生物化学与分子生物学课件

1、生物化学与分子生物学,授课教师：郝军莉 Email ：,1. 蛋白质2. 核酸3. 遗传信息的传递表达4. 酶5. 糖代谢6. 脂代谢7. 蛋白质代谢8. 氨基酸代谢9. 核苷酸代谢10. 维生素,第一章生物大分子-蛋白质,要点：氨基酸的通式及分类 肽键的形成 蛋白质的一级结构及 空间结构的关系 变性的本质及应用,蛋白质的定义及元素组成,定义： 蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。 组成元素：主要有C、H、O、N和 S 还含有少量的P、Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、I,氨基酸的结构特点,（1）蛋白

2、质水解所得的氨基酸为-氨基酸（脯氨酸为-亚氨酸） （2）组成天然蛋白质的氨基酸均为L-型（甘氨酸除外） 存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,几种特殊氨基酸,脯氨酸： （亚氨基酸）,亚氨基酸：分子中不含有氨基 （-NH2），而是含有亚氨基-NH和羧基,注意点： 为亚氨基酸，此氨基仍能与另一羧基形成肽键 亚氨基的N在环中，移动的自由度受限制，当脯氨酸处于多肽链中时，往往形成转角 可被修饰为羟脯氨酸,非极性脂肪族氨基酸 极性中性氨基酸 芳香族氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸,氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类,肽是由氨基酸通过肽

3、键缩合而形成的化合物。,两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽,肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。,由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。,肽的相关概念,谷胱甘肽: 存在于身体的几乎每一个细胞，解毒，抗衰老，争抢免疫力等功能,蛋白质的分子结构包括:,一级结构(primary structure) 二级结构(secondary structure) 三级结构(tertiary structure) 四级结构(quaternary structure),

4、蛋白质的一级结构,1、概念： 蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。 2、主要结构键： 肽键 部分蛋白质含有二硫键,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。,二级结构：多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构,1、 -螺旋 2、 -折叠 3、 -转角 4、 无规线卷曲,（一）-螺旋,概念： 多肽链中肽键平面通过-碳原子的相对旋转，沿长轴方向，按规律盘绕形成的紧密螺旋盘曲构象。,（二）-折叠使多肽链形成片层结构,（三）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在,-转角,无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。,三级结构,概念

5、： 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链的所有原子在三维空间的排布位置。,亚基之间的结合主要是氢键和离子键。,四级结构,蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。,有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基 (subunit)。,血红蛋白的四级结构,蛋白质的变性和复性,变性概念： 在某些物理因素或化学因素的作用下维持蛋白质的空间结构的次级键断裂，天然构象被破坏从而引起理化性质的改变，生物学活性丧失的现象。 变性本质 是空间结构的破坏,复性： 若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢 复

6、或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性(renaturation) 。,天然状态，有催化活性,尿素、 -巯基乙醇,去除尿素、 -巯基乙醇,非折叠状态，无活性,蛋白质的复性和变性,变性剂,变性的应用,临床上用煮沸，高压蒸汽，乙醇，紫外线等使细菌蛋白质变性，达到灭菌的作用。 低温保护可延缓生物活性蛋白质变性,蛋白质的理化性质 The Physical and Chemical Characters of Protein,一、蛋白质具有两性电离的性质,蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。,当蛋白质溶液处于某一pH时，

7、蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。,蛋白质的等电点( isoelectric point, pI),二、蛋白质具有胶体性质,蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。,颗粒表面电荷 水化膜,蛋白质胶体稳定的因素:,三、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰,由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。,蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。,蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶

8、液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。,四、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量,茚三酮反应(ninhydrin reaction),双缩脲反应(biuret reaction),第 二 章核酸的结构和功能,Structure and Function of Nucleic Acid,核酸的分类及分布,核酸的化学组成,1. 元素组成 C、H、O、N、P（910%）,核酸组成,构成核酸的基本单位,碱基(base)是含氮的杂环化合物。,碱基,嘌呤,嘧啶,腺嘌呤,鸟嘌呤,尿嘧啶,胸腺嘧啶,胞嘧啶,存在于DNA和RNA中,仅存在于RNA中,仅存在

