《物质代谢》PPT课件.ppt

第八章 物质代谢,学 习 目 标,1明确生物氧化的概念、特点和方式。 2了解生物氧化过程中CO2 、H2O和ATP的生成过程。 3掌握糖的酵解(无氧氧化)、有氧氧化、磷酸戊糖途径和糖醛酸途径的基本反应过程。 4了解糖原合成与分解的简单过程。 5掌握脂类消化、分解与吸收的简单过程，了解甘油和脂肪酸分解代谢过程。,6了解脂肪(甘油三酯)合成代谢的简单过程，了解磷脂合成代谢的简单过程。 7了解核苷酸分解与合成代谢的简单过程。 8掌握氨基酸的一般(合成与分解)代谢过程，了解蛋白质的生物合成过程。 9了解物质代谢途径之间的相互关系和代谢调节与控制的简单机制。 10了解动植物等食品原料组织的代谢特点。,新陈代谢,合成代谢 (同化作用),释放能量,从小的底物分子合成较大的分子的过程，合成代谢的底物分子常来自分解代谢的中间产物。,储存能量,物质代谢,能量代谢,新陈代谢：生物体与外界环境不断进行物质和能量交换的过程。,分解代谢 (异化作用),机体将来自环境或自身储存的大分子有机营养物质，降解成较小的产物的过程，终产物排出体外。,第一节 生物氧化,物质在生物体内的氧化分解过程称生物氧化。 生物氧化伴随着能量释放。 这个过程在生物体细胞内进行，因此又叫细胞呼吸。 生物氧化需要的酶主要存在于线粒体上，因此生物氧化主要在线粒体上进行，它被称为细胞的“产能工厂”。,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,体外,体外,生物氧化与体外燃烧的比较,一、生物氧化过程中二氧化碳的生成,生物氧化过程中所产生的二氧化碳，是体内代谢的中间产物有机酸脱羧的结果。 1单纯脱羧 不伴有氧化，直接由脱羧酶催化脱羧形成二氧化碳，称单纯脱羧。,2氧化脱羧 有些脱羧反应由氧化脱羧酶催化，脱羧形成二氧化碳的同时还伴有氧化，称氧化脱羧。,二、生物氧化过程中水的生成,代谢物脱下的成对氢原子(2H)通过一系列连锁反应逐步传递，最终与氧气结合生成水。 此过程与细胞呼吸有关，所以将此传递链称为呼吸链，主要有NAD呼吸链和FAD呼吸链两条。 NAD呼吸链,FAD呼吸链,三、 ATP的生成,生物氧化的过程中，释放的能量一部分会发生磷酸化形成高能磷酸化合物，将能量暂时储存起来，作为生命活动的直接能量来源。 其中ATP是最为重要和直接的能源。,ATP生成方式,底物水平磷酸化,呼吸链磷酸化(最主要),磷酸化就是ADP与Pi或AMP与PPi合成ATP的过程。,1底物水平磷酸化,物质在生物氧化过程中，常生成一些含高能磷酸键的化合物，这些化合物直接将其分子中的高能磷酸键转移到ADP分子上，形成ATP(同时能量转移至ATP)的过程，称为底物水平磷酸化。,生物体内的ATP只有很少是通过底物水平磷酸化生成的。,2呼吸链磷酸化,是指生物氧化过程中，代谢物脱下的氢，经呼吸链氧化生成水时，会释放出较多能量，使ADP磷酸化为ATP的过程。 又称氧化磷酸化或电子传递磷酸化。 这种方式是生物体产生ATP的主要形式。 NAD呼吸链每生成1个H2O可产生3个ATP； FAD呼吸链每生成1个H2O只产生2个ATP。,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）,临界糊精+异麦芽糖 （30%） （5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,临界糊精酶,肠粘膜上皮细胞,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,淀粉的消化过程,第二节 糖类的代谢,大分子糊精,吸收部位： 小肠中上段,吸收形式： 单糖,一、糖的分解代谢,糖的分解代谢，主要途径有四条：无氧条件下进行的糖酵解途径；有氧条件下进行的有氧氧化；生成磷酸戊糖的磷酸己(戊)糖通路；生成葡萄糖醛酸的糖醛酸代谢。 