代谢的物质调节2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节 能量代谢概述,一、高能化合物,（一）概念,水解时释放的标准自由能用G,0,（KJmol,-1,表示高于20.92kg/mol（5.4千卡/mol）的化合物，称为高能化合物。,生物氧化中重要的高能化合物,三磷酸腺苷（ATP）,二磷酸腺苷（ADP）,磷酸肌酸（CP）,磷酸烯醇式丙酮酸,1,3一二磷酸甘油酸,琥珀酰辅酶A,二、人体能量代谢的核心：ATP-ADP,循环,（一）三磷酸腺苷（ATP）的分 子组成与结构,运动时，肌肉ATP利用的部位与作用,（1）肌球蛋白（即肌凝蛋白）ATP酶消耗ATP，引起肌丝相对滑动和肌肉收缩做功；,（2）肌质网膜上钙泵(Ca-ATP酶)消耗ATP，转运 Ca,2+,，调节肌肉松弛；,（3）肌膜上钠泵(Na，K-ATP酶)消耗ATP，转运 Na,+,K,+,离子，调节膜电位。,肌丝滑行原理,（三）ATP的再合成-ADP的磷酸化,ATP再合成基本上是ATP水解过程的逆转,：,ADP+Pi+能量 ATP+H,2,O,细胞中可提供能量使ATP再合成的途径:,1 ATPCP的相互作用;,2 糖的无氧分解糖酵解;,3 糖、三酯酰甘油和蛋白质的,有氧代谢,（四)ATP-ADP循环,氧化,营养物质,O,2,能量,CO,2,.H,2,O,ATP,ADP+Piii,能量,生物合成,神经传递,代谢反应,肌肉收缩,信息传递,吸收分泌,第二节 生物氧化,一、生物氧化的概念,营养物质在生物体内氧化成水和二氧化碳并释放能量的过程称为,生物氧化,。,包括物质的分解和产能两个部分。,二、生物氧化的特点,（一）生物氧化是细胞内进行的酶促,反应过程。主要在细胞的线粒体完成。,（二）生物氧化在温和的条件下（37,0,C、,近中性P,H,含水环境）进行。,（三）生物氧化的方式首先是脱氢，脱下,的氢由载体NAD,+,或FAD传递给氧并生成水。,（四）生物氧化中能量逐步释放，并通,过与ADP磷酸化偶联，转换成生物体可直,接利用的生物能ATP。,三、生物氧化的途径,生物氧化由许多特定的酶促,反应有序衔接的连续化学反应过程。,糖、三酯酰甘油和蛋白质的生物,氧化途径虽有别，但基本可分为,三个阶段,表5-2 生物氧化途径,糖,脂肪,蛋白质,能量,O,2,CO,2,和H,2,O,ADP+Pi,热能,ATP,四、生物氧化中二氧化碳的生成,二氧化碳由生物氧化中形成的,中间产物:,丙酮酸、,异柠檬酸、,-酮戊二酸,等有机酸脱羧反应生成。,五、生物氧化中水的生成,生物氧化中，代谢物在脱氢酶的催化下脱氢氧化，脱下的氢由脱氢辅酶NAD,+,或FAD携带并在线粒体内膜经有序排列的一系列递氢、递电子体（被称为,呼吸链,）的传递逐级氧化，最终与被激活的氧结合为水，完成了彻底的氧化过程。,六、生物氧化中ATP的生成,生物氧化中逐步释放的能量约40%用以合成ATP以有效利用。,ATP的合成方式包括:,底物水平磷酸化,氧化磷酸化。,（一）底物水平磷酸化,生物氧化中由于脱氢或脱水,反应，引起底物分子内部能,量重新排布，可分别形成三,个高能化合物:,1,3二磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,琥珀酰辅酶A,它们在水解时所释放的自,由能分别是49.4、61.9和,34.2KJmol,-1,。而ATP末端高能,磷酸键的形成仅需要吸收30.55,KJ.mol,-1,。,所以上述三个高能化合物均,可使ADP磷酸化再合成ATP。