《生物化学代谢》课件

生物化学代谢谢为领细内质生物化学代是生命科学中最核心的研究域之一，涵盖了胞各种物转转换杂过课将讨质化和能量的复程本程系统性地探糖类、脂类、蛋白和核谢径谢调关酸四大类生物分子的代途，深入分析代控机制及其与疾病的联性课程目录与学习框架1代谢总论与基础谢转换论包括代基本概念、ATP与能量、生物氧化等核心理2糖类代谢模块谢径环糖酵解、糖原代、糖异生、磷酸戊糖途及TCA循等3脂类代谢体系谢脂肪酸氧化与合成、胆固醇代、酮体生成利用等蛋白质代谢网络谢环质调氨基酸代、尿素循、蛋白合成分解控代谢总论基本概念代谢定义内应质转转换生物体所有化学反的总和，包括物化和能量分解代谢质为释过大分子物分解小分子，放能量的程合成代谢过小分子合成大分子，消耗能量的建设性程代谢调控过维谢通酶活性、基因表达等机制持代平衡谢维础过调络细状态质谢谢协调维稳态代是持生命活动的基，通精密的控网确保胞在不同生理下的能量需求和物平衡分解代和合成代相互，共同持生命体的代谢的能量本质能量货币磷酸化反应细内载释驱应胞通用的能量体分子ATP水解放能量动生物反ATP再生ATP结构过链通呼吸和底物磷酸化重新合键腺苷三磷酸，含有高能磷酸成为细货币键为转细过断ATP作胞的能量，其高能磷酸的水解能够各种生物合成、主动运和机械运动提供所需的化学能胞通不的ATP合成与环维态进分解循，持能量的动平衡，确保各种生命活动的正常行生物氧化与能量捕获氧化还原反应转质电子移是生物氧化的本呼吸链传链将释电子递能量逐步放氧化磷酸化质驱子梯度动ATP合成酶工作过还应释储过线生物氧化是通一系列氧化原反逐步放食物分子中存的化学能的程内传链将传时质粒体膜的电子递电子从NADH和FADH2递至氧气，同泵出子形成跨膜电化学梯度这质为驱现过这个子梯度ATP合成酶提供动力，实ADP和无机磷酸合成ATP的程，这细获应释就是氧化磷酸化一机制使胞能够高效地捕和利用氧化反放的能量糖代谢概述大脑首选能源葡萄糖是神经系统的主要燃料快速能量供应产糖酵解可在无氧条件下快速能糖原储备系统脏储肝和肌肉存糖原以备急需血糖稳态调节调维精密的激素控系统持血糖平衡谢应为来产谢仅时还过糖类代在人体能量供中占据核心地位，葡萄糖作主要的能量源，能够快速氧化生ATP糖代不提供即能量，通糖原的合径维态别脑续应成与分解、糖异生等途持血糖的动平衡，确保重要器官特是大的持能量供糖的消化与吸收主动转运刷状缘酶载将转胰腺酶作用SGLT体蛋白葡萄糖主动运肠绒将环唾液淀粉酶小毛膜表面的二糖酶双糖分入血液循肠内为单胰淀粉酶在小完成淀粉的完全解糖内开将口腔始淀粉的初步水解，淀水解为粉分解麦芽糖和糊精应过开肠内转载协糖类的消化是一个有序的酶促反程，从口腔的淀粉酶作用始，到小各种糖苷酶的完全水解葡萄糖的跨膜运需要特异性体蛋白的这过钠驱现细转调助，一程受到离子梯度的动，体了胞膜运的精密控机制糖酵解途径详解第一阶段糖激活第二阶段能量产生为终产葡萄糖经己糖激酶、磷酸葡萄糖异构酶和磷酸果糖激酶作用，形果糖-1,6-二磷酸分解两个三碳分子，最形成丙酮酸并生成果糖-1,6-二磷酸ATP•产•消耗2分子ATP生4分子ATP•关键调•净产控酶磷酸果糖激酶生2分子ATP•应骤不可逆反步•形成2分子NADH谢径应组这径进为细来糖酵解是葡萄糖代的中心途，由十个酶促反成一途的最大特点是可以在无氧条件下行，胞提供快速的能量关键调柠负馈调节调节源磷酸果糖激酶是糖酵解的控酶，其活性受到ATP、檬酸的反和AMP的正向糖酵解的生理意义缺氧适应快速供能代谢灵活性为细剧时产进