生物化学第9章-糖代谢.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,*,第9章 糖代谢,9.1 多糖和低聚糖的酶促降解,9.1.1 淀粉的 酶促降解,9.1.2 纤维素的酶促降解,9.2 糖的分解代谢,9.2.1 糖酵解 9.2.2 糖的有氧分解,9.2.3 乙醛酸循环三羧酸循环支路,9.2.4 戊糖磷酸途径 9.2.5 葡糖醛酸代谢途径,9.3 糖的合成代谢,9.3.1 糖原的合成 9.3.2 蔗糖的合成,9.3.3 淀粉的合成 9.3.4 糖原的异生作用,9.1 多糖和低聚糖的酶促降解,P226,糖、脂,肪,和蛋白质的合成途径各有不同，但分解途径有共同点,：,产生酮酸后，有氧时经,三羧酸循环,被氧化成,CO,2,和水；,糖类中多糖和低聚糖，由于分子大，不能通过细胞膜，所以在被生物体利用之前必须水解成单糖;,多糖水解依靠酶催化；,水解糖类的酶糖酶 （阅读）,分,多糖酶,和,糖苷酶,两类,:,（1）,多糖酶:,水解多糖类；,多糖酶种类很多：如淀粉酶、纤维素酶、果胶酶等,；,（2）,糖苷酶:,水解简单糖苷及二糖；,多糖需在多种糖酶作用下水解成为单糖；,淀粉酶水解淀粉的产物,麦芽糖和麦芽糖与糊精的混合物：,淀粉糊精麦芽糖,-淀粉酶和-淀粉酶不能水解-1,6糖苷键,-1,6糖苷键酶：,水解淀粉,-1,6糖苷键的酶；,如植物中的R-酶，小肠粘膜的-糊精酶等；,二糖的酶水解,二糖酶：蔗糖酶、麦芽糖酶,、,乳糖酶,等；,都属糖苷酶类；,（1）蔗糖酶：,蔗糖 D-葡萄糖+D-果糖；,（2）麦芽糖酶：,麦芽糖 2D-葡萄糖；,（3）乳糖酶：,乳糖 D葡萄糖 +D-半乳糖；,3种酶广泛分布于微生物、人体及动物小肠液中；,人和动物小肠能直接吸收单糖，通过毛细血管进入血循环，然后进入细胞进行代谢；,9.1.2 纤维素的酶促降解,P227,自学。,9.2,糖的分解代谢,P228,葡萄糖,是很多生物的主要能源，是生物界最普遍、最典型的能源；,所以：以葡萄糖为研究对象研究其在生物体内的代谢；,糖、脂肪、蛋白质、核酸等的新陈代谢不是彼此孤立的，相互间密切联系不可分割；,糖代谢方式,生物界糖代谢方式有多种；,不同生物体不同环境条件下采用多种糖代谢途径（方式）；,本章主要讨论真核生物对葡萄糖的代谢途径。,葡萄糖（或糖原）分解和产能的3条途径,1.在无氧情况下：葡萄糖（糖原）经,酵解,生成丙酮酸，再还原成乳酸：,葡萄糖 丙酮酸 乳酸,2.在有氧情况下：葡萄糖(糖原)经,三羧酸循环,彻底氧化为,H,2,O和CO,2,，生成大量ATP；,丙酮酸,CO,2,+H,2,O,3.葡萄糖(糖原)经,戊糖磷酸循环,被氧化为,H,2,O和 CO,2,；,9.2.1 糖酵解,P228,糖的无氧酵解：,糖酵解,；,糖酵解,是动物、植物和微生物共同存在的糖代谢途径；,糖酵解,是葡萄糖在,细胞液,中经,历十步反应，,无氧分解生成,丙酮酸,，并伴随ATP生成的过程：,葡萄糖,ATP,丙酮酸,发现糖酵解作用（glycolysis）的两位科学家：Hans Buchner和Edward Buchner；,糖酵解形成的丙酮酸有三条代谢去路,细胞模拟图,线粒体,细胞质,糖酵解作用的生物学功能,1.葡萄糖降解产生ATP（释放能量）；,2.中间产物为机体提供生物合成所需的物质（碳骨架）；,糖酵解途径概述,糖酵解途径在细胞胞浆（液）中进行；,全过程共经历3个阶段，10步反应；,消耗2分子ATP，生成4分子ATP：净生成,2,分子ATP；,生成2分子NADH；,熟记,糖酵解过程,!,请看P235图9-4：概述。,糖酵解途 径 概 貌,1.耗能阶段,3.产能阶段,2.生成丙酮磷酸,糖酵解途径详述,1.己糖磷酸酯的生成，是耗能阶段,：,共经历3步反应，,消耗两分子,ATP,：,葡萄糖,-,葡萄糖,-,6,-,磷酸,-,果糖,-,6,-,磷酸,-,果糖,-,1,6,-,二磷酸,（1）,葡萄糖磷酸化：,D,-葡萄糖分子在第,6,位磷酸化，形成葡萄糖-,6,-磷酸：,消耗1分子ATP（能量）；,调控点,葡糖激酶,1）这是一个磷酸基团转移的反应,反应消耗能量（第一次使用ATP），基本不可逆；,ATP的-磷酸基团在,己糖激酶,(或,葡萄糖激酶,，存在于肝脏中)的催化下,转移到葡萄糖分子上；,反应必需有Mg,2+,存在；,2）己糖激酶：一种,调控（节）酶,激酶,：,能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶，属于合成酶类（第6类酶）；,己糖激酶,：是,调控酶（别构酶类），受其催化的反应产,物,葡萄糖-6-磷酸,和ADP的变构抑制（葡萄糖分子诱发其构象变化）；,它的底物不止限于D-葡萄糖，对其他六碳糖如D-甘露糖、,D-果糖、氨基葡萄糖都有催化作用；,3）这是糖酵解途径途径的调控（节）点之一；,4）该步的逆反应（糖异生作用途径）由葡萄糖-6-磷,酸酯酶催化；,（2）葡萄糖-6-磷酸异构化形成果糖-6-磷酸,这是可逆反应，反应物和产物保持或接近平衡状态；,磷酸葡萄糖异构酶,有绝对的底物专一性和立体专一性，许多磷酸糖是该酶的竞争性抑制剂。