生物化学和细胞生物学课件和相关资料[中学家园]

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生物化学和细胞生物学课件和相关资料 发帖心情

Post By：2008-1-11 17:03:00

在网上看到的一些资料，不知对各位的学习能否有帮助。

生物化学A下课件文字版

代谢
(Metabolism)
代谢总论
（General Introduction to Metabolism)
一．新陈代谢的概念
二．代谢的特点
三．代谢的研究对象
四．代谢的研究方法
五．代谢研究与其他学科的关系
六．参考书目
新陈代谢的概念
新陈代谢(metabolism)是指生物体活细胞内所有化学变化的总称，也称为代谢。包括两种代谢作用
分解代谢（catabolism, katabolism），也称异化作用(disassimilation)
合成代谢（anabolism），也称同化作用（assimilation）
每种代谢作用都包含两个方面：
物质代谢（substance metabolism），物质的合成与分解
能量代谢（energy metabolism），能量的转换、储存和释放
生长旺盛时：合成代谢?分解代谢
成长的生物：合成代谢?分解代谢
衰老或饥饿：合成代谢?分解代谢
自养生物和异养生物
根据由环境中获得碳的化学形式，生物可分为两大类型：
自养生物(Autotrophs)：可利用大气中的CO2作为唯一碳源构建所有含碳分子，如光合细菌和高等植物。
异养生物(Heterotrophs)：不能利用大气中的CO2，必须从环境中获得相对复杂的有机碳分子如葡萄糖，高等动物和多数微生物都是异养生物。
根据物质和能量
利用分类生物
自养生物和异养生物间氧和
二氧化碳的循环
许多自养生物可进行光合作用，利用太阳能作为能量来源，而异养生物通过分解自养生物产生的有机营养物获得能量。
生物圈中自养生物和异养生物生活在一起，自养生物利用空气中的CO2建造自己的有机生物分子，有些还分解水产生O2；反过来异养生物利用这些有机物作为营养物质，把CO2排放到大气中去，有些在氧化反应中消耗O2产生水。其中C、O2和H2O在自养和异养间不断循环，太阳能是其中的驱动力。
光合自养生物和异养生物二氧化碳和氧的循环
生物圈中氮的循环
所有生命体都需要氮源，为合成氨基酸、核苷酸及其他化合物所必需。植物可利用铵或可溶性硝酸盐作为唯一氮源；但脊椎动物的氮源必须是氨基酸或其他有机化合物；只有少量的生物—蓝细菌(Cyanobacteria)和与部分植物根部共生的土壤细菌可以转变（固定）大气氮为氨；其他细菌（硝化细菌）氧化氨生成硝酸盐和亚硝酸盐；而另一些细菌把硝酸盐转化为N2，在生物圈形成了氮的循环。
生物圈的氮循环
物质循环需要大量的能量
物质循环需要大量的能量，开始于光合生物捕获太阳能并利用太阳能合成富含能量的碳水化合物和其他有机营养物质。这些有机物被异养生物用作能源。代谢过程及能量转化过程中，有一部分有用能量（自由能）耗失，并有一定数量的能量不可逆地被转化成了无用能（热和熵）。与物质循环相比，能量只以一种方式流向生物圈，生物不能再利用以热和熵散失的自由能。物质的（碳、氧、氮）循环是连续的，而能量则不断地被转化为无用的形式，如热。
代谢作用的特点
1．代谢过程所包含的化学反应通常不是一步完成，由一系列的中间代谢过程所组成，反应数目虽多，但有极强的顺序性。
2．代谢作用需要温和的条件，绝大多数反应都由酶所催化。
3．代谢作用具有高度灵敏的自我调节。
整体水平上，主要靠激素或激素伴同神经系统进行的综合调节；
细胞水平上，主要通过胞内酶布局的区域化而实现；
分子水平上，主要通过酶的反馈抑制和基因表达的调控等实现。
代谢作用中的能量关系
分解代谢是代谢作用的分解过程，有机物（糖、脂和蛋白质）被转化为更小、更简单的终产物（如乳酸、CO2和NH3等），分解代谢释放能量，部分被转化为ATP和还原的电子载体（NADH，NADPH和FADH2），其余的作为热量散失。
合成代谢也称生物合成，小、简单的前体物质形成更大、更复杂的分子，如脂、多糖、蛋白质和核酸等，合成代谢需要能量的输入，通常需要ATP分子磷酸酯键的转移和还原力（NADH、NADPH和FADH2）。
分解代谢和合成代谢间
的能量关系
三类非线性代谢途径
代谢研究的对象
代谢所研究的是生物活细胞中发生的所有的化学反应，这里所指的活细胞是一种概括的说法，既来自于单细胞生物的细胞；也来自于多细胞生物的细胞、组织、器官及整个生物体；还包括病毒和噬菌体等生命体。
代谢研究的方法
1．饲养动物
2．测定呼吸商（respiratory quotient, R.Q.）
3．先天性代谢疾病患者不正常代谢的观察
4．利用微生物的生化突变型
5．切除器官
6．离体试验
7．组织培养（tissue culture）
8．应用酶的抑制剂
9．同位素示踪法（isotopic tracer technique）
10．分部离心技术
代谢研究与其他学科的关系
1．工业
2．农业
3．医学、药学
4．畜牧
5．食品
6．卫生
参考数目
1．Albert L. Lehninger et al “Principles of Biochemistry”（3rd Edition)
2．沈同、王镜岩等（北大）《生物化学》（第二版）
3. 沈仁权、顾其敏等（复旦）《生物化学教程》
4. 黄伟达、王维荣、詹树萱《生物化学》（电子版）[www.biochemistry. fudan . edu. cn]

生物氧化
Biological Oxidation
生物氧化
（Biological Oxidation）
一. 生物氧化的概念及意义
二. 生物氧化的特点
三. 生物氧化的方式
四. 生物氧化体系—呼吸链
五. 能量的释放、转移、储存及利用
六.非线粒体氧化体系
生物氧化的概念
? 生物氧化是指糖类、脂类和蛋白质等在生物活细胞内进行的一系列的氧化分解作用，最终生成H2O和CO2,同时释放能量的过程，又称细胞呼吸或组织呼吸。
? 相当于分解（异化）作用。
生物氧化发生的场所
1948年，Eugene Kennedy和Albert Lehninger发现，线粒体是真核生物氧化磷酸化的场所，开始了生物能研究的新世代。
线粒体有两层膜，外膜对小分子（Mr?5000）和离子为自由透过。内膜对大多数小分子及离子不透过（包括H+），只有内膜上存在特异运输体的物质可以透过。内膜上含有呼吸链和ATP合成酶。
线粒体基质含有丙酮酸脱氢酶复合物和柠檬酸循环途径、脂肪酸?-氧化途径、氨基酸氧化途径及酵解以外所有能量物质氧化途径。
线粒体的生化
生物氧化的特点
与无机氧化（燃烧）相比，生物氧化与无机氧化从氧化的物质、释放出的总能量及终产物都相同。但两者的表现形式和条件不同。
具体表现在：
体外燃烧 (CH) +O2?H2O+CO2+热能。
? H2O的生成为氢和氧的直接化合
? CO2的生成为碳和氧的直接化合
? 能量为骤然释放，以光和热的形式
生物氧化的特点（续）
? 生物氧化 (CH) +O2?H2O+ CO2+热能
? H2O的生成在酶的作用下脱氢，H经一系列的递氢和递电子反应，最终与O2接合生成H2O。
? CO2是有机物在酶的作用下脱羧形成的。
? 生物氧化要求条件温和，为逐步氧化。能量的释放是一步一步缓慢释放，释放的能量以高能磷酸键的形式贮存，不会使周围温度升高而伤害有机体。
生物氧化的方式
CO2的生成方式：有机物在酶的作用下脱羧(decarboxylation)生成。
? 脱羧作用根据脱羧的部位分为：
?-decarboxylation
?-decarboxylation
? 脱羧作用根据脱羧的性质分为：
simple decarboxylation
oxidative decarboxylation
脱羧与氧化脱羧
?-脱羧
R-CH(NH2)-COOH?RCH2NH2?CO2（氨基酸脱羧酶）
?-氧化脱羧
CH3COCOOH +NAD++CoASH CH3COSCoA+NADH+H+（丙酮酸脱氢酶系）

?-脱羧
HOOCCO-CH2COOH ?CH3COCOOH+CO2(丙酮酸羧化酶）
?-氧化脱羧
HOOCCH2-CH(OH)COOH+NADP+ ?CH3COCOOH+CO2+NADPH+H+(苹果酸酶）
生物氧化的物质氧化方式（途径）
? （1）加氧（氧化）（oxidation）
RCHO + 1/2O2?RCOOH
? （2）脱氢（dehydrogenation）
RCH2OH –2H?RCHO
CH3CHO +H2O??CH3CH(OH)(OH)?
? CH3COOH+2H
? （3）.脱电子（deelectronation）
Fe2+ -e?Fe3+
生物氧化体系—呼吸链(respiratory chain)
? 生物氧化体系解决的是有机物脱氢及氢的去路问题，即解决有机物是如何通过一系列特异性的酶催化的反应脱氢、递氢和递电子，把氢交给氧生成水，并产生ATP的问题。
? 整个氢的传递和电子的传递过程以及参与这一系列催化反应的酶与辅酶及其他中间递体一个接一个，组成链状反应体系，如同接力棒一样，这种形式的反应——呼吸链。
递氢体：呼吸链中参与传递H的辅酶或辅基
递电子体：呼吸链中参与传递电子的辅酶或辅基
人体组织最普遍最重要的呼吸链
以：NAD+(CoI)或NADP+(CoII)为辅酶的脱氢酶；
黄素蛋白（黄酶yellow enzyme, flavoprotein, FP）；
辅酶Q(CoQ, 泛醌，ubiquinone)；
细胞色素复合物(cytochrome complex)。
组成两条呼吸链：
S.? NAD+? FP1? CoQ ?b?c1?c?(a+a3) ?1/2O2
?
FP2
?
S.
呼吸链的组成及作用机理
(1) 烟酰胺脱氢酶类（nicotinamide dehydrogenases)(或称吡啶脱氢酶类，pyridine dehydrogenases)
(2) 黄素酶类（flavoprotein, flavinlinked dehydrogenase, NADH dehydrogenase)
– 黄素单核苷酸（FMN)
– 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD)
(3) 辅酶Q(coenzyme Q, CoQ)(泛醌 ubiquinone)
(4) 细胞色素类（cytochromes)
Cytb,Cytc,Cytc1,Cyta1a3

人体重要的呼吸链
? NADH 氧化呼吸链（由CoI、Flavoprotein、Iron-sulfur protein、CoQ、Cytochrome complex组成)

? 琥珀酸(succinate)氧化呼吸链（由Succinate dHE、CoQ及Cyt复合物组成
两条重要的氧化呼吸链
电子载体以多酶复合物起作用
呼吸链上的电子载体被组装为膜包埋的超分子复合物，可以被分离开来，线粒体内膜用去污剂温和处理，可以得到四个独立的电子载体复合物，每个部分可以催化电子通过呼吸链的一部分转移。
复合物I和II催化电子由不同的供体（NADH：复合物I；琥珀酸：复合物II）转移到泛醌；复合物III把电子由泛醌传递给Cyt C；复合物IV完成电子由Cyt C到O2的传递过程。
呼吸链功能
复合物的分离
线粒体电子传递链蛋白质组成
烟酰胺（吡啶）脱氢酶类
催化底物脱氢的一类酶，属脱氢酶类，包括脱氢酶复合物，但它们的辅酶大多相同，主要有两种：
NAD+（CoI）：Nicotinamide AdenineDinucleotide
NADP+(CoII):Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate
分子中起递氢作用的是烟酰胺，能反复氧化和还原，起到接受氢和提供氢的作用而传递氢。
脱氢酶脱掉底物分子上的两个氢原子，其中之一以氢阴离子(:H-)的形式转移到NAD+或NADP+上形成NADH或NADPH，另一个则以H+形式游离到溶液中，每一个:H-携带两个电子，其中1e使氢以原子形式结合到吡啶环的C-4上，另1e与吡啶环上的N结合，N由+5价变为+3价。
NAD(P)+的结构
还原的Co I有340nm光吸收
NAD(P)H的氧化还原
NADH+H+与NADPH +H+
NAD（P）H连接的脱氢酶
催化的一些重要反应
黄素酶类（NADH脱氢酶）
这类酶是与黄素相关的脱氢酶或是黄素蛋白，因辅基中含核黄素而得名，线粒体中可能与一种铁硫蛋白（Iron-sulfur protein，Fe-S）组成复合体。
种类多，酶蛋白不同，但辅基只有两种：
黄素单核苷酸（Flavin Mononucleotide,FMN),是NADH脱氢酶（FP1）的辅基。
黄素腺嘌呤二核苷酸（Flavin Adenine Dinucleotide,FAD)是琥珀酸脱氢酶（FP2）的辅基。
此类酶催化由NADH或琥珀酸分子上脱氢，生成FMNH2或FADH2。
FMN(FAD)的氧化还原
铁-硫中心（Iron-sulfur Centers,铁硫蛋白)
最早由Helmut Beinert发现，铁不出现在血红素中，而与无机硫原子和/或蛋白质Cys残基的硫原子相连。铁硫中心（Fe-S）最简单的是单铁原子与4个Cys的-SH相连，更复杂的是有2个或4个铁原子。Rieske铁硫蛋白则为1个铁原子与两个His残基相连。
所有的铁硫蛋白参与一个电子的转移，其中的铁原子或被氧化、或被还原，线粒体中至少有8个铁硫蛋白参与电子传递。
铁-硫中心
（Iron-sulfur Centers)
辅酶Q（Coenzyme Q，CoQ）
又称泛醌(Ubiquinone)，脂溶性醌类化合物，有一个长的异戊二烯侧链，因广泛存在得名。呼吸链中是参入到线粒体内膜的电子载体。
CoQ在呼吸链中接受黄素酶的H，本身被还原为氢醌，再把H传递给Cyt体系被氧化，接受1e变为半醌自由基，接受2e变为氢醌（QH2）。
CoQ不仅接受NADH脱氢酶的H，还接受线粒体其他脱氢酶的H，如琥珀酸脱氢酶，脂酰CoA脱氢酶及其他黄素脱氢酶脱下的H，在电子传递链中处于中心地位。
辅酶Q的氧化还原
底物到辅酶Q
的电子流动
复合物I：NADH到泛醌
也称NADH：泛醌氧化还原酶，是一个大的酶复合物，由42条不同的多肽链组成，包括含FMN黄素蛋白和至少6个铁硫中心。高分辨率电子显微镜显示复合物I为L形，L的一个臂在膜内，另一臂伸展到基质中。
复合物I催化两个同时发生的偶联过程：
（1）NADH+H++Q?NAD++QH2
（2）4个质子由基质转到内膜外
因此，复合物I是由电子转移能所驱动的质子泵，结果内膜基质面变负，内膜外侧变正。
NADH：CoQ氧化还原酶
（复合物 I，NADH到泛醌）
复合物II：琥珀酸到泛醌
也称琥珀酸脱氢酶，是TCA循环中唯一的一个线粒体内膜结合的酶，虽比复合物I小而简单，但含有两类辅基和至少4种不同的蛋白，1个蛋白与FAD及有4个铁原子的Fe-S中心共价结合；1个铁硫蛋白。电子由琥珀酸流向FAD，然后通过Fe-S中心到泛醌。
呼吸链上还有其他底物的电子流经Q，但不经过复合物II，如脂酰CoA脱氢酶、3-磷酸甘油脱氢酶等（见图）。
琥珀酸脱氢酶（琥珀酸到泛醌：复合物II）
复合物III：泛醌到细胞色素c
又称细胞色素bc1复合物或泛醌：细胞色素c氧化还原酶。偶联催化电子由氢醌到Cyt c的转移和质子由膜内基质向膜外空间的运输。
复合物III和IV结构的确定（1995-1998，X-射线晶体学）是线粒体电子转移研究的里程碑。复合物III是一个由相同单体组成的二聚体，每个单体含有11个不同的亚基。
泛醌到CytC：复合物III
（Cyt bc1复合物或泛醌：CytC氧化还原酶）
Q循环（The Q Cycle)
根据复合物III的结构和氧化还原反应详细的生物化学研究，提出了电子经复合物的流动模型，Q循环的反应为：
QH2+2cyt c1（氧化型）+2HN+?Q+2cyt c1(还原型）+4Hp+
膜的P侧，2QH2被氧化为Q，释放4H+到内膜外空间，每个QH2提供1e到cyt c1（通过Fe-S中心），另1e到Q分子（通过cyt b），两步还原成QH2，还原反应还从基质中利用掉2H+。转移的净效应很简单：QH2被氧化成Q，2cyt c被还原。
Q 循环
复合物IV：细胞色素C到O2
又称细胞色素氧化酶，呼吸链的最后一步，把cyt c的电子转移给O2还原生成H2O。
是一个大酶（线粒体内膜上，13个亚基，Mr204000），作用同样是电子传递和质子泵。三个亚基对于功能至关重要。亚基II有2个Cu离子（CuA）（与Cys残基的-SH相连，亚基II有2个血红素基团（分别为a1、a3）和另一个Cu离子（CuB）。
电子传递为：cyt c-CuA-a-a3-CuB-O2，每4e通过复合物时，酶从基质中消耗4个“底物”H+，生成2H2O，每通过1e，利用氧化还原反应的能量泵出1H+到内膜外空间。
细胞色素氧化酶（复合物 IV）
复合物 IV的电子流向
QH2-Cytc还原酶
细胞色素
细胞色素还原酶
细胞色素还原酶模型
细胞色素还原酶与电子传递
呼吸链四个复合物的
电子和质子流动总图
决定电子载体顺序的方法
电子传递与质子梯度及ATP合成
呼吸链中ATP的产生
穿梭系统（Shuttle Systems)
有些NADH是在胞液中产生的，而呼吸链位于线粒体的内膜上，线粒体的内膜对NADH不能透过，必须通过一定的转运机制才能保证底物分子脱下的H可以通过呼吸链递氢和递电子被彻底氧化，释放能量。这种转运机制即为穿梭系统，经过穿梭系统把胞液中的NADH转变为线粒体内的NADH经呼吸链被氧化。包括磷酸甘油穿梭、苹果酸-草酰乙酸穿梭。
穿梭系统(Shuttle System)
磷酸甘油穿梭(phosphoglycerol shuttle)

磷酸甘油穿梭
穿梭系统(Shuttle System)
苹果酸-草酰乙酸穿梭
（Malate-oxaloacetate shuttle)
苹果酸-草酰乙酸穿梭
腺苷酸和磷酸转位酶
线粒体利用质子推动力合成ATP，但ADP和Pi必须转运到线粒体内，同时合成好的ATP也必须能运出线粒体在细胞质中水解供能。
腺苷酸转位酶(Adenine nucleotide translocase)是内膜上的酶，为逆反转运体，可以把ADP和Pi转运到线粒体内，也能把合成的ATP从线粒体运到胞液。
腺苷酸和磷酸转位酶
高能磷酸键的形成
生物氧化所释放的能量并不是全以热量的形式散发，除一部分以热能形式用于维持体温外，其余部分则以高能磷酸键的形式转移和储存，一旦需要再水解释放以免浪费。
异养生物体高能磷酸键的形成方式有两种：底物水平（底物）磷酸化、电子传递水平（氧化）磷酸化。
底物水平磷酸化
（Substrate Level Phosphorylation)
代谢物质分解过程中，底物分子因脱氢、脱水等作用，能量在分子内部重排（重新分布）形成高能磷酸酯键，并转移给ADP形成ATP。
高能磷酸键的形成及转移
底物水平磷酸化
(Substrate level phosphorylation)
氧化磷酸化
（Oxidative Phosphorylation)
生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化为水时所释放的能量转移给ADP形成ATP的过程。实际上是氧化作用与氧化作用过程释放的能量用于形成ATP过程（磷酸化作用）两种作用的偶联反应。
高能磷酸键的形成及转移
氧化磷酸化
（Coupled oxidative phosphorylation)
氧化磷酸化偶联的部位
磷氧比（P/O）
代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水，一对电子经呼吸链传递到O2生成水所产生的ATP分子的数目（即消耗1分子O2所产生ATP的数目）称为磷氧比（P/O）。
代谢物脱下的2H经NADH氧化呼吸链被氧化为水时，生成3ATP（P/O?3），而经琥珀酸氧化呼吸链氧化为水时，生成2ATP（P/O?2）。
新近的研究结果支持这样的结论， 2H经NADH氧化呼吸链被氧化为水时，生成2.5ATP；而经琥珀酸氧化呼吸链氧化为水时，生成1.5ATP 。
影响氧化磷酸化作用的因素
（1）ADP-Pi、ATP的调节作用 ADP/ATP 小，缓慢、表现为抑制作用 ADP/ATP 大，加快、表现为促进作用
（2）激素的调节作用 Thyroxine?(+)Na+、K+-ATPase, 加快 ATP?ADP+Pi, ADP进入线粒体的数量增加，氧化磷酸化加快，耗氧及产热增多——甲状腺机能亢进(hyperthyroidism)，患者BMR(basal metabolic rate)增高。
影响氧化磷酸化作用的因素（续）
（3）抑制剂（inhibitors)的作用
A. 解偶联剂（uncoupler)的作用（2,4-dinitrophenol, DNP)，解除偶联作用。
B. 寡霉素(oligomycin)，抑制氧的利用和ATP的形成。
C. CO的作用，与还原型Cyt oxidase结合，使生物氧化中断。
D. CN-的作用，与氧化型Cyt oxidase结合，生成高铁Cyt oxidase,酶失活，电子不能传给O2，呼吸中断。
E. Isobarbital and Rotenone的作用，抑制FP1?CoQ 的传递。
F. Antimycin(antitoxin)A的作用，抑制Cytb?c的传递。
G. 离子载体抑制剂（ionophores)
解偶联剂的作用机理
解偶联蛋白
（uncoupling proteins, UCPs)
? 解偶联蛋白是线粒体内膜上参与机体产热的重要转运蛋白质。UCPs被激活时，形成质子通道，可引起线粒体内膜上的质子转运速度加快，使ATP合成依赖的线粒体内膜上的电化学梯度改变，氧化磷酸化被解偶联，不能合成ATP，产能转化为产热。UCPs被认为是参与能量代谢的重要靶蛋白。
? 机体产热与能量平衡、代谢、体重调节有着密不可分的关系，推测UCPs可能与肥胖、胰岛素抵抗及糖尿病的发生发展相关。但对于UCPs生理功能的组织特异性及其主要的体内的调控因素仍不十分清楚。
? 目前作为肥胖药物研究的靶蛋白非常热门。
呼吸链-ATP生成-抑制剂
影响氧化磷酸化和光合磷酸化作用的化合物
氧化磷酸化作用的机理
(1) 化学偶联假说（chemical coupling hypothesis），认为电子传递和ATP生成的偶联是通过一系列连续的化学反应，而形成一个高能的共价中间物，用于ATP的形成。
(2)构象偶联假说（conformational coupling hypothesis），认为电子沿呼吸链传递使线粒体内膜蛋白组分发生了构象变化而形成一种高能形式，进一步使F0F1-ATP酶能化，用于ATP的生成。
氧化磷酸化作用的机理
(3) 化学渗透假说（chemiosmotic hypothesis），认为电子传递的结果把H+从线粒体内膜基质泵到膜外液体中形成一个跨内膜的H+梯度，这种H+梯度渗透能（质子推动力，质力）用于ATP的生成。由英国科学家P. Michell (1961) 提出，为此1978年获诺贝尔奖。
化学渗透假说
(Chemiosmotic Hypothesis)
电子传递的结果把H+从线粒体内膜基质泵到膜外空间，形成一个跨线粒体内膜的H+梯度，其中所含的化学渗透能正是促进ATP合成所需能量，这种能量被称为质子推动力或质力(Proton-motive force)。
有三个测到的实验事实支持这一假说：底物被氧化（琥珀酸生成延胡索酸）、O2被消耗、有ATP合成（依赖于可氧化底物和ADP和Pi）。
化学渗透假说图解
（Chemiosmotic hypothesis）
化学渗透模型（Chemiosmotic Model)
线粒体中电子传递偶联ATP的合成
ATP合成酶
ATP synthase
位于线粒体内膜的内表面，又称F1/F0-ATP合成酶。F1由5种亚基组成，为酶复合物的球状头部，也是活性中心，位于内膜基质表面。F0横贯内膜，含有质子通道，由4种亚基组成。茎部有寡霉素敏感蛋白（OSCP），有调节F0、F1的功能。
ATP合成酶
ATP合成酶及ATP合成
线粒体ATP合成酶复合物
线粒体ATP合成酶复合物（续）
能量的转移、贮存和利用
机体内代谢物氧化生成含高能磷酸键的化合物很多，但这些化合物的高能磷酸键最终都能转移给ADP形成ATP才能被生命活动所利用。
ATP水解释放的能量除供机体活动需要外，还有一部分能量可通过高能键的形式转移给肌酸生成磷酸肌酸(phosphocreatine),后者为肌肉及脑组织中的能量贮存形式。
然而，生物体内有诸多合成反应所需能量并非直接来自ATP，如糖合成所需能量物质为UTP，磷脂合成则需CTP，而蛋白质合成需要GTP。究其根源，这些高能化合物还是来源于ATP, ATP+NDP?ADP+NTP
能量的转换
能量的产生转移及利用
非线粒体氧化体系
1. 微粒体氧化体系
（Microsome oxidative system）