谢在氧气不足的情况下，糖酵解成肌肉在烈运动需要大量ATP，糖糖酵解物丙酮酸可入多种代途获径红细时内径进环胞得ATP的主要途胞由于酵解能够快速启动，短间提供所有氧条件下入TCA循，缺氧线赖产虽时还为为细谢缺乏粒体，完全依糖酵解生能需能量然效率不如有氧氧化，但原乳酸，胞代提供灵活现这径势显量，体了一途的重要性速度优明性径现对环应别应维谢糖酵解途展了生物体境变化的精妙适能力，特是在氧气供不足的极端条件下，仍能持基本的能量代需求糖原代谢调控机制糖原合成磷酸化调控将糖原合成酶UDP-葡萄糖聚合成糖原分岛进结胰素促合成酶去磷酸化激活支构糖原分解激素调节为肾糖原磷酸化酶催化糖原分解葡萄糖-1-胰高血糖素和上腺素激活磷酸化酶磷酸谢现细储员调脏维稳则为积糖原代体了胞能量存和动的精密控肝糖原主要持血糖定，而肌肉糖原局部运动提供能量糖原累病是由关导遗传说谢于相酶缺陷致的性疾病，明糖原代的重要性糖异生途径机制非糖前体物质转为氨基酸、乳酸、甘油等化葡萄糖关键酶系统绕过骤丙酮酸羧化酶、PEPCK等糖酵解不可逆步器官特异性脏肾脏肠进主要在肝、和小行饥饿适应时维长期禁食持血糖水平的重要机制维稳关键径这过糖异生是机体在糖原耗竭后持血糖定的途一程需要消耗大量ATP和现维应谢过关键现GTP，体了持葡萄糖供的代代价糖异生与糖酵解通不同的酶实代谢调状态当应流向的精确控，确保在不同生理下的适响磷酸戊糖途径功能氧化阶段氢产葡萄糖-6-磷酸脱酶生NADPH用于抗氧化防御2核糖生成产生核糖-5-磷酸用于核苷酸合成非氧化阶段应可逆反重新排列碳骨架返回糖酵解径虽产细谢挥关键磷酸戊糖途然不直接生大量ATP，但在胞防御和合成代中发维还辅作用NADPH是脂肪酸合成、胆固醇合成和持原性谷胱甘肽的必需酶红细该径别为维还状态来胞中途特重要，因NADPH是持谷胱甘肽原的唯一导贫这说谢径源，缺乏会致溶血性血明了代途多样化的生物学意义三羧酸循环全景8反应步骤环应完整的循包含八个酶促反3NADH产量环产每轮循生3分子NADH1FADH2产量氢产琥珀酸脱酶生1分子FADH238总ATP产量产约1分子葡萄糖完全氧化生38分子ATP环细环节线质柠柠氢氢关键调三羧酸循是胞呼吸的核心，位于粒体基中檬酸合酶、异檬酸脱酶和α-酮戊二酸脱酶是三个控点，受到ATP、产负馈调节该环仅产还辅还为质NADH等物的反循不生原性酶，氨基酸和脂肪酸合成提供碳骨架前体物乳酸循环生理机制肌肉产乳酸血液转运剧时产过环脏烈运动糖酵解生乳酸乳酸通血液循运输至肝葡萄糖回流肝脏糖异生组脏将转为新生成的葡萄糖返回肌肉织肝乳酸化葡萄糖环现谢协调产这环剧别Cori循体了不同器官间的代，使肌肉在缺氧条件下生的乳酸得到有效利用一循在烈运动后的恢复期特重要，帮助清除乳酸储并重建糖原备过积导谢这状态临关环对然而，度的乳酸累可能致代性酸中毒，在某些病理下需要床注理解乳酸循运动生理学和危重症医学都具有重要意义糖代谢调控网络胰岛素信号胰高血糖素作用进岛关键时过径时食后胰素分泌增加，激活糖原合成酶，抑制糖异生酶空腹胰高血糖素通cAMP-PKA途激活糖原磷酸化酶，同过调转进摄诱导维稳通PI3K-Akt信号通路控GLUT4位，促葡萄糖取糖异生酶基因表达，持血糖定•进促糖原分解•进•促糖酵解激活糖异生•抑制糖异生•抑制糖酵解•激活糖原合成谢调现维内环稳态过转导径转录译现对糖代的精密控体了生物体持境的能力不同激素通各自的信号途，在、翻和酶活性水平实糖代谢层调节状态对稳的多次，确保在各种生理下血糖水平的相定糖尿病代谢紊乱机制胰岛素缺陷岛细绝对岛