实验五 肝中酮体的生成
酮体的生成与利用
二.酮体的生成
部位：肝细胞线粒体
原料：乙酰CoA，主要来自脂酸的-氧化
酶：具有活性较强的酮体合成酶,尤其是羟 甲基戊二单酰CoA合成酶
酮体生成的过程： （1）乙酰乙酰CoA的生成 （2）3-羟-3-甲基戊二酸单酰CoA （ HMG CoA ）的生成 （3）酮体的生成
酮体的生成
2CH3COSCoA
酮体的生成及利用
微生物与生化药学 黄宏宝
酮体的生成及利用
一.酮体 二.酮体的生成 三.酮体的利用 四.酮体生成的调节 五.酮体代谢的生理意义 六.中西医结合治疗糖尿病酮症酸中毒
一.酮体
酮体是脂酸在肝细胞分解氧化时特有的中 间代谢产物。是乙酰乙酸、-羟丁酸和丙 酮三者的总称。 其中β-羟丁酸约占70％ ，乙酰乙酸约占 28％ ，丙酮约占2％。
拓展：酮症
正常人血液中仅存在极微量的酮体,在某些 生理或病理情况下,酮体的生成和利用失去 平衡,导致酮症。酮症是以血酮体水平升高 为特点的一个短暂阶段。种： 生理性酮症多见于禁食、高脂饮食、长时 间剧烈运动、应激等。新生儿和孕妇血清 中的酮体也会稍增高。孕妇基础酮体水平 增高,禁食后酮体水平急剧升高,约30%妊娠 妇女首次晨尿标本尿酮呈阳性。 病理性酮症可由糖尿病、皮质醇减少症、 生长激素缺少、乙醇或水杨酸盐摄入过量 而中毒及一些罕见的先天性代谢病引起。
硫解酶
CoASH
CH3COCH2COSCoA
乙酰乙酰CoA
HMGCoA合 成酶 HMGCoA裂 解酶 CH3COCH2COOH
CH3COSCoA CoASH
乙酰乙酸 脱氢酶
NADH+H+
酮体的生成和利用
酮体的生成和利用酮体是脂肪酸在肝内分解氧化时的正常中间代谢产物，它包括乙酰乙酸、β-羟丁酸及丙酮三种有机物质。
其中β-羟丁酸含量较多，丙酮含量极微。
（1）酮体的生成以乙酰CoA为原料，在肝线粒体经酶催化先缩合，后再裂解而生成酮体，除肝之外，肾也含有生成酮体的酮体系。
酮体的合成过程可分三步进行。
①首先由两分子乙酰CoA在硫解酶的作用下缩合生成乙酰乙酰CoA，同时释放出一分子CoA-SH。
【反应式1】②然后，乙酰乙酰CoA再与一分子乙酰CoA结合生成6个碳的3-羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA），并释放出CoA-SH，此反应是由HMGCoA合成酶催化的，该酶在肝线粒体含量极高。
【反应式2】③乙酰乙酸被还原生成β-羟丁酸，该还原反应是由紧密结合在线粒体内膜上的β-羟丁酸脱氢酶（此酶在肝中活性极高）催化，还原反应所需的氢由NADH提供。
该反应速度取决于NADH／NAD+之比值。
部分乙酰乙酸还可缓慢地自发脱羧，亦可经乙酰乙酸脱羧酶催化脱羧生成丙酮。
【肝内酮体的生成】肝含有合成酮体的酶体系，故能生成酮体，但肝缺乏利用酮体的酶，因此不能氧化酮体，肝产生的酮体需经血液运输到肝外组织进一步氧化分解。
（2）酮体的利用酮体被氧化的关键是乙酰乙酸被激活为乙酰乙酸辅酶A，激活的途径有两种：一是在肝外组织细胞的线粒体内，β－羟丁酸经β－羟丁酸脱氢酶作用，被氧化生成乙酰乙酸，乙酰乙酸与琥珀酰CoA在β－酮脂酰CoA转移酶（β-ketoacyl CoA transferase）（3-氧酰CoA转移酶），即琥珀酰CoA；乙酰乙酸辅酶A转移酶催化下，生成乙酰乙酰CoA，同时放出琥珀酸。