2.过氧化物酶体氧化体系（Peroxisome oxidative system）

微粒体氧化体系
微粒体氧化体系
（Microsome Oxidative System）
由含黄素的脱氢酶、铁硫蛋白、CytP450组成，催化分子氧的两个氧原子分别进行不同的反应，其中一个O加到底物分子上，另一个与NADPH+H+的氢生成水，与ATP的生成无关。这种系统又称为加单氧酶(monooxygenase)，也称双功能加氧酶(double function oxygenase)，也有称之为CytP450羟化体系（酶）。
意义: (1) 胆酸生成中的环核羟化；
(2)不饱和脂肪酸生成中的双键引入；
(3)Vit D的活化；
(4)药物、致癌物及毒物等的氧化解毒。
过氧化物酶体氧化体系
（Peroxisome oxidative system）
含有较多的需氧脱氢酶，可催化L-aa, D-aa, 黄嘌呤等的脱氢、加氧，并生成H2O2，如
RCH(NH2)COOH+O2+H2O?
RCOCOOH+NH3+ H2O2
能量无利用，生成的H2O2功能重要：
（1）甲状腺中H2O2参与活性碘的生成；
（2）中性粒细胞中可杀灭被吞噬的细菌；
（3）参与一些生化作用。

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Post By：2008-1-11 17:04:00

糖代谢
(Carbohydrate Metabolism)
一．糖的消化吸收
二．血糖及其调节
三．糖元的合成与分解
四．糖的分解代谢
五．糖元异生
六．糖代谢紊乱
七．光合作用
所有有机物都有共同的代谢过程
第Ⅰ阶段，有机物分解为组成物质。
第Ⅱ阶段，小的燃料分子分解为几种常见的中间物，主要是丙酮酸和乙酰-CoA，可放出少量能量。
第Ⅲ阶段，有一条途径组成，即Krebs循环。中间物被完全氧化成CO2，生成的电子传递给NAD+等电子载体，释放少量能量，生成的中间物可用作生物合成的前体。
第Ⅳ阶段，电子传递和氧化磷酸化，电子传递给O2，生成H2O，释放的能量用于ATP生成。
代谢作用的几个阶段
糖的消化吸收
淀粉(starch)
?口腔，?-amylase，少量作用
?胃，几乎不作用
?小肠，胰?-amylase，主要的消化场所
麦芽糖、糊精、蔗糖、乳糖等（食物中所混入）
?麦芽糖酶，糊精酶，蔗糖酶，乳糖酶等
葡萄糖、半乳糖、果糖
?
肠黏膜细胞?肠壁毛细血管?门静脉?血液?
组织、细胞（??…??代谢）
血糖(blood sugar)
血糖指血液中的葡萄糖，是糖在体内的运输形式。健康人的[血糖]相当稳定，空腹时为80-120mg/dl。

血糖来源：
1. 食物糖的消化（主要来源）；
2. 其他糖?葡萄糖（肝脏中）（重要来源）；
3. 非糖物质（甘油、乳酸、氨基酸等）?葡萄糖（肝脏中）。

血糖(blood sugar)（续）
血糖去路：
1. 各组织、细胞内氧化；
2. 转变为肝糖元、肌糖元储备；
3. 转变为非糖物质或其他糖；
4. 过高时（160-180mg/dl），糖尿排出。
[血糖]的调节
正常情况，来路?去路，维持动态平衡
1．肝脏调节
[血糖]?正常水平，肝糖元?Glc，[Glc]?。
[血糖]?正常水平，Glc?肝糖元，[Glc]?。
2．肾脏调节
肾糖阈：肾脏所能保持的最高[Glc]在160-180mg/dl。
[血糖]的调节(续）
3．神经系统的调节
4．激素调节
1） Insulin
2） Adrenalin
3） Glucagon
4） Growth hormone(GH)
5） Glucocorticoid
6） Thyroxine
胰岛素和胰高血糖素对血糖浓度的调节示意图
胰岛素和胰高血糖素对血糖浓度的调节
肾上腺素对血糖浓度的调节
激素对血糖的调节作用
耐糖（Sugar tolerance）现象

健康的人由于糖代谢调节功能的健全，即使一次食入大量糖，[Glc]也只是暂时升高，随即恢复到正常水平。
耐糖曲线
糖元合成（Glycogenesis）
参与糖元合成的酶有三个：
1．磷酸化酶（phosphorylase, phosphorylating enzyme）肌肉、肝脏中存在，主要功能是催化糖元的降解，生成G-1-P。离体酶可催化相反的反应：
G-1-P + nG ? (n+1)G + Pi
2．糖元合成酶（Glycogen synthetase）肌肉、肝脏中，催化糖元直链部分的合成，把活化的Glc(UDPG)加到糖元分子上：
UDPG + nG ? (n+1)G + UDP
3．分枝酶（Branching enzyme, Glucosyl 4?6 transferase）糖元?-1,6糖苷键的分支点不是以逐个添加Glc的方式合成的，分枝酶把直链末端的一段拆下来移到链上的另一点形成的。
UDPG的形成
糖元合成反应
糖元合成
糖元分枝的生物合成
糖元合成酶不能催化糖元分枝（?-1，6糖苷键）的合成，必须由糖元分枝酶催化[Glycogen-branching enzyme, amylo(1??4)transglycosylase, or glycosyl-(4 ??6)transferase]，催化由糖元分枝（至少11个糖残基）的非还原端转移6或7个葡萄糖残基到同一个或另一个糖元分子更内部位置的葡萄糖分子的C6羟基上，形成一个新的分枝。
糖元分枝的合成
糖元分枝的形成
糖元合成与分解示意图
糖元分解（Glycogenolysis）
１．糖元磷酸化酶催化糖元分解，从糖元的非还原端断裂?-1，4糖苷键，生成G-1-P，分解作用进行到?-1，6分枝点两侧各余约4个Glc残基，产物为极限糊精和G-1-P。
2．脱枝酶（去分枝酶，debranching enzyme）极限糊精?-1，6分枝点两侧的Glc残基经寡葡聚糖（1，4?1，4）转移酶转移到另一支链上，以?-1，4形式连接到分枝末端Glc残基，经脱枝酶水解?-1，6键，剩下的糖残基由磷酸化酶催化进一步水解。转移酶和去分枝酶是一个酶上的不同部分（两个活性位点）。
糖元磷酸化酶从糖元的非还原端分解末端葡萄糖残基
?-1,6分枝附近的糖元降解
糖元降解示意图
糖元合成酶和糖元磷酸化酶
是相互调节的
? 糖元合成酶存在去磷酸化(a)和磷酸化(b) 两种形式，活性形式(a)是非磷酸化形式，特异蛋白质激酶催化酶分子上几个Ser残基的-OH磷酸化，转变为非活性或低活性形式b，磷酸酯酶催化去磷酸化，b转变为活性形式a。
? 酶的调节包括共价和变构调节，活性形式a为磷酸化的（两个亚基的Ser14），去磷酸化变为非活性形式b（AMP是变构促进剂）。
? 糖元合成酶和磷酸化酶通过磷酸化-去磷酸化相互调节，一个被激活，另一个被抑制。
糖元合成酶和糖元磷酸化酶的相互调节
激素对糖元代谢的调节作用
肾上腺素对糖元
磷酸化酶的作用
肾上腺素对蛋白磷酸酯酶的作用
胰岛素对糖元代谢酶的作用
乳酸循环(Cori cycle)

肌糖元无氧氧化为乳酸，进入血液（血乳酸）回到肝脏经糖元异生为肝糖（元），再由血液在肌肉中转变为肌糖元的循环过程。
骨骼肌和肝的代谢协作
乳酸循环
（Lactate cycle, Cori cycle）
糖酵解（Glycolysis）与发酵（Fermentation）
? 无氧条件下糖的降解过程，糖经一系列的酶促反应变成丙酮酸，并生成ATP，是一切生物细胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径，也称Glycolytic pathway，或Embden-Meyerhof-Parnas(EMP) pathway。
? 厌氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成的NADH+H+用于还原丙酮酸生成乙醛，进而产生乙醇，称为乙醇（酒精）发酵。
? 肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，酵解中生成的NADH+H+用于把丙酮酸?乳酸，称为乳酸发酵。
碳水化合物进入
酵解途径的前奏
除葡萄糖以外，其他碳水化合物通过酵解进入分解代谢，必须首先转变为酵解途径的任一中间物。最重要的是贮存多糖（淀粉和糖元）、二糖（麦芽糖、乳糖、蔗糖、海藻糖）及单糖（果糖、甘露糖、半乳糖）。
糖元和淀粉通过相应的磷酸化酶、磷酸葡萄糖变位酶生成G-6-P进入酵解。其他单糖可形成多个分支点的中间物进入酵解。
糖元、淀粉、二糖、己糖进入酵解的准备过程
糖的有氧和无氧分解
D-葡萄糖的代谢命运
D-Glc是多数生物的主要代谢燃料，在代谢中占有中心地位。葡萄糖含有较高的能量，氧化生成H2O和CO2放出自由能2840kj/mol、变为大分子的淀粉或糖元贮存又可维持相对低的摩尔渗透压浓度，而需要能量时又可分解成葡萄糖氧化供能。
葡萄糖不仅仅是一个能量分子，还是一个常见的前体分子，可为生物合成反应提供中间物，如大肠杆菌可利用葡萄糖和其碳架合成所有的氨基酸、核苷酸、辅酶、脂肪酸、和生长所需的各种代谢中间物。葡萄糖有成千上万种转化，高等动植物中主要有三种：变成糖元或淀粉贮存、酵解为三碳化合物（丙酮酸）或通过HMP（戊糖磷酸途径）变为戊糖。
高等植物和动物细胞的葡萄糖主要利用途径
酵解(Glycolysis)
酵解（Glycolysis,希腊语glykys，意为sweet和lysis)。一分子葡萄糖通过一系列的酶促反应生成2分子三碳化合物—丙酮酸，并生成ATP和NADH。
第一个发现的也可能是研究得最清楚的代谢途径，1897年Edward Buchner通过发酵的酵母抽提物发现，最终搞清楚是1941年由Fritz Lipmann和Herman Kalckar完成。
EMP途径
分为三个阶段：
1）Glc 磷酸化形成己糖磷酸酯（包括反应1、2、3），消耗2ATP，产物为F-1,6-diP。
2）磷酸己糖裂解为两分子三碳糖（反应4），由醛缩酶(aldolase)催化，产物为3-P-甘油醛（G-3-P）和磷酸二羟丙酮(DHAP)，断裂在己糖的C3-C4间。
3）三碳糖经一系列的反应（反应5~10）生成丙酮酸，其中反应6生成NADH+H+，并生成高能磷酸化合物（1,3-二磷酸甘油酸）；反应7和10生成2ATP（底物水平磷酸化）。
酵解可分为两个阶段
六碳糖分解为2分子丙酮酸需经10步反应，前5步反应为准备阶段，1Glc转变为2三碳物：磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛，消耗2ATP。
第二阶段是能量获得阶段（payoff phase)，3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸，生成4ATP和2NADH+H+。
葡萄糖的碳架分解产生丙酮酸、磷酸化ADP产生ATP、产生的氢转变为NADH。
糖酵解的两个阶段
2分子3-磷酸甘油醛生成（第一阶段）
丙酮酸是酵解的终产物（第二阶段）
丙酮酸的代谢命运
1）无氧条件下，丙酮酸转变为乳酸。
2）无氧条件下，丙酮酸转变为乙醛，进而生成乙醇。
3）有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA，进入三羧酸循环，氧化供能（乙酰-CoA在能量状态高的情况下可用于合成脂类物质）。
4) 丙酮酸作为其他物质合成的前体（如Ala）。
酵解产生的丙酮酸的三个可能的分解代谢命运
酵解途径
EMP反应总表
EMP途径的说明
1）己糖激酶(hexokinase) 需要Mg2+或其他二价阳离子及ATP供能，反应不可逆，是酵解过程的第一个调节（别构）酶，肌肉中受产物G-6-P强烈别构抑制。肝脏中主要是以glucokinase存在，对Glc有特异活性，不受G-6-P的抑制。
2）果糖磷酸激酶（phosphofructokinase），需要Mg2+及ATP，是酵解途径的关键反应(committed step, key reaction, rate-limiting reaction)酶，酵解进行的速度取决于该酶的活性，酶的调节也是别构调节，ATP对其有抑制效应，柠檬酸及脂肪酸的存在会加强ATP的抑制作用，AMP、ADP及Pi可消除抑制。
己糖激酶和磷酸果糖激酶
EMP途径的说明（续I）
3）3-P-甘油醛dHE(phosphoglyceraldehyde dHE) 活性中心在酶的Cys-SH上，NAD+与酶紧密结合，受氢还原后与酶脱离，磷酸攻击硫酯键生成1，3-二磷酸甘油酸。只有NAD+不断取代NADH才能保持酶的催化活力，否则酵解就要停止。ICH2COOH与-SH反应，可强烈抑制酶的活性。
4）烯醇（化）酶（enolase）有Mg2+或Mn2+存在时，酶才有活性，F-能与Mg2+形成络合物并结合在酶上而抑制酶的活性。
3-磷酸甘油醛氧化生成1,3-二磷酸甘油酸
3-P-甘油醛脱氢酶
碘乙酸是3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂
EMP途径的说明（续II）
5）丙酮酸激酶（pyruvate kinase）别构调节酶，需要Mg2+，K+，催化的反应有ATP生成，是酵解途径的重要调节酶，长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP、Ala等均抑制酶活；F-1,6-diP可活化此酶。
6）整个酵解途径的反应1、3、10为严格不可逆。
底物水平磷酸化
丙酮酸激酶催化PEP生成丙酮酸
EMP途径总图
EMP途径中间物浓度
EMP的能量消耗与生成
NADH+H+的命运
无氧条件下:
通过乙醇发酵受氢，解决重氧化
通过乳酸发酵受氢，解决重氧化
有氧条件下:
通过呼吸链递氢，最终生成H2O,并生成ATP。
丙酮酸的生成
乙醇生成(发酵)
乳酸生成(发酵)
甘油生成(发酵)
DHAP+ NADH+H+?3-P-甘油+NAD+
?
甘油
利用酵母制造甘油
1）培养基中添加NaHSO3
NaHSO3+CH3CHO?CH3CH(OH)OSO2Na
2）将发酵液调至碱性，乙醛在碱性条件下发生歧化反应
2CH3CHO+NaOH?CH3COONa+CH3CH2OH
EMP总结
1) 无氧条件下，Glc分解为乙醇或乳酸，为无氧分解。（1）酵母等，Glc?2 ethanol+2CO2
（2）肌肉等，Glc?2 lactate
2). 虽无O2参与，但有脱氢反应，H的受体为NAD+，细胞内NAD+少，必需解决NADH的重氧化。
3). 两种发酵均净生成2ATP，为底物水平磷酸化。
5). 需要辅酶或辅助因子，如NAD+, TPP, Mg2+, K+等。
丙酮酸激酶的调节作用
F-6-P对果糖磷酸激酶的
变构调节作用
F-6-P对果糖磷酸激酶的
变构调节作用（续）
F-6-P和ATP对EMP的调节作用
F-6-P对磷酸化和去磷酸化的作用
葡萄糖异生跨越了酵解磷酸果糖激酶1催化的不可逆反应
其它单糖进入EMP
1）D-Fructose
A. 通过hexokinase转变为F-6-P进入EMP，但酶对Glc的亲和力大于对Fru的12倍，肝中几乎不发生这种反应，而脂肪组织中则Fru?Glc，可走这一途径。
B. 肝脏中，Fructokinase催化Fru生成F-1-P，再由F-1-P aldolase催化裂解为DHAP和甘油醛，甘油醛激酶催化甘油醛生成3-P-G(消耗1ATP)进入EMP。
果糖进入EMP
其它单糖进入EMP（续）
2）D-Galactose
由galactokinase催化生成1-P-Gal，再由鸟苷酰转移酶催化与UDPG反应生成Glc-1-P和UDPGal(由差向异构酶催化变为UDPG，完成再生)，而G-1-P经变位酶催化变成G-6-P进入EMP。
3）D-Mantose
由hexokinase催化生成M-6-P，再经异构酶催化转变为F-6-P进入EMP。
半乳糖进入EMP
半乳糖进入EMP
其他单糖进入
EMP（总图）
柠檬酸循环是燃料物质氧化分解的中心途径
丙酮酸生成乙酰CoA
丙酮酸脱氢酶复合物
催化的整个反应
丙酮酸dHE复合物的组成
辅酶A（CoA）
硫辛酸与二氢
硫辛酸转乙酰酶
Py dHE复合物催化5步反应
由Py dHE复合物催化，是连接酵解与TCA的中心环节，催化反应的酶系统（复合物）是多酶体系，反应分5步进行：
1) Py脱羧生成羟乙基-TPP；
2) 二氢硫辛酸转乙酰酶催化羟乙基氧化为乙酰基，并转移给硫辛酰胺形成乙酰硫辛酰胺；
3) 二氢硫辛酸转乙酰酶催化乙酰硫辛酰胺上的乙酰基转移给CoA生成乙酰CoA；
4) 二氢硫辛酸dHE催化还原的硫辛酸再氧化，并将氢交给FAD生成FADH2-E；
5) FADH2使NAD+还原。
Py dHE催化的反应
丙酮酸脱氢酶复合物催化丙酮酸氧化脱羧
Py dHE复合物的调节
Py?CH3CO~ScoA是一个重要的反应步骤，处于代谢的分支点，受到严密的调节作用：
1）产物抑制 acetyl CoA和NADH都抑制Py dHE复合物，抑制作用为相应的反应物CoA及NAD+所逆转。
2）核苷酸反馈调节(Nt feedback regulation) 整个酶体系的活性由细胞的能荷水平所调控，体系受GTP(ATP)抑制，为AMP所活化。
Py dHE复合物的调节（续）
3）可逆磷酸化作用的共价调节（covalent regulation），ATP存在时，Py羧化酶分子上的Ser-OH被磷酸激酶催化磷酸化而没有活性，一旦磷酸基团被磷酸酯酶催化水解（去磷酸化）可恢复活性。
细胞内ATP/ADP, AcetylCoA/CoA,
NADH/NAD+高时，磷酸化作用加强；Ca2+促进去磷酸化作用，insulin也可刺激去磷酸化作用。
葡萄糖代谢的调节
柠檬酸(三羧酸)循环
Citric Acid Cycle[Tricarboxylic Acid Cycle(TCA), Krebs cycle]
乙酰CoA经一系列（8步，也有说9步反应）的氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O，并产生能量的过程，即乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，再经一系列的氧化、脱羧，循环后再生草酰乙酸，其中生成2CO2，3（NADH+H+），1GTP(ATP)，1FADH2。

