第7章代谢

第7章代谢1、掌握糖代谢概况；葡萄糖的分解代谢1.糖的无氧分解——糖酵解2.丙酮酸的有氧氧化3.葡萄糖有氧分解代谢过程中产生的能量4.丙酮酸的其它代谢途径5.磷酸戊糖途径葡萄糖的分解代谢1.糖的无氧分解——糖酵解(glycolysis)葡萄糖经无氧分解转变为丙酮酸并生成少量ATP的过程。也称EMP途径(Embden、Meyerhof、Parnas，1940年)。地点：细胞胞液是所有生物细胞中葡萄糖分解的一条共同代谢途径。是生物最古老、最原始获取能量的一种方式。2、了解糖酵解的过程、意义和能量计算方法，掌握糖酵解的特点。糖酵解途径特点1.10步反应，其中三个不可逆反应2.中间代谢物都是磷酸化的3.两个阶段（1）己糖阶段（消耗ATP）磷酸化、异构化、再磷酸化（2）丙糖阶段（生成ATP和NADH）裂解、异构化、脱氢又磷酸化、高能磷酰基转移、异构化、脱水、高能磷酰基转移4.产物：2分子丙酮酸，净生成2分子ATP和2分子NADH。5.糖酵解是一个不需氧的产能过程6.产能的方式：底物水平磷酸化、生成还原型辅酶净产能的数量：2ATP+2NADH+H+葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O糖酵解的生理意义1、糖酵解是一切生物体内糖分解代谢的普遍途径。2、糖酵解是一个不需氧的产能过程，释放的能量虽不多，但能为肌体迅速提供能量。缺氧情况下某些细胞在氧供应正常情况下某些病理情况下厌氧生物3、糖酵解途径的许多中间产物可作为合成其他物质的原料。磷酸二羟丙酮是合成甘油的前体以3-磷酸甘油酸为启始原料可以合成一些氨基酸丙酮酸可与丙氨酸相互转变2.丙酮酸的有氧氧化有氧条件下，丙酮酸进入线粒体基质，首先氧化脱羧（CO2）生成乙酰CoA，再进入三羧酸循环，释放出少量能量（ATP），产生NADH和FADH2等还原型辅酶的过程。包括两个过程：丙酮酸的氧化脱羧、三羧酸循环地点：线粒体基质1、掌握TCA的特点。TCA循环过程小结①8步反应构成一个循环，其中3步不可逆；②2个碳原子以乙酰基（乙酰CoA）的形式进入循环，草酰乙酸的2个碳原子以CO2形式离开循环；③消耗2分子水，分别用于柠檬酸和苹果酸的合成；④一次底物水平磷酸化，通过与琥珀酰CoA的高能硫酯键的断裂偶合生成1个GTP；⑤有4对氢原子在4步氧化反应中离开循环，以3个NADH和1个FADH2的形式。2、掌握丙酮酸的乳酸代谢途径的特点和意义4、掌握糖异生途径的特点和意义TCA能量计算:1ATP+(33)ATP+(12)ATP=12ATP2、掌握丙酮酸的乳酸代谢途径的特点和意义乳酸属于代谢的一种终产物，除了再转变为丙酮酸外，别无其他去路。4、掌握糖异生途径的特点和意义非糖物质如丙酮酸、乳酸、甘油及生糖氨基酸等转变为葡萄糖的过程。是体内合成单糖的唯一途径。反应地点：肝脏糖异生作用过程:基本上是糖酵解的逆过程，大多数反应是共有的，酵解途径中有3个不可逆反应，在糖异生时，须由另外的酶催化。糖酵解途径中所有的中间产物都能异生成糖。糖异生的生理意义（1）在空腹或饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定。（2）回收乳酸能量，防止乳酸中毒。2、掌握脂肪酸β-氧化分解途径的特点；1.甘油的分解代谢主要地点：肝脏过程:（1）磷酸化（2）脱氢氧化（3）进入糖异生途径或糖酵解途径。绝大部分甘油在肝中经糖异生途径转化为葡萄糖2.脂肪酸的β-氧化反应部位：肝脏、骨骼肌等的线粒体基质。除脑组织和红细胞外，大多数组织均能氧化脂肪酸，但以肝脏及肌肉组织最活跃。脂肪酸在氧化分解时，其氧化发生在脂肪酸的β位，每次从羧基端切下一个二碳单元（C2）。（1）脂肪酸被活化,生成脂酰CoA（2）脂酰CoA转运入线粒体（3）β-氧化过程α-氧化ω-氧化脂肪酸β-氧化：在细胞质中脂肪酸被激活后（脂酰CoA），经肉碱携带转运进线粒体基质，在β位经过脱氢、加水、再脱氢和硫解四步不可逆反应生成一个乙酰CoA和少两个碳的脂酰CoA，如此不断循环，直至将长链脂肪酸都分解为乙酰CoA(丙酰CoA)。脂酰CoA的生成需消耗1个ATP中的2个高能磷酸键。