生物化学糖酵解糖异生和戊糖磷酸途径省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

糖酵解、糖异生和戊糖磷酸路径糖酵解、糖异生和戊糖磷酸路径 糖酵解糖酵解 糖酵解进入路径糖酵解进入路径 厌氧条件下丙酮酸去路：发酵厌氧条件下丙酮酸去路：发酵 糖异生糖异生 葡萄糖氧化戊糖磷酸路径葡萄糖氧化戊糖磷酸路径Glucose occupies a central position in metabolism:-relatively rich in potential energy(Go=-2,840 kJ/mol)-remarkably versatile precursor(eg.E.coli)LW-11第1页=3C compoundMajor pathways of glucose utilization(in plants&animals)P28-1部分自由能在糖酵部分自由能在糖酵解路径中以解路径中以ATP&NADH形式被保留形式被保留核糖核糖-5-磷酸磷酸丙酮酸丙酮酸R5P(+NADPH)Although not the only possible fates for Glc,these 3 pathways are the most significant in terms of the amount of Glc that flows through them in most cells.(cf.Fig.11-1)2第2页 糖酵解糖酵解 Glycolysis 概述：糖酵解分为两大阶段概述：糖酵解分为两大阶段 准备阶段消耗准备阶段消耗ATP 收益阶段取得收益阶段取得ATP和和NADH 糖酵解能够严格调控糖酵解能够严格调控(cf.courseware 12)(糖糖)酵解酵解 细胞质中经过一系列细胞质中经过一系列 酶促反应将葡萄糖最酶促反应将葡萄糖最 终降解为丙酮酸并伴终降解为丙酮酸并伴 有有ATP生成全过程生成全过程发酵发酵 无氧条件下无氧条件下由葡萄糖由葡萄糖 等降解而生成乳酸或等降解而生成乳酸或 乙醇乙醇(GlcPyr similar as in Glycolysis)LW-2Otto F.Meyerhof 1884-1951(shared 1922 NP in Phys./Med.)(Embden-Meyerhof-Parnas Pathway)3第3页G19.1 两阶段十步反应两阶段十步反应 -前五步准备前五步准备 -后五步收益后五步收益(oxidative/non-oxidative)三种主要转化类型三种主要转化类型 -Glc碳链降解产生碳链降解产生 丙酮酸丙酮酸(6C3C)-释能形成高能磷酸释能形成高能磷酸 化合物化合物(ADPATP)-电子电子/:H转移转移 (NAD+NADH)1.概述：糖酵解概述：糖酵解 可分为两大阶段可分为两大阶段(cf.Fig.11-2)4第4页14-2a The two phases of glycolysis己己糖糖阶阶段段消耗消耗2 ATPContinue for 2nd phase5第5页14-2b丙糖阶段丙糖阶段生成生成4 ATP&2 NADH发酵发酵还包还包含在无氧含在无氧条件下由条件下由丙酮酸继丙酮酸继续反应并续反应并最终生成最终生成乳酸乳酸/乙醇乙醇等等6第6页Overall equation for glycolysisGlc+2NAD+2ADP+2Pi 2 pyruvate+2NADH+2H+2ATP+2H2O 糖酵解能量改变糖酵解能量改变可分为可分为两段进程两段进程：-Glc+2NAD+2 pyruvate+2NADH+2H+G=-146 kJ/mol -2ADP+2Pi 2ATP+2H2O G=(2 x 30.5)=61 kJ/mol Gtotal=-146+61=-85 kJ/mol 在在细胞内实际细胞内实际ATP,ADP,Pi,Glc和和pyruvate条条件下，件下，糖酵解糖酵解中释出能量中释出能量(with pyruvate as the end product)以以ATP形式形式储存效率储存效率 60%Note:Glc大部分能量仍保留在丙酮酸中：大部分能量仍保留在丙酮酸中：-Glc完完全氧化成全氧化成CO2&H2O：G=-2,840 kJ/mol -经经由糖酵解转化成由糖酵解转化成两两分子丙酮酸时分子丙酮酸时(G=-146 kJ/mol)仅释出其总能量仅释出其总能量 5.2%P28-3细胞内条件细胞内条件下酵解过程下酵解过程基本不可逆基本不可逆7第7页 Glc磷酸化成磷酸化成G6P -己己糖激酶糖激酶 -1stATP被消被消耗：耗：不可逆不可逆 -为为后续反应后续反应激活激活Glcp526-keeping some energy from ATPs breakdown-keeping Glc in cell-己糖激酶己糖激酶 IIII广泛分布广泛分布 于肝肾外全部组织中，于肝肾外全部组织中，KmGlc=0.1 mmol，专一性不强且为变构酶：专一性不强且为变构酶：G6P为其变构抑制剂为其变构抑制剂-Glc激酶激酶(glucokinase =hexokinase IV)主要在肝细胞，主要在肝细胞，KmGlc=510 mmol，专一性很强，专一性很强 且不受且不受G6P抑制抑制-通常细胞内通常细胞内Glc 仅为仅为 4 mmol，故只有当，故只有当血糖血糖 很高时才能由很高时才能由Glc激酶在激酶在 肝脏活化肝脏活化Glc以合成糖原以合成糖原 (G6P G1P UDP-Glc)亲核攻击亲核攻击2.准备阶段消耗准备阶段消耗ATP(cf.p290)8第8页G15.1 己糖激酶作用时会发生显著构象改变己糖激酶作用时会发生显著构象改变(诱导契合诱导契合)：与与Glc结合引发两个结构域相对转动结合引发两个结构域相对转动17而靠近而靠近(8)，使被结合，使被结合Glc与待结合与待结合Mg2+-ATP更为靠近，并对应阻断更为靠近，并对应阻断H2O进入活性位点水解进入活性位点水解ATP-己糖激酶活性需要己糖激酶活性需要Mg2+：屏蔽屏蔽ATP磷酰基负电荷磷酰基负电荷 而使其末端而使其末端P更轻易受到更轻易受到 Glc等等OH亲核攻击亲核攻击(cf.Fig.11-3)9第9页 G6P异构化为异构化为F6P -磷磷酸己糖异构酶酸己糖异构酶 =醛醛-酮糖酮糖可逆异构可逆异构反应反应 (需要以需要以开链形式开链形式进行进行)p526 C1羰基羰基与与C2羟基羟基重排是重排是 后两步反应进行前提后两步反应进行前提-磷酸化磷酸化需要需要C1羰基先转化羰基先转化 成醇成醇(形成形成OH攻击攻击ATP磷酰基磷酰基)-C3C4断裂断裂则需要则需要C2位位 有一羰基有一羰基(利于负碳离子形成利于负碳离子形成)10第10页吡喃葡糖开环吡喃葡糖开环C2H+移除促进移除促进顺顺-烯二醇中间物烯二醇中间物形形成成C2OHH+移除移除造成形成造成形成C=O双键双键呋喃果糖闭环呋喃果糖闭环G19.3 磷酸己糖异构酶反应机制磷酸己糖异构酶反应机制 (重排异构重排异构&E-碱性残基交替广义酸碱性残基交替广义酸-碱催化碱催化)酶活性位点酶活性位点碱性残基碱性残基-人人磷酸葡糖磷酸葡糖 异构酶异构酶对对G6P 高度专一，且高度专一，且 活性需要活性需要Mg2+C1-OH可攻击可攻击ATP磷酰基磷酰基(cf.Fig.11-4)11第11页p526 F6P磷酸化成F-1,6-BP -磷酸果糖激酶-1(PFK-1)-2ndATP被消耗：不可逆&调整点 PFK-1是变构酶，为酵解路径是变构酶，为酵解路径 调整关键反应：调整关键反应：细胞能荷低细胞能荷低 可激活，能荷高则抑制可激活，能荷高则抑制-ATP抑制而抑制而AMP解除抑制解除抑制-柠檬酸柠檬酸和和F-2,6-BP分别为分别为 变构抑制剂和激活剂变构抑制剂和激活剂1st调拨点调拨点F-1,6-BP只能只能进入酵解进入酵解亲核攻击亲核攻击12第12页 F-1,6-BP裂解成二羟丙酮磷酸和甘油醛裂解成二羟丙酮磷酸和甘油醛-3-P -醛缩酶醛缩酶 =可可逆羟逆羟-醛缩合反应醛缩合反应 -C3C4断断开开p527C3C4连键裂解连键裂解尽管尽管Go意味着反应意味着反应倾向于逆行，但因为倾向于逆行，但因为磷酸丙糖在后续反应磷酸丙糖在后续反应中不停被消耗而促使中不停被消耗而促使F-1,6-BP裂解裂解(DHAP)(G3P)13第13页14-5class I aldolase reaction(animal&plant)中中C2羰羰基与基与E-Lys形形成带正电亚胺成带正电亚胺(-C=N-键键)，以，以稳定稳定C3C4断裂时暂时形断裂时暂时形成负碳离子成负碳离子释出释出1st产物产物后形成烯胺后形成烯胺中间物中间物以以和和逆过程水解逆过程水解亚胺并释出亚胺并释出2nd产物产物自学自学14第14页14-6磷酸丙糖互变异构磷酸丙糖互变异构 -丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶 -只有只有G3P直直接进入酵解后续反应接进入酵解后续反应 -有效移除有效移除G3P可确保反应平衡可确保反应平衡 有有利于正向进行利于正向进行最复杂功效团最复杂功效团(羰羰基基)要求为要求为C1Review