柠檬酸合成酶
(Citric acid synthetase)
? 催化TCA的第一步反应，反应先生成柠檬酰CoA，再水解为柠檬酸，是放能反应，不可逆。是TCA的一个调节酶，活性受ATP、NADH、Succinyl CoA及长链脂酰CoA的抑制，对于TCA是一个rate-limitting step。
? 氟乙酰CoA在酶的作用下与草酰乙酸生成氟柠檬酸，顺乌头酸酶只识别柠檬酸，对氟柠檬酸没有作用，致使TCA中断，这种合成为致死合成(lethal synthesis)。在代谢研究的应用上，这被广泛用于杀虫剂或灭鼠药的生产。
柠檬酸合成酶
氟柠檬酸
氟柠檬酸的可能作用
乌头酸酶作用于柠檬酸
生成异柠檬酸
TCA流程
TCA简图
TCA循环过程
异柠檬酸dHE
TCA的第一次氧化脱羧，催化异柠檬酸生成?-酮戊二酸。细胞内有两种异柠檬酸dHE，线粒体中只以NAD+为氢受体；另一种以NADP+为氢受体（胞质及线粒体中都有存在），前者为Mg2+及Mn2+所活化，是别构酶，正调控物是ADP，缺乏ADP时没有活力，ATP及NADH对酶有抑制作用。
异柠檬酸氧化脱羧
生成?-酮戊二酸
?-酮戊二酸dHE
与Py dHE复合物的组成及作用非常相似，包括三个酶组分： 1）?-酮戊二酸 dHE(E1’)
2）琥珀酰转移酶(E2’)
3）二氢硫辛酸dHE(E3’)
还有六种辅助因子：TPP, CoA, FAD, NAD+, Lipoic acid(Lipoamide)及Mg2+。催化反应：
?-Ketoglutarate+CoA+NAD+?
succinyl CoA+CO2+NADH+H+
也是调节酶，受产物NADH, succinyl CoA和Ca2+抑制；ATP、 GTP对酶有反馈抑制；不受磷酸化的共价调节。
?-酮戊二酸氧化脱羧
TCA的底物水平磷酸化
琥珀酰CoA转变为琥珀酸，产生1GTP(ATP)，由琥珀酰CoA合成酶催化。
TCA的底物水平磷酸化
琥珀酸CoA合成酶催化的反应
琥珀酸脱氢酶
（Succinate dHE）
? 催化琥珀酸生成延胡索酸，H受体是FAD。琥珀酸dHE是TCA中唯一一个掺入线粒体内膜的酶（真核生物）（原核生物参入质膜），直接与呼吸链相连。
? 产物延胡索酸（反丁烯二酸），顺丁烯二酸（马来酸，maleic acid）不能参加代谢，对机体有毒。
? 丙二酸（malonate）是酶的竞争性抑制剂。
琥珀酸脱氢生成延胡索酸
苹果酸氧化再生草酰乙酸
TCA小结
? 循环从C4物与乙酰CoA缩合生成C6物开始；
? 每一次循环经历两次脱羧，放出2CO2;
? 每一循环经历四次脱氢，其中3次以NAD+为氢受体，1次以FAD为氢受体；
? 每循环一次，底物水平磷酸化一次生成1GTP(ATP)。
TCA小结（续）
? 循环一次结束以C4物（草酰乙酸）重新生成为标志；
? 总反应：
Acetyl CoA+2H2O+3NAD++FAD
+GDP+Pi? 2CO2+3(NADH+H+)+FADH2
+GTP+CoASH
TCA循环小结总图
葡萄糖分解的能量代谢
Glucose（胞液）
? -2ATP
?+4ATP,+2(NADH+H+)（经 ? 穿梭系统进入线粒体）
Py（线粒体）
? +2(NADH+H+)+2CO2
TCA
?
? +2[2CO2+3(NADH+H+)
? +FADH2+GTP]
氧化磷酸化，36 or 38ATP
TCA各步反应表
TCA及其功能
TCA作为两用代谢途径
TCA中间物用于生物合成的前体
TCA循环在合成代谢中的作用
回(添)补反应
(1) 动物肝脏和肾脏的线粒体中，丙酮酸羧化酶催化
O?CCOOH
?
CH3COCOOH+CO2+ATP+H2O ? CH2COOH +ADP+Pi
Mg2+,biotin

(2) 植物、细菌等，PEP羧化酶催化
CH2?C?COOH + H2O+ CO2?O=CCOOH +Pi
| ?
O~P CH2COOH

回(添)补反应
(3) 心脏、骨骼肌中，PEP羧激酶催化
PEP+CO2+GDP?oxaloacetate+GTP
(4) 原核、真核中广泛存在的苹果酸酶催化
CH3COCOOH+CO2+NADPH+H+
?Malate +NADP+
(5) Asp和Glu转氨形成草酰乙酸和?-酮戊二酸；Ile,Val,Thr及Met形成琥珀酰CoA，实现添补。
回补反应总表

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乙醛酸循环(Glyoxylate Cycle)
微生物和植物可以在产乙酸或产生acetyl CoA的化合物中生长，因为它们存在两种酶：异柠檬酸裂解酶（isocitrate lyase）和苹果酸合成酶（malate synthetase），这样可使TCA循环中的异柠檬酸不经脱羧而被裂解酶裂解为琥珀酸和乙醛酸，乙醛酸与另一分子acetyl CoA在苹果酸合成酶作用下缩合形成苹果酸。
意义：连接糖与脂的相互转变；
协同TCA，造成C4的赢余。
乙醛酸(Glyoxylate)循环
乙醛酸循环和TCA循环的关系
异柠檬酸脱氢酶活性的调节决定异柠檬酸向乙醛酸循环还是TCA循环
TCA的调节
1.底物的有效性
2.产物的反馈抑制
3.变构反馈抑制
TCA循环的调节
糖代谢调节1
糖代谢调节2
糖元异生(Gluconeogenesis)
肝脏、肾脏及肠上皮细胞中，甘油、乳酸及一些氨基酸等非糖物质转变为葡萄糖或糖元的过程。
中心点是能转变为丙酮酸的物质如何逆着酵解途径回到Glc的问题，即如何解决酵解途径中的三步不可逆反应。
由简单前体合成糖
糖元异生
由非糖物质合成葡萄糖对于哺乳动物绝对必需，因脑、神经系统、红细胞、睾丸、肾上腺髓质、胚胎组织等首选血液中的葡萄糖作为他们唯一的或主要的燃料分子。人脑每天需要超过120g 的葡萄糖。
由非己糖前体合成葡萄糖的过程称为糖元异生。糖元异生发生于所有动物、植物、真菌和微生物，过程相似。
糖元异生（续）
哺乳动物糖元异生的前体物质主要有乳酸、丙酮酸、甘油和一些氨基酸。高等动物糖元异生绝大多数发生于肝脏，极少部分发生于肾皮质。
植物萌发时，贮存的甘油三酯和蛋白质通过糖异生转变为蔗糖运送到生长的植物，葡萄糖及其衍生物是植物细胞壁、核苷酸、辅酶及其他重要代谢物的合成前体。
许多微生物可以生长在简单有机物如乙酸、乳酸、丙酸等条件下，通过糖异生把它们转变为葡萄糖。
糖元异生简图及
激素对异生的调节
异生与酵解
哺乳动物糖异生发生于肝脏，异生过程“似乎”是酵解过程的逆转反应，两者都发生于胞质，必需有相互和协作的调节。但过程也不是独特的，因为两者享有几步共同的反应步骤，十步反应的七步酶促反应是酵解过程的逆反应。
酵解过程的三步不可逆反应在体内不能被用于异生，必需有不同的酶催化反应来逾越这三步不可逆反应。
酵解和糖元异生是
“相反”的过程
酵解的三步不可逆反应
己糖激酶
1. Glucose+ATP?G-6-P+ADP
磷酸果糖激酶
2. F-6-P+ATP ?F-1,6-dip+ADP
丙酮酸激酶
3. PEP+ADP ?Pyruvate+ATP
从丙酮酸到PEP
不能通过酵解的逆反应实现，需胞质和线粒体酶的相互协作完成。
1）丙酮酸进入线粒体，在羧化酶的作用下生成草酰乙酸；
2）草酰乙酸不能过线粒体内膜，在苹果酸脱氢酶作用下生成苹果酸；
3）苹果酸进入胞质，在苹果酸脱氢酶作用下转变回草酰乙酸；
4）草酰乙酸在PEP羧激酶作用下生成PEP。
Py到PEP
Py生成PEP
丙酮酸生成磷酸
烯醇式丙酮酸
生物素与CO2
由丙酮酸开始的
糖异生反应过程
糖酵解与糖元异生的酶不同
丙酮酸生成和参与异生
的能量关系
糖元异生的前体物质
1）凡可生成Py的物质，包括TCA中间物，但乙酰CoA（动物体）不作为糖异生的前体；
2）大多氨基酸是生糖氨基酸，如Ala, Glu, Asp, Ser, Cys, Gly, Arg, His, Thr, Pro, Gln, Asn, Met, Val等，分别变为丙酮酸、草酰乙酸、?-酮戊二酸等进入糖异生；
3）肌肉剧烈运动产生的大量乳酸；
4) 反刍动物分解纤维素产生的乙酸、丙酸、丁酸等；
5) 奇数脂肪酸分解产生的琥珀酰CoA等。
生糖氨基酸及进入糖元异生的部位
偶数碳脂肪酸及氨基酸等代谢为乙酰-CoA后在动物中不能生糖
丙酮酸两个不同的
命运：异生和酵解
是相互调节的
F-2，6dip对酵解和异生的调节
种子萌发时贮存的油脂
转化为蔗糖
萌发种子中甘油三酯的甘油被转变为蔗糖
“无效循环”－Futile Cycle
生物组织内由两个不同的酶催化两个相反的代谢途径，反应的一方需要高能化合物如ATP参与，而另一方则自动进行，这样循环的结果只是ATP被水解了，而其他反应物并无变化，这种循环被称为“无效循环”（Futile cycle)。
肝脏中有酵解和异生的完整酶系，可能存在３种无效循环。
　意义：产生热能、扩大代谢的调控。
“无效”循环（Futile Cycle）
磷酸己糖支路(HMP)
又称己糖单磷酸途径，戊糖(磷酸)支路[hexose monophosphate pathway(shunt), pentose phosphate shunt]。Racker(1954)、Gunsalus(1955)发现，组织中添加酵解抑制剂，Glc仍可被消耗，即Glc还有其他的代谢支路。整个途径分为两个阶段:
氧化阶段：Glc经脱氢、脱羧变为磷酸戊糖
非氧化阶段：戊糖经几种不同碳数的糖的转化，最终重新合成己糖。两个关键酶催化其中的反应，即转羟乙醛基（转酮）酶（transketolase）和转二羟丙酮基（转醛）酶(transaldolase)。
戊糖磷酸支路的
氧化反应
戊糖磷酸支路的非氧化反应
戊糖磷酸支路的
碳架转变
HMP提供大量还原性CoII（NADPH）
HMP的碳数变化
HMP的两个关键酶
转醛酶的作用
转酮酶的作用
5-P-核酮糖生成5-P-核糖
HMP途径的意义
1）产生NADPH，为生物合成提供还原力，如脂肪酸合成、固醇合成；
2）产生磷酸戊糖，参与核酸代谢；
3）NADPH使红细胞内GSSG?GSH, 对维持红细胞的还原性重要；
4）非线粒体氧化体系中有重要作用；
5) 植物光合作用CO2合成Glc的部分反应途径。
糖醛酸途径（Glucuronic Acid Pathway,Uronic Acid Pathway）
由G-6-P或G-1-P开始，经UDP-glucuronic acid的代谢途径。
（1）G-6-P转化为UDPG，再由NAD连接的脱氢酶催化，氧化为UDP-GlcUA；
（2）抗坏血酸的合成；
（3）UDP-GlcUA生成UDP-Iduronate;
（4）UDP-GlcUA与药物或异物作用，生成水溶性加成物由尿中排出；
（5）GlcUA经脱氢、脱羧等生成(磷酸)木酮糖与HMP相联。
糖醛酸途径
糖醛酸途径（续）
糖醛酸途径
糖醛酸途径（续）
糖醛酸途径的意义
1）肝脏中糖醛酸与药物或含-OH,-COOH,-NH2,-SH等异物结合，随尿、胆汁排出而解毒；
2） UDP-uronic acid 是糖醛酸基供体，可形成许多有重要功能的粘多糖；
3）可转化为抗坏血酸（Vit C），人及其他灵长类不能合成；
4) 形成木酮糖与HMP相联系。
糖代谢紊乱(Metabolic Block)
两个主要原因可导致糖代谢的紊乱：

代谢酶的先天性缺陷；
调节作用的失调。
半乳糖血症（Galactosemia）
患者先天缺乏galactose 1-phosphate uridyl transferase，不能把Gal-1-P转化为UDPGal，Gal不能进入EMP，血中Gal增多，引起半乳糖血，严重时导致半乳糖尿，患儿生长迟缓、喝奶后呕吐、腹泻、肝肿大、黄疸、智力迟钝，继续摄入Gal会中毒死亡。
半乳糖血症（Galactosemia）机制
己糖激酶(hexokinase)缺乏
红细胞中，Glc磷酸化受影响，EMP产物减少，2,3-dip-甘油酸缺少，Hb对O2的亲和力异常高，组织获得O2的机会少，引起缺氧。
丙酮酸激酶（Py kinase）缺乏
酵解产物不能进入TCA，EMP产物浓度增高，2,3-dip-GA增多，Hb对O2的亲和力非常低；ATP减少，降低Na+.K+-ATPase活性，细胞无法维持正常离子浓度而肿胀、裂解，导致溶血性贫血。
G-6-P dHE缺乏
先天缺乏者在给药（磺胺、阿司匹林等氧化性药物）后表现为不耐，数天后产生黄疸、尿变黑、血红素下降，因红细胞中无线粒体，缺乏此酶无法产生NADPH，不能保持细胞内GSH水平，膜结构破坏，造成溶血、贫血等。
糖尿病(Diabetes mellitus)
Insulin缺乏或其受体异常，不能对抗由肾上腺素、胰高血糖素、肾上腺皮质激素等引起的血糖升高作用，产生高血糖(hyperglycemia)和糖尿。病人的代谢发生障碍，机体供能不足，表现出典型的多饮、多食、多尿及体重减少的“三多一少”症状。严重时还伴随酮血症（ketonemia）及酸中毒(acidosis)。
糖尿病的代谢紊乱
糖尿病的糖代谢障碍
糖尿病的用药 I
一、可选用的西药
1．胰岛素：用于Ⅰ型糖尿病。
2．双胍类降糖药：
(1)苯乙双服(降糖灵)：本品常与格列齐特等磺酰服类口服降糖药合用，但剂量应根据病情作适当调整。
(2)二甲双胍(降糖片) 。
3．磺脲类降糖药：
(1)格列齐特(达美康，甲磺毗腮)
(2)格列喹酮(糖适平)
(3)格列本脲(优降糖)：
(4)格列吡嗪(美毗达)：
4．拜糖平
糖尿病的用药 II
二、可选用的中成药
1．肺肾阴虚型
(1)六味地黄丸 (2)麦味地黄丸(口服液)
(3)糖尿灵片 (4)消渴灵片
(5)增液冲剂 (6)益肾消渴胶囊
2．气阴不足型
(1)玉泉片 (2)降糖丹 (3)养阴降糖片
(4)消渴平片 (5)糖尿乐胶囊 (6)降糖舒胶囊
(7)消渴丸 (8)降糖甲片 (9)玉液冲剂
3．阴阳两虚型
(1)桂附地黄丸 (2)济生肾气丸
(3)龟鹿二胶丸 (4)下消丸
光合作用(Photosynthesis)
光合作用(Photosynthesis)
绿色植物或光合细菌利用太阳的光能把光能转变成化学能，并把CO2转化为有机物的过程。光能
H2O+CO2?? (CH2O) +O2 （产氧生物）
2H2D+CO2?(CH2O)+H2O+2D（通式）
光合细菌以其它化合物代替水作为电子供体，不产氧。
2H2S+CO2?（CH2O）+2S
Lactate+CO2?（CH2O）
+H2O+CH3COCOOH
太阳光能是所有生物能的最初来源

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光合作用(Photosynthesis)
Robert Hill(1939)发现叶绿体照光后产生O2并不需要CO2，因而把光合作用分成两个阶段：
I. 光反应(light reaction)，需光，光合色素把光能转化为化学能，光解H2O放出O2、并产生ATP和NADPH。
II. 暗反应(dark reaction)，不需光，利用光反应的ATP和NADPH将CO2固定、还原为糖或其他有机物的一系列酶促反应。
太阳能是生物能量的最初来源
光合有机体吸收光能转变为还原有机物的化学能，是几乎所有生物能量的最初来源。
大量的能量以光合产物的形式被贮存，每年大约有1017KJ的来自太阳的自由能被光合生物所捕获，相当于全球人类每年消耗化石燃料能量的10倍。
光反应产生的能量物质用于暗反应的固定和同化
叶绿体(chloroplast)
叶绿素的结构
其他色素
电磁辐射光谱及可见光
光子能量分布
叶绿素的吸收光谱
光合色素的光吸收
叶绿素与光反应中心
光系统（Photoreaction System)
Robert Emerson和William Arnold测定绿藻细胞光照后O2的释放，发现在充足光照下，每2500个叶绿素分子放出1分子O2，由此Hans gaffron推测，几百个叶绿素分子吸收光量子后将其汇集到反应中心的叶绿素分子参与光反应，将光能转变为化学能。这种由色素分子装配成的系统把吸收的光能汇集到光反应中心，被称为光系统。
叶绿素与光反应中心
类囊体膜上的光系统
光强与光合作用速度
红降(Red drop)
光合作用中不同波长的光量子的光合量子效率不同，虽然叶绿素在680-700nm处仍有强的吸收，但光合作用效率在680nm以上时急剧下降。
红降(Red Drop)
增效现象(Synergism)
光合作用中，700nm和600nm波长的光叠加光照的光合作用速度比分别以600nm及700nm波长光光照所产生的光合作用总和还要大。
希尔反应（Hill Reaction）
叶绿体的抽提物与非生物氢受体一起光照后也可放出O2，通时氢受体被还原：
2H2O+2A?2AH2+O2
Hill 所用的非生物受氢体是一种蓝色的染料2,6-dichlorophenolindophenol
(hill reagent)(受氢还原后为无色)。黑暗下不发生以上反应。
叶绿体中的生物电子受体是NADP+。
光反应系统(Photoreaction System)
叶绿素分子吸收光量子后将光能汇集到一小部分叶绿素分子上，只有这一小部分叶绿素分子能参与光反应将光能转变为化学能，这种由色素分子装配成的系统称为光（反应）系统。
有两类光系统，即PS I, PS II。每个光系统都含有不同的光化学反应中心和天线（色素）分子。
光系统II
(Photoreaction System II, PS II)
包括三个部分：
1．捕获光能的复合体，有200个叶绿素分子和12个跨膜的多肽组成。
2．光反应中心核，有50个叶绿素a分子组成，激发电子的光能就由这些天线分子流入反应中心，因此又称P680。
3. 产生O2的复合体，即光反应的水裂解酶。水裂解酶内由4个锰离子组成簇，位于催化中心，从S0到S4有5种氧化状态。
光系统II
(Photoreaction System II, PS II)
PS II P680+是强氧化剂，通过Z形中间物使锰中心失去四个电子，断裂2H2O得到4个电子，产生O2，释放4个H+。不放O2的光合细菌无PS II，产氧的光合细菌含有PS II。
光系统 I
(Photoreaction System I)
为跨膜复合物，含13条多肽链，由70个Chla和Chlb组装而成，光反应中心(P700)有130个Chla分子，PS I在700nm附近被激活，不产生O2，与一系列的载体相连，最终产生NADPH。
PS I与PS II互相补充（分别由700nm和680nm激活），前者产生NADPH，后者产生O2。
光系统I(PS I)和光系统II(PS II)
光系统与ATP
水的光解与电子、质子生成
水光解生成氧
光合电子传递链
（Photosynthetic Chain）
光反应中心周围的天线色素吸收光能，汇集到反应中心，色素分子由基态P激发为激发态P*，通常吸收一个光子可使一个电子的能量提高1V(1ev)。
被激发的电子沿类囊体膜中一系列电子递体传递，组成了光合作用的电子传递链--光合链。光合链的能量有两次起落，涉及两个光系统，组成Z字形光合链。分两阶段：
光合电子传递链（续）（Photosynthetic Chain ）
1．PS II从H2O得电子、产生O2、通过Cyt bf还原质蓝素并产生质子梯度（用于ATP生成）。
2．PS I光照激发变为P700*(弱氧化剂)，还原的PC捕获电子变为P700，并再一次激发电子，受体A0接受P700*发出的电子变为A0-(强还原剂)，最终传至NADP+形成NADPH。
能量聚集到光反应中心
光合元件的功能模型
PS II的电子传递
光合电子传递链
通过细胞色素复合物的电子和质子流动
光合磷酸化（Photophosphorylation）
由光照引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程。
非循环光合磷酸化（non-cyclic photophosphorylation）光照激发Chl分子P680*从H2O得到电子传递给NADP+，电子流动经过两个PS，两次激发生成的高能电子呈Z字传递，产生的质子梯度驱动ATP形成，产物还有NAD(P)H和O2。
光合磷酸化（续）（Photophosphorylation）
循环光合磷酸化（Cyclic photophosphorylation）电子流动的途径从PS I （P700）至Fd（铁氧还蛋白）后又传给Cytb6/f 复合物，而不传给NADP+，前者又将电子通过PC（质蓝素）传给PS I （P700）,电子循环流动产生质子梯度，驱动ATP形成，不伴随NADPH的产生。PS II不参与循环，也不产生O2。
类囊体中质子和电子流
循环光合磷酸化
(Cyclic Photophosphorylation)
光合磷酸化机制
化学渗透假说可以很好地解释光合磷酸化作用。人为在类囊体膜两侧形成pH梯度，也能产生ATP。
光合作用的质子梯度
CF0-CF1 ATP合成酶
暗反应(Dark Reaction)
绿色植物和光合细菌通过光合磷酸化将光能转变为化学能（即NADPH的还原能和ATP的水解能），并以此促进CO2还原为糖，CO2的固定和还原主要靠光合环，即卡尔文循环（Calvin cycle，又称三碳或碳三循环）。
暗反应(Dark Reaction)
Melvin Calvin(1911-1997)用碳十四标记CO2，发现光合作用最早标记的产物是3-P-甘油酸，进一步研究发现CO2首先与RUBP(1,5-二磷酸核酮糖)缩合为六碳糖，然后迅速裂解为2三碳糖（3-P-甘油酸），催化缩合反应的酶是rubisco(Ribulose1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase)。
Calvin循环固定和同化6CO2生成1葡萄糖分子消耗18ATP和12NADPH。
光合生物二氧化碳同化的三个阶段
二氧化碳标记后
的产物图谱
CO2同化的第一阶段（固定）
RUBP羧化酶
叶绿体中催化CO2固定的酶是1，5-二磷酸核酮糖羧化酶，或称RUBP羧化酶/加氧酶，缩写为rubisco。
Rubisco是植物光合作用的关键酶，为复合物，有8个大亚基（Mr53000），每个含一个活性位点；8个小亚基（Mr14000），功能还不完全清楚。
植物中酶位于叶绿体的基质，占叶绿体总蛋白的50%，是生物圈中最丰富的酶。
Rubisco的结构
乙醛酸生成（RUBP羧化酶的加氧酶活性）
二氧化碳同化的
第二阶段（还原）
二氧化碳同化的第三阶段（受体再生）
卡尔文循环
由二氧化碳合成三碳糖需6NADPH和9ATP
叶绿体内膜上的磷酸-三碳糖磷酸转运体系
磷酸-三碳糖磷酸转运体系在运输ATP及还原当量中的作用
暗反应的调节
限速反应是由rubisco催化的CO2的固定反应，酶是别构酶，光照叶绿体产生的三个因素可刺激酶的活性：
1．叶绿体光照后，质子流向类囊体膜内，基质pH升高，由7升至8，刺激酶活；
2．光照时质子泵入，伴随Cl-和Mg2+的转移，[Mg2+]升高也刺激酶活；
3. NADPH刺激暗反应，光照PSI时产生NADPH，加速反应活性；
4. 叶绿体中几个酶由于二硫键的还原被活化。
Rubisco的调节
光反应产生的ATP和NADPH是二氧化碳还原的必需底物
叶绿体果糖-1，6-二磷酸
酯酶的活化
光通过调节硫氧还蛋白活化
卡尔文循环
6-P-果糖的合成
蔗糖的生物合成
果糖-2，6-二磷酸是蔗糖合成的调节剂
四碳(碳四)途径
(CO2固定循环)
1965年，M.D. Hatch和C.R. Slack研究热带和亚热带植物如甘蔗光合作用时发现，标记的CO2首先标记在苹果酸、草酰乙酸及Asp等四碳二羧酸物质上，命名之，又称Hatch-Slack pathway。
C4植物的叶肉结构
Hatch-Slack途径
C4循环
PEP的生成

