生物化学ppt第七章5

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1、物质代谢的联系 Metabolic Interrelationships,新陈代谢的概念,新陈代谢是生物体内全部有序化学变化的总称。它包括物质代谢和能量代谢两个方面。 物质代谢：是指生物体与外界环境之间物质的交换和生物体内物质的转变过程。 能量代谢：是指生物体与外界环境之间能量的交换和生物体内能量的转变过程。 在新陈代谢过程中，既有同化作用，又有异化作用。 同化作用：(又叫做合成代谢)是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质，并且储存能量的变化过程。 异化作用：(又叫做分解代谢)是指生物体能够把自身的一部分组成物质加以分解，释放出其中的能量，并且把分解的终产物排出体外的变化过

2、程。,代谢是新陈代谢的简称，是细胞内发生的各种化学反应的总称。 糖、脂和蛋白质的合成代谢途径各不相同，但是它们的分解代谢途径则有共同之处，即糖、脂和蛋白质经过一系列分解反应后都生成了酮酸并进入三羧酸循环，最后被氧化成CO2和H2O，同时释放出蕴藏的能量。,代谢的概念,这些能量的50%以上迅速转化为热能，用于维持体温，并向体外散发。 其余不足50%则以高能磷酸键的形式贮存于体内，供机体利用。体内最主要的高能磷酸键化合物是三磷酸腺苷（ATP）。此外，还可有高能硫酯键等。 机体利用ATP去合成各种细胞组成分子、各种生物活性物质和其他一些物质； 细胞利用ATP去进行各种离子和其它一些物质的主动转运，维

3、持细胞两侧离子浓度差所形成的势能； 肌肉还可利用ATP所载荷的自由能进行收缩和舒张，完成多种机械功。,物质代谢的特点 The Specialty of Metabolism,第 一 节,一、整体性,各种物质代谢之间互有联系、相互依存又各有特点。,动植物和微生物的大部分组成结构是由三类基本生物分子所构成，这三类分子是氨基酸、糖类和脂类（通常为称为脂肪）。,氨基酸和蛋白质,蛋白质是由线性排列氨基酸所组成，氨基酸之间通过肽键相互连接。 酶是最常见的蛋白质，它们催化代谢中的各类化学反应。 一些蛋白质具有结构或机械功能，如参与形成细胞骨架以维持细胞形态。 还有许多蛋白质在细胞信号传导、免疫反应、细胞黏附

4、和细胞周期调控中扮演重要角色。,脂类,脂肪是由脂肪酸基团和甘油基团所组成的一大类脂类化合物；其结构为一个甘油分子上以酯键连接了三个脂肪酸分子形成甘油三酯。 脂类是类别最多的生物分子。它们主要的结构用途是形成生物膜，如细胞膜。此外，它们也可以作为机体能量来源。,糖类,糖类为多羟基的醛或酮，可以以直链或环的形式存在。 糖类是含量最为丰富的生物分子，具有多种功能，如储存和运输能量（例如淀粉、糖原）以及作为结构性组分（植物中的纤维素和动物中的几丁质）。,核苷酸,DNA和RNA是主要的两类核酸，它们都是由核苷酸连接形成的直链分子。 核酸分子对于遗传信息的储存和利用是必不可少的，通过转录和翻译来完成从遗传

5、信息到蛋白质的过程。 这些遗传信息由DNA修复机制来进行保护，并通过DNA复制来进行扩增。 一些病毒（如HIV）含有RNA基因组，它们可以利用逆转录来从病毒RNA合成DNA模板。,维生素,是一类生命所需的微量有机化合物，但细胞自身无法合成。 在人类营养学中，大多数的维生素可以在被修饰后发挥辅酶的功能；例如，细胞所利用的所有的水溶性维生素都是被磷酸化或偶联到核苷酸上。 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD，还原形式为NADH）是维生素B3（俗称烟酸）的一种衍生物，它也是一种重要的辅酶，可以作为氢受体。数百种不同类型的脱氢酶可以从它们的底物上移去电子，同时将NAD+还原为NADH。而后，这种还原形式便可以

