第三章人体的有氧代谢供能系统赣南医学院生物化学与分子生物学教研室

Size: px

Start display at page:

Download "第三章人体的有氧代谢供能系统赣南医学院生物化学与分子生物学教研室"

规忙卞
4 years ago
Views:

1 第三章人体的有氧代谢供能系统赣南医学院生物化学与分子生物学教研室

2 第一节糖的有氧氧化

3 糖的有氧氧化指在有氧条件下, 葡萄糖彻底氧化成 H 2 O 和 CO 2, 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

4 一糖有氧氧化的过程第一阶段 : 酵解途径第二阶段 : 丙酮酸的氧化脱羧第三阶段 : 三羧酸循环与氧化磷酸化 G(Gn) 胞液丙酮酸乙酰 CoA 线粒体 H 2 O ATP [O] ADP NADH+H + FADH 2 TCA 循环 CO 2

5 三羧酸循环 (TAC) 也称为柠檬酸循环, 指乙酰 CoA 和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸, 反复进行脱氢脱羧, 又生成草酰乙酸, 再重复循环反应的过程由于 Krebs 正式提出了三羧酸循环的学说, 故此循环又称为 Krebs 循环 * 反应部位所有的反应均在线粒体中进行

6 ( 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 总反应式 : 丙酮酸 NAD +, HSCoA CO 2, NADH + H + 丙酮酸脱氢酶复合体乙酰 CoA

7 丙酮酸脱氢酶复合体的组成 HSCoA NAD + 酶 E 1 : 丙酮酸脱氢酶 E 2 : 二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E 3 : 二氢硫辛酰胺脱氢酶辅酶 TPP L 硫辛酸 ( S ) HSCoA FAD, NAD + S

8 1. - 羟乙基 -TPP 的生成 CO 2 2. 乙酰硫辛酰胺的生成 NADH+H + 5. NADH+H + 的生成 NAD + CoASH 3. 乙酰 CoA 的生成 4. 硫辛酰胺的生成

9 ( 二 ) 三羧酸循环的反应过程 (1) 柠檬酸的形成关键酶 : 柠檬酸合酶 (2) 柠檬酸异构为异柠檬酸 (3) 第一次氧化脱羧 ( 异柠檬酸 α- 酮戊二酸 ) 关键酶 : 异柠檬酸脱氢酶受氢体 : NAD + (4) 第二次氧化脱羧 (α- 酮戊二酸琥珀酰 CoA) 关键酶 :α- 酮戊二酸脱氢酶复合体受氢体 : NAD +

10 (5) 底物水平磷酸化 ( 琥珀酰 CoA 琥珀酸 ) 三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应, 生成 1 分子 ATP (GTP+ADP GDP+ATP) (6) 琥珀酸脱氢生成延胡索酸催化反应的酶 : 琥珀酸脱氢酶, 是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶受氢体 :FAD (7) 延胡索酸加水生成苹果酸 (8) 苹果酸脱氢生成草酰乙酸催化反应的酶 : 苹果酸脱氢酶受氢体 :NAD +

11 三羧酸循环的总反应式 : CH3CO~ SCoA+3NAD + +FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+3H + +FADH2+HSCoA+GTP 生成的 NADH 和 FADH2 将通过电子传递链及氧化磷酸化生成 H2O 和产生 ATP

12 NADH+H + NAD + H 2 O 8 7 FADH 2 6 FAD H 2 O 1 CoASH 2 H 2 O 1 柠檬酸合酶 2 顺乌头酸梅 3 异柠檬酸脱氢酶 4α- 酮戊二酸脱氢酶复合体 5 琥珀酰 CoA 合成酶 6 琥珀酸脱氢酶 7 延胡索酸酶 8 苹果酸脱氢酶 5 NADH+H + NAD H 2 O NAD + NADH+H + 3 CoASH CoASH