,（3）,果糖-,6,-磷酸形成果糖-,1,6,-二磷酸,1）,这是糖酵解过程中的第二个磷酸化反应，也是糖酵解,过程使用第二个ATP分子的反应，反应基本不可逆；,催化此反应的酶为,磷酸果糖激酶,，需Mg,2+,；,关键调控点,2）这是EMP途径的第二个调控点，关键调控点：,磷酸果糖激酶：是EMP途径的关键调节酶和,限速酶,；,一种变构酶，催化效率很低，糖酵解速度严格依赖该酶的活力水平，是哺乳动物糖酵解途径最重要的关键调控酶；,活性受许多因素控制：ATP、ATP/AMP比值、柠檬酸等；,3）该步的逆反应（糖异生作用途径）由果糖-1,6-二磷,酸（酯）酶催化；,为什么限速酶不是己糖激酶而是,磷酸果糖激酶,因,己糖激酶的底物,葡萄糖-6-磷酸还有别的代谢去路：转变为糖原、经戊糖磷酸途径氧化；,所以，,己糖激酶的活性受到抑制后，,葡萄糖-6-磷酸并不会积累，因而酵解可继续进行；,2.丙糖磷酸的生成 P230,共经历 两步反应：,（1）果糖-1,6-二磷酸-甘油醛-3-磷酸,（2）二羟丙酮磷酸-甘油醛-3-磷酸,(4),果糖-,1,6,-二磷酸转变为甘油醛-,3,-磷酸和二羟丙酮磷酸,这是一个由六碳糖裂解为两个三碳糖的反应过程；,二羟丙酮磷酸须转变为甘油醛-,3,-磷酸才能进入糖酵解途径；,（5）,二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-,3,-磷酸,二羟丙酮磷酸和甘油醛-,3,-磷酸在,丙糖磷酸异构酶,催化下可以互变；（醛酮化合物的互变异构关系）；,3.,甘油醛-,3,-磷酸转变为丙酮酸，,放能阶段,包括氧化-还原反应、磷酸化反应，这些反应是从甘油醛-,3,-磷酸提取能量形成,ATP,分子的过程；,甘油醛-3-磷酸-1,3-二磷酸甘油酸-,3-磷酸甘油酸-2-磷酸甘油酸-,磷酸烯醇式丙酮酸-丙酮酸,并产生4分子ATP；,（6）,甘油醛-,3,-磷酸氧化和磷酸化生成,1,3,-二磷酸甘油酸,甘油醛-3-磷酸,1,3-二磷酸甘油酸（高能）,1）,甘油醛-,3,-磷酸脱氢酶,催化，由,NAD,+,和,Pi,参加；,醛基氧化释放的能量推动了,1,3,-二磷酸甘油酸的形成，,这是一个酰基磷酸；,酰基磷酸：,具有高能磷酸基团转移势能的化合物；,该酶受重金属离子和碘乙酸,抑制,重金属离子和烷化剂能抑制该酶活性,烷化剂,如碘乙酸,可与酶活性中心的-SH基结合，抑制该酶活性；,2,）这是糖酵解过程中的一步重要反应，有氧时产能,在甘油醛-3-磷酸的醛基氧化为羧基时，将氧化过程产生的能量通过,氧化磷酸化过程,（呼吸链）贮存到ATP的分子中：,有氧时：,NADH,+,+H进入呼吸链产生2.5分子ATP；,无氧时：,NADH,+,+H将H和电子交给丙酮酸等，形成乳,酸或其他发酵产物，如乙醇；,（7）1,3,-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成,ATP，本 身,转变为,3,-磷酸甘油酸(,3,-,PG,）,l,3-二磷酸甘油酸在,磷酸甘油酸激酶,催化下，将其以高能酸酐键连接在碳,1,位上的高能磷酸基团转移到,ADP,分子上，形成,ATP,分子；,1）,这一过程称,底物磷酸化,，即代谢物氧化直接产能；,2）这一步反应是糖酵解过程开始收获的阶段；,此过程产生第一个ATP，是底物水平磷酸化产能（代谢物氧化直接产能）；,3,）,砷酸盐起解偶联作用,砷酸盐在结构和反应方面和无机磷酸极为相似，能与磷酸竞争同高能硫酯中间物结合，形成不稳定的,1,-砷酸-,3,-磷酸甘油酸；,1,-砷酸-,3,-磷酸甘油酸不是高能磷酸化合物，也水解成,3,-磷酸甘油酸，但没有磷酸化作用；,因此：砷酸使这一步的氧化和磷酸化作用解偶联。,（8）,3,-磷酸甘油酸转变为,2,-磷酸甘油酸,由,3,-磷酸甘油酸转变为,2,-磷酸甘油酸是为酵解过程的下一步骤准备条件；,变位酶,（,mutase,）：催化分子内化学基团移位的酶；,（9）2,-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,是高能磷酸化合物；,氟化物是该酶的强烈,抑制剂,：氟与镁和无机磷酸形成一个复合物，取代酶分子上镁离子的位置，使酶失活。