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人和动物体内三大营养物质的代谢


人和动物体内三大营养物质的代谢
【学习目标】 1.理解糖类的代谢。2.识记脂质和蛋白质代谢。3.知道三大营养物质代谢的关系。 4.知道三大营养物质代谢与人体健康的关系。 【学习障碍】 1.理解障碍 (1)如何理解三大营养物质的代谢过程及其之间的关系?(2)如何理解三大营养物质代谢与人体健康? 2.解题障碍 (1)解三大营养物质代谢过程的题。(2)解三大营养物质代谢之间关系的题。 【学习策略】 1.理解障碍的突破 (1)用“图解联想法”从整体上理解三大营养物质的代谢过程。 三大营养物质在人和动物细胞内的代谢过程可用下图解来帮助理解。

①此图解从总体上表示人和动物体内的一个细胞时时刻刻都在进行着新陈代谢。每日都要从外界摄取 H2O、 无机盐、糖类、脂质、蛋白质、维生素以及纤维素等营养物质,其中糖类、脂质、蛋白质需经消化酶的作用, 水解成小分子的物质才能被吸收并进入细胞内,在细胞中经过有序的化学变化,转变成自身的组成物质,并 且将能量储存在其中,这就是同化作用。与此同时,细胞自身的组成物质分解,释放其中的能量,并产生代 谢终产物排出细胞进而排出体外,这就是异化作用。细胞与外界环境之间就是这样以不断地自我更新为特点 进行着新陈代谢。 ②此图解还能体现出新陈代谢的物质基础和结构基础以及遗传物质的控制作用,这样就把教材中的第一章、 第二章、第三章以及第六章相关的内容联系起来,起到承上启下的作用且形成知识网络。 ③此图解还能提供一个联想的空间,起到了在帮助理解知识的同时提供发散思维的支点,培养创新思维。比 如可以这样联想:一个细胞,就好比一座工厂,细胞膜好比将工厂与外界隔开的有特定通道的栅栏,运载原 料和产品的车辆经过通道进出,工厂中的总指挥是 DNA…… (2)用“图解立体网络法”来理解三大营养物质的代谢过程及其之间的关系。 ①由知识点到知识链。 首先要注意沿着“来源、去路”的脉络,应以合成、分解和转变这三种最基本的变化来纵向理解三大营养物 质的代谢过程,其次要注意每种物质变化的主次(图解中用变化的先后顺序来表示)关系,从而体现了代谢的 有序性;第四要注意运用“比较法”比较三大营养物质代谢过程的异同点,糖类代谢、脂类代谢和蛋白质代 谢的代谢终产物分别为,糖类:CO2 和 H2O,脂质:CO2 和 H2O,蛋白质:CO2、H2O 和尿素,三者共有的 代谢终产物是 CO2 和 H2O,尿素是蛋白质代谢的特有代谢终产物,从而使“知识链”更加清晰。如下图解。

