第5章糖代谢new.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,新陈代谢总论,一.新陈代谢总论,（一）新陈代谢,1.概念,：,2.作用,：,3.特点,：,4.实质,：,新陈代谢的概念,生物体一方面从环境中摄取食物作为营养物质，另一方面将自身的物质分解成为废物，排泄到环境中去的过程称为新陈代谢或物质代谢,。,新陈代谢,合成代谢,（同化作用）,生物小分子合成生物大分子,需要能量,分解代谢,（异化作用）,释放能量,生物大分子分解为生物小分子,能量代谢,物质代谢,能量代谢：伴随生物体内的物质代谢所发生的一切能量,的产生、转化和利用过程,。,新陈代谢的作用,1.生物体通过新陈代谢获得它所必需的能量。,2.通过新陈代谢建造和修复生物体。,3.通过新陈代谢完成遗传信息的储存、传递和表达，使生物体繁衍生息,。,新陈代谢的特点,.由多步化学反应组成各反应间有严格的顺序且相互配合。,.在比较温和的条件下进行，绝大多数反应由酶催化。,.新陈代谢作用有高度灵敏的自我调节,。,新陈代谢的实质,是错综复杂的化学反应相互配合、彼此协调，对周围环境高度适应而成的一个有规律的总过程,。,物质代谢的各个阶段,食物等进入机体，在消化道内转化成没有种属差异的、比较简单易溶于水的物质。,被消化的物质一方面进行合成代谢，变成组织成分，另一方面进行分解代谢放出能量，最终成为终产物。组织成分也可分解放能，变为终产物。,终产物排出体外。,（二）新陈代谢研究方法,.活体内-活体外实验,.同位素示踪法,.代谢途径阻断,（三）生物体内能量代谢基本规律,服从热力学定律。,热力学第一定律；热力学第二定律（熵；自由能：,G,）,G=H-TS,（,G,：自由能变化；,H：总热能变化；S,：总体熵的改变）,G，体系的反应能自发进行；,G，体系的反应不能自发进行；,G，体系处于平衡状态。,G,：标准自由能变化（G,）,（四）高能化合物与ATP的作用,高能化合物：,高能磷酸化合物：,高能化合物的种类：,ATP的作用,）能量代谢的偶联剂,）能量的携带者或传递者,第五章 糖代谢,糖类是自然界分布最广的物质，糖代谢为生物体提供重要的碳源与能源。已知1克G分解可释放16.74kJ 能量。人体每天所需能量的60%来自糖类。,糖类代谢的中间产物可为氨基酸、核苷酸、脂肪酸、类固醇的合成提供碳原子或碳骨架。,糖代谢,指糖在生物体内的,分解代谢,与,合成代谢,。,分解代谢,：指大分子糖经酶促降解生成小分子单糖后，进一步氧化分解成CO,2,和H,2,O，并放出Q的化学过程。,合成代谢：,指绿色植物和光合微生物利用CO,2,和H,2,O合成G并释放O,2,，由G进一步合成淀粉。对于人类和动物来说，则是利用G合成糖原，或利用非糖物质转化成糖。,H,OH,OH,H,一.多糖和低聚糖的酶促降解,1.淀粉的酶促水解：,淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成。,能够水解淀粉的酶称为淀粉水解酶。,-淀粉酶：内切酶，以随机方式水解-1,4-糖苷键，使淀粉水解为分子质量大小不等的糊精。液化酶,-淀粉酶：直链淀粉的端切酶，仅作用于链的非还原性末端，每次切下两个G单位。糖化酶,G淀粉酶：外切酶，将淀粉链端基G水解下来，最终可以将淀粉完全水解成为G。,-1,6-糖苷酶：特异性水解-1,6-糖苷键的淀粉酶。,淀粉糊精麦芽糖G,一.多糖和低聚糖的酶促降解,淀粉（糖元）在细胞内的降解是经,磷酸化酶,的磷酸解作用生成G-1-P。将其完全水解需要寡聚1,41,4G转移酶和脱支酶协同作用完成。,2.纤维素的酶促水解,纤维素D-G（纤维素酶和纤维二糖酶）,3.双糖的酶水解,蔗糖D-G+D-F（蔗糖酶）,乳糖D-G+D-半乳糖（半乳糖酶）,麦芽糖2D-G（麦芽糖酶）,蔗糖酶、半乳糖酶、麦芽糖酶等都是糖苷酶类。,4.单糖的吸收,小肠能直接吸收单糖，各种单糖吸收率：,D-半乳糖D-G D-F D-甘露糖D-木糖D-阿拉伯糖,血糖：血液中的G。正常人空腹血糖浓度为80-120mg/dl。低于70 mg/dl患低血糖昏迷；高于160 mg/dl为糖尿病。,肝糖元对维持血糖恒定具有重要作用。,二.糖的分解代谢,生物体内G（糖元）的分解代谢有三条途径：,（1）无氧条件下G（糖元）经酵解生成乳酸,（2）有氧条件下G（糖元）最后经三羧酸循环彻底氧化为水和二氧化碳。,（3）G（糖元）经戊糖磷酸循环被氧化为水和二氧化碳,（一）糖的无氧酵解,G经酶催化作用，降解生成丙酮酸并伴随生成ATP的过程叫糖酵解。此过程在细胞液中进行，是动、植物和微生物细胞中G分解的共同代谢途径。,在人体组织中G经无氧分解生成乳酸的过程和酵母菌使G生醇发酵的过程基本相同。,乳酸 糖酵解,G丙酮酸,乙醛乙醇 生醇发酵,糖的无氧酵解发现历史,1、1875 法国 L.Pasteur：糖在无氧条件下可被酵母发酵为乙醇。