正常人体学-第四章-新陈代谢

第四章新陈代谢,首页,主菜单,1、新陈代谢是生命的基本特征。2、概念：是机体与外界环境进行物质交换和能量转化，以实现自我更新的过程。3、包括物质代谢和能量代谢。,新陈代谢:,（物质代谢和能量代谢）,物质代谢,大分子分解为小分子,释放能量,需要能量,小分子合成为大分子,新陈代谢的特征,2、代谢途径的区域化,3、代谢途径的单向性(代谢中的限速酶),1、代谢途径的多样性、复杂性,4、代谢途径的可调节性,首页,主菜单,第一节生命物质及功能,首页,组成人体的生命物质有蛋白质，核酸，糖类，脂类，水，无机盐等。维生素是维持机体生长和健康必需的一类小分子有机物，虽不是组成人体的物质，也不能氧化供能，但是生理活动所必需的。,一蛋白质,1、催化功能酶,A、蛋白质是一切生物体的组成成分,(一)蛋白质的重要性和分子组成,B、蛋白质与生命有着密切的联系：,2、调节功能激素,3、保护和支持功能胶原蛋白,4、运输功能Hb（携氧）,首页,主菜单,5、收缩和运动功能肌动蛋白、肌球蛋白,6、防御功能免疫球蛋白,7、识别功能受体,8、凝血功能凝血因子,1.主要元素C、H、O、N、S,蛋白质的分子组成,A.蛋白质的元素组成及特点,2.特征元素N,B.蛋白质的基本单位氨基酸组成人体蛋白质的氨基酸共有20种。,首页,主菜单,极性氨基酸,碱性氨基酸:赖、精、组,酸性氨基酸:天冬、谷,首页,主菜单,中性氨基酸:甘、丙、缬、亮、异亮、苯丙、色、甲硫（蛋）、脯、丝、苏、酪、半胱、天冬酰胺、谷氨酰胺,(三)蛋白质的分子结构,A、肽键和多肽链,1、氨基酸之间的连接键-肽链,氨基酸与蛋白质,氨基酸是组成蛋白质的原材料，组成人体的蛋白质虽然只有20种，但人体的蛋白质却有10多万种。为什么人体内会有如此多种类的蛋白质？这一切是因为肽链的单一性和多肽链盘曲、折叠的多样性决定的。,氨基酸：含有羧基（COOH）和氨基（NH2）的一类有机化合物的通称。肽键：一个氨基酸分子中的-羧基（COOH）和另一个氨基酸分子中的-氨基（NH2），脱水缩合形成的化学键称为肽键，这个化合物称为二肽。二肽再与第三个氨基酸分子脱水缩合形成三肽，依次类推可形成三肽、四肽、五肽以至多肽。,（H2O）,（二肽）,H2N-,-COOH,C-末端,N-末端,返回,主菜单,2、蛋白质的分子结构,肽链的两个末端：氨基末端（N-末端）和羧基末端（C-末端）。主链和侧链蛋白质只有形成特定的立体空间结构之后，才具有生物学功能。其空间结构是通过各种化学键、作用力、自身螺旋折叠而形成的。（图）,3、蛋白质结构和功能的关系,空间结构的不同决定了蛋白质具有不同的功能。空间结构的改变可以使蛋白质的功能增强或减弱，甚至失活。称为蛋白性变性。空间结构改变的因素有：高温、高压、紫外线、强酸、强碱、重金属、有机溶剂等。蛋白质变性后表现为溶解度降低、易被水解（与氨基酸脱水缩合相反的过程）。,4、蛋白质的分类,按化学组分,单纯蛋白质,结合蛋白质,仅有AA组成,蛋白质部分,+非蛋白质部分,主菜单,5、蛋白质在机体中的分布和作用,含量：占总重量的20%，干重量的45%。在机体中的作用：构成细胞和生物体；调节细胞和生物体新陈代谢，如激素；运输作用，如细胞膜上的载体；抗体，如免疫球蛋白；受体，起信号传导，如第二信使。,二、核酸,核酸是细胞内最重要的大分子物质，它是遗传信息的载体，控制着蛋白质的生物合成，对机体的生长、发育、繁殖、遗传和变异等各种生命活动起主导作用。（一）核酸的组成,是由数十至数百万个核苷酸聚合而成的复杂化合物。核苷酸是由磷酸、戊糖和含氮碱基组成，戊糖有核糖、脱氧核糖两种，碱基有嘌呤碱和嘧啶碱两类。,A、G,U、C、T,核苷酸,戊糖(核糖、五碳糖),（二）核酸的种类,核酸核糖核酸（RNA）+脱氧核糖核酸（DNA）。