图解 1

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糖元是一种可以迅速利用的贮能形式(脂肪虽然贮能最多,但是不像糖元那样能被迅速利用)。因此,糖元的 合成和异生作用具有重要的生理意义。当大量的食物经过消化,其中的葡萄糖被陆续吸收入血液以后,血糖 含量会显著地增加。这时,肝脏可以把一部分葡萄糖转变成糖元,暂时贮存起来,使血糖浓度仍然维持在 80~120 mg/dL 的水平;当血糖浓度由于消耗而逐渐降低时,肝脏中的糖元又可以转变成葡萄糖,陆续释放 到血液中,使血糖浓度还维持在 80~120 mg/dL 的水平。可见,糖元的合成,不但有利于贮存能量,而且还 可以调节血糖浓度。在某些生理状况下,如剧烈运动时,肌肉的肌糖元经酵解生成了大量乳酸。乳酸由血液 运输到肝脏,可以合成肝糖元。可见,糖元的异生作用,对于回收乳酸分子中的能量,更新肝糖元,防止乳 图解 2 酸中毒的发生等都具有一定的意义。 B.图解 3 中氨基酸也可以归纳出三个去向:同化、异化、转变。第一是合成蛋白质即同化作用;第二是氨 基转换形成新的氨基酸,这个过程在一种氨基酸转变成其他物质的同时使其他物质如糖类转变成氨基酸;第 三是脱氨基作用即异化作用,其中不含氮部分除氧化分解外,还可以为合成糖类、脂肪提供原料,氨基酸经 过此过程转变成其他物质。 蛋白质:一是作为结构成分,它规定和维持细胞的构造,如细胞膜和各种细胞器的结构中都有蛋白质。二是 功能蛋白,蛋白质的生物学功能主要具有下列四种:第一,作为酶,蛋白质具有催化功能。第二,作为代谢 的调节者(激素或阻遏物),它能协调和指导细胞内的化学过程。第三,作为运输工具,它能在细胞内或者透 过细胞膜传递小分子或离子。第四,作为抗体,它起着保护有机体,防御外物入侵的作用。蛋白质是一切生 命现象不可缺少的,即使像病毒、类病毒那样以核酸为主体的生物,也必须在它们寄生的活细胞的蛋白质的 作用下,才能表现出生命现象。 图解 3 A.图解 1 中葡萄糖有三个去向:异化、同化、转变。第一氧化分解即异化作用(此过程在本章学习九有详细 说明);第二合成糖元即同化作用;第三转变成脂肪、氨基酸等(见三大营养物质的关系)。在学习中应弄明白 下列几个重要的知识点。 糖元:是由许许多多葡萄糖组成的大分子多糖,它微溶于 H2O,能通过氧化分解或酵解而迅速释放能量。糖 元除由葡萄糖合成以外,其他单糖如果糖、半乳糖等也能合成。由单糖合成糖元的过程,就叫糖元的合成。 糖元的合成,主要在肝脏和肌肉中进行。糖元还可以由非糖物质如甘油、丙酮酸、乳酸、某些氨基酸等转变 而成。由非糖物质转变成糖元的过程,就叫糖元的异生作用。糖元的异生作用发生在肝脏中。上述两个过程 可以用下图解来表示。 调节生理活动的许多激素是蛋白质,主要有肽和蛋白质类激素,如胰岛素:胰岛素是胰腺内的胰岛 B 细胞 所产生的一种激素。胰岛素是一种分子量较小的蛋白质,在有锌和其他金属离子存在时,胰岛素分子可以围 绕这些离子形成聚合体。在调节糖类、脂肪和蛋白质的代谢中具有十分重要的作用。胰岛素共有 51 个氨基 酸组成,共有两条肽链构成,两条链之间通过两个二硫键结合起来,其α 链有 21 个氨基酸,β 链有 30 个氨 基酸。胰岛素的主要作用是调节糖类代谢,它能促进血糖合成糖元,加速血糖分解,从而降低血糖浓度。当 血糖浓度超过正常值时,胰岛素分泌量增加,从而使血糖浓度降低,如果血糖浓度低于正常值时,胰岛素的 分泌量就减少,从而使血糖分解速度减慢,糖元分解为糖,使血糖浓度稳定在正常值。 生长激素:生长激素是由垂体分泌的激素之一,它是一种多肽,能促进骨骼、肌肉、结缔组织和内脏的生长, 使生物体长得高大,可以使氨基酸进入细胞的速度加快,促进 DNA 和 RNA 的合成;又能促进蛋白质的合 成。 促甲状腺激素:它是垂体分泌的激素之一,也是一种多肽,能促进甲状腺细胞的增殖,刺激甲状腺激素的合 成和分泌。 ②由知识链到知识网 三大营养物质在细胞内的代谢是同时进行的,它们之间可以相互转化,但这种转化是有条件的,如只有糖类 供应充足时才能大量转变成脂质,但脂肪却不能大量转变为糖类。并且也是相互制约的,如只有当糖代谢发