,2、1897 德国 Buchers:发酵可在无细胞体系中进行。,3、1905 Arthur Harden与William Yang:在实验室证实了磷酸基团的作用。,4、1940 德国 Gustar Embden和Otto Meyerhaf 等：阐明了整个酵解途径。糖酵解因此被称为Embden-Meyerhaf 途径，简称 EMP。,1.,糖酵解过程,包括12（13）个步骤，由11个酶连续催化，为叙述方便划分为4个阶段：,第一阶段：己糖磷酸酯的生成,3（4）步,（1）G+ATPG-6-P+ADP （,G激酶，,Mg,+,）,（2）G-6-P F-6-P （己糖磷酸,异构酶）,（3）F-6-P+ATPF-1,6-P+ADP （,F磷酸激酶，,Mg,+,）,第二阶段：丙糖磷酸的生成,2步,（4）F-1,6-P 磷酸二羟丙酮+甘油醛-3-P（,醛缩酶,）,（5）磷酸二羟丙酮甘油醛-3-P（丙糖磷酸,异构酶,）,糖酵解,第三阶段：甘油醛-3-P生成丙酮酸,6步,（6）甘油醛-3-P+NAD,+,+磷酸甘油酸1,3-二磷酸+NADH+H,+,（,甘油醛-3-P脱氢酶,）,（7）甘油酸1,3-二磷酸+ADP 甘油酸-3-P+,ATP,（甘油酸磷酸激酶，,Mg,+,）,（8）甘油酸-3-P 甘油酸-2-P（甘油酸磷酸,变位酶,）,（9）甘油酸-2-P 磷酸烯醇式丙酮酸（烯醇化酶，,Mg,+,）,（10）磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 烯醇式丙酮酸+,ATP,（丙酮酸激酶，,Mg,+,）,（11）烯醇式丙酮酸,丙酮酸,第四阶段：丙酮酸还为乳酸,1步,（12）,丙酮酸NADH+H,+,乳酸+NAD,+,（,乳酸脱H酶,）,反应步骤,（1）葡萄糖磷酸化形成G-6-P,（1）葡萄糖磷酸化形成G-6-P,反应基本不可逆，调节位点，EMP限速步骤之一。G,0,=-4.0Kcal/mol使Glc活化，并以G-6-P形式将Glc限制在细胞内。,催化此反应的,激酶,：已糖激酶和葡萄糖激酶。,该反应耗能，由ATP提供，并将一个磷酸基团转至葡萄糖上。磷酸化的葡萄糖被限制在细胞内，这是细胞的一种保糖机制。Mg,2+,是必须的阳,离子.,关于两种激酶：,激酶：催化ATP分子的磷酸基（r-磷酰基）转移到底物上的酶称激酶，一般需要Mg,2+,或Mn,2+,作为辅因子，底物诱导的裂缝关闭现象似乎是激酶的共同特征。,已糖激酶：专一性不强，可催化Glc、Fru、Man（甘露糖）磷酸化。己糖激酶是酵解途径中第一个调节酶，被产物G-6-P强烈地别构抑制。与底物结合时构象发生变化,葡萄糖激酶：对Glc有专一活性，存在于肝脏中，不被G-6-P抑制。Glc激酶是一个诱导酶，由胰岛素促使合成。,肌肉细胞中已糖激酶对Glc的Km为0.1mmol/L，而肝中Glc激酶对Glc的Km为10mmol/L，因此，平时细胞内Glc浓度为5mmol/L时，已糖激酶催化的酶促反应已经达最大速度，而肝中Glc激酶并不活跃。进食后，肝中Glc浓度增高，此时Glc激酶将Glc转化成G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞中。,G-6-P异构化为F-6-P,、该反应的标准自由能变化很小，反应可逆，反应方向由底物与产物的含量水平控制。,、反应由磷酸Glc异构酶催化，将葡萄糖的羰基C由C1移至C2，为C1位磷酸化作准备，同时保证C2上有羰基存在，这对分子的断裂，形成三碳物是,必需的,。,F-6-P磷酸化，生成F-1.6-2P,此反应在体内不可逆，调节位点，由磷酸果糖激酶（phosphofructokinase，PFK）催化。磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的第二个调节酶。,该反应耗能，由ATP提供,Mg,2+,是必须的阳,离子,F-1.6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）,该反应由醛缩酶（aldolase）催化，可逆,F-1.6-2P发生裂解，C-3和C-4之间的键断裂，生成甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮,该反应在热力学上不利，但是，由于具有非常大的G,0,负值的F-1.6-2P的形成及后续甘油醛-3-磷酸氧化的放能性质，促使反应正向进行。同时在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右,进行,。,磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成3-磷酸甘油醛,由磷酸丙糖异构酶催化。