生物化学课件——糖代谢.ppt

本章简介本章简介本章习题本章习题要点回顾要点回顾掌握内容讲授掌握内容讲授2021/3/29 星期一1本章主要介绍生物体内糖的新陈本章主要介绍生物体内糖的新陈代谢代谢分解代谢和合成代谢，分解代谢和合成代谢，伴随物质代谢进行能量代谢。伴随物质代谢进行能量代谢。重重点掌握糖的主要分解代谢途径点掌握糖的主要分解代谢途径糖酵解、三羧酸循环、葡糖异糖酵解、三羧酸循环、葡糖异生作用；生作用；重点掌握糖原的降解与重点掌握糖原的降解与生物合成；重点掌握糖代谢中的生物合成；重点掌握糖代谢中的调节酶。了解戊糖磷酸途径、乙调节酶。了解戊糖磷酸途径、乙醛酸循环。醛酸循环。2021/3/29 星期一2第八章第八章 糖代谢糖代谢一、糖代谢总论一、糖代谢总论二、糖的分解代谢二、糖的分解代谢（1）糖酵解作用糖酵解作用（2）丙酮酸去路丙酮酸去路（3）柠檬酸循环柠檬酸循环（4）戊糖磷酸途径）戊糖磷酸途径（5）葡糖异生作用葡糖异生作用（6）乙醛酸途径）乙醛酸途径三、葡聚糖（糖原、淀三、葡聚糖（糖原、淀粉）的代谢粉）的代谢（1）糖原的降解糖原的降解（2）糖原的生物合成糖原的生物合成（3）淀粉的水解淀粉的水解（4）淀粉的生）淀粉的生物合成物合成 2021/3/29 星期一3 新陈代谢的概念新陈代谢的概念:生物体与外界环境进行生物体与外界环境进行物物质交换质交换和和能量交换能量交换的全过程的全过程.新陈代谢新陈代谢 合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用）分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用）生物小分子合成为生物小分子合成为生物大分子生物大分子需要能量需要能量释放能量释放能量生物大分子分解为生物大分子分解为生物小分子生物小分子能量能量代谢代谢物质代谢物质代谢2021/3/29 星期一4一、糖代谢总论一、糖代谢总论l糖代谢包括糖代谢包括分解代谢分解代谢和和合成代谢合成代谢。l动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架骨架l植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即和水合成糖类化合物，即光合作用光合作用。光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程是自然界规模最大的一种能量转换过程2021/3/29 星期一5糖酵解作用糖酵解作用无氧降解无氧降解.糖酵解概念与反应过程糖酵解概念与反应过程.糖酵解作用的调控糖酵解作用的调控.糖酵解作用的能量计算糖酵解作用的能量计算二、糖的分解代谢二、糖的分解代谢糖代谢为生物体提供重要的糖代谢为生物体提供重要的碳源碳源和和能源，能源，糖糖的分解代谢是生物体的的分解代谢是生物体的取能方式取能方式，实质上是，实质上是糖的糖的氧化作用氧化作用2021/3/29 星期一6.糖酵解糖酵解作用作用(glycolysis)（Embden Meyerhof Parnas EMP）概念与反应过程概念与反应过程（一）概念：在（一）概念：在无氧无氧的条件下，葡萄糖或的条件下，葡萄糖或糖原分解成糖原分解成丙酮酸丙酮酸，并释放少量能量的，并释放少量能量的过程称为糖的无氧分解。这一过程与酵过程称为糖的无氧分解。这一过程与酵母菌使糖发酵的过程相似，又称为糖酵母菌使糖发酵的过程相似，又称为糖酵解，简称解，简称EMP途径。途径。（二）反应部位：（二）反应部位：细胞液（胞浆）细胞液（胞浆）（三）（三）EMP途径的生化历程途径的生化历程2个阶段个阶段2021/3/29 星期一7 EMPEMP途径的途径的2 2个阶段个阶段丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖耗能阶段耗能阶段产能阶段产能阶段己糖己糖激酶激酶2021/3/29 星期一8 葡萄糖葡萄糖G 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸G-6-PATPATPATPADPADPP P1.1 葡萄糖磷酸化葡萄糖磷酸化1.己糖磷酸酯的生成（己糖磷酸酯的生成（G F-1,6-2P）2.磷酸丙糖的生成（磷酸丙糖的生成（F-1,6-2P 2GAP）耗能阶段耗能阶段1.己糖磷酸酯的生成（己糖磷酸酯的生成（G F-1,6-2P）己糖己糖/葡萄糖激酶葡萄糖激酶是是EMP途径中途径中第一个调节酶第一个调节酶，催化，催化第一个第一个ATP磷酸化磷酸化反应基本上是反应基本上是不可逆不可逆的；这就保证了进入细胞内的的；这就保证了进入细胞内的G可立可立即被转化为磷酸化形式；不但为即被转化为磷酸化形式；不但为G随后的裂解活化了随后的裂解活化了G分子，还分子，还保证了保证了G分子一旦进入细胞就有效地被捕获，不会再透出胞外。分子一旦进入细胞就有效地被捕获，不会再透出胞外。2021/3/29 星期一91.2 己糖磷酸异构化己糖磷酸异构化G-6-P F-6-P己糖磷酸异构酶（磷酸葡萄糖异构酶）己糖磷酸异构酶（磷酸葡萄糖异构酶）有绝对的底物专一性和立体专一性。有绝对的底物专一性和立体专一性。