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脂类代谢
(Lipid Metabolism)
脂类代谢（Lipid Metabolism）
一. 脂肪的消化与吸收
二. 脂肪的分解
三. 脂肪酸的氧化(分解代谢)
四. 酮体的合成与分解
五. 脂肪酸的合成
六. 脂肪的合成
七. 磷脂的代谢
八. 鞘脂的代谢
九. 胆固醇代谢
十. 脂蛋白
脂肪代谢（Fat Metabolism）
1g 脂肪在体内彻底氧化可释放9.3Kcal的能量，而1g 糖和蛋白在体内彻底氧化只释放4.1Kcal的能量。
脂肪的消化和吸收
脂肪在口腔和胃中都不发生化学作用，消化发生在小肠：
1.胆汁盐乳化脂肪形成混合胶粒(mixed micelles);
2.肠lipases分解fat，最终分解为glycerol和fatty acids;
3.肠黏膜吸收分解产物，再转化为fat。
脂肪的消化和吸收(续）
4.Fat与cholesterol、apoproteins结合形成乳糜微滴（chylomicrons）；
5.乳糜微滴通过淋巴系统和血液进入组织；
6.ApoC-II激活lipoprotein lipase重新水解fat为FA和glycerol；
7.FA进入细胞；
8.FA被氧化释放能量，或在肌细胞及脂肪组织中酯化储存。
脊椎动物食物脂类
的消化与吸收
脂肪的酶解
激素激发贮存脂肪的动员
激素接受能量需要信号，脂肪被动员，被运输到可以氧化脂肪酸产能的组织（骨骼肌、心脏和肾上腺皮质）。
低血糖引发分泌的肾上腺素和胰高血糖素与脂肪细胞表面的受体结合活化产生cAMP，蛋白激酶磷酸化并活化激素敏感的甘油三酯酯酶，水解甘油三酯。产生的脂肪酸由脂肪细胞释放进入血液，血清白蛋白（Mr 62000）非共价结合脂肪酸（1：10），运输至骨骼肌、心脏和肾上腺皮质。
运输的脂肪酸解离进入细胞氧化供能。
脂肪组织贮存的
甘油三酯的动员
脂肪动用的激素调节
甘油代谢
脂肪细胞缺乏甘油激酶不能利用甘油，随血液回到肝脏：
1.变为?-p-glycerol，与活化的FA合成FAT；
2. 变为?-p-glycerol，生成DHAP，参与酵解；
3. 变为?-p-glycerol，生成DHAP，参与糖元异生。
甘油进入酵解途径
脂肪酸的氧化
Franz Knoop(1904)提出FA ?-oxidation假说，并通过苯基标记喂养试验，发现脂肪酸的氧化是从羧基端的?位碳原子开始，每次分解出一个二碳片段（乙酰CoA）。
氧化发生在肝脏内。
脂肪酸的活化
FA进入肝脏细胞首先被活化成acyl CoA。细胞内有两类活化FA的酶：
内质网acyl CoA synthetase，也称硫激酶（thiokinase），活化12个碳原子以上的FA；
线粒体acyl CoA synthetase，活化4-10碳原子的FA。
反应需ATP。
Mg2+
R-COO-+ATP+HS-CoA?R-CO-SCoA
+AMP+PPi(?2Pi)
脂肪酸转变为脂酰-CoA
脂肪酸的跨线粒体膜运输
FA的?-oxidation发生在肝脏及其他组织的线粒体内，中、短链FA可直接穿过线粒体内膜，长链FA须经特殊的转运机制才可进入线粒体内被氧化，即肉碱(L-carnitine)转运。
肉碱与脂酰肉碱
肉碱转运
脂肪酸通过脂酰肉碱/肉碱
运输体进入线粒体
苯基标记
脂肪酸的?-oxidation
包括四个反复的氧化过程：
1. Acyl CoA的?、?脱氢，生成反式enoyl CoA，线粒体基质中发现有3种acyl CoA dHE，都以FAD为辅基;；
2. ?2-enoyl CoA的水化，形成L(+)?-羟脂酰CoA，由水化酶催化，底物只能为?2-不饱和脂酰CoA；
3. L(+)?-羟脂酰CoA脱氢，生成?-酮脂酰CoA，由脱氢酶催化，酶以NAD+为辅酶，只对L型底物有作用；
4.硫解（断链），硫解酶（thiolase, ）催化。
脂肪酸氧化步骤
脂肪酸β-氧化
脂肪酸氧化的主要反应
软脂酸β-氧化
FA ?-oxidation小结
1．FA仅需活化一次，消耗1ATP的两个高能磷酸键，活化的酶在线粒体膜外；
2．Acryl CoA（长链）需经肉碱运输才能进入线粒体内，有肉碱转移酶I和II；
3．所有FA ?-oxidation的酶都是线粒体酶。
FA ?-oxidation小结（续）
4. ?-oxidation的能量代谢，氧化产生的acetyl CoA进入TCA，最终生成H2O和CO2，每一次循环产生1 acetyl CoA、1FADH2和1(NADH+H+)。
以软脂酸为例，7次循环产生8 acetyl CoA、7FADH2和7（NADH+H+)
总计：8?12+7(2+3)-2=129(ATP)。
关于能量代谢的补充说明
传统的能量代谢认为,有机物脱下的H经氧化呼吸链传递时, 1 FADH2可生成2ATP,1NADH+H+可产生3ATP。
现在普遍接受这样的观点，呼吸链递氢和递电子所产生的能量并不完全用于ATP的生成， 1 FADH2只生成1.5ATP, 1NADH+H+只产生2.5ATP。
软脂酰-CoA彻底氧化
产生的ATP
C2物的去路（酮体代谢）
FA ?-氧化产生大量的乙酰CoA，在肌细胞中进入TCA，在肝、肾、脑等组织中，尤其在饥饿、禁食、糖尿病等情形下，acetyl CoA可进一步缩合并生成乙酰乙酸、?-羟丁酸和丙酮这三种物质，统称为酮体（ketone body）。
酮体（Ketone Bodies）
酮体合成
酮体代谢
肌肉中：
dH
?-羟丁酸?乙酰乙酸
ATP+HS-CoA ?硫激酶
AMP+PPi ?
乙酰乙酰CoA
HS-CoA ?硫解酶
2乙酰CoA?TCA
肌肉、脑及肾上腺中乙酰乙酸分解
?-羟丁酸作为燃料
酮体形成和运往
肝外组织
酮体代谢
糖尿酮症的酮体积累
不饱和脂肪酸的氧化
不饱和脂肪酸同样需要活化和转运才能进入线粒体氧化，在遇到不饱和双键前进行常规的?-氧化，或因顺式双键，必需经顺反异构为反式异构物、或因生成的D(-)?-构型需经差向异构生成L-型异构，才能继续?-氧化。
单不饱和脂肪酸的氧化
不饱和脂肪酸的氧化
不饱和脂肪酸的氧化
不饱和脂肪酸的氧化
不饱和脂肪酸的氧化
奇数碳脂肪酸的氧化
少量奇数碳脂肪酸，经多次?-氧化最终产生丙酰CoA，剩下的问题就是丙酸代谢。丙酸代谢可有两条途径，一是生成琥珀酰CoA进入TCA；另一是通过?-羟丙酸支路，最终生成乙酰CoA进入TCA（植物、微生物中普遍）。
反刍动物瘤胃中碳水化合物经细菌发酵产生大量丙酸、短链FA及有机酸氧化产生丙酸、一些枝链氨基酸(Val,Ile)降解也产生丙酸，因此丙酸代谢也十分重要。
丙酸代谢
丙酸代谢
过氧化物酶体也氧化脂肪酸
线粒体是细胞脂肪酸氧化的主要场所，但一定细胞的特定膜结构也会氧化脂肪酸，过氧化物酶体(Peroxisomes)可以以与线粒体相似但不完全相同的方式氧化脂肪酸。
过氧化物酶体氧化脂肪酸四步反应的第一步黄素蛋白脱氢酶催化脱氢生成FADH2，电子直接传递给O2生成H2O2，后者被过氧化氢酶分解解毒。
线粒体、过氧化物酶蹄及乙醛酸体中?-氧化的比较
植物乙醛酸循环体和过氧化物酶体利用?-氧化提供合成前体
植物体脂肪酸氧化不在线粒体，而在叶组织的过氧化物酶体和萌发种子的乙醛酸循环体中，植物中乙醛酸循环体和过氧化物酶体的结构和功能相似，乙醛酸循环体仅发生于萌发的种子，可看成特化的过氧化物酶体。
植物乙醛酸循环体和过氧化物酶体?-氧化的生物学作用是由贮存脂提供生物合成的前体物质，而不是重要的供能代谢途径。事实上植物线粒体不含?-氧化的酶。
萌发种子中?-氧化把贮存甘油酯转变为葡萄糖
FA的?-氧化
Stumpf P K(1956)首先在植物线粒体中发现，后来在脑、肝等组织中也有发现，仅游离FA可作底物，直接涉及到分子氧，产物既可是D-?-羟基FA，也可以是少一个碳的FA。
FA的?-氧化
?-氧化
FA的?-氧化
Verkade(1932)发现喂养一元羧酸后出现了二元羧酸，十一碳羧酸产生了十一碳、九碳、七碳的二元羧酸，即除?-氧化外，还发生在远离羧基碳的?碳上发生了氧化。
FA的?-氧化
脂肪酸的生物合成
FA的合成与分解是两种不同的代谢途径、由不同的酶系统催化反应、发生于细胞内的不同部位、合成过程存在一个三碳中间物—丙二酸单酰CoA(malonyl CoA)参与FA的生物合成。
FA的合成(De novo synthesis)发生在细胞质中。
延伸合成发生在内质网或线粒体中。
双键引入发生在微粒体中。
脂肪酸的生物合成
一般生物都能利用糖类或更简单的含碳物作为碳源合成FA，油料作物以CO2为碳源、微生物以糖或乙酸为碳源、动物合成FA有两种方式：从无到有合成（de novo synthesis）及延伸（长）合成（elongation synthesis），前者的酶系统存在于胞质中—非线粒体系统，后者酶系统存在于线粒体和微粒体中—线粒体系统和微粒体系统。
非线粒体系统
FA合成的主要途径，胞质中进行，原料为乙酰CoA，产物是长链FA（多为软脂酸），反应还需：ACP(acyl carrier proteins),ATP,CO2,NADPH和Mn2+等。合成中只有一个C2物以乙酰CoA参与整个合成过程（“引物”），其余延伸的C2物均以丙二酸单酰CoA形式参与反应。
乙酰-CoA以柠檬酸的形式
运出线粒体
非光合作用真核生物中，几乎所有用于脂肪酸生物合成的乙酰-CoA都通过线粒体中丙酮酸的氧化及氨基酸碳架的分解，而脂肪酸氧化产生的乙酰-CoA不作为动物细胞脂肪酸生物合成的乙酰-CoA的来源，因为两种代谢途径的调节是相反的。
线粒体内膜对乙酰-CoA不透过，需要特殊的运输体，乙酰-CoA通过柠檬酸合成酶与草酰乙酸生成柠檬酸被运送到胞质。
乙酰CoA的转运
丙二酸单酰CoA
乙酰CoA羧化酶
催化乙酰CoA和CO2形成丙二酸单酰CoA，反应不可逆，酶需biotin，是别构酶，是FA合成的限速步骤，无活性的酶有三个结合位点：HCO3-结合位点、乙酰CoA结合位点及柠檬酸结合位点，柠檬酸及异柠檬酸是酶的正激活刺激物，无柠檬酸时酶无活力。
乙酰-CoA羧化酶催化的反应
乙酰-CoA羧化酶催化的反应模式图
乙酰CoA羧化酶
模式图
乙酰CoA羧化酶的调节
柠檬酸对乙酰CoA羧化酶的调节
ACP和CoA
FA Synthetase Complex
酶复合物有七个独立的多肽紧密协同为一个整体，共同作用完成脂酰CoA和丙二酸单酰CoA合成FA的催化过程，七条多肽链包括一个ACP和六个酶，ACP的作用是以硫酯键的形式把脂酰基团连接在复合物上以代替脂酰CoA形式。
FA Synthetase Complex的组成
六个酶是：
1.Acetyl CoA-ACP transacetylase(AT)(催化脂酰基转移)
2.Malonyl CoA-ACP transferase(MT)（催化丙二酰基转移）
3.?-Ketoacyl-ACP synthetase(KS)（催化脂酰基与丙二酰基缩合）
4.?-Keto-ACP reductase(KR)（催化酮基还原为羟基）
5.?-Hydroxyacyl-ACP dehydratase(HD)（催化脱水）
6.Enoyl-ACP reductase(ER)（催化双键还原）
大肠杆菌脂肪酸合成酶
复合物的蛋白质
FA Synthetase
四步反应延伸生长脂肪链的两个碳
乙酰-CoA和丙二酸单酰-CoA分别占据不同的位点
脂肪酸合成开始前两种酰基基团必须占据合适的位点，乙酰-CoA的乙酰基团转移到KS-Cys的-SH上，由AT催化；丙二酸单酰-CoA的丙二酸基团转移到ACP的巯基上，由MT催化完成。两种基团空间位置靠得非常近，可以延伸脂肪酸链的合成。
四步反应延伸生长脂肪链的两个碳（反应1、2）
四步反应延伸生长脂肪链的两个碳（反应3、4）
软脂酸合成的全过程
脂肪酸合成过程所发生的顺序事件
脂肪酸合成过程（二碳和三碳酰基分别占据不同位点（1）
脂肪酸合成过程（缩合和还原）（2）
脂肪酸合成过程（脱水和还原）（3）
脂肪酸合成过程（合成基团的转移）（4）
不同来源脂肪酸合成酶的结构比较
细菌脂肪酸合成的主要反应
FA的合成
脂肪酸合成
脂肪酸合成的
四步反应过程
软脂酸合成总反应
1． 7分子丙二酸单酰CoA形成
7Acetyl CoA+7CO2+7ATP?
7malonyl CoA+7ADP+7Pi
2．7次循环的缩合和还原
Acetyl CoA+7malonyl CoA+14NADPH+14H+?
palmitate+8HS-CoA+6H2O+7CO2+14NADP+
总反应：
8Acetyl CoA+7ATP+14NADPH+14H+?
palmitate+8HSCoA+6H2O
+7ADP+7Pi+14NADP+
软脂酸合成与分解代谢的区别
许多生物的脂肪酸合成发生于胞质，但植物中发生于叶绿体
高等真核生物中脂肪酸合成酶复合物被普遍发现于胞质中，这种分布把合成与分解途径隔离开来，同样电子载体也被分开，通常合成代谢电子载体是NADPH，而NADH作用于分解代谢。肝脏细胞胞质中HADPH/NADP+高达75，提供脂肪酸及其他生物分子合成的还原环境，而胞质NADH/NAD+极低（8?10-4），保证了氧化分解反应所需的环境。
脂类代谢的亚细胞分布
NADPH的产生
脂肪酸合成的调节
软脂酸合成其他脂肪酸
线粒体系统
线粒体的基质中进行，只能在C12、C14、C16的基础上逐步添加C2物，生成长链FA。
需acetyl CoA, NADH, NADPH
反应为?-氧化的逆过程，只有个别反应不同，即脂酰CoA dHE不参与逆反应，合成时由烯脂酰CoA还原酶催化，需NADPH而不是FADH2。
线粒体中脂肪酸
的延伸合成
不饱和脂肪酸的合成
微粒体系统
多烯不饱和脂肪酸的延伸合成；
需NADPH、malonyl CoA；
在非甲基端加C2物，机理尚不清楚。