,已糖转化成3-磷酸甘油醛后，C原子编号变化：F-1.6-P的C,1,-P、C,6,-P都变成了3-磷酸甘油醛的C,3,-P,碳原子编号的,变化,3-磷酸甘油醛氧化成1.3二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛氧化成1.3二磷酸甘油酸,由磷酸甘油醛脱氢酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase）催化，可逆。3-磷酸甘油醛脱氢酶是一种巯基酶，半胱氨酸上的巯基是活性中心，具四个相同,亚基。,此反应为氧化反应，脱下的氢由NAD,+,接受，形成NADH+H,+,又是磷酸化反应，氧化反应的能量驱动磷酸化反应的进行。反应放出的能量储存于1.3二磷酸甘油酸中，形成一个高能磷酸化合物。在下一步酵解反应中，保存在酸酐化合物中的能量可以使得ADP变成ATP。,碘乙酸可与酶的-SH结合，抑制此酶活性，砷酸能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸化作用解偶连（生成3-磷酸,甘油酸,）,13二磷酸甘油酸转化成3磷酸甘油酸和ATP,由磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase)催化，可逆。,Mg,2+,是必须的阳离子。,这是酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解过程中第一次产生ATP的反应。,从一个高能化合物（例如1,3-二磷酸甘油酸），将磷酰基转移给ADP形成ATP的过程称为底物水平磷酸化作用，即ATP的形成直接与一个代谢中间物上的磷酰基转移相耦联。,底物水平磷酸化不需要氧，是酵解中形成ATP的机制。,一分子Glc产生二分子三碳糖，共产生2ATP。这样可抵消Glc在两次磷酸化时消耗的,2ATP,。,3磷酸甘油酸转化成2磷酸甘油酸,由磷酸甘油酸变位酶（phosphoglycerate mutase）催化，可逆。,变位酶是一种催化一个基团从底物分子的一个部分转移到同分子的另一部分的异构酶。,磷酰基从C,3,移至C,2,。,Mg,2+,是必须的阳,离子,。,2磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,由烯醇化酶（enolase）催化，可逆,Mg,2+,或Mn,2+,是必须的阳离子。,2磷酸甘油酸中磷脂键是一个低能键（G=-17.6Kj/mol）而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇键是高能键（G=-62.1Kj/mol），因此，这一步反应显著提高了磷酰基的转移,势能。,磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和烯醇式丙酮酸,不可逆，调节位点。,由丙酮酸激酶（pyruvate kinase）催化，丙酮酸激酶是酵解途径的第三个调节酶。,这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化反应，磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP，生成ATP和丙酮酸。,K,+,、Mg,2+,或Mn,2+,是必须的阳,离子,。,烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸,为分子内重排反应。,非酶促反应。,与酶结合的烯醇式丙酮酸异构化形成更稳定的丙酮酸，丙酮酸是酵解中第一个不再被磷酸化的化合物。,酵解进行到这一步，除了净生成2分子ATP外，还使得2分子的NAD,还原为NADH。,葡萄糖2ADP2NAD,2Pi2丙酮酸2ATP2NADH2H,2H,2,O,糖酵解,2.生醇发酵,第四阶段：丙酮酸还为乙醇,2步,（12）,丙酮酸乙醛+二氧化碳（脱羧酶）,（13）乙醛+NADH+H,+,乙醇（乙醇脱H酶）,3.从G到丙酮酸间的中间产物全部是磷酸化合物，为什么？,（1）提供一个负电荷基团。,（2）使反应产物不能透过细胞膜，反应在胞液中进行。,（3）贮存能量。,4.糖酵解的反应类型,（1）磷酸转移 （1，3，7，10）,（2）磷酸移位 （8）,（3）异构化 （2，5）,（4）脱水 （9）,（5）醇醛断裂 （4）,（6）氧化还原 （6，12）,5.酵解的生理意义,(1,)酵解为单糖分解代谢的一条最重要的基本途径。,(2)酵解能提供能量使机体或组织有效地适应缺氧情况。,(3)酵解为某些组织或细胞的主要获能方式.,(4)酵解是葡萄糖完全氧化分解成水与CO,2,的必要准备阶段。,6.能量计算,是一放能反应，净生成2(3)摩尔ATP。