另一途径是在有HSCoA和ATP存在时，由乙酰乙酸硫激酶催化，使乙酰乙酸形成乙酰乙酰辅酶A，后者再经硫解生成两分子乙酰CoA。
乙酰CoA进入三羧酸循环被彻底氧化。
【肝外组织对酮体的利用】丙酮不能按上述方式氧化，它可随尿排出。
丙酮易挥发，如血中浓度过高时，丙酮还可经肺直接呼出。
酮体的生成原理
酮体的生成原理酮体是一种在机体中生成的代谢产物，它是脂肪酸分解的中间产物。
当机体在糖类供应不足或无法被利用的情况下，酮体成为能量来源。
酮体的生成主要发生在肝脏中，这个过程被称为酮体发生。
酮体发生的主要原理是在摄入的食物中，低碳水化合物饮食或过度饥饿的情况下，机体无法从碳水化合物中获取足够的葡萄糖作为能量来源。
这时，身体需要寻找其他的能量来源以维持正常的生理功能。
脂肪是身体最富有储备的能量，因此机体选择将脂肪酸分解为能够被利用的化合物。
酮体生成的过程主要通过一系列的代谢途径进行。
首先，脂肪酸被催化为酮体前体物，即乙酰辅酶A（acetyl-CoA），这一反应发生在线粒体的酪氨酸裂解酶复合物中。
乙酰辅酶A可以进一步被氧化在环路中参与三羟基酪氨酸与甘氨酸的新合成。
之后，环路中的酯化酶催化乙酰辅酶A进一步转化为酮体，包括乙酰酶A羧化酶（acetoacetyl-CoA synthetase）和乙酰辅酶A避免酶（acetoacetyl-CoA thiolase）的作用。
此外，在这一过程中，酮体还需要参与某些辅酶的参与。
例如，乙酰酶A羧化酶需要辅酶A（CoA）的参与来催化酮体的合成。
辅酶A也在代谢过程中充当一种辅助物质，与其他代谢途径一起发挥重要作用。
酮体生成不仅限于肝脏，其他组织或器官也能产生酮体，如肌肉组织、肾脏和心脏等。
尤其在长时间的锻炼或饥饿状态下，肌肉组织会大量分解脂肪酸，生成大量的乙酰辅酶A，最终产生酮体。
这个过程被称为运动性酮症。
酮体在体内发挥重要的生理功能。
首先，它们在低血糖状态下可以被大脑利用为能量来源，从而维持脑功能运转。
此外，酮体也能提供给心肌和肌肉组织能量，保持这些组织的正常功能。
同时，酮体还具有抗氧化、抗炎和抗肿瘤等保护机制，对一些疾病具有一定疗效。
总结起来，酮体的生成原理主要是在低碳水化合物或饥饿情况下，机体无法从葡萄糖中获取足够的能量，因而选择将脂肪酸分解为酮体作为能量来源。
酮体生成主要发生在肝脏中，通过一系列的代谢途径进行。
实验5：肝中酮体的生成(1071)
【思考题】 思考题】 洛克液、15%三氯乙酸溶液在实验中各有什么 洛克液、15%三氯乙酸溶液在实验中各有什么 作用？ 作用？ 洛克液起到营养的作用； 洛克液起到营养的作用； 15%三氯乙酸溶液可以终止反应的发生。 15%三氯乙酸溶液可以终止反应的发生。 三氯乙酸溶液可以终止反应的发生
【测试】 测试】 1.请写出酮体由哪些成分组成？ 1.请写出酮体由哪些成分组成？ 请写出酮体由哪些成分组成 酮体包括乙酰乙酸、 羟丁酸和丙酮。 酮体包括乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮。 2.酮体的利用特点？ 2.酮体的利用特点？ 酮体的利用特点 肝内生成，肝外利用。 肝内生成，肝外利用。 3.酮体生成的生理意义？ 3.酮体生成的生理意义？ 酮体生成的生理意义 酮体是肝脏输出能源物质的一种形式。 酮体是肝脏输出能源物质的一种形式。在 长期饥饿时，是脑和肌肉的主要能源物质。 长期饥饿时，是脑和肌肉的主要能源物质。