1.葡萄糖的酵解 葡萄糖酵解途径简称糖酵解途径或EMP途径。 糖酵解是在细胞质的溶胶中进行。该途径不需要氧气就能够进行，所以又叫无氧呼吸。,高等动物和乳酸菌的糖酵解代谢过程可分为： 葡萄糖先分解为丙酮酸， 丙酮酸再转变为乳酸的过程。 第步反应是葡萄糖无氧呼吸和有氧氧化所经历的共同途径，是一切有机体中普遍存在的葡萄糖分解途径。 酵母菌可将丙酮酸进一步脱羧，生成乙醇，也称酒精发酵作用。,糖酵解途径,糖酵解的过程,活化了葡萄糖，进入细胞的葡萄糖不再逸出细胞，需要消耗ATP，反应不可逆,葡萄糖的磷酸化,6-磷酸葡萄糖的异构反应,需要消耗ATP，反应不可逆,6-磷酸果糖的磷酸化,1,6二磷酸果糖的裂解反应,到此，1分子葡萄糖分解生成2分子3-磷酸甘油醛，经过两次磷酸化，消耗2分子ATP,磷酸二羟丙酮的异构反应,磷酸根来自无机磷酸，反应生成高能磷酸键, 3-磷酸甘油醛的氧化反应,底物水平磷酸化,高能磷酸键转移反应, 3-磷酸甘油酸的变位反应, 2-磷酸甘油酸的脱水反应,反应释放的能量储存在磷酸键中，形成高能磷酸键,底物水平磷酸化，反应不可逆,磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移,为方便研究，人为的将上述10步反应分成两个阶段，前5步是第一阶段，消耗能量(ATP) ，后5步是第二阶段，产生能量(ATP)。 第一阶段消耗二分子ATP，第二阶段产生4分子ATP(22)，因此通过糖酵解途： 葡萄糖2丙酮酸+2ATP,1.在无氧条件下，酵母将丙酮酸转化为乙醇和CO2。 2.在无氧条件下，大多数生物体将丙酮酸还原为乳酸。 3.在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体参加有氧氧化，最终生成CO2和H2O。,丙酮酸的去路,丙酮酸在无氧条件下生成乳酸,反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。,葡萄糖,EMP,生物体内各种代谢途径的调节，主要是通过调节酶的活性来实现的。 在一个代谢过程中往往由催化不可逆反应的酶限制代谢反应速度，这种酶称为限速酶。,糖酵解的调节,调节点:限速酶, 己糖激酶, 6-磷酸果糖激酶-1(最重要), 丙酮酸激酶,胰岛素能促进这三种酶的合成，从而促进糖的代谢。,糖酵解小结,1. 反应部位：细胞液 2. 糖酵解是一个不需氧的产能过程 3. 反应全过程中有三步不可逆的反应,产能方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量：22-2= 2ATP,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, 如:剧烈运动、人到高原,3. 是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径,2. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径： 无线粒体的细胞，如：红细胞; 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞,4. 可用于发酵食品的生产加工,2糖的有氧氧化,定义：指在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。