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生障碍供能不足时,才由脂肪和蛋白质氧化分解供能。这是一种既相互联系又协调统一的关系。 三大营养物质在细胞内的相互转化可以通过三大物质的中间代谢产物为连接点而将“知识链”连接成“知识 网” ,从而理解代谢的整体性。 A.糖类代谢与脂质代谢之间的相互关系 北京鸭在肥育阶段是用含糖类很多的谷类食物饲养的, 经过一段时间, 鸭就变肥了。 其他家禽、 家畜的肥育, 情况也类似。这说明糖类在动物体内可以转变成脂肪。一些实验也证明,糖类可以在生物体内转变成脂肪。 例如,把植物光合作用生成的用放射性 14C 标记的葡萄糖引入大白鼠体内,就可以发现从组织里分离出来的 软脂酸中有 14C 的存在。又如,把酵母菌放在含糖培养基中培养,它的细胞内就能够生成各种脂质,个别种 类的酵母菌合成的脂肪可以高达酵母菌干重的 40%。 脂肪的组成成分是甘油和脂肪酸。糖类可以转变成α —磷酸甘油,也可以转变成脂肪酸,所以糖类能够变成 脂肪。 脂肪也能够转变成糖类。某些动物(例如刺猬)在冬眠的时候,脂肪可以转变成糖类。此外,油料植物种子在 萌发的时候,支用所贮存的大量脂肪,也可以转变成糖类。 B.糖类代谢与蛋白质代谢之间的相互联系 丙酮酸是糖类代谢的重要中间产物。 丙酮酸经过三羧酸循环可以变成α —酮戊二酸, 丙酮酸也可以变成草酰 乙酸,这三种酮酸可以经过加氨基或转氨基作用,分别变成丙氨酸、谷氨酸和天门冬氨酸这三种氨基酸。 糖类还可以转变成其他非必需氨基酸,但是在人体内却不能合成必需氨基酸。 蛋白质是由氨基酸组成的,可以在人和动物的体内转变成糖类。如果用蛋白质饲养患人工糖尿病的狗,则有 50%以上的食物蛋白质可以转变成葡萄糖。如果改用丙氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸等饲养这种患人工糖尿病 的狗,随尿排出的葡萄糖就会大大增加。用氨基酸饲养饥饿动物,根据它肝脏中糖元量的增加,也可以证明 多种氨基酸在体内转变成了肝糖元。 蛋白质转变成糖类的步骤是先分解成氨基酸, 氨基酸再经过脱氨基作用可以转变为α —酮酸, —酮酸再经 α 过一系列变化转变成糖类。现在已经知道,几乎所有组成蛋白质的天然氨基酸都可以转变成糖类。 C.脂质代谢与蛋白质代谢之间的相互联系 一般来说,在动物体内不容易利用脂肪酸合成氨基酸。在植物和微生物体内存在着乙醛酸循环,很多油料植 物的种子和利用醋酸、石油烃类物质的微生物,则可能通过这条途径,由脂肪酸和氮源生成氨基酸。 用只含蛋白质的食物饲养动物,动物也能够在体内存积脂肪。这个事实说明,蛋白质可以在动物体内转变成 脂肪。有些氨基酸如苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、异亮氨酸等,可以在代谢过程中生成乙酰辅酶 A,再沿着 脂肪酸合成途径生成脂肪酸。 一些能够转化成糖类的氨基酸可以直接或间接地转化成丙酮酸, 丙酮酸可以转 变成甘油,也可以在转化成乙酰辅酶 A 以后再转化成脂肪酸。 以上三大营养物质代谢之间的关系可以用图解来表示: A.是一个三维立体知识网络,所代表的知识块便于纳入生物学教材的整个知识体系中。知识块 1、2 将本 章与教材第一章、第二章知识相衔接;知识块 3 将本章与第四章、第六章及第五章相衔接。 B.是一个集完整性与开放性为一体的知识体系。对于细胞中的新陈代谢的过程知识块 1、2 具有相对的完 整性,但知识块 3 是开放的,这就为我们进一步学习提供了空间,使我们现在所学知识镶嵌于将来的知识体 系中。 (2)用“实例说明法”来理解三大营养物质代谢与人体健康。(略) 2.解题障碍的突破 (1)用“对号入座法”解三大营养物质代谢过程的题。 [例 1]在正常生理条件下,人体内的血糖利用主要是 A.合成糖元 B.氧化分解放能 C.转变为脂肪 D.以尿糖形式排泄 解析:用“对号入座法”解。血糖在人体和动物体内有三种变化:第一是一部分葡萄糖进入细胞中氧化分解, 最终生成 CO2 和 H2O,同时释放出能量,供生命活动的需要;第二是供细胞利用后,多余的部分葡萄糖可 以用来合成糖元储存起来,合成糖元的主要器官是肝脏和肌肉;第三,除了上面两种变化还有多余的的葡萄 糖,可转变成脂肪和某些氨基酸等。其中三条途径中最主要的是氧化分解为生命活动提供能量,因为糖类是 生物体进行生命活动的主要能源物质,生物体所需的能量有 70%都是由糖类提供的。 答案:B 点评:生物体内的能源物质有糖类、脂肪和蛋白质,但脂肪是作为储备的能源物质,蛋白质是构成细胞结构 和生命活动的基本物质,脂肪和蛋白质都不是常用的能源物质,只有在糖类供应不足时,体内才动用脂肪和 蛋白质,所以糖类是生物体最常用的能源物质,也是生物体进行生命活动的主要能源物质。 ③由知识网到知识块见下图解所示。此图解充分体现了以下几点:

