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第十九章代谢总论新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换的过程。同化作用（assimilation）：生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分。异化作用（dissimilation）：将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外。特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行。新陈代谢是生物体内所有化学变化的总称；是生物体表现其生命活动的重要特征之一；它是由多酶体系协同作用的化学反应网络。新陈代谢的功能:①从周围环境中获得营养物质。②将外界引入的营养物质转为自身需要的结构元件。③将结构元件装配成自身的大分子。④形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子。⑤提供机体生命活动所需的一切能量。代谢过程是通过一系列酶促反应完成的。完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶促反应称为代谢途径(metabolicpathways)。代谢途径特点:1.没有完全可逆的代谢途径。物质的合成与分解，有的要完全不同的两条代谢途径（如脂肪酸的代谢）；有的要部分地通过单向不可逆反应（如糖代谢）。2.代谢途径的形式是多样的，有直线型的，有分支型的，也有环形的。3.代谢途径有确定的细胞定位。酶在细胞内有确定的分布区域，所以每个过程都是在确定的区域进行的。例如，糖酵解在细胞质中进行，三羧酸循环在线粒体基质中进行，氧化磷酸化在线粒体内膜进行。4.代谢途径是相互沟通的。5.代谢途径之间有能量关联。6.代谢途径的流量可调控。代谢是酶促过程，可通过控制酶的活力与数量来实现。每个代谢途径的流量，都受反应速度最慢的步骤的限制，这个步骤称为限速步骤，或关键步骤，这个酶称为限速酶或关键酶。新陈代谢包括分解代谢和合成代谢两个方面。分解代谢：机体将营养物质转变为较小、较简单的物质，又称异化作用，是指机体将自身物质转化为代谢产物，排出体外合成代谢是机体利用小分子或大分子的结构元件建造成大分子。又称同化作用，是指机体从环境中摄取营养物质，把它们转化为自身物质；这种过程是需能过程。第二十二章糖酵解糖酵解是酶将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随ATP生成的过程。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径。糖酵解的过程在细胞质中进行，是不可逆(irreversible)反应过程，全部过程从葡萄糖开始，经过10步反应10种酶催化。全部在细胞质中进行。反应分2个阶段进行：第一阶段为耗能的准备阶段；第二阶段为放能的收入阶段。糖酵解的反应糖酵解小结（1）反应部位：胞液（2）关键酶：己糖激酶,6-磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶（3）能量的净生成：2ATP消耗ATP的步骤:生成ATP的步骤：反应全过程中有三步不可逆的反应1,3-二磷酸甘油ATP3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸ATP丙酮酸GG-6-ATPADP己糖激酶ADPATPPEP丙酮酸丙酮酸激酶糖酵解中酶的反应类型磷酸果糖激酶(PFK)别构调节别构激活剂：AMP;ADP;F-2,6-BPNADH;脂肪酸;H+丙酮酸激酶1.别构调节别构激活剂：1,6-双磷酸果糖别构抑制剂：ATP,丙氨酸糖酵解的生理意义1.是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。2.是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。