生物与化学·三大营养物质代谢.doc
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1、同一片蓝天生物化学生物化学(糖、脂肪、蛋白质、核糖)小结 静水流深 九月雨 二零一一年十一月二十七22第 页 共 22 页学习代谢的技巧和要求p 概念p 反应过程:起始物、重要中间产物、重要反应(限速酶催化的反应、产能与耗能反应)p 反应部位:器官,细胞定位p 生理意义:如生成ATP的数量p 代谢调节:主要调节点,主要变构抑制剂、变构激活剂p 各代谢之间的联系和调控二、血糖水平的调节 1.肝的调节作用2.神经系统的调节 * 主要依靠激素的调节 特点:1、分解和合成大部分是细胞内发生的多步骤的酶促反应而进行的;2、伴随着能量变化,主要由ATP(其次GTP、CTP、TTP)表示;3、各种物质代谢之
2、间存在着广泛的联系;4、存在整体水平调节、激素水平调节和细胞水平调节(基础)。糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时,葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2,并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。第一阶段:丙酮酸的生成(胞浆)第二阶段:丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA(线粒体第三阶段:乙酰 CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解 三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环,由乙酰CoA和草酰乙酸缩合成含有3个羧酸的柠檬酸,反复的进行脱氢脱羧,使1分子乙酰基彻底氧化,再生成草酰乙酸而形成的一个循环。所有的反应均在线粒体中进行。二、有氧
3、氧化生成的ATP H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。胞浆中NADH的氧化: 1. -磷酸甘油穿梭 呼吸链及生成的ATP数琥珀酸氧化呼吸链 2ATP2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制 呼吸链及生成的ATP数NADH氧化呼吸链 3ATP丙酮酸脱氢酶复合体:酶辅助因子(维生素)丙酮酸脱氢酶TPP硫辛酸乙酰转移酶硫辛酸二氢硫辛酸脱氢酶FAD、NAD+-酮戊二酸脱氢酶复合体:酶辅助因子-酮戊二酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶复合体相似硫辛酸琥珀酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶四、巴斯德效应巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象。* 机制 有氧时,NADH
4、+H+进入线粒体内氧化,丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸; 缺氧时,酵解途径加强,NADH+H+在胞浆浓度升高,丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+,磷酸戊糖再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。糖异生:从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。部位:主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体 原料:主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase),辅酶为生物素(反应在线粒体) 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(反应在线粒体、胞液)2. 1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷
5、酸果糖 (果糖双磷酸酶 ) 3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖 (葡萄糖-6-磷酸酶 ) 三、糖异生的生理意义(一)维持血糖浓度恒定 (二)补充肝糖原 三碳途径: 指进食后,大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物,再进入肝细胞异生为糖原的过程。(三)调节酸碱平衡(乳酸异生为糖) 糖 原 (glycogen) 是动物体内糖的储存形式之一,是机体能迅速动用的能量储备。三、糖原合成与分解的调节 关键酶 糖原合成:糖原合酶 糖原分解:糖原磷酸化酶 这两种关键酶的重要特点:* 它们的快速调节有共价修饰和变构调节二种方式。* 它们都以活性、无(低)活性二种形式存在,二种形式之间可通过磷酸化