13 三羧酸循环的要点经过一次三羧酸循环, Þ 消耗一分子乙酰 CoA, Þ 共有 4 次脱氢 ( 其中 3 次由 NAD + 接受,1 次由 FAD 接受 ) 2 次脱羧 ( 产生 CO2) 1 次底物水平磷酸化 Þ 关键酶有 : 柠檬酸合酶氢酶复合体 α- 酮戊二酸脱异柠檬酸脱氢酶

14 ß 是三大营养物质氧化分解的共同途径 ; ß 是三大营养物质代谢联系的枢纽 ; ß 为其它物质代谢提供小分子前体 ; ß 为氧化磷酸化反应生成 ATP 提供 NADH + H + 和 FADH2

15 葡萄糖有氧氧化生成的 ATP 反应辅酶 ATP 第一阶段葡萄糖 6- 磷酸葡萄糖磷酸果糖 1,6- 双磷酸果糖磷酸甘油醛 2 1,3- 二磷酸甘油酸 NAD 或 2 2* 2 1,3- 二磷酸甘油酸 2 3- 磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 2 丙酮酸 2 1 第二阶段 2 丙酮酸 2 乙酰 CoA NAD 第三阶段 2 异柠檬酸 2 α- 酮戊二酸 NAD α- 酮戊二酸 2 琥珀酰 CoA NAD 琥珀酰 CoA 2 琥珀酸琥珀酸 2 延胡索酸 FAD 苹果酸 2 草酰乙酸 NAD 此表按传统方式计算 ATP 目前有新的理论, 在此不作详述净生成 38( 或 36)ATP

16 第二节脂肪有氧氧化

17 定义脂类概述分类脂肪 : 三脂肪酸甘油或三酯酰甘油 (TAG), 也称为甘油三酯 (TG) 类脂 : 包括胆固醇 (CH ) 胆固醇酯 (CE) 磷脂 (PL) 鞘脂糖脂

18 Pi X 甘油脂类物质的基本构成甘油三酯甘油磷脂 FA FA FA 甘油FA FA X = 胆碱水乙醇胺丝氨酸甘油肌醇磷脂酰甘油等胆固醇酯胆固醇 FA

19 脂类的分类含量分布及生理功能含量 95 % 脂肪组织血浆 5 %生物膜神经血浆 1. 储脂供能 2. 提供必需脂酸 3. 促脂溶性维生素吸收 4. 保温作用 5. 缓冲作用 6. 构成血浆脂蛋白 1. 维持生物膜的结构和功能 2. 胆固醇可转变成类固醇激素维生素胆汁酸等 3. 构成血浆脂蛋白

20 一脂肪的消化吸收条件 1 乳化剂 ( 胆汁酸盐甘油一酯甘油二酯等 ) 的乳化作用 ; 2 酶的催化作用部位主要在小肠上段

21 胆盐在脂肪消化中的作用

22 消化脂类的酶食物中的脂类微团乳化消化酶甘油三酯胰脂酶辅脂酶 2- 甘油一酯 + 2 FFA 磷脂磷脂酶 A2 溶血磷脂 + FFA 胆固醇酯胆固醇酯酶胆固醇 + FFA

23 甘油三酯的消化与吸收

24 二脂肪动员关键酶激素敏感性甘油三酯脂肪酶

25 脂解激素能促进脂肪动员的激素, 如胰高血糖素去甲肾上腺素 ACTH TSH 等对抗脂解激素的因素抑制脂肪动员, 如胰岛素前列腺素 E 2 烟酸等

26 脂肪动员过程 : + 脂解激素 - 受体 G 蛋白 AC + ATP camp + HSLa( 无活性 ) PKA 甘油一酯甘油二酯脂肪酶 FFA 甘油二酯 (DG) HSLb( 有活性 ) FFA TG FFA 甘油一酯脂肪酶甘油 u HSL----- 激素敏感性甘油三酯脂肪酶

27 三脂肪酸的分解代谢 β- 氧化部位组织 : 除脑组织外, 大多数组织均可进行, 其中肝肌肉最活跃亚细胞 : 胞液线粒体过程 1. 脂酸的活化 2. 脂酰 CoA 进入线粒体 3. 脂酸的 β 氧化 4. 乙酰 COA 的彻底氧化

