基础生化2011-糖代谢.pptx

代谢导论代谢导论一、代谢的基本概念一、代谢的基本概念二、物质代谢和能量代谢二、物质代谢和能量代谢三、代谢的基本特征三、代谢的基本特征四、代谢的研究方法四、代谢的研究方法一、代谢的基本概念一、代谢的基本概念（二）代谢途径（二）代谢途径物质在细胞中的转变，通常由一系列酶促反应构成，物质在细胞中的转变，通常由一系列酶促反应构成，各反应按照一定次序进行。各反应按照一定次序进行。线状线状方向方向 环状环状 分支状分支状（一）代谢物（一）代谢物 反应物、中间产物、产物统称代谢物。反应物、中间产物、产物统称代谢物。P289环状代谢途径环状代谢途径分支状代谢途径分支状代谢途径核苷酸的从头合成概况核苷酸的从头合成概况5-磷酸核糖磷酸核糖PRPPUMPIMPAspCO2+Gln氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸乳清酸乳清酸dTMPUTPCTPGlnGlyGln一碳单位一碳单位一碳单位一碳单位CO2AspGTPATPAMPGMP（三）（三）3种代谢物质途径种代谢物质途径1.1.分解代谢分解代谢2.2.合成代谢合成代谢3.3.不定向代谢（两用途径）不定向代谢（两用途径）奇数脂肪酸奇数脂肪酸Val Ile MetG脂肪酸脂肪酸不定向代谢途径不定向代谢途径返回返回（四）酶的（四）酶的4 4种组织方式种组织方式1.1.分散存在分散存在2.2.多酶复合体多酶复合体3.3.与膜结合的多酶复合物与膜结合的多酶复合物4.4.多功能酶多功能酶返回返回（一）物质代谢（一）物质代谢 1.分解代谢分解代谢二、物质代谢和能量代谢二、物质代谢和能量代谢（1）大分子转变为结构元件）大分子转变为结构元件（2）结构元件进一步降解为共同代谢中间物）结构元件进一步降解为共同代谢中间物（3）共同代谢中间物经共同代谢途径彻底氧化分解）共同代谢中间物经共同代谢途径彻底氧化分解（二）能量代谢（二）能量代谢 ATP 和和NADPH返回返回 2.合成代谢合成代谢1.条件温和条件温和2.高度调控高度调控3.代谢途径不可逆代谢途径不可逆4.都有限速步骤都有限速步骤5.各种生物基本代谢途径高度保守各种生物基本代谢途径高度保守6.代谢途径高度分室化代谢途径高度分室化三、代谢的基本特征三、代谢的基本特征返回返回1.放射性同位素示踪放射性同位素示踪2.代谢抑制剂代谢抑制剂3.代谢遗传缺陷型突变体代谢遗传缺陷型突变体4.基因操作基因操作四、代谢的研究方法四、代谢的研究方法第四章第四章 糖代谢糖代谢第一节第一节 概述概述第二节第二节 糖酵解糖酵解第三节第三节 三羧酸循环三羧酸循环第四节第四节 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径第五节第五节 糖异生糖异生第六节第六节 糖原的合成和分解糖原的合成和分解第一节第一节 概述概述一、重要的单糖一、重要的单糖二、糖的生理功能二、糖的生理功能三、糖代谢的概况三、糖代谢的概况糖的概念糖的概念糖糖(carbohydrates)即即碳碳水水化化合合物物，其其化化学学本本质质为为多羟醛或多羟酮多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。类及其衍生物或多聚物。一、重要的单糖一、重要的单糖葡萄糖（葡萄糖（glucose）结构）结构-D-葡萄糖葡萄糖 二、糖的生理功能二、糖的生理功能1.1.提供能源提供能源（50-70%50-70%）3.构成细胞的成分构成细胞的成分（蛋白聚糖、糖蛋白参与结缔组织、软骨构成，（蛋白聚糖、糖蛋白参与结缔组织、软骨构成，糖蛋白、糖脂参与生物膜）糖蛋白、糖脂参与生物膜）2.2.提供碳源（提供碳源（aaaa、脂类、核苷酸）、脂类、核苷酸）4.构成某些生物活性物质构成某些生物活性物质多种糖蛋白是激素、酶、受体、抗体、血浆蛋白多种糖蛋白是激素、酶、受体、抗体、血浆蛋白葡萄糖的主要代谢途径葡萄糖的主要代谢途径丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径葡萄糖葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖酵解糖酵解（有氧）（有氧）（无氧）（无氧）三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）糖异生糖异生三、糖代谢概况（以三、糖代谢概况（以G G为中心）为中心）返回章返回章第二节第二节 糖酵解糖酵解一、糖酵解定义一、糖酵解定义二、糖酵解过程二、糖酵解过程三、糖酵解要点三、糖酵解要点四、四、NADHNADH和丙酮酸的去路和丙酮酸的去路五、糖酵解的生物学意义五、糖酵解的生物学意义六、糖酵解的调控六、糖酵解的调控一、糖酵解定义一、糖酵解定义 糖酵解是生物界最为原始的获取能量的一种糖酵解是生物界最为原始的获取能量的一种方式，在生物进化过程中，虽进化为在有氧条件方式，在生物进化过程中，虽进化为在有氧条件下获取能量，但仍保留了这种原始方式。