物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)公共課

1、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)公共課新陳代謝概述提問(wèn)：什么是新陳代謝？新的來(lái)，舊的去花開(kāi)花落、四季輪回、“長(zhǎng)江后浪推前浪，一代新人換舊人”泛指生物與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)與能量交換的過(guò)程。是生物體物質(zhì)代謝與的有機(jī)統(tǒng)一。合成代謝（同化作用）分解代謝（異化作用）生物體的新陳代謝1.1 物質(zhì)代謝與能量代謝的統(tǒng)一生物小分子合成生物大分子需要能量釋放能量生物大分子分解為生物小分子能量代謝物質(zhì)代謝二者相輔相成，研究物質(zhì)代謝就是研究能量代謝1.2 新陳代謝的共性生物雖然形貌各異，習(xí)性萬(wàn)千，但體內(nèi)的新陳代謝卻有著許多相同之處。提問(wèn)：為什么具有許多相同之處呢？共同的祖先！A. 代謝途徑相似大同各類生物的物質(zhì)的代謝途徑十分相似小異也

2、有偏向低等的厭氧生物尚沒(méi)有發(fā)展出好氧代謝途徑，而高等生物包括好氧細(xì)菌都發(fā)展出了更為高效的好氧代謝，但同時(shí)保存了厭氧代謝途徑。B. 反應(yīng)步驟繁多，具有嚴(yán)格的順序性；C. 與環(huán)境相適應(yīng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)；通過(guò)酶活性調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。重點(diǎn)掌握內(nèi)容1.各類物質(zhì)代謝的基本反應(yīng)途徑、關(guān)鍵酶、主要調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)、重要生理意義。2.各類物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系3.代謝異常與疾病的關(guān)系第四章 糖代謝第一節(jié) 概述第二節(jié) 糖的無(wú)氧分解第三節(jié) 糖的有氧氧化第四節(jié) 磷酸戊糖途徑第五節(jié) 糖原的合成與分解第六節(jié) 糖異生第七節(jié) 血糖及其調(diào)節(jié)第一節(jié) 概述一.糖的主要生理功用：氧化供能： 2840kJ（679kcal）/1mol 供應(yīng)人體所需能量的5

3、0%70%二.糖的消化吸收三.糖代謝的概況糖代謝總圖磷酸戊糖途徑儲(chǔ)存性糖類（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、乙醇乙酰輔酶AATPCO2+H2O三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)戊糖磷酸核糖CO2+H2O各種脂類其他生糖物質(zhì)生糖氨基酸酵解發(fā)酵糖異生重點(diǎn) A.總論丙酮酸葡萄糖“糖酵解”不需氧“磷酸戊糖途徑”需氧有氧情況缺氧情況好氧生物厭氧生物“三羧酸循環(huán)”“乙醛酸循環(huán)” CO2 + H2O“乳酸發(fā)酵”乳酸“乳酸發(fā)酵”、“乙醇發(fā)酵”乳酸或乙醇 CO2 + H2O重點(diǎn)第二節(jié) 糖的無(wú)氧分解（糖酵解 Glycolysis)定義：在缺氧的情況下,葡萄糖分解產(chǎn)生乳酸，并伴隨ATP生成的過(guò)程。

4、位置：細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì) G 2丙酮酸 + 2NADH + 2ATP丙酮酸12PiP3PPOOHOHCH2CH2OO12546P磷酸二羥丙酮123+P異構(gòu)6-磷酸果糖P564磷酸甘油醛PP1，3-二磷酸甘油酸PCOHCOHH2COOH3-磷酸甘油酸P2-磷酸甘油酸P磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸6-磷酸葡萄糖PG葡萄糖活化裂解脫氫異構(gòu)PP1，6-二磷酸果糖活化產(chǎn)能脫水異構(gòu)產(chǎn)能HHOH磷酸烯醇 式丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶ADP ATP共三步不可逆反應(yīng)！反應(yīng)總體不能全部逆轉(zhuǎn)。產(chǎn)能步驟：3-磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油酸激酶提問(wèn)：為什么中間分子都帶磷酸基團(tuán)？答案：1. 傳遞能量； 2. 不能由生物膜滲漏出細(xì)胞。2()

