物质代谢及其调节.ppt

,第二篇 物质代谢及其调节,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。,1.1 物质代谢与能量代谢的统一,二者相辅相成，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50%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A,ATP CO2+H2O,三羧酸循环 乙醛酸循环,戊糖磷酸,核糖,CO2+H2O,酵解,发酵,糖异生,重点,A.总论,丙酮酸,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。 位置：细胞质,细胞质,G 2丙酮酸 + 2NADH + 2ATP,丙酮酸,1,2,+,丙酮酸,裂解,脱氢,异构,产能,脱水,异构,产能步骤：,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。,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,Go= 47Kcal/mol Go= 44Kcal/mol 每生成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%,Go= 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 oxidation),三羧酸？ 循环？,每个分子具有3个碳的丙酮酸库（基质中）,三种羧酸！ 草酰乙酸打循环！,(4)(7)(8)(10),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 2NAD(P)H 1FADH2 1GTP,(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,.总反应方程式,+ 4NAD(P)+ +FAD+GDP+Pi+3H2O 3CO2 +4NAD(P)H +4H+ +FADH2+GTP,4NAD(P)H +4H+ 12ATP 4H2O FADH2 2ATP 1H2O ADP ATP - 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 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）,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,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,断支链,活化、水解,糖原的形成,去单糖降解,7,7,例 肝糖元的分解,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,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,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:抑制脂肪组织中的激素敏感性脂肪 酶,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,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,三 血糖代谢异常,