2021/3/29 星期一10P1.3 1,6-二磷酸果糖的生成二磷酸果糖的生成ATPATPADPP果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶是是EMP中中第二个关键酶第二个关键酶,并且是并且是最关键最关键的的限速酶限速酶，催化此途径中的，催化此途径中的第二个第二个ATP磷酸化反应磷酸化反应；反应不可逆反应不可逆；此步反应是酵解中的关键步骤；糖酵；此步反应是酵解中的关键步骤；糖酵解解速度速度决定于决定于此酶的活性此酶的活性2021/3/29 星期一11磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶己糖激酶己糖激酶磷酸己糖磷酸己糖异异 构构 酶酶葡葡萄萄糖糖果果糖糖6 磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖6磷磷酸酸果果糖糖 1,6二二磷磷酸酸ATP ADPATP磷酸化酶磷酸化酶糖糖 原原葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸磷酸果糖磷酸果糖变变 位位 酶酶ADP己糖激酶己糖激酶果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶ATPATP2021/3/29 星期一12CHOCH2OPCCHCH2OCOHOPHOHH果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛.磷酸丙糖的生成。（磷酸丙糖的生成。（F-1,6-2P 2GAP）DHAPGAP2.1 果糖果糖-1,6-二磷酸的裂解二磷酸的裂解2021/3/29 星期一132.2 丙糖磷酸的同分异构化丙糖磷酸的同分异构化相当于果糖相当于果糖-1,6-二磷酸裂解二磷酸裂解为两分子的甘油醛为两分子的甘油醛-3-磷酸。磷酸。2021/3/29 星期一14在在丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶的催化作用下的催化作用下,2个三碳化合个三碳化合物之间有同分异构的互变物之间有同分异构的互变;在正常进行的酶解系在正常进行的酶解系统里统里,易向生成易向生成GAP的方向转移的方向转移.只有转变成只有转变成GAP才能才能进入糖酵解途径进入糖酵解途径。丙糖磷酸异构酶的催化反应是极其迅速的，丙糖磷酸异构酶的催化反应是极其迅速的，只只要酶与底物分子一旦相互碰撞，反应就即刻完要酶与底物分子一旦相互碰撞，反应就即刻完成成，因此任何加速丙糖磷酸异构酶催化效率的，因此任何加速丙糖磷酸异构酶催化效率的措施都不能再提高它的反应速度；又由于措施都不能再提高它的反应速度；又由于DHAP和和GAP互变异构极其迅速互变异构极其迅速，因此这两种，因此这两种物质总是物质总是维持在反应的平衡状态维持在反应的平衡状态。2021/3/29 星期一15GAP的氧化的氧化是是EMP中中唯一一次唯一一次遇到的遇到的氧化作用氧化作用，生物体，生物体通过此反应可以获得能量，通过此反应可以获得能量，GAP的醛基氧化为羧基时，的醛基氧化为羧基时，同时进行同时进行脱氢脱氢和和磷酸化磷酸化作用，并引起分子内部能量重新作用，并引起分子内部能量重新分配，生成高能磷酸化合物分配，生成高能磷酸化合物1,3-BPG，脱下的氢为脱下的氢为NAD+接受。接受。甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶的作用是负协同效应的作用是负协同效应3.1 3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸CHOHCH2OCHOPCHOHCH2OCOOPP+NAD+Pi+NADH+H+H H3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸产产能能阶阶段段1,3-BPGGAP.丙酮酸的生成。（丙酮酸的生成。（2GAP 2Pyr）2021/3/29 星期一163.2 高能磷酸基团的转移高能磷酸基团的转移+ADP+ATPATP高能磷酸化合物高能磷酸化合物1，3-BPG在在磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶作用作用下，通过下，通过底物水平磷酸化底物水平磷酸化转变为转变为ATP；因为每；因为每1mol己糖己糖代谢后生成代谢后生成2mol丙糖丙糖，所以在这个反应及随后，所以在这个反应及随后的放能反应中有的放能反应中有2倍倍ATP产生产生1,3-BPG3-PG2021/3/29 星期一173.3 3-磷酸甘油酸异构为磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸3-PG2-PG2021/3/29 星期一183.4 磷酸烯醇式丙酮酸的生成磷酸烯醇式丙酮酸的生成PEP2-PG烯醇化酶烯醇化酶催化催化2-PG在第二和第三碳原子上在第二和第三碳原子上脱下一分脱下一分子水子水；在脱水的化学反应中，；在脱水的化学反应中，2-PG分子内部的分子内部的能量能量重新分配，重新分配，产生了产生了高能磷酸化合物高能磷酸化合物烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸磷酸（磷酸（PEP）2021/3/29 星期一193.5 丙酮酸的生成丙酮酸的生成ADPATPATP在在丙酮酸激酶丙酮酸激酶催化下，将催化下，将PEP的的C2上的磷酰基团转移到上的磷酰基团转移到ADP上形成上形成ATP底物水平磷酸化底物水平磷酸化；且此反应是；且此反应是不可不可逆反应逆反应，是调节糖酵解过程的另一重要步骤；所以，是调节糖酵解过程的另一重要步骤；所以，丙丙酮酸激酶酮酸激酶是是EMP途径中的另一个途径中的另一个调节限速酶调节限速酶。