1型糖尿病胰β胞破坏，缺乏胰素胰岛素抵抗组对岛2型糖尿病织胰素敏感性下降高血糖症状进续糖异生亢，糖酵解受阻，血糖持升高酮症酸中毒过产脂肪分解增加，酮体度生引起酸中毒谢乱谢径调红糖尿病是糖代紊的典型疾病，涉及多个代途的失糖化血蛋白、空腹血糖和糖试验诊断标耐量是重要的指疗岛剂预现谢疗综则治策略包括胰素替代、增敏使用和生活方式干，体了代疾病治的合性原谢础对疗理解糖尿病的代基制定个性化治方案具有重要意义脂类代谢功能概览能量储存细胞膜结构体温调节组脂肪提供的能量磷脂和胆固醇是皮下脂肪织起细组热密度是糖类的两胞膜的重要到隔保温作用，维维稳倍以上，是长期成成分，持膜持体温定储结能量备的主要构和功能形式信号分子某些脂类分子参细转导与胞信号和激素合成谢维细结挥关键组脂类代在持机体能量平衡和胞构完整性方面发作用脂肪织不仅储库还内调节是能量，是重要的分泌器官，分泌瘦素、脂联素等因子，参与全谢调身代控脂肪消化吸收过程胆汁酸乳化将积这胆汁酸大的脂肪滴分散成微小脂滴，增加脂肪酶的作用面，是脂肪消化的关键预骤处理步胰脂肪酶水解辅协将为单胰腺分泌的脂肪酶在胰脂肪酶脂酶助下，三酰甘油水解酰甘油和脂肪酸混合微粒形成产维消化物与胆汁酸、磷脂形成混合微粒，便于脂溶性生素的溶解和吸收乳糜微粒转运肠细载组进胞重新合成三酰甘油并与脂蛋白装成乳糜微粒，经淋巴系统环入血液循过质为杂载脂肪的消化吸收程比糖类和蛋白更复，需要胆汁酸的乳化作用和特殊的脂转这过环节导综蛋白运系统一程的任何异常都可能致脂肪吸收不良合征脂肪酸氧化机制β-肉碱穿梭系统过载线内进质脂酰CoA通肉碱体系统跨越粒体膜入基2脂酰CoA活化结脂酰CoA合成酶催化脂肪酸与CoA合形成活化的脂酰CoAβ-氧化循环环应每个循包括氧化、水化、再氧化和硫解四步反能量产出环产每个循生1分子乙酰CoA、1分子FADH2和1分子NADH谢径线质软产约远产榈转β-氧化是脂肪酸分解代的主要途，发生在粒体基中一个16碳的脂酸完全氧化可生129分子ATP，超糖类的能量出肉碱棕酰移酶I是β-氧化的限速酶，受到丙二酰CoA现协调调的抑制，体了脂肪酸合成与分解的控氧化调节机制β-激素敏感性脂肪酶肉碱转移酶调控肾该关键调胰高血糖素和上腺素激活CPT1是β-氧化的控点，进组当酶，促脂肪织中三酰甘油的受到丙二酰CoA的变构抑制该释时分解磷酸化激活酶活性，脂肪酸合成活跃，丙二酰CoA进环浓进放游离脂肪酸入血液循度升高，抑制β-氧化行营养状态调节饥饿状态岛下胰素水平下降，激素敏感性脂肪酶活性增强，β-氧化加进岛进储速食后胰素抑制脂解，促脂肪合成和存调节现谢营养状态过β-氧化的体了机体能量代的精密控制在不同下，通激谢浓现态素信号和代物度变化实脂肪分解与合成的动平衡，确保能量供需的匹配酮体代谢循环肝脏合成血液转运羟乙酰乙酸、β-丁酸和丙酮三种酮体在过环组脏产酮体通血液循运输至外周织肝生肌肉氧化大脑利用4组将为进饥饿时脑肌肉织酮体氧化乙酰CoA入长期大可利用酮体替代部分葡环TCA循萄糖需求谢应别饥饿饮状态挥关键酮体代是机体在糖原耗竭后的重要适机制，特在长期、糖尿病或低碳水化合物食下发作用正常情况下血酮浓状态时疗预产现谢协度很低，但在病理下可能发生酮症酸中毒，需要及医干酮体的生和利用体了不同器官间的代分工与作脂肪酸合成途径乙酰CoA转运线内过柠载转质粒体的乙酰CoA通檬酸体系统运至胞乙酰CoA羧化酶将为这骤乙酰CoA羧化丙二酰CoA，是脂肪酸合成的限速步脂肪酸合成酶软多功能酶复合体催化从乙酰CoA和丙二酰CoA合成脂酸NADPH需求软每