生物化学代谢复习之糖代谢、脂质代谢.doc

一、糖代谢(一)糖的无氧氧化1.基本概念 糖酵解：一分子葡萄糖在胞质中可裂解生成两分子丙酮酸的过程称之为糖酵解，是葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径。糖的无氧氧化：在不能利用氧或氧供应不足时，机体分解葡萄糖生成乳酸的过程称为糖的无氧氧化，也称为乳酸发酵。2. 糖酵解的基本过程 葡萄糖在己糖激酶的催化下消耗1分子ATP生成葡糖-6-磷酸。 葡糖-6-磷酸异构为果糖-6-磷酸。 果糖-6-磷酸在磷酸果糖激酶-1的催化下消耗1分子的ATP生成果糖-1,6-二磷酸。 果糖-1,6-二磷酸在醛缩酶的催化下裂解为1分子磷酸二羟丙酮和1分子3-磷酸甘油醛。 磷酸二羟丙酮异构为3-磷酸甘油醛。 (前面的步骤相当于1分子葡萄糖裂解产生了2分子3-磷酸甘油醛) 3-磷酸甘油醛在3-磷酸甘油醛脱氢酶的催化下与1分子无机磷酸结合，脱下的氢由NAD+携带，生成1,3-二磷酸甘油酸(高能化合物)。 1,3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下水解高能磷酸键(底物水平磷酸化)，产生ATP，生成3-磷酸甘油酸。 3-磷酸甘油酸变位为2-磷酸甘油酸。 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸(高能化合物) 。 磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下生成丙酮酸，产生1分子ATP(底物水平磷酸化)。该过程需要关注的几点：(1)三个限速反应：，同时催化这三个反应的酶为关键酶(己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶) (2)该过程有两次底物水平磷酸化，包含了两个高能化合物 (3)调节糖酵解流量最关键的酶是磷酸果糖激酶-1 (4)能量的产生与消耗思考：1.1分子葡萄糖完全分解产生2分子丙酮酸可以产生多少个ATP？2.糖原分子中葡萄糖酵解时可以净产生多少个ATP？3. 丙酮酸在在乳酸脱氢酶的作用下，由NADH+H+提供氢，使丙酮酸还原为乳酸4.糖的无氧氧化的生理意义：迅速提供能量，这对肌肉收缩很重要 成熟红细胞没有线粒体，只能依赖无氧氧化 神经细胞、白细胞、骨髓细胞等代谢极为活跃，即使不缺氧也常由糖的无氧氧化提供部分能量(2) 糖的有氧氧化1. 基本概念 糖的有氧氧化是指机体利用氧将葡萄糖彻底氧化为CO2和H2O的反应过程。这个过程是体内糖分解供能的主要方式。2. 糖的有氧氧化的三个阶段(1) 同糖酵解 (2)丙酮酸进入线粒体，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合体(由转乙酰酶、二氢硫辛酸胺脱氢酶、丙酮酸脱氢酶组成)的催化下与辅酶A反应氧化脱羧，脱下的氢由NAD+携带，生成乙酰CoA和CO2。(参与的辅酶有TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA)(3) 三羧酸循环(柠檬酸循环) 乙酰CoA与草酰乙酸在柠檬酸合酶的催化下生成柠檬酸，反应所需的能量来自乙酰CoA。柠檬酸经酶-顺乌头酸复合体异构为异柠檬酸。 异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶的催化下氧化脱羧，脱下的氢由NAD+携带，反应生成-酮戊二酸及CO2。