5、+ 2() - 1() - 1() = 2ATPG為起始物胞內(nèi)多糖為起始物2() + 2() - 1() = 3ATP有氧情況缺氧情況“三羧酸循環(huán)”“乙醛酸循環(huán)” CO2 + H2O“乳酸發(fā)酵”、“乙醇發(fā)酵”乳酸或乙醇丙酮酸其他單糖通過(guò)轉(zhuǎn)化為糖酵解中間產(chǎn)物形式進(jìn)入糖酵解。2.無(wú)氧發(fā)酵 （Fermentation)乙醇發(fā)酵丙酮酸脫羧酶+ TPP乙醇脫氫酶 乙醇乳酸發(fā)酵提問(wèn)：發(fā)酵不產(chǎn)生能量，其生物意義何在呢？答案：消耗糖酵解脫下的 H，保持細(xì)胞內(nèi)的pH穩(wěn)定。 很低 很高葡萄糖 2乳酸 + 2ATP 糖原（葡萄糖） 2乳酸 + 3ATP Go= 47Kcal/mol Go= 44Kcal/mol每生

6、成1ATP固定了7.3Kcal/mol能量 葡萄糖 獲能效率 27.3/47 = 31% 糖原 獲能效率 37.3/44 = 49.7%但 葡萄糖 CO2 H2OGo= 686Kcal/mol葡萄糖 獲能效率 27.3/686 = 2.1% 糖原 獲能效率 37.3/686 = 3.1% 糖酵解+糖發(fā)酵產(chǎn)能效率二 糖酵解的調(diào)節(jié)(一)6-磷酸果糖激酶-1 它是糖酵解途徑最重要的限速酶。主要受各種變構(gòu)劑的調(diào)節(jié)。抑制劑:ATP和檸檬酸激活劑：AMP、ADP、1,6-雙磷酸果糖 2,6-雙磷酸果糖(二)丙酮酸激酶受變構(gòu)調(diào)節(jié)和共價(jià)修飾調(diào)節(jié)激活劑:1,6-雙磷酸果糖抑制劑:ATP;丙氨酸(肝臟內(nèi))磷酸化被

7、抑制或失活,去磷酸化激活(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臟,它對(duì)葡萄糖的親和力低己糖激酶:受6-磷酸葡萄糖的變構(gòu)抑制葡萄糖激酶:受長(zhǎng)鏈脂酰輔酶A 的抑制;胰島素可以誘導(dǎo)其合成.三 糖酵解的生理意義主要意義就是在機(jī)體氧氣供應(yīng)不足時(shí)迅速提供能量,尤其是對(duì)肌肉的收縮更為重要.它是紅細(xì)胞唯一的能量來(lái)源神經(jīng)、白細(xì)胞、骨髓等代謝活躍組織在養(yǎng)供充足時(shí)也通過(guò)酵解供應(yīng)部分能量三羧酸循環(huán)（Citric Acid Cycle)在好氧真核生物線粒體基質(zhì)中或好氧原核生物細(xì)胞質(zhì)中，酵解產(chǎn)物丙酮酸脫羧、脫氫，徹底氧化為CO2、H2O并產(chǎn)生ATP的過(guò)程。第三節(jié) 糖的有氧氧化 ( Aerobic ox

8、idation)原核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)真核生物線粒體基質(zhì)（線粒體）線粒體膜第三個(gè)碳以CO2形式失去四碳二羧酸第二個(gè)碳以CO2形式失去三羧酸？循環(huán)？五碳二羧酸每個(gè)分子具有4個(gè)碳的草酰乙酸庫(kù)（基質(zhì)中）丙酮酸每個(gè)分子具有3個(gè)碳的丙酮酸庫(kù)（基質(zhì)中）六碳三羧酸三種羧酸！草酰乙酸打循環(huán)！第一個(gè)碳以CO2形式失去重新加入到草酰乙酸庫(kù) (4)(7)(8)(10)CH3COCOOHNAD+NADH + H+CoASHCO2CH3COSCoAOCCOOHCH2COOHCH2COOHC(OH)COOHCH2COOHCH2COOHCHCOOHCH(OH)COOHNAD(P)NAD(P)H+HCH2COOHCHCOOHCOCO

