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生物分子的来源与去路
TCA、糖酵解、β氧化、尿素循环、酮体生成
糖代谢
脂代谢
- 脂质代谢紊乱
蛋白质代谢
核酸代谢

生物分子的来源与去路

生物分子	来源	去路
核苷酸	核糖来源：磷酸戊糖旁路和柠檬酸丙酮酸循环嘌呤来源：天冬氨酸、甘氨酸、一碳单位、CO2、谷氨酰胺嘧啶来源：天冬氨酸、CO2、谷氨酰胺
核酸	核苷酸
氨基酸	非必需氨基酸：必须氨基酸：租一本淡色书来写
氨 $NH_4^+$	氨基酸分解	尿素排出以酰胺存储合成氨基合成含氮化合物
蛋白质	氨基酸	胞内蛋白：溶酶体、泛素蛋白酶体外源蛋白：胃和小肠分解为氨基酸
糖	光合磷酸化、糖异生
脂肪酸	非必需脂肪酸：糖分解产生的丙酮酸在线粒体中生成的乙酰CoA 必须脂肪酸：动物小肠脂质水解酶，水解食物中的三酰甘油，亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸（油麻花）	酮体注：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA不可逆，因此脂肪合成糖比较困难
甘油	糖酵解产生的磷酸二羟丙酮 -> 甘油-3-磷酸
三酰甘油	甘油、脂肪酸
胆固醇	自身通过乙酰CoA合成食物摄取

TCA、糖酵解、β氧化、尿素循环、酮体生成

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糖代谢

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C_6H_{12}O_6+6O_2+32H_3PO_4=6H_2O+6CO_2+32ATP

反应名称	反应场所	反应底物	反应产物
糖酵解	细胞质基质	葡萄糖	丙酮酸→ (乳酸/乙醇)
丙酮酸脱羧	线粒体基质	丙酮酸可自由出入线粒体乙酰CoA不行，因此被固定在线粒体	乙酰CoA
三羧酸循环	线粒体基质	丙酮酸（进入线粒体）	CO2、NADH、FADH2、GTP
乙醛酸循环	植物、微生物的线粒体中	乙酰CoA	CO2、NADH、FADH2、GTP
磷酸戊糖途径		G-6-P	核糖-5-P→(甘油醛-3-P[丙糖磷酸]、F-6-P[己糖磷酸])
糖醛酸途径	肝脏	G-1-P	D-葡萄糖醛酸、L-抗坏血酸
氧化磷酸化	线粒体内膜
糖异生	肝脏、肾脏	丙酮酸、甘油、乳酸、氨基酸	葡萄糖
乳酸循环	肌肉中乳酸通过血液进入肝脏合成葡萄糖葡萄糖再进入肌肉	乳酸	葡萄糖
糖原的合成	肝脏、肌肉的细胞质基质	葡糖糖	肝糖原、肌糖原