合成一分子脂酸需要14分子NADPH和7分子ATP脏组质关键脂肪酸合成主要发生在肝、脂肪织和乳腺等器官的胞中乙酰CoA羧化酶是调柠软馈来控酶，受到檬酸的变构激活和脂酰CoA的反抑制NADPH主要源于磷酸戊径环现谢径赖关糖途和苹果酸-丙酮酸循，体了不同代途间的相互依系胆固醇代谢调控反馈抑制过还调节胆固醇通抑制HMG-CoA原酶自身合成HMG-CoA还原酶2调胆固醇合成的限速酶和主要控点脂蛋白转运载调节LDL和HDL体蛋白胆固醇分布内外源平衡饮摄内态调节食入与源合成的动谢杂调络转录调节饰储过胆固醇代涉及复的控网，包括水平的SREBP、酶活性的共价修和胆固醇酯化存等机制他汀类药物通抑制HMG-CoA还挥谢对临原酶发降脂作用，是心血管疾病防治的重要药物理解胆固醇代动脉粥样硬化等疾病的防治具有重要床意义磷脂与糖脂功能膜结构成分信号转导细层结维细转导产磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺等构成胞膜的双分子构，持磷脂酰肌醇及其衍生物参与胞信号，PIP2分解生IP3和对称为细识别膜的流动性和完整性不同磷脂的分布具有不性DAG作第二信使糖脂参与胞和黏附•维•持膜流动性第二信使系统••细形成离子梯度胞表面受体•质锚•蛋白定位点神经系统髓鞘仅细结还们质径导磷脂和糖脂不是胞膜的构成分，参与多种生物学功能它的合成需要胆碱、肌醇等前体物，合成途的异常可能致神质储积经系统疾病如尼曼-皮克病等脂症脂类代谢综合调控3主要调控激素岛肾胰素、胰高血糖素、上腺素2转录调节因子调谢SREBP和PPARα控脂代基因5关键调控酶还ACC、FAS、CPT

1、HSL、HMG-CoA原酶4代谢综合征指标甘油三酯、胆固醇、HDL-C、LDL-C谢调层转录饰应细内调节谢挥关键脂类代的控涉及多个次，从基因到酶活性修SREBP感胞胆固醇水平脂代基因表达，PPARα在脂肪酸氧化中发作用谢综谢调乱过预疗谢代合征、高脂血症等疾病反映了脂代控的紊，通生活方式干和药物治可以改善脂代异常，降低心血管疾病风险蛋白质代谢概览蛋白质消化将质为胃蛋白酶和胰蛋白酶蛋白水解氨基酸氨基酸吸收肠绒细转小毛胞主动运氨基酸入血液氨基酸池内态状态体游离氨基酸的动平衡质谢续过维约质谢转来内质蛋白代涉及持的合成与分解程，持机体氮平衡成人每日有300-400克蛋白参与代周，其中大部分自源性蛋白的降解和重新合成调内态组对应组储库谢应氨基酸池的概念强了氨基酸在体的动分布，不同织氨基酸的需求和供能力各异肌肉织是氨基酸的主要，在代激时释组可放氨基酸供其他织使用氨基酸脱氨与转氨反应转氨反应辅酶PLP组织特异性氨毒性处理转为转辅脏转产时氨基酸与α-酮酸之间氨基的可逆磷酸吡哆醛作氨酶的必需酶肝是氨基酸氨的主要器官氨基脱除生的氨需要及处理避应移反免毒性转应谢过临标细转释氨反是氨基酸代的核心程，使机体能够根据需要合成非必需氨基酸ALT和AST是床常用的肝功能指，反映了肝胞氨酶的放程度氢产脏过环脑组对别导损现谢调氧化脱氨主要由谷氨酸脱酶催化，生的氨在肝通尿素循处理织氨特敏感，高氨血症可致神经系统害，体了氮代控的重要性尿素循环解毒机制氨甲酰磷酸合成瓜氨酸形成1线内结转粒体CPS1催化氨与CO2合形成氨鸟氨酸氨甲酰酶催化鸟氨酸与氨甲酰磷2结甲酰磷酸酸合胞质反应尿素释放转质结产瓜氨酸运至胞与天冬氨酸合形成精精氨酸酶水解精氨酸生尿素和鸟氨酸氨酸琥珀酸环脏径产约该环现过谢尿素循是肝处理氨毒性的主要途，每天生25-30克尿素循需要消耗4分子ATP，体