,氟化物是该酶强烈,抑制剂,（10）,磷酸烯醇式丙酮酸转变为烯醇式丙酮酸，产生1分 子,ATP,磷酸基团由磷酸烯酸式丙酮酸转移到ADP上形成ATP(底物磷酸化产能)，同时形成烯醇丙酮酸；,是不可逆反应,；,需要2价阳离子参与，如Mg,2+,和Mn,2+,；,调控点,1）这是EMP途径通过底物水平磷酸化产生的第二个ATP;,2）这是EMP途径的第三个调控点，控制丙酮酸的产生；,丙酮酸激酶,是糖酵解途径中的一个重要别构调节酶；ATP、长链脂肪酸、乙酰-C,O,A、丙氨酸都对该酶有抑制作用；,果糖-1,6-二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用,（10，11）丙酮酸的生成,这一步不需酶催化，因烯醇丙酮酸极不稳定，很容易自动变为,比,较稳,定的丙酮酸。,4.丙酮酸的继续氧化（丙酮酸的去路）,所有机体从葡萄糖到丙酮酸的酵解途径十分相似，而丙酮酸以后的途径却各不相同；,（1）变为乙酰-CoA：,有氧条件下，丙酮酸进入线粒体变成乙酰-CoA，参加三羧酸循环被彻底氧化成CO,2,和H,2,O。,（2）还原为乳酸：,某些厌氧乳酸菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时缺氧状态时等，丙酮酸在,乳酸脱氢酶,催化下，还原为乳酸：,甘油醛,-,3,-,磷酸脱氢时被还原的,NADH,，在此步反应中被,氧化，以保证辅酶的周转；,乳酸脱氢酶,剧烈运动后肌肉发酸的原因,人在突然剧烈运动后，因细胞氧供应不足，甘油醛-3-磷酸脱氢被还原的NADH不能进入呼吸链氧化和产能，细胞只能用糖酵解产生的ATP暂时满足运动所需能量。为使甘油醛-3-磷酸继续氧化，即糖酵解继续进行，必须提供NAD,+,，丙酮酸作为NADH的氢受体被还原成乳酸，使细胞在无氧条件下重新生成NAD,+,。产生的乳酸在肌肉中积累导致酸痛。,乳酸重新进入血液回到肝脏，异生成为葡萄糖，继续代谢，酸痛解除。,（3）生成乙醇（生醇发酵）：,在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸在脱羧酶催化下失去,CO,2,生成乙醛，然后接受甘油,醛-3-磷酸,脱下的氢被还原生成乙醇：,糖酵解过程能量的变化,P236 表9-1，2,有氧时糖酵解产生的ATP量,有氧情况下，糖酵解途径产生的NADH,2,进入呼吸链产能,有氧时生物体对葡萄糖的利用率高于无氧时！,糖酵解的调控,P237,三个调控酶，三个调控点；,其中：果糖磷酸激酶是关键限速酶；,总结,P235图9-4：,1.各反应和中间物,2.催化每步反应的酶，抑制剂,3.产生或消耗ATP的反应、产生的量和方式,4.产生NADH的反应和数量,5.调控酶和调控点,糖酵解途 径 概 貌,调控酶,调控点（1）,Mg,2+,关键调控酶,调控点（2）,Mg,2+,碘乙酸抑制,氟化物抑制,调控酶,调控点（3）,底物水平磷酸化,底物水平磷酸化,阅读,糖酵解作用是生物最古老、最原始获得能量的一种方式；,大多数较高等生物已进化为利用有氧条件进行生物氧化获取大量自由能，但仍保留了这种原始方式，所以,从葡萄糖到形成丙酮酸的酵解过程，在生物界都极其相似，,是较高等生物体共同经历的途径；,其他单糖，如果糖、半乳糖、甘露糖等，都转变为糖酵解的中间物之一进入该途径；,其他单糖进入酵解的途径（阅读）,其他单糖最终也可以进入酵解途径；,在肌肉中，果糖由己糖激酶催化磷酸化形成果糖-6-磷酸：,其他单糖进入酵解的途径,9.2.2 糖的有氧分解,P237,大多数动物、植物和微生物，在有氧的情况下将酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoA，再经一系列氧化、脱羧，最终生成CO,2,和H,2,O，并产生能量，这一过程称,三羧酸循环,或,柠檬酸循环,，简写为,TCA循环,。,三羧酸循环在线粒体中进行；,关于柠檬酸循环（三羧酸循环，,TCA,循环）,三羧酸循环：Tricarboxylic acid cycle，TCA；,为纪念德国科学家Hans Krebs在阐明柠檬酸循环所做出的突出贡献，这一循环又称为Krebs循环。,柠檬酸循环的发现是生物化学领域的一项重大成就。1953年该项成就获得诺贝尔奖。这是生物化学宝库的一项经典。