細(xì)胞能量代謝與疾病PPT課件

.,1,細(xì)胞能量代謝障礙與老化性疾病,南京鼓樓醫(yī)院干部保健中心蘇愛梅,.,2,2011年ADA,Outstanding獎得主Matthias.H.Tschop博士：ABesttreatmentstrategyturnedtonaturestoolkit.最好的治療仍需追本數(shù)源，轉(zhuǎn)向自然。利用自身的信號溝通我們的內(nèi)臟與大腦其不良反應(yīng)比利用外源型物質(zhì)治療少得多。在進(jìn)化過程中，保持體脂和保持強(qiáng)烈的饑餓感已成為物種生存至關(guān)重要的部分。,.,3,正常的細(xì)胞能量代謝,三大營養(yǎng)物質(zhì)的代謝無氧酵解有氧氧化的三羧循環(huán)細(xì)胞呼吸鏈線粒體功能自由基衰老、疾病的機(jī)理營養(yǎng)藥物：真正的預(yù)防措施營養(yǎng)補(bǔ)充的危險(xiǎn)性與安全性,.,4,一、三大物質(zhì)能量代謝的途徑,.,5,二、糖無氧酵解,總結(jié):葡萄糖C6H12O6+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O。丙酮酸+NADH+H+-乳酸脫氫酶-乳酸（2C3H6O3）+NAD+丙酮酸-丙酮酸脫羧酶-乙醛乙醛+NADH+H+-乙醇脫氫酶-乙醇+NAD+丙酮酸1、丙酮酸+CoASH+NAD+-丙酮酸脫氫酶復(fù)合體-乙酰CoA+CO2+NADH+H+三種酶：丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙酰基酶和二氫硫辛酸脫氫酶，6個(gè)輔助因子：CoANAD+，TPP，硫辛酸和FAD，Mg+。還可經(jīng)乙酰CoA進(jìn)入TCA，經(jīng)糖的異生轉(zhuǎn)化為Ala。,.,6,三、檸檬酸Krebs循環(huán)（三羧酸循環(huán)）-TCA,.,7,三羧酸循環(huán)-生理意義,1、三羧酸循環(huán)是機(jī)體獲取能量的主要方式。1個(gè)分子葡萄糖經(jīng)無氧酵解僅凈生成2個(gè)分子ATP，而有氧氧化可凈生成32個(gè)ATP.2、三種主要有機(jī)物在體內(nèi)氧化供能的共同通路。三羧酸循環(huán)的起始物乙酰-CoA，不但是糖氧化分解產(chǎn)物，它也可來自脂肪的甘油、脂肪酸和來自蛋白質(zhì)的某些氨基酸代謝.估計(jì)人體內(nèi)2/3的有機(jī)物是通過三羧酸循環(huán)而被分解的。3、三羧酸循環(huán)是體內(nèi)三種主要有機(jī)物互變的聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)。因糖和甘油在體內(nèi)代謝可生成-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物可以轉(zhuǎn)變成為某些氨基酸；而有些氨基酸又可通過不同途徑變成-酮戊二酸和草酰乙酸，再經(jīng)糖異生的途徑生成糖或轉(zhuǎn)變成甘油.檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)：Krebes參加了此項(xiàng)工作，并因此獲諾貝爾獎,.,8,四、細(xì)胞呼吸鏈在三羧酸循環(huán)中，乙酰CoA氧化釋放的大部分能量都儲存在輔酶NADH和FADH2分子中。細(xì)胞利用線粒體內(nèi)膜中一系列的電子載體:黃素蛋白、細(xì)胞色素、鐵硫蛋白和輔酶Q(簡稱復(fù)合物I、II、III、和IV)-呼吸鏈，伴隨著逐步電子傳遞，將NADH或FADH2進(jìn)行氧化，逐步收集釋放的自由能最后用于ATP的合成，將能量儲存在ATP的高能磷酸鍵,為細(xì)胞活動提供能量-氧化磷酸化過程。,.,9,五、線粒體,有氧呼吸的主要場所，是細(xì)胞的動力工廠，生產(chǎn)能量ATP的地方，線粒體外膜的標(biāo)記酶為單胺氧化酶，內(nèi)膜為細(xì)胞色素氧化酶和ATP酶、存在的電子傳遞鍵，膜間隙為腺苷酸激酶、反應(yīng)底物以及輔助因子等線粒體基質(zhì)的為蘋果酸脫氫酶脂類、蛋白質(zhì)、核糖體、RNA及DNA在細(xì)胞代謝中起著重要作用也是電子轉(zhuǎn)移的場所。