生化物质代谢

物质代谢及其调节

代谢：生物大分子在细胞内发生的一系列连锁酶促反应

糖代谢

1mol葡萄糖完全氧化可释放2840kJ的能量巴斯德效应：在有氧条件下糖的有氧氧化活跃，而无氧氧化受抑制；糖的有氧氧化可以抑制无氧氧化瓦伯格效应：增值活跃的组织（如肿瘤）即使在有氧时，仍进行无氧氧化；有氧时无氧氧化增强

来源

食物糖消化吸收

消化：淀粉消化主要在小肠中进行。胰淀粉酶、α-糖苷酶、α-极限糊精酶。吸收：主动转运，Na＋依赖型葡糖转运蛋白（SGLT):葡萄糖自肠上皮进入血液；糖转运蛋白（GLUT）

肝糖原分解

肝内存在葡糖-6-磷酸酶，可将葡糖-6-磷酸水解成葡萄糖释放入血关键酶：糖原磷酸化酶：分解α-1，4-糖苷键释出葡糖-1-磷酸脱支酶：转移支链，水解α-1，6-糖苷键生成葡萄糖磷酸化的糖原磷酸化酶是活性形式（饥饿时）

非糖物质糖异生

饥饿时由非糖化合物在肝和肾中转变为葡萄糖以维持血糖部位：肝（主要）和肾

丙酮酸经丙酮酸羧化支路生成磷酸烯醇式丙酮酸

包括两步反应：①丙酮酸→草酰乙酸；关键酶：丙酮酸羧化酶（仅存在于线粒体中）；消耗1个ATP②草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸；关键酶：磷酸烯醇式丙酮酸激酶；消耗1个ATP将草酰乙酸运出线粒体有两种方式：①经苹果酸转运：伴随着NADH从线粒体到细胞质的转运；②经天冬氨酸转运：无NADH的伴随转运

果糖-1，6-二磷酸水解为果糖-6-磷酸

关键酶：果糖二磷酸激酶

葡糖-6-磷酸水解为葡萄糖

关键酶：葡糖-6-磷酸酶

去路

1mol葡萄糖彻底氧化可净生成30或32molATP

糖酵解生成丙酮酸

3个关键酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶2个底物水平磷酸化：1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸；磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸2个高能化合物：1,3-二磷酸甘油酸；磷酸烯醇式丙酮酸1次脱氢反应：3-磷酸甘油醛→1，3-二磷酸甘油酸1个产物正反馈：果糖-1，6-二磷酸是磷酸果糖激酶-1的别构激活剂2个crosstalk物质：磷酸二羟丙酮：糖代谢与脂代谢枢纽；葡糖-6-磷酸：磷酸戊糖途径

丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA

关键酶：丙酮酸脱氢酶复合体生成1分子NADH参与反应的辅因子有：焦硫酸硫胺素（TPP）、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA

乙酰CoA经三羧酸循环及氧化磷酸化提供能量

4次脱氢：异柠檬酸→α-酮戊二酸；α-酮戊二酸→琥珀酰CoA；琥珀酸→延胡索酸（生成FADH）；苹果酸生成草酰乙酸3个关键酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶复合体、α-酮戊二酸脱氢酶复合体2次脱羧：异柠檬酸→α-酮戊二酸；α-酮戊二酸→琥珀酰CoA1次底物水平磷酸化：琥珀酰CoA→琥珀酸（在肝和肾中生成GTP，在肌肉中生成ATP）

丙酮酸被还原为乳酸

乳酸脱氢酶催化所需的氢原子由NADH提供乳酸循环（Cori循环）：肌收缩通过糖的无氧氧化生成的乳酸通过细胞膜弥散进入血液后入肝，在肝内异生为葡萄糖。葡萄糖释入血液后又可被肌摄取，由此构成一个循环，成为乳酸循环，又称Cori循环。

糖原合成

主要部位：肝和肌糖原：1个还原末端，多个非还原末端；α-1，4-糖苷键：直链；α-1，6-糖苷键：支链糖原分子每延长1个葡萄糖基，需消耗2个ATP去磷酸化的糖原合酶是活性形式（饱食状态）

葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖

葡萄糖→葡糖-6-磷酸→葡糖-1-磷酸→尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG：活性葡萄糖单位）

糖原合成的起始需要引物

糖原蛋白：将UDPG分子的葡萄糖基连接在自身的酪氨酸残基上，延伸成为八糖单位，即为糖原合成的初始引物

UDPG中的葡萄糖基连接形成直链和支链

关键酶：糖原合酶：形成α-1，4-糖苷键分支酶：形成α-1，6-糖苷键

磷酸戊糖

不能产生ATP，但可产生NADPH和磷酸核糖，NADPH和磷酸核糖的主要来源部位：肝、脂肪、乳腺的细胞质NADPH：①多种合成代谢的供氢体（脂质合成、氨基酸合成）、②参与羟化反应（与生物合成有关的羟化反应，如胆固醇合成胆汁酸和类固醇激素、血红素合成胆红素；与生物转化有关的羟化反应，如细胞色素P450单加氧酶催化的反应）、③用于维持谷胱甘肽的还原形态（还原性谷胱甘肽可保护红细胞膜的完整性，葡糖-6-磷酸脱氢酶缺陷者红细胞易于破裂，发生溶血性黄疸：蚕豆病）磷酸核糖：参与核酸的生物生成