①无线粒体的细胞，如：红细胞②代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞ATPADPF-6-PF-1,6-2P磷酸果糖激酶•氧化还原酶（1种）：3－磷酸甘油醛脱氢酶•转移酶（4种）：己糖激酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶•裂合酶（1种）：醛缩酶•异构酶（4种）：磷酸Glc异构酶、磷酸丙糖异构酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶糖酵解中产生的能量•净生成ATP的计算：•消耗ATP=2个（G6-P-G；6-P-F1,6-2P-F）；•生成ATP=2×1＋2×1=4个（1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸；磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸）即底物水平磷酸化；净生成ATP=4－2=2个•产生NADH=2×1（3-磷酸甘油醛1，3-磷酸甘油酸）•葡萄糖＋2Pi＋2ADP＋2NAD＋——2丙酮酸＋2ATP＋2NADH＋2H＋＋2H2O生物学意义★是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量；★形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；★为糖异生提供基本途径。糖酵解的调节：–磷酸果糖激酶催化的反应是糖酵解的限速步骤，该酶受ATP和柠檬酸的抑制，受AMP和2，6-二磷酸-果糖激活。–己糖激酶受6-磷酸-葡萄糖抑制。–丙酮酸激酶受ATP和丙氨酸抑制，受1，6-二磷酸-果糖激活。•此酶有二个结合ATP的部位：①活性中心底物结合部位（低浓度时）②活性中心外别构调节部位（高浓度时）要点新陈代谢合成代谢分解代谢糖酵解新陈代谢的功能？代谢途径特点？糖酵解途径及意义？糖酵解能量的计算及调控？丙酮酸的去路？23章柠檬酸循环1、概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程，称为柠檬酸循环，亦称为三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle),简称TCA循环。由于它是由H.A.Krebs正式提出的，所以又称Krebs循环。2、糖的有氧氧化(aerobicoxidation)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。部位：胞液及线粒体3、糖的有氧分解实际上是丙酮酸在有氧条件下的彻底氧化，因此无氧酵解和有氧氧化是在丙酮酸生成以后才开始进入不同的途径。•有氧氧化的反应过程：第一阶段：酵解途径第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第三阶段：三羧酸循环第四阶段：氧化磷酸化原核生物：①-④阶段在胞质中•真核生物：①在胞质中，②-④在线粒体a\丙酮酸的氧化可分为两个阶段丙酮酸氧化为乙酰-CoAb、乙酰-CoA的乙酰基部分经过三羧酸循环被彻底氧化为CO2和H2O，同时释放出大量能量。4、丙酮酸脱氢酶复合体的组成E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶丙酮酸转化为乙酰-CoA特点：该反应既脱氢又脱羧，故称氧化脱羧•它本身并不属于三羧酸循环，而是连接糖酵解与三羧酸循环的桥梁与纽带•是丙酮酸进入三羧酸循环的必经之路•此反应在真核细胞的线粒体基质中进行，这是连接糖酵解与TAC的中心环节5、乙酰CoA即是柠檬酸循环的入口物质，又是合成脂类的起始物质（如胆固醇的生物合成）•TAC中第一个调节酶，是限速酶，异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶，第三个调节酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体•步骤：1、乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸（单向不可逆，可调控的限速步骤）2、柠檬酸异构化成异柠檬酸（顺乌头酸酶）3、由异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）TCA中第一次氧化作用、脱羧过程，异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶4、α-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰COA（α-酮戊二酸脱氢酶复合体）（TCA中第二氧化作用、脱羧过程）α-酮戊二酸脱氢酶系，TAC循环中的第三个调节酶：并同样受产物NADH、琥珀酰-CoA及ATP、GTP的反馈抑制。先脱羧，后脱氢。5、琥珀酰COA转化成琥珀酸，并产生GTP（TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤）6、琥珀酸脱氢生成延胡索酸(琥珀酸脱氢酶是TAC循环中唯一嵌入线粒体内膜的酶,TCA中第三次氧化的步骤,丙二酸为该酶的竞争性抑制剂开始四碳酸之间的转变)7、延胡索酸被水化生成苹果酸（延胡索酸酶）•8、苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）（TCA中第四次氧化的步骤，最后一步,反应在能量上不利，平衡有利于逆反应，但生理条件下，反应产物草酰乙酸不断合成柠檬酸，其在细胞中浓度极低，少于10-6mol/L，使反应向右进行）。）