它所以如此可贵，还因为这一重大发现是在当时完全没有现代化实验方法，如同位素示踪法等条件下所取得的成果；,柠檬酸循环概貌,3碳,2碳,GTP,（1）丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-C,O,A,P237,是丙酮酸进入三羧酸循环的准备阶段,；,是,连接糖酵解和,三羧酸循环,的中心环节；,丙酮酸进入线粒体，被氧化脱羧形成,乙酰-C,O,A；,乙酰-C,O,A的乙酰基部分来自丙酮酸,；,丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-C,O,A的反应,共4步反应，完成氧化和脱羧。总反应式：,催化反应的酶是由3种酶高度组合在一起的,多酶复合体,，称,丙酮酸脱氢酶系,，也称,丙酮酸脱氢酶,；,丙酮酸脱氢酶系在线粒体膜上；,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸脱氢酶系,E,1,：,丙酮酸脱氢酶,，以,TPP,为辅基(,硫胺素焦磷酸,）；,E,2,：,二氢硫辛酰转乙酰基酶,，以,硫辛酰胺,为辅基；,E,3,：,二氢硫辛酸脱氢酶,，以,FAD,为辅基；,三种酶在结构上形成有秩序的整体，使催化形成乙酰-,C,O,A,的复杂反应得以相互协调依次有序地进行，还可避免产生副反应。,丙酮酸脱氢酶系,反应机制,（选学）,：,TO,催化丙酮酸转变为乙酰-,C,O,A,的4个反应步骤,1,.丙酮酸脱羧反应：,由丙酮酸脱氢酶组分(,E,1,)催化，该酶以,TPP,为辅基：,丙酮酸+TPP-羟乙基-TPP+CO,2,E,2,催化羟乙基氧化转变为乙酰基并转移到,E,2,的辅基硫辛 酰胺上，,E,1,恢复原状。,2,.乙酰基转移到,C,O,A,分子上：,E,2,上的乙酰基转移到,C,O,A,分子上形成游离的具有高能硫酯键乙酰-,C,O,A,，使,E,2,成为还原型；,3,.还原型,E,2,氧化，形成氧化型,E,2,：,E,3,使还原型硫辛酰胺再生(氧化)，形成氧化型,E,2,，,E,3,自身变成还原型。氧化型,NAD,+,起氧化剂作用。,E,3,催化此反应，辅基是,FAD,。,4,.还原型,E,3,再氧化：,由该酶结合着的辅基,FAD,接受-,SH,基的氢原子使还原型,E,3,二硫键再氧化，形成,FADH,2,，接着将氢原子转移给,NAD,+,，恢复其氧化型。,丙酮酸乙酰-CoA不可逆,乙酰基,来自丙酮酸,P238图9-5,脱羧反应,不可逆,丙酮酸脱氢酶系催化的反应简图,丙酮酸脱氢酶系的调控,此步是一个调控部位；,此步是,丙酮酸,转变为,乙酰-,C,O,A的唯一途径；,丙酮酸：可走向生物合成，也可继续分解；其去向由该酶的底物和产物对酶进行控制；,乙酰-C,O,A,是糖、脂、蛋白质等代谢中的重要中间代谢物，连接糖、脂、蛋白质、核酸等的代谢；,丙酮酸进入三羧酸循环之前需先转变为,乙酰辅酶A,（acetyl-coenzymeA，acetyl-C,O,A，,乙酰-C,O,A,）；,注意它的来源和去路,；,（2）三羧酸循环,P238,三羧酸循环在,线粒体,内进行；,三羧酸循环共包括,8,个步骤，,其中：,4 次氧化-还原反应；,2 次氧化脱羧反应；,三羧酸循环一周，1分子,乙酰-,CoA被氧化；,三羧酸循环详述,调控点,调控点,草酰乙酸与乙酰-,CoA,缩合形成柠檬酸：,含有两个碳原子的化合物以乙酰-,CoA(,乙酸的硫酯形式)形式进入柠檬酸循环，它含有足够能量使它顺利加合到草酰乙酸的羰基上，属,缩合,反应，,不可逆,；,催化反应的酶：,柠檬酸合酶,调控酶,这一步是TCA的第一个调控点,柠檬酸合酶,(柠檬酸缩合酶)属于调控酶，活性受,ATP、NADH、琥珀酰-C,O,A、,酯酰-,C,O,A,等的抑制，,是柠檬酸循环中的限速酶,；,草酰乙酸和乙酰-,CoA浓度高时对,该有激活作用；,氟乙酰,-C,O,A,可与,柠檬酸合酶,反应形成氟柠檬酸，它抑制下步反应的酶，故称此反应为致死合成；,可利用这一特性合成杀虫剂和灭鼠药；,柠檬酸异构化形成异柠檬酸,这步反应是适应柠檬酸进一步氧化的需要；,催化反应的酶：（,顺）乌头酸酶,，催化柠檬酸和异柠檬酸互变的双向反应：,柠檬酸为何异构化形成异柠檬酸,因柠檬酸是一个叔醇化合物，其羟基所处位置防碍柠檬酸进一步氧化，异柠檬酸是可以氧化的仲醇；,柠檬酸通过失水形成顺乌头酸，然后再加水到顺乌头酸这一不饱和中间物上，把羟基从原位置转移到相邻碳原子上，形成异柠檬酸；,异柠檬氧化,脱羧,形成,-酮戊二酸,：,这是一个氧化-还原步骤，是柠檬酸循环中两次氧化脱羧反应中的第一个反应；,催化反应的酶：,异柠檬酸脱氢酶,氧化的中间产物,草酰琥珀酸,是不稳定的酮酸；,