,RNA,DNA,组成,磷酸,磷酸,戊糖,核糖,脱氧核糖,碱基,嘌呤,嘧啶,AG,U,C,T,(三)、核酸的分子结构,A、DNA的空间结构,1.分子大小与组成,DNA是目前分子量最大的生物大分子,A、G、T、C和脱氧核糖及磷酸,2.一级结构,概念DNA链中A、T、C、G的序列,脱氧核糖核苷酸之间以磷酸二酯键相连,首页,主菜单,3.空间结构（二级结构）,双螺旋结构,(1)、结构要点：,逆向平行双螺旋（教材图）,两链之间有特定的碱基互补规律（碱基配对）,AT,GC,（通过两个氢键相连）,（通过三个氢键相连）,双螺旋结构的稳定依靠碱基对间的氢键,(2)、生物学意义：,提出了遗传信息的贮存方式、DNA的复制机理,是DNA复制、转录和翻译的分子基础,首页,主菜单,B、RNA的空间结构（单链）,（一）分子组成与一级结构,A、G、U、C及核糖、磷酸,RNA链中A、G、U、C的序列,2、一级结构：,1、组成：,（二）二级结构（以tRNA的二级结构为例）,3-末端：CCA-OH,反密码环顶端：反密码子,（携带AA的部位）,（识别mRNA上特定的密码子）,三叶草形,tRNA的二级结构,首页,主菜单,DNA、RNA及功能的实现（第五节）,以DNA（双链结构）为模板，通过转录合成与DNA碱基互补的RNA（单链），从而将遗传信息传递到RNA，然后以mRNA为模板，由mRNA的碱基排列顺序所组成的密码指导蛋白质合成中的氨基酸排列顺序，合成蛋白质分子的过程称为翻译。密码：三个连续的碱基为一个密码，对应一种氨基酸，如CAA对应缬氨酸，GTA对应组氨酸。,三磷酸腺苷（ATP）,ATP是人体内最主要的高能有机物。生物化学把水解时释出的能量大于30KJ/mol的含磷酸酯键或硫酯键的化合物统称为高能化合物。ADP+H3PO4ATP+H2O线粒体的主要任务是生产ATP。（P12）,能量,能量,一磷酸腺苷,（AMP）,（ADP）,（ATP）,O,主菜单,返回,三、酶,酶：是活细胞产生的，在体内外都能起催化作用的蛋白质。酶的重要性：机体的物质代谢是由一系列的化学反应组成，而这些化学反应几乎都是在酶的催化下完成的，任何一种酶的结构或数量的异常，都会导致相应物质代谢的障碍，甚至引起疾病。蚕豆病,蚕豆病,广东兴宁是蚕豆病最多的地区，上世纪60年代在蚕豆收获季节曾经暴发。该病表现为由溶血引起贫血、黄疸、血样尿、恶心、呕吐，严重的昏迷、抽搐等。病因是因为患者体内缺乏葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏，吃食大量（有些患者少量也可发病）蚕豆导致。这是一种典型的因缺乏酶而导致的疾病。,常用术语：酶促反应底物产物酶活性酶失活分类：单纯酶：完全由蛋白质组成。结合酶：由蛋白质（酶蛋白）部分和非蛋白质（辅助因子）部分组成。,金属离子和维生素是辅助因子的成分，如第二信使学说中的Mg2+，基因表达学说中的Ca2+（P275）等。辅酶：与酶蛋白结合疏松如：NAD+（辅酶），NADP+（辅酶）辅基：与酶蛋白结合紧密如：FAD（黄素腺苷嘌呤二核苷酸）,辅助因子的种类,酶原,概念：有些酶在细胞内合成时或初分泌时没有催化活性，这种无活性的酶的前身物称为酶原。激活：酶原在一定条件下可转变为有活性的酶，此过程称为酶原激活。生理意义：避免细胞产生的蛋白酶对细胞本身进行自身消化。保证酶在特定的部位或特定的情况下发挥作用。,酶作用的特点,高度专一性：酶对其作用的底物有严格的选择性并产生一定的产物。高度的催化效率：比一般催化剂强而且速度很快。高度的不稳定性：凡是能使蛋白质变性的因素都可导致酶的失活。,（三）影响酶促反应速度的因素,1、底物浓度底物浓度较低时，反应速度与底物浓度呈正比关系。底物浓度较高时，反应速度随底物浓度的增加而加速。底物浓度增加到一定浓度时，反应速度不再增加。,底物浓度,反应速度,2、酶浓度底物浓度足够的情况下，反应速度与酶浓度呈正比。