,糖的有氧氧化与糖酵解,细胞,细胞液,线粒体,葡萄糖丙酮酸,CO2+H2O+ATP (糖的有氧氧化）,乙酰CoA,乳酸,(糖酵解),第一阶段：丙酮酸的生成(细胞液) 葡萄糖 2丙酮酸+ 2ATP 第二阶段： 丙酮酸氧化脱羧,丙酮酸,乙酰CoA,+ CO2,丙酮酸 脱氢酶系,反应不可逆,丙酮酸脱氢酶系：3 种酶，5种辅酶 丙酮酸脱羧酶(TPP)：催化丙酮酸氧化脱羧 二氢硫辛酸乙酰转移酶(二氢硫辛酸、辅酶A)：催化乙酰基转移到辅酶A 二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+)：催化还原型二氢硫辛酸转变为氧化型的硫辛酸,三羧酸循环,乙酰CoA进入线粒体，参与由一连串反应构成的循环体系，最终被氧化生成H2O和CO2。 因为在循环的一系列反应中，起始的和关键的反应是生成含有三个羧基柠檬酸，所以称为柠檬酸循环，亦称为三羧酸循环，简称TCA循环。,乙酰CoA进入三羧酸循环,TCA循环,柠檬酸合成酶,柠檬酸,HSCoA,限速酶,+ H2O,反应不可逆，是三羧酸循环中的第一个限速步骤,异柠檬酸,异柠檬酸的形成,柠檬酸,顺乌头酸,TCA循环,顺乌头酸酶,异柠檬酸,第一次氧化脱羧,-酮戊二酸,NADH+H+,异柠檬酸脱氢酶,TCA循环,第二步限速步骤,限速酶,脱下的氢进入NAD呼吸链，氧化成H2O ，释放出ATP,草酰琥珀酸,第二次氧化脱羧,-酮戊二酸脱氢酶系,HSCoA,NAD+,琥珀酰CoA,-酮戊二酸,限速酶,TCA循环,该酶也是复合酶系，由三个酶(-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶)五个辅酶(TPP、硫辛酸、HSCoA、NAD+、FAD)组成,第三步限速步骤,底物磷酸化生成ATP,琥珀酸合成酶,琥珀酰CoA,琥珀酸,TCA循环,琥珀酸脱氢生成延胡索酸,TCA循环,延胡索酸,琥珀酸,脱下的氢进入FAD呼吸链，氧化成H2O ，释放出ATP,延胡索酸加水生成苹果酸,TCA循环,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸再生,草酰乙酸,TCA循环,苹果酸,脱下的氢进入NAD呼吸链，释放出3分子ATP,反应产物草酰乙酸又可与另一分子乙酰CoA缩合生成柠檬酸，开始新一轮的三羧酸循环,NAD+,P,三羧酸循环总图,NAD+,NAD+,FAD,NAD+, 循环反应在线粒体中进行，为不可逆反应。 循环中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP，转化为一分子ATP。 循环中有两次脱羧反应，生成两分子CO2。 循环中有三个的关键酶：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶系。,三羧酸循环小结, 循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADH +H+和一分子FADH2。 每完成一次循环，可生成12分子ATP。,三羧酸循环小结,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,糖有氧氧化的生理学意义,是机体获得生命活动所需能量的主要方式： 不仅产能效率高，且能量逐步分次释放，逐步贮存于ATP中，所以能量利用率也高。 是糖、脂肪和蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径： 是机体代谢的枢纽：形成多种重要的中间产物是生物体内许多重要物质生物合成的原料，联系体内各类物质代谢。