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,调控酶,调控酶,这是,TCA的,第二个调节点,异柠檬酸脱氢酶:,是变构调节酶，活性受ADP变构激活；NADH、ATP对该酶起变构抑制作用；,-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-C,O,A,：,柠檬酸循环中第二次氧化和脱羧，,反应不可逆,；,-酮戊二酸脱氢酶系：变构调节酶，,由三种酶组成：,1,）,-酮戊二酸脱氢酶（,E,1,）；,2,）,二氢硫辛酰转琥珀酰酶（,E,2,）；,3,）,二氢硫辛酰脱氢酶（,E,3,）；,调控酶,-酮戊二酸脱氢酶(系),高能硫酯化物,高能键,这是,TCA的,第三个调节点,-酮戊二酸脱氢酶系,催化的每步反应机制和,丙酮酸脱氢酶复合体,一致：需TPP、硫辛酸、FAD、C,O,A、NAD,+,、Mg,2+,6种辅助因子；,该酶系是变构调节酶：,（1）,受其产物琥珀酰-C,O,A和NADH的抑制；,（2）,受高能荷抑制；,因此当细胞的ATP充裕时，柠檬酸循环进行速度减慢。,琥珀酰-C,O,A转化成琥珀酸并产生一个高能磷酸键,琥珀酰-,C,O,A,硫酯键是高能键，它的断裂与,GDP或ATP,的磷酸化相偶联：,反应极易向正反两个方向进行，在柠檬酸循环中向形成琥珀酸方向进行；,琥珀酰硫激酶,（琥珀酰-C,O,A 合成酶）,高能化合物,高能硫酯键,（1）,哺乳动物：,形成1分子GTP；,（2）,植物和微生物：,直接形成ATP；,这是柠檬酸循环中唯一直接产生高能磷酸键的步骤,底物水平磷酸化作用,GTP在生物合成中有特殊作用：,1.,在蛋白质生物合成中是磷酸基的提供者即磷酸基供体；,2.,在核苷二磷酸激酶催化下将磷酸基转给ADP生成ATP；,既：,通过琥珀酰-C,O,A合成酶和核苷二磷酸激酶的偶联作用，琥珀酰-C,O,A水解产生1分子ATP：,从以上,5,步反应看到,1,分子乙酰基被完全氧化为,CO,2,，并使,2,分子,NAD,+,还原为,NADH,，还产生,1,个高能磷酸基团（,GTP,或,ATP,）。,琥珀酸脱氢形成延胡索酸：,琥珀酸的两个中间碳原子各脱掉一个氢原子形成反式丁烯二酸，又称,延,索酸,（,fumarae,）：,这一步是,柠檬酸循环中第三次氧化,；,琥珀酸脱氢酶,催化琥珀酸脱氢具有严格的立体专一性。,以,FAD,作为其脱下电子的受体；,丙二酸是该酶强竞争性抑制剂,反丁烯二酸,延胡索酸是,反丁烯二酸,顺丁烯二酸不能参加代谢，对有机体有毒。,NADH,氧化产生,2,.,5,个,ATP,分子；,FADH,2,氧化产生,1,.,5,个,ATP,分子；,琥珀酸脱氢酶催化的是两个碳原子之间(-,C,-,C,-)即碳-碳键的氧化，该键氧化所释放的自由能不足以使脱下的电子转移到,NAD,+,上，所以,NAD,+,不能作受体；,这是,FAD,在氧化-还原反应中作为辅酶或辅基所起的特殊作用；,丙二酸是琥珀酸脱氢酶的底物结构类似物，是其强竞争性抑制剂；,NAD,+,和FAD作为氢（电子）受体的不同,延胡索酸水合形成,L,-苹果酸,延胡索酸酶,催化反应具有严格的立体专一性，,OH只加入,延胡索酸双键的一侧，所以只形成,L,-苹果酸,；,L,-苹果酸脱氢形成草酰乙酸,柠檬酸循环中第四次氧化,；,这一步是再生成草酰乙酸完成柠檬酸循环的最后一个步骤，,L,-苹果酸的羟基氧化形成羰基；,苹果酸脱氢酶,辅酶是,NAD,+,。,柠檬酸循环只能在有氧情况下进行,在循环中虽无氧分子直接参加反应，但循环只能在有氧条件下进行，因为循环所产生的3个NADH和一个FADH,2,分子只能通过电子传递链和氧分子结合才能被再氧化；,草酰乙酸不断因合成柠檬酸而移去，其在细胞内浓度极低，使反应向右进行；,（3）,糖有氧分解中的能量变化,P242,循环共有,4,个脱氢步骤：,有 3 对电子经NADH转递给电子传递链，最后与氧,结合生成水：,每对电子产生 2.5 分子ATP：,3 对电子共产生 7.5个 ATP,1对电子经 FADH,2,转移给电子传递链：,1 对电子产生 1.5 个ATP,通过底物磷酸化，产生,1,个ATP(GTP),因此，每循环一次形成：,7.5 1.5 1=10 个ATP,从丙酮酸脱氢开始计算：每分子丙酮酸氧化脱羧产 生1个NADH，经电子传递链最后产生 2.5 个 ATP；,因此，从丙酮酸开始经过1次循环共产生：,2.5 10=12.5 个ATP,从葡萄糖开始计算：每分子葡萄糖可形成 2 分子丙酮酸，经柠檬酸循环共产生2倍的 12.5 个ATP：,2 12.5 =25个 ATP,加上糖酵解净产生的 2 个ATP和 2 个NADH(共5个ATP):,25 2 5=32 个ATP,1mol葡萄糖净产生：32 mol ATP,注意：净增和产生的区别。