for 1st phase反应机制类似于反应机制类似于磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶oxidizedreduced提升代谢效率提升代谢效率(cf.Fig.11-5)化学意义化学意义无区分无区分15第15页 G3P氧化生成氧化生成1,3-BPG以以:H形式移除形式移除并加载于并加载于NAD+以以H+形式游形式游离于溶液中离于溶液中-醛基氧化产生自由能以醛基氧化产生自由能以混合混合 酸酐酸酐(Go=-49.3 kJ/mol)形式形式 储存在储存在C1上，能够转移至上，能够转移至ADP 生成生成ATPp529G3P氧化氧化放能放能：G=-43 kJ/mol磷酸酐键形成磷酸酐键形成吸能吸能：G=49.3 kJ/mol-G3P脱脱氢酶氢酶(as homotetramer)-1st步步储能反应储能反应=醛醛脱氢成脱氢成 混合酸酐混合酸酐3.收益阶段产生收益阶段产生ATP和和NADH(cf.p294)16第16页14-7G3P dehydrogenase reaction硫半缩醛硫半缩醛硫酯硫酯SH对底物亲核攻击对底物亲核攻击得到得到His广义酸广义酸-碱催碱催化促进化促进必须取代必须取代NADH以防止酵解终止以防止酵解终止(:B)(cf.Fig.11-6)磷酸解磷酸解(as OH from H2O)(e sink)17第17页-碘乙酸碘乙酸(烷化剂烷化剂)可抑制可抑制G3P脱氢酶：与酶活性脱氢酶：与酶活性部位部位Cys-SH形成共价衍生物而使酶失活形成共价衍生物而使酶失活(as DIPFP for Ser-OH)p536(3rd)H11.2(Box)-砷砷酸酸能替换磷酸参加能替换磷酸参加 反应而生成反应而生成1-砷酸砷酸-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸，后者很，后者很 不稳定而快速水解，不稳定而快速水解，使使G3P氧化与氧化与ADP 磷酸化解偶联磷酸化解偶联 (潜在致死反应潜在致死反应)(as with heavy metal ions eg.Hg2+)18第18页-磷酸磷酸甘油酸激酶甘油酸激酶 (以逆反应命名以逆反应命名)=1st步步底物水平磷酸化底物水平磷酸化底物分子底物分子高能磷酰基高能磷酰基直接转移直接转移到到ADP/GDP而生成而生成ATP/GTP，反应仅，反应仅包括可溶性酶和化学中间物包括可溶性酶和化学中间物 和和为能量偶联过程为能量偶联过程 (共同中间物为共同中间物为1,3-BPG)-G3P(醛醛)氧化为氧化为3-PG(酸酸)-NAD+还原成还原成NADH -ADP磷酸化为磷酸化为ATP即：即：G3P+ADP+Pi+NAD+3-PG+ATP+NADH+H+Go=-12.2 kJ/molp531 磷酰基从磷酰基从1,3-BPG转移给转移给ADP3-PG19第19页 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸(3-PG)转化成转化成2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸(2-PG)-磷酸磷酸甘油酸变位酶甘油酸变位酶 =磷磷酰基在酰基在C3&C2 之间可逆换位之间可逆换位p531单磷酸甘油单磷酸甘油(酸酸)标准水解自由能改变标准水解自由能改变(Go)均不足以生成核苷三磷酸均不足以生成核苷三磷酸20第20页14-8phosphoglycerate mutase reaction(animal&yeast)-在大多数细胞中，在大多数细胞中，该酶该酶活性部位活性部位His 残基在反应前均需残基在反应前均需 先被少许先被少许2,3-BPG (引物引物)磷酸化磷酸化-红细胞红细胞2,3-BPG 高达高达5 mM，可调整，可调整 Hb对对O2亲和性亲和性-该酶在该酶在植物植物中无需中无需 2,3-BPG中继：由中继：由 3-PG直接将磷酰基直接将磷酰基 转移到酶上，后者转移到酶上，后者 再将其转回再将其转回C2生成生成 2-PG(cf.Fig.11-7)21第21页 2-PG脱水变位成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)-烯醇化酶 -2-PG脱水造成分子内能量重新分布 2-PG和PEP磷酰基水解Go含有很大差值：2-PG:-17.6 kJ/mol(glycerate,as for 3-PG)PEP:-61.9 