6、和去磷酸化而相互转变。正常血糖浓度 :3.896.11mmol/L 第五章 脂代谢(一)脂肪酸的生物合成:主要场所:肝,脂肪组织是储存脂肪的仓库,也可合成脂肪酸和脂肪,但主要是摄取和储存由小肠吸收的食物脂肪酸(外源)和肝合成脂肪酸(内源)合成原料:乙酰CoA(主要来自葡萄糖)线粒体中的乙酰CoA需经过柠檬酸丙酮酸循环才能到达胞液中作为脂肪酸的原料。还需NADPH(主要磷酸五糖途径)、HCO3(CO2)、ATP及Mn(二)a磷酸甘油的来源:(1)三酰甘油分解甘油甘油激酶a磷酸甘油 (2)磷酸二羟丙酮a磷酸甘油脱氢酶a磷酸甘油(主要)DAG途径:是肝细胞和脂肪组织合成三酰甘油的主要途径。 a磷酸甘
7、油脂酰基转移酶是三酰甘油合成的关键酶。一般情况下,脂肪组织合成的三酰甘油主要是就地储存,肝及小肠粘膜上皮细胞合成的不在原组织细胞大量储存,而是形成极低密度脂蛋白(VLDL)肌酸激酶(CM)后入血,脂肪组织内储存或其他组织利用。二、三酰甘油的分解代谢(一)脂肪的动员 1.概念:脂肪细胞中的脂肪,被脂肪酶水解为游离脂肪酸(FFA)和甘油并入血供其它组织利用的过程。 2. 限速酶:TG脂肪酶,激素敏感性脂肪酶: HSL脂解激素:能促进脂肪动员的激素,如胰高血糖素、去甲肾上腺素、ACTH(促肾上腺皮质激素) 、 TSH(促甲状腺激素)等。 对抗脂解激素因子抑制脂肪动员,如胰岛素、前列腺素E2、烟酸等。
8、1. 脂酸活化成酯酰CoA 胞液 酯酰CoA合成酶(脂肪酸硫激酶)ATP、Mg2+和HS-CoA活化1分子脂肪酸消耗2个高能磷酸键。2. 酯酰CoA进入线粒体 肉碱酯酰转移酶(线粒体内膜外侧)和,是同工酶。酯酰CoA肉碱酯酰转移酶酯酰肉碱肉碱酯酰肉碱(膜载体)膜内侧肉碱酯酰转移酶酯酰CoA,释放肉碱。肉碱酯酰转移酶是脂肪酸氧化的关键酶。3、脂酸的-氧化(偶数且20C、饱和)定 义:脂酸的氧化是从脂酰基b-碳原子开始,每次断裂2个碳原子,生成一分子乙酰CoA和一分子比原来少了两个碳原子的脂酰CoA。该过程称为脂酸的b氧化(boxidation)。以CoA为载体的酯酰基每进行一次-氧化,经过脱氢、
9、加水、再脱氢和硫解四步连续反应,生成1分子乙酰CoA及少两个碳原子的酯酰CoA。偶数饱和酯酰CoA可完全氧化为乙酰CoA,一部分奇数碳原子的脂肪酸通过-氧化过程,生成乙酰CoA外,还余下1分子丙酰CoA通过羧酸化反应及异构酶作用琥珀酰CoATAC氧化。体内50%为不饱和脂肪酸,在氧化中生成顺式酯酰CoA,-氧化不能继续进行,经反烯酯酰CoA异构酶变成反烯酯酰CoA。7 轮循环产物:8分子乙酰CoA ,7分子NADH+H+7分子FADH2.1分子FADH2.经呼吸链产生1.5分子ATP, .1分子NADH+H+经呼吸链产生2.5分子ATP,1次-氧化产生4分子ATP。一份子乙酰CoA进入TAC彻
10、底氧化成水和二氧化碳,产生10分子ATP。则共产生108 (131)分子ATP,净产生106 (129)分子ATP.酮体的生成和利用定义:脂酸在肝脏中进行正常分解代谢所生成的乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮三者总称为酮体(ketone bodies)。肝内产生,肝外氧化。血浆水平:0.030.5mmol/L(0.35mg/dl)代谢定位:生成:肝细胞线粒体利用:肝外组织(心、肾、脑、骨骼肌等)线粒体限速酶:HMG-CoA合成酶(羟甲基戊二酸单酰CoA)1)、乙酰乙酰CoA的生成:两分子乙酰CoA 硫解酶 2)、羟甲基戊二酸单酰CoA的生成:HMG-CoA合成酶+1分子乙酰CoA。3)、酮体的生成:HM
11、G-CoA裂解酶,乙酰乙酸和乙酰CoA。乙酰乙酸经-羟丁酸脱氢酶(辅酶NADH+H+)还原为-羟丁酸,乙酰乙酸也可自动脱氢生成丙酮。氧化利用:乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶生成乙酰乙酰CoA,乙酰乙酰CoA硫解酶生成2分子乙酰CoA,进入TAC彻底氧化。-羟丁酸经-羟丁酸脱氢酶生成乙酰乙酸 丙酮量少,主要从肺、肾排出。酮体生成的生理意义:分子小,易溶于水,可通过血脑屏障和肌肉的毛细血管壁。机体利用脂肪酸氧化功能的另一种形式,在长期饥饿或糖供给不足的情况下,酮体可代替糖为脑、肌肉等组织供能。酮体的生成调节:软脂酸的合成:在胞液中,以乙酰CoA为原料合成脂肪酸的过程并不是-氧化的逆过程,而是以丙二酸