9、OHCH2COOHCH2COCOOHNADH+HNADNADH + H+COSCoACH2CH2COOHGDP+PiGTPCoASHH2 OCH2COOHCH2COOHFADH2FADCHCOOHCHCOOHHOCCOOHCH2COOHH+NAD+CO2+CoASHH 2 OCoASHCO2丙酮酸乙酰 CoA(2)(1)(7)(8)(9)(10)(5)(6)(3)(4)檸檬酸異檸檬酸草酰琥珀酸-酮戊二酸琥珀酰 CoA琥珀酸延胡索酸L-蘋(píng)果酸草酰乙酸H O2(1) 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體(2) 檸檬酸合成酶(3) 順烏頭酸酶(4)(5)異檸檬酸脫氫酶(6) -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體(7) 琥珀酰CoA

10、合成酶(8) 琥珀酸脫氫酶(9) 延胡索酸酶(10)L-蘋(píng)果酸脫氫酶三羧酸循環(huán)產(chǎn)能步驟2NAD(P)H1FADH21GTP(1)(6)-產(chǎn)能脫碳2NADH + 2 CO2(5)-脫碳-1CO2 3步不可逆反應(yīng).丙酮酸脫氫酶復(fù)合體E2E3E1三種酶60條肽鏈形成的復(fù)合體乙酰二氫硫辛酸硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶硫辛酸二氫硫辛酸丙酮酸脫羧酶二氫硫辛酸脫氫酶丙酮酸乙酰CoA E1E3E2E2.總反應(yīng)方程式 + 4NAD(P)+ +FAD+GDP+Pi+3H2O 3CO2 +4NAD(P)H +4H+ +FADH2+GTP4NAD(P)H +4H+ 12ATP 4H2OFADH2 2ATP 1H2O ADP AT

11、P - 3H2O GTP GDP 1ATP 1H2O 15ATP 2H2O氧化磷酸化作用O2.糖酵解+三羧酸循環(huán)的效率糖酵解 1G 2ATP+2NADH+2H+2丙酮酸 =2+23=8ATP三羧酸循環(huán) 2丙酮酸 30ATP+6CO2+4H2O 38ATP儲(chǔ)能效率=38 7.3/686= 42%比世界上任何一部熱機(jī)的效率都高！提問(wèn)：其余能量何處去？答案：以熱量形式。一部分維持體溫，一部分散失。.生物意義三羧酸循環(huán)是各種好氧生物體內(nèi)最主要的產(chǎn)能途徑！ 也是脂類、蛋白質(zhì)徹底分解的共同途徑！三羧酸循環(huán)焚燒爐中間酸是合成其他化合物的碳骨架百寶庫(kù)。例如 草酰乙酸 天冬氨酸、天冬酰胺等等 -酮戊二酸 谷氨酸

12、 其他氨基酸 琥珀酰CoA 血紅素既是“焚燒爐又是百寶庫(kù)”三 有氧氧化的調(diào)節(jié)一丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)節(jié) 有變構(gòu)調(diào)節(jié)和共價(jià)修飾兩種方式四 巴斯德效應(yīng)有氧氧化抑制無(wú)氧氧化的現(xiàn)象。這是法國(guó)科學(xué)家Pastuer 發(fā)現(xiàn)的，故稱為巴斯德效應(yīng)。主要原因是：在氧供應(yīng)充足時(shí)，胞漿中產(chǎn)生的NADH進(jìn)入線粒體，使丙酮酸不能還原成乳酸第四節(jié) 磷酸戊糖途徑（磷酸己糖支路）NADPH22CO磷酸戊糖途徑細(xì)胞質(zhì)中磷酸戊糖磷酸戊糖為代表性中間產(chǎn)物。支路糖酵解在磷酸己糖處分生出的新途徑。A.過(guò)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+C