,G2乳酸 G=-196kJ/mol,糖原（G）2乳酸 G=-183kJ/mol,在体内G2乳酸的过程中机体以ATP生成方式捕获能量，一个ATP获能-30.54kJ，故以热能释放的能量为134.97kJ.,G酵解获能效率=（-30.54*2/-196）*100%=31%,糖原酵解获能效率=（-30.54*3/-183）*100%=49.7%,7、糖酵解的调节,7、糖酵解的调节,糖酵解过程有三步不可逆反应，分别由三个调节酶（别构酶）催化，调节主要就发生在三个部位：,（1）已糖激酶调节,别构抑制剂（负效应调节物）：,G6P和ATP,别构激活剂（正效应调节物）：,ADP,（2）磷酸果糖激酶调节,该酶催化的此反应为糖酵解的关键限速步骤,抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和H,+,激活剂：AMP、F2.62P,ATP：细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。,柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。,H,+,：可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒。,（3）,丙酮酸激酶调节,抑制剂：,乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala、ATP,激活剂：,F-1,6-P,8、丙酮酸的去路,EMP在不同生物、不同组织、不同细胞中极其相似，但丙酮酸的去路却各不相同，影响其去路的主要因素是能否获得O,2。,1、进入三羧酸循环,2、生成乙醇：乙醇发酵（酒精发酵）,3、生成乳酸：乳酸发酵,4、丙酮酸进行糖异生,9、其它单糖进入糖酵解途径,除葡萄糖外，其它单糖也可进行酵解,各种单糖进入糖酵解的途径简介:,(1)糖原降解产物G1P,(2)D果糖,(3)D半乳糖,(4)D甘露糖,糖原降解产物G1P,果糖可以转换为甘油醛-3-磷酸,半乳糖可被转换为葡萄糖-1-磷酸,甘露糖可转换为果糖-6-磷酸,(二)糖的有氧分解,从已糖分解到乳酸或丙酮酸仅释放少量的能。大部分生物糖代谢是在有氧条件下进行的，糖的有氧分解代谢实际上是糖无氧分解代谢的继续。,从丙酮酸生成后，糖的无氧酵解与有氧氧化才开始有了分歧，糖的有氧氧化实际上是丙酮酸如何被氧化的问题。,糖的有氧代谢：是从G到丙酮酸再经三羧酸循环，最后彻底氧化成CO,2,和H,2,O，并释放出大量能量的一系列连续反应。,丙酮酸以后的氧化都在线粒体上进行。,1.丙酮酸脱羧生成乙酰CoA,、反应在真核细胞的线粒体基质中进行，丙酮酸必须通过线粒体上的载体进入线粒体内。,、无论是在原核生物，还是在真核生物中，丙酮酸转化为乙酰CoA和CO,2,，都是由一些酶和辅酶构成的一个丙酮酸脱氢酶复合物催化。,、生成的乙酰CoA进入TCA彻底氧化，还可为需要乙酰化的物质提供乙酰基。,、这是连接糖酵解与TCA的中心环节，是不可逆的关键步骤。,丙酮酸脱H酶系,丙酮酸脱氢酶复合物的构成：丙酮酸脱氢酶（pyruvate dehydrogenase）（E,1,）、二氢硫辛酸转乙酰酶（dihydrolipoamide transferase）（E,2,）和二氢硫辛酸脱氢酶（dihydrolipoamide dehydrogenase）（E,3,）三种酶，以及TPP（焦磷酸硫胺素）、CoASH、硫辛酸、FAD、NAD,和Mg,2+,6种辅助因子组成的。,催化丙酮酸进行可逆的氧化与脱羧反应，并与辅酶A结合形成乙酰辅酶A。,丙酮酸+辅酶A+NAD,+,乙酰辅酶A+,NADH+H,+,E.coli丙酮酸脱氢酶复合体,分子量：4.510,6,，直径45nm，比核糖体稍大。,酶 辅酶 亚基数 亚基分子量,丙酮酸脱羧酶（E,1,）TPP 24 96，000,二氢硫辛酸转乙酰酶（E,2,）硫辛酸 24 65，000-70，000,二氢硫辛酸脱氢酶（E,3,）FAD、NAD,+,12 56，000,此外，还需要CoA、Mg,2+,作为辅因子,反应步骤,（1）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP,（2）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E,2,）使羟乙基氧化成乙酰基,（3）E,2,将乙酰基转给CoA，生成乙酰-CoA,（4）E,3,氧化E,2,上的还原型二氢硫辛酸,（5）E,3,还原NAD,+,生成NADH,丙酮酸脱氢酶系的活性调节,从丙酮酸到乙酰CoA是代谢途径的分支点，此反应体系受到严密的调节控制，此酶系受两种机制调节：,（1）可逆磷酸化的共价调节,丙酮酸脱氢酶激酶（EA）（可被ATP激活）,丙酮酸脱氢酶磷酸酶（EB）,磷酸化的丙酮酸脱氢酶（无活性）,去磷酸化的丙酮酸脱氢酶（有活性）,（2）别构调节,ATP、CoA、NADH是别构抑制剂,ATP抑制E,1,CoA抑制E,2,NADH抑制E,3,2.