28 ( 一 ) 脂肪酸的活化脂酸的活化形式为脂酰 CoA( 胞液 ) O RCH 2 CH 2 C-OH = 脂肪酸脂酰 CoA 合成酶 ATP AMP PPi O = RCH 2 CH 2 C~SCoA 脂酰 ~SCoA 脂酰 CoA 合成酶存在于内质网及线粒体外膜上

29 ( 二 ) 脂肪酸的转运脂酰 CoA 经肉碱转运进入线粒体, 是脂酸 β- 氧化的主要限速步骤肉碱脂酰转移酶 Ⅰ 是脂酸 β- 氧化的限速酶

30 ( 三 ) β- 氧化脱氢加水再脱氢硫解 O RCH 2 CH 2 C~SCoA 脂酰 CoA 脱氢酶 2 -- 烯脂酰 CoA 水化酶 L(+)-β 羟脂酰 CoA 脱氢酶 β 酮脂酰 CoA 硫解酶 = FAD FADH 2 =β RCH=CHC~SCoA α O = α =β O RCHOHCH 2 C~SCoA = H 2 O NAD + NADH+H + RCOCH α =β O 2 C~SCoA O RC~SCoA = = CoA-SH + CH 3 CO~SCoA 脂酰 CoA 反 2 - 烯酰 CoA L(+)-β 羟脂酰 CoA β 酮脂酰 CoA 脂酰 CoA+ 乙酰 CoA

31 H 3 C (CH 2 ) 7 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C O H 3 C O H 3 C (CH 2 ) 7 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C H 3 C (CH 2 ) 7 CH 2 CH 2 CH 2 C O H 3 C (CH 2 ) 7 CH 2 C S CoA O CoA C H 3 C H 3 C H 3 O C C S O C O C S O S S CoA CoA S CoA CoA CoA CoA

32 三羧酸循环彻底氧化乙酰 CoA 生成酮体肝外组织氧化利用 FADH 2 1.5ATP 呼吸链 H 2 O NADH + H + 2.5ATP H 2 O 呼吸链

33 O RCH 2 CH 2 C~SCoA 脂酰 CoA 合成酶 = 脂肪酸 AMP PPi CoASH O RCH 2 CH 2 C-OH = 线粒体膜肉碱转运载体ATP 2 O RCH 2 CH 2 C~SCoA 脂酰 CoA 脱氢酶 =β RCH=CHC~SCoA α O = FAD FADH 2 -- 烯酰 CoA H 2 O 水化酶 α =β O RCHOHCH 2 C~SCoA L(+)-β 羟脂酰 NAD + CoA 脱氢酶 NADH+H + β 酮脂酰 CoA 硫解酶 O RC~SCoA = RCOCH α =β O 2 C~SCoA = = = CoA-SH + CH 3 CO~SCoA 1.5ATP 呼吸链呼吸链 H 2 O 2.5ATP TAC H 2 O

34 ( 四 ) 酮体酮体是脂酸在肝分解氧化时特有的中间代谢物, 包括乙酰乙酸 β- 羟丁酸丙酮 ( 一 ) 酮体的生成部位 : 肝脏亚细胞定位 : 线粒体原料 : 乙酰 CoA ( 脂肪酸 β- 氧化生成 ) 限速酶 :HMG-CoA 合酶

35 关键酶酮体的生成

36 ( 二 ) 酮体的利用部位 : 肝外组织 ( 心肾脑骨骼肌等 ) 亚细胞定位 : 线粒体酶 : 琥珀酰 CoA 转硫酶乙酰乙酰 CoA 硫解酶乙酰乙酰硫激酶酮体的生成及利用的特点 : 肝内生酮肝外用