2021/3/29 星期一20自发反应自发反应烯醇丙酮酸极不稳定烯醇丙酮酸极不稳定,很容易很容易自动自动变为变为比较稳定的丙酮酸比较稳定的丙酮酸,且且不需酶催化不需酶催化.Pyr2021/3/29 星期一212ATP2ATP3-磷磷酸酸甘甘油油醛醛1,3-二二磷磷酸酸甘甘油油酸酸3-磷磷酸酸甘甘油油酸酸2-磷磷酸酸甘甘油油酸酸磷磷酸酸烯烯醇醇式式丙丙酮酮酸酸丙丙酮酮酸酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶2ADP烯醇化酶烯醇化酶磷酸甘油磷酸甘油酸变位酶酸变位酶磷酸甘油磷酸甘油酸酸 激激 酶酶磷酸甘油磷酸甘油酸脱氢酸脱氢 酶酶NAD+PiNADH+H+2ATP2ADP2ATP2021/3/29 星期一22.糖酵解（糖酵解（EMP）的调控）的调控EMP途径中反应速度主要受过程中催化途径中反应速度主要受过程中催化不不可逆反应的可逆反应的3种酶活性种酶活性的调控的调控果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶是最关键的限速酶：是最关键的限速酶：果糖果糖-6-6-磷酸磷酸 果糖果糖-1-1，6-6-二磷酸二磷酸己糖己糖/葡糖激酶葡糖激酶活性的调控：活性的调控：葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶活性的调控：活性的调控：烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸磷酸 丙酮酸丙酮酸2021/3/29 星期一232021/3/29 星期一24.糖酵解的能量计算糖酵解的能量计算总反应式总反应式:G+2NAD+2ADP+2Pi 2丙酮酸丙酮酸+2NADH+2H+2ATP+2H2O整个过程无氧参加；三个调速酶；一次脱氢，辅整个过程无氧参加；三个调速酶；一次脱氢，辅酶为酶为NAD，生成，生成NADHH从葡萄糖开始净生成从葡萄糖开始净生成2分子分子ATP从糖原开始净生成从糖原开始净生成3分子分子ATPEMP途径中能量计途径中能量计算：见算：见p80表表22-11mol葡萄糖葡萄糖/糖原糖原经经无氧酵解无氧酵解成成2mol丙酮酸，产生丙酮酸，产生？molATP1mol葡萄糖葡萄糖/糖原糖原经经有氧酵解有氧酵解成成2mol丙酮酸，产生丙酮酸，产生？molATP2021/3/29 星期一25丙酮酸的去路丙酮酸的去路葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA糖酵解途径糖酵解途径柠檬酸柠檬酸/三三羧酸循环羧酸循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）（有氧）（有氧）（无氧）（无氧）胞液胞液线粒体线粒体2021/3/29 星期一26COOH C=OCH3生成乳酸生成乳酸+NADH+H+乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶COOH CHOHCH3+NAD+PyrLac在前面反应的在前面反应的甘油醛甘油醛-3-3-磷酸脱氢时磷酸脱氢时,NAD,NAD+被还原成被还原成NADH+HNADH+H+；在此反应中，；在此反应中，NADH+HNADH+H+重新被氧化重新被氧化，以保，以保证辅酶的周转；即在证辅酶的周转；即在无氧无氧条件下，条件下，NADNAD+的再生的再生是由是由LDHLDH催化丙酮酸转变成乳酸的反应催化丙酮酸转变成乳酸的反应来完成的；来完成的；乳酸乳酸是是EMPEMP途径途径的的最终产物最终产物。2021/3/29 星期一27糖的无氧降解及糖的无氧降解及厌氧发酵总图厌氧发酵总图2021/3/29 星期一28生成乙醇生成乙醇COOH C=OCH3丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶CHOCH3+CO2CH2OHCH3+NADH+H+乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶CHOCH3+NAD+2021/3/29 星期一29丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸的氧化脱羧乙酰乙酰CoA的生成的生成 糖酵解生成的糖酵解生成的PyrPyr可穿过线粒体膜进入线粒体基可穿过线粒体膜进入线粒体基质，在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅质，在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅酶酶A A。