,1mol葡萄糖有氧分解时产生的ATPmol数,P243,表,9-4,糖酵解过程共净得,7mol ATP三羧酸循环过程共净得 25mol ATP,所以，有氧时1mol葡萄糖产生,32molATP,。,（4）柠檬酸循环小结（要点，特点）P243,共有8种酶参加柠檬酸循环；,其中有三种调节（控）酶，三个调控点；,柠檬酸循环的每一次循环都纳入一个,乙酰-C,O,A,分子：两个碳原子进入循环，又有两个碳原子以CO,2,的形式离开循环：即,柠檬酸循环一周，1分子,乙酰-,CoA被氧化；,离开循环的两个碳原子不是刚进入循环的那两个碳原子，而是来自草酰乙酸,；,循环中的各中间代谢物没有增减，若中间代谢物参与合成其他物质，需不断补充更新；,每一次循环共有4次氧化（脱氢）反应,：,参加这4次氧化反应的有3分子NAD,+,和1分子FAD，同时有4对氢原子离开循环，形成3个NADH和1个FADH,2,分子；,每一次循环以GTP的形式产生一个高能键：,底物水平磷酸化，并消耗两个水分子；,多个反应可逆，但柠檬酸合成和-酮戊二酸的氧化脱羧不可逆，所以循环是单方向的；,三羧酸循环,线粒体,P241图9-6,丙酮酸脱氢酶系,调控酶,循环外,柠檬酸合酶,调控酶,调控点（1）,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,调控酶,调控点（2）,异柠檬酸脱氢酶,调控酶,调控点(2),-酮戊二酸脱氢酶复合物,调控酶,调控点（3）,琥珀酸硫激酶,高能化合物,底物水平,磷酸化,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,丙二酸,竞争性抑制剂,（5）柠檬酸循环的生物学意义,P243,循环在,线粒体,中进行；,羧基形成,CO,2,，氢原子随载体(,NAD,+,、,FAD,)进入电子传递链，经氧化磷酸化作用，形成,H,2,O,并将释放的能量合成,ATP,；,该循环不只是丙酮酸氧化所经历的途径，也是脂肪酸、氨基酸等各种燃料分子氧化分解所经历的共同途径；,各中间体可作为许多生物合成的前体；,是两用代谢途径：,柠檬酸循环的双重作用,柠檬酸循环是绝大多数生物体主要的分解代谢途径，也是提供大量自由能的重要代谢系统，许多合成代谢中都利用柠檬酸循环的中间产物作为生物合成前体来源(见下页图)，所以:,1.,柠檬酸循环具有,分解代谢,和,合成代谢,双重性或称两用性；,2.柠檬酸,循环是新陈代谢的中心环节,；,（6）,柠檬酸循环的代谢调节,异柠檬酸脱氢酶系,丙酮酸脱氢酶系,柠檬酸合酶,-酮戊二酸脱氢酶系,（1）脂肪 脂酸-氧化 乙酰-CoA；,（2）葡萄糖 丙酮酸 乙酰-CoA；,（3）蛋白质 氨基酸 乙酰-CoA,（4）乙酸、乙醛等都可形成乙酰,-CoA,；,乙酰-C,O,A的来源,乙酰-C,O,A的去路,（1）进入,TCA,循环被氧化为,CO,2,和H,2,O；,（2）作为类固醇的前体，生成胆固醇；,（3,）作为脂肪酸合成前体；,（4,）转化为酮体（乙酰乙酸、,-,羟丁酸、丙酮）；,9.2.3 乙醛酸循环,(,glyoxylate pathway,),三羧酸循环支路,P244,许多植物、微生物能够在乙酸或产生乙酰-CoA的化合物中生长，种子发芽时可以将脂肪转化为糖，是因为存在,乙醛酸循环,；,动物体内不存在；,通过乙醛酸循环，乙酸和乙酰-,C,O,A,转变为草酰乙酸进入柠檬酸循环；,乙醛酸循环,关键酶1,关键酶2,乙酰-CoA,（1）乙醛酸循环两个关键酶催化的反应,异柠檬酸裂合酶,；,苹果酸合酶,。,催化乙醛酸途径的酶既存在于线粒体，也存在于一种为植物膜所特有的亚细胞结构，称乙醛酸循环体；,即乙醛酸循环在线粒体和乙醛酸循环体内进行；,两种酶所催化的反应,P244，245,（2）乙醛酸循环与三羧酸循环的关系,图9-7,（2）乙醛酸循环与三羧酸循环的关系,图9-7,（3）乙醛酸循环的生物学意义,P245,可以二碳物为起始物合成三羧酸循环中的二羧酸与三羧酸，只需少量四碳二羧酸作为“引物”，便可无限制地转变成四碳物和六碳物，以补充三羧酸循环中的化合物；,通过乙醛酸途径，脂肪可转变为糖：,丙酮酸,乙酰-C,O,A不可逆，,脂肪代谢须经,丙酮酸，所以脂肪无法合成糖；,乙酰-C,O,A苹果酸草酰乙酸丙酮酸（经糖异生）糖,所以：乙醛酸循环在植物种子中有特别重要意义：,使萌发的种子将贮存的三酰甘油通过,乙酰-C,O,A,转变为,葡萄糖（物质转换）；,乙醛酸循环在微生物中有特别重要意义,有些微生物具有,乙酰-CoA合成酶,，可使,乙酸,生成,乙酰-C,O,A,而进入,乙醛酸循环：,所以：乙醛酸循环在微生物中有特别重要意义：,使许多微生物如醋酸杆菌、大肠杆菌、固氮菌等能利用,乙酸作为唯一碳源；（待续）,乙酸,琥珀酸,乙酸,从乙酸开始的乙醛酸循环总式：,9.2.4 