37 酮体在肝外组织利用 CoASH+ATP PPi+AMP 乙酰乙酰 CoA 硫激酶 ( 肾心和脑的线粒体 ) OH CH 3 CHCH 2 COOH D(-)-β- 羟丁酸 NAD + NADH+H + O O CH 3 CCH 2 COH = 乙酰乙酸 = O O CH 3 CCH 2 CSCoA = = ( 乙酰乙酰 CoA) O 2 CH 3 CSCoA = CoASH 琥珀酰 CoA 转硫酶 ( 心肾脑及骨骼肌的线粒体 ) 琥珀酰 CoA 琥珀酸乙酰乙酰 CoA 硫解酶 ( 心肾脑及骨骼肌线粒体 )

38 酮体的生成和利用的总示意图 2 乙酰 CoA 乙酰乙酰 CoA 乙酰 CoA HMGCoA D(-)-β- 羟丁酸乙酰乙酸乙酰乙酰 CoA 丙酮琥珀酰 CoA 琥珀酸 2 乙酰 CoA

39 ( 三 ) 酮体生成的意义酮体是肝脏输出能源的一种形式并且酮体可通过血脑屏障, 是肌肉尤其是脑组织的重要能源酮体利用的增加可减少糖的利用, 有利于维持血糖水平恒定, 节省蛋白质的消耗 ß 临床联系 : 糖尿病酮症酸中毒

40 第三节蛋白质有氧氧化

41 一外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽一蛋白质的消化吸收后被吸收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

42 1 蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸胃蛋白酶原胃酸胃蛋白酶胃蛋白酶 + 多肽碎片胃蛋白酶的最适 ph 为 1.5~2.5, 对蛋白质肽键的作用特异性较差, 主要水解由芳香族氨基酸蛋氨酸和亮氨酸所形成的肽键, 产物主要为多肽及少量氨基酸

43 2 蛋白质在小肠被水解成小肽和氨基酸胰酶及其作用小肠是蛋白质消化的主要部位胰酶是消化蛋白质的主要酶, 最适 ph 为 7.0 左右, 包括内肽酶和外肽酶内肽酶水解蛋白质肽链内部的一些肽键, 如胰蛋白酶糜蛋白酶弹性蛋白酶外肽酶自肽链的末段开始, 每次水解一个氨基酸残基, 如羧基肽酶 (A B) 氨基肽酶

44 二氨基酸有氧氧化二外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库食物蛋白质经消化吸收的氨基酸 ( 外源性氨基酸 ) 与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸 ( 内源性氨基酸 ) 混在一起, 分布于体内各处参与代谢, 称为氨基酸代谢库

45 氨基酸代谢概况 : ( 一 ) 氨基酸代谢库食物蛋白质组织蛋白质消化吸收分解合成血液氨基酸组织氨基酸氨基酸代谢库脱氨基作用脱羧基作用代谢转变 α- 酮酸 NH 3 胺类 + CO 2 嘌呤嘧啶肌酸等含氮化合物非必需氨基酸糖或脂类 CO 2 +H 2 O 尿素谷氨酰胺其它含氮物质

46 三联合脱氨基作用是体内主要的脱氨 ( 二 ) 氨基酸代谢基途径 1 转氨基作用在转氨酶的作用下, 某一氨基酸去掉 α- 氨基生成相应的 α- 酮酸, 而另一种 α- 酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程

47 反应式转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸磷酸吡哆醛转氨酶谷氨酸 α- 酮酸磷酸吡哆胺 α- 酮戊二酸

48 正常人各组织中 GPT 及 GOT 活性 ( 单位 / 克湿组织 ) 组织 GPT GOT 组织 GPT GOT (ALT ) (AST) (ALT ) (AST) 肝胰腺肾脾心肺骨骼肌血清血清转氨酶活性, 临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一

49 转氨基作用的生理意义转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式, 也是机体合成非必需氨基酸的重要途径通过此种方式并未产生游离的氨

50 2 氧化脱氨基作用 NH 2 NAD(P)H+H + NH H 2 O O CH COOH C COOH C COOH + NH 3 (CH 2 ) 2 COOH NAD(P) + (CH 2 ) 2 COOH (CH 2 ) 2 COOH L- 谷氨酸催化酶 : L- 谷氨酸脱氢酶 α- 酮戊二酸存在于肝脑肾中辅酶为 NAD + 或 NADP + GTP ATP 为其抑制剂 GDP ADP 为其激活剂