,糖原 脂肪 蛋白质,葡萄糖 脂肪酸 氨基酸 甘油,乙酰辅酶A,TCA,营养物质氧化分解的共同途径,糖有氧氧化的调节,限速酶, 酵解途径：, 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体, 三羧酸循环：,己糖激酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶,柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体,3磷酸己糖途径,磷酸己糖途径，也称磷酸戊糖途径。 反应部位是细胞液，整个代谢过程中无ATP生成，也不消耗ATP。 反应分为不可逆氧化和可逆非氧化两个阶段。 反应的限速酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶，活性受NADPH+H+的抑制。 是葡萄糖代谢的 “旁路”，当机体需要NADPH或5-磷酸核糖时，葡萄糖就会流入这一途径。,磷酸戊糖途径在动、植物和微生物中普遍存在，但不同的组织中所占的比重不同。 生理意义： 是葡萄糖在体内生成5-磷酸核糖的唯一途径； 产生NADPH，作为氢供体参与多种代谢反应; 实现某些单糖间的转变，使核酸、氨基酸代谢与糖的有氧氧化和无氧呼吸反应联系起来； 不需要ATP参与反应，可在低ATP浓度下进行。,4糖醛酸途径 糖醛酸途径主要在肝脏和红细胞中进行。 糖醛酸代谢的主要生理功能，是生成解毒物质尿二磷葡萄糖醛酸。 此代谢过程要消耗NADPH+H+，因此与磷酸戊糖通路关系密切，当磷酸戊糖通路发生障碍时，必然会影响糖醛酸代谢的正常进行。,二、糖异生途径,定义：指从丙酮酸等非糖物质生成葡萄糖的过程。 糖异生途径可看成糖酵解途径的逆过程，与糖酵解途径大多数反应是共有的、可逆的，反应在细胞液中进行。 酵解途径中有3个由限速酶催化的不可逆反应。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。,丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),PEP羧激酶,丙酮酸羧化酶,丙酮酸,1,6-二磷酸果糖转变为6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,非糖物质进入糖异生的途径,非糖物质转变成糖代谢的中间产物,上述糖代谢的中间产物进入糖异生途径，生成葡萄糖；通过有氧氧化，最终变为CO2和H2O。,糖异生的生理意义,空腹或饥饿时利用非糖化合物异生成葡萄糖，以维持血糖水平恒定； 有利于乳酸的回收利用，不仅是肝脏补充或恢复糖原储备的重要途径，还有助于维持体液酸碱平衡，防止乳酸中毒的发生； 协助氨基酸的分解代谢,第三节 脂类的代谢,一、脂类的消化、分解与吸收 一般正常人每天摄入的脂类应占总产热量的2025，应摄入5060克脂类。 其中绝大多数属于脂肪，仅有少量类脂。,成人的对脂类的消化作用主要是在小肠中进行的。 脂类进入十二指肠后，来自胆囊中的胆汁盐使脂肪乳化，增大了脂类与酶的接触面积。,消化过程,产 物,食物中的脂类,微团,脂类的吸收,部位：主要在十二指肠下段及空肠上段 形式： 甘油、中链脂酸及短链脂酸： 极性较强，可直接被小肠粘膜细胞吸收，通过门静脉进入肝脏，在肝脏中进一步氧化分解，或进入血液循环系统，运输到肌肉组织中进行氧化。,长链脂酸等：不溶于水，以乳化微团的形式，被吸收进入肠粘膜细胞。 进入肠粘膜细胞后，长链脂肪酸等在此被重新酯化生成甘油三酯等大分子脂类。 形成的脂类与肠粘膜细胞内的载脂蛋白结合,形成乳糜微粒，乳糜微粒逸出肠粘膜细胞，进入淋巴系统，最终进入血液循环系统，运输到身体其它组织被储存或利用。 脂类的吸收大部分不通过肝脏。,脂肪酸HSCOAATP 脂酰CoAAMP,脂酰CoA,甘油 溶血磷脂 胆固醇,甘油三酯 磷脂 胆固醇酯,+HSCOA,二、脂肪的分解代谢,1甘油的氧化分解 甘油的氧化分解可分为两个阶段： 第一阶段，甘油转变为磷酸二羟丙酮； 第二阶段，磷酸二羟丙酮进入糖代谢。 