糖酵解（glycolysis）
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- 耗能
  - Glc→G-6-P （ATP）
  - F-6-P→F-1,6-P（ATP）
- 产能：
  - 甘油醛-3-P→1,3-2P-甘油酸（NADH）
  - 1,3-2P-甘油酸→3-P-甘油酸（ATP）
  - PEP→Py（ATP）
  - 丙酮酸去路
    - 有氧：TCA
    - 无氧：乳酸、乙醇
- 糖酵解调节（regulation of glycolysis）
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  - PFK（磷酸果糖激酶）：
    - 抑制剂：ATP↓、H+↓（降乳酸）、柠檬酸（Citrate）↓（TCA能量过剩）
    - 激活剂：ADP↑、胰岛素（Insulin）↑（降血糖）、F-2,6-2P↑（消除ATP抑制）
  - 己糖激酶
    - 抑制剂：G-6-P↓
  - PyP（丙酮酸激酶）
    - 抑制剂：丙酮酸↓、ATP↓、乙酰CoA↓
    - 激活剂：F-1,6-2p ↑
- 红细胞代谢：
  - 红细胞没有线粒体，能量主要来源是糖酵解。其环境需要足够的NADH和NADPH使胞内膜蛋白、酶、Fe2+处于还原态，NADPH来源于戊糖磷酸途径
  - 糖代谢紊乱，ATP减少，降低了Na-K+-ATP酶的活性，细胞无法维持正常的离子浓度而肿胀，裂解，造成溶血性贫血
三酸酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA）、柠檬酸循环（citric acid cycle）
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- 宁（柠檬酸）异（异柠檬酸）戊酮（α-酮戊二酸），虎（琥珀酰CoA）虎（琥珀酸）延（延胡索酸）苹（苹果酸）。一（异柠檬酸）同（α-酮戊二酸）平（苹果酸）虎（琥珀酸），两虎（琥珀酸、琥珀酰CoA）一能。
- 丙酮酸脱氢酶系
  - 催化丙酮酸，在线粒体基质中不可逆的氧化脱羧，形成乙酰CoA
  - 组成
    - 3种酶
      - 丙酮酸脱氢酶
      - 二氢硫辛酰转乙酰基酶
      - 二氢硫辛酰脱氢酶
    - 6种辅酶
      - 硫胺素焦磷酸（TPP）
      - 硫辛酸
      - CoA
      - 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）
      - 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）
      - Mg2+
    - 电子传递方向：硫辛酸→FAD(FADH2)→NAD+
    - 赴（CoA）美（Mg）交流（硫胺素焦磷酸）时留心（硫辛酸）法国（FAD）的尼龙胶（NAD）
- 三羧酸循环能量计算
- TCA调节
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  - 丙酮酸脱氢酶系：
    - 抑制剂：乙酰CoA、NADH、ATP
    - 激活剂：NAD+、CoA
  - 柠檬酸合酶：
    - 抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA、柠檬酸
    - 激活剂：ADP、草酰已酸、乙酰CoA
  - 异柠檬酸脱氢酶
    - 抑制剂：Ca2+、ADP
    - 激活剂：ATP、NADH
  - α-酮戊二酸脱氢酶系
    - 抑制剂：ATP、NADH
    - 激活剂：琥珀酰CoA
- 意义：
  - 氧化供能
  - 代谢枢纽
乙醛酸循环（glyoxylate cycle）
- 场所：植物、微生物的线粒体中
- 关键酶：
  - 异柠檬酸裂解酶：异柠檬酸→ (琥珀酸+乙醛酸)
  - 苹果酸合酶：(乙醛酸+乙酰CoA)→苹果酸
- 意义：
  - 能利用二碳的乙酸作为起始，合成三羧酸循环的中间产物
  - 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA不可逆，因此脂肪合成糖比较困难。但是在植物和微生物体内，能使脂肪分的分解产物乙酰CoA转换为葡萄糖，供给种子萌发时对糖的需要
磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway）
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- 意义：
  - NADPH的产生：产生大量NADPH，作为供氢体（脂肪酸、固醇、四氢叶酸合成；细胞反应的还原力保持GSH的还原状态），NADPH用于还原反应，通常不经过电子传递链，生成ATP
  - 中间产物的利用：中间产物为许多化合物合成提供原料：
    - 核糖-5-P是核酸生物合成原料，核酸分解代谢经过该途径
    - 中间产物赤藓糖 -4-P与甘油酸-3-P参与莽草酸合成，后者转变为多酚、或转变为芳香族氨基酸
  - 植物光合作用CO2生成葡萄糖的部分途径
- 途径：
  - 氧化阶段：G-6-P脱氢脱羧形成核酮糖-5-P
  - 非氧化阶段：戊糖分子重排产生己糖和丙糖
糖醛酸途径
- 部位：肝脏
- 产物：D-葡萄糖醛酸、L-抗坏血酸（维生素C）
- 意义：
  - 外来有机物的解毒和排泄：在肝脏中糖醛酸可以与药物结合生产可溶于水的化合物，随尿或胆汁排出
  - 葡萄糖醛酸可以生成木同酮糖，与磷酸戊糖途径联系
  - 葡萄糖醛酸可以转变成抗坏血酸，但人及灵长类动物不能合成
  - UDP-葡萄糖醛酸，可形成重要的糖胺聚糖，如硫酸软骨素、透明质酸、肝素
糖异生（gluconeogenesis）
- 酶的改变
  - G-6-P→Glc（己糖激酶）
    - 葡萄糖-6-磷酸酶
  - F-1,6-2P→F-6-P（果糖磷酸激酶）
    - 果糖-1,6-二磷酸酶
  - 丙酮酸→PEP（丙酮酸激酶）
    - Py→ 草酰乙酸（丙酮酸羧化酶）
    - 草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶）
- 糖异生的调控
- 糖异生的意义：
  - 维持血糖浓度恒定
  - 补充肝糖原
  - 调节酸碱平衡
糖原合成

脂代谢

反应名称	反应场所	反应底物	反应产物
脂质水解	小肠	三酰甘油	甘油、脂肪酸
脂肪酸β氧化	线粒体	脂肪酸（进入线粒体）	乙酰CoA 、NADH、FADH2
酮体生成	肝线粒体	乙酰CoA（脂肪酸分解产生）	β-羟丁酸、丙酮
酮体的分解	心、脑、骨骼肌的线粒体	酮体	ATP
脂肪酸合成	主要肝脏细胞和脂肪细胞的内质网上细胞生物学膜性细胞器之内质网	丙酮酸在线粒体产生的乙酰CoA NADPH	脂肪酸
胆固醇合成	肝脏	乙酰CoA、NADPH	胆固醇
磷脂的生物合成