9、于DNA中,碱基,体内重要的游离核苷酸及其衍生物,多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP,环化核苷酸: cAMP，cGMP 细胞信号传导的第二信使,二、核酸的一级结构,定义 核酸中核苷酸的排列顺序。 由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。,书写方法,5 pApCpTpGpCpT-OH 3,5 A C T G C T 3,目 录,核酸的方向性5-3,DNA的空间结构又分为二级结构(secondary structure)和高级结构。,DNA的空间结构(spatial structure),构成DNA的所有原子在三维空间具有确定的相对位置关系。,一、DNA的二级结构是双螺旋结构,（一

10、） DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）,DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成。 两链以脱氧核糖-磷酸为骨架，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘。 螺旋直径为2nm，形成大沟(major groove)及小沟(minor groove)相间。,DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）,碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对侧碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T; GC） 。 相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。,目 录,DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）,氢键

11、维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。,目 录,DNA二级结构模型的总结,1、 DNA分子由两条脱氧核糖核苷酸链组成，两条链的走向呈反向平行 2、DNA是右手螺旋结构 3、脱氧核糖-磷酸骨架位于螺旋的外侧；碱基位于双螺旋的内侧，每个碱基均与对应链上的碱基处于同一平面而以氢键（hydrogen bond）结合 4、碱基互补原则:， 5、碱基平面与双螺旋的长轴垂直，糖环的平面则与长轴平行 6、DNA分子两条链间互补碱基的氢键维持双螺旋结构的横向稳定性，纵向则靠碱基平面间的疏水性碱基堆积力（base stacking force）来维系 7、双螺旋结构上存在着两条凹沟，与脱氧核糖-磷酸骨

12、架平行。较深的沟称为大沟（major groove），较浅的称为小沟（minor groove） 螺旋直径为2.37nm，轴距3.54nm,二、DNA的高级结构是超螺旋结构,超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。,正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。,负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。,（一）原核生物DNA的高级结构:超螺旋,原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。,（二）DNA在真核生物细胞核内的组装

13、,真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是 核小体(nucleosome)。,核小体的组成 DNA：约200bp 组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4,DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。,基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。,三、DNA是遗传信息的物质基础,四、DNA的变性(denaturation),定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。,方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。,变性

14、后其它理化性质变化：,OD260增高粘度下降 比旋度下降浮力密度升高 酸碱滴定曲线改变生物活性丧失,目 录,Tm：变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一范围内，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度(melting temperature, Tm)。其大小与G+C含量成正比。,目 录,Structure and Function of RNA,RNA的结构与功能,RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的调控。 RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局部二级结构或三级结构。 RNA比DNA小的多。 RNA的种类、大小和结构远比DNA表现出多样性。,一、

15、mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。,从AUG 开始，每三个核苷酸为一组编码了一个氨基酸，称为三联体密码(codon)。 成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。 5-末端的帽子(cap)结构和3-末端的多聚A尾(poly-A tail)结构。,成熟的真核生物mRNA,转运RNA(transfer RNA, tRNA)在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体, 将氨基酸转呈给mRNA。 由7495核苷酸组成； 占细胞总RNA的15%； 具有很好的稳定性。,二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体,tRNA具有局

16、部的茎环(stem-loop)结构或发卡(hairpin)结构。,（二）tRNA具有茎环结构,tRNA的二级结构 三叶草形,氨基酸臂 DHU环 反密码环 TC环 额外环,tRNA的倒L三级结构,tRNA的3-末端都是以CCA结尾。 3-末端的A与氨基酸共价连结，tRNA成为了氨基酸的载体。 不同的tRNA可以结合不同的氨基酸。,（三）tRNA的3-末端连接氨基酸,tRNA的反密码子环上有一个由三个核苷酸构成的反密码子(anticodon)。 tRNA上的反密码子依照碱基互补的原则识别mRNA上的密码子。,（四）tRNA的反密码子识别mRNA的密码子,核蛋白体RNA(ribosomal RNA，

