第六章物质代谢总论

1、第六章第六章 物质代谢总论物质代谢总论 物质代谢是指生物体或细胞与环境之间不断进物质代谢是指生物体或细胞与环境之间不断进行的物质交换。行的物质交换。物质代谢是正常生命的活动的保证。物质代谢紊乱则是物质代谢是正常生命的活动的保证。物质代谢紊乱则是一些疾病的重要原因。一些疾病的重要原因。各种代谢状态紊乱各不相同。糖代谢紊乱引起糖尿病，各种代谢状态紊乱各不相同。糖代谢紊乱引起糖尿病，脂代谢紊乱引起高脂血症，尿酸代谢紊乱引起痛风等等。脂代谢紊乱引起高脂血症，尿酸代谢紊乱引起痛风等等。电解质也会出现代谢紊乱，引起相应的紊乱状态，如高电解质也会出现代谢紊乱，引起相应的紊乱状态，如高钾、低钾血症等。钾、低钾

2、血症等。物质代谢始终伴随着能量代谢，遵循质能量守恒。物质代谢始终伴随着能量代谢，遵循质能量守恒。第一节 物质代谢的共同特点整体性区域定位性酶的参与性方向性（不可逆反应体现其方向性）共用性 （注：NADPH 是一种辅酶，叫还原型辅酶，学名还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,曾经被称为三磷酸吡啶核苷酸）调节性组织器官特异性组织器官特异性亚细胞的区域特定性亚细胞的区域特定性第二节 物质代谢的调节一、细胞水平的调节 实质：酶的调节 关键酶与限速酶：决定整个代谢途径的总速率的有活性的酶，其中活性最低的为限速酶。限速酶特点： 活性低、催化的反应往往为不可逆反应、其活性受到多种物质调节（一）变构调节 变构调节是

3、指某些小分子化合物与某些代谢途径的关键酶或限速酶的调节部位特异结合，引起酶蛋白分子的构象改变从而使相应的酶活性改变的现象。变构抑制剂变构激活剂变构剂变构酶能发生变构效应的酶能发生变构效应的酶引起酶变构效应的小分子化合物引起酶变构效应的小分子化合物使变构酶活性增强的变构剂使变构酶活性增强的变构剂使变构酶活性减弱的变构剂使变构酶活性减弱的变构剂第二节 物质代谢的调节一、细胞水平的调节（二）酶的共价修饰调节 共价修饰调节是指被调节酶的酶蛋白肽链的氨基酸残基侧链末端的化学基团在另一酶的催化下通过共价键与某些化学基团结合而调节该酶活性的现象，又称酶的化学修饰调节，简称，酶的化学修饰。 结合的化学基团：磷

4、酸基、甲基、乙酰基 被修饰基团：羟基（具有羟基侧链的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸） 化学修饰方式：磷酸化与去磷酸化 磷酸基团提供：ATP (三磷酸腺苷)共价修饰调节的特点共价修饰调节的特点共价变化两种形式互变经济高效准确第二节 物质代谢的调节第二节 物质代谢的调节一、细胞水平的调节（三）酶含量的调节 1、酶蛋白合成的调节 （包括诱导和阻遏） 2、酶蛋白的降解 通过酶分子的降解速度调节细胞内酶含量 途径诱导剂：增加酶合成量的物质诱导剂：增加酶合成量的物质阻遏剂：减少酶合成量的物质阻遏剂：减少酶合成量的物质溶酶体内释放的蛋白水解酶降解蛋白质溶酶体内释放的蛋白水解酶降解蛋白质蛋白酶体蛋白酶体泛素系

5、统泛素系统第二节 物质代谢的调节二、激素水平的调节 激素：由内分泌细胞或腺体产生，通过血液运输到特定的靶细胞而传递信息。 激素的作用的特点：极低的浓度（10-8mmol/L）即可发挥强烈的生物学效应。较高的组织特异性和效应特异性第二节 物质代谢的调节二、激素水平的调节 根据激素受体在细胞的定位将激素的作用机制分为两类1、通过细胞膜受体的调节作用 细胞膜受体是存在于细胞膜表面上的跨膜糖蛋白，膜外部可结合激素，跨膜部具脂溶性，膜内部连接催化第二信使生成的蛋白和酶。包括（胰岛素，肾上腺素，生长素，促性腺激素，促甲状腺素等） 此类激素具有亲水性，难以通过细胞膜。 如图，69页 第二节 物质代谢的调节二

6、、激素水平的调节 2、通过细胞内受体的调节作用 细胞内受体分为核内受体和胞浆内受体 与细胞内受体结合的激素具有脂溶性，包括类固醇激素，甲状腺激素等 一般认为雄激素，孕激素，雌激素，甲状腺激素的受体位于细胞核内 糖皮质激素的受体位于胞浆内如图：70页 第二节 物质代谢的调节三、整体水平的调节 整体水平的调节是指机体通过神经-体液途径对各组织的物质代谢进行调节，以适应内外环境的变化，维持正常的生命活动。现以应激和饥饿为例 （一）应激 应激是指机体受到创伤、剧痛、情绪激动、出血、缺氧、中毒、感染、紧张等强烈刺激时引起的机体的紧张状态。 表现：呼吸加快，加深，心跳加速，心肌收缩力加强，心输出量增加，等