kJ/mol足以在下步反应足以在下步反应中合成中合成ATPp532C2 oxidizedC3 reduced22第22页Two-step reaction catalyzed by enolaseLys345碱催化移除碱催化移除H+烯醇化中间物由烯醇化中间物由Mg2+稳定稳定Glu211酸催化促进移除酸催化促进移除OHF为烯醇化酶强抑制剂：为烯醇化酶强抑制剂：可在活性位点形成可在活性位点形成FPO32Mg2+复合物而使酶失活复合物而使酶失活6-2323第23页 磷酰基从磷酰基从PEP转移给转移给ADP -丙酮酸丙酮酸激酶激酶 =2nd步步底底物水平磷酸化物水平磷酸化 -丙丙酮酸先形成酮酸先形成烯醇式烯醇式，随即快速，随即快速 互变异组成更为稳定互变异组成更为稳定酮式酮式 -不不可逆可逆 调整点调整点PEP磷酰基转移磷酰基转移放能放能：Go=-61.9 kJ/mol ATP生成生成吸能吸能：Go=30.5 kJ/mol非酶促异构非酶促异构 G=-41.8 kJ/molp53224第24页mechanism for pyruvate kinase reaction(cf.Fig.11-8&Fig.11-9)25第25页总总输入：输入：Glc+2ATP+2NAD+4ADP+2Pi总总输出：输出：2 pyruvate+2ADP+2NADH+2H+4ATP+2H2O总总反应：反应：Glc+2NAD+2ADP+2Pi 2 pyruvate+2NADH+2H+2ATP+2H2O-碳骨碳骨架转化：架转化：1 Glc 2 pyruvate-磷磷酰基转移：酰基转移：2 ADP+2Pi 2 ATP-e转移转移：4e(as 2:H)从从 2 G3P转移至转移至 2 NAD+净净ATP生成生成来自来自-底物水平磷酸化底物水平磷酸化 (-NADH在在有氧条件下可经由呼吸链再氧化而获能有氧条件下可经由呼吸链再氧化而获能)P28-17 Pasteur effect:Glc消耗率消耗率/总量在无氧条件下均要总量在无氧条件下均要 显著高于有氧时显著高于有氧时(氧对发酵作用抑制氧对发酵作用抑制)(cf.p303)4.酵解反应总平衡有酵解反应总平衡有ATP净盈利净盈利 (cf.p298)26第26页小结：糖酵解小结：糖酵解-糖酵解是一个广泛存在于生物界糖酵解是一个广泛存在于生物界Glc降解路径降解路径，能够将能够将Glc氧化成两分子丙酮酸，并将释出能量氧化成两分子丙酮酸，并将释出能量 储存在储存在ATP和和NADH中中-10种酵解酶全都分布在种酵解酶全都分布在胞液中胞液中，全部中间物均为，全部中间物均为 3C/6C磷酸盐化合物磷酸盐化合物LW-327第27页-准备阶段准备阶段消耗消耗 2 ATP将将 Glc转化成转化成F-1,6-BP，随即随即C3C4连键被断裂而连键被断裂而 生成两分子磷酸丙糖生成两分子磷酸丙糖-收益阶段收益阶段两分子两分子G3P于于C1 位氧化，释出能量被储存位氧化，释出能量被储存 在在 2 NADH和和 2 ATP中中-催化大而负标准自由能改变催化大而负标准自由能改变 三种激酶三种激酶可经由别构调整可经由别构调整 控制该路径碳流量、确保控制该路径碳流量、确保 适宜适宜ATP供给以及维持各供给以及维持各 中间代谢物浓度稳定中间代谢物浓度稳定28第28页14-9 糖酵解进入路径糖酵解进入路径海藻糖海藻糖Glc(11)乳糖乳糖半乳糖半乳糖蔗糖蔗糖甘露糖甘露糖-其它单糖其它单糖可经过若干位点可经过若干位点 进入糖酵解进入糖酵解-寡糖寡糖/二糖二糖被水解成单糖被水解成单糖-糖元糖元/淀粉淀粉主要主要经由磷酸解经由磷酸解肝肝脏脏糖糖元元/淀粉淀粉Amylase均为均为-糖苷酶糖苷酶-型型为为内切，内切，-型型为外切为外切(cf.p302)29第29页14-10 糖元糖元/淀粉淀粉磷酸化酶磷酸化酶催化磷酸解反应催化磷酸解反应-催化催化Pi对连接对连接 非还原端非还原端最终最终 两个两个Glc残基残基 (14)糖苷键糖苷键 进行亲核攻击进行亲核攻击-经过经过磷酸解磷酸解将将 糖苷键中部分糖苷键中部分 能量保留在能量保留在G1P 磷酸酯键磷酸酯键中中-磷酸化酶磷酸化酶可重复可重复 作用至靠近某个作用至靠近某个 (16)分支点分支点 而停顿催化，再而停顿催化，再 由由脱支酶脱支酶移除其移除其 分支分支(cf.Fig.14-10)(+PLP)C1+30第30页Catabolic fates of pyruvate formed in glycolysis14-3 厌氧厌氧条件下丙酮酸去路：条件下丙酮酸去路：发酵发酵再生出继续酵解所再生出继续酵解所必需必需NAD+Fermentationcarrying