第二篇物质代谢及其调节.

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。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。•位置：细胞质细胞质G→2丙酮酸+2NADH+2ATP丙酮酸葡萄糖糖原（淀粉）ATP①己糖激酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶1-磷酸葡萄糖②磷酸葡萄糖异构酶6-磷酸果糖ATP③磷酸果糖激酶1．6—二磷酸果糖④醛缩酶3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮①活化ΔG=-7.5kcal/mol(不可逆)②异构ΔG=-0.6kcal/mol(可逆)③二次活化ΔG=-5.0kcal/mol(不可逆)④裂解ΔG=-0.3kcal/mol(可逆)磷酸化酶磷酸ADPADP123-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮NAD+⑤磷酸丙糖异构酶2⑥3-磷酸甘油醛脱氢酶NADH＋H1.3-二磷酸甘油酸ADP23-磷酸甘油酸2⑧磷酸甘油酸变位酶H20磷酸ADPATP2-磷酸甘油酸2烯醇式丙酮酸⑨烯醇化酶⑩丙酮酸激酶⑤异构ΔG=-0.6kcal/mol(可逆)⑦磷酸甘油酸激酶ATP⑥氧化磷酸化ΔG=-0.4kcal/mol(可逆)⑦产能1ΔG=+0.3kcal/mol(可逆)⑩产能2ΔG=-4.0kcal/mol(不可逆)⑧异构⑨脱水ΔG=+0.2kcal/molΔG=-0.8kcal/mol(可逆)（可逆）2丙酮酸PiP3PPOOHOHCH2CH2OO12546CH2OCOH2COHP磷酸二羟丙酮123+OOHOHCH2CH2OHOPP②异构6-磷酸果糖HCOHCOHH2COP564磷酸甘油醛PPCOHCOHH2COO1，3-二磷酸甘油酸PCOHCOHH2COOH3-磷酸甘油酸PCOH2CCOOHOHH2-磷酸甘油酸COCH2COOHP磷酸烯醇式丙酮酸COCH3OOHC丙酮酸6-磷酸葡萄糖OOHCH2OPPG葡萄糖①活化④裂解⑥脱氢⑤异构PPOOHOHCH2CH2OOP1，6-二磷酸果糖③活化⑦产能⑨脱水⑧异构⑩产能HHOH磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸⑩丙酮酸激酶ADPATP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NAD+⑥3-磷酸甘油醛脱氢酶NADH＋H1.3-二磷酸甘油酸ADP3-磷酸甘油酸⑦磷酸甘油酸激酶ATP3-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(⑦)+2(⑩)-1(①)-1(②)=2ATPG为起始物胞内多糖为起始物2(⑦)+2(⑩)-1(②)=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)•⑴乙醇发酵COOHCOCH3CO2HCOCH3NADH+HNAD++CH3CH2OH丙酮酸脱羧酶+TPP乙醇脱氢酶乙醇•⑵乳酸发酵COOHCOCH3NADH+HNAD++CH3CHOHCOOH•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•每生成1ATP固定了7.3Kcal/mol能量•葡萄糖获能效率＝2×7.3/47=31%•糖原获能效率＝3×7.3/44=49.7%•但葡萄糖CO2＋H2O•△Go`=—686Kcal/mol•葡萄糖获能效率＝2×7.3/686=2.1%•糖原获能效率＝3×7.3/686=3.1%•⑶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•⑴三羧酸循环（CitricAcidCycle)•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(Aerobicoxidation)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+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)柠檬酸异柠檬酸草酰琥珀酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸L-苹果酸草酰乙酸HO2(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)α-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+2CO2•(5)-脱碳-1CO2→3步不可逆反应Ⅰ.丙酮酸脱氢酶复合体E2E3E1三种酶60条肽链形成的复合体CO2CH3OCOOCTPPCH3CHOHTPPS(CH2)4COOSOCH3CS(CH2)4COOSH--SH(CH2)4COOSH-FADH2FADNADNADH+H++SCoACH3CSCoAOHH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CoAE1E3E2E2～Ⅱ.总反应方程式•+4NAD(P)++FAD+GDP+Pi+3H2O•3CO2+4NAD(P)H+4H++FADH2+GTP•4NAD(P)H+4H+12ATP4H2O•FADH22ATP1H2O•ADPATP-3H2O•GTPGDP1ATP1H2O•—————————————————————————•15ATP2H2O氧化磷酸化作用O2COOHCOCH3Ⅲ.糖酵解+三羧酸循环的效率•糖酵解1G→2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸•=2+2×3=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。Ⅳ.生物意义•㈠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！异柠檬酸柠檬酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环三羧酸循环乙酰CoAα-酮戊二酸琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸丙酮酸精氨酸组氨酸谷氨酰胺脯氨酸谷氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬酰胺谷氨酰胺三羧酸循环—焚烧炉•㈡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•α-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）2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+CO27-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)C5C5C3C7C6C4C3C6+++++C3C7+C5C42NADPH生物氧化O26ATP+2H2O6(6-磷酸葡萄糖)+6O26(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)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葡萄糖ATPADP葡糖-6-