6、异柠檬酸脱氢酶有两种•一种以NAD+为辅酶：对NAD+专一的酶位于线粒体中，它是三羧酸循环中重要的酶。能量高时活性被抑制。•另一种则以NADP+为辅酶：对NADP+专一的酶既存在于线粒体中，也存在于细胞质中，它有着不同的代谢功能。7、总反应式：丙酮酸+4NAD++FAD+GDP→4NADH+FADH2+GTP+3CO2+H2O乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP→3NADH+FADH2+GTP+2CO2+H2O8、一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应，三个调节位点，四次脱氢反应。3NADH、FADH2进入呼吸链。1次底物水平磷酸化琥珀酰CoA转变成琥珀酸时发生的底物水平磷酸化生成1分子GTP。GTP可将分子未端的高能磷酸键转移给ADP生成ATP。2次脱羧反应异柠檬酸脱氢酶和–酮戊二酸脱氢酶复合体催化。–酮戊二酸脱氢酶复合体的组成和催化反应过程与前述的丙酮酸脱氢酶复合体类似。三步不可逆反应即草酰乙酸与乙酰CoA缩合生成柠檬酸、异柠檬酸转变成–酮戊二酸和–酮戊二酸氧化脱羧反应，保证三羟羧酸循环向一个方向进行。4次脱氢反应异柠檬酸、–酮戊二酸和苹果酸脱下的氢均被NAD+接受生成NADH+H+每对氢原子氧化后可生成2.5分子ATP供线粒体外利用琥珀酸脱氢酶的辅基为FAD，接受2H后，生成FADH2。通过FAD递氢，每对氢原子氧化后可生成1.5分子ATP供线粒体外利用。胞浆内反应阶段糖酵解：葡萄糖→葡糖-6–磷酸﹣1果糖–6–磷酸→果糖–1，6–二磷酸﹣1甘油醛–3–磷酸→1，3–二磷酸甘油酸2×2.5或2×1.5*1，3–二磷酸甘油酸→3–磷酸甘油酸2×1磷酸烯醇式丙酮酸→烯醇式丙酮酸2×1线粒体内反应阶段丙酮酸→乙酰CoA三羧酸循环：异柠檬酸→–酮成二酸2×2.5–酮戊二酸→琥珀酰CoA2×2.5琥珀酰CoA→琥珀酸2×1琥珀酸→延胡索酸2×1.5苹果酸→草酰乙酸小结:①三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。②TAC过程的反应部位是线粒体。③三羧酸循环的要点经过一次三羧酸循环，–消耗一分子乙酰CoA，–经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。–生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2，1分子GTP。④整个循环反应为不可逆反应8、三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它的中间产物也是生物合成的前体，这些过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为回补反应(anapleroticreaction)。9、回补反应之间的转换：三羧酸循环的调节调节三羧酸循环的关键因素•［NADH］／［NAD＋］的比值•［ATP］／［ADP］的比值•草酰乙酸、乙酰CoA等代谢物的浓度三羧酸循环的调控位点及相应调节物三羧循环的生物学意义是有机体获得生命活动所需能量的主要途径是三大营养物质氧化分解的共同途径；是三大营养物质代谢联系的枢纽为呼吸链提供H++e形成多种重要的中间产物;在植物体内，三羧酸循环中间产物如柠檬酸、苹果酸等既是生物氧化基质，也是一定生长发育时期特定器官中的积累物质，如柠檬、苹果分别富含柠檬酸和苹果酸。是发酵产物重新氧化的途径磷酸戊糖途径1、磷酸戊糖途径是指由6-磷酸葡萄糖氧化脱羧生成磷酸戊糖及NADPH+H+、CO2，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，最终转化为6-磷酸葡萄糖的反应过程。细胞定位：胞液•2、磷酸戊糖途径的主要特点：葡萄糖直接氧化脱氢和脱羧，不必经过糖酵解和三羧酸循环•脱氢酶的辅酶不是NAD＋而是NADP+，产生的NADPH作为还原力以供生物合成用，而不是传递给O2，无ATP的产生与消耗•*3、反应过程可分为二个阶段：第一阶段：氧化反应6-磷酸葡萄糖氧化脱羧生成5-磷酸核糖，NADPH+H+及CO2（催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。）第二阶段则是非氧化反应包括一系列基团转移,磷酸戊糖分子重排，产生不同碳链长度的磷酸单糖4、磷酸戊糖途径的特点⑴脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。⑵反应过程中进行了一系列酮