还存在一种双功能加氧酶，催化双键形成。
不饱和双键引入
脂肪合成
脂肪合成的两种主要前体：L-?-phosphoglycerol和fatty acyl CoA，前者来源于DHAP或glycerol。脂肪组织缺乏glycerol kinase，甘油骨架只能来源于糖代谢产物DHAP。
磷脂酸的合成
甘油三酯的合成
胰岛素对甘油三酯合成的调节
激素对脂肪代谢的调节
脂肪肝形成
甘油磷脂的酶解
参与磷脂分解代谢的酶为phospholipases，包括A(A1和A2)、B、C和D四大类。水解后的产物若为甘油酯骨架上去掉一个酯键，则破坏了作为膜脂的功能，导致溶血，这样的脂被称为溶血（甘油）磷脂，催化的酶被称为溶血（甘油）磷脂酶。
磷脂酶的作用
A1广泛存在于动物的细胞器、微粒体中，专一水解磷脂分子C1上的酯键，水解产物为溶血性磷脂（Lysophosphatidyl lipid)，为溶血磷脂酶。
A2大量存在于蛇毒、蝎毒、蜂毒等，专一水解C2上的酯键，产物为溶血性；为溶血磷脂酶。
B专一水解A2水解产物1-脂酰磷脂C1上的酯键，也是溶血性磷脂酶。
C主要存在于动物脑、蛇毒和微生物中，作用于磷脂酸C3位的磷酸酯键。
D主要存在于高等植物，水解C3位第2个磷酸酯键。
磷脂酶的作用位点
磷脂的酶解
磷脂的合成
哺乳动物中，磷脂如磷脂酰乙醇胺和甘油三酯有两个共同的前体：脂酰-CoA和L-甘油-3-磷酸以及相同的几步合成反应过程。
合成可以开始于酵解产生的磷酸二羟丙酮，在肝脏和肾中还可以由甘油通过甘油激酶作用进行合成。另一前体为脂酰-CoA，由脂肪酸通过脂酰-CoA合成酶。
CDP-二脂酰甘油
卵磷脂（Lecithin)
卵磷脂的合成
De novo Synthesis(细菌中)：
1.?-pG与2 脂酰辅酶A（fatty acyl CoA）生成磷脂酸；
2. CTP与磷脂酸生成CDP-二脂酰甘油，再与L-Ser生成磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine）；
3．磷脂酰丝氨酸脱羧生成磷脂酰乙醇胺。
卵磷脂的合成
De novo Synthesis(哺乳动物)：
1．乙醇胺与ATP作用生成磷酸乙醇胺;
2．磷酸乙醇胺与CTP作用生成CDP-乙醇胺;
3. CDP-乙醇胺与甘油二酯生成磷脂酰乙醇胺。
磷脂酸的合成
脂类生物合成的磷脂酸
磷脂的头部由磷酸二酯键与二脂酰甘油相连
磷脂的头部有两种方法可以连接上去
卵磷脂的合成
甲基引入
甲基引入
大肠杆菌磷脂极性头部的来源
卵磷脂的合成
Salvage Pathway
由choline开始，动物细胞中的主要合成途径：
kinase
A：choline+ATP?phosphocholine(PC)+ADP
transferase
B：PC+CTP?CDP-choline+PPi
transferase
C：CDP-choline+diglycerides?Lecithin+CMP
酵母磷脂的补救合成
哺乳动物卵磷脂的
补救合成
卵磷脂和磷脂酰乙醇胺合成途径总结
磷脂酰Ser
磷脂酰胆碱合成
磷脂酰肌醇的合成
真核生物心磷脂和磷脂酰肌醇的合成
缩醛磷脂的合成需要醚键
连接的脂肪醇
醚脂包括缩醛磷脂和血小板促进因子的合成需要有长链的脂肪醇以醚键的方式代替脂肪酸以酯键方式的连接。头部合成方式与通常磷脂的合成一致，双键的引入机制类似于脂肪酸脱饱和作用的混合功能氧化酶的作用。
过氧化物酶体是缩醛磷脂合成的主要场所。
缩醛磷脂的合成
鞘磷脂和鞘糖脂的合成拥有相同的前体及一些相同的过程
鞘磷脂的生物合成包括四步反应：
1）由软脂酰-CoA和丝氨酸合成十八碳胺—二氢鞘氨醇；
2）与脂肪酸（脂酰-CoA）生成脂酰二氢鞘氨醇；
3）二氢鞘氨醇部分脱饱和生成N-脂酰鞘氨醇（神经酰胺）；
4）连接头部生成鞘脂，如鞘糖脂或鞘磷脂。
鞘脂的生物合成
鞘脂的生物合成（续）
鞘氨醇的合成
鞘脂类合成
神经节苷脂
血型糖链
神经氨酸
鞘脂代谢紊乱
鞘脂代谢紊乱
胆固醇结构及模型
胆固醇的消化和吸收
三大特点：
1．再循环（reproductive cycle,也称肠肝循环,enterohepatic circulation）
2．吸收延迟
3. 吸收有限
胆固醇代谢总图
胆固醇的分解
1．转变为胆甾烷醇（cholestanol）和粪甾醇（koprosterol, stercorin）；
2．转变为胆酸（cholic acid），主要通过环状结构的环核羟化及侧链的降解，环核羟化需NADPH和O2，双功能加氧酶，侧链氧化主要为?-氧化后再进行?-氧化;
3．转变为其他物质，主要包括固醇类激素和维生素D。
由胆固醇衍生的一些
固醇激素
固醇激素合成时的
侧链裂解
胆固醇转变为其他物质
胆固醇转变为激素
胆固醇转变为性激素
胆固醇转变为维生素
胆固醇酯的合成
胆固醇的生物合成
原料：acetyl CoA
场所：肝脏（主要）
1.Acetyl CoA(C2)?MVA(mevalonate,甲羟戊酸)(C6)；
2. MVA(C6)?活化的isoprene units(C5)；
3. C5?C10?C15?C30鲨烯（squalene）；
4. Squalene?lanosterol；
5. Cholesterol的形成。
胆固醇碳原子的来源
胆固醇生物合成四大过程
胆固醇的合成：由乙酰-CoA合成甲羟戊酸
胆固醇合成：甲羟戊酸转变为活化的异戊二烯单位[异戊烯焦磷酸（酯）]
异戊二烯－鲨烯
异戊烯焦磷酸（酯）的合成
活性C5物
胆固醇合成：六个活化的异戊烯缩合成鲨烯
胆固醇合成：六个活化的异戊烯缩合成鲨烯（续）
胆固醇合成：鲨烯转变为四个环的固醇核
法尼醇焦磷酸酯
法尼醇焦磷酸酯合成
双功能加氧酶
胆固醇合成代谢的调节
1．受胞内胆固醇浓度和激素（glucagon and Insulin）的调节
2．限速步骤HMG-CoA?MVA,由HMG-CoA还原酶催化，受胆固醇衍生物及MVA的变构抑制，还受激素调控，磷酸化失活、去磷酸化激活。
3．高的胞内胆固醇浓度激活ACAT，促进胆固醇酯化而储存。
4. 高的胞内胆固醇浓度引起LDL受体减少，减缓向血液中吸收胆固醇。
胆固醇合成的调节
HMG-CoA合成酶抑制剂
胆固醇合成抑制剂
胆固醇合成固醇激素
异戊烯类生物合成简图
胆固醇的病理性积累
1．胆固醇结石(cholelithiasis)
2．动脉粥样硬化(asclerosis)
胆固醇结石
胆结石的详细过程，目前还不清楚。但由胆结石的成份有胆固醇，胆色素，鈣酸盐，及蛋白胶质。分為（1）色素性結石（pigment stones）及（2）膽固醇結石（cholesterol stones)。
胆道中胆固醇浓度很高，在胆囊黏膜重吸收胆囊中的水分和胆汁盐时，由于吸收过程太过分，特别是当胆囊发炎时，吸收更快，本不溶于水而溶于含胆汁盐水溶液中的胆固醇从胆汁中结晶析出，形成结石。
动脉粥样硬化
动脉内膜形成的胆固醇斑纹造成动脉的粥样硬化。患者血液[胆固醇]或[胆固醇]/磷脂升高，脂质向动脉内膜浸润而粘着于血管壁，形成动脉粥样斑。
过去认为是摄入过高胆固醇的缘故—膳食假说。但生物体内有90%以上的胆固醇是体内合成的（内源性的）。因此控制动脉粥样硬化应考虑胆固醇合成、分解及排泄速度等各方面的因素。
动脉粥样硬化斑
脂蛋白(Lipoproteins)
血浆脂质大多与蛋白质结合在一起以载脂蛋白的形式运送。血浆中有四种脂蛋白：?-，?-, ?-前脂蛋白和乳糜微粒，它们都含有胆固醇、甘油三酯、磷脂和蛋白质。
如脂类代谢失调，血液中的某种或多种脂蛋白含量异常，多表现为增高—高脂蛋白症(hyperlipoproteinemia)。
脂蛋白种类
? 乳糜微粒(chylomicron, CM)，电泳位置在原点，直径最大，比重最小，含脂比例最大（98%）。
? ?-前脂蛋白，电泳出现在?2-球蛋白处，直径及含脂比例（90%）仅次于CM，比重大于CM，相当于VLDL。
? ?-脂蛋白，电泳出现在?-球蛋白处，直径及含脂比例(70%)小于前两者，相当于LDL。
? ?-脂蛋白，电泳出现在?1-球蛋白处，直径及含脂比例(67%)次于前三者，比重最大，相当于HDL。
人血浆脂蛋白的主要种类
及一些特性
脂蛋白的作用
CM VLDL LDL HDL
Cholesterol(%) 8 22 46 30
Apo A.B.C B.C.E B A
主要功能将外源TG 将内源TG 将胆固醇将外周胆
运至脂肪运至脂肪酯从肝运固醇运回
组织组织往外周肝

LDL（?-前脂蛋白）的增高最易引起动脉的粥样硬化，
HDL（?-脂蛋白）的增高对防止动脉粥样硬化有一定作用。
人血浆脂蛋白中的载脂蛋白
脂蛋白和脂类运输
脂蛋白复合物组成
LDL及其受体
LDL的作用
脂肪和胆固醇运输
受体介导的内吞作用吸收胆固醇
脂类代谢紊乱
酮体(Ketone body)
酮血症(Ketonemia)
酮尿症(Ketonuria)
磷脂和脂肪肝(Fatty Liver)
胆固醇代谢与动脉粥样硬化
先天遗传缺陷性脂类沉积症

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蛋白质降解和氨基酸代谢
一．生物固氮
二．蛋白质降解
三．脱氨基作用
四．转氨基作用
五．联合脱氨作用
六．脱羧作用
七．氨的去路—尿素循环
八. 个别氨基酸代谢
氨的来源与去路
哺乳动物氨基酸
分解总图
氨基的分解代谢
氮素循环是生物氮的库
空气是最重要的氮源，含有近4/5的氮气分子。但极少生物可以转化空气氮为生物体可利用的氮素，不同生物在氮素循环中通过补救或再利用获得氮素。
循环中第一步是固氮细菌固定（还原）空气氮生成氨（或铵）。虽然多数有机体可以利用氨，但土壤细菌通过氧化氨生成亚硝酸盐和最终的硝酸盐获得能量，几乎所有到达土壤的氨都被氧化为硝酸盐，这一过程为硝化作用。
氮素循环是生物氮的库(续)
植物和许多微生物通过硝酸或亚硝酸还原酶的作用可吸收硝酸盐或亚硝酸盐。氨被植物固定为氨基酸，动物可利用植物作为氨基酸源合成蛋白质。
有机体死亡时，微生物分解其蛋白质，把氨回放到土壤，消化细菌再次把氨转化为硝酸盐和亚硝酸盐。无氧条件下，细菌还可以把硝酸盐转变为N2回到空气，这一过程被称为反硝化作用。
氮的循环(The Nitrogen Cycle)
生物固氮
（Biological Nitrogen Fixation）
固氮生物利用空气中的N2还原为NH3的过程，一切生物含N的最初来源都是大气中的N2。
固氮生物分为自养固氮(autotrophic nitrogen fixation)和共生固氮（symbiotic nitrogen fixation）。
共生固氮根瘤
固氮根瘤
(Nitrogen-fixing Nodules)
固氮酶复合物的
固氮作用
固氮酶系统（复合物）（Nitrogenase System, Nitrogenase Complex）
两个部分：还原酶（提高还原能电子）和固氮酶（利用得到的电子使N2?NH3），都是铁硫蛋白，固氮酶还含有1-2个Mo原子，又称铁钼蛋白（molybdoiron protein）。
NADPH是固氮酶系统的还原性辅助因子。
固氮作用的可能过程
固氮中，NADPH先将还原当量转移到一种铁硫蛋白（ ferredoxin,铁氧还蛋白，有7个Fe和等当量的酸不稳定的S），还原型铁氧还蛋白在固氮中起直接的电子供体作用。
N2+6e-+12ATP+12H2O?
2NH4++12ADP+12Pi+4H+
固氮作用的可能过程（续）
1）还原型铁氧还蛋白将电子传递给固氮酶系统的还原酶部分；
2）ATP与还原酶结合，改变酶的构象，氧化还原电位改变（-0.29?-0.40)；
3）ATP水解时进行电子转移，还原酶从复合物上解离下来；
4）N2结合到固氮酶上的同时被还原为氨。
固氮酶系统
固氮酶复合物的酶和辅助因子
固氮酶的还原酶部分
固氮酶的固氮酶部分
固氮酶钼铁与氮
的可能结合
氨的固定
? Glu+ATP??-glutamyl phosphat+ADP

2)?-glutamyl phosphat
+NH4+ ?Gln+Pi+H+

Sum:Glu+NH4++ATP ?Gln+ADP+Pi+H+
谷氨酰胺合成酶是氮代谢的原初调节点
谷氨酰胺合成酶的
变构调节
谷氨酰胺合成酶的第二水平调节：共价修饰
蛋白质的消化
食物蛋白?胃，pepsin作用为小肽?小肠，trypsin、chymotrypsin作用为更小短肽，肠黏膜的dipeptidase、aminopeptidase和胰脏分泌的carboxypeptidase彻底水解为各种AA?肠壁细胞?肝脏?血液?组织、细胞。
消化系统及蛋白酶的分泌
几种常见的蛋白水解酶
酶位点（或底物）
胰蛋白酶(Trypsin） Lys,Arg的羧基端
胰凝乳(糜)蛋白酶(Chymotrypsin) Phe,Trp,
Tyr 的羧基端
胃蛋白酶(Pepsin) Phe,Trp,Tyr的氨基端
氨肽酶(aminopeptidase) 肽的氨基端
羧肽酶(carboxypeptidase) 肽的羧基端
二肽酶(dipeptidase) 二肽
弹性蛋白酶(elastase) 各种脂肪族AA形
成的肽
体腔（腹腔）疾病
（Celiac disease）
消化酶不能分解小麦中水不溶性蛋白（尤其是醇溶月元，gliadin）对肠衬细胞产生不利作用，引起体腔（腹腔）疾病。
急性胰腺炎
（Acute pancteatitis）
胰液分泌到肠内的分泌途径障碍，蛋白水解酶酶原预先成熟转变为催化的活性形式，这些活性水解酶在胰腺细胞内攻击自身组织，损伤器官，严重时可致命。
食物蛋白过敏
有时体内蛋白酶受抑制或缺失，少量蛋白可直接被吸收进入血液，导致食物蛋白过敏。
脱氨（基）作用
（Deamination）
氨基酸失去氨基的作用，包括：
氧化脱氨，动、植物中普遍存在；
非氧化脱氨，微生物中，不普遍。

动物的脱氨主要发生在肝脏中。
脱氨（基）作用

AA oxidase
2AA+O2?2Ketoacid+2NH3
氧化脱氨
氧化脱氨
由氨基酸氧化酶催化，酶是一种黄素蛋白:
1．L-aa oxidase，分布不广、活力低，一类以FAD为辅基、另一类以FMN为辅基（人和动物）。对Gly; L-Ser, L-Thr; L-Glu, L-Asp; Lys, Arg, Ornithine无作用。
2．D-aa oxidase，以FAD为辅基，分布广，但作用不大。
3．氧化专一aa的酶。
氧化专一氨基酸的酶
Gly Oxidase：
Gly+1/2O2?Glyoxylate+NH3

D-Asp Oxidase：
Asp+1/2O2?Oxaloacetate+NH3
氧化专一氨基酸的酶
L-Glu Dehydrogenase
L-Glu dHE
L-Glu+NAD(P)+??- ketoglutarate+NH3+NAD(P)H+H+
味精生产发酵菌的L-Glu dHE活力非常高，利用糖代谢的中间产物?-ketoglutarate发酵生产味精，NADPH来自于异柠檬酸脱氢。
Glu dHE
Glu dHE催化的反应
转氨(基)作用（Transamination）
Transaminase催化，一个L-aa的?-NH2转移到一个?-酮酸上使之变成相应的?-aa，自身转变为相应的?-酮酸。酶均以磷酸吡哆醛为辅基。
Lys, Arg, Thr, Pro不能通过转氨酶转氨。
GPT
Glu+Py?Ala+?-ketoglutaric acid
GOT
Glu+oxaloacetate?Asp+?-ketoglutaric acid
转氨作用（Transamination)
转氨作用机理
维生素B6
磷酸吡哆醛与
氨基酸代谢
PLP作用机理
PLP与Asp氨基转移酶
PLP与Asp氨基转移酶
联合脱氨作用（United Deamination）
氨基酸脱氨通过转氨作用和L-Glu dHE催化的Glu氧化脱氨作用联合完成。弥补L-aa oxidase分布少、活力低的缺陷。广泛存在，但并不是所有组织细胞的主要脱氨方式。
联合脱氨
（United Deamination)
联合脱氨作用
（United Deamination）
嘌呤核苷酸循环的联合脱氨作用，次黄嘌呤核苷一磷酸(IMP)与Asp形成腺苷酸代琥珀酸(adenylosuccinate)，再经裂合酶分解AMP和延胡索酸，AMP水解产生游离NH3和IMP。骨骼肌、心肌、肝脏及脑中主要的脱氨方式。
通过腺苷酸联合脱氨
脱酰胺作用
脱羧(基)作用（Decarboxylation）
Decarboxylase催化生成相应的一级胺，放出CO2，反应需要磷酸吡哆醛，作用专一性很高，一般一种氨基酸只有一种脱羧酶，且只对L-型氨基酸起作用，只有His脱羧酶不需要辅酶。
His?histamine（降血压、刺激胃酸分泌）
Tyr?tyramine(升高血压）
Glu??-氨基丁酸（神经介质）
脱羧作用
氨的转运
主要是通过Gln，多数动物细胞有Gln synthetase，催化 NH3+Glu+ATP?Gln+ADP+Pi。Gln运送到肝脏，谷氨酰胺酶（glutaminase）催化其裂解，释放NH4+。
谷氨酰胺在血液中转移氨
氨的转运
肌肉中利用Ala将氨运送到肝脏，即Glc-Ala cycle，循环中氨在Glu dHE作用下转变为Glu，进一步在GPT的作用下把氨转移给Py生成Ala，Ala随血液运送到肝脏，在肝脏GPT作用下转回到Py和Glu。肌肉中Py由糖酵解提供，肝脏中多余的Py可异生为Glc。
葡萄糖-丙氨酸循环
Ala循环
氨的排泄
1. 排氨，氨经Gln运送到排泄部位（如鱼鳃），Gln酶裂解出游离氨借助扩散运动排出体外。
2. 排尿素—尿素（鸟氨酸）循环。
3. 排尿酸，爬虫类和鸟类以尿酸作为氨的主要排泄形式（灵长类、鸟类和陆生爬虫类嘌呤代谢的产物也是尿酸）。
4. 自然界还有许多排氨方式，蜘蛛以鸟嘌呤作为氨基氮的排泄方式；许多鱼类以氧化三甲胺排氮；高等植物则以Gln和Asn的形式把氨基氮储存于体内。
生成Gln解除氨
氨的去路—尿素循环
（鸟氨酸循环）
Hans Krebs,Kurt Hehseleit(1932)发现，氨基酸代谢产生的氨在肝脏中代谢为尿素解毒，必须有精氨酸酶（Arginase），水解精氨酸为尿素而实现在肝脏中解除氨的毒性。
尿素循环及氨进入循环的反应
尿素循环
氨甲酰磷酸合成
羧甲基磷酸合成酶催化的反应
氨甲酰磷酸合成酶缺失的补救
瓜氨酸合成
精氨琥珀酸合成
Arg的合成
尿素生成
Arg裂解生成尿素
尿素循环与TCA
尿素循环与TCA的连接
肝昏迷（Hepatic coma）
肝脏病变不能解除AA代谢产生的氨的毒性，一般通过在脑中与Glu形成Gln实现解毒，Glu用于解毒，须消耗TCA的中间产物?-酮戊二酸而导致TCA中间产物的流失，阻滞TCA的进行，影响脑中能量代谢，造成肝昏迷。
氨基酸碳骨架的氧化途径
人体10-15%的能量来自于氨基酸的氧化分解，氨基酸的碳架以5种产物形式进入TCA（分别为Py or Acetyl CoA, ?-Ketoglutaric acid, Succinyl CoA, Fumarate, Oxaloacetate）彻底氧化为H2O和CO2、还可以糖元异生或生酮。
氨基酸进入TCA的进入点总图
十种氨基酸分解为乙酰-CoA
氨基酸碳架的氧化
AA转变为Py
AA变为?-酮戊二酸
AA变为琥珀酰CoA
氨基酸转变为谷氨酸
氨基酸的分解分类
? 生糖氨基酸（Glycogenic AA），分解产物为糖代谢的中间物，如Py, Oxaloacetate, ?-Ketoglutaric acid, Fumarate 等。15AAs。
? 生酮氨基酸（Ketogenic AA），分解产物为Acetyl CoA, 或Acetoacetate。Leu。
? 生糖生酮氨基酸，Ile, Lys, Phe, Tyr。
生糖生酮氨基酸总图
一碳单位（One Carbon Unit）
一碳转移反应中重要的
酶辅助因子
Gly与一碳单位
Thr,Ser与一碳单位
His与一碳单位
Met与一碳单位
活化甲基循环中Met
和SAM的合成
一碳单位与生物合成
一碳单位与生物合成
四氢叶酸一碳单位
的转变
四氢叶酸（FH4）
四氢叶酸的反应部位
四氢叶酸与一碳单位
Met生成SAM
SAM的模型
SAM提供甲基
甲基FH4与Met
Ser-Gly与甲基
甲基循环
氨基酸合成家族：
合成前体分类
氨基酸生物合成总图
以丙酮酸为前体合成的氨基酸
以?-酮戊二酸为前体
合成的氨基酸
以草酰乙酸为前体
合成的氨基酸
以TCA中间产物为前体合成氨基酸
以PEP及赤酮糖为前体
合成的氨基酸
以PEP及赤酮糖为前体合成的氨基酸
以PEP及赤酮糖为前体
合成的氨基酸
以3-p-甘油酸为前体
合成的氨基酸
以3-p-甘油酸为前体合成的氨基酸
以5-p-核糖为前体合成His
Ser的合成
Glu合成Pro
His合成Glu
三种非必需氨基酸和六种必需氨基酸由草酰乙酸和丙酮酸合成
Gly,Ser代谢
甘氨酸的两个代谢命运
丝氨酸与甘氨酸
分枝氨基酸代谢
分枝氨基酸代谢1
分枝氨基酸代谢2
槭糖尿病
[Maple Sugar(Syrup) Urine Disease, MSUD]
遗传性疾病，三个分枝氨基酸分解代谢障碍所致，患者智力发育不全、尿中出现三个分枝氨基酸及其相应的酮酸。先天缺乏?-keto acid decarboxylase(也叫dHE)（催化?-keto acid的氧化脱羧），分枝氨基酸生成酮酸后只有氧化脱羧途径可走。
Trp作为前体
Phe羟化为Tyr
二氢蝶呤转变为醌式二氢蝶呤
Phe分解为乙酰乙酸
Phe,Tyr代谢
苯丙酮尿症（Phenylketonuria,PKU）
患者血及尿中Phe及苯丙酮酸浓度高，患者智力低下，多停留在儿童阶段，肤发颜色较浅，血中Adrenalin也低。先天缺乏Phe hydroxylase。
苯丙酮症的
苯丙氨酸代谢
白化病（Albinism）
缺乏Tyrosinase
(Tyr 3-单氧酶)，
Tyr不能生成黑
色素。
黑尿症
（Alkaptonuria）
1902年英国医生加罗德发现黑尿症（苯丙酮尿症）。
缺乏黑尿酸氧化酶。
Phe,Tyr代谢缺陷
影响氨基酸代谢的人类
遗传疾病
Tyr合成黑色素、多巴