3、温度高温和低温均影响降低反应速度。酶促反应速度最快时的温度称为酶的最适温度，一般接近体温，发热会影响体内酶的活性。高温灭菌4、PH酶的最适PH：使酶促反应达到最大值的PH。,5、激活剂使酶由无活性转变为有活性或使酶的活性增强的物质。6、抑制剂能降低酶的活性而又不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。不可逆性抑制：抑制剂与酶蛋白以共价结合。重金属离子与巯基酶分子中的巯基共价结合有机磷杀虫剂与胆碱酯酶结合可逆性抑制：抑制剂与酶蛋白以非共价疏松结合。如竞争性抵制：磺胺类药物、抗代谢类抗癌药,(四)酶在临床上的应用,1、酶与疾病发生酶的质、量异常可致疾病（白化病/蚕豆病）2、酶与疾病的诊断肝炎：转氨酶升高心肌炎、心肌梗死：肌酸激酶升高胰腺炎：淀粉酶升高部分恶性肿瘤：CA-125、153、199明显升高。3、酶与疾病的治疗多酶片：助消化糜蛋白酶、木瓜蛋白酶：外产清创、净化伤口。,四、维生素,维生素：是一类维持机体正常生理功能所必需，但在人体内不能正常合成或合成数量不能满足机体需求，必须由食物提供的小分子有机物。作用：不能氧化功能，也不构成组织细胞的成分，主要参与物质代谢与能量代谢。脂溶性：A、D、E、K，可在肝脏贮存，过量中毒。水溶性：B1、B2、B6、B12、C、PP、泛酸、叶酸、生物素等。体内不贮存，过多随尿排出。,五、水与无机盐,体液的分布和含量,体液（60%）,体液：体内的水分及溶解于水中的无机盐和有机物的总称。电解质：因体液中的小分子有机物和蛋白质等常以带电荷的离子形式存在，故名。电解质紊乱可造成严重后果，临床应及时纠正。,一概述,二糖的分解代谢,三糖原合成和分解,四糖异生,五血糖,第二节糖代谢,首页,主菜单,糖的主要生理功能-,氧化产能（第一能源物质）,体内糖代谢概况,无氧酵解,有氧氧化,磷酸戊糖途经,分解代谢,糖原合成和分解,糖异生,血糖糖在体内的利用、运输形式,血糖和糖原,糖原糖在体内的贮存形式,生物膜组分（糖脂/糖蛋白）,一、糖代谢的基本情况,首页,主菜单,（一）糖酵解,1、基本概念,2、基本反应阶段,无O2胞液,1、G6-P,2、6-P3-P-甘油醛,3、3-P-甘油醛丙酮酸,首页,主菜单,3、生理意义：缺氧情况下供能的重要方式（1分子葡萄糖酵解生成2分子ATP）生理性缺氧：剧烈运动病理性缺氧：大失血、休克、呼吸功能障碍。终产物是乳酸。是成熟红细胞供能的主要方式。,（二）、糖的有氧氧化,概念：葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化分解生成CO2和H2O并释放大量能量的过程。反应过程：GCO2+H2O+ATP生理意义：体内糖氧化供能的主要途径；1分子葡萄糖有氧氧化可净生成36或38分子ATP。,无氧酵解,有氧氧化,起始物终产物对O2的需求产能部位产能数量,G或GnG或Gn,乳酸CO2、H2O,无O2有O2,胞液线粒体,少(2)多(38),有氧氧化和无氧酵解的比较,返回,首页,主菜单,（三）磷酸戊糖途径,概念：葡萄糖生成5-磷酸核糖和NADPH（还原性辅酶2）的过程。反应过程：生理意义：提供磷酸核糖，为核酸合成提供原料；维持细胞，特别是红细胞的完整。（蚕豆病病人因为缺乏6-磷酸葡萄糖脱氢酶，故不能通过此途径生成NADPH，红细胞容易破裂）,（四）糖原的合成和分解,糖原：由若干个葡萄糖以糖苷键相连接而成的具有大分子化合物。糖原的合成：由葡萄糖合成糖原的过程。糖原的分解：肝糖原分解为葡萄糖的过程。肌糖原的分解过程：肌糖原乳酸肝脏（糖异生）葡萄糖,酵解,（五）糖异生,概念：由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程。原料（非糖物质）：甘油、生糖氨基酸、有机酸（乳酸、丙酮酸等）。