三羧酸循环,概念：乙酰辅酶A的乙酰基在有氧的条件下通过一种循环被彻底氧化成CO,2,和H,2,O，这种循环称为三羧酸循环(柠檬酸循环)。,由H.A.Krebs首先提出,三羧酸循环不仅是糖有氧分解代谢的途径，也是机体内一切有机物的碳链骨架氧化成CO,2,的必经途径。,3.三羧酸循环的步骤,(1)乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,由柠檬酸合成酶,（citrate synthase，,也称柠檬酸缩合酶）催化的缩合反应，不可逆。,先形成中间产物柠檬酰CoA，其高能硫酯键水解，生成柠檬酸，放出能量，推动反应进行。,为TCA的第一个限速步骤，柠檬酸合成酶为TCA中第一个调节酶：受ATP、NADH、琥珀酰CoA、和长链脂肪酰CoA的抑制；受乙酰CoA、草酸乙酸激活。,(2)柠檬酸转化成手性分子异柠檬酸,由,顺乌头酸酶,（aconitase）催化，可逆。,柠檬酸上的羟基是个叔醇，无法进一步被氧化。柠檬酸需转变成异柠檬酸，将不能被氧化的叔醇，转化成可被氧化的仲醇。,顺乌头酸酶是个含铁的非血红素蛋白，Fe,2+,为必须阳离子。,(3)异柠檬酸氧化生成-酮戊二酸和CO,2,这是TCA中四个氧化还原反应的第一个，是由异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase）催化，不可逆。,脱氢形成不稳定的-酮酸草酰琥珀酸，后者经非酶催化的脱羧作用生成a-酮戊二酸和CO,2,。,Mg,2+,、Mn,2+,为必须阳离子。,TCA的第二个限速步骤。,线粒体内有二种异柠檬酸脱氢酶，一种以NAD,+,为电子受体，另一种以NADP,+,为受体。前者只在线粒体中，后者在线粒体和胞质中都有,。,(4)-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA和NADH,由-酮戊二酸脱氢酶复合物（a-ketoglutarate dehydrogenase complex）催化，不可逆。,-酮戊二酸脱氢酶复合物为多酶复合体，与丙酮酸脱氢酶复合物相似（先脱羧，后脱氢）：包括a-酮戊二酸脱氢酶（a-ketoglutarate dehydrogenase）（E,1,，含有TPP），二氢硫辛酰胺琥珀酰转移酶（dihydrolipoamide succinyl transferase）（E,2,，含有硫辛酰胺），和二氢硫辛酰胺脱氢酶（dihydrolipoamide dehydrogenase）（E,3.,，含有黄素蛋白）及六种辅因子。,TCA中第二次氧化脱羧，以NAD,+,为受氢体，产生第二个CO,2,。,-酮戊二酸氧化释放的能量储存于琥珀酰,CoA,的高能硫酯键中。,TCA的第三个限速步骤。,(5)琥珀酰CoA生成琥珀酸和GTP,琥珀酰CoA合成酶（succinyl-CoA synthetase）（或称琥珀酸硫激酶）催化，可逆。,TCA中唯一的底物水平磷酸化反应。,琥珀酰CoA的硫酯键水解释放出很多自由能：,在高等植物和细菌中，硫酯键水解释放出的自由能，可直接合成ATP。,在哺乳动物中，先合成GTP，然后在核苷二磷酸激酶的作用下，GTP转化成ATP。也可直接形成ATP。,(6)琥珀酸脱氢生成延胡索酸,琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase）催化，可逆。,TCA中第三次氧化，以FAD为受氢体。,琥珀酸脱氢酶是TCA循环中唯一嵌入线粒体内膜的酶。,琥珀酸脱氢酶具立体专一性，只能形成反丁烯二酸（延胡索酸），而非顺丁烯二酸（马来酸）。,丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，可阻断三羧酸循环。,(7)延胡索酸水化生成L-苹果酸,延胡索酸酶（fumarase）（延胡索酸水化酶（fumarate hydratase）催化，可逆。,延胡索酸酶具有立体异构特性，-OH只加入延胡索酸双键的一侧，因此只形成L-型苹果酸。,(8)L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸和NADH,苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase）催化，可逆。,这是柠檬酸循环的最后一个反应，也是循环中的第4步氧化还原反应，以NAD,为 受氢体。,平衡有利于逆反应，但生理条件下，反应产物草酰乙酸不断合成柠檬酸，其在细胞中浓度极低，少于10,-6,mol/L，使反应向右进行。