【原理】 原理】 肝细胞中有生成酮体的酶 能以乙酰CoA为原料 肝细胞中有生成酮体的酶，能以乙酰CoA为原料 乙酰CoA 合成酮体。本实验以丁酸作为底物， 合成酮体。本实验以丁酸作为底物，与新鲜肝 匀浆一起放入与体内相似的环境中， 匀浆一起放入与体内相似的环境中，也可以生 成酮体。判断酮体生成与否，可将反应液与显 成酮体。判断酮体生成与否， 色粉混合，酮体能与显色粉中的亚硝基铁氰化 色粉混合，酮体能与显色粉中的亚硝基铁氰化 钠反应，生成紫红色化合物。而将丁酸与肌匀 反应，生成紫红色化合物。 紫红色化合物 浆混合，放在同样的环境中则不能生成酮体， 浆混合，放在同样的环境中则不能生成酮体， 因此也不与显色粉反应。 因此也不与显色粉反应。
以丁酸为底物生成 酮体， 酮体，使显色粉变 为紫红色。 为紫红色。 中残余乙酰CoA为底物 化丁酸生成酮体， 为底物 化丁酸生成酮体， 中残余乙酰 显色粉无反应。 生成少量酮体， 生成少量酮体，使显色 显色粉无反应。 粉变为淡紫红色。 粉变为淡紫红色。
肝组织的生酮作用
肝组织的生酮作用一、实验目的：1、进一步深入理解脂肪酸代谢的过程。
2、了解处死实验动物的方法。
3、了解酮体检测的原理，验证肝的生酮能力。
二、实验原理：1.酮体的生成：乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮三者统称为酮体。
脂肪动员产生甘油和脂肪酸。
甘油进入糖代谢，脂肪酸与清蛋白结合在血液中运输至需要能源的组织细胞。
在葡萄糖严重缺乏时，脂肪酸大部运至肝脏合成酮体供给肝外组织利用。
在肝组织中，脂肪酸经β-氧化生成乙酰-CoA，乙酰-CoA可以经酮体合成酶系合成酮体。
丁酸是最简单的可进行β-氧化的脂肪酸。
本实验以丁酸为底物，对比验证肝匀浆和肌组织糜是否存在酮体合成酶系。
如果实验产生酮体，检酮粉可与乙酰乙酸、丙酮生成紫红色化合物，这样可以检测酮体的生成。
通过本实验可以证明肝脏是生成酮体的部位而肌肉不能合成酮体。
2.检酮粉的活性成分亚硝基铁氰化钠在不同条件下与醛、酮、胺、硫化物、SO2反应都可以显色，借此可检验样品中是否有酮体的存在。
三、实验步骤：1.取饥饿一天的小动物（兔、豚鼠、小白鼠等）1只，处死后迅速取出肝脏和一些骨骼肌。
将肝脏和骨骼肌剪碎后按每克组织加入5mL冷的1/15 mol/L、pH7.4磷酸缓冲液，在研钵中研磨为糜状。
2.取试管5支，编上号后按下表加入试剂。
3.将1-5管摇匀，静置5分钟，然后将1-4管液体分别过滤，留滤液。
4.将1-4管摇匀，静置5min后分别过滤。
取少量检酮粉加入白瓷板的多个孔中，分别加入1-4管滤液、第5管液体、乙酰乙酸溶液各1～2滴（将检酮粉湿润即可，不可过量），观察现象。
四、结果与分析：①1号孔和6号孔发生显色反应，产生紫红色，6号孔颜色更深；②2号孔也发生显色反应，但颜色很浅；③其余孔中物质没有发生颜色变化。
五、分析与讨论：1.处死小白鼠时要尽可能快速处死，这是因为处死小白鼠的过程中，小白鼠处于应激状态，体内激素水平会发生改变，如果时间过长，这些激素水平的改变可能会对实验结果产生影响。
酮体生成和意义 5组
的呕吐，重症子痫不能进食，消化吸收障碍等 尿酮体阳性。
