物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)

新陳代謝概述提問：什么是新陳代謝？新來，舊去花開花落、四季輪回、“長江后浪推前浪，一代新人換舊人”生化定義——泛指生物與周圍環(huán)境進行物質(zhì)與能量交換過程。是生物體物質(zhì)代謝與能量代謝有機統(tǒng)一。物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第1頁合成代謝（同化作用）分解代謝（異化作用）生物體新陳代謝1.1

物質(zhì)代謝與能量代謝統(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物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第2頁1.2新陳代謝共性生物即使形貌各異，習性萬千，但體內(nèi)新陳代謝卻有著許多相同之處。提問：為何含有許多相同之處呢？共同祖先！A.代謝路徑相同大同各類生物物質(zhì)代謝路徑十分相同小異也有偏向低等厭氧生物尚沒有發(fā)展出好氧代謝路徑，而高等生物包含好氧細菌都發(fā)展出了更為高效好氧代謝，但同時保留了厭氧代謝路徑。物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第3頁B.反應(yīng)步驟繁多，含有嚴格次序性；C.與環(huán)境相適應(yīng)，自動調(diào)整；經(jīng)過酶活性調(diào)整來進行調(diào)整。物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第4頁重點掌握內(nèi)容1.各類物質(zhì)代謝基本反應(yīng)路徑、關(guān)鍵酶、主要調(diào)整步驟、主要生理意義。2.各類物質(zhì)代謝相互聯(lián)絡(luò)3.代謝異常與疾病關(guān)系物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第5頁第四章糖代謝物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第6頁第一節(jié)概述

第二節(jié)糖無氧分解

第三節(jié)糖有氧氧化

第四節(jié)磷酸戊糖路徑

第五節(jié)糖原合成與分解

第六節(jié)糖異生

第七節(jié)血糖及其調(diào)整物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第7頁第一節(jié)概述一.糖主要生理功用：氧化供能：

2840kJ（679kcal）/1mol

供給人體所需能量50%～70%二.糖消化吸收三.糖代謝概況物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第8頁糖代謝總圖磷酸戊糖路徑儲存性糖類（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各種脂類其它生糖物質(zhì)生糖氨基酸酵解發(fā)酵糖異生重點物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第9頁

A.總論丙酮酸葡萄糖“糖酵解”不需氧“磷酸戊糖路徑”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重點物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第10頁第二節(jié)糖無氧分解（糖酵解Glycolysis)定義：在缺氧情況下,葡萄糖分解產(chǎn)生乳酸，并伴隨ATP生成過程。位置：細胞質(zhì)細胞質(zhì)

G

→

2丙酮酸+2NADH+2ATP丙酮酸物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第11頁1物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第12頁2Pi物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第13頁P3PPOOHOHCH2CH2OO12546P磷酸二羥丙酮123+P②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①活化④裂解⑥脫氫⑤異構(gòu)PP1，6-二磷酸果糖③活化⑦產(chǎn)能⑨脫水⑧異構(gòu)⑩產(chǎn)能HHOH物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第14頁磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸⑩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物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第15頁提問：為何中間分子都帶磷酸基團？答案：1.傳遞能量；

2.不能由生物膜滲漏出細胞。2(⑦)+

2(⑩)

-1(①)-1(②)=2ATPG為起始物胞內(nèi)多糖為起始物2(⑦)+

2(⑩)

-1(②)=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它單糖經(jīng)過轉(zhuǎn)化為糖酵解中間產(chǎn)物形式進入糖酵解。物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第16頁2.無氧發(fā)酵（Fermentation)⑴乙醇發(fā)酵丙酮酸脫羧酶+TPP乙醇脫氫酶

乙醇物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第17頁⑵乳酸發(fā)酵提問：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H，保持細胞內(nèi)pH穩(wěn)定。物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第18頁

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每生成1ATP固定了7.3Kcal/mol能量葡萄糖獲能效率＝2×7.3/47=31%