了解毒程的代代价环严遗传导损转饮尿素循酶缺陷病是重的性疾病，可致高氨血症和神经系统害鸟氨酸氨甲酰酶缺陷症是最常见的类型，需要低蛋白食和疗药物治氨基酸分类与代谢特点必需氨基酸半必需氨基酸须组状态人体无法合成的8种氨基酸必氨酸和精氨酸在某些生理获从食物得，包括亮氨酸、异亮下需求量增加，如生长期、妊娠缬链这状态时内氨酸、氨酸等支氨基酸期或疾病，源性合成可谢别满些氨基酸在肌肉代中特重能无法足需求要非必需氨基酸内谢产丝可由体其他氨基酸或代中间物合成，如丙氨酸、甘氨酸、氨酸们维挥等它在持氮平衡中发重要作用谢径链谢不同氨基酸具有特定的代途和生理功能支氨基酸主要在肌肉中代，质质芳香族氨基酸是神经递的前体物，含硫氨基酸参与抗氧化防御系统氨基酸代谢遗传病1苯丙酮尿症羟导积苯丙氨酸化酶缺陷致苯丙氨酸累和智力发育障碍枫糖尿症链氢链积支氨基酸脱酶缺陷引起支氨基酸及其酮酸累3同型半胱氨酸尿症谢导蛋氨酸代异常致血管病变和智力障碍4酪氨酸血症谢肾损酪氨酸代酶缺陷引起肝功能害谢遗传为隐遗传筛现这氨基酸代病多常染色体性，新生儿查能够早期发些疾病苯丙酮尿过摄饮症通限制苯丙氨酸入的特殊食可以有效控制这仅谢为疗疗些疾病的研究不揭示了氨基酸代的重要性，也基因治和酶替代法的发展提供诊断疗显预质了重要模型早期和治能够著改善患者的后和生活量生物胺与神经递质合成多巴胺合成羟转为酪氨酸经酪氨酸化酶作用形成左旋多巴，再经芳香族氨基酸脱羧酶化多巴奖赏胺，参与运动控制和机制5-羟色胺合成过羟应调节色氨酸通色氨酸化酶和芳香族氨基酸脱羧酶两步反合成血清素，情绪、睡眠和食欲GABA合成产质谷氨酸经谷氨酸脱羧酶作用生γ-氨基丁酸，是主要的抑制性神经递组胺合成组产组过应调节氨酸脱羧生胺，参与敏反、胃酸分泌和神经赖关键这质对维生物胺的合成依于特定的氨基酸前体和酶系统些神经递的平衡持正关谢关常的神经系统功能至重要，其代异常与多种神经精神疾病相核苷酸代谢概述嘌呤合成途径嘧啶合成途径开过应别转为环结关键为从磷酸核糖始，通11步反合成IMP，再分化AMP先合成嘧啶，再与磷酸核糖合酶氨甲酰磷酸合成酶关键调转氢氢氢馈和GMP控酶包括PRPP酰胺移酶和IMP脱酶II和二乳清酸脱酶，受UTP反抑制•较•骤对简单从头合成耗能大合成步相•径节约•质线协补救途能量胞和粒体同•馈调节•细调节反抑制胞周期细过径状态挥核苷酸合成是胞增殖的必需程，需要消耗大量ATP和氨基酸从头合成和补救途相互配合，在不同生理下发不同作用肿为抗瘤药物常以核苷酸合成酶靶点核苷酸分解与痛风嘌呤分解终为AMP和GMP最分解次黄嘌呤和鸟嘌呤黄嘌呤氧化酶为催化次黄嘌呤和黄嘌呤氧化尿酸尿酸积累关节组结积尿酸在等织中形成晶沉痛风发作结应尿酸晶引发急性炎症反谢终产疗疗人类缺乏尿酸酶，尿酸是嘌呤代的物血尿酸水平升高可能由合成增加、排泄减少或两者兼有引起痛风的治包括急性期抗炎和慢性期降尿酸治剂别谢对肿疗疗黄嘌呤氧化酶抑制如嘌呤醇是常用的降尿酸药物理解嘌呤代痛风、瘤化和免疫抑制治都具有重要意义核酸生物合成能量需求43DNA聚合酶类型RNA聚合酶负责转录不同聚合酶复制、修复等功能mRNA、tRNA、rRNA的酶系统21000高能磷酸键校对纠错键错误约为每个核苷酸加入需要2个高能磷酸DNA聚合酶率万分之一过对遗传传核酸合成是高耗能程，DNA复制需要大量dNTP和ATP聚合酶的校功能确保信息的准确递，但也增加了能量消耗转录过别细质时为肿过挥程同样需要消耗大量能量，特是在胞分裂期和蛋白合成旺盛期核苷类似物作抗病毒和抗瘤药物，通干扰核酸合成发作用。