细胞呼吸最早释放的细胞呼吸最早释放的CO2CO22021/3/29 星期一30 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体:位于线粒体内位于线粒体内膜上，原核细胞则在胞液中膜上，原核细胞则在胞液中丙酮酸脱氢酶复合体包括丙酮酸脱氢酶复合体包括3种酶和种酶和6种辅因子种辅因子E.coli丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系/复合体：复合体：分子量：分子量：4.5106，直径，直径45nm，比核糖体稍大。，比核糖体稍大。酶酶 辅酶辅酶 每个复合物亚基数每个复合物亚基数 丙酮酸脱氢酶（丙酮酸脱氢酶（E1）TPP 24 二氢硫辛酸乙酰转移酶（二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）硫辛酸、硫辛酸、CoA 24 二氢硫辛酸脱氢酶（二氢硫辛酸脱氢酶（E3）FAD、NAD+12 此外，还需要此外，还需要CoA、Mg2+作为辅因子作为辅因子2021/3/29 星期一31丙酮酸脱丙酮酸脱氢酶氢酶二氢硫辛二氢硫辛酸乙酰转酸乙酰转移酶移酶二氢硫辛二氢硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶2021/3/29 星期一32糖的无氧氧化与有氧氧化的关系糖的无氧氧化与有氧氧化的关系 葡萄糖葡萄糖（或糖原、淀粉）（或糖原、淀粉）丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙酰辅酶乙酰辅酶A三羧酸循环三羧酸循环CO2+H2O线粒体内膜线粒体内膜线粒体基质线粒体基质细胞液细胞液柠檬酸循环柠檬酸循环有氧氧化有氧氧化.TCA.TCA概念与反应过程概念与反应过程.TCA.TCA作用特点、意义与调控作用特点、意义与调控.TCA.TCA作用的能量计算作用的能量计算2021/3/29 星期一33柠檬酸柠檬酸/三羧酸循环三羧酸循环:反应从反应从乙酰乙酰辅酶辅酶A与草酰乙酸缩合成含有与草酰乙酸缩合成含有三三个羧基个羧基的的柠檬酸柠檬酸开始，所以开始，所以称为称为柠檬酸循环，又称为柠檬酸循环，又称为TCA循环或循环或Krebs循环循环2021/3/29 星期一34 OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP 草酰乙酸草酰乙酸 再生阶段再生阶段 柠檬酸的柠檬酸的生成阶段生成阶段 氧化脱氧化脱 羧阶段羧阶段柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+柠檬酸柠檬酸/三羧酸循三羧酸循环环TCATCA2021/3/29 星期一35TCA第一阶段：柠檬酸生成第一阶段：柠檬酸生成H2O草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶乌头酸酶乌头酸酶2021/3/29 星期一36CH3 CSCoA+OOCCOOHCH2COOH柠檬酸柠檬酸合成酶合成酶HOCCOOHCH2COOHCH2COOHHSCoAH2O柠檬酸柠檬酸合酶合酶乙酰乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸HSCoA（1）缩）缩 合合 反反 应应H2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶是是TCA关键的关键的第一个限速酶第一个限速酶。其活性受。其活性受ATP、NADH、琥珀酰、琥珀酰CoA的抑制；草酰乙酸和乙酰的抑制；草酰乙酸和乙酰CoA的浓度的浓度较高时，可激活该酶的活性。较高时，可激活该酶的活性。氟乙酸氟乙酸氟乙酰氟乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸氟柠檬酸氟柠檬酸杀虫剂杀虫剂乙酰乙酰CoA和和草酰乙酸草酰乙酸缩合缩合然后再然后再水解水解成一分子成一分子柠檬酸柠檬酸2021/3/29 星期一37（2）柠檬酸异构化为异柠檬酸）柠檬酸异构化为异柠檬酸HOCCOOHCHCOOHCH2COOHHCCOOHCHCOOHCHCOOHCHCOOHCH2COOHCH2COOHHOH2OH2O乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶HOHH2OHOHH2O柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸 2021/3/29 星期一38TCA第二阶段：氧化脱羧第二阶段：氧化脱羧CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶2021/3/29 星期一39HOH（3）异柠檬酸氧化生成）异柠檬酸氧化生成-酮戊二酸酮戊二酸CHCOOHCHCOOHCH2COOHCCOOHCHCOOHCH2COOHHO异柠檬酸异柠檬酸HOCH2CHCOOHCH2COOHOHCOONAD+NADH+H+异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2CO2草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶是是第二个限速酶第二个限速酶,这是三羧酸循环这是三羧酸循环的的第一次氧化脱羧第一次氧化脱羧反应，产生反应，产生NADH和和CO2。