又是自由基生成的主要來源又是首要的攻擊目標(biāo),.,10,五、線粒體結(jié)構(gòu)及功能示意圖線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu),.,11,五、線粒體功能測定,1、乳酸鹽與丙酮酸鹽比值顯著升高2、線粒體NADH:O2氧化還原酶活性，NADH：O2氧化還原酶活性降低反映呼吸鏈的總活性3、檸檬酸合酶活性降低，最低4、肌酸激酶。(1)在電刺激引起C2C12細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激，導(dǎo)致細(xì)胞線粒體功能的下降中，內(nèi)源性的ROS會激活NF-B信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，且通過IKK-的磷酸化這一經(jīng)典的通路來表達(dá)。(2)在電刺激強(qiáng)度一定時(shí)，NF-B的活性對電刺激的應(yīng)答有一定的時(shí)相性。(3)NF-B的表達(dá)可能上調(diào)了C2C12細(xì)胞線粒體內(nèi)MnSOD的表達(dá)，同時(shí)，MnSOD又反過來進(jìn)一步活化了NF-B通路，形成正向循環(huán)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的自我保護(hù)。,.,12,六、自由基的生成,非脂性自由基：氧誘發(fā)的自由基稱為反應(yīng)性氧自由基ROS-(O2-/H2O2/OH）脂性自由基：氧自由基與多聚不飽和脂肪酸作用后生成的中間代謝產(chǎn)物-烷自由基（L-）、烷氧基（LO-）、烷過氧基（LOO-）,超氧化物自由基SuperoxideRadical,過氧化氫自由基HydrogenPeroxide,羥自由基HydroxylRadical,+e-+e-+e-+e-O2O2-.H2O2OHH2O,2H+,H-,H2O,H-,.,13,六、自由基產(chǎn)生的原因,過量的運(yùn)動可明顯增加自由基的數(shù)量。庫珀醫(yī)生在看過幾名勤奮的運(yùn)動員過早的死于心臟病、中風(fēng)和癌癥之后非常關(guān)心這一問題?？諝馕廴究諝馕廴荆ǔ粞?、二氧化碳、二氧化硫和多種碳?xì)浠衔铮┦菍?dǎo)致我們肺部和體內(nèi)氧化壓力的主要原因之一。是哮喘、慢性支氣管炎、心臟病，甚至是癌癥的致病原因之一。吸煙與日益增多的哮喘、肺氣腫、慢性支氣管炎、肺癌和心血管疾病緊密相連。煙霧對我們身體造成的氧化壓力。多種毒素使肺部和身體各部分的自由基數(shù)量增加。二手煙中的人們患哮喘、肺氣腫、心臟病，甚至肺癌的可能性顯著增加。食物和水源污染甚至連我們的食譜也是不健全的。我們的食物明顯地缺乏足夠的營養(yǎng)陽光紫外線輻射皮膚中的自由基。這些自由基已被證明能夠破壞皮膚細(xì)胞的DNA，從而導(dǎo)致皮膚癌?？旃?jié)奏高壓力的生活習(xí)慣疊加在一起對我們身體施加著壓力。藥物和放射很多藥物都能增加體內(nèi)的氧化壓力?；熀头派浏煼ǖ幕驹砭褪菍Π┌Y細(xì)胞產(chǎn)生的氧化壓力以殺死癌細(xì)胞。也會間接地破壞正常細(xì)胞。,.,14,七、衰老的理論,結(jié)構(gòu)損傷理論熱量限制理論、自由基理論、分子交聯(lián)理論（AGES）、廢物累積理論、磨損理論、錯(cuò)誤再造理論、錯(cuò)誤修復(fù)理論、線粒體損傷理論、免疫抑制理論、程式化退化理論-基因決定理論、Hayflick理論120歲、端粒理論（50次120歲）、長壽基因理論(5-10個(gè)基因)熱量限制不夠-自由基毒素、廢物累積-累積性氧化損傷-錯(cuò)誤修復(fù)、錯(cuò)誤再造-線粒體損傷基因受損-長壽老人抗氧化能力強(qiáng)。