17、rRNA)是细胞内含量最多的RNA(80)。 rRNA与核蛋白体蛋白结合组成核蛋白体(ribosome)，为蛋白质的合成提供场所。,五、以rRNA为组分的核蛋白体是蛋白质合成的场所,核蛋白体的组成,遗传信息的传递表达,1、DNA的复制 2、RNA的生物合成 3、蛋白质的生物合成,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,1.条件,a.酶,解旋酶,b.能量,c.模板,DNA两条链,线粒体供能 ATP为直接能量来源,d.原料,四种脱氧 核苷酸,断开氢键,DNA聚合酶,磷酸二酯键,遵循：碱基互补配对原则,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页

18、,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,返回目录,返回主页,DNA的复制（动画）,滑动夹子,DNA解旋酶,DNA引物酶,DNA聚合酶,DNA聚合酶H,DNA连接酶,DNA解旋酶打开DNA双链,引物酶合成引物（RNA），为复制准备,A,DNA聚合酶合成DNA片段,A,后随链继续合成新的引物，然后合成新的片段,A,DNA聚合酶H切除引物片段，并填补缺口，留下一个小缺口（红色区域）,A,DNA连接酶填

19、补小缺口,A,解旋酶脱下，DNA复制完成,返回目录,返回主页,DNA复制特征,1. 半保留复制 2. 半不连续复制 3. DNA复制具有高度的忠实性和准确性 4. 边解旋边复制 5. DNA复制从起始点开始双向进行 6. DNA复制时模板方向是3-5方向，DNA合成方向为53方向,切除修复 在DNA聚合酶、连接酶等共同作用下，将DNA的损伤部位进行切除、修补、连接，使损伤的DNA得以修复。 切除修复是细胞修复损伤DNA的主要方式。,参与转录的物质,模板: DNA 原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 酶: RNA聚合酶(RNA polymerase ) 其他蛋白质因子,DN

20、A分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。 转录的模板： 模板链：DNA双链中按碱基配对能指导转录生成RNA的单股链； 编码链：相对应的另一条链。,不对称转录 (asymmetric transcription),在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录 ； 模板链并非永远在同一条单链上。,核心酶 (core enzyme),全酶 (holoenzyme),原核RNA聚合酶:,真核细胞的RNA聚合酶： RNA聚合酶： 位于核仁中，转录出rRNA RNA聚合酶： 位于核质中，转录出hnRNA（mRNA的前体） RNA聚合酶： 位于核质中

21、，转录出tRNA和5srRNA,真核细胞的转录后加工,mRNA： （1）加帽 （2）加尾 （3）剪接 （4）碱基修饰,从AUG 开始，每三个核苷酸为一组编码了一个氨基酸，称为三联体密码(codon)。 成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。 5-末端的帽子(cap)结构和3-末端的多聚A尾(poly-A tail)结构。,成熟的真核生物mRNA,蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。,20种氨基酸(AA)作为原料 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子,参与蛋白质

22、生物合成的物质包括,三种RNA mRNA（messenger RNA, 信使RNA） rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA） tRNA（transfer RNA, 转移RNA）,tRNA与氨基酸的活化,反密码环,氨基酸臂,氨基酰-tRNA合成酶,氨基酸的活化,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成,目 录,酶的概念,目前将生物催化剂分为两类 酶 、 核酶（脱氧核酶）,酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。,一、 酶的分子组成,金属辅助因子的作用,维持酶分子构象，甚至参与活性中心的形成； 作为连接酶与底物的桥梁，便于酶对