,33,三羧酸循环步骤总结,第一阶段：C2+C4C6（三羧酸）2步,(1)乙酰辅酶A+草酰乙酸+水柠檬酸+辅酶A(,柠檬酸合成酶,),(2)柠檬酸 顺乌头酸+水（顺乌头酸酶）,(2)顺乌头酸+水 异柠檬酸（顺乌头酸酶）,第二阶段：C6 C4,(3)异柠檬酸+NAD,+,草酰琥珀酸+,NADH,+H,+,（,异柠檬酸脱H酶,Mg,+,）,(3)草酰琥珀酸 -酮戊二酸+,CO,2,（,异柠檬酸脱H酶,Mn,+,）,(4)-酮戊二酸+NAD,+,+辅酶A 琥珀酰辅酶A+,CO,2,+NADH,+H,+,（,-酮戊二酸脱H酶系,）,三羧酸循环,(5)琥珀酰辅酶A+磷酸+GDP琥珀酸+,GTP,+辅酶A（琥珀酸硫激酶，Mg,+,）,GTP,+ADP ATP+GDP,第三阶段：C4的草酰乙酸重新生成,(6)琥珀酸+FAD 延胡索酸+,FADH,2,（琥珀酸脱H酶）,(7)延胡索酸+水苹果酸（延胡索酸酶）,(8)苹果酸+NAD,+,草酰乙酸+,NADH+H,+,（苹果酸脱H酶）,4.三羧酸循的生物学意义,（1）是机体内重要的供能途径,（2）是糖、脂、蛋白质三大物质转化枢纽,（3）三羧酸循环的中间产物是其它物质的合成原料,（4）三羧酸循环中的有机酸既是物质氧化基质，又是生物体一定器官的积累物,（5）是机体呼出二氧化碳的来源,5.糖有氧分解中的能量变化,每摩尔G在机体内彻底氧化时，净生成38molATP。,1molNADH生成3molATP,1molFADH,2,生成2molATP,G有氧分解产生2867.48kJ/mol能量,能量利用率为：(38*30.54/2867.48)*100%=42%,反应,酶,产生ATP方式,ATP数量,合计,糖,酵,解,已糖激酶,-1,8,磷酸果糖激酶,-1,磷酸甘油醛脱氢酶,NADH呼吸链氧化磷酸化,23,磷酸甘油酸激酶,底物水平磷酸化,21,丙酮酸激酶,底物水平磷酸化,21,T,C,A,丙酮酸脱氢酶复合物,NADH,23,30,异柠檬酸脱氢酶,NADH,23,-酮戊二酸脱氢酶复合物,NADH,23,琥珀酸脱氢酶,FADH,2,22,苹果酸脱氢酶,NADH,23,琥珀酰CoA合成酶,底物水平磷酸化,21,糖有氧分解代谢能量的产生,6、有氧氧化的调节,(1)糖酵解和有氧氧化之间的互相调节巴斯德效应：,有氧氧化抑制糖酵解的现象。,反巴斯德效应：,有些正常组织细胞如视网膜,小肠粘膜,粒细胞及多种癌细胞，在充分供给葡萄糖时，不论有氧与否，都进行很强的酵解反应。而有氧氧化反而相应降低。,(2)通过改变酶活性进行的调节,A、影响糖酵解关键酶的因素也影响有氧氧化。,B、丙酮酸脱氢酶复合体可通过变构效应和共价修饰进行快速调节。,乙酰CoA和NADH+H,+,对酶有反馈抑制作用；丙酮酸脱氢酶激酶可使之磷酸化而失活。,C、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和a-酮戊二酸脱氢酶是三羧酸循环速率的调节点。,柠檬酸合酶（限速酶）,受ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA抑制。,受乙酰CoA、草酰乙酸激活。,异柠檬酸脱氢酶,NADH、ATP可抑制此酶。,ADP可活化此酶，缺乏ADP时酶失去活性。,-酮戊二酸脱氢酶,受NADH和琥珀酰CoA抑制。,（三）乙醛酸循环三羧酸循环支路,概念：乙醛酸循环（glyoxylate cycle）是通过一分子乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸，经异柠檬酸，由异柠檬酸裂解酶裂解成乙醛酸和琥珀酸。琥珀酸经脱氢、水化、脱氢生成草酰乙酸，补偿开始消耗掉的草酰乙酸。乙醛酸与另一分子乙酰CoA缩合成苹果酸，脱氢生成草酰乙酸。,乙醛酸循环,植物中，乙醛酸循环只存在于子苗期，而生长后期则无乙醛酸循环。,过量的草酰乙酸可以糖异生成Glc，因此，乙醛酸循环可以使脂肪酸的降解产物乙酰CoA经草酰乙酸转化成Glc，供给种子萌发时对糖的需要。,哺乳动物及人体中，不存在乙醛酸循环，因此，乙酰CoA不能在体内生成糖和氨基酸。,1.过程（利用乙酸合成乙酰CoA）,(1)丙酮酸+辅酶A+NAD,+,乙酰辅酶A,+NADH+H,+,(丙酮酸脱氢酶系),(2),乙酰辅酶A,+草酰乙酸+水柠檬酸+辅酶A(柠檬酸合成酶),(3)柠檬酸 顺乌头酸+水（顺乌头酸酶）,(4)顺乌头酸+水 异柠檬酸（顺乌头酸酶）,(5)异柠檬酸 琥珀酸+,乙醛酸,（,异柠檬酸裂解酶,）,(6,)乙醛酸,+,乙酰辅酶A+,水 苹果酸（,苹果酸合成酶,）,(7)苹果酸+NAD,+,草酰乙酸+NADH+H,+,（苹果酸脱H酶）,2.乙醛酸循环的总反应：,2乙酰CoA+NAD,+,+2H,2,O 琥珀酸+2CoA+NADH+2H,+,3.生物学意义,（1）补充三羧酸循环的中间产物,（2）植物和微生物体内使脂肪转变为糖,（四）戊糖磷酸循环,碘乙酸,处理抑制糖酵解或用,丙二酸,抑制三羧酸循环，细胞内G有一部分氧化。