Tyr合成肾上腺素等
Tyr合成吲哚乙酸
Arg合成磷酸肌酸
His合成组胺
鸟氨酸合成腐胺、
亚精胺、精胺
Glu合成GABA
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核酸降解与核苷酸代谢
一．核酸降解
二．核苷酸的分解代谢
三．核苷酸的生物合成
四．辅酶核苷酸的合成
核酸降解
食物核酸与蛋白结合为Nucleoproteins的形式，在胃中受胃酸作用水解为NAs和Proteins，NA在小肠被胰nuclease（包括DNase、RNase）降解为Pu-Nt、Py-Nt和Oligonucleotide。肠黏膜释放的phosphodiesterase并协同胰核酸酶进行消化，水解为单核苷酸。
肠黏膜细胞中还有nucleotidase (phosphomonoesterase)，水解Nt为Ns和Pi。
脾、肝等组织中的nucleosidase进一步水解Ns为戊糖和碱基。
核酸酶(Nuclease)
核酸酶是作用于核酸磷酸二酯键的水解酶，包括核糖核酸酶(RNase)和脱氧核糖核酸酶(DNase)，其中能水解核酸分子内磷酸二酯键的酶又称为核酸内切酶(endonuclease)，从核酸的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外切酶(exonuclease)。
碱基、核苷和核苷酸
核苷酸的分解代谢
生物体普遍存在的磷酸单酯酶或核苷酸酶可催化核苷酸的水解，而特异性强的磷酸单酯酶只能水解3’-Nt或5’-Nt。
催化核苷水解的酶有2类，即核苷磷酸化酶和核苷水解酶 Ns phosphorylase
Ns+Pi?Pu or Py+pentose-1-P（广泛）
Ns hydrolase
Ns+H2O?Pu or Py+pentose(局限）
Ns phosphorylase存在广泛，反应可逆
Ns hydrolase主要存在于植物和微生物，只对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷无作用。
核苷酸分解
核苷酸三级水平的降解
嘌呤核苷酸分解的三级脱氨
嘌呤碱的分解
不同生物嘌呤碱的分解能力不同，代谢产物也不同，人和猿类及一些排尿酸的动物（鸟类、某些爬行类和昆虫）嘌呤的代谢产物为尿酸。而其他生物可以分解嘌呤为多种不同产物。
嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下脱去氨基。Ade和Gua分别生成次黄嘌呤和黄嘌呤，进一步代谢生成尿酸。
嘌呤分解中的脱氨作用
嘌呤碱的分解首先在各种脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨作用也可以在核苷或核苷酸的水平上进行。动物组织腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺嘌呤核苷脱氨酶及腺嘌呤核苷酸脱氨酶的活性较高，因此腺嘌呤的脱氨分解主要在核苷或核苷酸水平上进行。鸟嘌呤脱氨酶分布广，脱氨分解主要在该酶的作用下进行。
鸟嘌呤脱氨
鸟嘌呤脱氨酶（guanine deaminase)的分布较广，催化鸟嘌呤的脱氨分解，
是鸟苷酸、鸟苷及鸟嘌呤主要的脱氨途径。
鸟嘌呤脱氨酶
鸟嘌呤黄嘌呤+NH3
AMP分解
AMP/GMP分解
黄嘌呤的分解
尿酸生成
嘌呤核苷酸的分解
不同生物嘌呤核苷酸的
分解产物不同
黄嘌呤氧化酶(Xanthine Oxidase)
催化次黄嘌呤和黄嘌呤氧化生产尿酸。酶为复合黄素酶，由两个相同的亚基组成，分子量260,000，每个亚基含一个FAD、一个钼原子和一个Fe4S4中心。反应要求分子氧作为电子受体，还原产物是H2O2，进入尿酸的氧来自水。底物与酶结合后，Mo(VI)被还原为Mo(IV)，电子经黄素、铁硫中心等传给O2，与氢离子生成H2O2，Mo(IV)氧化为Mo(VI)。
痛风(Gout)
嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，溶解性很差，易形成尿酸钠结晶，沉积于关节、软组织、软骨甚至肾脏等处，也可形成尿酸的尿路结石。沉积于男性关节腔的尿酸钠结晶被吞噬细胞吞噬，尿酸钠通过氢键与溶酶体膜作用，破坏溶酶体，释放的水解酶及蛋白因子使局部生成较多致炎物质，引起痛风性关节炎—痛风。
痛风的尿酸钠晶体
别嘌呤醇与次黄嘌呤
别嘌呤醇的作用
别嘌呤醇的作用机理
自杀底物(Suicide Substrate)
结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇(allopurinol)，在黄嘌呤氧化酶的作用下氧化为别黄嘌呤(alloxanthine)，后者与酶中心的Mo(IV)牢固结合，使Mo(IV)不易转变成Mo(VI)而成为酶的灭活物，这种底物类似物被称为自杀作用（底）物，这种作用被称为自杀作用。别嘌呤醇还与PRPP作用生成相应核苷酸，抑制PRPP-AT，使IMP合成减少
嘧啶碱的分解
不同生物嘧啶碱的分解过程也不一样，一般情况下含氨基的嘧啶要先水解脱去氨基，脱氨基也可以在核苷或核苷酸水平上进行。
嘧啶还原途径的分解
嘧啶氧化途径的分解
嘧啶分解
尿嘧啶、胞嘧啶分解
胸腺嘧啶的分解
核苷酸生物合成
可以通过两条完全不同的途径进行，由现成的Pu, Py, Pentose及Pi在酶的作用下直接合成Nt—Salvage Pathway（补救途径）；或由磷酸戊糖先和尚未完成的Pu或Py环结合，在未完成的环上添加必要的部分，然后闭合成环—De novo Synthesis（全程合成）。
嘌呤核苷酸的生物合成
De novo synthesis
碳14标记的HCOOH和氮15标记的氨基酸与鸽肝匀浆物共培养，得到Pu环各元素的来源，1950s由J.Buchanan和G.Robert Greenberg提出Hypoxanthine de novo synthesis假说，并证明Hypoxanthine Nt是Ade-Nt及Gua-Nt合成的前体。
De Novo Synthesis of Pu-Nt
合成所需物质：
?-D-ribose-5-P, ATP, Gln, Asp, GTP, N5,N10-methylene THFA, CO2。
另需辅助因子：
Mg2+, Mn2+, NAD+, THFA-CHO

合成中先生成IMP，然后转变为AMP和GMP。
嘌呤环元素的来源
嘌呤环元素的来源
嘌呤核苷酸的全程
合成总图
嘌呤核苷酸的全程
合成（反应1）
嘌呤核苷酸的全程
合成（反应2）
嘌呤核苷酸的全程
合成（反应3）
嘌呤核苷酸的全程
合成（反应4）
嘌呤核苷酸的全程
合成（反应5）
嘌呤核苷酸的全程合成(反应6)
嘌呤核苷酸的全程合成(反应7)
嘌呤核苷酸的全程
合成（反应8）
嘌呤核苷酸的全程合成(反应9)
嘌呤核苷酸的全程合成(反应10)
嘌呤核苷酸的全程
合成（反应11）
由IMP合成AMP和GMP
磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）
IMP合成的总反应
2Gln+2HCOOH+CO2+Gly+Asp +R-5-P (orPRPP)
?IMP+2Glu+Fumarate

反应需要5（或6）ATP
嘌呤核苷酸合成的调节
大肠杆菌腺苷酸和鸟苷酸合成的调节
许多化疗试剂的靶是核苷酸
合成途径的酶
肿瘤细胞比绝大多数正常细胞生长快，需要合成更多的核苷酸作为DNA和RNA合成的前体，因此较正常细胞对核苷酸合成抑制剂更为敏感。一系列化疗试剂通过抑制核苷酸合成途径的一个或多个酶起作用。
第一类是抑制Gln转酰胺酶(azaserine和acivicin)。
第二类是抑制胸苷酸合成酶和二氢叶酸还原酶(fluorouracil, methotrexate和aminopterin)。
氨甲蝶呤
氮丝氨酸等Gln类似物
Salvage Synthesis of Pu-Nt
利用现成的Ade、Hypoxan和Gua通过腺嘌呤磷酸核糖基转移酶（APRT)及次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶（HGPRT)实现AMP、IMP、GMP的补救合成。
人体细胞大多为全程合成，但脑中多通过补救途径合成。
嘌呤核苷酸的补救合成
嘌呤核苷酸的补救合成
莱-纳二氏（Lesch-Nyhan) 综合症-自毁容貌综合症
HGPRT缺陷的男性儿童表现为一种强制性的自残行为--自毁容貌综合症，为先天性遗传疾病（缺乏HGPRT)，行为对立，侵略性强，自咬手指、脚趾、嘴唇等，智力低下。
自毁容貌综合症机理
HGPRT基因
嘧啶环元素的来源
氨甲酰磷酸合成氨甲酰Asp
乳清酸的合成
乳清酸合成UMP
嘧啶核苷酸的全程合成：由乳清酸合成UTP和CTP
UTP合成CTP
嘧啶核苷酸合成的调节
嘧啶核苷酸的合成受到反馈抑制的调节
细菌嘧啶核苷酸合成速度的调节很大程度受到Asp羧甲基转移酶（ATCase）的调节，产物CTP对反应为抑制作用。细菌ATCase分子有6个催化亚基和6个调节亚基组成，催化亚基与底物分子结合，变构调节亚基与变构调节物CTP结合。与亚基一样，整个酶分子有两种构象：活性形式和非活性形式，CTP未与调节亚基结合时，酶的活性最大；CTP积累并与调节亚基结合时，调节亚基构象改变并带动催化亚基构象改变，酶变为无活性形式。ATP阻止由CTP所引起改变的改变。
CTP和ATP对天门冬氨酸羧甲基转移酶的变构调节
嘧啶核苷酸的补救合成
UMP磷酸核糖基转移酶
Ura+PRPP?UMP+PPi
尿嘧啶磷酸化酶
Ura+1-P-R?Uridine+Pi
尿苷激酶
Uridine+ATP?UMP+ADP

Cytosine不能与PRPP作用。
三磷酸核苷酸的合成
1 .AMP生成ATP
adenylate kinase
AMP+ATP?2ADP
glycolytic enzymes or oxidative phosphorylation
ADP?ATP
2 .ATP通过核苷单磷酸激酶生成其他NDP
ATP+NMP?ADP+NDP
3.NTP的生成
Ns diphosphate kinase
NTPD+NDPA?NDPD+NTPA
脱氧核糖核苷酸的合成
以核糖核苷酸为原料，通过Nt reductase将核糖分子还原为脱氧核糖。核糖核苷酸必须先行转化为二磷酸核苷酸(NDP)水平，再还原为脱氧核苷二磷酸水平。
除需还原酶外，还需另两种氧还蛋白参与，即硫氧还蛋白(thioredoxin)和谷氧还蛋白(glutaredoxin)。产物为dNDP。
进一步在激酶的作用下形成相应的dNTP。
脱氧核苷酸的合成
核糖核苷酸还原酶催化核糖核苷酸还原为脱氧核糖核苷酸
核糖核苷酸还原酶
核糖核苷酸还原酶作用的可能机制
脱氧核苷酸合成机理
硫氧还蛋白
硫氧还蛋白还原酶
谷氧还蛋白还原酶
脱氧核苷三磷酸对核糖核苷酸还原酶的调节
dTMP的生物合成
存在两种不同途径：补救和全程合成
补救途径以完成的Thy为原料，先生成dT，再形成dTMP。
Thymidylate phosphorylase
Thymine+deoxyribose-1-P?dT
dT kinase
dT+ATP?dTMP+ADP
胸苷酸的合成
dTMP的生物合成
全程合成途径以dUMP为原料

N5,N10-methylene THFA为甲基供体，由dTMP synthetase 催化生成。
由胸苷酸合成酶和二氢叶酸还原酶催化的dUMP合成dTMP
二氢叶酸还原酶
胸苷酸合成酶与二氢叶酸还原酶
氟尿嘧啶
胸苷酸合成和叶酸代谢作为化学治疗的靶位点
dUMP到dTMP的转变
及FdUMP的抑制
融合细胞的筛选
TK- dTMP salvage pathway（-）
HGPRT- Pu-Nt salvage pathway（-）
两种细胞融合后，可以正常生长，但培养基中添加A不能生长。
选择培养基HAT上： TK- （-）
HGPRT- （-）
TK- + HGPRT- （+）

dNTP的生成
NAD的合成
NAD的合成过程
FAD的合成
FMN、FAD的合成
黄素激酶
核黄素+ATP?FMN+ADP
FAD焦磷酸化酶
FMN+ATP?FAD+PPi

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生物化学A下课件文字版总结生物化学上待续

代谢总论
1．新陈代谢的概念
2．合成与分解、同化与异化、物质与能量代谢及相互关系
3．代谢的特点
4．代谢研究的常用手段

生物氧化
1．生物氧化的概念、特点、方式
2．呼吸链的概念、组成及其作用
3．两条重要呼吸链以及两者的共同点及区别
4．NADH的跨膜运输—穿梭系统
5．底物水平磷酸化的概念
6．氧化磷酸化的概念、与能量产生的关系、及其调节
7．微粒体氧化体系及其生理作用
8．过氧化物酶体氧化体系及作用
糖代谢
1．血糖概念、作用及调节
2．耐糖现象及耐糖曲线
3．糖元合成的主要反应及其酶
4．糖元分解的酶
5．乳酸循环及其意义
6．糖酵解的概念、主要作用过程、产物、无氧条件下如何解决NADH的重氧化、酵解的调节、酵解的能量代谢
7．甘油发酵的概念及其控制
糖代谢（续）
8. 甘油发酵的概念及其控制
9. TCA的概念、主要反应、脱氢脱羧部位、能量代谢、调节、致死合成概念及应用
10. 两用代谢途径及其意义
11．添补反应及其主要途径
12．乙醛酸循环及其意义
13． HMP途径、两大阶段、关键酶、意义
14．糖元异生概念、途径、前体
15．糖代谢紊乱
16．光合作用的概念、光反应和暗反应的概念及主要的物质和能量代谢
17．光合磷酸化的概念
18． C3与C4的比较
脂类代谢
1．脂类的消化与吸收
2．甘油代谢
3． FA的活化及跨膜运输
4． FA ?-氧化的过程及与能量代谢的关系
5．酮体的形成及分解、酮体代谢的意义及危害
6．丙酸代谢及其意义
7. FA的?-氧化及?-氧化的概念
8．FA非线粒体系统生物合成及过程
9．乙酰CoA的跨膜运输
10. 脂肪酸的延伸合成及不饱和双键的引入
脂类代谢（续）
11．分解磷脂的酶，溶血性磷脂（酶）
12．卵磷脂的生物合成（全程和补救）
13．鞘脂类合成的主要步骤
14．胆固醇消化吸收的特点
15．胆固醇的代谢转化
16．胆固醇合成的主要过程及其调节
17．胆固醇代谢与人类疾病
18．脂蛋白的种类及主要作用
19．脂肪肝的成因
蛋白质降解与氨基酸代谢
1．生物固氮概念、基本过程
2．氨的固定及转运
3．尿素循环及意义
4．肝昏迷的成因及可能治疗
5．氨基酸的脱氨、转氨和联合脱氨
6．氨基酸代谢与B6
7．氨基酸代谢与一碳单位
8．氨基酸代谢与糖代谢的关系
9．氨基酸代谢与遗传疾病
10. 氨基酸代谢与脂类及核酸合成的可能关系
核酸降解与核苷酸代谢
1. 核酸的水解与水解酶
2. 核苷酸的分解代谢
3. 痛风形成的可能原因及治疗思想
4. 自杀底物、自杀作用的设计及应用
5. 核苷酸全程合成及其可能的控制
6. 核苷酸补救合成、代谢控制、先天遗传疾病
7. 酸代谢研究与抗感染及抗肿瘤药物的设计
肝细胞的糖原分解
G-6-P的代谢命运
氨基酸代谢
肝脏脂的代谢
肌肉能量来源
肌肉能量转换
脑的能量来源
糖代谢总图
卡尔文循环
脂肪与膜脂的生物合成
酮体和固醇的生物合成
氨基酸分解代谢1
氨基酸分解代谢2
必需氨基酸生物合成
非必需氨基酸生物合成
嘌呤核苷酸生物合成
嘧啶核苷酸生物合成

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Post By：2008-1-11 17:08:00

生物化学A上课件文字版

糖和糖生物化学
碳水化合物是地球上最丰富的生物分子，每年全球植物和藻类光合作用可转换1000亿吨CO2和H2O成为纤维素和其他植物产物。植物体85-90%的干重是糖。总的说来，糖在生物体内所起的作用包括：能量物质、结构物质和活性物质。
糖的世界 I
? 食用糖（蔗糖）
? 医疗用糖（葡萄糖及其衍生物，如葡萄糖酸的钠、钾、钙、锌盐等）
? 绿色植物的皮、杆等多糖（纤维素）
? 粮食及块根、块茎中的糖（淀粉）
? 动物体内的贮藏多糖（糖元）
? 昆虫、蟹、虾等外骨骼糖（几丁质）
? 食用菌中的糖（香菇多糖、茯苓多糖、灵芝多糖、昆布多糖等）
糖的世界 II
? 细菌、酵母的细胞壁糖
? 结缔组织中的糖（肝素、透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等）
? 核酸的糖、脂多糖（糖脂）、糖蛋白（蛋白聚糖）中的糖
? 细胞膜及其他细胞结构中的糖
? 血型糖
? 活性糖分子
糖的定义
? 多羟基醛
? 多羟基酮
? 多羟基醛或多羟基酮的衍生物
? 可以水解为多羟基醛或多羟基酮或它们的衍生物的物质
糖研究的简史 I
? 1843年，Dumas测定糖的实验式为（CH2O）n；
? 1870年，Colley；1883年，Tollens设想葡萄糖的结构式；
? 1881年，Emil Fischer对单糖结构分析，人工合成了当时已知的所有的己糖和戊糖；
? 1846年，Dubrunfont提出葡萄糖溶液有变旋现象；
糖研究的简史 II
? 1893年，Fischer正式提出葡萄糖的环状结构；
? 1895年，Tanret发现三种葡萄糖，其旋光性不同；
? 1926年，W．N．Haworth提出葡萄糖的Haworth投影式；
? 1928年，Malaprada发明过碘酸氧化法测定糖的结构；1932年，Fleury和Lange把这一方法完善化用于糖化学的研究；
糖研究的简史 III
1933年，N．A．S ?aeuson提出端基差向异构体，以表示还原糖及糖苷的?、?两种异构体；
1950年，R．E．Reeves证明己糖的椅式构象；
1950s后，把生物化学最新的理论和方法用于糖生物化学的研究，尤其在结构与功能关系的研究上取得了重要突破，发展或兴起了糖化学或糖生物化学的研究时代，特别是糖复合物的研究上发起了生命科学研究的又一个热点。
糖的组成
? 主要由C、H、O三种元素组成，有些还有N、S、P等。
? 单糖多符合结构通式：（CH2O）n，但仅从通式上并不能判断某分子是否就是糖，即：
符合通式的不一定是糖，如CH3COOH（乙酸），CH2O（甲醛），C3H6O3（乳酸）；
是糖的不一定都符合通式，如C5H10O4（脱氧核糖），C6H12O5（鼠李糖）。
糖的分类 I
单糖（monosaccharides）不能水解为其他糖的糖，按碳原子数分为：
丙糖（甘油醛）
丁糖（赤藓糖）
戊糖（木酮糖、核酮糖、核糖、脱氧核糖等）
己糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等）等。
糖的分类 II
寡糖（oligosaccharides）可以水解为其他糖的糖（2—十几个单糖），一般包括：
二糖（disaccharides）蔗糖、麦芽糖、乳糖
三糖（trisaccharides）棉籽糖
其他寡糖。
糖的分类 III
多糖（polysaccharides）可水解为多个其他单糖或其衍生物的糖，包括：
同多糖（homoglycans, homopolysaccharides）水解为同一单糖的高分子聚合物，淀粉、糖元、纤维素、几丁质、糖苷等。
异多糖（heteroglycans, heteropolysaccharides）水解产物不止一种单糖或单糖衍生物，透明质酸、肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等。
糖的分类 IV
糖的衍生物指糖的氧化产物、还原产物、氨基取代物及糖苷化合物等，如，D-氨基葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖、糖的硫酸酯等；
多糖复合物（polysaccharides complex）糖与脂、蛋白等共价相连组成蛋白多糖（protein polysaccharides）、糖蛋白（glycanproteins）、糖脂（glycanlipids）。
葡萄糖的化学结构
? 元素组成：C、H、O，三者比例 C 40%、H 6.7%、O 53.3%;
? 实验式：（CH2O);
? 冰点降低及沸点升高法测得分子量为：180;
? 分子式为：（CH2O）6，即C6H12O6