氧化阶段生成NADPH和磷酸核糖

关键酶：葡糖-6-磷酸脱氢酶一分子葡糖-6-磷酸生成2分子NADPH和1分子核糖-5-磷酸，释放出1分子CO2

基团转移阶段生成磷酸己糖和磷酸丙糖

代谢转变为脂肪、非必需氨基酸

血糖及其调节

血糖水平保持恒定，维持在3.9~6.0mmol/L血糖稳态主要受激素调节

降血糖

低血糖是指血糖浓度低于2.8mmol/L

胰岛素

①促进肌、脂肪组织等通过GLUT4摄取葡萄糖②加速糖原合成、抑制糖原分解③加快糖的有氧氧化④抑制肝内糖异生

升血糖

高血糖是指空腹血糖高于7mmol/L

胰高血糖素

主要升血糖激素①加速肝糖原分解②使糖异生加强③促进脂肪分解供能

糖皮质激素

①加速糖异生②抑制丙酮酸的氧化脱羧，组织体内的葡萄糖的分解利用③促进机体利用脂肪酸供能

肾上腺素

强效

生长激素

脂质代谢

必需脂肪酸：亚油酸、α-亚麻酸、花生四烯酸

脂质的消化吸收

食物脂质的消化

小肠上段是脂质消化的主要场所

消化酶

胆汁酸盐

乳化作用，促进脂质消化

消化产物的吸收

十二指肠下端及空肠上段乳糜微粒（CM）

甘油一酯途径

甘油三酯代谢

甘油三酯的分解

一分子软脂酸彻底氧化共生成108分子ATP，净生成106分子ATP

脂肪动员

脂肪组织中的脂肪在脂肪酶的作用下逐步水解，释放游离脂肪酸和甘油供应其他组织细胞氧化利用的过程⊕：脂解激素：胰高血糖素、肾上腺素、甲状腺素等⊙：抗脂解激素：胰岛素

甘油

甘油转变为3-磷酸甘油后被利用。

脂肪酸

血浆清蛋白结合游离脂肪酸，通过血液运送，无法通过血脑屏障

β-氧化生成乙酰CoA

①脂肪酸活化为脂酰CoA（消耗2个高能磷酸键）②脂酰CoA进入线粒体：肉碱穿梭，关键酶：肉碱脂酰转移酶Ⅰ③脂酰CoA分解产生乙酰CoA、FADH和NADH：脱氢、加水、再脱氢、硫解

进入三羧酸循环氧化供能

生成酮体

肝内生成（线粒体内）肝外用，向肝外输出的酮体包括：乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮①2分子乙酰CoA缩合生成乙酰乙酰CoA②乙酰乙酰CoA与乙酰CoA缩合生成羟基甲基戊二酸单酰CoA合酶（HMG-CoA合酶）；关键酶：HMG-CoA合酶③HMG-CoA裂解产生乙酰乙酸④乙酰乙酸还原成β-羟丁酸

甘油三酯的合成

主要场所：肝、脂肪组织（甘油二脂途径）及小肠（甘油一脂途径）基本原料：甘油和脂肪酸

内源性脂肪酸的合成

①合成软脂酸

合成场所：肝（主要场所）、肾、脑、肺、乳腺及脂肪等多种组织的细胞质基本原料：乙酰CoA（线粒体内由葡萄糖分解产生，通过柠檬酸-丙酮酸循环进入线粒体）、NADPH供氢①乙酰CoA转化成丙二酸单酰CoA；关键酶：乙酰CoA羧化酶②7次缩合-还原-脱水-再还原

②软脂酸延长

场所：内质网：以丙二酸单酰CoA为二碳单位供体          线粒体：以乙酰CoA为二碳单位供体

磷脂代谢

合成       甘油二酯途径：甘油二酯+CDP-乙醇胺/CDP-胆碱→磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）/磷脂酰胆碱（卵磷脂）       CDP-甘油二酯途径：CDP-甘油二酯+肌醇/丝氨酸/磷脂酰甘油→磷脂酰肌醇/磷脂酰丝氨酸/二磷脂酰甘油分解       磷脂酶

胆固醇代谢

乙酰CoA→（HMG-CoA合酶）→HMG-CoA→HMG-CoA还原酶（关键酶）（内质网内）NADPH供氢→甲羟戊酸→鲨烯→羊毛固醇→胆固醇

血浆脂蛋白代谢

乳糜微粒（CM）：转运外源性甘油三酯及胆固醇极低密度脂蛋白（VLDL）：转运内源性甘油三酯低密度脂蛋白（LDL）：转运内源性胆固醇高密度脂蛋白（HDL）：逆向转运胆固醇（肝外组织→肝）