下获取能量，但仍保留了这种原始方式。一、糖酵解定义一、糖酵解定义 糖酵解是第一个明确的代谢途径。糖酵解是第一个明确的代谢途径。指将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着指将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof途径，简称途径。途径，简称途径。返回节返回节EMP的化学历程 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸磷酸甘油甘油醛醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸第第一一阶阶段段第第二二阶阶段段第第三三阶阶段段葡萄糖葡萄糖葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化磷酸己糖的裂解磷酸己糖的裂解丙酮酸和丙酮酸和ATP的生成的生成二、糖酵解过程二、糖酵解过程P316糖酵解途径（糖酵解途径（1）Phophorylation of Glucose不可逆不可逆糖酵解途径（糖酵解途径（2）Conversion of Glucose 6-Phosphate to Fructose 6-Phosphate 糖酵解途径（糖酵解途径（3）Phosphorylation of Fructose 6-Phosphate to Fructose 1,6-Bisphosphate不可逆反应不可逆反应酶的催化效率很低酶的催化效率很低糖酵解途径（糖酵解途径（3）F-6-PF-6-P形成果糖形成果糖-1-1，6-6-二磷酸二磷酸 One subunit of the tetrameric phosphofructokinase-1 (PFK-1)Regulatory ATP糖酵解途径（糖酵解途径（4）（5）羟羟醛醛裂裂解解反反应应糖酵解途径（糖酵解途径（6）Oxidation of Glyceraldehyde 3-phosphate to 1,3-Bisphosphoglycerate巯基酶巯基酶3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂NAD+CysCysSHNAD+SH+CH3HgCl+NAD+CysS+HINAD+CysS+HClHgCH3HgCH3糖酵解途径（糖酵解途径（7）Phosphryl Transfer from 1,3-Bisphosphoglycerate to ADP底物水平磷酸化底物水平磷酸化糖酵解途径（糖酵解途径（8）Conversion of 3-Phosphoglycerate to 2-Phosphoglycerate糖酵解途径（糖酵解途径（9）Dehydration of 2-Phosphoglycerate to Phosphoenolpyruvate糖酵解途径（糖酵解途径（10）Transfer of the Phosphoryl Group from Phophoenolpyruvate to ADP 底物水平磷酸化底物水平磷酸化不可逆反应不可逆反应第一阶段：葡萄糖的磷酸化第一阶段：葡萄糖的磷酸化ATP ADPATPADP葡萄糖激酶葡萄糖激酶磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶异构酶异构酶葡萄糖磷酸化的意葡萄糖磷酸化的意义：义：极性增加极性增加第二阶段：第二阶段：磷酸己糖的裂解磷酸己糖的裂解醛缩酶醛缩酶异构酶异构酶第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成的生成NAD+NADH+H+PiADP ATPH2OMg或或MnATP ADP 丙酮酸丙酮酸PEP丙酮酸激酶丙酮酸激酶脱氢酶脱氢酶激酶激酶变变位位酶酶烯醇化酶烯醇化酶返回节返回节1.1.还原力：还原力：1 1次产生次产生2 2（NADH+HNADH+H+）三、糖酵解要点三、糖酵解要点2.ATP2.ATP：2 2次底物水平磷酸化生成次底物水平磷酸化生成ATPATP，2 2次消耗次消耗ATPATP，净合成，净合成2ATP2ATP。3.3.三步不可逆反应三步不可逆反应4.4.总反应式总反应式 C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3+2NADH +2H+2ATP+2H2O返回节返回节（一）无氧条件下（一）无氧条件下1.1.乳酸发酵（动物、细菌等）乳酸发酵（动物、细菌等）2.2.乙醇发酵（酵母等）乙醇发酵（酵母等）四、四、NADH和丙酮酸的去路和丙酮酸的去路辅酶辅酶I的再生的再生P324磷酸甘油穿梭系统磷酸甘油穿梭系统苹果酸穿梭系统苹果酸穿梭系统1.NADH1.NADH去路：去路：经呼吸链氧化产生经呼吸链氧化产生5ATP5ATP，即共产生即共产生7ATP7ATP。