23、底物起作用； 在酶分子中通过本身的氧化还原而传递电子； 中和阴离子，降低反应中的静电斥力，影响酶的活性中心。,小分子有机化合物的作用 主要有维生素及其衍生物 在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。,酶促反应具有极高的效率 酶促反应具有高度的特异性 酶促反应的可调节性 酶的高度不稳定性,酶的催化特点,酶的活性中心,或称活性部位(active site)，指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。,必需基团(essential group) 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。,结合基团,催化基团,酶

24、促反应动力学 概念 研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。 影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。, 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。,底物浓度对催化速率的影响 1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelis equation)。,S：底物浓度 V：不同S时的反应速度 Vmax：最大反应速度(maximum velocity) m：米氏常数(Michaelis constant),Km与Vmax的意义,Km值 Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度

25、。 意义： a) Km是酶的特征性常数之一； b) Km可近似表示酶对底物的亲和力； c) 同一酶对于不同底物有不同的Km值。,当底物浓度高达一定程度，,反应速度不再增加，达最大速度。,目 录,Vmax 定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。,双重影响 温度升高，酶促反应速度升高； 由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低 。,三、温度对反应速度的影响,最适温度 (optimum temperature)： 酶促反应速度最快时的环境温度。,四、 pH对反应速度的影响,最适pH (optimum pH)： 酶催化活性最大时的环境pH。,五、抑制剂对反应

26、速度的影响,酶的抑制剂(inhibitor) 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。,区别于酶的变性,抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性,抑制作用的类型,不可逆性抑制 (酶与抑制剂共价结合),可逆性抑制 (酶与抑制剂非共价结合)：,竞争性抑制 (与底物竞争活性中心) 非竞争性抑制 (不与底物竞争活性中心) 反竞争性抑制,酶活性的调节,（一）酶原与酶原的激活,酶原 (zymogen) 有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，必须在一定条件下，这些酶的前体水解一个或几个特定的肽键致使构象发生改变，表现出酶的活性，这种无活性的前体称为酶原.,酶原的激

27、活,酶原向酶的转化过程称为酶的激活，其本质是酶活性中心的形成与暴露的过程 伴有酶蛋白一级结构的改变,生理意义,消化系统中几种蛋白酶以酶原的形式分泌出来，不仅避免了细胞的自身消化，而且保证酶在其特定的部位与环境发挥其催化作用。 血液中的凝血因子在血液循环中以酶原的形式存在，能防止血液在血管内凝固 。 还可视为酶的储存形式,（二）别构调节,某些酶除了结合底物的部位（活性中心）以外，还有一个或几个部位，当专一的代谢物分子可逆结合到这些部位时，可引起酶的构象发生变化，酶的活性中心也随之变化，这种调节称为酶的变构调节.,（三） 酶的共价修饰调节,共价修饰(covalent modification) 在

28、其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。,常见类型 磷酸化与脱磷酸化（最常见） 乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化 SH与SS互变,（四）同工酶,* 定义 同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。,糖代谢,糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,淀粉,一、糖酵解的反应过程,第一阶段,第二阶段,* 糖酵解(glycolysis)的定义,* 糖酵解分为两个阶段,* 糖酵解

29、的反应部位：胞浆,在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。,由丙酮酸转变成乳酸。,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,三、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。, 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞, 无线粒体的细胞，如：红细胞,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,糖的有氧氧化 * 概念,一、有氧氧化的反应过程,

30、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,G（Gn）,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体,（一）丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。,总反应式:,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。,所有的反应均在线粒体中进行。,（二）三羧酸循环,* 概述,* 反应部位,N

31、ADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,目 录,1. 关于TCA的特征记忆,、唯一一次底物水平磷酸化（产生ATP） 、两次连续脱羧反应，生成 、三个限速酶 、四次脱氢产生11个ATP 结论：每个乙酰CoA经过一次TCA共 生成12个ATP,2. 三羧酸循环的生理意义,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； 为其它物质代谢提供小分子前体； 为呼吸链提供H+ + e。,葡