,.,15,七、氧化導(dǎo)致衰老、疾病的機(jī)理,糖尿病患者氧化應(yīng)激增加氧化應(yīng)激增強(qiáng)：氧化應(yīng)激標(biāo)記物增加脂質(zhì)過氧化：F2-異前列烷DNA堿基氧化損傷：8-OHdG（8-羥基脫氧鳥苷）蛋白子損傷：硝基酪氨酸抗氧化劑水平下降VitE，VitC，還原型GSH,MonnierJAMA.2006;295:1681-1687,.,16,細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激的結(jié)局過度熱量攝入/運(yùn)動減少引起細(xì)胞內(nèi)葡萄糖和游離脂肪酸增高，引發(fā)氧化應(yīng)激細(xì)胞氧化應(yīng)激功能降低，發(fā)生糖尿病肌肉、脂肪組織氧化應(yīng)激胰島素抵抗內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激內(nèi)皮功能失調(diào)動脈粥樣硬化，發(fā)生心血管疾病三者之間的互動加重?fù)p害,七、氧化導(dǎo)致衰老、疾病的機(jī)理,AntonioCeriello，ATVB.2004;24:816,.,17,營養(yǎng)過剩運(yùn)動缺乏,葡萄糖FFA細(xì)胞內(nèi)超負(fù)荷,內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)皮功能障礙,細(xì)胞胰島素分泌功能受損,肌肉脂肪細(xì)胞胰島素抵抗,心血管疾病,代謝綜合征,IGT(餐后高血糖),糖尿病(長期高血糖),AntonioCeriello,etal.ArteriosclerThrombVascBiol.2004;24:816-823.,七、氧化導(dǎo)致衰老、疾病的機(jī)理-氧化應(yīng)激-引起胰島素抵抗、糖尿病和心血管疾病的“共同土壤”,遺傳易感性,氧化應(yīng)激,.,18,統(tǒng)一機(jī)制學(xué)說：高血糖通過氧化應(yīng)激激活4條代謝旁路引起糖尿病并發(fā)癥,Brownlee,Nature，2001，414（13）：813-820MichaelBrownlee，Diabetes2005;54:1615-1625,MichaelBrownlee,七、氧化導(dǎo)致衰老、疾病的機(jī)理氧化應(yīng)激是糖尿病并發(fā)癥的統(tǒng)一機(jī)制,.,19,CerielloandMotzArteriosclerThrombVascBiol.May2004,七、氧化應(yīng)激是糖尿病并發(fā)癥的共同土壤2004年,.,20,七、氧化應(yīng)激與糖尿病微血管并發(fā)癥2006年,DrugsoftheFuture.2006;31:503-511,PKC,血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子,內(nèi)皮型NO合酶內(nèi)皮素-1血管緊張素II,轉(zhuǎn)化生長因子膠原纖維粘連蛋白,NADPHROS,Na+/K+ATP酶,血管通透性新血管生成,系膜增生腎小球高濾過,軸突變性和脫髓鞘,視網(wǎng)膜病變，黃斑水腫,腎病,周圍神經(jīng)病變,失明,腎功能衰竭,潰瘍/截肢,高血糖,氧化應(yīng)激,.,21,DF-SX0201P#1,氧化應(yīng)激,SOD,VitC,GSH,VitE,超氧化物,抗氧化劑,氧化應(yīng)激,ALA,自由基,ROS,OH,H2O2,NO,.,22,八、營養(yǎng)藥物：真正的預(yù)防措施抗氧化物質(zhì),抗氧化物質(zhì)指的是任何能夠?yàn)樽杂苫尫懦鲆粋€(gè)電子，使其電子能夠配對從而中和作用的物質(zhì)。酶類：超氧化物歧化酶（H-）、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化酶(H2O2)。身體產(chǎn)生三種天然抗氧化酶防御系統(tǒng)非酶性部分：VitA、VitC、VitE、GSH、輔酶Q、硫辛酸、類胡蘿卜素、生物類黃酮類、硒、鎂、銅、鋅等微量元素。（需外界飲食補(bǔ)充）抗氧化物質(zhì)協(xié)同作戰(zhàn)，各負(fù)其職。維E是溶脂性的作用于細(xì)胞膜的自由基（LPO）、維C是水溶性的，對付細(xì)胞外液、血液和血漿中的自由基。與谷胱甘肽協(xié)同工作。VE、VC與硒共同增加胡蘿卜素的功效。輔酶Q10在線粒體作用，恢復(fù)VE活性。硫辛酸可以消滅細(xì)胞內(nèi)外的自由基,使VC和GSH再生。需要充足的抗氧化礦物質(zhì)，例如銅、鋅、錳和硒來完成抗自由基的職責(zé).