此次此次反应是反应是TCA的一的一分界点分界点，在此之前都是三羧酸的，在此之前都是三羧酸的转化，在此之后则是二羧酸的转化。转化，在此之后则是二羧酸的转化。异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶HH2021/3/29 星期一40（4）-酮戊二酸氧化脱羧反应酮戊二酸氧化脱羧反应CH2CCOOHCH2COOHO-酮戊二酸酮戊二酸CH2CH2COOH+HSCoACOSCoA琥珀酰琥珀酰CoANAD+NADH+H+CO2-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体COOCO2H HHH2021/3/29 星期一41-酮戊二酸脱氢酶（复合体）系酮戊二酸脱氢酶（复合体）系是是TCATCA途径中的途径中的第三个限速酶第三个限速酶，需，需TPPTPP、硫辛、硫辛酸、酸、FADFAD、MgMg2+2+参加，与丙酮酸脱氢酶系参加，与丙酮酸脱氢酶系相似；相似；此反应此反应不可逆不可逆，氧化释放的能量既可驱，氧化释放的能量既可驱使使NAD+还原，又可产生还原，又可产生高能化合物琥高能化合物琥珀酰辅酶珀酰辅酶A，是，是TCA途径中的途径中的第二次氧第二次氧化脱羧化脱羧，又产生，又产生NADH和和CO2；-酮戊二酸酮戊二酸的的前后前后各脱下一分子各脱下一分子COCO2 2。2021/3/29 星期一42（5）琥珀酸的生成）琥珀酸的生成CH2CH2COOHCOSCoA琥珀酰琥珀酰CoAGDP+Pi+GTPCoASHCH2COOHCH2COOH琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶GTP +ADPATPGTP琥珀酰琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶在琥珀酸硫激酶/琥珀酰琥珀酰CoA合成酶催化合成酶催化下，转移其下，转移其硫酯键硫酯键至至GDP生成生成GTP，同时生成琥珀，同时生成琥珀酸，需酸，需Mg2+；所以此反应是；所以此反应是TCA途径中途径中唯一直接产唯一直接产生生ATP的反应的反应底物水平磷酸化底物水平磷酸化。2021/3/29 星期一43TCA第三阶段：草酰乙酸再生第三阶段：草酰乙酸再生FAD FADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸草酰乙酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶2021/3/29 星期一44HH（6）延胡索酸的生成）延胡索酸的生成CHCOOHCHCOOH琥珀酸琥珀酸+FADCHCOOHCHCOOHHHHH+FADH2H2延胡索酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶是是TCA途径中的途径中的第三次氧化第三次氧化，产生，产生FADH2。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的强抑制剂。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的强抑制剂。2021/3/29 星期一45HOHH2O（7）苹果酸的生成）苹果酸的生成CHCOOHCHCOOH延胡索酸延胡索酸H2OCHCOOHCHCOOHHOH延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸+这是一个加水反应，该酶具有严格这是一个加水反应，该酶具有严格的立体专一性，只产生的立体专一性，只产生L苹果酸苹果酸2021/3/29 星期一46（8）草酰乙酸的再生）草酰乙酸的再生CHCOOHCCOOH苹果酸苹果酸OCCOOHCH2COOH草酰乙酸草酰乙酸NAD+NADH+H+HHOH苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶HOHH H此反应是此反应是TCA途径中的途径中的第四次氧化第四次氧化，产生，产生NADH和和H+至此，又重新生成至此，又重新生成了了草酰乙酸草酰乙酸；因此，；因此，TCA循环完成循环完成一周。一周。