,1954年Horecker,1955年Gunsalus等人发现戊糖磷酸循环,（,pentosephosphate pathway）也称己糖磷酸支路（hexosephosphate shunt，HMS）。,戊糖磷酸途径主要在肝脏、乳腺、脂肪组织、肾皮质和红细胞的细胞质中进行。,主要特点是产生NADPH和戊糖。,NADPH是生物合成中的重要还原剂。,戊糖是多种生物分子（ATP、CoA、NAD,+,、FAD、DNA、RNA）的组成部分。,1.戊糖磷酸循环的化学过程（在细胞液中进行）,(1),6,葡糖-磷酸NADP,+,6,葡糖-磷酸内酯,NADPH+H,+,（葡糖-磷酸脱氢酶）,(2),6,葡糖-磷酸内酯+,6,水,6,葡糖酸-磷酸（内酯酶）,(3),6,葡糖酸-磷酸+NADP,+,6,核酮糖-磷酸+,CO,2,+,NADPH+H,+,（脱氢酶）,(4),4,核酮糖-磷酸,4,木酮糖-磷酸（表异构酶）,2,核酮糖-磷酸,2,核糖-磷酸（异构酶）,(5),2,木酮糖-磷酸,2,核糖-磷酸,2,甘油醛-磷酸+,2,景天糖-7-磷酸（转酮醇酶）,(6),2,景天糖-7-磷酸+,2,甘油醛-磷酸,2,赤藓糖-4-磷酸+,2,F-6-P,(转醛醇酶),（7）,2,木酮糖-磷酸+,2,赤藓糖-4-磷酸,2,甘油醛-磷酸,+,2,F-6-P,（转酮醇酶）,第一阶段：6-磷酸葡萄糖氧化脱羧生成5-磷酸核糖,（1）6-磷酸葡萄糖脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖,葡萄糖-6-磷酸2NADP,+,H,2,O 核酮糖-5-磷酸2 NADPH2H,CO,2,在此氧化脱羧阶段中，Glc经两次脱氢，一次脱羧，生成5-磷酸核酮糖及NADPH。,6-磷酸葡萄糖脱氢酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase）是磷酸戊糖途径的调控酶，NADPH反馈抑制此酶活性。,第二阶段：非氧化阶段，磷酸戊糖分子重排，产生不同碳链长度的磷酸单糖。磷酸戊糖通过转酮、转醛反应生成酵解途径的中间产物（F-6-P，3-磷酸甘油醛）,(1)磷酸戊糖异构生成5-磷酸核糖及5-磷酸木酮糖,5-磷酸木酮糖产率：2/3,5-磷酸核糖产率：1/3,第二阶段,(2)转酮反应：,5-磷酸木酮糖将自身的二碳单位（羟乙酰基）转到5-磷酸核糖的C,1,上，生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。,转酮酶需TPP为辅酶，作用机理与丙酮酸脱氢酶中的TPP类似。,(3)转醛反应,转醛酶将7-磷酸庚酮糖上的三碳单位（二羟丙酮基）转到3-磷酸甘油醛的C,1,上，生成4-磷酸赤鲜糖和6-磷酸果糖。,(4)转酮反应（转酮酶）,4-磷酸赤鲜糖接受另一分子5-磷酸木酮糖上的二碳单位（羟乙酰基），生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛,。,磷酸戊糖分子重排的总结果,：,2个5-磷酸木酮糖 +1个5-磷酸核糖 2个（F-6-P）+1个3磷酸甘油醛,5-磷酸木酮糖可以由5-磷酸核糖经差向酶转化而来，上式可写成：,3个5-磷酸核糖 2个（F-6-P）+1个3-磷酸甘油醛。,在细胞中若形成过量的磷酸戊糖可以经磷酸戊糖途径转化为6-磷酸果糖及3-磷酸甘油醛，与糖酵解途径相连。,2、磷酸戊糖途径小结,(1)通过此途径，可将G-6-P彻底氧化,G-6-P +12NADP,+,+6H,2,O 12NADPH +12H,+,+6CO,2,相当于36个ATP,(2)转酮酶（TPP）、转醛酶催化的反应是可逆的,它们转移的是酮，受体是醛。,转酮酶转移的是二碳单位（羟乙酰基），转醛酶转移的是三碳单位（二羟丙酮基）。,(3,),磷酸戊糖途径的中间产物，可进入糖酵解途径的中间产物中，反之亦可。,主要是6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。,3、磷酸戊糖途径的调节,(1)6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的限速酶，催化不可逆反应。其活性主要受NADP,+,/NADPH比例的调节。,机体内，NAD,+,/NADH为700，而NADP,+,/NADPH仅为0.014，这就使NADPH可以进行有效地反馈抑制调节6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。只有NADPH被生物合成消耗后，才能解除抑制。,(2)非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物的浓度。