在某些组织，如某些神经和肌肉细胞中，在某些组织，如某些神经和肌肉细胞中，NADHNADH经经磷酸甘油穿梭系统得磷酸甘油穿梭系统得FADFAD，产生产生1.5ATP1.5ATP，总计产生总计产生5ATP5ATP。？（二）有氧条件下：（二）有氧条件下：2.2.丙酮酸去路丙酮酸去路（EMP）葡萄糖葡萄糖COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰乙酰CoACoA三羧酸三羧酸循环循环 NAD+NADH+H+CO2CoASH 葡萄糖的有氧分解葡萄糖的有氧分解丙酮酸脱氢酶系催化的反应丙酮酸脱氢酶系催化的反应连接糖酵解和三羧连接糖酵解和三羧酸循环的中心环节酸循环的中心环节P332丙酮酸脱氢酶复合体催化丙酮酸脱氢酶复合体催化4步反应步反应 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶由由三种酶三种酶组成组成 二氢硫辛酸转乙酰酶二氢硫辛酸转乙酰酶 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶6（5）种辅助因子）种辅助因子：TPP（VB1）、）、NAD+（Vpp）、硫辛酸、）、硫辛酸、FAD（VB2）、）、HSCoA（泛（泛酸）、（酸）、（Mg2+）定位于线粒体基质中定位于线粒体基质中丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NADNAD+H+H+丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶FADFAD硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰转移酶转移酶二氢硫辛二氢硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶COCO2 2乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸NADH+HNADH+H+TPPTPP硫辛酸硫辛酸CoASHCoASHNADNAD+CHCH3 3-C-SCoA-C-SCoAO OP333焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脱羧中的作用）在丙酮酸脱羧中的作用C-H+C-CH3-C-COOHOHCO2丙酮酸丙酮酸噻吩环噻吩环丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NADNAD+H+H+丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶FADFAD硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰转移酶转移酶二氢硫辛二氢硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶COCO2 2乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸NADH+HNADH+H+TPPTPP硫辛酸硫辛酸CoASHCoASHNADNAD+CHCH3 3-C-SCoA-C-SCoAO OP333硫辛酸硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用的氢载体作用和酰基载体作用氧化型硫辛酸氧化型硫辛酸SSCCC(CH2)4COO-SHSCCC(CH2)4COO-乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸+2H-2H二氢硫辛酸二氢硫辛酸HSHSCCC(CH2)4COO-丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NADNAD+H+H+丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶FADFAD硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰转移酶转移酶二氢硫辛二氢硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶COCO2 2乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸NADH+HNADH+H+TPPTPP硫辛酸硫辛酸CoASHCoASHNADNAD+CHCH3 3-C-SCoA-C-SCoAO OP333返回节返回节1.产生能量产生能量ATP缺氧时合成缺氧时合成ATP的主要途径或某些细胞唯一途径，如：剧烈的主要途径或某些细胞唯一途径，如：剧烈运动的肌肉细胞；成熟红细胞；神经、白细胞、骨髓等代运动的肌肉细胞；成熟红细胞；神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧也常有糖酵解提供部分能量谢极为活跃，即使不缺氧也常有糖酵解提供部分能量。