氨基酸代谢能产生酮体
产生酮体的氨基酸：
亮氨酸、赖氨酸（生酮氨基酸）、色氨酸、苯丙氨酸、酪 氨酸、苏氨酸、异亮氨酸（生酮兼生糖氨基酸）
部位： 肝中产生酮体
脱氨基作用生成α—酮酸， α—酮酸进一步代谢，可转化 为酮体
所以需要血液运输到肝外组织氧化利用
意义
酮体是肝脏输出能源的一种形式。
酮体可通过血脑屏障，是肌肉尤其是脑组织的重 要能源。
酮体利用的增加可减少糖的利用，有利于维持血 糖水平恒定，节省蛋白质的消耗。
多种因素调节
拓展
糖尿病性酮尿： 仅见于重型糖尿病晚期，是酮症酸中毒的前
兆。
非糖尿病性酮尿： 儿童，可因为发热，严重呕吐，腹泻，未能进
酮体的生成和意义
5组成员
酮体：乙酰乙酸β-羟丁酸及丙酮
原料：脂质分解过程产生的乙酰CoA 部位：肝线粒体 过程：4步
肝内酮体的生成
第一步：
第二步
第三步
HMG-COA
HMG-COA裂解酶
CH3COCH2COOH +
乙酰乙酸
乙酰CoA
第四步
酮体在肝外组织的氧化利用
肝组织有活性较强的酮体合成系 肝缺乏利用酮体的酶
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实验5：肝中酮体生成(1071)_附件
准。
5.蒸馏水取用四人一小管，每管接水到1/3处。
【思考题】 洛克液、15%三氯乙酸溶液在实验中各有什么 作用？
洛克液起到营养的作用；
15%三氯乙酸溶液可以终止反应的发生。
【测试】
1.请写出酮体由哪些成分组成？
酮体包括乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮。
2.酮体的利用特点？ 肝内生成，肝外利用。 3.酮体生成的生理意义？ 酮体是肝脏输出能源物质的一种形式。在 长期饥饿时，是脑和肌肉的主要能源物质。
合成酮体。本实验以丁酸作为底物，与新鲜肝
匀浆一起放入与体内相似的环境中，也可以生混合，酮体能与显色粉中的亚硝基铁氰化 钠反应，生成紫红色化合物。而将丁酸与肌匀 浆混合，放在同样的环境中则不能生成酮体， 因此也不与显色粉反应。
【实践操作】 取3支小试管，在上端标注学号、管号，如下操作 加入物 （滴） 1 2 3 洛克液 15 15 15 — 0.5mol/L丁酸溶液 30 30 Ph7.6磷酸缓冲液 15 15 15 — 肝匀浆 20 20 — — 肌匀浆 20 — — 蒸馏水 30 0.02%甲烯蓝溶液 10 10 10 将各管混匀后置３７度水浴40分钟。 15%三氯乙酸溶液 20 20 20 混匀后离心5分钟，用滴管取各管上清液置反应板中。 显色粉一小匙（克） 0.2 0.2 0.2 白色 结果（颜色反应） 紫红色 淡紫红色 结果分析 肝脏中酶的催化下 肝脏中酶的催化下以肝 肌肉中的酶不能催
3. 酮体生成的生理意义
• 酮体是肝脏输出能源物质的一种形式。在长期饥 饿时，是脑和肌肉的主要能源物质。
【原理】
肝匀浆
丁酸
肌匀浆
√ 酮体 ×
β-羟丁酸 乙酰乙酸 丙酮
显色粉
紫红色化合物
观察显色粉发生的颜色变化，判定在酶的作用 下是否有酮体的生成。
酮体的生成及氧化
酮体的生成及氧化
酮体的生成主要是由于葡萄糖供应不足时的脂肪代谢产生的。
当人体的葡萄糖供应不足时（如长时间不进食、低碳水化合物饮食等），机体会启动脂肪酸的代谢过程，将脂肪酸分解为乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）分子。