戊糖磷酸途径（己糖磷酸支路）,P246,(,pentose phosphate pathway,),是糖代谢的第二种重要方式；,在细胞溶胶内进行，广泛存在于动植物细胞内；,戊糖磷酸途径在乳腺、肝脏、肾上腺皮质、脂肪组织、骨髓等组织中比较旺盛；,戊糖磷酸途径由一个循环式反应体系构成,起始物：,G6P,；,代谢产物：3-7碳糖、,CO,2,、,NADPH,；,核心反应：,葡萄糖-6-磷酸+2NADP,+,+H,2,O 核糖-5-磷酸+2NADPH+2H,+,+CO,2,（1）,戊糖磷酸途径的化学反应,全部反应划分为两个阶段：,氧化阶段；,非氧化阶段；,氧化阶段,共3步反应：,六碳糖脱羧形成五碳糖(核酮糖)，使NADP,+,还原,：,反应不可逆；,葡萄糖,-6-,磷酸,6-,磷酸葡萄糖酸,-,内酯,6-,磷酸葡萄糖酸,5-,磷酸,-,核酮糖,调控点,G6P脱氢酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,O,非氧化反应阶段,P247,戊糖磷酸相互转化：,形成景天庚酮糖-,7,-磷酸和甘油醛-,3,-磷酸（糖酵解途径 产物）：P247,转酮醇酶,景天庚酮糖-,7,-磷酸与甘油醛-,3,-磷酸之间发生转醛基 反应，形成,6碳,糖和,4碳,糖：P248,转醛醇酶,木酮糖-,5,-磷酸和赤藓糖-,4,-磷酸作用（,转酮基作用）,形成,甘油醛-,3,-磷酸,和,果糖-,6,-磷酸,（糖酵解途径产物）：,转酮醇酶,戊糖磷酸途径具循环机制的性质,果糖-6-磷酸易转化为葡糖-6-磷酸，所以该途径具循环机制的性质：,1分子葡萄糖每循环一次：1次脱羧生成1分子CO,2,，,2次脱氢形成2分子NADPH+H,+,；,戊糖磷酸途径,P249图9-8,总反应式,P248,6 G6P,6 O,2,12 NADP,+,5 G6P,6 CO,2,5,H,2,O,H,3,PO,4,12 NADPH,12 H,+,1次循环,：需,6,分子,G6P,参加；,每分子,G6P,氧化脱羧失掉 1 分子,CO,2,，生成,5,分子,G6P,；,6,次循环：,1分子,G6P,被彻底氧化；,通过戊糖磷酸途径：,1分子,G6P,氧化为,6,分子,CO,2,；,产生,12,分子,NADPH,；,（2）戊糖磷酸途径的特点,P248,葡萄糖直接脱氢和脱羧，不经EMP和TCA途径；,脱氢酶的辅酶为NADP,+,（辅酶）；,戊糖磷酸途径分为氧化和非氧化两个阶段；,整个反应过程所产生的中间代谢物包含了从三碳物到七碳物；,通过转酮基和转醛基反应，将戊糖磷酸途径与糖酵解途径联系起来，并使,G6P,再生；,所以：是与,EMP和TCA途径相联系的；,（3）戊糖磷酸途径的生物学意义,P249,戊糖磷酸途径在不同组织或器官中所占比重不同；,生成NADPH，为生物合成提供还原力，如参与脂肪等合成代谢；,NADPH使红细胞中谷胱甘肽保持还原状态：谷胱甘肽能使血红蛋白上巯基免遭氧化破坏（溶血性贫血）；,参与激素、药物、毒物的生物转化；,产生磷酸核糖参加核酸代谢；,通过转酮及转醛醇反应使3碳糖7碳糖相互转化；,在植物中，,赤藓糖-,4,-磷酸和甘油醛-,3,-磷酸可合成莽草酸，莽草酸转化为多酚、吲哚乙酸、芳香族氨基酸等；,戊糖磷酸途径与糖酵解途径和三羧酸循环的联系,果糖-6-磷酸,将转化为,葡萄糖-6-磷酸,；,甘油醛-3-磷酸,和,葡萄糖-6-磷酸,是,糖酵解途径,中的两个,中间产物，所以两途径可通过它们相联系；,甘油醛-3-磷酸,是糖分解代谢3种途径（,糖酵解途径、戊,糖磷酸途径、三羧酸循环,）,的,枢纽点,；,糖分解途径的多样性，可认为是生物对环境的适应性。,戊糖磷酸途径的发现,（阅读）,该途径的发现是从研究糖酵解过程的观察中开始。