32、萄糖有氧氧化生成的ATP,此表按传统方式计算ATP。目前有新的理论，在此不作详述,1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,糖原合成途径,2. 6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,* UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,+,3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖,1- 磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖 ( uridine diphosphate glucose , UDPG ),4. -1,4-糖苷键式结合,此步的糖原合酶是限速酶,二、糖原的分解代谢,* 定义,* 亚细胞定位：胞 浆,* 肝糖元的分解,1. 糖原的磷酸解（限速）,糖原分解 (glycog

33、enolysis )习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,. 1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖,. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖,糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。,* 部位,* 原料,糖 异 生 * 概念,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸,1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸,草酰乙酸,PEP, 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体）, 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）,2. 1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖,3. 6-磷酸葡萄糖水

34、解为葡萄糖,糖异生的生理意义,（一）维持血糖浓度恒定,（二）补充肝糖原,三碳途径： 指进食后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。,（三）调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）,乳酸循环(lactose cycle) （Cori 循环）, 循环过程,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸,乳酸,丙酮酸,血液,磷酸戊糖途径 * 概念,磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。,磷酸戊糖途径的生理意义,（一）为核苷酸的生成提供核糖,（二）提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,*

35、 血糖，指血液中的葡萄糖。,* 血糖水平，即血糖浓度。 正常血糖浓度 ：3.896.11mmol/L,血糖及血糖水平的概念,血糖,一、血糖来源和去路,二、血糖水平的调节,* 主要依靠激素的调节,举例： 胰岛素, 促进葡萄糖转运进入肝外细胞 ；, 加速糖原合成，抑制糖原分解；, 加快糖的有氧氧化；, 抑制肝内糖异生；, 减少脂肪动员。, 体内唯一降低血糖水平的激素,胰岛素的作用机制:,三、血糖水平异常,（一）高血糖及糖尿症,1. 高血糖(hyperglycemia)的定义,2. 肾糖阈的定义,临床上将空腹血糖浓度高于7.227.78mmol/L称为高血糖。,当血糖浓度高于8.8910.00mmo

36、l/L时，超过了肾小管的重吸收能力，则可出现糖尿。这一血糖水平称为肾糖阈。,(二）低血糖,1. 低血糖(hypoglycemia)的定义,2. 低血糖的影响,空腹血糖浓度低于3.333.89mmol/L时称为低血糖。,血糖水平过低，会影响脑细胞的功能，从而出现头晕、倦怠无力、心悸等症状，严重时出现昏迷，称为低血糖休克。,糖蛋白,定义 一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形成的化合物。,特点 糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。,分布 分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、粘液、眼玻璃体等组织。,蛋白聚糖,物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，

37、最终生成CO2 和 H2O的过程。,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,* 生物氧化的概念,乙酰CoA,TAC,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,* 生物氧化的一般过程,定义 代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。 组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）,一、呼吸链,二、氧化磷酸化,* 定义 氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在

38、呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。,底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。,三、影响氧化磷酸化的因素,1. 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。 2. 解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。 如：解偶联蛋白 3. 氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。 如：寡霉素,抑制剂,鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥,抗霉素A 二巯基丙醇,CO、CN-、 N3-及H2S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,ATP的生成和利用,ATP,ADP,

39、机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温),生物体内能量的储存 和利用都以ATP为 中心。,脂类的分类、含量、分布及生理功能,脂肪的消化,1、消化部位：主要在小肠中进行； 2、过程： （1）乳化:胆汁中的胆汁酸盐使不溶于水的脂类分散成水包油的小胶体颗粒，提高溶解度和与酶接触的面积。 （2）酶作用消化：胰脂肪酶、磷酯酶、辅脂酶、胆固醇酯酶等 3、产物：甘油一酯、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂、部分乳化的脂肪微粒。,脂肪的吸收,1、部位：主要在小肠 2、过程： （1）甘油、脂肪酸可以溶于水经毛细血管吸收； （2）乳化的脂肪颗粒、高级脂肪酸及相应的水解