甘油代谢和糖代谢的关系极为密切。,甘油代谢,甘油激酶,甘油三酯,磷脂,CO2+H2O+ATP,磷酸甘油脱氢酶,葡萄糖,糖异生,糖原,丙酮酸,乳酸,无氧,2脂肪酸的氧化分解,人体大多数组织可进行脂肪酸的氧化分解，以肝、肌肉最活跃。 脂肪酸的-氧化过程 定义：脂肪酸通过酶催化-与-碳原子间的断裂、-碳原子上的氧化，相继切下二碳单位的降解方式称为-氧化。 -氧化过程包括活化、转移和-氧化三个阶段，反应部位分别为细胞液和线粒体。,RCOOH,+,CoASH,RCOSCoA,脂酰CoA合成酶,ATP,AMP+PPi,Mg2+,脂肪酸的活化(胞液),反应不可逆！,脂肪酸,脂酰CoA,存在于线粒体外膜,活化后的脂酰CoA易溶于水，性质活泼，更易参加反应。,辅酶A,H2O,RCOSCoA,CoA-SH,肉毒碱脂酰转移酶,肉毒碱,脂酰肉毒碱,脂酰CoA进入线粒体,+,+,反应可逆，进入线粒体后，沿反方向重新生成脂 酰CoA和肉毒碱。,载体,(1) 脱氢,脂酰CoA脱氢酶,FAD,FADH2,H2O,2ATP,呼吸链,(2) 加水,烯脂酰CoA,烯脂酰CoA水合酶,反应不可逆,反应可逆,-氧化反应过程,(3) 再脱氢,NAD+,-羟脂酰CoA脱氢酶,(4) 硫解,(1) 脱氢,CoA-SH,硫解酶,反应可逆,反应不可逆,H2O,3ATP,呼吸链,脂酰CoA 合成酶,肉毒碱转运载体,线粒体膜,脂肪酸 -氧化过程,-氧化反应小结,脂肪酸活化生成脂酰CoA，需消耗1个ATP的二个高能键，在细胞液中进行； 脂酰CoA需经肉毒碱携带进入线粒体； -氧化过程在线粒体内进行，包括脱氢、加水、再脱氢、硫解四步， -氧化可循环进行； 每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH+H+ ，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。,脂肪酸-氧化的生理意义,脂肪酸的完全氧化可提供大量能量。,净生成：131 2 = 129 ATP,例：软脂酸,7次-氧化,8 乙酰CoA,CH3(CH2)14COOH,7 NADH,7 FADH2,12 ATP ,3 ATP ,2 ATP ,131 ATP,生成的乙酰CoA是十分重要的中间化合物。,第五节 蛋白质的代谢,一、蛋白质的分解代谢 食物中的蛋白质，在蛋白酶的作用下消化水解为氨基酸的形式，称为外源性氨基酸。 机体各组织的蛋白质在蛋白酶的作用下，也不断分解成为氨基酸，称为内源氨基酸。 必需氨基酸全部是外源氨基酸。,外源性氨基酸和内源性氨基酸混在一起，分布于体内各组织参与代谢，形成氨基酸代谢库。,脱羧,胺,氨 基 酸 代 谢 库,分解,脱氨,-酮酸,尿素,氨,CO2,生理功能,1氨基酸的脱氨基作用 定义：指氨基酸在酶的作用下脱去氨基生成相应-酮酸的过程，是氨基酸在体内分解的主要方式。动物体内主要在肝、肾中进行。,脱氨基方式,氧化脱氨基 转氨基作用 联合脱氨基,氧化脱氨基作用,定义：指在氧化脱氢酶的催化下氨基酸在氧化脱氢的同时脱去氨基的过程。,+ NH3,-酮戊二酸,L-谷氨酸脱氢酶,NAD+,NADH+H+,反应可逆,氧化脱氨酶的种类： 专一性氧化脱氨酶：只催化一种氨基酸氧化脱氨，辅酶为NAD+或NADP+，是人体主要的氧化脱氨基酶类。 如D-天冬氨酸氧化酶及L-谷氨酸脱氢酶等。 L-氨基酸氧化酶：活性低，辅酶为FMN，不是主要的氧化脱氨基酶类。 D-氨基酸氧化酶：活性强，辅酶为FAD ，但体内D-氨基酸少，也不是主要氧化脱氨基酶类。,转氨脱氨基作用,定义：指在转氨酶催化下将-氨基酸的氨基转给-酮酸