2.中间物质作为其它物质合成的原料中间物质作为其它物质合成的原料 如磷酸二羟丙酮、如磷酸二羟丙酮、G-6-P等等3.是有氧和无氧代谢的共同途径是有氧和无氧代谢的共同途径五、糖酵解的生物学意义五、糖酵解的生物学意义返回节返回节限速反应限速反应/关键反应关键反应在物质代谢整个反应链中，某一步反应速度决定整个反在物质代谢整个反应链中，某一步反应速度决定整个反应链的速度，这一步反应称应链的速度，这一步反应称催化该反应的酶称催化该反应的酶称限速酶限速酶/关键酶关键酶 糖酵解途径调控酶：糖酵解途径调控酶：己糖激酶、己糖激酶、磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶 六、糖酵解的调控六、糖酵解的调控P325（一）己糖激酶（一）己糖激酶(HK)和葡糖激酶和葡糖激酶(GK)己糖激酶己糖激酶 葡萄糖激酶葡萄糖激酶存在部位存在部位 肝外组织肝外组织 肝肝Km 值值 0.1mmol/L 10mmol/L底物底物 G,果糖果糖,甘露糖甘露糖 G调节调节 G-6-P反馈抑制反馈抑制 胰岛素诱导胰岛素诱导己糖激酶和葡萄糖激酶的比较己糖激酶和葡萄糖激酶的比较 酶活力随血糖浓度的变化酶活力随血糖浓度的变化（一）己糖激酶和葡糖激酶（一）己糖激酶和葡糖激酶1.己糖激酶：产物己糖激酶：产物G-6-P是变构抑制剂（反馈抑制）是变构抑制剂（反馈抑制）2.葡糖激酶：不受葡糖激酶：不受G-6-P的抑制；是诱导酶（肝内，胰的抑制；是诱导酶（肝内，胰岛素控制，合成肝糖原）岛素控制，合成肝糖原）3.乙酰乙酰CoA和脂肪酸对两酶有抑制作用和脂肪酸对两酶有抑制作用G-6-P参与很多代谢途径，参与很多代谢途径，因此因此HK不是糖酵解最关不是糖酵解最关键酶键酶（二）磷酸果糖激酶（二）磷酸果糖激酶(PFK)（最重要的变构调节酶）最重要的变构调节酶）F-6-PF-1,6-BPPFK-1AMP、ADP、F-2,6-BPATP、柠檬酸、柠檬酸P325 1.别构抑制剂：别构抑制剂：ATP(能量能量)、柠檬酸（碳骨架）、质子、柠檬酸（碳骨架）、质子 2.别构激活剂：别构激活剂：AMP、ADP 6-磷酸果糖、磷酸果糖、2，6-二磷酸果糖二磷酸果糖高浓度高浓度ATPATP是别构抑制剂是别构抑制剂,降低降低PFKPFK和和 F-6-PF-6-P的亲和力。的亲和力。nATP的作用的作用ATPATP既是既是S S，又是别构抑制剂，浓度低时和高时作用不同，又是别构抑制剂，浓度低时和高时作用不同 ATP ATP对对PFK-1PFK-1的别构抑制的别构抑制 One subunit of the tetrameric phosphofructokinase-1 (PFK-1)Regulatory ATP ATP既是底物又是抑制剂，既是底物又是抑制剂，PFK-1上有两个上有两个ATP结合位点：别构位点和结合位点：别构位点和活性中心，且与活性中心的亲和力高。活性中心，且与活性中心的亲和力高。巴斯德效应巴斯德效应 2，6-FBP的别构激活的别构激活（PFK最强激活剂）最强激活剂）P3262，6-FBP控制控制PFK的构象转换，提高的构象转换，提高PFK对对S的亲和力并能的亲和力并能降低降低ATP的抑制效应。的抑制效应。PFK2PFK2和和F-2,6-BPaseF-2,6-BPase是多功能酶位于一条多肽链上，是同是多功能酶位于一条多肽链上，是同一蛋白的两种不同形式，一蛋白的两种不同形式，PFK2PFK2为去磷酸化形式为去磷酸化形式，F-2,6-F-2,6-BPaseBPase是是Ser-OH磷酸化形式。磷酸化形式。G过剩，胰岛素分泌过剩，胰岛素分泌，胰高血糖素胰高血糖素分泌分泌，则促进去磷酸化，则促进去磷酸化，2，6-FBP的合成与分解的合成与分解 F-6-P 2，6-FBP 激活激活PFK 前馈刺激作用；抵消前馈刺激作用；抵消ATP的抑制。的抑制。PFK2 F-6-P的别构激活的别构激活 AMP和和ADP的别构激活的别构激活去除去除ATP抑制作用抑制作用 （三）丙酮酸激酶（三）丙酮酸激酶 1.别构调节别构调节 变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、丙氨酸、丙氨酸、乙酰乙酰CoA、脂肪酸、脂肪酸 变构激活剂：变构激活剂：6-磷酸果糖、磷酸果糖、1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 2.共价修饰共价修饰 磷酸化后失活磷酸化后失活P326丙酮酸激酶催化活性控制关系图丙酮酸激酶催化活性控制关系图磷酸化的丙酮酸激酶磷酸化的丙酮酸激酶（低活性）（低活性）去磷酸化的丙酮酸激酶去磷酸化的丙酮酸激酶（高活性）（高活性）H2OPiATPADPATP丙氨酸丙氨酸果糖果糖-1，6-二磷酸二磷酸+低血糖低血糖Pi+P326糖酵解小结1.