out energy-yielding oxidative reactions without using oxygen as an electron acceptor(cf.Fig.11-10)31第31页 Examples of FermentationIn fermentations,NADH is produced by the oxidation of an organic molecule(ie.G3P),and then is used up by donating electrons to a different organic molecule such as pyruvate(a)or acetaldehyde(b).乳乳酸脱氢酶酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸脱羧酶脱羧酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶32第32页LW-4 糖异生糖异生 GluconeogenesisA pathway converting pyruvate and related 3C&4C compounds to Glc 维持机体血糖稳态所必需维持机体血糖稳态所必需-人体空腹血糖人体空腹血糖70110 mg/dl(体液仅载有体液仅载有20g Glc)正常成人消耗：正常成人消耗：160g/d 糖原储存总量糖原储存总量(肝肾肝肾+肌肉肌肉)：180200g-一些组织器官以一些组织器官以Glc为惟一或主要能源为惟一或主要能源 红细胞红细胞(无线粒体无线粒体)、脑、肾髓质、睾丸、眼晶状体等、脑、肾髓质、睾丸、眼晶状体等 心脏输出总血量心脏输出总血量1/51/4进入脑，后者天天需消耗进入脑，后者天天需消耗 约约120 g Glc(75%)广义广义指以简单前体为原料合成碳水指以简单前体为原料合成碳水化合物，广泛存在于生物界；但通化合物，广泛存在于生物界；但通常常特指特指动物组织尤其是肝脏发生从动物组织尤其是肝脏发生从非己糖前体合成葡萄糖全过程非己糖前体合成葡萄糖全过程-糖异生糖异生主要发生在肝、肾主要发生在肝、肾-激素调整激素调整 降血糖：胰岛素降血糖：胰岛素 升血糖：胰高血糖素、糖皮质激素和肾上腺素等升血糖：胰高血糖素、糖皮质激素和肾上腺素等35第35页14-15-不论动物还是植物，不论动物还是植物，PEPG6P均为不一样均为不一样 前体生物合成糖类前体生物合成糖类 通用路径通用路径-只有植物和光合只有植物和光合 细菌能够将细菌能够将CO2 转化成糖类转化成糖类 用简单前体用简单前体 合成糖类合成糖类raw materials for gluconeogenesis36第36页14-16Opposing pathways of glycolysis and gluconeogenesis in rat liver糖异生糖异生糖酵解糖酵解绕行绕行 2绕行绕行 3绕行绕行 1-糖酵解糖酵解和和糖异生糖异生 路径中大多数路径中大多数 反应都基本可逆反应都基本可逆-绕开绕开激酶激酶催化催化 三个能障三个能障就能使就能使 非糖物质转化成非糖物质转化成 糖类糖类(哺乳类肝、肾哺乳类肝、肾)(cf.Fig.14-1)37第37页-这这两步连续发生两步连续发生羧化羧化-脱羧脱羧 反应是丙酮酸反应是丙酮酸活化机制：活化机制：草酰乙酸脱羧可促进草酰乙酸脱羧可促进PEP生成生成线粒体线粒体胞液胞液绕行绕行 1丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路-丙酮酸丙酮酸羧化羧化为草酰乙酸为草酰乙酸(反应机制反应机制)P36-11-草酰乙酸草酰乙酸脱羧脱羧并磷酸化成并磷酸化成PEP(苹果酸穿梭苹果酸穿梭)羧羧化化脱脱羧羧-总总反应为：反应为：丙丙酮酸酮酸+ATP+GTP PEP+ADP+GDP+PiPEP羧激酶羧激酶磷酰基供体磷酰基供体生物素生物素(辅基辅基)丙丙酮酮酸酸转转运运酶酶+H+丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(乙酰乙酰-CoA激活激活)38第38页 EnzRole of biotin in pyruvate carboxylase reaction14-18-辅基生物素经由酰胺键辅基生物素经由酰胺键共价共价 结合于结合于羧化酶羧化酶Lys-NH2-在在ATP参加下，参加下，HCO3(CO2 活化形式活化形式)于于活性位点活性位点1与生物与生物 