13、O27-磷酸景天酮糖3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖4-磷酸赤蘚糖3-磷酸甘油醛 氧化階段(脫碳產(chǎn)能)非氧化階段(重組)2NADPH生物氧化O26ATP + 2H2O6(6-磷酸葡萄糖)+6O2 6(5-磷酸核酮糖)+6CO2+6H2O+36ATP葡萄糖+O2 6CO2+6H2O+30ATP(66-6(活化)5(6-磷酸葡萄糖)B.生物意義 （一）磷酸核糖用于DNA、RNA的合成；（二）NADPH作為供氫體參與反應(yīng) 1.為多種物質(zhì)的合成提供H 2.參與體內(nèi)羥化 反應(yīng) 3.維持谷胱甘肽的還原狀態(tài)（三）各種單糖用于合成各類多糖；第五節(jié) 糖原的合成與分解糖的分解、合成3.1多糖和低聚糖的酶促降解A.胞外降

14、解細(xì)胞外多糖和低聚糖胞外水解酶（淀粉酶、寡糖酶）B.胞內(nèi)降解細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)備的糖原或淀粉磷酸化酶活化、水解轉(zhuǎn)移酶 脫枝酶斷支鏈磷酸化酶活化、水解單糖主要是葡萄糖糖原的形成去分枝酶 + H3PO41 G-1-P糖原核心磷酸化酶+ H3PO4G-1-P去單糖降解轉(zhuǎn)移酶糖原核心77磷酸化酶(別構(gòu)酶) ATP抑制-AMP激活 + H3PO4例 肝糖元的分解葡萄糖1，4糖苷鍵葡萄糖1，6糖苷鍵糖原核心糖原核心 G-1-P +三 糖原合成與分解的調(diào)節(jié)(一)磷酸化酶: 主要是共價(jià)修飾調(diào)節(jié);也可以被葡萄糖變構(gòu)抑制(二)糖原合酶:接受共價(jià)修飾調(diào)節(jié)糖酵解7步可逆步驟 + 3特異反應(yīng)第六節(jié) 糖異生A.植物的光合作用在植物

15、葉綠體中，在光能驅(qū)動(dòng)下CO2與H2O合成葡萄糖，放出氧氣的過(guò)程。B.動(dòng)物的糖異生異生非糖物質(zhì)合成糖原。部位：肝臟 a.過(guò)程第1步丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸提問(wèn)：如何進(jìn)行？答案：提供更多的活化能量。草酰乙酸丙酮酸丙酮酸羧化酶CO2 ATP ADP+PiGTP GDP CO2 烯醇丙酮酸磷酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸提問(wèn)：這里CO2的作用是什么？能量載體合成的草酰乙酸新COOH中儲(chǔ)存了ATP水解的鍵能，脫碳時(shí)損失的鍵能相對(duì)較少，總體自由能上升。磷酸烯醇式丙酮酸逆行至1，6-二磷酸果糖第2步提問(wèn)：如何進(jìn)行？水解酶催化P6-磷酸果糖PP1，6-二磷酸果糖答案：在水解酶作用下水解。第3步提問(wèn)：哪些物質(zhì)可以通過(guò)糖異生途徑形成糖元？答案：凡能轉(zhuǎn)變成糖代謝中間產(chǎn)物的物質(zhì)。乳酸回爐再造解毒、節(jié)能饑餓狀態(tài)下氨基酸、甘油維持血糖濃度提問(wèn)：其他多糖是如何產(chǎn)生的？答案：由磷酸戊糖途徑提供各種單糖，由類似糖元合成途徑合成。二 糖異生的調(diào)節(jié)通過(guò)兩個(gè)底物循環(huán)進(jìn)行三 糖異生的意義(一)維持血糖濃度(二)補(bǔ)充肝血糖(三)調(diào)節(jié)酸堿平衡四 乳酸循環(huán)第七節(jié) 血糖極其調(diào)節(jié)一血糖的來(lái)源和去路血糖專指血液中的葡萄糖,血糖水平相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定,維持在3.896.11mmol/L二 血糖水平的調(diào)節(jié)(一)胰島素:唯一降低血糖的激素 1:促進(jìn)組織攝取 2:增強(qiáng)磷酸二酯酶活性 3:激活丙酮酸脫氫酶 4:抑制肝內(nèi)糖異生 5:抑制脂肪組