糖酵解几乎是生物的公共途径，一分子葡萄糖氧化成两分子糖酵解几乎是生物的公共途径，一分子葡萄糖氧化成两分子丙酮酸，并把能量以丙酮酸，并把能量以ATP和和NADH形式贮存。形式贮存。2.糖酵解过程有糖酵解过程有10个酶，全部在胞质中。有个酶，全部在胞质中。有10个中间产物，都个中间产物，都是磷酸化的六碳或三碳化合物。是磷酸化的六碳或三碳化合物。3.糖酵解的准备阶段，用糖酵解的准备阶段，用ATP把葡萄糖转化为把葡萄糖转化为1,6-二磷酸果糖，二磷酸果糖，然后然后C3和和C4间的键断裂生成二分子三糖磷酸。间的键断裂生成二分子三糖磷酸。4.在回报阶段，来自葡萄糖的在回报阶段，来自葡萄糖的3-磷酸甘油醛在磷酸甘油醛在C1上发生氧化，上发生氧化，反应能量以一分子反应能量以一分子NADH和二分子和二分子ATP形式贮存。形式贮存。6.糖酵解受到其他产能途径的调控，以保证糖酵解受到其他产能途径的调控，以保证ATP的不断供给。的不断供给。己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶都受到变构调控。控己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶都受到变构调控。控制通过这个途径的碳流量，维持代谢中间物的水平不变。制通过这个途径的碳流量，维持代谢中间物的水平不变。5.总反应式：总反应式：Glc+2NAD+2ADP+2Pi 2Pyr+2NADH+2H+2ATP+2H2O返回章返回章第三节第三节 三羧酸循环三羧酸循环同位素示踪；同位素示踪；尿素循环尿素循环第三节第三节 三羧酸循环三羧酸循环一、一、TCATCA概念概念二、二、TCATCA反应历程反应历程三、三、TCATCA要点要点四、四、TCATCA的生理意义的生理意义五、五、TCATCA的回补反应的回补反应六、糖酵解的调控六、糖酵解的调控七、乙醛酸循环七、乙醛酸循环第三节第三节 三羧酸循环三羧酸循环 一、一、TCA的概念的概念 三三羧羧酸酸循循环环(Tricarboxylic acid circle)，又又称称柠檬酸循环，柠檬酸循环，Krebs循环，简写为循环，简写为TCA循环循环 有有氧氧条条件件下下，由由乙乙酰酰CoA和和草草酰酰乙乙酸酸缩缩合合成成有有三三个个羧羧基基的的柠柠檬檬酸酸，再再经经一一系系列列氧氧化化和和脱脱羧羧，最最终终生生成成二二氧氧化化碳碳和和还还原原型型辅辅酶酶并并产产生生能能量量的的过过程。程。场所场所:真核细胞的线粒体基质真核细胞的线粒体基质反应过程的酶，除了琥珀酸脱氢酶是定位于真核生物线反应过程的酶，除了琥珀酸脱氢酶是定位于真核生物线粒体内膜，其余均位于线粒体基质中。粒体内膜，其余均位于线粒体基质中。返回节返回节二、三羧酸循环的反应历程二、三羧酸循环的反应历程（1 1）柠檬酸的合成）柠檬酸的合成P336高度放能反应。高度放能反应。柠檬酸有严格的立体专一性，生成柠檬酸有严格的立体专一性，生成S-柠檬酸柠檬酸三羧酸循环的各步反应三羧酸循环的各步反应（2 2）柠檬酸的异构化）柠檬酸的异构化羟基加在来源于羟基加在来源于OAA的的-碳上碳上前手性前手性三羧酸循环的各步反应三羧酸循环的各步反应（3 3）异柠檬酸的氧化）异柠檬酸的氧化主要是辅酶主要是辅酶I哺乳动物中有以辅酶哺乳动物中有以辅酶为辅因子的同工酶，不只存在于线粒为辅因子的同工酶，不只存在于线粒体中，细胞溶胶中也存在。体中，细胞溶胶中也存在。三羧酸循环的各步反应（三羧酸循环的各步反应（4 4）类似于丙酮酸脱氢酶复合体类似于丙酮酸脱氢酶复合体三羧酸循环的各步反应（三羧酸循环的各步反应（5 5）底物水平磷酸化底物水平磷酸化琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA合成酶，琥珀酰硫激酶合成酶，琥珀酰硫激酶植物、微生物直接植物、微生物直接生成生成ATPATP合成酶与合酶合成酶与合酶三羧酸循环的各步反应（三羧酸循环的各步反应（6 6）琥珀酸脱氢酶有严格的立体异构专一性，生成反式结构。琥珀酸脱氢酶有严格的立体异构专一性，生成反式结构。真核生物该酶定位于线粒体内膜上，也是电子传递链的组分真核生物该酶定位于线粒体内膜上，也是电子传递链的组分之一。之一。丙二酸是该酶的竞争性抑制剂。丙二酸是该酶的竞争性抑制剂。三羧酸循环的各步反应（三羧酸循环的各步反应（7 7）也有严格的立体异构专一性，只形成也有严格的立体异构专一性，只形成L-L-苹果酸。苹果酸。三羧酸循环的各步反应（三羧酸循环的各步反应（8 8）自由能变表明，该反应在热力学上是不利反应。但由于自由能变表明，该反应在热力学上是不利反应。但由于OAA与乙酰与乙酰CoA的缩合是高度放能反应，同时的缩合是高度放能反应，同时OAA大量大量消耗，因而得以进行。消耗，因而得以进行。TCATCA概貌概貌TCATCA概貌概貌TCATCA概貌概貌返回节返回节三、TCA要点三、TCA要点1.11.1次底物水平磷酸化次底物水平磷酸化 生成生成1ATP1ATP2.2.