7糖类代谢.pptx

第七章第七章 糖类代谢糖类代谢 新陈代谢是所有生物维持其生命活动的最基本的新陈代谢是所有生物维持其生命活动的最基本的特性，是生物体内有机物合成和分解作用，包括物质特性，是生物体内有机物合成和分解作用，包括物质转变和能量转化。转变和能量转化。合成代谢合成代谢合成代谢合成代谢物质上物质上物质上物质上-小分子小分子小分子小分子-大分子大分子大分子大分子（同化作用）能量上（同化作用）能量上（同化作用）能量上（同化作用）能量上-积能过程积能过程积能过程积能过程生物体新陈代谢生物体新陈代谢生物体新陈代谢生物体新陈代谢 分解代谢分解代谢分解代谢分解代谢物质上物质上物质上物质上-大分子大分子大分子大分子-小分子小分子小分子小分子（异化作用）能量上（异化作用）能量上（异化作用）能量上（异化作用）能量上-放能过程放能过程放能过程放能过程 新新陈陈代代谢谢就就是是与与糖糖类类的的分分解解有有密密切切的的联联系系，因因为糖类的分解对生物体来讲，具重要的意义。为糖类的分解对生物体来讲，具重要的意义。1.糖类作为能源物质、结构物质和机能物质2.糖类代谢为生命活动提供能量，是合成生物体内重要代谢物质的碳架和前体3.参与分子和细胞特异性识别概念n糖类代谢糖类代谢是指糖类化合物在生物体内的分解代是指糖类化合物在生物体内的分解代谢与合成代谢。谢与合成代谢。n糖的分解代谢糖的分解代谢是指低聚糖、多糖经过酶促降解，是指低聚糖、多糖经过酶促降解，转化成小分子单糖，进而氧化成转化成小分子单糖，进而氧化成COCO2 2和和H H2 2O O，并，并释放出能量的过程。释放出能量的过程。n糖的合成代谢糖的合成代谢是指绿色植物和光合微生物利用是指绿色植物和光合微生物利用太阳能、太阳能、COCO2 2和和H H2 2O O合成葡萄糖并释放合成葡萄糖并释放O O2 2，再由，再由葡萄糖进一步合成淀粉、纤维素等多糖的过程。葡萄糖进一步合成淀粉、纤维素等多糖的过程。第一节第一节 生物体中的糖类生物体中的糖类 生物体内的糖类按其组成分为单糖、生物体内的糖类按其组成分为单糖、寡糖、多糖。寡糖、多糖。单糖单糖（monosaccharide）是指最简单的）是指最简单的糖，即在温和条件下不能再分解成更小糖，即在温和条件下不能再分解成更小的单体糖，如葡萄糖、果糖等。按碳原的单体糖，如葡萄糖、果糖等。按碳原子的数目单糖又可分为三碳（丙）糖、子的数目单糖又可分为三碳（丙）糖、四碳（丁）糖、四碳（丁）糖、五碳（戊）糖、六碳五碳（戊）糖、六碳（已）糖、（已）糖、七碳（庚）糖等。七碳（庚）糖等。三三碳碳糖糖甘油醛甘油醛 二羟丙酮二羟丙酮四四碳碳糖糖赤藓糖赤藓糖 五五碳碳糖糖核 糖核酮糖木 糖六六碳碳糖糖葡萄糖果糖一、一、一些重要单糖的结构一些重要单糖的结构最具有意义的单糖是戊糖和己糖。n核糖、脱氧核糖是戊糖，是构成核酸的基本构件分子n葡萄糖、果糖、半乳糖是己糖，葡萄糖是人和动物的重要能源物质。果糖是水果中的主要糖份。单糖一般能溶于水，具有甜味。（二）低聚糖n低聚糖是指能水解成若干（低聚糖是指能水解成若干（210个）个）单糖分子的糖类。单糖分子的糖类。n自然界中最重要的低聚糖，以游离状态自然界中最重要的低聚糖，以游离状态存在：存在：蔗糖、麦芽糖、乳糖蔗糖、麦芽糖、乳糖a.蔗糖：蔗糖：是糖储存和积累的一种主要形式是糖储存和积累的一种主要形式,是白色晶体，易溶于水，难溶于乙醇。不具是白色晶体，易溶于水，难溶于乙醇。不具有还原性。有还原性。-D D-葡葡萄萄糖糖（1 12 2）-D D-果果糖糖苷苷 b.麦芽糖：是淀粉的组成成分。白色晶体，麦芽糖：是淀粉的组成成分。白色晶体，易溶于水。是一种还原糖易溶于水。是一种还原糖-D-D-葡萄糖（葡萄糖（1414）葡萄糖苷）葡萄糖苷c.乳糖：乳糖：存在哺乳动物的乳汁中存在哺乳动物的乳汁中,牛奶中牛奶中含含4-6%，还原糖，还原糖由由-D-葡萄糖和葡萄糖和-D-半乳糖通过半乳糖通过(14)糖苷键糖苷键（三）多糖 是指能水解多个单糖分子的糖类。