产物：乙酰CoA、FADH2、NADH+H+注意：脂肪酸β-氧化本身并不生成能量作为能源物质，葡萄糖与脂肪酸的比较：1）产能：葡萄糖有氧氧化：38ATP(4+34)，38/6≈6.33软脂酸β-氧化：129ATP(131-2)，129/16≈7.56（2）储存：脂肪的疏水性使之能大量被储存，糖的储存需要结合大量水。（3）以脂肪酸为能源时，生物体还能获得大量水。（4）糖是唯一能在缺氧条件下产生能量的物质。（5）血脑屏障的存在，中枢神经系统依赖糖供能3、掌握酮体代谢的特点；1）酮体脂肪酸在肝外组织（如骨骼肌、心肌等）经β-氧化生成的乙酰CoA，能彻底氧化生成二氧化碳和水，而在肝细胞中因为具有活性较强的合成酮体的酶系，β-氧化反应生成的乙酰CoA，大多转变为酮体(乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮)。酮体代谢定位：肝脏生成，肝外利用生成：肝细胞线粒体利用：心、肾、脑、骨骼肌等线粒体（4）酮体代谢小结与生理意义酮体是脂肪酸在肝脏氧化的正常中间产物，是肝脏为肝外组织提供能源物质的一种形式，是肌肉，尤其是脑组织的重要能源。酮体利用的增加可减少糖的利用，有利于维持血糖水平恒定，节省蛋白质的消耗。正常情况下血中仅含少量酮体。但在饥饿、妊娠呕吐及糖尿病时，脂肪动员加强，肝内生成酮体超过肝外利用能力时，可引起酮血症和酮尿症，导致酮症酸中毒，严重者危及生命。4、掌握乙酰CoA的主要去向（3）脂肪酸合成由7种酶组成的脂肪酸合成酶复合物5个反应步骤：负载、缩合、还原、脱水、再还原1分子乙酰CoA先后与7分子丙二酸单酰CoA在脂酸合成酶系上依次重复进行5个反应步骤：负载、缩合、还原、脱水和再还原。每重复一次碳链延长2个碳原子。2、糖和脂肪可以相互替代供能脂肪酸的氧化利用可以减少对糖的需求，这样，在糖供应不足时，脂肪（酮体）可以代替糖提供能量，使血糖浓度不至于下降过多。3、脂肪代谢的正常进行，依赖于糖代谢的正常进行草酸乙酸主要来源于糖酵解产生的丙酮酸p.235TCA、酮体分解、脂肪酸合成当糖严重缺乏或代谢障碍时，脂肪大量动员，乙酰CoA及酮体生成增加，而TCA及酮体分解不能有效进行,于是血中酮体堆积，严重者可致酮症酸中毒。第8章生物化学过程的调控2、掌握激素的作用机制多细胞生物——通过细胞间复杂的信号传递系统来传递信息，从而调控机体活动。从本质上看，所有的生物分子，如基因、蛋白质和酶等生物大分子，以及无机离子、有机小分子等都参与了生物化学过程的调控。生物调控：生物体内内源性物质的调控作用化学调控：外源性的天然或人工合成的活性小分子，通过影响和改变参与生物调控过程的生物大分子的结构和功能，从而对生物体内发生的生物化学过程进行调控。生物调控1、信号分子水平调控信号分子：生物体内存在的一类特殊的化学物质，将细胞外的生物信号传递到细胞内，调控细胞内发生的各种复杂的生物化学变化和过程。激素、神经递质、生长因子和细胞因子、气体信号分子、cAMP、cGMP等。2、基因水平调控基因水平的调控决定了细胞内各种蛋白质和酶的合成水平，包括类型、数量、分布和功能等。以信号分子为基础的调控，以及蛋白质水平和酶水平的调控，都与基因水平调控密切相关。3、蛋白质水平调控蛋白质是生命活动的物质基础通过对蛋白质的化学基团修饰，改变其结构，影响其功能，对生命活动过程实施调控4、酶水平调控酶水平调控：通过调节酶的活性来控制各种代谢或生理过程。生命体内种类最多、作用机制最复杂的一类调控过程。生物调控最终实现的方式：对酶以及酶的调控物质的种类、数量或活性的调节，从而对代谢进行的速度与方向进行。、第二信使定义：第一信使作用于细胞表面受体（靶细胞）后在胞浆内产生的调控信号物质，其作用是对胞外信息进行转导和放大，变为细胞内信息，进而启动细胞内的级联系统。基本特性：①在细胞内的浓度受第一信使的调节；②仅在细胞内部起作用；③能启动细胞内中的反应信号应答级联系统已知的第二信使种类很少，都是小分子或离子第1类：cAMP和cGMP信使体系第2类：DAG和IP3–Ca2+信使体系第3类：NO-cGMP信使体系第二信使的作用方式①间接作用（主要方式），第二信使通过激活各种激酶，使底物蛋白磷酸化或脱磷酸化，进而产生各种生物学变化，调节细胞内代谢系统的酶活性，控制细胞的生命活动，包括控制细胞的增殖、分化和生存，并参与基因转录的调节。