糖原獲能效率＝3×7.3/44=49.7%但葡萄糖CO2＋H2O△Go`=

—686Kcal/mol葡萄糖獲能效率＝2×7.3/686=2.1%

糖原獲能效率＝3×7.3/686=3.1%

⑶糖酵解+糖發(fā)酵產(chǎn)能效率物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第19頁二糖酵解調(diào)整(一)6-磷酸果糖激酶-1它是糖酵解路徑最主要限速酶。主要受各種變構(gòu)劑調(diào)整。抑制劑:ATP和檸檬酸激活劑：AMP、ADP、1,6-雙磷酸果糖2,6-雙磷酸果糖物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第20頁物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第21頁(二)丙酮酸激酶受變構(gòu)調(diào)整和共價修飾調(diào)整激活劑:1,6-雙磷酸果糖抑制劑:ATP;丙氨酸(肝臟內(nèi))磷酸化被抑制或失活,去磷酸化激活物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第22頁(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,它對葡萄糖親和力低己糖激酶:受6-磷酸葡萄糖變構(gòu)抑制葡萄糖激酶:受長鏈脂酰輔酶A抑制;胰島素能夠誘導其合成.物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第23頁三糖酵解生理意義主要意義就是在機體氧氣供給不足時快速提供能量,尤其是對肌肉收縮更為主要.它是紅細胞唯一能量起源神經(jīng)、白細胞、骨髓等代謝活躍組織在養(yǎng)供充分時也經(jīng)過酵解供給部分能量物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第24頁⑴三羧酸循環(huán)（CitricAcidCycle)在好氧真核生物線粒體基質(zhì)中或好氧原核生物細胞質(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過程。第三節(jié)糖有氧氧化(Aerobicoxidation)原核細胞細胞質(zhì)真核生物線粒體基質(zhì)（線粒體）物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第25頁線粒體膜第三個碳以CO2形式失去四碳二羧酸第二個碳以CO2形式失去三羧酸？

循環(huán)？五碳二羧酸每個分子含有4個碳草酰乙酸庫（基質(zhì)中）丙酮酸每個分子含有3個碳丙酮酸庫（基質(zhì)中）六碳三羧酸三種羧酸！草酰乙酸打循環(huán)！第一個碳以CO2形式失去重新加入到草酰乙酸庫物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第26頁

(4)(7)(8)(10)CH3COCOOHNAD+NADH

+

H+CoASHCO2CH3CO~SCoAOCCOOHCH2COOHCH2COOHC(OH)COOHCH2COOHCH2COOHCHCOOHCH(OH)COOHNAD(P)NAD(P)H+HCH2COOHCHCOOHCOCOOHCH2COOHCH2COCOOHNADH+HNADNADH

+

H++CO~SCoACH2CH2COOHGDP+PiGTPCoASHH2OCH2COOHCH2COOHFADH2FADCHCOOHCHCOOHHOCCOOHCH2COOHH+NAD+CO2++CoASHH2OCoASHCO2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α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸L-蘋果酸草酰乙酸HO2(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)α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體(7)琥珀酰CoA合成酶(8)琥珀酸脫氫酶(9)延胡索酸酶(10)L-蘋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+2CO2(5)-脫碳-1CO2→

3步不可逆反應(yīng)物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第27頁Ⅰ.丙酮酸脫氫酶復(fù)合體E2E3E1三種酶60條肽鏈形成復(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CoAE1E3E2E2～物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第28頁Ⅱ.總反應(yīng)方程式

+4NAD(P)+

+FAD+GDP+Pi+3H2O

3CO2+4NAD(P)H+4H+

+FADH2+GTP4NAD(P)H+4H+

12ATP4H2OFADH22ATP1H2O

ADPATP-3H2OGTPGDP1ATP1H2O—————————————————————————

15ATP2H2O氧化磷酸化作用O2物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第29頁物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第30頁Ⅲ.糖酵解+三羧酸循環(huán)效率糖酵解

1G→2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸

=2+2×3=8ATP三羧酸循環(huán)