n(1)淀粉淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉）（分为直链淀粉和支链淀粉）直链淀粉直链淀粉分子量约分子量约1万万-200万，万，250-260个个葡萄糖分子，以葡萄糖分子，以（14）糖苷键）糖苷键聚合而聚合而成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。支链淀粉支链淀粉中除了中除了（14）糖苷键构成糖）糖苷键构成糖链以外，在支点处存在链以外，在支点处存在（16）糖苷键，）糖苷键，分子量较高。遇碘显紫红色。分子量较高。遇碘显紫红色。支 链 淀淀 粉粉直链淀粉遇直链淀粉遇碘呈现蓝色碘呈现蓝色或蓝紫色或蓝紫色支链淀粉支链淀粉遇碘呈现紫遇碘呈现紫红色红色 （2）纤纤 维维 素素b-1,4-糖苷键纤维素分子是由纤维素分子是由-D葡萄糖聚合而成，但与淀粉葡萄糖聚合而成，但与淀粉不同的是，纤维素分子中葡萄糖残基是以不同的是，纤维素分子中葡萄糖残基是以（14）糖苷键链接的，没有分支糖苷键链接的，没有分支(3)糖原n糖原是动物和细菌中的贮存性多糖，是动物淀粉。它类似于支链淀粉。（四）复合糖（四）复合糖 糖与非糖物质结合形成的分子n复合糖有糖脂、糖蛋白、蛋白聚糖n糖的消化与吸收是指人和动物食物中的糖经过消化道一系列胞外酶的作用转变成小分子单糖，最终进入血液的过程。n消化与吸收的部位是小肠第二节、双糖和多糖的酶促降解第二节、双糖和多糖的酶促降解双糖和多糖只有分解成小分子后才能被吸收双糖和多糖只有分解成小分子后才能被吸收利用的过程称为双糖和多糖的酶促降解。利用的过程称为双糖和多糖的酶促降解。生产中常称为生产中常称为糖化糖化。1.蔗糖的酶促降解由由蔗糖酶蔗糖酶催化：催化：由于底物和产物的旋光方向发生了改变，所以由于底物和产物的旋光方向发生了改变，所以蔗糖酶又称为蔗糖酶又称为转化酶转化酶。产物也因此就做产物也因此就做转化糖转化糖。麦芽糖的水解麦芽糖的水解麦芽糖麦芽糖+H2O2G(葡萄糖）葡萄糖）麦芽糖酶麦芽糖酶乳糖的水解乳糖的水解乳糖乳糖+H2O半乳糖半乳糖+G-半乳糖苷酶半乳糖苷酶2.淀粉的酶促降解淀粉的酶促降解淀粉淀粉糊精糊精寡糖寡糖麦芽糖麦芽糖G淀粉的酶促水解：淀粉的酶促水解：水解淀粉的水解淀粉的淀粉酶淀粉酶有有与与淀粉酶淀粉酶、脱支酶脱支酶（R-酶）和酶）和麦芽糖酶麦芽糖酶。与与淀粉酶、只能水解淀粉中的淀粉酶、只能水解淀粉中的-1,4糖苷键，糖苷键，水解产物都有麦芽糖。水解产物都有麦芽糖。与与淀粉酶淀粉酶-淀粉酶淀粉酶：为淀粉内切酶，可以水解淀粉为淀粉内切酶，可以水解淀粉(或糖原或糖原)中任中任何部位的何部位的-1,4糖键。糖键。-淀粉酶耐高温，在淀粉酶耐高温，在70时时15min不变性失活，但不耐酸，当不变性失活，但不耐酸，当pH3.3时即失去活性。时即失去活性。淀粉酶淀粉酶：为淀粉外切酶，只能从非还原端开始水解为淀粉外切酶，只能从非还原端开始水解-1,4糖键。糖键。-淀粉酶淀粉酶70下酶蛋白很易变性失活，但在下酶蛋白很易变性失活，但在pH3.3时仍保持活性。时仍保持活性。比较比较-淀粉酶和淀粉酶和-淀粉酶的异同点淀粉酶的异同点相同点：都作用于相同点：都作用于-1,4糖苷键，产物中都有麦芽糖苷键，产物中都有麦芽糖糖不同点不同点-淀粉酶淀粉酶-淀粉酶淀粉酶1可跨越分支点可跨越分支点不能跨越分支点不能跨越分支点2内切酶（随机切）内切酶（随机切）端解酶（非还原端切端解酶（非还原端切2个）个）3产物糊精分子量小产物糊精分子量小糊精分子量大（极限糊精）糊精分子量大（极限糊精）4耐高温、不耐酸耐高温、不耐酸耐酸、不耐高温耐酸、不耐高温7015minPH3.35存在于萌发种子中存在于萌发种子中广泛存在广泛存在淀粉的磷酸解淀粉的磷酸解淀粉磷酸化酶催化淀粉磷酸化酶催化-1,4葡聚糖非还原末葡聚糖非还原末端的葡萄糖残基转移给正磷酸，产生端的葡萄糖残基转移给正磷酸，产生G-1-P，同时产生的一个新的非还原末端又重复上述同时产生的一个新的非还原末端又重复上述磷酸解过程。该酶广泛存在于高等植物的叶磷酸解过程。该酶广泛存在于高等植物的叶片及绝大多数贮藏器官中。片及绝大多数贮藏器官中。淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶 淀粉淀粉+nH3PO4nG-1-P+少量少量G还原末端非还原末端-1，4糖苷键-1，6糖苷键糖原的磷酸解 糖原磷酸化酶是糖原降解的限速酶，有活糖原磷酸化酶是糖原降解的限速酶，有活性和非活性两种形态，两者在一定条件下可性和非活性两种形态，两者在一定条件下可相互转变。相互转变。淀粉或淀粉或糖原在细胞内的糖原在细胞内的降解是经磷酸化酶的磷酸降解是经磷酸化酶的磷酸解作用生成葡糖解作用生成葡糖-1-1-磷酸，磷酸，由于磷酸化酶也只磷酸解由于磷酸化酶也只磷酸解-1,4-1,4糖苷键而不作用于糖苷键而不作用于-l,6-l,6糖苷键，故全部分糖苷键，故全部分解必须在寡聚解必须在寡聚1,4l,41,4l,4葡葡聚糖转移酶和脱支酶等的聚糖转移酶和脱支酶等的协同作用下才能完成。协同作用下才能完成。3.纤维素的降解纤维素的降解纤维素是植物细胞壁结构物质中的主要成分，纤维素纤维素是植物细胞壁结构物质中的主要成分，纤维素是由是由100010000个个-l,4糖苷键连接起来的没有分支的糖苷键连接起来的没有分支的长链。长链。纤维素的酶促水解：人的消化道中没有水解纤维素的酶，纤维素的酶促水解：人的消化道中没有水解纤维素的酶，但不少微生物如细菌、真菌、放线菌、原生动物等能产但不少微生物如细菌、真菌、放线菌、原生动物等能产生纤维素酶及纤维二糖酶，它们能催化纤维素完全水解生纤维素酶及纤维二糖酶，它们能催化纤维素完全水解成葡萄糖。成葡萄糖。纤维素降解反应如下：纤维素降解反应如下：纤维素纤维素n纤维二糖纤维二糖2n-葡萄糖葡萄糖纤维素酶纤维素酶纤维二糖酶纤维二糖酶第三节第三节 糖酵解糖酵解glycolysisLouisPasteurinhislaboratory1.糖酵解的概念糖酵解的概念 糖酵解糖酵解指葡萄糖通过一系列步骤，降指葡萄糖通过一系列步骤，降解成三碳化合物（丙酮酸），并释放能量解成三碳化合物（丙酮酸），并释放能量的过程。的过程。糖酵解途径又称糖酵解途径又称 EMP途径途径(Embden-MeyerhofParnaspathway)EMP是一切生物分解葡萄糖的共同途径。是一切生物分解葡萄糖的共同途径。EMP在细胞质中进行。在细胞质中进行。2.2.糖酵解反应历程糖酵解反应历程2个阶段：准备阶段（生成磷酸丙糖）个阶段：准备阶段（生成磷酸丙糖）放能阶段（丙酮酸的生成）放能阶段（丙酮酸的生成）10个步骤：个步骤：前前5步为准备阶段，这期间步为准备阶段，这期间G通过磷通过磷酸化分解成酸化分解成C3糖，每分解一个糖，每分解一个G分子消耗分子消耗2分子分子ATP；后；后5步为产生步为产生ATP的贮能阶段的贮能阶段,每个磷酸三碳糖产生每个磷酸三碳糖产生2分子分子ATP。需要多种酶催化需要多种酶催化 二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第一步：葡萄糖的磷酸化第一步：葡萄糖的磷酸化第一阶段激酶激酶：催化将催化将ATP上的磷酸基团转移到受体上的酶。激上的磷酸基团转移到受体上的酶。激酶都需要酶都需要Mg2+作为辅助因子。作为辅助因子。二二.糖酵解的过程糖酵解的过程 二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第二步：第二步：6-磷酸果糖的生成磷酸果糖的生成第一阶段反应偏向左边反应偏向左边,由于下一步反应是不可逆由于下一步反应是不可逆,反应反应仍向生成仍向生成F-6-P方向进行。方向进行。磷酸已糖磷酸已糖异构酶异构酶 二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第三步：第三步：1,6-二磷酸果糖的生成二磷酸果糖的生成第一阶段磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶(PFK)是是EMP途径的途径的关键酶关键酶，其活性其活性大小控制着整个途径的进程。大小控制着整个途径的进程。糖酵解的速度决定于此酶的糖酵解的速度决定于此酶的活性活性,因此它是一个限速酶，也是一种变构酶因此它是一个限速酶，也是一种变构酶。