2021/3/29 星期一47柠檬柠檬 酸酸草酰乙酸草酰乙酸 乙酰CoACoAH2O琥珀酰琥珀酰CoA 异柠檬酸异柠檬酸 NAD+NADH+H+CO2-酮戊二酸脱氢酶复合体-酮戊二酸脱氢酶复合体延胡索酸延胡索酸 苹果酸苹果酸 FADFADH2H2OCO2NAD+NADH+H+三羧酸循环三羧酸循环琥珀酸琥珀酸 GDPGTPATPNADH+H+NAD+-酮戊二酮戊二 酸酸CO2CO2H HH HH2H HATP2021/3/29 星期一48TCA的总反应式：的总反应式：CH3COSCoA+2H2O+3NAD+FAD+ADP+Pi2CO2+3NADH+3H+FADH2+CoASH+ATPTCATCA的特点：的特点：TCATCA一周，一周，消耗一分子乙酰消耗一分子乙酰CoACoA（2C2C化合物）化合物）；其中的三羧酸，二羧酸并不因参加循环而有所增其中的三羧酸，二羧酸并不因参加循环而有所增减；因此，在理论上，这些羧酸只要微量，就可减；因此，在理论上，这些羧酸只要微量，就可不息地循环，促使乙酰不息地循环，促使乙酰CoACoA氧化；氧化；2021/3/29 星期一49：TCA的多个反应是可逆的，但由于的多个反应是可逆的，但由于柠檬酸的合成柠檬酸的合成及及-酮戊二酸的氧化脱羧酮戊二酸的氧化脱羧是是不可逆不可逆的，故此循环是的，故此循环是单方向进行单方向进行的，的，在细胞的在细胞的线粒体内线粒体内进行；进行；丙酮酸丙酮酸所含的所含的3 3个个C C被被氧化氧化成成3CO3CO2 2：第一个第一个COCO2 2是在是在形成乙形成乙酰酰CoACoA时产生的；时产生的；第第2 2个个COCO2 2是在是在生成生成-酮戊二酸酮戊二酸时产生的；时产生的；第第3 3个个COCO2 2是在生成是在生成琥珀酰琥珀酰CoACoA时产生的；时产生的；丙酮酸氧化脱羧反应丙酮酸氧化脱羧反应及及TCATCA中的第中的第3 3、4 4、6 6、8 8步反应步反应各脱各脱下一对氢原子，其中下一对氢原子，其中丙酮酸氧化脱羧反应及丙酮酸氧化脱羧反应及TCA中的第中的第3、4、8步反应步反应交给交给NADNAD+产生产生4 4次次NADHNADH和和H H+；TCA中的中的第第6步反步反应应交给交给FAD产生产生1次次FADH2；它们分别经它们分别经呼吸链呼吸链交给交给氧氧而生而生成成水水同时同时产生产生ATP；TCATCA中的中的第第6 6步反应步反应是是底物磷酸化底物磷酸化产生产生ATPATP。TCA的特点TCATCA的的双重作用双重作用（分解代谢和合成代谢）（分解代谢和合成代谢）p110p110。2021/3/29 星期一50TCA的生物学意义：的生物学意义：1.是生物利用糖或其他物质是生物利用糖或其他物质氧化而氧化而获得能量获得能量的的最有效方式最有效方式。2.是三大有机物质（糖类、脂类、蛋是三大有机物质（糖类、脂类、蛋白质）转化的枢纽。白质）转化的枢纽。3.提供多种化合物的提供多种化合物的碳骨架碳骨架。TCA的代谢调节：的代谢调节：受受柠檬酸合酶柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶和和-酮戊酮戊二酸脱氢酶系二酸脱氢酶系3种酶活性的调控。种酶活性的调控。具体见具体见p109图图23-132021/3/29 星期一51-酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸延胡索酸延胡索酸柠檬酸柠檬酸琥珀酰琥珀酰CoATyrGlnHisProGluIleMetSerThrValPheTyr 葡萄糖葡萄糖磷酸烯醇型丙酮酸磷酸烯醇型丙酮酸 丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoAAsnAsu脂肪酸脂肪酸酮体酮体三羧酸循环三羧酸循环糖糖类类、蛋蛋白白质质、脂脂类类通通过过TCA的的联联系系示示意意图图2021/3/29 星期一52柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸(顺乌头酸顺乌头酸)-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoAH2OSHCoAH2OH2ONADH +H+CO2GDP+PiGTP琥珀酸琥珀酸NADH +H+CO2SHCoASHCoAFADH2H2ONADH+H+三羧酸循环2021/3/29 星期一53能量能量“现金现金”:1 GTP 能量能量“支票支票”:3 NADH 1 FADH2兑换率兑换率 1：2.59ATP兑换率兑换率 1：1.52ATP1ATP10ATP三羧酸循环的能量计量三羧酸循环的能量计量2021/3/29 星期一54葡萄糖的有氧氧化包括葡萄糖的有氧氧化包括四个四个阶段：阶段：糖酵解产生丙酮酸糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、丙酮酸、2ATP、2NADH）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA、NADH 三羧酸循环三羧酸循环（2CO2、H2O、GTP、3NADH、FADH2）呼吸链氧化磷酸化呼吸链氧化磷酸化（NADH、FADH2-ATP）原核生物：原核生物：阶段在胞质中阶段在胞质中 真核生物：真核生物：在胞质中，在胞质中，在线粒体中在线粒体中葡萄糖彻底氧化生成葡萄糖彻底氧化生成ATP的数目的数目-p142表表24-52021/3/29 星期一552021/3/29 星期一56糖有氧分解的能量变化：糖有氧分解的能量变化：C6H12O6+6H2O+10NAD+2FAD+4ADP+4Pi6CO2+10NADH+10H+2FADH2+4ATP1molG CO2+H2O 产生产生？