40、物等经淋巴管吸收。,甘油三酯的分解,1、脂动员 2、脂肪酸的氧化分解 3、酮体的生成 4、甘油的氧化分解,脂动员,概念：储存于脂肪组织中的三酯酰甘油，被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸及甘油释放入血供给全身各组织氧化利用的过程。 三酯酰甘油脂肪酶 脂肪酶 二酯酰甘油脂肪酶 单脂酰甘油酯肪酶,-氧化,脂酰基进入线粒体基质后，从脂酰基的-碳原子开始，经脱氢、加水、再脱氢、及硫解等四步酶促反应，脂酰基断裂产生1分子乙酰辅酶A和1分子比原来少两个碳的脂酰辅酶A。,酮体的生成和利用 酮体：脂酰基在肝脏经 -氧化生成的乙 酰CoA在酶的催化下转变成的 三种中间代谢物的总称 乙酰乙酸 - 羟丁酸 丙酮,肝、肾及小

41、肠粘膜为氧化甘油的主要组织 肌肉、脂肪细胞中激酶活性很低,甘油的氧化,脂肪酸合成小结： 部位： 胞液（肝和脂肪组织） 、 原料； 乙酰CoA，NADPH 酶系： FA合成酶系 限速酶： 乙酰CoA羧化酶 酰基载体： ACP-SH 一次循环 ： 缩合、加氢、脱水、加氢，延长2C 合成方向： -CH3 -COOH 供氢体： NADHP+H+ 糖供 终产物： 软脂酸,胆固醇的合成（HMGCoA还原酶为限速酶 ）,1、合成部位： 除成年动物脑组织及成熟红细胞外，几乎全身各组织均可以合成胆固醇，其中肝脏是合成胆固醇的主要场所。 胆固醇合成酶系存在于胞液及光面内质网膜上，因此胆固醇的合成主要在细胞的胞浆及

42、内质网中进行,2、合成原料： 乙酰CoA是胆固醇合成的直接原料，它来自葡萄糖、脂肪酸及某些氨基酸的代谢产物； 还需要ATP供能和NADPH供氢。合成1分子胆固醇需消耗18分子乙酰CoA、36分子ATP和16分子NADPH。,胆固醇的转化,1、在肝脏，胆固醇可氧化成胆汁酸，促进脂类的消化吸收； 2、在肾上腺皮质可以转变成肾上腺皮质激素； 3、在性腺可以转变为性激素，如雄激素、雌激素和孕激素(progestogen)； 4、在皮肤，胆固醇可被氧化为7-脱氢胆固醇，后者经常紫外线照射转变为VD3。,血浆脂蛋白,血浆中含有的脂类统称为血酯；包括甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯和游离脂肪酸(free fat

43、ty acid, FFA)。 血脂都是以血浆脂蛋白的形式存在并运输的，脂蛋白由脂类与载脂蛋白结合而形成。,电 泳 法, -脂蛋白（LP），泳动最快 前-脂蛋白(pre LP) -脂蛋白(LP) 乳糜微粒(CM)，停留在点样的位置上,超速离心法, 高密度脂蛋白 (HDL) 低密度脂蛋白 (LDL) 极低密度脂蛋白 (VLDL) 乳糜微粒 (CM),乳糜微粒（CM）,在小肠粘膜细胞中生成，主要功能就是将外源性甘油三酯转运至脂肪、心和肌肉等肝外组织而利用，同时将食物中外源性胆固醇转运至肝脏。,（2）极低密度脂蛋白(VLDL) VLDL主要在肝脏内生成，VLDL是体内转运内源性甘油三酯的主要方式。 （