否則氧化壓力仍會發(fā)生。還需要一些輔助因子來與酶聯(lián)合產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。主要是指B族輔助因子（葉酸、維生素B1、B2、B6和B12）。,.,23,八、營養(yǎng)藥物：真正的預(yù)防措施抗氧化物質(zhì)-谷胱甘肽（古拉丁）,細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽嚴(yán)重消耗導(dǎo)致編程性細(xì)胞死亡。谷胱甘肽過氧化物酶除去H2O2，保護(hù)線粒體內(nèi)外不受自由基攻擊。再生其它抗氧化劑：VA、VE、類胡蘿卜素組成抗氧化劑供應(yīng)站：谷胱甘肽可保存VC，VC也可儲存谷胱甘肽。最佳的解毒劑：肝臟中結(jié)合毒素排毒。許多肝病、COPD、IPF、多發(fā)性硬化癥、AD、PD等體內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶降低，硒可增加其活性。S-腺苷蛋氨酸增加谷胱甘肽，N乙酰半胱氨酸600mg/日,.,24,八、營養(yǎng)藥物：真正的預(yù)防措施高半胱氨酸與B族維生素,20世紀(jì)60年代末70年代初的幾期醫(yī)學(xué)雜志上公開凱爾默-邁考利（KilmerMcCully）醫(yī)生的研究的高半胱氨酸理論。1990年，哈佛公共衛(wèi)生學(xué)院梅爾-斯坦佛醫(yī)生,調(diào)查的一萬五千名內(nèi)科醫(yī)生血液中的高半胱氨酸水平發(fā)現(xiàn):輕微的偏高也會直接增加患上心臟疾病的可能性（三倍）。這是顯示出高半胱氨酸可能是心臟疾病的一個(gè)獨(dú)立發(fā)病原因的第一次大型研究。1995年2月，雅各布-塞爾赫伯醫(yī)生也在新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志上發(fā)表文章指出高水平的高半胱氨酸可以直接增加頸動脈狹窄的發(fā)病率。還指出多數(shù)高半胱氨酸水平較高的患者體內(nèi)往往缺少葉酸、維生素B12和B6。今天，醫(yī)學(xué)證據(jù)已經(jīng)無可辯駁地表明：高半胱氨酸可以協(xié)助導(dǎo)致冠心病、中風(fēng)和周邊血管疾病。高半胱氨酸是強(qiáng)氧化劑，VB6使其轉(zhuǎn)化為半胱氨酸和?；撬?，葉酸使其轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍彼幔琕B12是活化葉酸循環(huán)代謝的輔酶。老年癡呆抑郁與缺乏VB12有關(guān)。補(bǔ)充葉酸必需血中有足夠的VB6、VB12，才能更好降低血中高半胱氨酸。（三因素）葉酸800微克+VB66mg+VB1218微克+其他維生素微量元素腦血管病死亡減低37%（AMJEPIDEMLIL.1996;143:658）/葉酸2.5mg+VB650mg+VB121mg卒中風(fēng)險(xiǎn)降低25%（stroke.2009;40:1375-72）HOPE-2研究5000例5年降低CVD死亡-75%H型高血壓-正在研究CSPPT營養(yǎng)學(xué)建議:葉酸400-800微克+VB650-100mg+VB120.3-1mg,.,25,八、營養(yǎng)藥物：真正的預(yù)防措施輔酶Q10研究歷史,1、1957年Crane博士在牛心臟中找到輔酶Q102、1958年，默克公司成功繪制出首張輔酶Q10的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)圖。3、1960S中期，在日本首次使用輔酶Q7治療充血性心力衰竭。4、1970S，研究人員對患病心臟內(nèi)輔酶Q10缺失有相關(guān)記載。日本人完善了這項(xiàng)技術(shù)，生產(chǎn)大量的輔酶Q10，以用于臨床試驗(yàn)5、1978年美國人PeterMitchell因其對輔酶Q10“能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)”的貢獻(xiàn)而榮獲諾貝爾獎。