-酮戊二酸在-酮戊二酸脱氢酶复合体的催化下与辅酶A反应氧化脱羧，脱下的氢由NAD+携带，反应生成琥珀酰CoA及CO2。琥珀酰CoA在琥珀酰CoA合成酶的催化下水解掉高能硫酯键，与GDP磷酸化偶联，生成琥珀酸、GTP及CoA。琥珀酸在琥珀酸脱氢酶的催化下生成延胡索酸，脱下的氢由FAD携带。延胡索酸加水生成苹果酸。苹果酸在苹果酸脱氢酶的催化下生成草酰乙酸，脱下的氢由NAD+携带。该过程需要关注的几点：(1)三个限速反应：，同时催化这三个反应的酶为关键酶(柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶复合体)丙酮酸脱氢酶复合体也是关键酶 (2)该过程只有一步水平磷酸化，只有一个高能化合物(当然乙酰CoA也是高能化合物) (3)生成三个NADH+H+和一个FADH2 (4)两次氧化脱羧 (5)能量的产生与消耗思考：1分子葡萄糖完全分解生成CO2和H2O可以产生多少ATP？(两种情况均思考)3. 柠檬酸循环的生理意义：柠檬酸循环是三大营养物质分解产能的共同通路柠檬酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽(3) 磷酸戊糖途径1. 基本概念 磷酸戊糖途径是指从糖酵解的中间产物葡糖-6-磷酸开始形成旁路，通过氧化、基团转移两个阶段生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛，从而返回糖酵解的代谢途径，亦称为磷酸戊糖旁路，其主要的生理意义是生成NADPH和磷酸核糖。2. 磷酸戊糖途径的关键酶：葡糖-6-磷酸脱氢酶 反应场所：胞液中3. 磷酸戊糖途径的生理意义：生成的磷酸核糖用于核酸的生物合成 生成的NADPH参与多种物质合成及生物转化 生成的NADPH可以使谷胱甘肽保持还原性，以维持红细胞膜的完整性(4) 糖原的合成与分解糖原是葡萄糖的多聚体，是体内糖的储存形式。糖原的合成是指葡萄糖合成糖原的过程，主要发生在肝脏及骨骼肌中。反应场所：包浆中1. 糖原的合成 糖酵解的中间产物：葡糖-6-磷酸 葡糖-6-磷酸变构为葡糖-1-磷酸 葡糖-1-磷酸与UTP(尿苷三磷酸)在UDPG焦磷酸化酶的催化下反应生成UDGP(尿苷二磷酸葡萄糖)及PPi(焦磷酸)，焦磷酸水解为两个无机磷酸，促使反应向生成UDGP的方向移动在糖原合酶的作用下UDPG的葡萄糖基转移到糖原引物非还原性末端上，形成-1,4-糖苷键 糖链达到1218个葡萄糖基时，分支酶将一段糖链转移到邻近的糖链上，以-1,6-糖苷键相连形成分支该过程需要关注的几点：(1)关键酶是糖原合酶 (2)糖原的合成必须要糖原引物 (3)UDGP可看做是“活性葡萄糖”，是体内葡萄糖的供体，用于合成糖原(所以糖原不是由葡萄糖直接合成的) (4)糖原合成消耗2个ATP：葡萄糖磷酸化，焦磷酸水解2. 糖原的分解 从非还原端开始，在糖原磷酸化酶的催化下生成葡糖-1-磷酸脱支酶转移分支葡萄糖基到主链上，并水解-1,6-糖苷键，生成葡糖-1-磷酸葡糖-1-磷酸水解为葡萄糖该过程需要关注的几点：(1)关键酶是糖原磷酸化酶 (2)糖原磷酸化酶只能水解-1,4-糖苷键，不能水解-1,6-糖苷键 (3)糖原的分解不是糖原的合成的逆过程3. 糖原合成与分解过程中的关键酶都受到别构调节与共价修饰两种方式的快速调节(4) 糖异生1. 基本概念 由非糖化合物(主要是生糖氨基酸、甘油和乳酸)转化为葡萄糖或糖原的过程称之为糖异生。