44、3）低密度脂蛋白(LDL) LDL由VLDL转变而来，功能是将肝脏合成的内源性胆固醇运到肝外组织，保证组织细胞对胆固醇的需求。,（4）高密度脂蛋白(HDL) HDL在肝脏和小肠中生成，主要功能是将肝外细胞释放的胆固醇转运到肝脏，这样可以防止胆固醇在血中聚积，防止动脉粥样硬化。,蛋白质营养的重要性,1. 维持细胞、组织的生长、更新和修补,2. 参与多种重要的生理活动,催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。,3. 氧化供能 人体每日18%能量由蛋白质提供。,必需氨基酸(essential amino acid),指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供

45、给的氨基酸，共有8种：“一家借两三本书来”,蛋白质的互补作用,指营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。,一、 蛋白质的消化,蛋白质消化的生理意义,由大分子转变为小分子，便于吸收。 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。,蛋白质的消化过程,（一）胃中的消化作用,胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。,（二）小肠中的消化 小肠是蛋白质消化的主要部位。,内肽酶(endopeptidase),外肽酶(exopeptidase),二、氨基酸的吸收,吸收部位：主要在小肠 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 吸收机制：耗能的主

46、动吸收过程,三、 蛋白质的腐败作用,肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其消化产物所起的作用,腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。,蛋白质的腐败作用(putrefaction),四、 氨基酸的脱氨基作用,定义 指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。,脱氨基方式,氧化脱氨基 转氨基作用 联合脱氨基,五、-酮酸的代谢,（一）经氨基化生成非必需氨基酸,（二）转变成糖及脂类,（三）氧化供能,-酮酸在体内可通过TAC 和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。,氨的转运形式：,丙氨酸 谷氨酰胺,氨的主要去路：尿素的生成,（一）生成部

47、位 主要在肝细胞的线粒体及胞液中。,（二）生成过程,尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环。,（五）高氨血症和氨中毒,血氨浓度升高称高氨血症 ( hyperammonemia)，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。,高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning)。,TAC ,脑供能不足,脑内 -酮戊二酸,氨中毒的可能机制,一、氨基酸脱羧基作用,胺类的功能,-氨基丁酸：抑制性神经递

48、质，对中枢神经有抑制作用。 牛磺酸：牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。 组胺：组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。 5-羟色胺：脑内作为神经递质，起抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。 多胺：调节细胞生长的重要物质。在生长旺盛的组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高，其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。,二、一碳单位的代谢,定义,某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(one carbon unit)。,生理功能：作为合成嘌呤和嘧啶的原料 把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来,种类,甲基 (methyl),-CH3,甲烯基 (methyle

49、ne),-CH2-,甲炔基 (methenyl),-CH=,甲酰基 (formyl),-CHO,亚胺甲基 (formimino),-CH=NH,甲硫氨酸循环(methionine cycle),甲硫氨酸,S-腺苷同型 半胱氨酸,S-腺苷甲硫氨酸,同型半胱氨酸,FH4,N5CH3FH4,N5CH3FH4 转甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,芳香族氨基酸的代谢,白化病：缺乏酪氨酸酶 尿黑酸症：代谢尿黑酸的酶先天缺陷 苯酮酸尿症：苯丙氨酸羟化酶缺陷,核苷酸的合成代谢,从头合成 补救合成,嘌呤碱从头合成的元素来源,CO2,天冬氨酸,甲酰基 （一碳单位）,甘氨酸,甲酰基 （一碳单位）,谷氨酰胺 （酰胺基）,合成过程： 嘌呤核苷酸的从头合成可分为两个阶段： （1）合成次黄嘌呤核苷酸(IMP)； （2）通过不同途径分别生成AMP和GMP。,利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。,（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径,定义,二、嘌呤核苷酸的分解代谢,核苷酸,核苷,核苷酸酶,Pi,核苷磷酸化酶,碱基,1-磷酸核糖,嘌呤碱的最终 代谢产物,AMP,GMP,H （次黄嘌呤）,G,X （黄嘌呤）,黄嘌呤氧化酶,