2丙酮酸→30ATP+6CO2+4H2O———————————————————————

38ATP儲能效率=38×7.3/686=42%比世界上任何一部熱機效率都高！提問：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。物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第31頁Ⅳ.生物意義㈠三羧酸循環(huán)是各種好氧生物體內(nèi)最主要產(chǎn)能路徑！也是脂類、蛋白質(zhì)徹底分解共同路徑！三羧酸循環(huán)—焚燒爐㈡中間酸是合成其它化合物碳骨架—百寶庫。比如草酰乙酸→天冬氨酸、天冬酰胺等等α-酮戊二酸→谷氨酸→其它氨基酸琥珀酰CoA→血紅素既是“焚燒爐又是百寶庫”物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第32頁三有氧氧化調(diào)整一丙酮酸脫氫酶復(fù)合體調(diào)整有變構(gòu)調(diào)整和共價修飾兩種方式物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第33頁物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第34頁四巴斯德效應(yīng)有氧氧化抑制無氧氧化現(xiàn)象。這是法國科學家Pastuer發(fā)覺，故稱為巴斯德效應(yīng)。主要原因是：在氧供給充分時，胞漿中產(chǎn)生NADH進入線粒體，使丙酮酸不能還原成乳酸物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第35頁第四節(jié)磷酸戊糖路徑（磷酸己糖支路）NADPH22CO磷酸戊糖路徑細胞質(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新路徑。物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第36頁A.過程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+CO27-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+O26CO2+6H2O+30ATP(6×6-6(活化))5(6-磷酸葡萄糖)物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第37頁B.生物意義（一）磷酸核糖用于DNA、RNA合成；（二）NADPH作為供氫體參加反應(yīng)1.為各種物質(zhì)合成提供H2.參加體內(nèi)羥化反應(yīng)3.維持谷胱甘肽還原狀態(tài)（三）各種單糖用于合成各類多糖；物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第38頁第五節(jié)糖原合成與分解糖分解、合成3.1多糖和低聚糖酶促降解A.胞外降解細胞外多糖和低聚糖胞外水解酶（淀粉酶、寡糖酶）B.胞內(nèi)降解細胞內(nèi)貯備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物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第39頁糖原形成物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第40頁物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第41頁去分枝酶+H3PO41G-1-P糖原關(guān)鍵磷酸化酶+H3PO4G-1-P去單糖降解轉(zhuǎn)移酶糖原關(guān)鍵物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第42頁77磷酸化酶(別構(gòu)酶)

ATP抑制-AMP激活

+

H3PO4例肝糖元分解α葡萄糖1，4糖苷鍵α葡萄糖1，6糖苷鍵糖原關(guān)鍵糖原關(guān)鍵G-1-P

+物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第43頁三糖原合成與分解調(diào)整(一)磷酸化酶:主要是共價修飾調(diào)整;也能夠被葡萄糖變構(gòu)抑制(二)糖原合酶:接收共價修飾調(diào)整物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第44頁糖酵解7步可逆步驟+

3特異反應(yīng)第六節(jié)糖異生A.植物光合作用在植物葉綠體中，在光能驅(qū)動下CO2與H2O合成葡萄糖，放出氧氣過程。B.動物糖異生異生——非糖物質(zhì)合成糖原。部位：肝臟

a.過程物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第45頁第1步丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸提問：怎樣進行？答案：提供更多活化能量。物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第46頁草酰乙酸丙酮酸丙酮酸羧化酶CO2

ATP

ADP+PiGTP

GDPCO2

烯醇丙酮酸磷酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸提問：這里CO2作用是什么？能量載體合成草酰乙酸新－COOH中儲存了ATP水解鍵能，脫碳時損失鍵能相對較少，總體自由能上升。物質(zhì)代謝和其調(diào)節(jié)第47頁磷酸烯醇式丙酮酸逆行至1，6-二磷酸果糖第2步提問：怎樣進行？水解酶催化P6-磷酸果糖PP1，