molATP32/30mol1molG CO2+H2O 产生产生？molATP33/31mol2021/3/29 星期一57戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径糖代谢的第糖代谢的第2条重要途径条重要途径.戊糖磷酸途径的概念戊糖磷酸途径的概念.戊糖磷酸途径的反应过程戊糖磷酸途径的反应过程.戊糖磷酸途径特点与生物学意义戊糖磷酸途径特点与生物学意义2021/3/29 星期一58戊糖磷酸途径（戊糖磷酸途径（PPP）/己糖单磷酸途径己糖单磷酸途径（HMP）概念：从概念：从葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸开始，不经糖酵开始，不经糖酵解和柠檬酸循环，直接将其脱氢脱羧分解和柠檬酸循环，直接将其脱氢脱羧分解为解为磷酸戊糖磷酸戊糖，磷酸戊糖分子再经重排，磷酸戊糖分子再经重排最终又生成最终又生成6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖的过程的过程(简称简称HMP途径途径)。由于此途径是以葡糖。由于此途径是以葡糖-6-磷磷酸酸（G-6-P）开始的，故又称为开始的，故又称为己糖磷己糖磷酸途径酸途径；作用部位在；作用部位在细胞质细胞质。2021/3/29 星期一59可分为两个阶段可分为两个阶段 第一阶段第一阶段 氧化阶段氧化阶段：由由葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸直接直接脱氢脱氢脱羧脱羧生成生成磷酸戊糖磷酸戊糖;第二阶段第二阶段 非氧化阶段非氧化阶段：磷酸戊糖磷酸戊糖分子再经重排最终分子再经重排最终 又生成又生成葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸。戊糖磷酸途径反应过程戊糖磷酸途径反应过程2021/3/29 星期一60葡糖葡糖-6-磷酸磷酸葡糖葡糖-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶葡葡糖糖-6-磷磷酸酸内内酯酯内酯酶内酯酶葡葡糖糖酸酸-6-磷磷酸酸葡糖葡糖-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶（脱羧氧化）（脱羧氧化）核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸氧氧化化阶阶段段核糖核糖-5-磷酸磷酸木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸限速反应，调速酶限速反应，调速酶2021/3/29 星期一61戊糖磷酸途径的调节戊糖磷酸途径的调节 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶是是HMP的的限速酶限速酶，其，其活性决定葡萄糖活性决定葡萄糖-6-磷酸进入此途径的流量，磷酸进入此途径的流量，此酶活性主要受此酶活性主要受NADP+/NADPH比例比例的调的调节，节，NADP+浓度稍高于浓度稍高于NADPH即激活即激活此此途径，此酶尤其受途径，此酶尤其受NADPH 强烈抑制强烈抑制2021/3/29 星期一62核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖木酮糖木酮糖 核糖核糖木酮糖木酮糖木酮糖木酮糖木酮糖木酮糖 核糖核糖C3PC7PC2C4PC3C6PC2C3PC6PC3PC6PC7PC4PC6PC2C3PC6PC2C3非氧化阶段：非氧化阶段：戊糖磷酸分子重排产生葡萄糖戊糖磷酸分子重排产生葡萄糖-6-磷酸和甘油醛磷酸和甘油醛-3-磷酸磷酸2021/3/29 星期一63戊糖磷酸途径的主要特点：戊糖磷酸途径的主要特点：1 1、是葡萄糖、是葡萄糖-6-6-磷酸磷酸直接脱氢脱羧直接脱氢脱羧,不必经不必经 过过EMP,EMP,也不必经过也不必经过TCATCA；2 2、在整个反应中、在整个反应中,脱氢酶的辅酶为脱氢酶的辅酶为NADPNADP+而而不是不是NADNAD+；3 3、反应过程中进行了一系列酮基和醛基转、反应过程中进行了一系列酮基和醛基转 移反应，经过了移反应，经过了3 3、4 4、5 5、6 6、7 7碳糖的演变过碳糖的演变过程，重新生成己糖程，重新生成己糖-6-6-磷酸。磷酸。