两次氧化脱羧两次氧化脱羧 （碳原子去向碳原子去向）3.3.三次三次NADHNADH，一次，一次FADHFADH2 2（氢原子来源和去向氢原子来源和去向）4.4.严格需氧严格需氧5.5.消耗消耗2 2分子水分子水6.6.总反应式总反应式Pyr+2H2O+4NAD+FAD+GDP+Pi3CO2+4NADH+4H+FADH2+GTP碳原子的去向 形成乙酰形成乙酰CoACoA时生成一个时生成一个COCO2 2释放释放 乙乙酰酰CoA CoA 进进入入三三羧羧酸酸循循环环释释放放两两个个COCO2 2，分别在分别在TCATCA第三步第三步和和第四步第四步反应反应 但经同位素标记实验发现，但经同位素标记实验发现，TCATCA中释放的中释放的两个两个COCO2 2中的碳原子并不是直接来自乙酰基中的碳原子并不是直接来自乙酰基，而是原先，而是原先草酰乙草酰乙酸中的两个碳原子酸中的两个碳原子。这是由于酶与底物以特殊方式结。这是由于酶与底物以特殊方式结合，经酶催化进行了不对称反应。合，经酶催化进行了不对称反应。氢原子的来源与去向氢原子的来源与去向来源来源:PyrPyr中的中的2 2对对氢原子、消耗两个水分子中的氢原子、消耗两个水分子中的2 2对对氢原子、氢原子、GDP+PiGTP+HGDP+PiGTP+H2 2O O时产生的一个水分时产生的一个水分子中的子中的1 1对对氢原子。氢原子。去向去向:形成乙酰形成乙酰CoACoA时，时，1 1对对氢原子给了受氢体氢原子给了受氢体NADNAD+在三羧酸循环第三步、第四步和第八步反应中有在三羧酸循环第三步、第四步和第八步反应中有3 3对对氢原子分别给了受氢体氢原子分别给了受氢体NADNAD+在三羧酸循环第六步反应中有在三羧酸循环第六步反应中有1 1对对氢原子给了受氢氢原子给了受氢体体FADFADG有氧氧化的过程及能量变化有氧氧化的过程及能量变化 三羧酸循环是葡萄糖完全氧化的三羧酸循环是葡萄糖完全氧化的前奏前奏，经氧化经氧化磷酸化过程后葡萄糖完全氧化。磷酸化过程后葡萄糖完全氧化。（1）糖酵解途径（胞浆）糖酵解途径（胞浆）葡萄糖葡萄糖22丙酮酸丙酮酸Glc+2NADGlc+2NAD+2ADP+2Pi +2ADP+2Pi 2Pyr+2H 2Pyr+2H2 2O+O+2NADH2NADH+2H2H+2ATP2ATP（3）三羧酸循环：）三羧酸循环：2乙酰乙酰CoA4CO2（线粒体基质）（线粒体基质）2CH3COSCoA+4H2O+6NAD+2FAD+2GDP+2Pi 4CO2+2CoA-SH+6NADH+6H+2FADH2+2GTP（2）2丙酮酸丙酮酸2乙酰乙酰CoA（线粒体基质（线粒体基质）2Pyr+2CoA-SH+2NAD+2CH3COSCoA+2CO2+2NADH+2H+（4）还原型辅酶或辅基必须通过电子传递系统和氧化）还原型辅酶或辅基必须通过电子传递系统和氧化磷酸化系统被分子氧氧化成水磷酸化系统被分子氧氧化成水。能量变化有氧氧化能量变化：以每分子葡萄糖计有氧氧化能量变化：以每分子葡萄糖计 2 2ATPATP和和2 2GTPGTP(底物水平磷酸化反应形成底物水平磷酸化反应形成)胞浆中胞浆中2(NADH+H2(NADH+H+)线粒体中线粒体中8(NADH+H8(NADH+H+)和和2FADH2FADH2 2还原型辅酶或辅基必须通过电子传递系统和氧化磷还原型辅酶或辅基必须通过电子传递系统和氧化磷酸化系统被分子氧氧化成水酸化系统被分子氧氧化成水 每分子葡萄糖氧化成每分子葡萄糖氧化成CO2+H2O时合成的时合成的ATPP342返回节返回节四、四、TCA的生理意义的生理意义1.1.是三大营养物质彻底氧化的是三大营养物质彻底氧化的共同途径共同途径2.2.是是分分解解代代谢谢和和合合成成代代谢谢途途径径的的枢枢纽纽（两两用用性性、双重作用）双重作用）3.3.提供多种分子的合成前体提供多种分子的合成前体4.4.脱脱羧羧产产生生的的COCO2 2，其其中中一一部部分分排排出出体体外外，其其余余部部分供机体生物合成需要分供机体生物合成需要5.是需氧生物获得能量的主要途径是需氧生物获得能量的主要途径(进入呼吸链进入呼吸链)TCA是三大营养物质氧化的共同途径。是三大营养物质氧化的共同途径。TCA是三大物质分解和合成代谢的枢纽是三大物质分解和合成代谢的枢纽奇数脂肪酸奇数脂肪酸Val Ile MetG脂肪酸脂肪酸P344双重作用双重作用四、四、TCA的生理意义的生理意义1.是三大营养物质彻底氧化的是三大营养物质彻底氧化的共同途径共同途径2.是分解代谢和合成代谢途径的是分解代谢和合成代谢途径的枢纽枢纽（两用性）（两用性）3.提供多种分子的合成前体提供多种分子的合成前体4.脱脱羧羧产产生生的的CO2，其其中中一一部部分分排排出出体体外外，其其余余部部分供机体生物合成需要分供机体生物合成需要5.