葡萄糖直链结构的证据
? 1. 葡萄糖可与Fehling试剂或其他醛试剂反应?醛基
? 2. 葡萄糖与乙酸酐结合，产生有5个乙酰基的衍生物?5个羟基存在
? 3. 葡萄糖与钠汞齐（Na、Hg的合金）作用，被还原为一种具有6个羟基的山梨醇（Sorbitol，glocitol），后者是一个6C构成的直链醇。
证明葡萄糖的六个碳是连成直链的结构分子。
差向异构体（Epimers)
葡萄糖与甘露糖、葡萄糖与半乳糖，两两之间除一个不对称C（分别是C2和C4上的-OH位置）有所不同外，其余部分的结构完全相同，这种仅有一个不对称C原子构型不同，两镜像非对映体异构物称为差向异构体（epimers）。
差向异构体
糖的旋光性
（Optical Rotation）
葡萄糖及绝大多数糖都有使平面偏振光发生偏转的能力，即糖的旋光性，是因为糖都具有手性碳。糖的旋光性和旋光度由糖分子中的所有手性碳上的羟基方向所决定。糖的旋光性以右旋（以d或+表示）或左旋（以l或-表示）。
糖的构型 I（Configuration）
构型是指一个分子由于其各原子特有的空间排列而使该分子具有特定的立体化学结构。当一个物质由一种构型转变为另一种构型时，要求有共价键的断裂或重新形成。表明一个物质应有其特定的构型。
糖的构型 II（Configuration）
单糖的构型以甘油醛为参照标准，甘油醛C2为手性碳，与其相连的-OH在右边的为右旋（D型）、在左边的为左旋（L型），D型和L型互为立体异构体，是一对对映体（antipode），具有对映体的结构又称手性结构。
单糖的构型由于手性碳往往不止一个，因而规定：离羰基最远的不对称C上的-OH方向判定糖的构型，在右边的为D型、在左边的为L型。
甘油醛（醛糖）和
二羟丙酮（酮糖）
葡萄糖（醛糖）
和果糖（酮糖）
核糖（醛戊糖）和2-脱氧核（醛戊糖）
费歇式和投影式
对映异构体
糖的构型与旋光性
糖的构型与旋光性之间不一定相对应，即D型不一定代表右旋、L型也不一定代表左旋，因为两者的规定性不同。对于葡萄糖来说，D型正好是右旋，即D-（+）-Glc、L型也正好是左旋，即L-（-）-Glc。天然葡萄糖为右旋，属于D型。
葡萄糖的环状结构 I
葡萄糖的某些物理、化学性质不能用糖的链状结构解释，即不表现出典型的醛类特性，如：
? 1．缺少Schiff化反应，不能使被H2SO3漂白的品红转呈红色
? 2．不能与NaHSO3起加成反应
葡萄糖的环状结构 II
? 3．葡萄糖水溶液有变旋现象
解释：葡萄糖与醛不一样，不能与2分子醇作用而只能与1分子醇反应，不生成缩醛（acetals），仅生成半缩醛（semiacetals），意味着分子中已有半缩醛基存在。

缩醛（醛缩醇）和
缩酮（酮缩醇）
葡萄糖成环
吡喃葡萄糖和呋喃果糖
变旋现象（Mutarotation）
醛糖的C1或酮糖的C2能产生?和?一对差向异构体，在水溶液中很快互相转变为混合物，即溶液过程会发生旋光度的改变，即为变旋现象，这是?和?异头物自发互变所导致的。新配制的葡萄糖[?]D20=+112?，平衡时为+52.7?。?型约占36.2%、?型约占63.8%、而醛式直链的比例极低，因此对Schiff反应不灵敏，但某些依赖于醛式分子的反应，如加成、氧化等则可通过平衡移动完成。
葡萄糖的构象
（Conformation）
构象指一个分子中，不改变共价键结构，仅靠单键的旋转或扭曲而改变分子中基团在空间的排布位置，而产生不同的排列方式。根据X-射线晶体分析，葡萄糖吡喃环与环己烷的椅式结构相似，?-葡萄糖的可能构象有2种椅式（A，B）和6种船式，主要是A椅式。
其他单糖的结构
? 除葡萄糖外，其他己糖如果糖和半乳糖，也同样有环式和开链式结构。
? 果糖为己酮糖，异头碳在C2，成环时由C2上的-C=O与C6或C5上的-OH缩合而成。
? 半乳糖与葡萄糖的差异仅在C4上的-OH构型不同，成环方式与葡萄糖的一致，两者为差向异构体。
三、四、五、六碳糖（醛糖）
四碳糖
五碳糖
六碳糖
三、四、五、六碳糖（酮糖）
三碳糖（二羟丙酮）
四碳糖（赤藓糖）
五碳糖
（核酮糖、木酮糖）
六碳糖（酮糖）
阿拉伯糖
两个可能的椅式构象
吡喃葡萄糖的构象

单糖的主要化学性质
单糖的化学性质主要体现在多羟基醛、或多羟基酮的化学结构特征上，具有一切羟基及多羟基的反应，如氧化、酯化、缩醛反应；也由醛基或羰基的反应；同时还有基团间相互影响而产生的一些特殊的反应。
糖的氧化反应
(Oxidative Reaction)
一定条件下，葡萄糖C1上的-CHO及C6上的-OH可分别氧化，形成葡萄糖酸(gluconic acid)、葡萄糖醛酸(glucuronate)及葡萄糖二酸(glucaric acid)，都有较强的酸性，能成盐并形成?或?内酯。
葡萄糖氧化为
葡萄糖酸
葡萄糖为葡萄糖
氧化酶氧化
血糖(Blood sugar)的测定
葡萄糖含有醛基，具还原性，能被弱氧化剂（如碱性CuSO4）氧化，生成葡萄糖酸等各种氧化产物，兰色Cu（OH）2被还原为砖红色的Cu2O。最常用的碱性CuSO4溶液为Benedict 试剂（检糖试剂），正常人尿液用班氏试剂检测为阴性，当血糖浓度高于160-180 mg/dL时为阳性反应。特异性差。
血糖(Blood sugar)的测定
如改用对葡萄糖特异性的葡萄糖氧化酶、过氧化物酶及无色还原剂染料检测葡萄糖，既特异又准确。
还原反应
（Reductive reaction）
? 葡萄糖C1上的-CHO可被还原为-OH而成糖醇—山梨醇（Sorbitol），山梨醇聚积在糖尿病患者的晶状体可引起白内障。
? 甘露糖?甘露醇（用于治疗脑水肿引起的渗透性利尿剂）
? 核糖?核醇（Vit B2的组成成分）
酯化反应
（Esterification）
单糖分子中的-OH，特别是异头碳上的半缩醛羟基能与磷酸、硫酸、乙酸酐等脱水生成酯。
成苷反应
（Glycosidation）
单糖环状结构中的半缩醛羟基比其他羟基活泼，可与其他分子的-OH（或活性H原子）反应，缩去一分子水而成糖苷（又称甙或配糖体）。
脎（Osazone）的形成
（苯肼反应，phentlhydrazine reaction）
? 醛糖的醛基可与苯肼反应生成苯腙（phenylhydrazone），过量的苯肼可进一步作用生成脎（osazone），每个脎分子中含2分子苯肼，第三个苯肼被转化为苯胺和氨。
? 脎的溶解度小，易成结晶，不同糖脎晶体形状不同、熔点不同，可作为糖的定性鉴定。
糖复合物中的单糖
主要有：D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖和D-木糖（Xylose）
? D-Glc 一般不存在于糖蛋白及蛋白聚糖中，绝对多数糖脂中存在;
? D-Gal 乳汁中与Glc形成乳糖
糖蛋白、糖脂、硫酸角质素类糖胺聚糖
与L-Gal以糖苷键连成琼脂糖（agrose）大分子;
? D-Man 主要以甘露聚糖形式存在于植物中;
? D-Xyl 蛋白多糖、糖胺聚糖、植物糖蛋白。
糖复合物中的单糖衍生物 I
? 甲基糖类，实际上是6-脱氧己糖，较一般己糖少一个羟甲基而多一个甲基，亲脂性较强。L-fucose存在于大多糖蛋白的糖链、分子量较大的糖脂及血型抗原中，不存在于糖胺聚糖中。一些抗生素中也有存在。
? 氨基糖类重要的是2-氨基己糖，包括:
2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖(D-glucosamine, GlcN)
2-N-乙酰葡萄糖胺(2-N-acetylglucosamine, GlcNAc)
2-N-乙酰半乳糖胺(2-N-acetylgalactosamine, GalNAc)
存在于几丁质、糖胺聚糖（粘多糖）中。
糖复合物中的单糖衍生物 II
? 糖醛酸类，主要四种：D-葡萄糖醛酸、D-甘露糖醛酸、D-半乳糖醛酸及L-艾杜糖醛酸（L-Iduronic acid）
? 唾液酸（sialic acid），代表一类神经氨酸（Neuraminic acid），广泛存在于细菌和动物组织中，糖脂和糖蛋白的组成成分。
单糖的物理性质
? 旋光度，一切糖类都有不对称C，都具旋光性；
? 甜度，各种糖甜度不一，但都有甜度；
? 溶解度，多羟基增加了单糖的溶解度，热水中更大，不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。
寡糖
（Oligosaccharides, oligose）
由2-10个单糖通过糖苷键连接而成，一般易溶于水、具甜味，最简单的是二糖。最重要的二糖主要有蔗糖、麦芽糖和乳糖。
常见二糖(Disaccharides)
常见二糖的化学连接(Disaccharides)
麦芽糖（Maltose)
麦芽糖（Maltose）
又称饴糖，分子式：C12H22O11，有变旋（存在?、?形式），
能还原Tollens和Fehling试剂（具还原性），
与笨肼成脎C12H20O9C=NNH(C6H5)2（一个半缩醛羟基），
被溴水氧化为一元羧酸（一个半缩醛羟基），
稀酸、麦芽糖酶水解，产物为D-(+)-Glc，
结构为4-O-(?-D-吡喃葡萄糖基)-D-吡喃葡萄糖[?-1，4] 。
麦芽糖的结构
异麦芽糖
蔗糖(Sucrose)
蔗糖（Sucrose）
? 常用食糖，甜度大，易结晶，易溶于水，甘蔗、甜菜中丰富
? 分子式C12H22O11。
? 不能还原Tollens或Fehling试剂（无还原性）。
? 不能成脎（无异头物形式）。
? 不变旋。
? 由一分子?-D-Glc和一分子?-D-Fru组成，既使葡萄糖苷，又是果糖苷，结构为：?-D-Glc基?-D-Fru[?-1，2]。
? 蔗糖水解反应中伴随有从+到-的旋光符号的变化，这种水解称为（+）蔗糖的转化。
乳糖(Lactose)
乳糖（Lactose）
? 存在于人乳（5-7%）和牛乳（4%）中，
? 分子式C12H22O11，
? 还原糖，
? 能成一个脎，脎水解产物是D(+)-Gal和D-葡萄糖脎，
? 有变旋（有?、?形式）酸或酶（苦杏仁酶，只水解?连接糖苷键）水解得到D(+)-Glc及Gal，
? 结构为4-O-（?-D-吡喃半乳糖基）D-吡喃葡萄糖[?-1，4]，
? 乳糖酶缺乏，小肠乳糖升高引起渗透性腹泻，肠道细菌使乳糖发酵产生大量气体。
乳糖结构模型
纤维二糖（Cellobiose)
纤维二糖（Cellobiose）
? 纤维素的结构单位，
? 分子式C12H22O11，
? 还原糖，
? 能成脎，
? 有变旋，
? 水解为2分子?-D-（+）-葡萄糖，
? 可为苦杏仁酶水解（?连接），
? 结构为4-O-（?-吡喃葡萄糖基）-D-吡喃葡萄糖[?-1，4]。
三糖（Trisaccharide）
棉子糖(raffinose)，分子式C18H32O16，许多植物中存在，棉籽与桉树分泌物中尤多。[?]t=105.2?，不能还原Fehling试剂，与酸共热水解生成Glc、Fru及Gal，结构为：
蔗糖酶
?-Gal[?(1?6)]-?-Glc[?、?(1?2)]-?-Fru
?-半乳糖苷酶
棉子糖(Raffinose)
多糖（Polysaccharides）
由许多单糖或单糖衍生物聚合而成，缩合时单糖分子以糖苷键相连，一般无甜味、无还原性、酸或酶的作用下可水解为双糖、寡糖或多糖，重要的有淀粉、糖元、纤维素、几丁质、粘多糖等。可分为同多糖和杂多糖。
同多糖(Homopolysaccharides)和
杂多糖（Heteropolysaccharides)
淀粉（Starch）
? 广泛存在于植物的种子和根茎中，热水处理25分钟能溶解的部分为直链淀粉（amylose, soluble starch），不溶解的部分为支链淀粉（amylopectin）
? 直链淀粉平均250-300个?-D-Glc通过?-1，4糖苷键相连，旋转卷曲成螺旋状，每6个Glc残基盘旋一圈，与KI-I2呈（深）兰色。水解的唯一双糖为麦芽糖、唯一单糖为葡萄糖。
? 支链淀粉由2000-22000个Glc残基组成，大约每24-30个Glc就有一个?-1，6糖苷键的分支，与KI-I2呈紫（红）色。水解时只生成一种双糖--（+）麦芽糖。
淀粉（Starch)
几种主要农作物的淀粉含量
淀粉结构
淀粉显色
糖元（Glycogen）
有动物淀粉之称，细菌细胞中也有存在，动物组织内主要的贮藏多糖。肝脏、肌肉中含量多，分别称为肝糖元、肌糖元。结构与支链淀粉相似，但分支长度较短，一般由8-12个Glc残基组成，分支多，分子量高达106-108。与KI-I2呈红褐色或棕红色。水解终产物是葡萄糖。
糖原（Glycogen)
糖原示意图
纤维素（Cellulose）
自然界中分布最广的糖，以纤维二糖（cellobiose）为基本单位缩合而成，纤维状、僵硬、不溶于水的分子，分子不分支，约由10000-15000个?-D-Glc残基组成。水解需高温、高压和酸，人体消化酶不能水解纤维素，食草动物利用肠道寄生菌分泌的纤维素酶（cellulase）将部分纤维素水解为葡萄糖。
纤维素的分子结构
纤维素（Cellulose)个体链
纤维素的空间结构
几丁质（壳多糖）（Chitin）
? 存在于节肢动物昆虫、甲壳类动物外骨骼及真菌细胞壁，地球上仅次于纤维素的第二大类糖。由N-乙酰-D-葡萄糖胺以?（1?4）糖苷键缩合而成，分子线状不分支。
? 几丁质系列开发在保健及医疗上的应用。

几丁质个体链
几丁质的功能
1. 强化免疫；
2．排除毒素；
3．降血糖，降血脂，降血压；
4．强化肝脏机能；
5．活化细胞，抑制老化；
6．调节自律神经。
葡萄糖胺
葡萄糖胺为氨基糖。工业上，将甲壳类物质壳中含有的甲壳质用盐酸水解制得。动物体内以糖蛋白分布在软骨或结缔组织中，代表性的物质是蛋白聚糖。蛋白聚糖是以透明质酸为轴，硫酸软骨素、硫酸角质素、肝素、乙酰肝素、硫酸皮肤素这些葡萄糖胺聚糖结合起来形成的核心蛋白质的集合体，和胶原纤维，水分等组合起来，使各器官具有相应的强度、柔性、弹性。动物能将葡萄糖转变成果糖而合成葡萄糖胺，因此，葡萄糖胺不是动物所必须的营养元素。
几丁聚糖的降解物质N－乙酰葡萄糖胺和聚葡萄糖胺能刺激迷走神经，通过副交感神经的兴奋，使毛细血管扩张，对颈椎病和腰酸背痛有改善和治疗的作用。
香菇多糖、茯苓多糖和昆布素
? 均为?-1，3葡聚糖。
? 香菇多糖存在于香菇中，对动物肉瘤180有明显抑制作用；
? 茯苓多糖是茯苓中的多糖，也被用于抗肿瘤治疗；
? 昆布素是昆布中的葡聚糖，用于治疗动脉粥样硬化。
香菇多糖
香菇多糖是直接从香菇子实体中提取的，具有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫功能和刺激干扰素形成等功能，作用已被世界医学生物界所肯定，尤其在日本，被广泛应用于药品和保健食品中，以它制成的针剂——香菇多糖针剂，配合放化疗，用于肿瘤患者疗效显著，由于它特殊的免疫功能，在世界各地被广泛应用。
[功能与主治]免疫功能增强剂。具有益气健脾、补虚扶正，主要用于慢性肝炎，对肿瘤也有一定疗效，配合放、化疗的辅助药。
茯苓多糖
茯苓的主要成分为羧甲基茯苓多糖及三萜类化合物，是高级保健营养补给剂，具有增强生理活性；刺激人体免疫系统功能恢复；诱生和促诱生干扰素和白细胞调节素；间接抗病毒、抗肿瘤；减轻放射与化疗的副作用；且具保肝、延缓衰老、安神健胃、美容养颜的作用。
右旋糖酐（dextran）
利用微生物（蔗糖经肠磺状明珠菌发酵）制造的高分子葡萄糖聚合物，由多个Glc分子
通过?-1，6、?-1，4、?-1，3糖苷键组合的多糖。
分子量平均在75000左右的为高分子右旋糖酐，
是一种血浆代用品，用于提高血浆胶体渗透压，
能将组织的水分吸到血中，维持血容量，临床
用于出血性休克和创伤性休克。分子量在
20000-40000的为低分子量右旋糖酐，主要用于
降低血液粘滞度，防止血栓形成，并有助改善
微循环，兼有利尿作用。
右旋糖酐及用途
《中国药典》2000年版收藏三个品种，即右旋糖酐70惯称中分子（64000-76000）；右旋糖酐 40惯称低分子（32000-42000）；右旋糖酐20惯称小分子（16000-24000）。右旋糖酐70能提高血浆胶体渗透压，静注后具有扩张血容量作用；40及20可引起红细胞解聚，降低血液粘度，改善微循环和组织。
用途：
1、配制大容量右旋糖酐注射液。
2、制备右旋糖酐铁的主要中间体。
3、药用辅料。目前正用于干扰素等品种。
杂多糖（Heteropolysaccharides）
由不止一种单糖或单糖衍生物组成的多糖，包括糖胺聚（多）糖(glycosaminoglycans)、粘多糖（mucopolysaccharides）、氨基多糖（polyaminoglucose）及酸性糖胺聚糖等名称，粘多糖就是氨基多糖，主要由氨基己糖与己糖醛酸以及硫酸等脱水缩合而成，溶液粘性较大，分子中的羧基及硫酸等阴离子通过静电作用与蛋白等大分子结合。分布很广，大多以蛋白多糖（proteoglycan）存在，并进一步与胶元蛋白结合构成结缔组织机质的重要成分，如透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等。

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Post By：2008-1-11 17:08:00

透明质酸
（Hyaluronic acid, hyaluronan）
? 高等动物组织中发现，细菌中也有存在，主要存在于结缔组织如眼球玻璃体、鸡冠、脐带、软骨等组织。主要功能是在组织中吸着水，有润滑剂作用，对组织起保护作用。
? 糖胺聚糖中结构最简单的一种，有重复的二糖结构单位，D-GlcUA与GlcNAc以?-1，3糖苷键相连，二糖单位间以?-1，4连接，分子链状、无分支，分子量很大，可达1000万以上，分子中不含硫酸取代基，生理pH下为多聚阴离子。
透明质酸
（Hyaluronic acid)
透明质酸的生理功能
透明质酸(HA)在体内发挥保水、渗透压调节、维持组织形态、润滑、扩散屏障和缓冲应力等机械功能和重要的生理功能。首要功能无疑在于构成细胞外基质和细胞间质的主要成分，从而直接参与细胞内外交流的调控，发挥物理和分子信息的过滤器作用。其次透明质酸的生理功能因分子量大小而异。大分子量透明质酸对细胞移动、增殖、分化及吞噬功能有抑制作用，小分子量透明质酸则有促进作用。研究发现，透明质酸在人体组织生成及修复、肿瘤扩散时都发挥着重要作用。迄今为止，尚未发现透明质酸合成缺陷病例，这就是说，没有透明质酸，人类就不能存活。
透明质酸的开发应用
一面深化对其功能、代谢的基础性研究，另一面围绕理化和生理功能开发其在诊断、治疗和保健方面的应用开发研究。透明质酸已广泛用于化妆品、口服美容保健食品、粘弹性保护剂等；目前已与其他药物反应形成加合物，可定向定时释放。
80年代初在国内最早从公鸡冠中提取化妆品用透明质酸获得成功，1992年，国家将“发酵法生产透明质酸”及其药物开发先后列入国家“八五”、“九五”科技攻关计划，由山东生物药物研究院承担实施。此后，与国际水平相当的透明质酸制取及产品生产技术不断获得成功。1987年，关节腔注射用透明质酸制剂推出，在关节疾病治疗方法中首创了粘弹性补充疗法。国际上临床应用透明质酸治疗眼科和关节疾病已有30年历史。透明质酸对于人类生命另一个有重大意义的领域是化妆品和保健食品。皮肤是否美观，透明质酸起了决定性作用，衰老出现的皱纹是真皮层透明质酸含量降低所致，仅其保水和营养作用而言，透明质酸被誉为理想的天然保湿因子。