,这种直接由代谢物分子的,高能磷酸键（硫酯键）转移,给ADP生成ATP的方式，称为,底物水平磷酸化，简称底物,磷酸化,1,3-二磷酸,甘油酸,ADP,ATP,磷酸甘油酸激酶,3-磷酸甘油酸,（二）氧化磷酸化,代谢物脱下的氢，经特定的共,轭氧化-还原对组成的递氢、递电子,体系传递，逐级氧化最后与氧结合,生成水，因氧化-还原电位的变化伴,有能量的释放，使ADP磷酸化生成ATP,的过程称为氧化磷酸化。又叫偶联磷,酸化。,氧化磷酸化示意图,FADH,2,氧化呼吸链,NADH氧化呼吸链,3ATP,ATP,ATP,ATP,2ATP,氧化-还原电位（EO）,-0.32 -0.30 0.1 0.07 0.22 0.25 0.29 0.39 0.82,FADH,2,NADH,2,FMN CoQ Cyt-b Cyt-c,1,Cyt-c Cyt-a Cyt-a,3,O,2,图5-3 氧化磷酸化示意图,ADP,ATP,氢原子（或氢质子与电子）的传递，是由氧化-还原电位小的一端向氧化-还原电位大的一端进行。因为，氧化-还原电位小的还原能力较强，氧化-还原电位大的氧化能力较强。,伴随氢原子（或氢质子与电子）,的传递，在氧化-还原电位的变化大,约0.2V的区间内，所释放的自由能即,可使一分子ADP磷酸化生成ATP。,由于递氢、递电子途径的不同,，,每分子NADH+H,+,可伴随生成3分子ATP,每分子FAD2H只伴随生成2分子ATP.,第三节,运动时的无氧代谢供能,大强度剧烈运动时，骨骼,肌可利用磷酸肌酸、糖酵解释放,能量合成ATP,并分别构成磷酸原,供能系统和糖酵解供能系统.由于,以上两种代谢过程都不利用氧，,因此统称为无氧代谢。,一、磷酸原供能系统,ATP、CP分子内均含有高能磷酸键，在供能代谢中，均能通过转移磷酸基团过程释放能量，所以将ATP、CP分解反应组成的供能系统称作,磷酸原供能系统,。,（一）磷酸肌酸的分子结构与功能,1磷酸肌酸的分子结构,图5-4 磷酸肌酸生成简图,2磷酸肌酸,（CP）,的功能,CP和ATP同为高能磷酸化合物，但骨骼肌收缩蛋白不能直接利用CP分解释放的能量，所以，,CP不是骨骼肌的直接能源物质而是高能磷酸基团的贮存库,。CP主要存在于肌肉和脑组织中，是储存于细胞内首先供应ATP再合成的能量物质,CK,CP+ADP C+ATP,3磷酸原供能系统,（1）概念,ATP、CP分子内均含有高能磷酸键，在供能代谢中，均能通过转移磷酸基团过程释放能量，所以将ATP、CP分解反应组成的供能系统称作磷酸原供能系统。,（2）磷酸原系统供能过程,（3）磷酸原系统供能特点,启动,运动开始时最早起动，最快利用，具有快速供能的特点。,功率,最大功率输出。短时间极量运动时，磷酸原系统的最大输出功率可达每千克干肌每秒1630毫摩尔P。,持续时间,可维持最大供能强度运动时间约68秒钟。,运动项目,与速度、爆发力关系密切。短跑、投掷、跳跃、举重及柔道等项目的运动。,供能方式,无需氧参与，直接水解ATP中高能磷酸键，或由CP传至ATP后直接水解。胞液进行。,（4）不同强度运动时磷酸原贮量的变化,（,1,）极量运动至力竭时，CP储量接近耗尽，达安静值的3以下，而ATP储量不会低于安静值的60。这时，CP分解是ATP合成的基本途径。,（2）当以75最大摄氧量强度持续运动时达到疲劳时，CP储量可降到安静值的20左右，ATP储量则略低于安静值。这时，ATP合成由CP分解提供外，主要由糖酵解和糖的有氧氧化提供。,（3）当以低于60最大摄氧量强度运动时，CP储量几乎不下降。这时，ATP合成途径主要靠糖、脂肪的有氧代谢提供。,(5)运动训练对磷酸原系统的影响,（,1）运动训练可以明显提高ATP酶活性,（2）速度训练可以提高肌酸激酶CK活性,（3）运动训练使骨骼肌CP贮量明显增加,（4）运动训练对骨骼肌内ATP贮量影响,不明显,二、糖酵解供能系统,糖原或葡萄糖在无氧条件下,生成乳酸的过程为糖的无氧分解，,因和生醇发酵的过程极相似，故,习惯上被称为,糖酵解。