脂肪酸的β氧化（β-oxidation）（线粒体）
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- 活化
- 转运（长链脂酰CoA不能进入线粒体）
  - 肉碱脂酰转移酶Ⅰ
  - 肉碱脂酰转移酶 Ⅱ
  - 载体蛋白
- 氧化
  - 脱氢、加水、脱氢、硫解
脂肪酸的合成
- 乙酰CoA转运（乙酰CoA 不能出线粒体）
  - 三羧酸转运系统（tricarboxylate transport system ）
    +乙酰CoA羧化为丙二酸单酰辅酶A
  - 酶：乙酰CoA羧化酶
  - 软脂酸的合成
    - 加氢、去水、加氢
三酰甘油合成
酮体的生成和利用
- 乙酰乙酸和β-羟丁酸、丙酮统称为酮体
- 酮体的生成
  - 两分子乙酰辅酶A缩合生成乙酰乙酰辅酶A
  - 乙酰乙酰辅酶A 在和一分子乙酰辅酶A，生成HMG-CoA
  - HMG-CoA裂解生成乙酰乙酸
  - 乙酰乙酸生成β-羟丁酸或丙酮
- 酮体的利用
  - 乙酰乙酸、β-羟丁酸的利用：
    - β-羟丁酸氧化为乙酰乙酸
    - 乙酰乙酸在β-酮脂酸辅酶A转移酶（心肌、骨骼肌、肾）和或乙酰乙酸硫激酶（骨骼肌、心肌）生成乙酰乙酰辅酶A，最后生成乙酰辅酶A
    - 乙酰辅酶A进入TCA
  - 丙酮从尿排出或肺呼出；也可转化为丙酮酸
- 酮体生成的意义：
  - 肝脏把肽链哼很长的脂肪酸分裂成分子较小，易被其他组织用以供能的酮体，为肝外组织提供能源
  - 肝脏中不含β-酮脂酸辅酶A转移酶和乙酰乙酸硫激酶 ，只能在肝外被利用
  - 肌肉、脑是利用酮体的重要组织，并且脑不能利用脂肪酸作为能源
  - 在糖供应不足，或者糖尿病缺乏氧化糖的能力，脂肪分解加速，酮体生成增加，糖分解分解不足，丙酮酸减少，乙酰辅酶A减少，酮体的去路三酸酸循环下降，体内通酮体堆积，为酮血症。
胆固醇的代谢
磷脂的代谢

脂质代谢紊乱

冠心病（冠状动脉粥样硬化, coronary atherosclerotic heart disease ）：
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- 肝脏是主要合成场所，不能存储甘油三酯，脂肪是甘油三酯的储存场所，通过VLDL运输到肝外组织
- 在肝脏合成之后，以脂蛋白的形式向身体其他部位运输，如果脂蛋白停留的血管壁上，则导致血液不流通
脂肪肝(fatty liver)
- 在肝脏中合成的脂质不能被及时运出
肥胖症
酮尿症
- 肝脏缺乏苯丙氨酸羟多酶活性，导致苯丙氨酸代谢异常，苯丙氨酸不能转化为酪氨酸，从而在体内积累了大量苯丙氨酸及其代谢产物，损害脑神经细胞而引起一系列临床症状。这是常染色体隐性遗传病

蛋白质代谢

反应名称	反应场所	反应底物	反应产物
氨基酸分解
氨基酸的合成
尿素合成	合成瓜氨酸在线粒体合成尿素在细胞质基质
蛋白质合成	细胞质基质中的核糖体	四种dNTP	蛋白质
蛋白质分解