2021/3/29 星期一64HMP的生物学意义：的生物学意义：HMP途径的酶类已在许多动植物材料中发现，说明此途径途径的酶类已在许多动植物材料中发现，说明此途径也是也是普遍存在普遍存在的糖代谢方式，在不同的组织或器官中它所占的糖代谢方式，在不同的组织或器官中它所占的比重不同；的比重不同；：最重要的是：最重要的是HMP途径进行糖分解生成途径进行糖分解生成还原辅酶还原辅酶（NADPHNADPH），），可以供给组织中可以供给组织中合成代谢合成代谢的需要，如的需要，如脂肪酸脂肪酸长链长链的生物合成，固醇类化合物的生物合成；的生物合成，固醇类化合物的生物合成；：HMP途径产生的途径产生的核糖核糖-5-磷酸磷酸，是，是核酸生物合成核酸生物合成的必需的必需原料，并且核酸中核糖的分解代谢也可通过此途径进行；原料，并且核酸中核糖的分解代谢也可通过此途径进行；：HMP途径产生的途径产生的甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸是糖分解的三种途径是糖分解的三种途径（EMP、TCA、HMP）的枢纽点）的枢纽点；从甘油醛；从甘油醛-3-磷酸可进入磷酸可进入不同的糖分解途径，这种多样性可以认为是从物质代谢上表不同的糖分解途径，这种多样性可以认为是从物质代谢上表现生物对环境的适应性。现生物对环境的适应性。2021/3/29 星期一65（一）定义：由（一）定义：由非糖物质非糖物质转变为转变为葡萄糖葡萄糖或糖原或糖原的过程的过程,称为称为(葡葡)糖异生作用。糖异生作用。（二）（二）(葡葡)糖异生的部位：主要在糖异生的部位：主要在肝脏肝脏，其次是肾脏其次是肾脏,主要在肝、肾细胞的胞浆主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体及线粒体（三）葡糖异生的历程：（三）葡糖异生的历程：大部分大部分/非全部非全部是是糖酵解糖酵解的逆过程。的逆过程。(葡葡)糖糖 异异 生生 作作 用用2021/3/29 星期一66 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-1，6-二磷酸二磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸2 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖磷酸果糖磷酸激酶激酶果糖果糖-1,6-二二磷酸磷酸(磷酸磷酸酯酯)酶酶丙酮酸丙酮酸激酶激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸(磷酸酯磷酸酯)酶酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸2 草酰乙酸草酰乙酸PEP羧激酶羧激酶糖糖酵酵解解与与糖糖异异生生的的关关系系图图2021/3/29 星期一67糖异生途径关键反应之一糖异生途径关键反应之一PEP羧激酶羧激酶（胞液）（胞液）ATP+H2O ADP+Pi丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶（辅酶生物素）（辅酶生物素）（线粒体基质）（线粒体基质）P磷酸烯醇式丙酮磷酸烯醇式丙酮酸（酸（PEP）GTPGDP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸CO2CO22021/3/29 星期一68糖异生途径关键反应之二糖异生途径关键反应之二果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶+H2O+Pi果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH果糖果糖-6-磷酸磷酸POH2COHOOHHHH2021/3/29 星期一69糖异生途径关键反应之三糖异生途径关键反应之三+H2O+Pi葡萄糖葡萄糖6-磷酸酶磷酸酶P葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸H葡萄糖葡萄糖脑和肌肉中不存在葡萄糖脑和肌肉中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，因此脑和肌肉细胞磷酸酶，因此脑和肌肉细胞不能利用葡萄糖不能利用葡萄糖-6-磷酸形成磷酸形成葡萄糖。葡萄糖。2021/3/29 星期一70糖异生的生理意义糖异生的生理意义l肝、肠和肾细胞由葡萄糖肝、肠和肾细胞由葡萄糖-6-6-磷磷酸形成葡萄糖进入血液，对保证酸形成葡萄糖进入血液，对保证在饥饿状态下大脑血糖浓度的相在饥饿状态下大脑血糖浓度的相对恒定具有重要意义对恒定具有重要意义l是补充或恢复肝糖原储备的重要是补充或恢复肝糖原储备的重要途径途径2021/3/29 星期一71糖异生的调节糖异生的调节l糖异生和糖酵解这两个途径的糖异生和糖酵解这两个途径的调节酶，调节酶，如如胰高血糖素胰高血糖素和和胰岛素，胰高血糖素胰岛素，胰高血糖素/胰岛胰岛素比例高可诱导促进糖异生素比例高可诱导促进糖异生l代谢物代谢物对糖异生的调节：对糖异生的调节：糖异生主要原料糖异生主要原料（甘油、乳酸、氨基酸甘油、乳酸、氨基酸）浓度增加促进糖浓度增加促进糖异生；异生；乙酰乙酰CoACoA决定决定PyrPyr的代谢方向，其浓的代谢方向，其浓度增加可加速度增加可加速PyrPyr进行糖异生进行糖异生2021/3/29 星期一72乙醛酸途径乙醛酸途径/循环（循环（GAC）TCA的支路的支路.乙醛酸途径的概念乙醛酸途径的概念.乙醛酸途径的反应过程乙醛酸途径的反应过程.乙醛酸途径特点与生物学意义乙醛酸途径特点与生物学意义2021/3/29 星期一73许多许多微生物微生物与与植物植物能够利用能够利用乙酸乙酸（乙酰（乙酰CoACoA）作为唯一的