乙酰辅酶A进一步被酶催化，通过某些代谢途径转化为酮体。
在线粒体内，乙酰辅酶A可以通过某些酶如乙酰辅酶A酯酶（thiolase）和羟基甲酰-CoA裂合酶（HMG-CoA裂合酶）分
解为乙酰乙酸（Acetoacetic acid）。
乙酰乙酸可以通过酮酸转
移酶（ketothiolase）脱羟基形成醋酸（Acetone）和乙酰酸（Acetic acid）。
醋酸和乙酰酸都是酮体的一部分。
这些生成的酮体（包括乙酰乙酸、醋酸和乙酰酸等）会进入血液，被运输到其他组织和器官来供能。
其中，醋酸和乙酰酸可以进入肝脏代谢，通过HMG-CoA合酶的作用转化成乙酰辅
酶A，进一步供能或参与其他代谢途径。
酮体氧化主要发生在肝脏内线粒体中。
乙酰乙酸在线粒体内转化为乙酰辅酶A，然后通过三羧酸循环（TCA循环）进一步
代谢产生ATP。
同时，酮体氧化还能提供重要的能量来源给
中枢神经系统，特别是在长时间的低碳水化合物饮食下。
总的来说，酮体的生成是因为葡萄糖供应不足时的脂肪代谢产生的，它们可以通过代谢途径转化为乙酰辅酶A，供能给机体各个组织，特别是中枢神经系统。
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实验五肝中酮体的生成
一、课堂目标
1．说出酮体在体内生成的必要条件及过程
2．注意观察比较和记录实验结果，分析原因，得出明确的结论
3．深入理解为什么酮体的生成是肝特有的功能
二、原理
酮体是乙酰乙酸，β—羟丁酸和丙酮三种物质的总称。
肝脏中含有合成酮体的酶
系，用丁酸作为底物与新鲜的肝匀浆混合后保温，即有酮体生成，酮体与含亚硝基铁
氰化钠的显色粉作用产生紫红色化合物。
经同样处理的肌匀浆，因缺乏酮体生成的酶
则不产生酮体，无显色反应。
通过本实验能证明酮体生成部位。
三、试剂
1．生理盐水
2．洛克溶液氯化钠0．9克、氯化钾0．042克、氯化钙0．024克、碳酸氢钠0．02 克、葡萄糖0．1克，将以上物质混合溶于水中，溶解后加入蒸馏水至100毫升。
3．0．5摩尔／升丁酸溶液取44．0克丁酸溶于0．1摩尔／升氢氧化钠溶液中，并用0．1摩尔／升氢氧化钠稀释至100毫升。
4．0．1摩尔／升磷酸缓冲液(pH7．6) 准确称取磷酸氢二钠7．74克和磷酸二氢
钠0．897克，用蒸馏水稀释至500毫升，精确测定pH值。
5．15％三氯醋酸溶液
6．显色粉亚硝基铁氰化钠
四、器材
试管及试管架、滴管，解剖剪刀、搅拌机、恒温水浴箱、台式天平、离心机、小药匙。
五、操作
1，肝匀浆和肌匀浆的制备；取家兔一只，处死后迅速取出肝和大腿肌肉
各约10克，分别放入搅拌机磨成浆，然后各加入生理盐水20毫升混匀，过滤，备用。
2．取试管4支，标号，按下表操作
3．将各管摇匀后，置入37℃水浴中保温40~50分钟。
4．取出各管，各加入15％三氯醋酸10滴，混匀，离心5分钟(3000转／分)。
5．分别取出上述各管上清液，放入显色粉一小匙，观察和记录所产生的颜色反应，并分析结果。
六、实验报告
2．简答
(1) 何谓酮体? 酮体在何处生成? 何处利用? 为什么?
(2) 酮体生成有何生理意义?
实验日期：____月 ____日评分____________ 评改老师___________。