蛋白质分解代谢
蛋白质合成代谢
氨基酸的分解代谢
- 氨基酸的脱氨基作用（deamination）
  - 氧化脱氨基（oxidative deamination）：α-氨基酸在酶的作用下氧化生成α-酮酸
    - L-谷氨酸脱氢酶
  - 转氨基作用（transamination ）：α-氨基酸的氨基转到α-酮酸上，生成新的α-氨基酸和α-酮酸
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    - 特点：
      - 氨基酸分解代谢的开始，非必需氨基酸合成的重要步骤
      - 氨基的受体多为 α-酮戊二酸
      - 不能参加转氨作用的氨基酸：赖氨酸、苏氨酸
      - 谷丙转氨酶（GPT）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）
      - 谷草转氨酶（GOT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）
  - 联合脱氨作用（transdeamination）
    - L-谷氨酸脱氢酶
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      - 生物体中只有L-谷氨酸脱氢酶活力很强，因此认为，其他氨基酸转变为谷氨酸之后，脱去氨基，生成NH4+
    - 嘌呤核苷酸循环
      - 谷氨酸+草酰乙酸，生产天冬氨酸，生成腺苷酸琥珀酸，生成腺苷酸。腺苷酸在腺苷酸脱氨酶作用下脱去氨基
- 氨基酸的脱羧基作用
$NH_4^+$ 的代谢去路
- 血液中NH4+含量太多会导致中枢神经系统中毒
  - 中毒机制：
    - 氨与三羧酸循环中间物α-酮戊二酸生成L-谷氨酸，使α-酮戊二酸减少，导致三羧酸循环无法正常运转，ATP合成受阻
    - 合成谷氨酸消耗HADPH，影响细胞还原力
- 氨的转运
  - 以谷氨酰胺
    - 谷氨酰胺合成酶将谷氨酸生成谷氨酰胺
    - 谷氨酸带负电，不能通过细胞膜；谷氨酰胺是电中性物质，容易通过细胞膜，可以被转运排出或在肝脏中合成尿素
- 尿素循环（urea cycle）、鸟氨酸循环（ornithine cycle）
α-酮戊二酸代谢
- 再合成氨基酸
  - 同位素标记N证明，植物细胞接受氮素的骨架主要是α-酮戊二酸
  - α-酮戊二酸 +NH4+生成谷氨酸
  - 谷氨酸赚到其他的α-酮酸上，生成其他氨基酸
    - 谷氨酸+丙酮酸=α-酮戊二酸 +丙氨酸
    - 谷氨酸+草酰乙酸= α-酮戊二酸 +天冬氨酸
- 转变为糖及脂质
  - 用氨基酸饲养患人工糖尿病的犬
  - 饲养后转变为糖的氨基酸称为升糖氨基酸，其分解中间产物，丙酮酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸、琥珀酸。
  - 饲养后转变为酮的氨基酸称为升酮氨基酸，亮氨酸、赖氨酸
  - 饲养后二者都有称为生糖兼升酮氨基酸，异亮氨酸、3种芳香族氨基酸
- 生成二氧化碳和水
  - 20种氨基酸由对应的酶氧化分解为α-酮酸，进入三羧酸循环
氨基酸的合成代谢
- 只有豆科植物共生的根瘤菌和少数细菌能合成固氮酶，将大气只中的N2还原为NH3，进而合成氨基酸和蛋白质
- 植物和大多数微生物将硝酸盐和亚硝酸盐转变为NH3
- 动物只能降解植物蛋白获得氮源
- 动物不能合成全部20种氨基酸
  - 动物体内能自身合成的氨基酸都是升糖氨基酸，这些氨基酸与糖的转变可逆
  - 必须氨基酸只有少部分是升糖氨基酸，这部分氨基酸转变为糖的过程不可逆
  - 所有生酮氨基酸都是必需氨基酸
一碳单位：有一个碳原子的基团
- 一碳单位转移酶的辅酶是四氢叶酸

核酸代谢

反应名称	反应场所	反应底物	反应产物
核苷酸的合成
核苷酸的分解
核酸的合成
核酸的降解
mRNA、tRNA合成	细胞核基质	四种NTP	mRNA、tRNA
rRNA合成	核仁	四种NTP	rRNA

核苷酸作用
- 核核酸组分
- 参与NAD+、NADP+、FAD、FMN等辅酶合成
- UDPG是糖原合成中的糖基供体
- ATP高能化合物
- cAMP是第二信使
- 核苷酸类似无治疗自身免疫病（痛风）
痛风
- 尿酸是嘌呤类化合物分解代谢的最终产物
- 尿酸溶解度很低，尿酸以钠盐或钾盐的形式沉积于软骨组织、软骨及关节处，形成尿酸结石及关节炎，称为通风
- 治疗痛风的是别嘌呤醇，是次黄嘌呤的类似物，可与次黄嘌呤竞争与黄嘌呤氧化酶结合
核酸不属于必需营养物质，主要通过自身合成
嘌呤分解
- AMP（腺嘌呤）生成尿酸
- GMP（鸟嘌呤）生成尿酸
嘧啶分解
嘌呤从头合成（直接连接在核糖-5-P ）
- 核糖-5-P→ 次黄嘌呤核苷酸（IMP）
- 次黄嘌呤（IMP）→AMP/GMP
嘧啶的从头合成（先合成嘧啶环）
- 氨甲酰合成酶2
- 谷氨酰胺+HCO3 ->氨基甲酰磷酸->OMP(乳清酸核苷酸)->UMP（尿嘧啶）
- UMP（尿嘧啶）
  - UDP -> UTP -> CTP（胞嘧啶）
  - dUTP -> dUMP -> dTMP(胸腺嘧啶)