,.,26,八、輔酶Q10在人體內(nèi)的含量：,人體內(nèi)輔酶Q10的總含量僅為500-1500mg并隨著年齡的增長而減少。在人的器官中輔酶Q10的含量在20歲時(shí)達(dá)到高峰期，然后迅速減少。子心臟中輔酶Q10濃度的減少特別明顯。77歲的老人比20歲的年輕人心肌中的輔酶Q10減少了57%。輔酶Q10在臟器(心臟、肝臟、腎臟)、牛肉、豆油、沙丁魚、鯖魚和花生等食物中含量相對較高。攝入大約1斤沙丁魚、2斤牛肉或3斤花生可分別提供約30mg輔酶Q10。,.,27,八、-硫辛酸：抗氧化劑的首選,-硫辛酸滿足所有上述條件，獨(dú)特的抗氧化劑，高效抑制氧化應(yīng)激造成損傷,NutrRev.2008November;66(11):646657.,.,28,八、硫辛酸（ALA）有效的DPN對因治療藥物,通過抗氧化應(yīng)激，減少自由基起效，已為多項(xiàng)RCT研究證實(shí)有效，并且有臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行,DanZiegler.DiabetesCare2008;31(s2):s255-s261,氧化應(yīng)激,硫辛酸,多項(xiàng)隨機(jī)對照試驗(yàn)證明有效，臨床試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行中,.,29,八、認(rèn)識強(qiáng)效抗氧化劑硫辛酸,國外醫(yī)學(xué)內(nèi)分泌學(xué)分冊，2005，25（4）：262-264,硫辛酸是代謝性抗氧化劑，可從食物（馬鈴薯、菠菜和肉類中含少量）中獲得在線粒體內(nèi)合成，能被組織攝取并轉(zhuǎn)變?yōu)槎淞蛐了幔―HLA），二者均是強(qiáng)抗氧化劑。既有水溶性又有脂溶性，可以深入到細(xì)胞中的各個(gè)部位而起到抗氧化作用對長時(shí)間的氧化損傷有較強(qiáng)的抵抗作用,.,30,八、硫辛酸,藥品名稱通用名稱：-硫辛酸注射液商品名稱：奧力寶英文名稱：-LipoicAcidInjection活性成分：-硫辛酸化學(xué)名稱：()-5-3-(1,2-二硫雜環(huán)戊烷)-戊酸適應(yīng)癥糖尿病周圍神經(jīng)病變引起的感覺異常,.,31,硫辛酸強(qiáng)效抗氧化，優(yōu)于其它抗氧化劑,細(xì)胞培養(yǎng)證實(shí)：ALP對氧化損傷細(xì)胞的恢復(fù)效果優(yōu)于VC、VE,劉紅林等.中國藥物與臨床.2005,5(1):37-38,*#,*#,*#,*#,*#,*#,注：*與對照組相比p0.01;#與維生素C組相比p0.01;與維生素E組相比p0.01;與1周組相比p磷酸二羥丙酮糖酵解或有氧氧化供能，也可轉(zhuǎn)變成糖脂肪酸與清蛋白結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)入各組織經(jīng)-氧化供能(三)脂肪酸的分解代謝-氧化1脂肪酸活化，生成脂酰CoA。2脂酰CoA進(jìn)入線粒體肉堿轉(zhuǎn)運(yùn)。肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶I是限速酶。3脂肪酸的-氧化，丁酰CoA經(jīng)最后一次氧化：生成2分子乙酰CoA故每次氧化1分子脂酰CoA生成1分子FADH，1分子NADH+H+1分子乙酰CoA，通過呼吸鏈氧化前者生成2分子ATP，后者生成3分子ATP。4脂肪酸氧化的能量生成能量生成多少與其所含碳原子數(shù)有關(guān)，以軟脂酸為例；1分子軟脂酸含16個(gè)碳原子，靠7次氧化生成7分子NADH+H+，7分子FADH，8分子乙酰CoA，而所有脂肪酸活化均需耗去2分子ATP。故1分子軟脂酸徹底氧化共生成：72.5+71.5+810-2106分子ATP以重量計(jì)，脂肪酸產(chǎn)生的能量比葡萄糖多。,.,41,(五)酮體的生成及利用脂肪酸在線粒體中氧化生成的大量乙酰CoA除氧化磷酸化提供能量外，也可生成酮體包括乙酰乙酸、-羥丁酸、丙酮。酮體是脂肪酸在肝分解氧化時(shí)特有的中間代謝物。嚴(yán)重糖尿病患者，葡萄糖得不到有效利用，脂肪酸轉(zhuǎn)化生成大量酮體，超過肝外組織利用的能力，引起血中酮體升高，可致酮癥酸中毒。飽食