素环素环N1结合成羧基生物素结合成羧基生物素-由由Lys侧链和生物素形成侧链和生物素形成 长臂将活化羧基移动到长臂将活化羧基移动到活性活性 位点位点2并释出并释出CO2，随即与，随即与 丙酮酸反应生成草酰乙酸丙酮酸反应生成草酰乙酸-蛋清中蛋清中avidin对生物素有对生物素有 很高亲和性，是含生物素很高亲和性，是含生物素 酶特异性抑制剂酶特异性抑制剂磷酰基供体磷酰基供体(cf.Fig.14-2)不稳定烯醇式不稳定烯醇式(甲基负碳离子甲基负碳离子)urea+thiophene39第39页mechanism for pyruvate carboxylase(cf.Fig.14-2)40第40页14-19 Alternative paths from pyruvate to PEP同工酶同工酶同工酶同工酶105 lower than in mitoch.(used for 1,3-BPG G3P)-以以丙酮酸丙酮酸为原料进行糖异为原料进行糖异 生时需要采取生时需要采取苹果酸穿梭苹果酸穿梭 方式绕行，并维持胞液中方式绕行，并维持胞液中 NADH合成与消耗之平衡合成与消耗之平衡-以以乳酸乳酸为原料进行糖异生为原料进行糖异生 时，因其在胞液中转化为时，因其在胞液中转化为 丙酮酸即可生成丙酮酸即可生成NADH，故无需经由苹果酸中介而故无需经由苹果酸中介而 直接输出直接输出PEP-由不一样基因编码由不一样基因编码同工酶同工酶 可催化同一反应，但其细可催化同一反应，但其细 胞内分布或代谢作用不一样胞内分布或代谢作用不一样 (eg.LDH)Lactate(cf.Fig.14-3)41第41页绕行绕行2和和3均为磷酯键水解均为磷酯键水解14-16aG6P酶酶Go=-13.8 kJ/mol-脑脑/肌细胞肌细胞无该酶！无该酶！F-1,6-BP酶酶Go=-16.3 kJ/mol42第42页 Cori cycle (cf.Fig.14-4)G23.10生理意义：生理意义：-利用乳酸分子利用乳酸分子 能量以防止能量以防止 其损失其损失-及时将乳酸转及时将乳酸转 化以预防其在化以预防其在 组织中堆积而组织中堆积而 引发酸中毒引发酸中毒以以乳酸乳酸形式将酵解产生形式将酵解产生丙酮酸丙酮酸和和还原当量还原当量从肌肉从肌肉转移到肝脏以进行糖异生转移到肝脏以进行糖异生Carl F.Cori 1896-1984Gerty T.Cori 1896-19571947 NP inPhys./Med.stress loaded from muscle43第43页 糖异生是必需耗能反应糖异生是必需耗能反应如此高能量投入显然意味着如此高能量投入显然意味着糖异糖异生生并非并非糖酵解糖酵解简单逆转简单逆转T14-344第44页G28.2Substrate cycles are usually prevented by reciprocal regulatory controls.(cf.p371)Reciprocal regulation of gluconeogenesis&glycolysis绕行绕行 2糖酵解糖酵解糖异生糖异生(cf.Fig.14-7)45第45页-What was the rationale for comparing the activities of these two enzymes?-The data show the activities of both enzymes for a variety of bumblebee species.Do these results support the notion that bumblebees use futile cycles to generate heat?-In which species might futile cycling take place?Why?-Do these results prove that futile cycling does not participate in heat generation?