葡萄糖、脂肪和氨基酸之间相互转变的途径和枢纽

葡萄糖、脂肪和氨基酸之间相互转变的途径和枢纽 葡萄糖、 葡萄糖、脂肪和氨基酸之间相 互转变的途径和枢纽 临床 二班 周 攀 三大营养物质代谢 从能量供应的角度看，糖、脂肪、蛋白质作为能源物质 在供应能量上可互相代替，互相制约，但不能完全互相转变。 糖、脂肪、蛋白质在体内分解氧化的代谢途径随各不相 同，但乙酰辅酶A是他们共同的中间代谢物，三羧酸循环和 氧化磷酸化成为三大营养物最后分解的共同代谢途径，释放 出的能量均需转化为ATP的化学能。 三大营养物相互转变的枢纽 ? (一)葡萄糖与脂肪代谢的联系 ? (二)葡萄糖与氨基酸代谢的联系 ? (三)脂肪与氨基酸代谢的联系 糖代谢的概况 糖原 糖原合成 肝糖原分解 糖酵解途径 有氧 磷酸核糖 磷酸戊糖途径 丙酮酸 葡萄糖 + 糖异生途径 + NADPH+H 消化与吸收 糖异生 H2O及CO2 及 乳酸 无氧 淀粉 乳酸、甘油、 乳酸、甘油、 生糖氨基酸 Glu E1 G-6-P F-6-P 磷酸 E2 ATP ADP F-1, 6-2P 丙酮 3-磷酸 磷酸 NAD+ ATP ADP E1:己糖激酶 己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶 磷酸果糖激酶-1 磷酸果糖激酶 NADH+H+ 糖 酵 解 的 代 谢 途 径 E3: 丙酮酸激酶 1, 3- 磷酸 ADP ATP 酸 酸 NAD+ 3-磷酸 磷酸 NADH+H+ 酸 酸 丙酮酸 胞浆 2-磷酸 磷酸 ADP 丙酮酸 ATP E3 磷酸 糖有氧氧化的反应过程包括四个阶段 第一阶段: 第一阶段:糖酵解途径 第二阶段: 第二阶段:丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸脱氢酶复合体(限速酶) G(Gn) ( 胞液 丙酮酸 乙酰CoA 乙酰 线粒体 NADH+H+ FADH2 第三阶段:三羧酸循环 第三阶段?第四阶段: 第四阶段:氧化磷酸化 氧化磷酸化 H2O ATP ADP TAC循环 循环 CO2 丙酮酸脱氢酶复合体的组成 酶 E1:丙酮酸脱氢酶 E2:二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E3:二氢硫辛酰胺脱氢酶 辅酶 TPP 硫辛酸、 硫辛酸、HS-CoA FAD、NAD+ 、 糖原的合成与分解(胞浆) 糖原的合成与分解(胞浆)总图 糖原n+1 UDP Gn 糖原合酶 磷酸化酶 Pi Gn UDPG PPi UDPG焦磷酸化酶 焦磷酸化酶 UTP G-1-P 葡萄糖-6-磷酸酶( 葡萄糖 磷酸酶(肝) 磷酸酶 磷酸葡萄糖变位酶 G-6-P 己糖(葡萄糖 激酶 己糖 葡萄糖)激酶 葡萄糖 G BACK 三羧酸循环 循环由8步代谢反应组成 (一)TCA循环由 步代谢反应组成 循环由 1. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸 2. 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸 3. 异柠檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸 4. α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 5. 琥珀酰CoA经底物水平磷酸化生成琥珀酸 6. 琥珀酸脱氢生成延胡索酸 7. 延胡索酸加水生成苹果酸 8. 苹果酸脱氢生成草酰乙酸 (二)三羧酸循环的要点: 三羧酸循环的要点: 经过一次三羧酸循环: 消耗一分子乙酰CoA; 二次脱羧，四次脱氢，一次底物水平 磷酸化; 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分 子CO2， 1分子GTP(相当于ATP); 限速酶:柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶(关键酶) α-酮戊二酸脱氢酶复合体 循环在3大营养物质代谢中具有重要生理意 (三)TCA循环在 大营养物质代谢中具有重要生理意 循环在 义 1. TCA循环是3大营养素的最终代谢通路，其作用在于通过4次脱氢，为氧化磷 酸化反应生成ATP提供还原当量(H++ e) 。 2. TCA循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽，为生物合成提供小分子前体。 ? TAC的反应部位: 线粒体。 ? TAC在有氧条件 下运转。 ? 整个循环反应为 不 可逆反应。 ? TAC是体内产生 CO2的主要途径 BACK 脂肪代谢概况 甘 油 脂肪动员 三 酯 游离脂酸 甘油 β-氧化 氧化 乙 酰 CoA TCA循环 循环 氧化分解 酮体 裂 糖酵解途径 解 乙酰CoA 乙酰 TCA 循 环 氧化分解 脂肪动员过程: 脂肪动员过程: ATP 脂解激素+ 受体 脂解激素 + G蛋白 蛋白 + AC cAMP 甘油一酯 甘油二酯脂肪酶 FFA 甘油一酯脂肪酶 FFA 甘油 甘油二酯 (DG) ) + HSLb(无活性 无活性) 无活性 PKA HSLa(有活性 有活性) 有活性 FFA TG HSL-----激素敏感性甘油三酯脂肪酶 激素敏感性甘油三酯脂肪酶 12 甘油经糖代谢途径代谢 ? 脂肪动员生成的甘油，主要经血循环转运至肝进行代谢。 1(甘油磷酸化为3-磷酸甘油(α-磷酸甘油) 甘油激酶 甘油 + ATP 肝、肾、肠 2(3-磷酸甘油氧化为磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油 + ADP 磷酸甘油 3-磷酸甘油脱氢酶 磷酸甘油脱氢酶 3-磷酸甘油 磷酸甘油 NAD+ 2(3-磷酸甘油氧化为磷酸二羟丙酮 磷酸二羟丙酮 NADH + H+ 3-磷酸甘油脱氢酶 磷酸甘油脱氢酶 3-磷酸甘油 磷酸甘油 NAD+ 磷酸二羟丙酮 NADH + H+ 13 脂酸经β-氧化分解供能 脂酸经 氧化分解供能 1. 脂酸的活化形式为脂酰CoA(胞液) O RCH2CH 2C-OH 脂肪酸 + CoACoA-SH 脂酰CoA合成酶 存在于内质网及线粒体外膜上。 脂酰 合成酶 存在于内质网及线粒体外膜上。 2. 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 其中，肉碱脂肪酰转移酶?是脂肪酸β-氧化的关键酶。 3. 脂酰基β-氧化的最终产物主要是乙酰CoA ? ? 氧化方式:β-氧化循环 每一轮β-氧化由四个连续的酶促反应组成: ?脱氢、?水化、?再脱氢、?硫解 脂酸β-氧化的前三步反应和TAC的后三步反应类似: 羧酸(脱氢)?烯酸(加水)?羟基酸(再脱氢)?酮酸 = = 脂酰CoA合成酶 合成酶 脂酰 ATP AMP PPi O RCH2CH 2C~SCoA 脂 酰 ~SCoA = = 脂酸氧化是体内能量的重要来源 —— 以16碳软脂酸的氧化为例 碳软脂酸的氧化为例 活化:消耗2个高能磷酸键 活化:消耗 个高能磷酸键 β-氧化: 氧化: 氧化 每轮循环 四个重复步骤:脱氢、水化、再脱氢、硫解 产物:1分子乙酰CoA 1分子少两个碳原子的脂酰CoA 1分子NADH+H+ 1分子FADH2 循环轮次数 = N/2-1 7 轮循环产物:8分子乙酰 轮循环产物: 分子乙酰CoA 分子乙酰 7分子 分子NADH+H+ 分子 7分子 分子FADH2 分子 能量计算: 能量计算: 生成ATP 8×10 + 7×(2.5 + 1.5)= 108 生成 × × ) 15 净生成ATP 108 – 2 = 106 净生成 酮体的生成和利用的总示意图(乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮三者总称为酮体。) 2乙酰 乙酰CoA 乙酰 乙酰CoA 乙酰 乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰 HMGCoA D(-)-β-羟丁酸 羟丁酸 丙酮 乙酰乙酸 乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰 TAC 琥珀酰CoA 琥珀酰 琥珀酸 2乙酰 乙酰CoA 乙酰 胞液 丙酮酸 NADPH+H+ CO2 线粒体基质 丙酮酸 乙酰CoA 乙酰 CO2 苹果酸 NADP+ 苹果酸 草酰乙酸 苹果酸酶 线 粒 体 草酰乙酸 H2O 乙酰CoA 乙酰CoA AMP PPi ATP ATP-柠檬酸裂解酶 柠檬酸裂解酶 柠檬酸合酶 膜 柠檬酸 柠檬酸 柠檬酸-丙酮酸循环 柠檬酸 丙酮酸循环 CoA CoA 甘 油 二 酯 途 径 CH2OH CHOH CH2O- Pi 3 - 磷 酸 甘油 O CH2O-C-R1 = = 酯酰CoA 酯酰 转移酶 R1COCoA CoA CHOH CH2O- Pi 酯酰CoA 酯酰 转移酶 R2COCoA CoA 1-酯酰-3 - 