是需氧生物获得能量的主要途径是需氧生物获得能量的主要途径(进入呼吸链进入呼吸链)返回节返回节P3431 1、丙酮酸羧化（最重要的填补反应）、丙酮酸羧化（最重要的填补反应）五、五、TCA的回补反应的回补反应及时补充及时补充TCA的中间物的中间物P343PyrPyr羧化酶羧化酶2、PEPPEP羧化羧化PEPPEP羧激酶羧激酶PEP+CO2 草酰乙酸草酰乙酸PEP羧化酶羧化酶（高等植物、（高等植物、细菌和酵母）细菌和酵母）（心肌和骨（心肌和骨骼肌）骼肌）PEPPEP羧化酶羧化酶返回节返回节3、AspAsp和和GluGlu脱氨脱氨 Asp 草酰乙酸草酰乙酸 Glu -酮戊二酸酮戊二酸4、奇数脂肪酸、奇数脂肪酸、Ile等产生琥珀酰等产生琥珀酰CoA（一）丙酮酸脱氢酶复合体的调节（一）丙酮酸脱氢酶复合体的调节 1、变构调节、变构调节 六、六、TCA的调控的调控2、共价修饰调节（磷酸化失活）、共价修饰调节（磷酸化失活）P342H HO-CHO-CH2 2H HO-CHO-CH2 2O-O-P PCHCH2 2CHCH2 2O-O-P PTPPTPPTPPTPP ADPADP 乙酰乙酰CoACoANADNAD+NADH NADH2ATP2ATP -+2ADP 2ADP 2Pi 2Pi +2H 2H2 2O OCaCa2+2+胰岛素胰岛素 （无活性）（无活性）（活性）（活性）蛋白激酶磷酸酶TPPTPPTPPTPP2、共价修饰调节、共价修饰调节激酶和磷酸酶的活性受别构效应物控制激酶和磷酸酶的活性受别构效应物控制TPPTPPTPPTPP（二）（二）柠檬酸合酶柠檬酸合酶(多见于原核生物多见于原核生物)变构激活剂：变构激活剂：ADPADP变构抑制剂：变构抑制剂：NADHNADH、琥珀酰、琥珀酰CoACoA、柠檬酸、柠檬酸、ATPATPTCATCA中酶活性主要由酶的底物供应情况和产物中酶活性主要由酶的底物供应情况和产物浓度调节，底物乙酰浓度调节，底物乙酰CoACoA、OAAOAA及产物及产物NADHNADH、终、终产物产物ATPATP是最关键的调节物。是最关键的调节物。（四）（四）酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似，没有共价修饰。与丙酮酸脱氢酶复合体相似，没有共价修饰。别构激活剂：别构激活剂：CaCa2+2+、AMPAMP别构抑制剂别构抑制剂:琥珀酰琥珀酰CoACoA、NADHNADH巴斯德效应（巴斯德效应（Pasteur effect)有氧氧化抑制糖酵解，关键在有氧氧化抑制糖酵解，关键在NADH。（三）（三）异柠檬酸脱氢酶（最重要）异柠檬酸脱氢酶（最重要）1.1.别构调节别构调节 变构激活剂：变构激活剂：ADPADP、CaCa2+2+（是肌肉收缩的信号）（是肌肉收缩的信号）变构抑制剂：变构抑制剂：NADHNADH、ATPATP2.2.共价修饰共价修饰 磷酸化失活磷酸化失活返回节返回节返回节返回节P343七、乙醛酸循环七、乙醛酸循环三羧酸循环支路三羧酸循环支路（一）（一）是三羧酸循环支路是三羧酸循环支路（二）（二）两个酶两个酶（三）（三）生理意义生理意义乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环三羧酸循环支路三羧酸循环支路在异柠檬酸与苹在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条果酸间搭了一条捷径捷径异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASHTCA乙酰乙酰CoA乙乙醛醛酸酸乙酰乙酰CoACoASH走那条途径取决于异走那条途径取决于异柠檬酸脱氢酶和裂合柠檬酸脱氢酶和裂合酶的活性酶的活性P345植物和微生物植物和微生物兼具兼具有这样的途径有这样的途径异柠檬酸异柠檬酸裂解酶裂解酶异柠檬酸异柠檬酸 琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸乙醛酸乙醛酸 乙酰乙酰CoA 苹果酸苹果酸 苹果酸合苹果酸合酶酶（三）乙醛酸循环的生理意义（三）乙醛酸循环的生理意义柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸琥珀酸琥珀酸乙醛酸乙醛酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸乙乙醛醛酸酸循循环环体体线线粒粒体体琥珀酸琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸TCAAspAsp草酰乙酸草酰乙酸乙酰CoA异生异生Glu-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸酮戊二酸GluP345糖异生糖异生油料植物油料植物种子发芽种子发芽脂脂代代谢谢糖糖乙醛酸循环乙醛酸循环草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA意义不在于产能意义不在于产能而是使乙酰而是使乙酰CoA净转变为净转变为原始细菌生存原始细菌生存乙酸菌乙酸菌以乙酸为主要食物的细菌以乙酸为主要食物的细菌乙酸乙酸NH3生存生存生存生存乙醛酸循环乙醛酸循环四碳、四碳、六碳化六碳化合物合物转化转化乙酸乙酸乙酸乙酸+ATP+CoASH 乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA+H2O+AMP+PPi乙酰乙酰CoA合成酶合成酶第四节第四节 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径重要的分解代重要的分解代谢支路谢支路 除糖酵解及糖的有氧氧化代谢途径外，在细胞内还除糖酵解及糖的有氧氧化代谢途径外，在细胞内还存在糖的其它分解途径。