7、 代谢方面表现为代谢方面表现为代谢方面表现为血糖升高脂肪动员增加蛋白质分解加强因此，应激时三大营养物质代谢的特点是：因此，应激时三大营养物质代谢的特点是：分解代谢增强，合成代谢减弱。分解代谢增强，合成代谢减弱。第二节 物质代谢的调节第二节 物质代谢的调节三、整体水平的调节 （二）饥饿1、短期饥饿 （禁食13天） 体内物质代谢改变：肌肉蛋白质分解加强；糖异生作用增强；脂肪动员增强；组织对葡萄糖的利用率降低2、长期饥饿 （禁食1周后） 表现：肌肉蛋白质分解减少；肾脏糖异生作用明显增强；脂肪动员进一步加强第三节 生物氧化生物氧化学反应有 脱氢、脱电子和加氧反应反应的酶主要分布在线粒体中反应的特点：需

8、氧、反应条件温和、反应逐步进行、能量逐步转移利用，并可受多种因素影响。 生物氧化指营养物质体内彻底氧化成生物氧化指营养物质体内彻底氧化成CO2和和H2O并释放出能量的过程。并释放出能量的过程。w是在细胞内温和的环境中是在细胞内温和的环境中（体温，（体温，pH接近中性），在接近中性），在一系列酶促反应逐步进行，一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放有利于机体捕能量逐步释放有利于机体捕获能量，提高获能量，提高ATP生成的效生成的效率。率。w进行广泛的加水脱氢反应使进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生结合产生H

9、2O，有机酸脱羧，有机酸脱羧产生产生CO2。* * 生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化w能量是突然释放的。能量是突然释放的。 w产生的产生的CO2、H2O由物由物质中的碳和氢直接与质中的碳和氢直接与氧结合生成。氧结合生成。第三节 生物氧化一、CO2的生成 人体内的来源于有机物的脱羧反应1、-单纯脱羧2、-氧化脱羧 例：例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶CH2-NH2RCH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NAD+ NADH+H+CoASH第三节 生物氧化3、-单纯脱羧例： 草酰乙

10、酸 丙酮酸4、-氧化脱羧 看书上 73页+CO2 CH2-COOH COCOOH丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶CH2COCOOH二、水的生成 内生水：物质在体内氧化时分子中的氢原子与氧结合生成水，每天约300ml。 呼吸链：是指线粒体内由递氢体和递电子体组成，与细胞利用氧有关的链式反应。呼吸链组成成分分布在线粒体内膜， 分： 前一部分 后一部分有催化底物脱氢和传递氢的作用 递氢体 递电子体第三节 生物氧化具有将前一部分传来的氢 原子的电子捕获并逐步传递给氧的功能二、水的生成 第三节 生物氧化（一）呼吸链的组成成分与功能（一）呼吸链的组成成分与功能1、递氢体系的组成与功能、递氢体系的组成与功能 实质：

11、一系列的脱氢反应实质：一系列的脱氢反应 催化酶：结合酶（酶蛋白催化酶：结合酶（酶蛋白+辅助因子）辅助因子） 发挥核心作用的是辅助因子：发挥核心作用的是辅助因子：NAD+、FAD、FMN、CoQ。（氧化型）。（氧化型） 接受氢后：接受氢后：NADH+H+、FADH2、FMNH2、CoQH2。（还原型）（还原型）第三节 生物氧化2、递电子体的组成与功能、递电子体的组成与功能 实质：一组细胞色素。实质：一组细胞色素。 传递电子的顺序为传递电子的顺序为 2Cytb-Fe3+2Cytc1-Fe3+2Cytc-Fe3+2Cyta-Fe3+2Cyta3-Fe3+, 最后由最后由2Cyta3-Fe3+将两个电

12、子传递给一个氧原子，将两个电子传递给一个氧原子，使氧原子还原成氧离子使氧原子还原成氧离子O2-。O2-迅速与基质液中的迅速与基质液中的2H+结合成水分子。结合成水分子。第三节 生物氧化3、铁硫蛋白、铁硫蛋白 铁硫蛋白是一类含有非血红素和对酸不稳定的硫的铁硫蛋白是一类含有非血红素和对酸不稳定的硫的蛋白质。蛋白质。 活性中心为活性中心为Fe和和S构成，成为铁硫中心（构成，成为铁硫中心（Fe-S） 其中其中Fe3+可接受一个电子而还原为可接受一个电子而还原为Fe2+，Fe2+又可又可将电子传递出去氧化为将电子传递出去氧化为Fe3+，故铁硫蛋白属于单电，故铁硫蛋白属于单电子传递体。子传递体。二、水的生