,。,一、糖酵解供能的过程,第一阶段：1，6一二磷酸果糖生成,1、葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖（G-6-P）,该步反应消耗一分子ATP,2、G-6-P异构化，生成6-磷酸果糖（F-6-P）,3、F-6-P磷酸化，生成1，6-二磷酸果糖（F-1、6-2P）,该步反应再消耗一分子ATP,第二阶段：磷酸丙糖生成,4、F-1、6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮,5、磷酸三碳糖的异构化,第三阶段：丙酮酸生成,6、3-磷酸甘油醛氧化生成1，3-二磷酸甘油酸,7、1，3-二磷酸甘油酸氧化生成3-磷酸甘油酸和ATP,8、3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸,9、2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,10、磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP形成ATP和丙酮酸,意义：以上10步是糖代谢的共同途径,第四阶段：乳酸生成,至此，每分子葡萄糖生成2分子乳酸并净获2分子（或3分子）ATP,。,1ATP生成方式,糖酵解反应中，形成了两个高能磷酸化合物,1，3一二磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,ATP则由上述两个高能磷酸化合物,通过,底物磷酸化,方式生成。,（二）糖酵解中ATP的生成,2 ATP生成数量,每分子葡萄糖经酵解生成两分子乳酸，期间有两个分子1，3-二磷酸甘油酸和两分子磷酸烯醇式丙酮酸生成，通过底物磷酸化、生成4分子,ATP。,但由于葡萄糖及6-磷酸果糖活化时消耗两分子,ATP，,所以由葡萄糖开始的酵解过程，净获2分子,ATP。,反应如果从肌糖原开始，每个葡萄糖单位生成4分子,ATP，,由于活化过程只消耗1分子,ATP，,故而净获3分子,ATP,。,启动,全力运动3060秒,功率,每千克干肌每秒1毫摩尔,持续,时间,维持30秒到2分钟以内最大强度运动。,实践,意义,速度、速度耐力项目；2001500米跑、100200米游泳，短距离速滑等项目；摔跤、柔道、拳击、武术等。,三 运动时糖酵解供能,第四节 人体运动时的有氧代谢供能,一、糖有氧氧化供能,糖原或葡萄糖在有氧条件下彻底氧化生成二氧化碳和水，并合成大量ATP的过程称,糖的有氧氧化,。,（一）糖有氧氧化的基本过程,1细胞质内反应阶段丙酮酸的生成,反应过程及参与的酶与糖酵解中丙酮酸的生成完全相同。,但3磷酸甘油醛脱氢氧化所生成的NADHH,+,不使丙酮酸还原，而经不同方式进入线粒体继续氧化,2线粒体内反应阶段,（1）乙酰辅酶A的生成：,丙酮酸+NAD,+CoA 乙酰CoA+NADH+H,+CO,2,丙酮酸脱氢酶复合体,（,2）乙酰辅酶A进入三羧酸循环氧化脱羧,乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸，经一系列脱氢、脱羧等反应，又以生成草酰乙酸终结,所构成的循环称为,三羧酸循环,糖的有氧氧化代谢过程中，每分子葡萄糖通过六个中间代谢产物共十二次脱氢，分别生成10NADH+H,+,和2FAD2H。