧化與ADP磷酸化過程不能偶聯(lián)的物質稱為解偶聯(lián)劑。磷酸化過程不能偶聯(lián)的物質稱為解偶聯(lián)劑。四、ATP的功能 第三節(jié) 生物氧化 ATP是一切生命活動所需能量的直接供給者。是一切生命活動所需能量的直接供給者。 三羧酸循環(huán)（TA