51 联合脱氨基作用定义由两种 ( 以上 ) 酶的联合催化作用使氨基酸的 α- 氨基脱下并产生游离氨的过程称为联合脱氨基作用类型 1 转氨基偶联氧化脱氨基作用 2 嘌呤核苷酸循环

52 转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸转氨酶 α- 酮酸 α- 酮戊二酸谷氨酸 NH 3 +NADH+H + L- 谷氨酸脱氢酶 H 2 O+NAD + 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式, 也是体内合成非必需氨基酸的主要方式主要在肝肾和脑组织进行

53 3 氨与 - 酮酸的代谢血氨 : 来自氨基酸脱氨基后产生的氨及其他来源的氨进入血液线粒体胞液鸟氨酸循环

54 氨基酸脱氨基后生成的 - 酮酸主要有三条代谢去路 ( 一 )α- 酮酸可彻底氧化分解并提供能量 ( 二 )α- 酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸 ( 三 )α- 酮酸可转变成糖及脂类化合物

55 ( 三 ) 运动时氨基酸供能蛋白质蛋白质降解氨基酸新蛋白质合成分解代谢氧化供能糖异生

56 1 丙氨酸谷氨酸天冬氨酸的氧化肌糖原运动丙酮酸数量增加谷氨酰胺 + 谷氨酸丙氨酸 + α- 酮戊二酸脂肪酸乙酰辅酶 A 能量呼吸链三羧酸循环 α- 酮戊二酸

57 2 支链氨基酸氧化

58 3 葡萄糖丙氨酸循环及其意义肌肉蛋白质氨基酸 NH 3 谷氨酸 α- 酮戊二酸葡萄糖丙酮酸糖丙氨酸酵解途径肌肉血液葡萄糖丙氨酸葡萄糖糖异生丙酮酸丙氨酸肝尿素尿素循环 NH 3 谷氨酸 α- 酮戊二酸

59 4 某些氨基酸代谢与中枢疲劳谷氨酸色氨酸 γ- 氨基丁酸 5- 羟色胺中枢疲劳酪氨酸儿茶酚胺

14. 肝糖原分解能直接补充血糖是因为肝脏含有 A. 磷酸化酶 B. 磷酸葡萄糖变位酶 C. 葡萄糖激酶 D. 葡糖 6- 磷酸酶 E. 果糖双磷酸酶 15. 下列哪种酶不是.. 糖异生的关键酶 A. 丙酮酸羧化酶 B. 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 C. 磷酸甘油酸激酶 D. 果糖二磷酸酶 -1 E.

14. 肝糖原分解能直接补充血糖是因为肝脏含有 A. 磷酸化酶 B. 磷酸葡萄糖变位酶 C. 葡萄糖激酶 D. 葡糖 6- 磷酸酶 E. 果糖双磷酸酶 15. 下列哪种酶不是.. 糖异生的关键酶 A. 丙酮酸羧化酶 B. 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 C. 磷酸甘油酸激酶 D. 果糖二磷酸酶 -1 E. 糖代谢脂代谢试卷姓名 : 考试时间 :2018.06.16 得分 : A 型题 1. 关于糖酵解途径的叙述错误.. 的是 A. 是体内葡萄糖氧化分解的主要途径 B. 全过程在胞液中进行 C. 该途径中有 ATP 生成步骤 D. 是由葡萄糖生成丙酮酸的过程 E. 只有在无氧条件下葡萄糖氧化才有此过程 2. 人体内糖酵解途径的终产物 A.CO2 和 H2O B. 丙酮酸 C. 丙酮 D. 乳酸 E.

第三章 人体的有氧代谢供能系统 赣南医学院生物化学与分子生物学教研室

第三章人体的有氧代谢供能系统赣南医学院生物化学与分子生物学教研室