自学自学46第46页LW-5小结：糖异生小结：糖异生糖异生为糖异生为普遍存在于生物界多反应路径，能够将丙酮普遍存在于生物界多反应路径，能够将丙酮酸或对应酸或对应3C化合物如乳酸和化合物如乳酸和Ala等转化成等转化成Glc，糖酵解糖酵解三步不可逆反应三步不可逆反应需由对应特殊酶催化需由对应特殊酶催化绕行绕行以以丙酮酸丙酮酸为前体合成为前体合成Glc需消耗需消耗4ATP、2GTP和和2NADH肝、肾肝、肾进行糖异生为大脑、肌肉和红细胞等提供血糖进行糖异生为大脑、肌肉和红细胞等提供血糖丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶能被乙酰能被乙酰-CoA激活，因而在细胞有充分激活，因而在细胞有充分其它产能底物如其它产能底物如FA供给时可加速糖异生进行供给时可加速糖异生进行糖酵解和糖异生可经由糖酵解和糖异生可经由反向调整反向调整以防止同时高速运行以防止同时高速运行 47第47页 葡萄糖氧化戊糖磷酸路径葡萄糖氧化戊糖磷酸路径 (pentose phosphate pathway)PPP路径路径(or HMP/HMS)场所：胞液场所：胞液氧化特征：辅酶氧化特征：辅酶NADP+主要产物：主要产物：-NADPH 不进入呼吸链不进入呼吸链 产能，良好还原剂产能，良好还原剂 -R5P 参加核苷酸合成参加核苷酸合成LW-6-组织匀浆中加入碘乙酸组织匀浆中加入碘乙酸/氟化钠后仍有氟化钠后仍有Glc消耗消耗-14C标识发觉标识发觉GlcC1 比比C6更轻易被氧化更轻易被氧化(1015%Glucose)48第48页14-20 PPP路径可分为两大阶段路径可分为两大阶段-氧化阶段氧化阶段G6P+2 NADP+H2O R5P+2 NADPH+2H+CO2-非氧化阶段非氧化阶段3 R5P 2 F6P+G3P-生成生成NADPH可用于可用于 还原还原谷胱甘肽谷胱甘肽及参加及参加 还原性生物合成还原性生物合成-R5P为核苷酸和重为核苷酸和重 要辅酶构建组分要辅酶构建组分-核酸合成需求降低核酸合成需求降低 时可经由该阶段再时可经由该阶段再 生生G6P以循环利用以循环利用(cf.Fig.11-19)49第49页1.G6P脱氢脱氢 -G6P脱脱氢酶氢酶(G6PD)-C1氧化氧化 -NADP+=e受受体体 -产产物物=6-P-葡糖酸葡糖酸-内酯内酯 (C1-C5分分子内酯子内酯)-可可被被NADPH别构别构抑制抑制2.内内酯水解酯水解 -内酯内酯酶酶 -产产物物=6-P-葡糖酸葡糖酸(游离酸游离酸)P29-11Pentose phosphate pathway(oxidative stage)限速且限速且不可逆不可逆50第50页3.6-P-葡葡糖酸脱氢及脱羧糖酸脱氢及脱羧 -6-P-葡葡糖酸脱氢酶糖酸脱氢酶 先脱氢成先脱氢成3-keto-6-P葡糖酸葡糖酸 (NADP+=e受体受体)C1COO随即被移除随即被移除 -产产物物=D-核酮糖核酮糖-5-P 4.核酮糖核酮糖-5-P异构化异构化 -磷酸磷酸戊糖异构酶戊糖异构酶 -产产物物=D-核糖核糖-5-P(R5P)(酮酮戊糖戊糖转化转化为为醛戊糖醛戊糖)-PPP路径路径能够就此结束，但在能够就此结束，但在 急需急需NADPH而而不是不是R5P时时，后者即可经由一系列后者即可经由一系列碳架重排碳架重排 反应再生成反应再生成G6P以以循环利用循环利用P29-12Pentose phosphate pathway(oxidative stage)C3脱氢脱氢引入羰基引入羰基51第51页14-22aPentose phosphate pathway(nonoxidative stage)木酮糖木酮糖赤藓糖赤藓糖转酮酶转酮酶转醛酶转醛酶-转酮酶转酮酶 2C unit 转醛酶转醛酶 3C unit 供体供体 ketose 受体受体 aldoseG3PG6PR5P异构酶异构酶差差向向异异构构酶酶C3景天庚酮糖景天庚酮糖F6P核酮糖核酮糖-5-Pglycolysis,etcoxidative stage(cf.Fig.11-20&11-21)52第52页14-22b-从从6个个戊糖戊糖(5C)转化成转化成 5个个己糖己糖(6C)-每步反应均可逆每步反应均可逆 (as in photosynthesis)生理意义：生理意义：经过一系列分子重排和经过一系列分子重排和基团转移反应将氧化阶基团转移反应将氧化阶段生成多出核糖经由段生成多出核糖经由 F6P和和G3P等再生等再生G6P以防止核糖堆积以防止核糖堆积Pentose phosphate pathway(nonoxidative stage)53第53页 G6P可在糖酵解和戊糖磷酸路径之间分流可在糖酵解和戊糖磷酸路径之间分流14-27G6P主要进入哪条路主要进入哪条路径要取决于细胞当初径要取决于细胞当初需求以及胞液中需求以及胞液中NADP+/NDAPH 抑制抑制G6PD-还原性合成反应加速时还原性合成反应加速时 NADP+升高，激活升高，激活 G6PD、使、使G6P主要主要 进入进入PPP路径路径-NADPH充裕时将抑制充裕时将抑制 G6PD，使，使G6P主要主要 