,（3）氢的代谢去路,经NADH+H,+,和FAD2H所携带的氢分别通过递氢、递电子体系最终与氧化合生成水，完成了糖的彻底氧化,2ATP生成数量,底物磷酸化:,1,3二磷酸甘油酸,ADP ATP,3磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,ADP ATP,丙酮酸,琥珀酰辅酶A+Pi,ADP ATP,琥珀酸+辅酶A,3ATP2=6 ATP,氧化磷酸化,:,每分子葡萄糖共有12次脱氢氧化，生成10分子NADH+H,+,和2分子FAD2H，可伴随生成ATP数为：,103ATP+22ATP=34 ATP,ATP总数=6 ATP+34 ATP-2 ATP=38 ATP,每分子葡萄糖经有氧氧化可净获38分子ATP,二、三酯酰甘油氧化供能,（一）三酯酰甘油水解,三酯酰甘油在酶的作用下水解为甘油和脂肪酸,（三）脂肪酸的分解代谢,1脂肪酸活化,在线粒体外膜，经酰基辅酶A合成酶催化，在消耗ATP的条件下，脂肪酸与辅酶结合，生成脂肪酰辅酶A,+HS-CoA,（-H,2,O）,R-CH,2,-C-,O,S-CoA,ATP,AMP PPi,脂酰辅酶A合成酶,活性形式:,脂酰辅酶A,耗 能:,2P,R-CH,2,-C-OH,O,2脂肪酰辅酶A进入线粒体,3脂肪酰CoA的,氧化,再脱氢,硫解,加水,脱氢,反应过程：,脱氢,FADH,脱氢,NADH,加水,H,2,O,硫解,HS-CoA,一次,-氧化的产物,两次脱氢,FADH,NADH,(2ATP),(3ATP),5ATP,少两个C原子的脂酰辅酶A,一分子乙酰辅酶A,(,-氧化最终产物),-进入下一轮,-氧化,-进入三羧酸循环,4.乙酰CoA的去路,在肝外组织，脂肪酸氧化生成的,乙酰辅酶A加入三羧酸循环彻底氧化,在肝内，生成酮体参与代谢,乙酰CoA,三羧酸循环,CO,2,+H,2,O,O,CH,3,(,CH,2,),14,-C-OH,O,软 脂 酸,脂肪酸氧化的ATP生成数,软脂酸,-1ATP,软脂酰辅酶A,乙酰辅酶A,-氧化,（,16C,）,（,通过 次,）,7,次,-,氧化,-（2+3）7=35,ATP,8,分子乙酰辅酶,A,-12 8 =96,ATP,+）131,ATP,CH,3,(,CH,2,),14,-C-,O,S-CoA,软脂酰辅酶A,?,?,(n/2),(,(,n/2,),-1),CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,C-S-CoA,（,分子,）,脂肪酸氧化的ATP生成数可依下式计,算,：,n,2,1,（,）,5,+,2,n,12,1,-氧化的次数,生成的乙酰,CoA数,脂肪酸活化消耗的ATP数,三、蛋白质氧化供能,（一）蛋白质作为能源物质分解代谢时，首先水解为氨基酸。,(二）氨基酸的脱氨基作用。,氨基酸经酶促反应,脱去氨基生成氨 和相应的-酮酸。,（三）酮酸最终进入三羧酸循环彻底氧化，生成CO,2,和H,2,O并释放能量合成ATP;氨则在肝脏内合成尿素，经肾随终尿排出,四、运动时的有氧代谢供能系统,有氧代谢供能系统中，糖在体内利用较多，大强度运动2小 时左右，肌糖原极大消耗。,三酯酰甘油贮量丰富,理论供运动时间不限，但其氧化对糖有依赖性，且受氧利用率的影响。总之，运动时甘油三酯供能的重要性随运动强度的增大而降低，随运动持续时间的延长而增高。,蛋白质在长于30分钟的激烈运动中参与供能，但最多不超过总耗能的18%.,有氧代谢供能系统的输出功率较其它两个系统低,。,作业题,1、简述ATP的生成方式.,2、磷酸原系统供能的特点是什么？,3、糖有氧氧化中ATP生成方式有哪几种？生成数量是多少？,思考题,1、比较糖有氧氧化和无氧氧化的异同.,讨论题,1、为什么说ATP 是体内能量释放、贮存、转移和利用的核心物质？,底物水平磷酸化,