主要的器官是肝脏，长期饥饿时肾糖异生的能力大为增加。2. 糖异生不完全是糖酵解的逆反应糖酵解的三个限速反应不可逆，需要其他酶的催化反应来替代：(1) 丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸在丙酮酸羧化酶(辅酶为生物素)的催化下，消耗1分子ATP，生成草酰乙酸草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化下，消耗1分子GTP，生成磷酸烯醇式丙酮酸(2) 果糖-1,6-二磷酸在果糖二磷酸酶-1的催化下生成果糖-6-磷酸(3) 葡糖-6-磷酸水解为葡萄糖3. 糖异生的主要生理意义：维持血糖恒定补充或恢复肝糖原储备的重要途径肾糖异生增加有利于维持酸碱平衡*4.乳酸循环(5) 血糖的来源及去路、血糖的调节1. 血糖的来源：食物的消化吸收肝糖原分解非糖物质进行糖异生2. 血糖的去路：有氧氧化分解合成肝糖原及肌糖原储备转变为其它糖转变为脂肪及氨基酸3. 激素对血糖的调节：胰岛素是唯一降低血糖的激素胰高血糖素是升高血糖的主要因素糖皮质激素可升高血糖肾上腺素是强有力的升高血糖的激素4. 正常血糖范围：3.89mmol/L6.11mmol/L低血糖：血糖浓度2.8mmol/L高血糖：血糖浓度7.1mmol/L二、脂质代谢(一)基本知识1.由脂肪酸和醇作用生成的酯及其衍生物统称为脂类，也叫脂质。脂质是脂肪和类脂的总称。脂肪即甘油三酯，也称三脂酰甘油，类脂包括固醇及其酯、磷脂和糖脂等。2.甘油三酯是机体重要的供能和储能物质。首先，甘油三酯氧化分解产能多；第二甘油三酯疏水，储存时不带水分子，占体积小；第三，机体有专门的储存组织脂肪组织。甘油二脂还是重要的细胞信号分子。3.单不饱和脂肪酸是指含有1个双键的脂肪酸。多不饱和脂肪酸指含有两个或两个以上双键且碳链长度为1822个碳原子的直链脂肪酸。4.必需脂肪酸是指机体生命活动必不可少，但机体自身又不能合成，必需由食物供给的脂肪酸，例如亚油酸、-亚麻酸、花生四烯酸、鱼油五烯酸等。前列腺素(PG)、血栓素(TX)及白三烯(LT)是由花生四烯酸为原料合成的。5.脂肪酸是脂肪、胆固醇酯和磷脂的重要组成成分。它的生物学功能是提供必须脂肪酸和合成不饱和脂肪酸衍生物。6.磷脂是构成生物膜的重要成分，分为甘油磷脂与鞘磷脂两大类，分别由甘油和鞘氨醇构成。磷脂酰肌醇是第二信使的前体。7.胆固醇是细胞膜的基本结构成分，胆固醇可转化为一些具有重要生物学功能的固醇类化合物。8.EPA的系统名为5,8,11,14,17-二十碳五烯酸DHA的系统名为4,7,13,16,19-二十二碳六烯酸(二)脂质的消化与吸收胆汁酸盐有较强的乳化作用，能降低脂-水相间的界面张力，将脂质乳化为细小微团。小肠上段是主要的消化场所。消化的中链、短链脂肪酸构成的甘油三酯，经胆汁酸盐乳化后可直接被肠粘膜细胞摄取，在细胞内脂肪酶催化下，水解成脂肪酸及甘油，通过门静脉进入血液循环。脂质消化的长链脂肪酸等，在小肠粘膜细胞，重新合成甘油三酯，再在粗面内质网合成乳糜微粒(CM)，经淋巴系统进入血液。(三)甘油三酯代谢一、甘油三酯合成肝脏、脂肪组织及小肠是甘油三酯合成的主要场所，机体分解葡萄糖产生的3-磷酸甘油及乙酰CoA合成脂肪酸，因此即使人不摄入脂肪酸，也可以由糖转化为大量的脂肪酸。小肠黏膜细胞以利用摄取甘油三酯消化产物经甘油一酯途径重新合成甘油三酯；肝和脂肪细胞利用乳糜微粒经甘油二酯途径合成甘油三酯，外源性脂肪酸的合成都需要将脂肪酸活化为脂肪酰CoA。