3

[例 2]下列可作为脱氨基作用的具体实例选项是

解析:用“对号入座法”解。人体细胞内的氨基酸的变化主要有四种:第一是直接用来合成各种组织蛋白质; 第二是用来合成具有一定生理功能的特殊蛋白质; 第三是通过氨基转换作用形成新的氨基酸; 第四是通过脱 氨基作用将氨基酸分解成为含氮部分(氨基)和不含氮部分,其中含氮部分转变成尿素排出体外,不含氮部分 可以氧化分解形成 CO2 和 H2O,也可以合成糖类和脂肪。其中转氨基作用可以形成新的氨基酸,而脱氨基 作用可能脱去氨基形成氨,氨被运输到肝脏中转变成毒性相对较小的尿素排出体外。 答案:A 点评:此题关键是区别脱氨基与氨基转换作用,脱氨基作用有氨产生,而氨基转换作用没有氨产生,但产生 了新的氨基酸和酮酸。 [例 3]血脂的主要去路是 A.氧化分解释放能量 C.合成组织脂和贮存脂 B.合成特殊的脂质分泌物 D.转变为肝糖元或葡萄糖 (1)写出图中下列物质名称:A____________,B____________,E_________,F________。 (2)人饥饿时首先使用的贮能物质是_________,当它数量不足时,则动用_________和_________。 (3)用图中标号依次写出食物中的淀粉转化为脂肪的代谢途径:___________________。 (4)A 物质分解过程⑧又称为____________作用,人体所必需的 A 物质有一部分不能由过程⑦生成,必须从 膳食中摄取,这部分物质称为________________。 解析:用“层析综合法”解。考查人体内三大营养物质的代谢途径。(1)蛋白质可以分解成氨基酸;脂肪(B) 分解成甘油和脂肪酸(C);淀粉可彻底分解成葡萄糖(D),葡萄糖可转变成糖元(E);当有机物氧化分解为 CO2 和 H2O 时,需要氧气(F)参加。(2)饥饿时,肝糖元会分解成葡萄糖进入血液,然后脂肪蛋白质也参与分解。 (3)食物中淀粉分解成(D)葡萄糖,形成 X 代谢中间产物再转化成甘油和脂肪酸,然后合成脂肪。(4)氨基酸氧 化分解的过程需首先经过脱氨基作用;人体内不能合成,只能从食物摄取的氨基酸称为必需氨基酸。 答案:(1)氨基酸 脂肪 糖元 氧 (2)肝糖元 脂肪 蛋白质