13、成 第三节 生物氧化（二）线粒体内重要的呼吸链（二）线粒体内重要的呼吸链线粒体内重要的呼吸链线粒体内重要的呼吸链2条：条：NADH氧化呼吸链氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链（三）线粒体内膜的穿梭作用（三）线粒体内膜的穿梭作用胞液中产生的胞液中产生的NADH+H+不能进入线粒体，但可不能进入线粒体，但可经过两种途径将经过两种途径将2H转移至线粒体内继续氧化。转移至线粒体内继续氧化。这个过程为穿梭作用。这个过程为穿梭作用。常见有两种：苹果酸穿梭作用常见有两种：苹果酸穿梭作用 -磷酸甘油穿梭作用磷酸甘油穿梭作用三、ATP的生成 =第三节 生物氧化生物氧化的目的：通过生物氧化获得生命活动所需要

14、的能生物氧化的目的：通过生物氧化获得生命活动所需要的能量。量。大部分能量以热能的形式维持体温，还有一部分能量以大部分能量以热能的形式维持体温，还有一部分能量以高高能键能键的形式贮存于的形式贮存于ATP分子中，成为组织细胞的主要能源分子中，成为组织细胞的主要能源物质。符号表示。物质。符号表示。 高能键：指水解时所释放的能量大于高能键：指水解时所释放的能量大于20.9kJ/mol的化学键，的化学键，常用常用“”高能化合物高能化合物 高能磷酯键高能磷酯键 高能硫脂键高能硫脂键 ATP 是生物界的普遍供能物质，同样的人体内能量代谢是生物界的普遍供能物质，同样的人体内能量代谢的中心物质。的中心物质。 底

15、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 第三节 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质在代谢过程中分子内部形成的高能键在是指物质在代谢过程中分子内部形成的高能键在酶的作用下直接转移给酶的作用下直接转移给ADP生成生成ATP的方式，分子内部的高的方式，分子内部的高能键往往是因为脱水或脱氢反应而导致分子内部能量的重新能键往往是因为脱水或脱氢反应而导致分子内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谢物脱下的氢经过呼吸链传递给氧生成水是指代谢物脱下的氢经过呼吸链传递给氧生

16、成水的过程中释放的能量可使的过程中释放的能量可使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的这种物质的的这种物质的氧化（方能反应）与氧化（方能反应）与ADP的磷酸化（吸能反应）相偶联的作的磷酸化（吸能反应）相偶联的作用。用。是体内生成是体内生成ATP的主要生成方式。的主要生成方式。一对氢原子通过一对氢原子通过NADP氧化呼吸链生成水可生氧化呼吸链生成水可生成成3分子分子ATP，而通过，而通过FADH2氧化呼吸链只能氧化呼吸链只能生成生成2分子分子ATP.FADH2:还原型黄素二核苷酸、黄素腺嘌呤二核苷酸还原型黄素二核苷酸、黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）递氢体、蛋白结合性载体（还原型电子载）递氢体、蛋白结合

17、性载体（还原型电子载体）、还原型辅酶的一种体）、还原型辅酶的一种.三、ATP的生成 第三节 生物氧化（三）影响氧化磷酸化的因素（三）影响氧化磷酸化的因素1、ATP/ADP的影响的影响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的调节。的调节。2、甲状腺激素的影响、甲状腺激素的影响甲状腺激素是调节机体能量代谢的重要激素。主要通过影响甲状腺激素是调节机体能量代谢的重要激素。主要通过影响ATP/ADP的的比值而影响氧化磷酸化的速度。比值而影响氧化磷酸化的速度。甲状腺功能亢进患者，可出现基础代谢率增高，表现：易饥多食、体重下降、甲状腺功能亢进患者，可出现基础代谢率增高，表现：易饥多食

18、、体重下降、产热量增多、心动过速及呼吸加快、体温增高、怕热多汗、脱水等现象。产热量增多、心动过速及呼吸加快、体温增高、怕热多汗、脱水等现象。3、抑制剂的作用、抑制剂的作用呼吸呼吸链抑制剂：某些药物或毒物可通过抑制呼吸链的电子转移传递而抑制链抑制剂：某些药物或毒物可通过抑制呼吸链的电子转移传递而抑制氧化磷酸化速度，这些药物或毒物称为呼吸链抑制剂。例：粉蝶霉素氧化磷酸化速度，这些药物或毒物称为呼吸链抑制剂。例：粉蝶霉素A，鱼藤酮，异戊巴比妥，抗霉素鱼藤酮，异戊巴比妥，抗霉素A，CN-（氰化物），（氰化物），CO，N3(叠氮化物叠氮化物)等。等。4、解偶联剂、解偶联剂凡是能使物质氧化与凡是能使物质氧化与ADP磷酸化过程不能偶联的物质称为解偶联剂。磷酸化过程不能偶联的物质称为解偶联剂。四、ATP的功能 第三节 生物氧化 ATP是一切生命活动所需能量的直接供给者。是一切生命活动所需能量的直接供给者。 三羧酸循环（TAC