透明质酸研究开发需注意的问题
1、透明质酸微量检测技术。尽管已知透明质酸与肿瘤侵袭力相关，透明质酸与硫酸多糖的比值对肿瘤预后的判断和治疗有指导意义，但由于在临床上不能检测基质中的透明质酸含量，因而不能对肿瘤的防止提供有效数据。同时对血浆、尿样透明质酸的测定也未开展，限制了其作为多种疾病诊断和治疗作用的发挥。
2、透明质酸给药体系的研究。透明质酸受体的发现揭示了其在人体内可定位聚集，利用这一特性可制备以透明质酸受体为靶向的定向给药。这方面的研究将产生多种以透明质酸或改构透明质酸为给药体系的抗肿瘤药物的推出。
3、需进一步拓展透明质酸的应用领域。我国的透明质酸应用开发总体上尚处于初级阶段，尤其是一些新兴领域的应用还处于空白状态，我国的透明质酸产业尚未形成规模，市场潜力巨大。
硫酸软骨素
（Chondroitin sulfate）
软骨的主要成分，广泛存在于结缔组织、筋腱、皮肤等。分子量一般低于10万（约250个重复二糖），个别可超过30万，有4-硫酸软骨素（硫酸软骨素A）和6-硫酸软骨素（硫酸软骨素C）两种，二糖单位为D-GlcUA与GalNAc以?-1，3相连，糖链生成后由专一性酶在4位或6位进行硫酸化。
6-硫酸软骨素
硫酸软骨素的作用
? 与形态的维持、抵御病菌及毒素以及皮肤创伤的愈合有关。对软骨的效用为：构成软骨中蛋白聚糖，可形成弹性抗力。在滋养关节软骨和维持关节软骨的健康上有十分重大的影响.葡萄糖胺和硫酸软骨素能建构强壮的软骨,也能确保关节的润滑。
? 作为保健食品或保健药品长期应用于防治冠心病、心绞痛、心肌梗塞、冠状动脉机机能不全、心肌缺血等疾病，无明显的毒副作用，能显著降低冠心病患者的发病率和死亡率。长期的临床应用发现，在动脉和静脉壁上沉积的脂肪等酯质可以被有效地去除或减少，能显著降低血浆胆固醇从而防止动脉粥样硬化的形成。在我国它用于治疗神经痛、神经性偏头痛、关节痛、关节炎以及肩胛关节痛，腹腔腔手术后疼痛等，预防和治疗链霉素引起的听觉障碍以及各种噪音引起的听觉困难、耳鸣症等效果显著对慢性肾炎，慢性肝炎、角膜炎以及角膜溃疡等有辅助治疗作用。此外，硫酸软骨素还应用于滴眼剂、化妆品以及外伤伤口的愈合剂等。近年来报道，用鲨鱼软骨制取的软骨素有抗肿瘤的作用。
硫酸皮肤素
(Dermatan sulfate)
又称硫酸软骨素B，最初从猪皮中分离，存在于许多动物组织，如猪肠胃黏膜、脐带、肌腱等。二糖单位为L-IduUA与GalNAc以?-1，3相连。
硫酸皮肤素
肝素（Heparin）
最早由肝脏和心脏中分离到，以肝脏中丰富，广泛存在于哺乳动物组织和体液中，猪肠黏膜是较好的材料来源。结构复杂，由D-GlcN与L-IduUA或D-GlcUA组成二糖单位，同时C2上的-NH2和C6上的-OH分别被硫酸酯化。常被用作抗凝剂，防止血栓形成，输血时添加肝素作抗凝剂。
结合糖
（复合糖，糖复合物）
糖与非糖物质如脂类或蛋白共价结合，分别形成：
糖脂（Glycolipids）、
糖蛋白(Glycoproteins)
蛋白多糖（proteoglycans）等糖复合物。
糖脂（Glycolipids）
? 种类很多，革兰氏阴性菌细胞壁含有十分复杂的脂多糖，其分子结构一般包括三部分：
外层专一性寡糖链—中心多糖链—脂质
其中，外层部分的组分随菌株而异，可使人体致病。
? 脂多糖在细胞表面与细胞的各种识别事件相关，如鞘糖脂决定人类血型A、B、O。

糖蛋白
（Glycoproteins）
自然界中分布最广的一类复合糖，几乎所有的细胞都能合成糖蛋白，由短链寡糖与蛋白质共价连成，连接通过2种不同类型的糖苷键，一种是糖链上的半缩醛羟基与肽链上的Thr, Ser, HyPro, HyLys的-OH形成O-糖苷键；另一种是半缩醛羟基与肽链上的Asn的-NH2形成N-糖苷键。
蛋白聚（多）糖
（Proteoglycans）
蛋白质与糖胺聚糖以共价键连成的大分子复合物，糖胺聚糖链连在核心蛋白上，是具有多聚阴离子的杂多糖，由氨基己糖和己糖醛酸交替排列成线性顺序，不同部位还有硫酸取代基。有三种不同的糖肽键连接，D-Xyl与Ser的-OH形成O-糖肽键；GlcNAc与Asn形成N-糖肽键；GalNAc与Thr或Ser的-OH形成O-糖肽键。
胞外基质蛋白多糖聚合体
蛋白多糖结构
膜蛋白多糖
多糖研发的意义
对植物多糖，特别是对中药中的多糖研究非常热门，至今已相继报道了100多种具有免疫调节、抗肿瘤、抗病毒、抗感染、降血糖等多种生理活性的中药多糖，有的已在临床用于肿瘤、肝炎、心血管等疾病的辅助治疗和康复。最重要的药理作用是免疫促进作用，大量药理和临床应用表明，这些功能确切的多糖，其原生药大多属于补益类中药，如人参多糖、黄芪多糖的原生药人参、黄芪均是知名的补气中药；银耳、枸杞子均是滋阴中药，淫羊霍多糖、肉苁蓉多糖的原生药淫羊霍、肉苁蓉是最常用的壮阳药；当归多糖、阿胶多糖的原生药当归、阿胶是最具传统的补血中药等等；还有牛膝多糖，近来的药理研究和临床应用均表明其具有显著的免疫增强作用，它的原生药牛膝是具有“强筋骨、治腰膝酸麻”功效的传统中药，而这些功效无不与免疫功能有关。至今中药免疫调节剂绝大多数是免疫促进剂，而其有效成分为多糖或糖复合物，包括糖肽、蛋白多糖等。
糖生物学
生命科学中的新前沿
糖类和血型
血型在输血、组织和器官的移植以及法医鉴定中是必须注意的。人类的主要血型是ABO型。这种血型是1900年Landsteiner发现的。这一发现在第一次世界大战期间对抢救伤员作出了重大贡献。Landsteiner因发现ABO血型而获得1930年诺贝尔生理和医学奖。经过许多免疫学家包括Landsteiner和Watkins等半个多世纪的研究，1960年Witkins确定了ABO(H)的抗原决定簇是糖类，并测定了有关糖类的结构。
糖链与血型
糖链和细胞表面的特征
多细胞生物的细胞外表面覆盖着一层糖链，通常也称为糖被。糖蛋白上多分支N-糖链(分支数可为2～5)象粗大的树枝，O-糖链象细小的树枝；膜糖蛋白的胞外肽链如树干，穿越质膜的肽段和胞内肽段则是树根；糖脂的脂质插入脂双层的外层，其糖链犹如小草。在细胞表面还包裹着一层作为细胞间质组分的蛋白聚糖，一些蛋白聚糖也能整合到质膜中,统称为糖复合物。它们宛如天线，在细胞间传递信息。这些糖链参与了细胞间的粘附，如作为细菌、病毒等病原体的受体，或是作为激素等信息分子的接受体。
糖链与疾病
最近的研究结果表明，糖复合物表面糖链结构的改变和很多疾病的发生是相伴随的。已知糖链作为自身抗原的疾病有：自身免疫性甲状腺炎、红斑狼疮等，也有人认为糖尿病也与此有关。免疫球蛋白G(IgG)的糖链和类风湿病的关系是诸多糖链和疾病关系研究得较为透彻的一个例子。IgG的糖含量略大于3%，不多的糖链的功能却鲜为人知。1981年，Deisenhofer用X-射线晶体衍射分析确定了糖基化位点以及糖链的结构。糖链是二天线的复杂型N-糖链。1985年，木幡阳发现类风湿病人IgG糖链中的Gal低于正常人，据此提出了“糖病理学”的学科新分支，即研究糖链失常与疾病关系的学科。此后，他和英国著名的糖生物学家Dwek多年合作，终于确证了这种缺乏Gal的IgG发生了构象变化，被人体作为异物，而产生相应的抗体，在血管和关节等部位出现了免疫复合物的沉积，从而引发类风湿。糖链结构的改变在这种疾病中是病因而不是结果。
糖链和多细胞生物的生命现象
1985年，Feizi等首先提出了“糖分化抗原”的概念，即在发育过程中细胞糖蛋白和糖脂所携带的糖类抗原的改变是通过有序地逐个增加或减少糖残基而完成的。人类大约有40～50亿个细胞，这些细胞又组成了许许多多的细胞集团，每个集团的细胞以不同的方式相互粘附，细胞和基质之间也存在着相互识别和相互作用，集团之间又相互识别、相互作用和相互制约，调节和控制着高等生物沿着固有的空间轴和时间轴井然有序地发展。在如此复杂的发展过程中所需的极其巨大的“生物信息”只能由所含信息量比核酸和蛋白质大几个数量级的糖链分子来承担。这就导致了“糖生物学”的诞生。
糖生物学的崛起
糖生物学(glycobiology) 1988年提出，牛津大学Dwek教授在当年的《生化年评》中撰写了以“糖生物学”为题的综述，标志了糖生物学这一新的分支学科的诞生。同一年牛津大学研制成功了N-糖链的结构分析仪，而且商品化。
　　将糖生物学推向生命科学前沿的重大事件发生于1990年，有3家实验室几乎同时发现血管内皮细胞-白血球粘附分子1(ELAM-1)，后来改名为E-选凝素(E-selectin)。这一位于内皮细胞表面的分子能识别白血球表面的四糖Sia-LeX。当组织受到损伤时，白血球和内皮细胞粘附，并沿壁滚动，终而穿过血管壁，进入受损组织，以便杀灭入侵的异物。后来又发现了这一家族中的其它成员：P-选凝素和L-选凝素。这一发现首次阐明了炎症过程有糖类和相关的糖结合蛋白参与。更令人吃惊的是，在肺癌和大肠癌细胞的表面也发现了Sia-LeX。进入血液循环系统的癌细胞可能借助了类似于上述的机制穿过血管，进而导致肿瘤的转移。进而掀起了开发和生产抗炎和抗肿瘤药物的热潮。以糖命名的药厂应运而生。美国Scripps研究所的华裔科学家王启辉(Chi-Huey Wong)，在这期间首先应用3种不同的糖基转移酶，酶促合成了Sia-LeX。
　　随着糖生物学基础研究的发展，用于糖生物学研究的方法和基本技术，以及把基础研究所得的成果进一步转化为生产技术等方面的研究也倍受重视，“糖工程学”的兴起也是极为自然的了。
各国政府对糖生物学研究的支持
? 1989年日本创刊了《糖科学与糖工程动态》(TIGG)杂志。1991年由科学技术厅、厚生省、农林水产省和通商产业省联合实施“糖工程前沿计划”，总投资百亿日元。该计划包括：糖工程、糖生物学、糖分子生学、糖细胞生物学。编辑出版了专著《糖工程学》。
? 美国能源部1986年资助佐治亚大学创建了复合糖类研究中心(CCRC)，建立复合糖类数据库(CCSD)，1990年底已收集了6000个糖结构数据，1992年增加到9200个(包含在20000份记录中)，1992年底有关的记录增加到22000份，1996年增加到42000份。1996年一年中增加的数量为1991年的4倍。
? 欧洲也不甘落后，欧盟1994～1998年的研究计划中有一项“欧洲糖类研究开发网络”计划，以强化欧洲在糖类基础研究以及将研究成果转化为商品方面与美国、日本的竞争能力。
? 已确证，糖类作为信息分子在受精、发生、发育、分化，神经系统和免疫系统衡态的维持等方面起着重要作用；炎症和自身免疫疾病、老化、癌细胞的异常增殖和转换、病原体感染、植物和病原体相互作用、植物与根瘤菌共生等生理和病理过程都有糖类的介导。21世纪生命科学的研究焦点是对多细胞生物的高层次生命现象的解释，因此，对生物体内细胞识别和调控过程的信息分子——糖类的研究是必不可缺的。
脂类和脂生物化学
Lipids and Lipid Biochemistry
生物脂类是一类范围很广的化合物，化学成分及结构差异极大，脂类定义的特点就是水不溶性(water insoluble)（即脂溶性，fat-soluble），因此，多数脂类都易溶于乙醚、氯仿、己烷、苯等有机溶剂，而不溶于水。
脂类功能
脂类的功能是多样的:
? 脂肪和油是很多生物主要的能量供应和贮存形式；
? 磷脂及固醇组成了生物膜约一半的部分；
? 有些脂类虽然数量较低，但作为酶的辅助因子、电子载体、光吸收色素、疏水稳定体、乳化剂、激素及胞间信息等方面都起着关键作用；
? 还有些脂类有防止机械损伤及防止热量散发的保护作用。
脂类的功能 I
? 提供能量：产热高，脂肪释放的热能是蛋白质或碳水化合物的2.25倍，达9千卡／克。正常人体每日所需热量大约有25％。30％由脂肪产生。
? 储存能量：人体脂肪细胞可储存大量脂肪。当摄人能量>消耗能量时，能量以脂肪的形式储存，当能量供应不足时，可释放供机体消耗。
? 防寒及保护身体：人体皮下有一层脂肪，是一种较好的绝缘物质，寒冷情况下，可保持体温。脂肪对身体一些重要器官起着支持和固定作用，使人体器官免受外界环境损伤。
? 增进饱腹感及摄人食物的口感。脂肪在人体胃内停留时间较长，摄入含脂肪高的食物，可使人体有饱腹感，不易饥饿。另外，脂肪可以增加摄入食物的烹任效果，增加食物的香味，使人感到可口。脂肪还能刺激消化液的分泌。
脂类的功能 II
? 脂肪是脂溶性维生素A、D、E、K的载体，摄入食物缺少脂肪，将影响脂溶性维生素的吸收和利用。
? 磷脂的功用：磷脂是体内最多的脂类，是细胞膜和血液的组成物质。神经组织含有大量磷脂，磷脂和神经兴奋性有关。磷脂能在脂肪吸收过程中起重要的乳化作用，是一种高效的乳化剂。脂肪和胆固醇在血液中运输时，都需要有足够的磷脂才能顺利进行。在胆汁中磷脂与胆盐、胆固醇一起形成胶粒，以利于胆固醇的溶解和排泄。
? 胆固醇的功用：胆固醇是从食物摄入或在体内合成的。血液中胆固醇高可能引起动脉粥样硬化。胆固醇是细胞膜和细胞器的重要构成成分、是体内合成维生素D和胆汁酸的原料、胆固醇在体内可转变成各种肾上腺皮质激素，如皮质醇、醛固酮、胆固醇还是性激素睾酮和雌二醇的前体。
? (9)脂蛋白的功用：血浆脂蛋白包括乳糜微粒、极低密度脂蛋白、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白。
脂类的分类
根据化学结构及脂的组成，脂类可分为：
1．单纯脂类(质)(Simple lipids），包括脂肪、油和蜡；
2．复合脂类（Lipid complex），包括磷脂（甘油磷脂和鞘磷脂）和糖脂（脑苷脂和神经节苷脂）；
3．异戊二烯类（Isoprenes），包括多萜类、固醇和类固醇类。
脂肪酸（Fatty acids）
? 碳链为4-36碳的羧酸，这些碳链在一些脂肪酸中为饱和的不分支脂肪酸、而另一些则含有一个或多个双键、也有一些含有三碳的环或含有羟基。
? 其中的亚油酸（Linoleic acid）、亚麻酸（Linolenic acid）和花生四烯酸（Arachidonic acid）为人体必需脂肪酸（Essential fatty acids）。
人体必需脂肪酸
? 亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸称为必需脂肪酸。人体如果缺乏必需脂肪酸会影响机体代谢，表现为上皮细胞功能异常、湿疹样皮炎、皮肤角化不全、创伤愈合不良、对疾病抵抗力减弱、心肌收缩力降低、血小板聚集能力加强、生长停滞等。
? 亚油酸和亚麻酸（LA与ALA）在体内可转化成具有重要生理作用的DHA（又名脑黄金、AA等），是婴儿脑部、视网膜发育所必需的营养素。而且LA与ALA只能从食物中摄取，无法由人体自身合成。亚油酸能降低血中胆固醇，防止动脉粥样硬化。在临床上用于预防和治疗心血管疾病。
? 花生四烯酸是体内合成前列腺素的前体。
?-亚麻酸
以甘油酯的形式存在于深绿色植物中,是构成人体细胞的主要成分, 参与磷脂的合成、分解，可转化为机体必需的生命活性因子DHA和EPA(俗称“脑黄金”)。缺乏会引起机体脂质代谢紊乱，导致免疫力降低、健忘、疲劳、视力减退、动脉粥样硬化等症状的发生。尤其是婴幼儿、青少年如果缺乏α-亚麻酸类物质的摄入，就会严重影响其智力正常发育。在降血脂、降血压、抗血栓、抗动脉粥样硬化、乃至提高机体免疫力和抗癌等方面的药用价值已得到充分肯定。
活性脂肪酸
? 活性脂肪酸EPA(eicosapentaenoic acid)，二十碳五烯酸（?5，8，11，14，17）、DHA(docosahexenoic acid)，二十二碳六烯酸（?4，7，10，13，16，19）， DHA和EPA是深海鱼油的特征脂肪酸。陆地上的动植物体内几乎不含DHA和EPA。
? DHA对脑神经传导和突触的生长发育有着极其重要的作用。缺乏DHA等必需脂肪酸，将造成大脑发育的障碍。
? 不仅对视力和学习能力有关，而且有催眠和镇静的作用。此外，DHA在细胞膜构造中具有特殊作用，妊娠6个月后，胎儿视网膜中DHA与花生四烯酸的比例随着胎龄而成倍增加。
自然界一些常见的脂肪酸
脂肪酸组装为稳定聚集体
甘油三酯
（Triacylglycerols, tryglycerides）
? 脂肪酸与甘油形成的最简单的脂类是甘油三酯，也称为三脂酰甘油、脂肪（fats）或中性脂肪(neutral fats)。甘油与单个脂肪酸所形成的脂称为甘油单酯（单脂酰甘油，monoglyceride, monoacylglycerol），与2个脂肪酸形成的酯称为甘油二酯（二脂酰甘油，diglyceride, diacylglycerol）。
? 甘油酯中脂肪酸为同一脂肪酸的为单纯甘油酯(simple glycerides)，脂肪酸有两种或两种以上的为混合甘油酯（mixed glycerides）。
甘油和甘油三酯
脂肪和油（Fats and Oils）
天然甘油酯多为混合甘油酯，形成甘油酯的脂肪酸种类很多，可以是饱和的，也可以是不饱和的，含不饱和脂肪酸较多的甘油酯室温下为液体，被称为油（oil），含饱和脂肪酸较多的甘油酯室温下为固体，被称为脂肪（fat），前者多见于植物体，后者多见于动物体。
甘油三酯贮存能量和保温
? 真核细胞中，甘油三酯在水相介质中成微小油滴状独立结构，作为代谢燃料的贮藏库，脊椎动物中这些特化的细胞被称为脂肪细胞(adipcytes或fat cells)。甘油三酯还贮藏在多种植物的种子中，提供种子萌发时所需能量及生物合成的前体物质。
? 甘油三酯因碳链长且还原度高较糖贮藏的能量更多（二倍），再者，甘油三酯的疏水性保证了运输中不必运送额外的水化物的重量。人体脂肪组织约有15-20 kg甘油酯，足够数月的能量供应，相反人体可能只贮存少于一天人体需要能量的糖元。
甘油三酯贮存能量和保温
一些动物中，皮下贮存的甘油酯不仅是一种能量，还可针对极低温度对生物体产生保温作用，海豹、海象、企鹅及热血的极地动物都被非常丰厚的甘油酯所覆盖，冬眠的动物（如熊）在冬眠前要积累大量的脂肪，及时贮能、又是保温。
细胞中贮藏的甘油酯
脂肪滴（Fat Drop)
鲸蜡（棕榈酸鲸蜡醇酯）
皂化反应（Saponification）及皂化值（Saponification Number）
? 甘油三酯的酯键对酸碱敏感，可被水解，脂肪在KOH或NaOH条件下加热，可产生甘油和脂肪酸的钠或钾盐，这种盐被称为皂。水解1g甘油三酯所需KOH的mg数为皂化值，从皂化值的数量可略知混合脂肪酸或混合脂肪的平均相对分子量，平均相对分子量=3?56?1000/皂化值。
? 肥皂的作用是通过形成微小聚积物（胶粒）而溶解或分散水不溶性物质而达到去污的目的。
皂化反应
酸败（Racidity）和
酸值（Acid Number）
脂肪长期暴露于潮湿闷热的空气中，受到空气的作用，游离脂肪酸被氧化、断裂生成醛、酮及低分子量脂肪酸，产生难闻的恶臭味，称之酸败。中和1g油脂中游离脂肪酸所消耗KOH的mg数称为酸值，可表示酸败的程度。
卤化（Halogenation）和
碘价（碘化值, Iodine Number）
油脂中不饱和双键与卤素发生加成反应，生产卤代脂肪酸，称为卤化作用。100g油脂所能吸收的碘的克数—碘值，可以用来判断油脂中不饱和双键的多少。
氢化（Hydrogenation）
Ni的作用下，甘油酯中的不饱和双键可以与H2发生加成反应，油脂被饱和，液态变为固态，可防止酸败。
乙酰化作用（Acetylation）和
乙酰化值（Acetylation Number）
油脂中含-OH的脂肪酸可与乙酸酐或其他酰化剂作用形成相应的酯，称为乙酰化作用。1g乙酰化的油脂分解出的乙酸用KOH中和时所需KOH的mg数即为乙酰化值。
甘油三酯的物理性质
? 溶解度：水不溶性，也无形成高度分散的倾向，甘油二酯和甘油单酯含-OH，可形成高度分散态。
? 熔点：由脂肪酸组成决定，随饱和脂肪酸数目及碳链长度的增加而增加。
? 光学性质：甘油本身无光学活性，C1及C3的脂肪酸不同时，C2为不对称碳，有光学活性。
两性脂质的聚集体（Amphipathic Lipids Aggregate）
甘油磷脂、鞘脂类及固醇都不溶于水，把它们与水混合时，这些具有亲水基团的脂分子从水相环境聚合（集）成微小的脂分子聚积物成为独立的相。脂质分子的聚积物包括有相互作用的疏水部分和与周围水接触的亲水部分，脂质聚积物减少了暴露于水的疏水部分并使水相表面达最小，可形成三种聚积物：微团(micelles)、双分子层(bilayer)、脂质体(liposome)。
脂质在水环境下形成
的三种聚集体
蜡（Waxes）-贮存能量及防水外被
? 生物体的蜡由长链的饱和及不饱和脂肪酸(14-16C)与长链的醇（16-30C）形成的酯，蜂蜡的主要成分。
? 蜡的熔点为60-80癈，较甘油酯的为高。
? 蜡因其防水性和坚硬度有广泛应用，脊椎动物一些皮腺分泌的蜡质保护它们的毛发和皮肤以保持它们的柔顺、润滑及防水；鸟类尤其水鸟由口腺分泌蜡质而使它们的羽毛不透水；一些热带植物被一层蜡质包裹以抵抗寄生物和水分的过分蒸腾。
? 生物的蜡有一定的药学、化妆品及其他工业用途，如用于洗涤剂、油膏及擦光剂等。
生物蜡

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主题：生物化学和细胞生物学课件和相关资料