ATP、柠檬酸、柠檬酸、脂肪酸等对其活性有抑制效应。脂肪酸等对其活性有抑制效应。AMP、NADH增加酶活。增加酶活。二二.糖酵解的过程糖酵解的过程PhosphofructokinasewithPhosphofructokinasewithADPADPshowninshowninwhitewhiteandand fructose-6-Pfructose-6-Pininredred 二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第一阶段碳链不变，但两头接上了磷碳链不变，但两头接上了磷酸基团，为断裂作好准备。酸基团，为断裂作好准备。消耗两个消耗两个ATP。二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第一阶段第四步：第四步：1,6-二磷酸果糖的裂解二磷酸果糖的裂解F-1,6-2P在在1,6-二磷酸果糖醛缩酶的催化下二磷酸果糖醛缩酶的催化下,使使C3和和C4之间键之间键裂解裂解,形成形成2个丙糖个丙糖丙酮糖和丙醛糖丙酮糖和丙醛糖，它们为同分异构体，它们为同分异构体。该反应的标准自由能该反应的标准自由能G0=+23.85KJ/mol,平衡有利于向平衡有利于向左边左边进行。但在正常生理条件下进行。但在正常生理条件下,3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸酸,大大降低了大大降低了3-磷酸甘油醛的浓度磷酸甘油醛的浓度,从而驱动反应向裂解方向从而驱动反应向裂解方向进行。进行。二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第一阶段第五步：磷酸丙糖的同分异构化第五步：磷酸丙糖的同分异构化DHAP96%G-3-P4%由于由于G-3-P不断消耗，反应向左进行。不断消耗，反应向左进行。1分子二磷酸已糖裂解成分子二磷酸已糖裂解成2分子分子3-磷酸甘油醛。磷酸甘油醛。二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第二阶段第六步：第六步：3-磷酸甘油醛氧化磷酸甘油醛氧化（氧化反应）（氧化反应）糖酵解过程中第一次产生糖酵解过程中第一次产生高能磷酸键高能磷酸键，并且产生了还并且产生了还原剂原剂NADH。催化此反应的酶是巯基酶，所以它可被催化此反应的酶是巯基酶，所以它可被碘乙碘乙酸酸(ICH2COOH)不可逆地抑制。故碘乙酸能抑制糖酵解。不可逆地抑制。故碘乙酸能抑制糖酵解。二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第二阶段第七步：第七步：3-磷酸甘油酸和磷酸甘油酸和ATP的生成的生成糖酵解过程中第一次产生糖酵解过程中第一次产生ATP。通过底物反应释放的能量直接与通过底物反应释放的能量直接与ADP磷酸化偶联生成磷酸化偶联生成ATP的过程的过程,称为底物磷酸化。称为底物磷酸化。因为因为1分子分子G产生产生2分子分子G-3-P,因此共产生因此共产生2分子分子ATP,与前面消耗的与前面消耗的2ATP抵消。抵消。二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第二阶段第八步：第八步：3-磷酸甘油酸异构磷酸甘油酸异构磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶将将C3的磷酰基移至的磷酰基移至C2（凡能催化分子内（凡能催化分子内化学功能团的位置移动的酶称为变位酶）。化学功能团的位置移动的酶称为变位酶）。G0=+4.6KJ/mol这是个这是个吸能反应吸能反应,由于下一步反应由于下一步反应进行进行,所以反应向右进行。所以反应向右进行。