内源性脂肪酸的合成部位在细胞的胞质，合成的基本原料是乙酰CoA,还需要ATP、NADPH(来自磷酸戊糖途径产生的)HCO3-及Mn2+等，脂肪酸的合成基本过程是乙酰CoA先在CoA羧化酶(关键酶/限速酶；柠檬酸和异柠檬酸是该酶的别构激活剂)催化下生成丙二酸单酰CoA，乙酰CoA再与丙二酸单酰CoA经缩合、还原、脱水、再还原合成脂肪酸，每次延长2个碳原子。思考：合成24个碳原子的脂肪酸需要进行多少次合成过程？因为人体缺乏9以上去饱和酶，所以人体必需摄入足够的必须脂肪酸。(详见P153第三点)二、甘油三酯分解(1)甘油三酯分解首先从脂肪动员开始:首先为甘油三酯水解为甘油二酯及脂肪酸，这一步由甘油三酯脂肪酶催化，它是脂肪动员的关键酶，其活性受多种激素的调节(脂解激素:胰高血糖素、去甲肾上腺素、肾上腺激素；抗脂解激素：胰岛素、前列腺素E2),被称为激素敏感性甘油三酯脂肪酶(HSL)或激素敏感性脂肪酶。(2)甘油转变为3-磷酸甘油，3-磷酸甘油脱氢生成磷酸二羟丙酮，后进入糖代谢途径彻底分解或者异生为糖(3)不同的脂肪酸进行分解，-氧化是脂肪酸分解的核心过程。首先脂肪酸活化为脂酰CoA(脂肪酸与辅酶A反应消耗1分子ATP生成脂酰CoA与焦磷酸，焦磷酸立即被水解为2分子无机磷酸，而焦磷酸含有高能磷酸键)消耗2分子ATP。脂酰CoA在关键酶肉碱脂酰转移酶催化下与肉碱(L-羟基-三甲氨基丁酸)结合，生成脂酰肉碱，脂酰肉碱在线粒体内膜肉碱-脂酰肉碱转位酶作用下进入线粒体，同时转运等分子肉碱出线粒体，最后在肉碱脂酰转移酶下分解为脂酰CoA与肉碱。脂酰CoA经过脱氢、加水、再脱氢、硫解四步反应生成1分子乙酰CoA和1分子少两个碳的脂肪酸，并生成1分子FADH2与1分子NADH+H+。脂肪酸不断经过四步反应，每次少两个碳原子并生成乙酰CoA。最后脂肪酸被彻底分解为乙酰CoA。乙酰CoA最后进入三羧酸循环被彻底氧化供能。思考：1.一个含有32个碳原子的脂肪酸完全氧化分解可以产生多少个ATP？2.1g软脂酸(相对分子质量：256)氧化分解产生的能量是1g葡萄糖(相对分子质量：180)氧化分解产生能量的多少倍？3、 脂肪酸在肝脏中分解产生酮体酮体包括乙酰乙酸、-羟丁酸及丙酮(微量)。基本过程：2分子乙酰CoA缩合为乙酰乙酰CoA。乙酰CoA与乙酰乙酰CoA在羟甲基戊二酸单酰CoA合酶(HMG-CoAsynthase)催化下生成羟甲基戊二酸单酰CoA(HMG-CoA)。HMG-CoA裂解产生乙酰乙酸和乙酰CoA。乙酰乙酸被还原为-羟丁酸，少量乙酰乙酸转变为丙酮。酮体经血液输送到肝外组织氧化利用，心肌及肾皮质利用酮体能力大于利用葡萄糖的能力，而脑组织虽然不能利用脂肪酸但是可以有效利用酮体，糖供应充足时脑组织优先利用葡萄糖，在葡萄糖供应不足或利用障碍时可以有效利用酮体供应能量。由于肝脏缺少琥珀酰CoA转硫酶及乙酰乙酸硫激酶，因此肝脏不能利用酮体供能。酮体生成受多种因素调节(详见书P159第4点) (4) 胆固醇代谢1.肝脏是胆固醇合成的主要场所，其次为小肠，合成原料有：乙酰CoA、NADPH供氢、ATP供能。胆固醇合成是通过HMG-CoA还原酶为关键酶的一系列酶促反应完成的。胆固醇合成通过HMG-CoA还原酶调节(详见书P166第四点)2.胆固醇的转化：在肝脏中转化为胆汁酸盐，这是胆固醇在体内代谢的主要去路；转化为类固醇激素；转化为维生素D3的前体。小结：乙酰CoA的来源及去路：来源：糖的有氧氧化脂肪的分解代谢氨基酸的分解代谢酮体的分解代谢去路：进入TCA合成酮体的原料合成胆固醇的原料合成