6、作为任何一个还原酶的辅酶，用于为酶底物的还原提供电子。 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸在细胞中存在两种不同的形式：NADH和NADPH。NAD+/NADH多在分解代谢反应中发挥重要作用，而NADP+/NADPH则多用于合成代谢反应中。,无机元素,含量丰富的无机元素都是作为电解质的离子。 体内最重要的离子有钠、钾、钙、镁等金属离子和氯离子、磷酸根离子以及碳酸氢根离子。 在细胞膜的内外维持准确的离子梯度，可以保持渗透压和pH值的稳定。 离子对于神经和肌肉组织也同样不可缺少，这是因为这些组织中的动作电位（可以引起神经信号和肌肉收缩）是由细胞外液和细胞原生质之间的电解质交换来产生的。 电解质进入和离开细胞是通过

7、细胞膜上的离子通道蛋白来完成的。例如，肌肉收缩依赖于位于细胞膜和横行小管（T-tubule）上的离子通道对于钙离子、钾离子和钠离子的流动的控制。,过渡金属,过渡金属在生物体体内通常是作为微量元素存在的，其中锌和铁的含量最为丰富。 这些金属元素被一些蛋白质用作辅因子或者对于酶活性的发挥具有关键作用，例如携氧的血红蛋白和过氧化氢酶。 这些辅因子可以与特定蛋白质紧密结合；虽然酶的辅因子会在催化过程中被修饰，这些辅因子总是能够在催化完成后回到起始状态。,消化,淀粉、蛋白质和纤维素等大分子多聚体不能很快被细胞所吸收，需要先被分解为小分子单体然后才能被用于细胞代谢。有多种消化性酶能够降解这些多聚体，如蛋白

8、酶可以将但蛋白质降解为多肽片断或氨基酸，糖苷水解酶可以将多糖分解为单糖。 微生物只是简单地分泌消化性酶到周围环境中，而动物则只能由其消化系统中的特定细胞来分泌这些酶。由这些位于细胞外的酶分解获得的氨基酸或单糖接着通过主动运输蛋白被运送到细胞内。,糖类的分解代谢,一旦糖链被分解为单糖后就可以被细胞所吸收。进入细胞内的糖，如葡萄糖和果糖，就会通过糖酵解途径被转化为丙酮酸盐并产生部分的ATP。 丙酮酸盐是多个代谢途径的中间物，但其大部分会被转化为乙酰辅酶A并进入柠檬酸循环。虽然柠檬酸循环能够产生ATP，但其最重要的产物是NADH由乙酰辅酶A被氧化来提供电子并由NAD生成，同时释放出无用的二氧化碳。

9、在无氧条件下，糖酵解过程会生成乳酸盐，即由乳酸脱氢酶将丙酮酸盐转化为乳酸盐，同时将NADH又氧化为NAD+，使得NAD可以被循环利用于糖酵解中。 另一种降解葡萄糖的途径是磷酸戊糖途径，该途径可以将辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）还原为NADPH，并生成戊糖，如核糖（合成核苷酸的重要组分）。,丙酮酸,CO2 + H2O,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A,丙酮酸,乙酰CoA,+ CO2,丙酮酸 脱氢酶系,多酶复合体：是催化功能上有联系的几种酶通过非共价键连接彼此嵌合形成的复合体。其中每一个酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的辅酶。,CO2,CoAS

10、H,NAD+,NADH+H+,5. NADH+H+的生成,1. -羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,4. 硫辛酰胺的生成,P,三羧酸循环总图,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,有氧氧化的反应过程,糖的有氧氧化代谢途径可分为：葡萄糖酵解、丙酮酸氧化脱羧和三羧酸循环三个阶段。,氧化磷酸化,胞液侧,基质侧,化学渗透假说详细示意图,己糖激酶,磷酸果糖激酶,丙酮酸激酶,6磷酸葡萄糖酶,1,6-二磷酸果糖酶,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,磷酸戊糖途径总反应图,糖酵解途径,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,磷酸戊糖途径小结,反应部位： 胞浆 反应底物： 6-磷酸

11、葡萄糖 重要反应产物： NADPH、5-磷酸核糖 限速酶： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD),磷酸戊糖途径的生物学意义,1、磷酸戊糖途径也是普遍存在的糖代谢的一种方式 2、产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力 3、该途径的反应起始物为6-磷酸葡萄糖，不需要 ATP参与起始反应，因此磷酸戊糖循环可在低ATP浓度下进行。 4、此途径中产生的5-磷酸核酮糖是辅酶及核苷酸生物合成的必需原料。 5、磷酸戊糖途径是机体内核糖产生的唯一场所。,脂肪的代谢,脂肪是通过水解作用分解为脂肪酸和甘油。 甘油可以进入糖酵解途径。 脂肪酸通过-氧化被分解并释放出乙酰辅酶A，而乙酰辅酶A如上所述进入柠