12、单酰CoA为基础的连续反应。乙酰CoA 乙酰CoA羧化酶(合成脂肪酸的关键酶)辅基为生物素,Mn2+为激活剂。1分子乙酰CoA和7分子丙二酸单酰CoA在脂肪合成酶作用下由NADPH供氢合成脂肪酸。四、多不饱和脂酸的重要衍生物 .前列腺素、血栓素及白三烯 均来自花生四烯酸 胆固醇代谢 Metabolism of cholesterol 一、胆固醇的结构、分布、及生理功能二、胆固醇的合成 三、胆固醇在体内的转化与排泄 合成原料1分子胆固醇 18乙酰CoA + 36ATP + 16(NADPH+H+) 葡萄糖、脂肪酸、氨基酸 磷酸戊糖途径乙酰CoA经柠檬酸丙酮酸循环出线粒体合成的基本过程一、 甲羟戊
13、酸的生成 胞液 2分子乙酰CoA缩合成乙酰乙酰CoA+乙酰CoA=HMG-CoA 经HMG-CoA还原酶(关键酶)生成甲羟戊酸(MVA)。二、鲨烯的合成MVA经磷酸化,脱羧、脱羟基生成五碳焦磷酸化合物(二甲丙烯焦磷酸和异戊烯焦磷酸) 3分子五碳化合物缩合15碳的焦磷酸发尼脂 2分子15碳化合物再缩合可得。三、 胆固醇的合成胆固醇的酯化:细胞内胆固醇酯化:胆固醇酰基转移酶(ACAT)血浆内胆固醇酯化:磷脂酰胆碱固醇脂酰转移酶(LCAT)(见第二篇章)胆固醇的合成调节:1) HMG-CoA还原酶的调节:有昼夜节律性特点(夜高),磷酸化(失活)与磷酸化。2) 饥饿和饱食的影响3) 胆固醇4) 激素:
14、胰岛素诱导HMG-CoA还原酶,胰高血糖素降低活性,糖皮质激素对一些激素诱导合成起拮抗作用。甲状腺素可使胆固醇转化为胆汁酸,也可增强MG-CoA还原酶的活性,总效应是血浆胆固醇含量降低。胆固醇的转化 (一)转变为胆汁酸 胆固醇在体内代谢的主要去路 40%胆固醇/天胆汁酸肠道 胆汁酸(bile acids)是存在于胆汁中一大类胆烷酸的总称,以钠盐或钾盐的形式存在,即胆汁酸盐,简称胆盐 (bile salts)。按来源分类:初级胆汁酸 由肝细胞以胆固醇为原料直接合成的胆汁酸为次级胆汁酸 初级胆汁酸在肠管中受细菌作用生成的脱氧胆酸和石胆酸及其在肝中生成的结合产物称为人体胆汁中的胆汁酸以结合型为主,主
15、要以胆盐的形式存在血浆脂蛋白的代谢及功能一)、乳糜微粒(CM)半衰期5-15min小肠黏膜细胞合成,运输外源性三酰甘油及胆固醇的主要形式。空腹6-12h血浆中不含CM.二)、极低密度脂蛋白:(VLDL)半衰期6-12h主要在肝细胞合成,其次是小肠黏膜细胞,运输内源性三酰甘油及胆固醇的主要形式。三)、低密度脂蛋白:(LDL)半衰期2-4d由()在血浆中转变而来,主要是转运肝合成的内源性胆固醇 正常人每天降解45%的LDL,其中2/3经LDL受体途径降解,1/3由清除细胞清除。四)、高密度脂蛋白:(HDL) 半衰期3-5d主要在肝合成,其次是小肠。参与胆固醇的逆向转运,即将肝外的胆固醇转到肝内进行
16、代谢。氨基酸蛋白质的生理功能:1) 维持体内多种重要的生理作用2) 维持组织的生长,更新和修补3) 氧化功能4) 参与体内一些重要含氮化合物的合成蛋白质的营养作用:一 氮平衡:摄入量与排出氮量之间的关系。1) 氮的总平衡:动态平衡2) 氮的正平衡:婴幼儿,孕妇,疾病恢复期患者3) 氮的负平衡:出血,烧伤,饥饿,消耗性疾病营养必需氨基酸(essential amino acid) 指机体需要而又不能自身合成,必须由食物供应的氨基酸,称为营养必需氨基酸。必需氨基酸 (携一两本淡色书来)-缬、异、亮、苯、甲硫(蛋)、色、 苏、赖。(组、精) 半必需氨基酸 酪(苯丙)、半胱(蛋)蛋白质的消化,吸收与腐
17、败蛋白质的消化1. 胃内消化:1.5-2.5 主要水解:芳香族氨基酸,蛋氨酸或亮氨酸形成的肽键,2. 小肠内消化(主要场所)胰腺及肠粘膜细胞氨基酸的吸收:小肠,主动吸收,载体蛋白与氨基酸,Na+形成三联体载体:中性氨基酸载体,酸,碱性氨基酸载体,亚氨基酸载体及甘氨酸载体三、蛋白质的腐败作用(一)定义:食物中未被消化的蛋白质及未被吸收的蛋白质消化产物在肠道细菌的作用下,进行分解代谢的过程。称为蛋白质的腐败作用。1) 部位主要是在大肠的下段。2) 腐败作用的实质是细菌本身的代谢,是氨基酸及蛋白质在大肠菌中的代谢作用。腐败的产物多数对人体有害胺、氨、吲哚、酚、硫化氢等。少数对人体有益少量脂肪酸和维生
18、素K氨基酸的一般代谢( General Metabolism of Amino Acids) 氨基酸代谢概括 氨基酸的脱氨基作用 酮酸的代谢一、氨基酸的脱氨基作用氨基酸的分解代谢主要以脱氨基作用。氨基酸可通过转氨基,氧化脱氨基,联合脱氨基(最重要)等方式脱去氨基生成酮酸。(一) 转氨基作用:除赖,苏,脯氨酸和羟脯氨酸外大多数可转氨基,丙氨酸和天冬氨酸转氨酶。(二) L谷氨酸氧化脱氨基作用:(三) 联合脱氨基作用; 最重要的脱氨基方式 联合脱氨基有2条反应途径: a) 转氨+谷氨酸氧化脱氨(肝、肾活跃)b) 核苷酸循环(主要在骨骼肌) 通过联合脱氨基作用可以满足20种氨基嘌呤酸 脱氨基作用.1.
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