我们将这些途径称为存在糖的其它分解途径。我们将这些途径称为分解代谢分解代谢支路或旁路支路或旁路(Catabolism shunt)磷酸己糖旁路磷酸己糖旁路(Hexose monophosphate shunt,HMS,也称磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖途径,pentose phosphate pathway)是这些是这些支路中较为重要的一种。在细胞溶胶内进行，广泛存在支路中较为重要的一种。在细胞溶胶内进行，广泛存在于动植物细胞中。动物体中有于动植物细胞中。动物体中有30%的葡萄糖通过此途径的葡萄糖通过此途径分解。分解。在组织匀浆中添加糖酵解的酶抑制剂（碘乙酸抑制在组织匀浆中添加糖酵解的酶抑制剂（碘乙酸抑制3-P甘油醛脱氢酶），但仍有一定量的甘油醛脱氢酶），但仍有一定量的G被氧化成被氧化成CO2和和 H2O；用同位素；用同位素14C分别标记分别标记C1 和和C6，结果，结果C1更容更容易氧化生成易氧化生成CO2（如果通过（如果通过EMP则二者的生成速度是则二者的生成速度是相同的）相同的）第四节第四节 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径一、磷酸戊糖途径的反应历程一、磷酸戊糖途径的反应历程二、磷酸戊糖途径的几个特点二、磷酸戊糖途径的几个特点三、磷酸戊糖途径的调节三、磷酸戊糖途径的调节四、磷酸戊糖途径的生理意义四、磷酸戊糖途径的生理意义一、磷酸戊糖途径的反应过程一、磷酸戊糖途径的反应过程在胞浆中进行。在胞浆中进行。TPP是转酮醇酶的辅酶。是转酮醇酶的辅酶。是一个循环式反应体系是一个循环式反应体系P376脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶磷酸戊糖途径氧化阶段磷酸戊糖途径氧化阶段脱氢酶脱氢酶内酯酶内酯酶P372磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径非非氧氧化化阶阶段段转酮酶转酮酶转醛酶转醛酶转酮酶转酮酶一、磷酸戊糖途径的反应历程一、磷酸戊糖途径的反应历程磷酸戊糖途径和糖酵解途径之间的沟通主磷酸戊糖途径和糖酵解途径之间的沟通主要通过要通过C的转换过程实现：的转换过程实现：C5+C5 C7+C3 C7+C3 C4+C6C5+C4 C3+C6返回节返回节P376二、二、PPP的几个特点的几个特点1.1个个G不能完成全部反应，至少要不能完成全部反应，至少要3个个2.1个个G进入进入PPP只有只有1个碳被氧化（个碳被氧化（1号）号）3.不是产生不是产生NADPH的唯一途径的唯一途径4.发生在胞液，不需氧气发生在胞液，不需氧气5.有有4中不同模式存在（细胞的需求不同）中不同模式存在（细胞的需求不同）P377返回节返回节3分子五碳糖生成分子五碳糖生成2分子六碳糖和分子六碳糖和1分子三碳糖，分子三碳糖，6NADPH三、三、磷酸戊糖途径的调节磷酸戊糖途径的调节6-磷酸葡萄糖脱氢酶为限速酶。磷酸葡萄糖脱氢酶为限速酶。NADPH/NADP+抑制该酶；抑制该酶；NADPH/NADP+激活该酶。激活该酶。返回节返回节四、磷酸戊糖途径的生理意义四、磷酸戊糖途径的生理意义1产生的糖类为合成其他物质的前体。产生的糖类为合成其他物质的前体。为核酸的生物合成提供为核酸的生物合成提供核糖核糖。为芳香族氨基酸和为芳香族氨基酸和VB6的合成提供的合成提供4-P-赤藓糖赤藓糖2.产生产生NADPH的主要途径的主要途径。NADPH是体内许多是体内许多合成代谢的供氢体合成代谢的供氢体；参与体内羟化反应；参与体内羟化反应；用于维持谷胱甘肽的还原状态。用于维持谷胱甘肽的还原状态。参与激素、药物和毒物的生物转化过程参与激素、药物和毒物的生物转化过程G-6-PD缺陷缺陷导致蚕豆病导致蚕豆病脂肪组织、干脂肪组织、干脏、肾上腺、脏、肾上腺、乳腺乳腺返回章返回章P377第五节第五节 糖异生糖异生人脑、红细胞等依赖人脑、红细胞等依赖G供能，饥饿状态下或供能，饥饿状态下或肝糖原耗尽如何供能？肝糖原耗尽如何供能？第五节第五节 糖异生糖异生一、糖异生的概念一、糖异生的概念二、糖异生的途径二、糖异生的途径三、糖异生的前体物质三、糖异生的前体物质四、乳酸循环四、乳酸循环五、糖异生途径的生理意义五、糖异生途径的生理意义六、糖异生的调节六、糖异生的调节是指由非