解析:用“对号入座法”解。血液中的脂质物质在人和动物体内主要发生两种变化:第一是在皮下组织、腹 腔的大网膜和肠系膜等处储存起来,作为储备的能源物质,同时还可以减少内脏器官之间的摩擦、减少热量 的散失维持体温恒定;第二是在肝脏和肌肉等处再度分解成为甘油和脂肪酸等,然后直接氧化分解,生成 CO2 和 H2O,释放出大量的能量,或者转变为糖元等。另外脂质中的磷脂可以作为细胞膜和一些细胞器膜的 主要结构物质,组成基本支架。但血脂主要是作为合成磷脂作为细胞结构的重要物质,另外作为储备的能源 物质,只是在糖类供应不足时才动用脂肪氧化分解提供能量。 答案:C 点评:由于脂肪含 C、H 元素较多,含 O 较少,糖类则与之相反,因此,脂肪彻底氧化后可以放出更多的 能量,每克脂肪氧化分解释放的能量比糖类高得多,所以用脂肪贮存能量比用糖类贮存能量占用的体积小, 节省了空间。 另外细胞膜和各种细胞器膜的基本支架都是磷脂, 所以血脂的主要去向是合成组织脂和贮存脂。 (2)用“层析综合法”解三大营养物质代谢之间关系的题。 [例 4]下图表示人体内的物质代谢途径和产物,其中 X 和 Y 为代谢中间产物, “→”表示反应方向。

(4)脱氨基

必需氨基酸

【同步达纲练习】
1.人体内合成蛋白质所需氨基酸的来源不含有 A.从肠道吸收来的 C.通过脱氨基作用产生的 B.原有蛋白质分解产生的 D.通过转氨基作用形成的

2.用氨基酸饲养患人工糖尿病的狗,尿中 C6H12O6 可能增加,这是因为氨基酸 A.通过脱氨基后的含氮部分合成葡萄糖 C.直接转变成葡萄糖 基酸代谢的示意图回答问题: B.通过转氨基作用合成葡萄糖 D.通过脱氨基后的不含氮部分合成葡萄糖

3.蛋白质代谢是以氨基酸形式进行的,血液中氨基酸通过一定的来源和去路维持动态平衡,请根据下图氨

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(1)在血液氨基酸的来源中,①是指_________;②主要是指机体内_________的水解;能转变为部分氨基酸 的物质③来自于_______________,该类物质通过____________作用转变为氨基酸。 (2)在氨基酸的去路中,④是指____________,脱下的氨基随着血液入肝后转变成⑤_________;酮酸氧化分 解的终产物⑥为____________;以酮酸为原料合成的非蛋白性物质⑦包括____________。 (3)在氨基酸的去路中,⑧是指_________;该反应过程区别于④的特点是__________________;以血液氨基 酸合成的物质⑨包括________________________。 4.左下图和右下图与人体物质代谢有关,请分析回答: (1)写出图中下列物质名称:A________、B__________、G_________、H____________。 (2)D 物质分解成 E 和 F 的过程又称为________________。人体所必需的 D 物质有一部分不能在人体的细胞 中合成,必须从膳食中摄取,这部分物质称为____________。 (3)过度节食导致“厌食症” ,会使身体的器官组织受到严重的损伤,其原因是__________ ____________________________________。

参考答案 【同步达纲练习】
1.解析:用“对号入座法”来解。将蛋白质代谢过程用图解表示出来,人体内合成蛋白质所需氨基酸的来 源有三条:第一是由肠道吸收来的氨基酸,食物中的蛋白质经过消化成为氨基酸被小肠吸收,进入血液运输 到细胞中,这些氨基酸一般是必需氨基酸;第二是自身组织蛋白质分解产生的氨基酸;第三是在人体内通过 氨基转换作用形成的氨基酸,这些氨基酸是非必需氨基酸。由此可见,脱氨基作用不能产生氨基酸。 (1)三大有机物之间的代谢关系如左上图所示。 ①完成 a 过程和 g 过程需要通过____________;完成 b 过程需要通过________________。 ②当_________时,d 过程加强,当糖元不足时,_________过程首先加强。 (2)右上图表示某人因病不能进食,靠葡萄糖生理盐水静脉滴注 25 天,三大有机物含量的变化图。图中(Ⅰ) 表示_________的变化,图中(Ⅱ)表示_________的变化,图中(Ⅲ)是_________的变化 5.下图表示人体内物质代谢过程示意图。请根据图回答问题。 答案:C 2.解析:用“层析综合法”来解。将糖代谢与蛋白质代谢关系用图解表示出来。患糖尿病的狗血液中的葡 萄糖浓度过高,其中一部分随尿液排出体外。现在用氨基酸饲养患糖尿病的狗,尿液中的葡萄糖可能增加, 这说明增加的葡萄糖是由氨基酸转变形成的,而氨基酸要转变成葡萄糖,必须先经过脱氨基作用产生含氮部 分(氨基)和不含氮的部分, 其中不含氮的部分可能氧化分解产生 CO2 和 H2O 并释放能量, 也可以合成糖类和 脂肪,显然尿液中增加的葡萄糖是由不含氮部分合成的。 答案:D 3.解析:用“对号入座法”来解。将蛋白质代谢过程用图解表示出来,要弄清动物体内氨基酸的来源途径 和去向,以及转氨基和脱氨基的区别。(1)血液中的氨基酸来源途径是:食物中蛋白质在消化道消化后吸收 来的、组织蛋白水解产生的、其他物质转变而来,其他物质主要指酮酸,酮酸主要来源于糖类代谢的中间产 物,如丙酮酸。酮酸经氨基转换作用形成新的氨基酸,如丙酮酸通过氨基转换作用形成丙氨酸。(2)氨基酸

