物质代谢及其调节公共课

1、物质代谢及其调节公共课新陈代谢概述提问：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”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的有机统一。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

2、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。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。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第四章 糖代谢第一节 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5

3、0%70%二.糖的消化吸收三.糖代谢的概况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AATPCO2+H2O三羧酸循环乙醛酸循环戊糖磷酸核糖CO2+H2O各种脂类其他生糖物质生糖氨基酸酵解发酵糖异生重点 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” CO2 + H2O“乳酸发酵”乳酸“乳酸发酵”、“乙醇发酵”乳酸或乙醇 CO2 + H2O重点第二节 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。

4、位置：细胞质细胞质 G 2丙酮酸 + 2NADH + 2ATP丙酮酸12PiP3PPOOHOHCH2CH2OO12546P磷酸二羟丙酮123+P异构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葡萄糖活化裂解脱氢异构PP1，6-二磷酸果糖活化产能脱水异构产能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()

5、+ 2() - 1() - 1() = 2ATPG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” CO2 + H2O“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。2.无氧发酵 （Fermentation)乙醇发酵丙酮酸脱羧酶+ TPP乙醇脱氢酶 乙醇乳酸发酵提问：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。 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 获能效率 27.3/47 = 31% 糖原 获能效率 37.3/44 = 49.7%但 葡萄糖 CO2 H2OGo= 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(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

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.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CO2、H2O并产生ATP的过程。第三节 糖的有氧氧化 ( Aerobic ox

8、idation)原核细胞细胞质真核生物线粒体基质（线粒体）线粒体膜第三个碳以CO2形式失去四碳二羧酸第二个碳以CO2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CO2形式失去重新加入到草酰乙酸库 (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)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 O2(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

10、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2NAD(P)H1FADH21GTP(1)(6)-产能脱碳2NADH + 2 CO2(5)-脱碳-1CO2 3步不可逆反应.丙酮酸脱氢酶复合体E2E3E1三种酶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 E1E3E2E2.总反应方程式 + 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+三羧酸循环的效率糖酵解 1G 2ATP+2NADH+2H+2丙酮酸 =2+23=8ATP三羧酸循环 2丙酮酸 30ATP+6CO2+4H2O 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。.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

12、 其他氨基酸 琥珀酰CoA 血红素既是“焚烧炉又是百宝库”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第四节 磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）NADPH22CO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。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+C

13、O27-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)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；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

14、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去单糖降解转移酶糖原核心77磷酸化酶(别构酶) ATP抑制-AMP激活 + H3PO4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 +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

15、叶绿体中，在光能驱动下CO2与H2O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。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问：这里CO2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。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。二 糖异生的调节通过两个底物循环进行三 糖异生的意义(一)维持血糖浓度(二)补充肝血糖(三)调节酸碱平衡四 乳酸循环第七节 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