二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第二阶段ThephosphoglyceratemutaseofwheatgermcatalyzesThephosphoglyceratemutaseofwheatgermcatalyzesanintramolecularphosphoryltransferanintramolecularphosphoryltransfer 二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第二阶段第九步：第九步：磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的形成）的形成2-磷酸甘油酸分子内脱水形成双键磷酸甘油酸分子内脱水形成双键,第二个第二个C2被氧化被氧化,C3被还被还原原,C2上的低能上的低能(P)变成高能变成高能(P)。这一步使分子中的能量重新分这一步使分子中的能量重新分布，使能量集中，第二次产生了布，使能量集中，第二次产生了高能磷酸键高能磷酸键。Mg2+二二.糖酵解的过程糖酵解的过程第二阶段第十步：丙酮酸的生成第十步：丙酮酸的生成糖酵解过程中第二次产生糖酵解过程中第二次产生ATP。第二次底物磷酸化！第二次底物磷酸化！EMP完成，净生成完成，净生成2molATP.Mg2+或K+PEP经丙酮酸激酶催化将经丙酮酸激酶催化将(P)转移给转移给ADP,形成形成ATP。己己糖糖磷磷酸酸化化磷磷酸酸己己糖糖裂裂解解丙丙酮酮酸酸的的生生成成 二二.糖酵解的过程糖酵解的过程通过分子通过分子内结构的调内结构的调整整,生成了枢生成了枢纽物质纽物质丙酮丙酮酸酸Summary三三.糖酵解的能量计算糖酵解的能量计算四四.糖酵解产物的去路糖酵解产物的去路2.丙酮酸的去路在无氧或相对缺氧时在无氧或相对缺氧时 发酵发酵 有两种发酵：酒精发酵、乳酸发酵有两种发酵：酒精发酵、乳酸发酵酒精发酵酒精发酵：由葡萄糖由葡萄糖 乙醇的过程乙醇的过程丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶需要需要TPPTPP作为辅酶作为辅酶。四四.糖酵解产物的去路糖酵解产物的去路(1)(1)在无氧或相对缺氧时在无氧或相对缺氧时 酒精酒精发酵发酵2.丙酮酸的去路四四.糖酵解产物的去路糖酵解产物的去路(2)(2)在无氧或相对缺氧时在无氧或相对缺氧时 乳酸乳酸发酵发酵 乳酸发酵乳酸发酵：由葡萄糖由葡萄糖 乳酸的过程乳酸的过程乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶在动物体内有在动物体内有5 5种同工酶：种同工酶：H H4 4、H H3 3M M、H H2 2M M2 2、HMHM3 3、M M4 4 2.丙酮酸的去路四四.糖酵解产物的去路糖酵解产物的去路(2)(2)在无氧或相对缺氧时在无氧或相对缺氧时 乳酸乳酸发酵发酵 许多微生物常进行这种过程。此外，高等动物许多微生物常进行这种过程。此外，高等动物在氧不充足时，也可进行这条途径，如肌肉强烈运在氧不充足时，也可进行这条途径，如肌肉强烈运动时即产生大量乳酸。动时即产生大量乳酸。2.丙酮酸的去路四四.糖酵解产物的去路糖酵解产物的去路(3)(3)在有氧条件下在有氧条件下 丙酮酸有氧氧化丙酮酸有氧氧化 丙酮酸被彻底氧化成丙酮酸被彻底氧化成COCO2 2。这一过程在线粒体中进行。通过此过程可这一过程在线粒体中进行。通过此过程可以使葡萄糖彻底降解、氧化成以使葡萄糖彻底降解、氧化成COCO2 2。2.丙酮酸的去路四四.糖酵解产物的去路糖酵解产物的去路2.NADH的去路(1)(1)在无氧或相对缺氧时在无氧或相对缺氧时酒精发酵中：作为酒精发酵中：作为 乙醛乙醛 乙醇乙醇 的供氢体的供氢体乳酸发酵中：作为乳酸发酵中：作为 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 的供氢体的供氢体 1 1分子葡萄糖通过无氧酵解，只能生成分子葡萄糖通过无氧酵解，只能生成 2 2 个个ATPATP四四.糖酵解产物的去路糖酵解产物的去路2.NADH的去路(2)(2)在有氧条件下在有氧条件下在线粒体在线粒体中：中：1 1分子的分子的NADHNADH通过呼吸链可产生通过呼吸链可产生2.52.5个个ATPATP在线粒体外在线粒体外,要通过甘油酸穿梭系统要通过甘油酸穿梭系统，1 1分子的分子的NADHNADH通通过呼吸链可产生过呼吸链可产生1.51.5个个ATPATP。