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的去路是:脱氨基作用产生酮酸和 NH3,NH3 运输到肝脏转变为尿素排出体外,酮酸可以氧化分解产生 CO2 +H2O+能量,也可以合成糖类、脂肪。(3)氨基酸可以通过氨基转换作用形成酮酸和新的氨基酸;脱氨基作 用与转氨基作用的主要区别是:脱氨基时有 NH3 和酮酸产生,转氨基作用无 NH3 生成,而产生新的氨基酸; 氨基酸还可以合成各种组织蛋白,以及酶和某些激素等。 答案:(1)消化吸收 H2O 糖类和脂肪 组织蛋白 糖类代谢中间产物(如丙酮酸) 氨基转换 (2)脱氨基作用 尿素 CO2+

(3)氨基转换作用(转氨基作用)

无 NH3 生成,但有酮酸生成

各种组织蛋白质、酶和某

些激素 4.解析:用“综合分析法”来解。 答案:(1)脱氨基作用 氨基转换作用 饥饿(或血糖降低时) f (2)蛋白质 脂类 糖类

5.解析:用“综合分析法”来解。观察三大有机物在生物体内的代谢途径,可以发现,在生物体内,三大 有机物被消化吸收后的营养物质都可被氧化分解,生成 CO2 和 H2O,同时释放能量,合成 ATP(题中的 H 物 质)供生命活动需要。但一般情况下,生物体内的能源物质是糖类和脂肪,蛋白质很少作为能量的供应物质。 同等质量的脂肪与葡萄糖氧化分解时, 脂肪释放的能量是葡萄糖的两倍多, 因此脂肪是一种很好的储能物质 被贮存在皮下和内脏的表面。糖类和脂肪消化后的终产物分别是葡萄糖(题中的 C)、脂肪酸(题中的 A)和甘 油。葡萄糖是主要的能源物质,血液中葡萄糖的浓度总是保持在一定的范围内,如果血液中葡萄糖过多,则 在肝脏、肌肉中合成糖元或进一步合成脂肪储存起来,如果血液中葡萄糖减少,则肝脏中的肝糖元(题中的 B)又可重新分解成葡萄糖,以保证能量的及时供应。 蛋白质是构成生物体的主要结构物质,消化后的终产物是氨基酸(题中的 D),人体自己不能合成氨基酸,即 必需氨基酸,只能从这一过程获得。大部分的氨基酸经一系列变化后可重新合成蛋白质,另一部分则经脱氨 基作用后分成两个部分:氨基(题中的 F)转化成尿素(题中的 G)随尿液排出体外,脱去氨基的部分(题中的 E) 则可合成糖类和脂肪。 过度节食导致“厌食症” ,身体内的储能物质极度匮乏,只能利用蛋白质作为生物体各器官组织的能源,因 此会严重损害器官组织甚至危及生命。 答案:(1)脂肪酸 肝糖元 尿素 ATP (2)脱氨基作用 必需氨基酸 (3)体内的储能物质极少,而蛋白质

在体内又不能储存,只能利用组织蛋白质作为能源,因此会严重损害器官组织甚至危及生命

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