5-磷酸核糖过多时可以转化为6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛进行酵解。,4、磷酸戊糖途径与糖酵解途径的协调调节,G-6-P的流向取决于对NADPH、磷酸戊糖及ATP的需要。,(1)需要核糖-5-P（用于合成嘌呤核苷酸）的量比NADPH的量大得多时，大多数G-6-P转变成5-磷酸核糖。还可由转酮酶、转醛酶催化，将2分子F-6-P和一分子甘油醛-3-P转变成3分子核糖-5-P。,G-6-P +2NADP,+,+H,2,O 核糖-5-P +2NADPH +2H,+,2 果糖-6-P +甘油醛-3-P 3 核糖-5-P,(2)对NADPH和5-磷酸核糖的需要量平衡时，代谢就通过氧化阶段由G-6-P氧化脱羧，生成2个NADPH和1个核糖-5-P,反应式：G-6-P+2NADP,+,+H,2,O核糖-5-P+2NADP+2H,+,+CO,2,(3)需要NADPH的量比5-磷酸核糖的量多得多时，G-6-P就完全氧化成CO,2。,反应式：,6（G-6-P）+12NADP,+,+6H,2,O6（5-磷酸核糖）+12NADPH+12H,+,+6CO,2,生成的5-磷酸核糖通过非氧化重组及Glc异生作用，再合成G-P-6。,G-6-P +12NADP,+,+6H,2,O 12NADPH +12H,+,+6CO,2,(4)需要 NADPH和 ATP更多时，G-6-P转化成丙酮酸。,反应式：,磷酸戊糖途径3-磷酸甘油醛+6-磷酸果糖糖酵解,3(G-6-P)+6NADP,+,+5NAD,+,+5Pi+8ADP,5丙酮酸+6NADPH+5NADH,2,+8ATP,+2H,2,O+8H,+,+3CO,2,5、磷酸戊糖途径的生理意义,(1)产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供主要的还原力。,NADPH作为主要的供氢体，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成，非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的还原，及氨的同化等所必需。哺乳动物的脂肪细胞和红细胞中占50%，肝中占10。,(2)中间产物为许多化合物的合成提供原料,产生的磷酸戊糖参加核酸代谢。,4-磷酸赤藓糖与糖酵解中的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族a.a。,(3)是植物光合作用中CO,2,合成Glc的部分途径,(4)NADPH主要用于还原反应，其电子通常不经电子传递链传递，一般不用于ATP合成。,如NADPH用于供能，需通过两个偶联反应，进行穿梭转运，将氢转移至线粒体NAD,+,上。,胞液内：-酮戊二酸+CO,2,+NADPH+H,+,=异柠檬酸+NADP,+,异柠檬酸能自由通过线粒体膜，传递氢。,线粒体内：异柠檬酸+NAD,+,=-酮戊二酸+CO,2,+NADH+H,+,一分子Glc经磷酸戊糖途径，完全氧化，产生12分子NADPH，可生成36个ATP,三.糖的合成代谢,（一）蔗糖的合成,1.蔗糖合成酶UDPG,G-1-P+UTP UDPG+PPi,(,UDPG焦磷酸化酶,),UDPG+F,蔗糖+UDP（蔗糖合成酶）,2.蔗糖磷酸合成酶UDPG,UDPG+F-6-P,UDP+蔗糖磷酸（蔗糖磷酸合成酶）,蔗糖磷酸,蔗糖+磷酸(磷酸酯酶),（二）淀粉的合成,1.,1，4-糖苷键的形成,UDPG转葡糖苷酶和ADPG转葡糖苷酶,引物+nUDPG nUDP+(,1，4-G),n,引物+nADPG nADP+(,1，4-G),n,2.支链淀粉的合成Q酶,（三）糖原的合成,由G合成糖原的过程称为糖原生成作用。,主要在肝脏和肌肉中进行。,需引物。,糖原合成与分解速度受激素的调节。,（四）糖原的异生作用,非糖物质在肝脏中转变为糖原称为糖原异生作用。,1.糖异生途径,:,2.糖异生前体,：,3.糖异生的调控：,（四）糖原的异生作用,G-6-P,G,H,2,O,Pi,F-1,6P,F-6-P,H,2,O,Pi,G-6-P磷酸酯酶,果糖二磷酸酯酶,磷酸烯醇式丙酮酸,ADP,ATP,丙酮酸,丙酮酸羧化酶,CO,2,ATP,ADP+Pi,草酰乙酸,GTP,GDP+CO,2,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,丙酮酸羧化支,路,糖异生前体,（1）凡是能生成丙酮酸的物质均可以转变成G。,（2）凡是能转变成丙酮酸、,-酮戊二酸、草酰乙酸的aa均可转变成G。,（3）脂肪水解产生的甘油转变为磷酸二羟丙酮后转变为G。,（4）反刍动物体内细菌分解纤维素为乙酸、丙酸、丁酸等、奇数脂肪酸可转变为琥珀酰CoA，然后异生成G,。,