主要在肝脏进行。生理意义：维持血糖的相对稳定；有效利用乳酸，防止酸中毒；氨基酸代谢途径之一。,血糖：血液中的葡萄糖，正常人清晨空腹血糖浓度为：3.96.1mmol/L。,血糖的来源和去路：,血糖3.96.1,食物中糖肝糖原甘油、乳酸,氧化产能合成糖原转变为非糖物质,尿糖,8.9mmol/L,二、血糖,首页,主菜单,血糖的调节及血糖的异常,血糖的调节：1、降低血糖的激素胰岛素2、升高血糖的激素胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长素。高血糖：空腹血糖浓度高于7.27.6，如血糖高于肾糖阀时会出现尿糖。低血糖：低于3.33.9。,第三节脂类代谢,储能与供能维持体温保护内脏,脂类的种类、分布和意义,脂类,脂肪（甘油三酯）,类脂,磷脂,胆固醇,作为生物膜的重要组分参与神经髄鞘的构成,糖脂,胆固醇在体内可转变为胆汁酸盐、VitD3及类固醇激素等重要物质,主菜单,脂类的主要生理功能,储能与供能：脂肪彻底氧化产生的能量比等量的糖或蛋白质高一倍多，1克脂肪彻底氧化产生约37.7KJ能量，1克葡萄糖或蛋白质彻底氧化产生的能量约17KJ。空腹时，体内所需能量50%以上来自脂肪，禁食13天，约85%的能量来自脂肪。（中医有一种养生方法叫辟谷）维持正常生物膜的结构与功能：磷脂和胆固,醇构成生物膜。防止体温散失保护内脏：缓冲冲击。构成神经髓鞘，起绝缘作用。胆固醇是以下物质的原料：胆汁酸、维生素D3、性激素、肾上腺皮质激素。,一、脂肪代谢的基本情况,（一）、脂肪的分解代谢,1、脂肪的水解,TG,H2O脂肪酸,H2O脂肪酸,H2O脂肪酸,TG脂肪酶,DG脂肪酶,MG脂肪酶,DG,MG,甘油,主菜单,2、甘油的代谢：运送到肝、肾、小肠粘膜等组织代谢，可氧化供能，也可异生为糖。3、脂肪酸的氧化：部位：胞液和线粒体1分子软脂酸彻底氧化为CO2和H2O，生成129分子的ATP。,4、酮体的生成和利用：1）酮体的生成：脂肪酸在肝内部分未彻底氧化，转化为：乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮2）酮体的利用：肝脏缺乏利用酮体的酶，肝内生成的酮体需运到肝外组织被利用。乙酰乙酸、羟丁酸：氧化产能丙酮：随尿排出或呼吸道排出,3）酮体代谢的生理意义（有利也有弊）：肝脏输出的特殊的能源物质，作为大脑及肌肉组织的重要能源，当体内葡萄糖不足时，脑主要依靠酮体提供能量。酮体过多导致酮症酸中毒：在饥饿及糖尿病时，脂肪分解加强，酮体生成过多，超过肝外利用能力，引起血中酮体升高，称酮血症。,酮症酸中毒：因酮体中的乙酰乙酸、-羟丁酸都是酸性物质，酮血症患者如果体内酸性物质不断的积累，可出现代谢性酸中毒，即酮症酸中毒，病人表现食欲减退、恶心、呕吐、脱水等。正常人体液PH范围为7.357.45，当PH7.2时，病人可出现深大呼吸，以利于呼吸排酸，呼吸中有烂苹果气味，当PH7.0时，病人可出现呼吸麻痹，意识障碍等。,（二）脂肪的合成代谢：肝脏不储存脂肪，以极低密度脂蛋白形式运到肝外。脂肪组织合成的脂肪就贮存在脂肪组织中。小肠利用食物提供的原料合成脂肪，以乳糜微粒的形式运往全身。,体内合成脂肪的原料是：磷酸甘油：来源于甘油的磷酸化和糖酵解。脂肪酰CoA：脂肪酸活化生成脂肪酰CoA。（葡萄糖有氧氧化生成乙酰CoA，乙酰CoA可合成脂肪酸。）脂肪的合成：以磷酸甘油及脂肪酰CoA为原料，在脂肪酰基转移酶、磷酸酶及甘油二脂酰转移酶的催化下合成脂肪。,二、血脂,1、概念血浆中所含的脂类统称为血脂。主要包括三酰甘油（甘油三酯）、磷脂、胆固醇、胆固醇酯及游离脂肪酸。2、血脂的来源从食物中摄取的脂类经消化吸收入血。体内肝、脂肪细胞以及其它组织中的脂类释放入血。,高脂血症,概念：血脂浓度高于正常