12、檬酸循环。 在氧化过程中脂肪酸可以释放出比糖类更多的能量，这是因为糖类结构的含氧比例较高。,甘油三酯（脂肪）的酶促水解,脂肪,甘油+脂肪酸,限速酶,甘油的氧化分解与转化,氨基酸代谢,氨基酸既可以被用于合成蛋白质或其他生物分子，又可以被氧化为尿素和二氧化碳以提供能量。 氧化的第一步是由转氨酶将氨基酸上的氨基除去，氨基随后被送入尿素循环，而留下的脱去氨基的碳骨架以酮酸的形式存在。 有多种酮酸（如-酮戊二酸，由脱去氨基的谷氨酸所形成）是柠檬酸循环的中间物。 此外，生糖氨基酸（glucogenic amino acid）能够通过糖异生作用被转化为葡萄糖,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,鸟氨酸循环,线粒体

13、,胞 液,小结,代谢的一个很大的特点是：即使是差异巨大的不同物种，它们之间的基本代谢途径也还是相似的。例如，柠檬酸，作为三羧酸循环中的最为人们所知的中间产物，存在于所有的生物体中，无论是微小的单细胞的细菌还是巨大的多细胞生物如大象。 代谢中所存在的这样的相似性很可能是由于相关代谢途径的高效率以及这些途径在进化史早期就出现而形成的结果。,二、代谢调节,机体有精细的调节机制，调节代谢的强度、方向和速度,内外环境不断变化,影响机体代谢,适应环境的变化,三、各组织、器官物质代谢各具特色,结构不同,酶系的种类、含量不同,不同的组织、器官,代谢途径不同、功能各异,是机体物质代谢的枢纽。 在糖、脂、蛋白质、

14、水、盐及维生素代谢中均具有独特而重要的作用。,肝,肝在维持血糖稳定中起重要作用。,以葡萄糖有氧氧化供能为主。,心脏,耗能大，耗氧多。 葡萄糖为主要能源。 不能利用脂酸，葡萄糖供应不足时，利用酮体。,脑,合成、储存糖原； 通常以脂酸氧化为主要供能方式； 剧烈运动时，以糖酵解为主。,肌 肉,能量主要来自糖酵解。,红细胞,合成及储存脂肪的重要组织； 将脂肪分解成脂酸、甘油，供机体其他组织利用。,脂肪组织,也可进行糖异生和生成酮体； 肾髓质主要由糖酵解供能；肾皮质主要由脂酸、酮体有氧氧化供能。,肾脏,四、各种代谢物均具有各自共同的代谢池,例如,五、ATP是机体能量利用的共同形式,营养物分 解,六、NA

15、DPH是合成代谢所需的还原当量,例如,乙酰CoA,NADPH + H+,脂酸、胆固醇,磷酸戊糖途径,物质代谢的相互联系 Metabolic Interrelationships,第 二 节,一、在能量代谢上的相互联系,三大营养素,共同中间产物,共同最终代谢通路,三大营养素可在体内氧化供能。,从能量供应的角度看，三大营养素可以互相代替，并互相制约。 一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量节约蛋白质的消耗。,任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。,例如,饥饿时,肝糖原分解 ，肌糖原分解,肝糖异生，蛋白质分解 ,以脂酸、酮体分解供能为主 蛋白质分解明显降低,1 2 天,3 4 周,（

16、一）糖代谢与脂代谢的相互联系,1. 摄入的糖量超过能量消耗时,二、糖、脂和蛋白质之间的相互联系,2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖,3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响,饥饿、糖供应不足或糖代谢障碍时,（二）糖与氨基酸代谢的相互联系,例如,丙氨酸,丙酮酸,脱氨基,糖异生,葡萄糖,1. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的-酮酸，可转变为糖。,2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些 非必需氨基酸,糖,丙酮酸,草酰乙酸,乙酰CoA,柠檬酸,-酮戊二酸,1. 蛋白质可以转变为脂肪,2. 氨基酸可作为合成磷脂的原料,（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系, 但不能说，脂类可转变为氨基酸。,3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸,（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系,1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料,2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供,葡萄糖、糖原,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,目 录,目 录,代 谢 调 节