向供研究糖酵解的组织匀浆中添加碘乙酸、氟化物等抑制剂,葡萄糖的利用仍在继续，表明在糖酵解途径之外还存在有另外的糖代谢途径；,9.2.5 葡糖醛酸代谢途径,P250,从葡糖-6-磷酸或葡糖-1-磷酸开始经UDP-葡糖醛酸生成糖醛酸的途径，称,糖醛酸途径,；,主要在肝脏中进行，是葡萄糖的次要代谢途径；,两个特殊产物：,D-葡糖醛酸，L-抗坏血酸；,D-葡糖醛酸：在外来有机化合物的解毒、排泄中起重要作用；,L-抗坏血酸（Vc）：重要维生素；,（1）葡糖醛酸代谢过程,葡糖-1（6）-磷酸和UTP反应生成UDPG（尿苷二磷酸葡萄糖）：,葡糖-6-磷酸,UDPG被氧化成UDP-葡糖醛酸：,UDP-葡糖醛酸可水解生成,葡糖醛酸,，经糖醛酸途径生成L-抗坏血酸和木酮糖-5-磷酸；,UDP-葡糖醛酸和葡糖醛酸，可参与许多代谢过程；,糖醛酸途径,图9-9 P251,古洛糖酸内酯,糖醛酸途径,图9-9 P251,古洛糖酸,-H,+,糖醛酸途径 图9-9 P251,木酮糖,（2）葡糖醛酸代谢途径的生理意义,解毒：在肝中糖醛酸可与药物或含-OH、-COOH、,-NH,2,、-SH基的物质结合成可溶于水的化合物，随尿、胆汁排出；,形成重要糖胺聚糖：UDP-葡糖醛酸是葡糖醛酸基供体，可形成如硫酸软骨素、透明质酸和肝素等;,转变成抗坏血酸：人及其他灵长类动物不能合成抗坏血酸；,与磷酸戊糖途径相联：从葡糖醛酸可以生成木酮糖，,消耗NADPHH,+,；,（五）丙酮酸的其他代谢途径,1.生成乳酸,2.生成乙醇,3.丙酮酸变醋酸和丁酸,4.丙酮酸变丙酮和丁醇,5.丙酮酸直接变苹果酸和草酰乙酸,9.3 糖的合成代谢,P252,自然界中糖的合成的基本来源是绿色植物及光能细菌进行的光合作用，由无机物CO,2,及H,2,O合成糖，异养生物不能从无机物合成糖，必须从食物中获得。,9.3.1 糖原的合成9.3.3 蔗糖的合成,略。,9.3.4 糖异生作用,P256,动物以非糖物质作为前体在肝脏中合成葡萄糖的作用；,（1）,糖,异,生,途,径,P256,参见P235图9-4,糖原异生作用,P186图8-15,葡萄糖-6-磷酸酯酶,果糖-1,6-二磷酸酯酶,糖异生关键酶,抑制,激活,ATP,激活,抑制,丙酮酸羧化酶,调节酶,激活,（3）,糖,异,生,的,调,控,P257,浓度高抑制酵解,调节左右两酶的强效应物,对照糖酵解作用,糖酵解中三个不可逆过程：,1.,逆反应由,葡萄糖-6-磷酸酯酶,催化；,2.,逆反应由,果糖-1,6-二磷酸酯酶催化,；,3.,绕行；,生物体合成和分解代谢反应常有特殊控制，不是简单的可逆反应；,（2）糖异生前体,P257,能生成丙酮酸的物质：可转变成葡萄糖；,能转变成丙酮酸、-酮戊二酸和草酰乙酸的氨基酸：可转变成葡萄糖；,脂肪水解产生的甘油：可转变为二羟丙酮磷酸后转变为葡萄糖；,反刍动物糖异生途径十分旺盛：瘤胃细菌将纤维素分解为乙酸、丙酸、丁酸等，将奇数脂肪酸转变为琥珀酰CoA，这些物质都可异生成葡萄糖。,糖异生的生理意义,（1）是生物合成葡萄糖的十分重要的途径；,人脑和红细胞以葡糖作为主要燃料,对其高度依赖。成人每日约需要160g葡糖,120克用于脑代谢，而糖原储存仅数百克。当血液中葡糖浓度降低时，脑最先受到损伤；,（2）,在饥饿、剧烈运动造成糖原下降后，糖异生使酵解产生的乳酸、脂肪分解等产生的甘油及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖，对维持糖浓度十分重要。,阅读：糖代谢的紊乱,由于糖代谢过程中某些酶的先天性缺陷，或由于其调节作用失常，导致糖代谢紊乱。,半乳糖血症,先天性缺乏1-磷酸半乳糖尿苷酞转移酶：患者不能将1-磷酸半乳糖转化成UDP-半乳糖，使半乳糖不能进入酵解途径，以致血中半乳糖增多，引起半乳糖血症，严重的导致半乳糖尿。患儿生长迟缓，喝奶后呕吐、腹泻，肝肿大，黄疸，智力迟钝。若继续摄取半乳糖，会因血液中毒致死。血液中毒物之一是半乳糖醇，它是由半乳糖经还原酶还原而成。在眼睛的晶体中，半乳糖醇积累会造成白内障。吃没有半乳糖的膳食可改善健康状况，但智力不能恢复。,丙酮酸激酶缺乏症,患者由于酵解产物不能进入三羧酸循环，使酵解中间,产物浓度增加，使红细胞中2，3-二磷酸甘油酸浓度增高，而使血红蛋白与氧的亲和力非常低。由于病人不能很好地进行酵解，ATP减少，因而降低Na,+,，K,+,-ATP酶的活性，细胞无法维持正常离子浓度而肿胀、裂解，造成溶血性贫血。,糖尿病,糖尿病发生原因是因血中胰岛素含量不足，不能对抗由肾上腺素、高血糖素、肾上皮质激素等引起的血糖升高作用。,（1）糖原合成减少，分解加速；,（2）糖异生作用加强；,（3）葡萄糖转化为6-磷酸葡糖减弱；,（4）糖酵解和三羧酸循环减弱；,（5）肌肉和脂肪组织中葡糖进入细胞膜减慢。,由于糖的生成增加而分解减慢导至高血糖及糖尿，同时乙酰-CoA通过三羧酸循环分解减少，在NADH和NADPH还原下转化成酮体，使糖尿病人时常并发酮血症及酮尿症。,低血糖症,低血糖症（hypoglymia）多见于胰岛素分泌过多或治疗上应用胰岛素过量、已肾上腺皮质和脑下垂体机能减退、长期不能进食及严重肝脏疾患