从分子学意义上讲，细胞内信息传递过程是以蛋白质磷酸化与脱磷酸化为基础，依次引起构型的变化和功能的改变，以实现信息的传递。②直接作用。如Ca2+能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引起肌肉收缩。cAMP最重要的第二信使，许多激素的信息都是通过cAMP在细胞内进行传递的。功能：激活蛋白激酶A（cAMP-依赖蛋白激酶，PKA）。（间接作用）cGMP第二信使，激素、NO等第一信使都可诱导cGMP的产生。功能：激活蛋白激酶G（cGMP-依赖蛋白激酶，PKG）。cGMP与cAMP有相互制约和协调的关系在许多组织中，cGMP的效应与cAMP正好相反。（拮抗）很多时候cAMP需要cGMP的配合才能更完善地发挥其作用。（比值）细胞间信息物质：由特定细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，又称作第一信使。类型：激素、神经递质、局部化学介质、气体信号分子局部化学介质：参与细胞生长和分化调控的化学信号分子。特点：不进入血循环，通过扩散作用到达靶细胞，作用时间短。化学结构：多肽类种类：（1）生长因子：表皮生长因子、血小板源生长因子、成纤维细胞生长因子、血管内皮生长因子、神经增长因子（2）细胞因子：白细胞介素、干扰素、集落刺激因子、趋化因子、肿瘤坏死因子、转化生长因子3、激素又称内分泌信号神经系统对生命活动的调控在很大程度上是通过调节激素的分泌来实现的。特点：由特殊分化的内分泌细胞分泌通过血液循环到达靶细胞作用时间较长4、掌握酶活性调节的主要形式1、变构调节作用变构酶：具有变构中心（不是酶活性中心），可以与某些化合物（称为变构剂）发生非共价可逆结合，引起酶分子构象的改变，使酶的活性发生变化。变构调节作用变构剂分类：激活变构剂、抑制变构剂变构酶的动力学特征大多数由变构酶催化的反应不遵守米氏方程由变构剂所引起的抑制作用也不服从典型的竞争性或非竞争性抑制作用的数量关系。2）酶的反馈调节机制——变构调节反馈调节作用：许多酶促反应的起始物、中间产物和终产物，对反应途径中的某一步（通常是第一步反应）表现出调控作用，使酶促反应速率加快或减慢。变构效应是反馈调节的基础，是调节代谢的有效方法。分类：①正反馈作用②负反馈作用特点：①反馈调节作用一般出现在代谢途径的第一步反应②负反馈调节作用更为普遍。2、共价修饰调控作用共价修饰作用：某些酶分子以共价键连上或脱下某种特殊的化学基团，从而引起酶活性的改变。共价调节酶共价修饰调控的主要类型：磷酸化、腺嘌呤核苷酸化、腺嘌呤二核苷酸化、脲嘧啶核苷酸化、甲基化。共价修饰作用的特点（1）共价调节酶有两种互变形式：活性形式和非活性形式，两种形式的互变需要不同的酶催化。（2）共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象，具有信号放大效应。3、酶原的激活酶原：有些酶在生物体内首先合成出来的是它的无活性前体，在一定的条件下，水解去除一部分肽链，使酶的构象发生变化，形成有活性的酶分子。消化系统的酶（如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和胃蛋白酶等）血液中酶（凝血酶、纤溶酶等）酶原的激活：不可逆的共价键断裂过程酶原激活的生理意义1）保护及定位作用消化管内蛋白酶以酶原形式分泌可以保护消化器官本身不被酶水解破坏；同时保证酶在特定的部位与环境发挥作用（2）酶原是酶的储存形式血液中的凝血酶和纤溶酶以酶原的形式储存在血循环中，需要时再转化成活性的酶。酶的化学激活和抑制1、pH对酶活性影响2、金属离子对酶活性影响激活剂：K+、Na+、Ca2+及Mg2+等。它们对于许多激酶和合成酶具有激活作用。抑制剂：重金属离子，例如Hg2+、As3+、Pb2+和Ag+等。巯基、辅酶3、酶的化学修饰1）激活修饰某些具有