核苷酸代谢

除dTMP是从dUMP转变而来以外，其他脱氧核苷酸都是在二磷酸核苷的水平上进行。

嘌呤核苷酸代谢

合成代谢

从头合成

生物体内细胞利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位和CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸

原料

磷酸核糖、氨基酸（天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺）、一碳单位、CO2

部位

肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠黏膜及胸腺

过程

磷酸核糖活化生成PRPP，再经10步反应生成IMP（次黄嘌呤核苷酸），IMP转变生成AMP和GMP，进一步分别生成ATP和GTP嘧啶核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环

关键酶

补救合成

生理意义：可以节省从头合成时能量和一些氨基酸的消耗；体内的某些组织器官，例如脑、骨髓等缺乏从头合成的酶体系，只能进行补救合成。

嘌呤碱与PRPP经磷酸核糖转移酶催化

嘌呤核苷经嘌呤核苷激酶催化

分解代谢

嘌呤核苷酸分解最终产物：尿酸：水溶性差，导致痛风

嘧啶核苷酸代谢

合成代谢

从头合成

原料

磷酸核糖、氨基酸（天冬氨酸、谷氨酰胺）、CO2

部位

肝细胞质和线粒体

过程

先合成含有嘧啶环的乳清酸，然后再与磷酸核糖相连

关键酶

补救合成

嘧啶碱与PRPP经磷酸核糖转移酶催化

嘧啶苷经嘧啶核苷激酶催化

分解代谢

胸腺嘧啶→β-氨基丁酸胞嘧啶→尿嘧啶→β-丙氨酸产物均易溶于水，随尿液排出

抗代谢物

竞争性抑制

6-巯基嘌呤（6-MP）

次黄嘌呤类似物

氮杂丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸

谷氨酰胺类似物

5-氟尿嘧啶（5-FU）

胸腺嘧啶类似物，转化为FdUMP及FUTP后发挥作用

氨蝶呤、氨甲蝶呤

叶酸类似物，阻止一碳单位供应

氨基酸代谢

来源

必需氨基酸：亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、组氨酸蛋白质营养价值的高低取决于食物蛋白质中必需氨基酸的种类和比例

食物蛋白质消化吸收

胃内消化：不完全消化，胃蛋白酶原→胃蛋白酶：水解生成多肽及少量氨基酸小肠内消化：消化的主要部位吸收：主动转运

组织蛋白质讲降解

溶酶体途径

不消耗ATP，降解外源性蛋白、长寿命蛋白

蛋白酶体途径

依赖ATP，降解内源性蛋白质、短寿蛋白泛素参与

体内合成非必需氨基酸

去路

分解代谢

体内组织蛋白降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸与食物蛋白质经消化吸收的氨基酸共同分布于身体各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库

转氨基

在氨基转移酶（转氨酶）的催化下，可逆地将α-氨基酸的氨基转移给α-酮酸，氨基酸脱去氨基生成相应的α-酮酸，原来的α-酮酸转变为另一种氨基酸转氨酶辅酶：磷酸吡哆醛eg.谷丙转氨酶（ALT）、谷草转氨酶（AST）

脱氨基

L-谷氨酸是哺乳动物组织中唯一能以相当高的速率进行氧化脱氨反应的氨基酸酶：L-谷氨酸脱氢酶（广泛存在于肝、肾和脑等组织中）（唯一既能利用NAD+又能利用NADP+0接受还原当量的酶）（ATP、GTP别构抑制；ADP、GDP别构激活）

氨的代谢

血氨来源

脱氨基作用

肠道细菌作用产生氨

肾小管上皮分泌的氨主要来自谷氨酰胺

氨在血液中的运输

氨通过丙氨酸葡萄糖循环从骨骼肌运往肝

氨通过谷氨酰胺从脑和骨骼肌等组织运往肝和肾

谷氨酰胺既是氨的解毒产物，又是氨的储存及运输形式

主要去路：合成尿素

鸟氨酸循环

部位：肝的线粒体和胞质原料：NH3、CO2、ATP关键酶：氨基甲酰合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ）、精氨酸代琥珀酸合成酶

α-酮酸

氧化供能

酮体

生酮氨基酸：赖氨酸、亮氨酸

糖

生糖兼生酮：异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸

脱羧基

谷氨酸脱羧生成γ-氨基丁酸（GABA）

L-谷氨酸脱羧酶催化GABA：抑制性神经递质

组氨酸脱羧生成组胺

组氨酸脱羧酶催化组胺：增加毛细血管通透性、平滑肌收缩（过敏反应）、促进胃黏膜细胞分泌胃蛋白酶原与胃酸

色氨酸经羟化后脱羧生成5-羟色胺

色氨酸→5-羟色氨酸→5-羟色胺（抑制性神经递质、强烈的缩血管作用）

合成组织蛋白质

代谢转换