磷酸甘油 酯 O CH2O-C-R1 O CHO-C-R2 CH2O- Pi 磷脂酸 = = = = 磷脂酸 磷酸酶 Pi O CH2O-C-R1 O CHO-C-R2 CH2OH 1，2-甘油二酯 = = 酯酰CoA 酯酰 转移酶 R3COCoA CoA O CH2O-C-R1 O CHO-C-R2 O CH2O-C-R3 甘 油 三酯 = = = = = = BACK 氨基酸代谢概况 非必需氨基酸 脱氨基 作用 α-酮酸 酮酸 糖或脂类 CO2+H2O NH3 脱羧基作用 代谢转变 尿素 谷氨酰胺 其它含氮物质 胺类 + CO2 嘌呤、嘧啶、 嘌呤、嘧啶、肌酸 等含氮 化合物 食物 消化吸收 蛋白 质 分解 合成 血液 氨基 氨 酸 组织 蛋白 质 基 酸 代 谢 组织 库 氨基 酸 重要的转氨酶 ? 丙氨酸氨基转移酶(ALT)，又称为谷丙转氨酶(GPT): ALT催化丙氨酸与α-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。 丙氨酸 + α-酮戊二酸 酮戊二酸 ALT 丙酮酸 + 谷氨酸 ALT在肝中活性较高，在肝的疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。 ? 天冬氨酸氨基转移酶(AST)，又称为谷草转氨酶(GOT): AST催化天冬氨酸与α-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。 催化天冬氨酸与α 酮戊二酸之间的氨基移换反应 为可逆反应。 催化天冬氨酸与 酮戊二酸之间的氨基移换反应， 天冬氨酸 + α-酮戊二酸 AST 草酰乙酸 + 谷氨酸 AST在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高 。 各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制 转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛 氨基酸 α-酮酸 酮酸 磷酸吡哆醛 转氨酶 磷酸吡哆胺 谷氨酸 α-酮戊二酸 酮戊二酸 转氨酶的辅酶及其作用机制 -H2O +H2O 分子重排 +H2O -H2O 通过此种方式并未产 生游离的氨。 生游离的氨。 转氨基作用不仅是 体内多数氨基酸脱氨基的重 要方式， 要方式，也是机体合成非必 需氨基酸的重要途径 。 转氨基偶联氧化脱氨基作用 氨基酸 转氨酶 α-酮酸 酮酸 谷氨酸 α-酮戊二酸 酮戊二酸 NH3 + NADH + H+ L-谷氨酸脱氢 谷氨酸脱氢 酶 H2O + NAD+ 此种方式既是氨 基酸脱氨基的主 要方式， 要方式，也是体 内合成非必需氨 基酸的主要方式。 基酸的主要方式。 主要在肝、 主要在肝、肾和 脑组织进行。 脑组织进行。 氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基 α-氨基酸 氨基酸 O2 + FMNH2 + H2O L-氨基酸 氨基酸 氧化酶 NH4+ + H2O2 (肝、肾) α-酮酸 酮酸 氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基 此种方式主要在骨骼肌和心肌中进行。 腺苷酸脱氨酶的活性较强。 7种酶参与催化。 氨基酸 α-酮戊二酸 酮戊二酸 天冬氨酸 腺苷酸代琥 珀酸合成酶 IMP 腺苷酸代 琥珀酸 NH3 转氨酶 AST 腺苷酸 脱氨酶 α-酮酸 酮酸 腺苷酸代琥 珀酸裂解酶 谷氨酸 连续转氨基 草酰乙酸 苹果酸 脱氢酶 AMP H2 O 延胡索酸 TAC 苹果酸 延胡索 酸酶 嘌呤核苷酸循环 鸟氨酸循环也有类似反应 氨基酸碳链骨架可进行转换或分解 氨基酸脱氨基后生成的 α-酮酸 (α-keto acid)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-酮酸经还原氨基化生成非必需氨基酸 (三)α-酮酸可转变成糖及脂类化合物 氨基酸生糖及生酮性质的分类 类别 生糖氨基酸 氨 基 酸 甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、 甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、 丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、 丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、 天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、 天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸 亮氨酸、赖氨酸 亮氨酸、 异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸 异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、 BACK 生酮氨基酸 生糖兼生酮氨基酸 糖与脂肪的转化 葡萄糖 ATP 己糖 激酶 PEP 烯醇化酶 丙酮酸激酶 H2O ADP ATP 丙酮酸 乙酰COA 线 粒 体 2 质 3 中 基 ADP 6-磷酸 葡萄糖 磷酸己糖异 构酶 2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 3-磷酸甘油酸 ATP 磷酸甘油酸激酶 6-磷酸 糖 ATP ADP 1 脂酰COA 6-磷酸 - 糖激酶 ADP 3磷酸甘油 3-磷酸甘油 酶 P AD ADH H 脂肪 磷酸甘油 酶 ATP 6磷酸 糖 酶 A 磷酸 丙酮 磷酸丙糖异构酶 3-磷酸甘油 甘油 脂肪 糖与氨基酸的转化 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 磷酸戊糖途径 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 PEP 亮氨酸、赖氨酸 乙酰COA 柠檬酸 CO2 丙酮酸 丙氨酸、色氨酸、 丝氨酸、甘氨酸、 苏氨酸、半胱氨酸 谷氨酸 精氨酸、 组氨酸、 脯氨酸、 谷氨酰胺 天冬氨酸 天冬酰胺 草酰乙酸 TAC 酪氨酸、 苯丙氨酸 延胡索酸 琥珀酸 α-酮戊二酸 CO2 缬氨酸、蛋氨酸、 异亮氨酸、苏氨酸 脂肪与氨基酸的转化 脂肪 甘油 3-磷酸甘油 NAD+ NADH+H+ 磷酸甘油脱氢酶 磷酸二羟丙酮 PEP 线粒体中 FFA ATP、Mg2+、COASH 脂酰COA 亮氨酸、赖氨酸 乙酰COA 柠檬酸 CO2 丙酮酸 丙氨酸、色氨酸、 丝氨酸、甘氨酸、 苏氨酸、半胱氨酸 谷氨酸 精氨酸、 组氨酸、 脯氨酸、 谷氨酰胺 天冬氨酸 天冬酰胺 草酰乙酸 TAC 酪氨酸、 苯丙氨酸 延胡索酸 琥珀酸 α-酮戊二酸 CO2 缬氨酸、蛋氨酸、 异亮氨酸、苏氨酸 糖 葡萄糖或糖原 磷酸丙糖 甘油三酯 脂肪 脂肪酸 糖、 脂 PEP 肪 丙氨酸 丙酮酸 半胱氨酸 及 甘氨酸 亮氨酸 氨 丝氨酸 异亮氨酸 苏氨酸 苏氨酸 基 色氨酸 色氨酸 酸 草酰乙酸 代 谢 天冬氨酸 天冬酰胺 的 延胡索酸 联 系 苯丙氨酸 酪氨酸 α-磷酸甘油 磷酸甘油 乙酰CoA 乙酰 乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰 亮氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 酪氨酸 CO2 α-酮戊二酸 酮戊二酸 谷氨酸 酮体 柠檬酸 TAC 琥珀酰CoA 琥珀酰 CO2 异亮氨酸 蛋氨酸 苏氨酸 缬氨酸 精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸 总结 ? 1、三大营养物质代谢的相同点 (1)来源相同 三大营养物质的来 源都有三条途径:食物中消化吸收、其他物质转化、自身物质的分 解。 (2)都可以作为能源物质 三大营养物质在体内都可以进行氧 化分解，作为能源物质使用。但它们供能有着先后顺序，它们按照 糖类、脂质、蛋白质的顺序供能。 (3)在动物体内可以转化 糖类 可以直接转化成蛋白质和脂肪，蛋白质也可以直接转化成糖类和脂 肪，但脂肪不能直接转化成蛋白质。 (4)代谢终产物 和是三大营 养物质相同的代谢终产物。 ? 2、三大营养物质代谢的不同点 (1)能否在体内储存 糖类和脂肪都 可以在体内储存，但蛋白质不能在体内储存。 (2)代谢终产物不完 全相同 糖类和脂肪的代谢终产物都是和，但是蛋白质的代谢终产物除 了它们外还有尿素。 (3)在体内的主要用途不同 糖类主要是氧化分 解提供生命活动所需的能量，脂肪主要是在体内再次合成为脂肪储存 起来，蛋白质被消化分解成氨基酸之后，主要用来合成生物体内各种 组织蛋白以及酶和某些激素等。