1 1分子葡萄糖通过有氧酵解，可分子葡萄糖通过有氧酵解，可生成生成 2+21.5=52+21.5=5个个ATPATP 1 1分子葡萄糖通过有氧酵解，可分子葡萄糖通过有氧酵解，可生成生成 2+2.52=72+2.52=7 个个ATPATP五五.糖酵解的生物学意义糖酵解的生物学意义1.为生物体提供一定的能量为生物体提供一定的能量；2.糖酵解的中间物为生物合成提供原料糖酵解的中间物为生物合成提供原料；如丙酮酸可转变为氨基酸，磷酸二羟丙酮如丙酮酸可转变为氨基酸，磷酸二羟丙酮可合成甘油可合成甘油。3.为糖异生作用提供了基本途径。为糖异生作用提供了基本途径。六六.糖酵解的调控糖酵解的调控 在代谢途径中，发生不可逆反应的地方常常是整在代谢途径中，发生不可逆反应的地方常常是整个途径的调控部位，而催化这些反应的酶常常要受到个途径的调控部位，而催化这些反应的酶常常要受到调控，从而影响这些地方的反应速度，进而影响整个调控，从而影响这些地方的反应速度，进而影响整个途径的进程。这些酶称该途径的途径的进程。这些酶称该途径的关键酶关键酶。在糖酵解中，有三种酶催化的不可逆反应在糖酵解中，有三种酶催化的不可逆反应 己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶。所以它们是所以它们是关键酶关键酶。己己糖糖磷磷酸酸化化磷磷酸酸己己糖糖裂裂解解丙丙酮酮酸酸的的生生成成要点：要点：1.全过程：二个阶段，全过程：二个阶段，1010步反应，需步反应，需1010种酶种酶2.三个关键酶，不可逆反应！三个关键酶，不可逆反应！3.调节位点：调节位点：已糖激酶已糖激酶 G-6-P；磷酸果糖磷酸果糖激酶激酶 ATP、柠檬酸、脂肪酸；、柠檬酸、脂肪酸；ADP、AMP；丙酮酸丙酮酸激酶激酶 乙酰乙酰CoA、ATP；ADP、AMP要点：要点：4.定位：定位：细胞质细胞质5.意义：意义：产生少许能量，产生一些中间产物，产生少许能量，产生一些中间产物，如丙酮酸和甘油等如丙酮酸和甘油等6.底物水平的底物水平的磷酸化磷酸化第四节第四节 三羧酸循环三羧酸循环(Krebs循环循环/TCA)/TCA)Chapter 4Tricarboxylicacidcycle(TCA)在有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧形成乙酰在有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoACoA，后者可进入三羧酸循环彻底氧化。后者可进入三羧酸循环彻底氧化。一、丙酮酸氧化脱羧一、丙酮酸氧化脱羧丙酮酸的氧化脱羧的部位：丙酮酸的氧化脱羧的部位：线粒体线粒体Theoxidativedecarboxylationofpyruvateinmitochondria:the overall chemical transformation,involvingfivecofactorsandthreeenzymes.一、丙酮酸氧化脱羧一、丙酮酸氧化脱羧E E1 1 丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶(pyruvate(pyruvate dehydrogenase dehydrogenase PDH)PDH)。催催化化丙丙酮酮酸酸的的脱脱羧羧及及脱脱氢氢，形形成成二二碳碳单单位位乙乙酰酰基。具有辅基基。具有辅基TPPTPP。E E2 2 硫硫 辛辛 酸酸 乙乙 酰酰 转转 移移 酶酶(dihydrolipoyl(dihydrolipoyl transacetylase transacetylase TA)TA)。催催化化二二碳碳单单位位乙乙酰酰基基的的转转移移。具有辅基硫辛酸和具有辅基硫辛酸和CoACoA。E E3 3 二二 氢氢 硫硫 辛辛 酸酸 脱脱 氢氢 酶酶(dihydrolipoyl(dihydrolipoyl dehydrogenase dehydrogenase DLD)DLD)。