进入糖酵解路径进入糖酵解路径(for ATP&C-skeleton)(cf.Fig.11-24)54第54页反应速率受反应速率受NADPH别构抑制别构抑制，调整酶是，调整酶是G6PD,转酮转酮酶和转醛酶反应均可逆，因而不需要酶和转醛酶反应均可逆，因而不需要R5P时可将其时可将其转化为酵解中间物，需要时则可由后者再生转化为酵解中间物，需要时则可由后者再生LW-7小结：戊糖磷酸路径小结：戊糖磷酸路径主要产物为主要产物为R5P和和NADPH，前者是核苷酸等主要，前者是核苷酸等主要生物分子构建组分；后者可为各种生物同化反应如生物分子构建组分；后者可为各种生物同化反应如FA合成提供还原力，故该路径在脂肪、乳腺和肾上合成提供还原力，故该路径在脂肪、乳腺和肾上腺皮质等组织和生长中细胞非常活跃腺皮质等组织和生长中细胞非常活跃主要反应分为两个阶段：主要反应分为两个阶段：氧化阶段氧化阶段G6P氧化脱羧转化为氧化脱羧转化为R5P并产生并产生 2 NADPH非氧化阶段非氧化阶段6 R5P经由分子重排和基团转移经由分子重排和基团转移 再生出再生出5 G6P55第55页1.若以若以14C标识葡萄糖标识葡萄糖C-3作为酵母底物，经发酵作为酵母底物，经发酵 产生产生CO2和乙醇，试问和乙醇，试问14C将在何处发觉？将在何处发觉？2.试总结磷酸基团在糖酵解过程中参加了哪些反应？试总结磷酸基团在糖酵解过程中参加了哪些反应？这些反应分别有何意义？这些反应分别有何意义？3.为何说砷酸是糖酵解作用毒物？氟化物和为何说砷酸是糖酵解作用毒物？氟化物和 碘乙酸对糖酵解过程有何作用？碘乙酸对糖酵解过程有何作用？4.试计算从丙酮酸合成葡萄糖需要提供多少个高能试计算从丙酮酸合成葡萄糖需要提供多少个高能 磷酸键？磷酸键？(需要给出详细反应需要给出详细反应)5.在以下两种条件下，试分析在以下两种条件下，试分析Glc-6-P经由戊糖磷酸经由戊糖磷酸 路径运行方式：路径运行方式：(a)同时需要同时需要NADPH和和R-5-P (b)NADPH需求量远高于需求量远高于R-5-P作作 业业56第56页复习题复习题 (p120127)一、选择一、选择 1,3,5,9,12,14,15,18,19,2224,37,39,45,50,53,54二、名词解释二、名词解释 14,610,19,21,22,26三、判断三、判断 13,7,1115,1921,24,25,27,29,30,36四、问答四、问答 1,4,5,911,14,17,20,24,26,3057第57页法国微生物学及化学家，近代微生物学奠基人；法国微生物学及化学家，近代微生物学奠基人；一生进行了多项探索性研究并均取得重大结果，是一生进行了多项探索性研究并均取得重大结果，是19世纪最有成就科学家之一世纪最有成就科学家之一先后证实了三大科学问题：先后证实了三大科学问题：每种发酵作用都是因为某种微菌发展所致，每种发酵作用都是因为某种微菌发展所致，而适当加热即可杀灭这些恼人微生物，是为而适当加热即可杀灭这些恼人微生物，是为 巴斯德杀菌巴斯德杀菌/消毒法消毒法 每种传染病均由某种微菌在生物体内发展而每种传染病均由某种微菌在生物体内发展而 引发，进而因发觉和根除了一个侵害蚕卵细引发，进而因发觉和根除了一个侵害蚕卵细 菌而拯救了法国丝绸工业菌而拯救了法国丝绸工业 传染病微菌在特殊培养条件下可减轻毒力，传染病微菌在特殊培养条件下可减轻毒力，使之转变成能够防病使之转变成能够防病疫苗疫苗，并由此而建立起，并由此而建立起 传染病细菌理论传染病细菌理论PasteurLouis Pasteur(1822-1895)自学自学58第58页 研究酵母发酵时研究酵母发酵时Pasteur发觉：在供氧充分条件下，细胞内发觉：在供氧充分条件下，细胞内糖酵解作用受到抑制，葡萄糖消耗和乳酸生成降低。这种有氧氧糖酵解作用受到抑制，葡萄糖消耗和乳酸生成降低。这种有氧氧化对糖酵解抑制作用即称为化对糖酵解抑制作用即称为巴斯德效应巴斯德效应(Pasteur effect)。产生巴斯德效应主要是因为在供氧充分条件下，细胞内产生巴斯德效应主要是因为在供氧充分条件下，细胞内ATP/ADP比值升高，抑制了比值升高，抑制了PK和和PFK，使，使F6P和和G6P含量增加，含量增加，后者反馈抑制已糖激酶后者反馈抑制已糖激酶HK，使葡萄糖利用降低，展现有氧氧化，使葡萄糖利用降低，展现有氧氧化对糖酵解抑制作用。对糖酵解抑制作用。Crabtree/反巴斯德效应反巴斯德效应与之相反：在癌细胞发觉给予葡萄与之相反：在癌细胞发觉给予葡萄糖时不论供氧充分是否都展现很强酵解反应，而糖有氧氧化受抑糖时不论