催催化化还还原原型型硫硫辛辛酸酸氧氧化化型型。具有辅基具有辅基FADFAD和和NADNAD。催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由3 3 3 3种酶有种酶有种酶有种酶有机地组合在一起：机地组合在一起：机地组合在一起：机地组合在一起：一、丙酮酸氧化脱羧一、丙酮酸氧化脱羧整个过程涉及到的整个过程涉及到的6 6个辅因子：个辅因子：TPP(焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素)、SSL(硫辛酸硫辛酸)、FAD、NAD+、CoA、Mg2+等。等。丙酮酸脱氢酶复合体呈圆球形，每个复合体含有：丙酮酸脱氢酶复合体呈圆球形，每个复合体含有：6个个丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶E1、24个个二二氢氢硫硫辛辛酸酸乙乙酰酰转转移移酶酶E2、6个二氢硫辛酸脱氢酶个二氢硫辛酸脱氢酶E3。其中。其中E1为复合物的核心为复合物的核心一、丙酮酸氧化脱羧一、丙酮酸氧化脱羧一、丙酮酸氧化脱羧一、丙酮酸氧化脱羧 三三羧羧酸酸循循环环(tricarboxylicacidcycle)，又又叫叫做做TCA循循环环，是是由由于于该该循循环环的的第第一一个个产产物物是是柠柠檬檬酸酸，它它含有三个羧基，故此得名。含有三个羧基，故此得名。该该循循环环的的提提出出的的主主要要贡贡献献者者是是英英国国生生化化学学家家Krebs(克雷布斯克雷布斯)，所以又称，所以又称Krebs循环循环。该循环还叫做该循环还叫做柠檬酸循环柠檬酸循环。1.化学反应过程化学反应过程二、二、TCA循环循环Step1.乙酰乙酰CoACoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸与草酰乙酸缩合成柠檬酸1.化学反应过程化学反应过程二、二、TCA循环循环Step1.乙酰乙酰CoACoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸与草酰乙酸缩合成柠檬酸 反应的能量由乙酰反应的能量由乙酰CoA的高能硫酯键提供，所以的高能硫酯键提供，所以使反应不可逆。此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬酰使反应不可逆。此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬酰CoA，然后水解。，然后水解。这步反应由这步反应由 C4 C6。1.化学反应过程化学反应过程二、二、TCA循环循环Step2.柠檬酸异构化成异柠檬酸柠檬酸异构化成异柠檬酸1.化学反应过程化学反应过程Iron-sulfur(red),cysteines(yellow)andisocitrate(white)Iron-sulfur(red),cysteines(yellow)andisocitrate(white)二、二、TCA循环循环Step3.异柠檬酸氧化脱羧异柠檬酸氧化脱羧生成生成酮戊二酸酮戊二酸（第一次氧化脱羧第一次氧化脱羧）1.化学反应过程化学反应过程二、二、TCA循环循环 这阶段放出了这阶段放出了1 1分子分子CO2，由，由 C6 C5 ；产生；产生1 1分子分子NADHStep3.异柠檬酸氧化脱羧生成异柠檬酸氧化脱羧生成酮戊二酸酮戊二酸1.化学反应过程化学反应过程二、二、TCA循环循环异柠檬酸脱氢酶有两种酶异柠檬酸脱氢酶有两种酶一种需一种需NAD及及Mn为辅酶，仅存在于线为辅酶，仅存在于线粒体中，主要参与粒体中，主要参与TCA循环循环一种需一种需NADP及及Mn为辅酶为辅酶,既存在于线既存在于线粒体中，也存在于胞浆中，主要作为还原粒体中，也存在于胞浆中，主要作为还原剂剂NADPH的一种来源。的一种来源。-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体与与丙酮酸脱氢酶复合丙酮酸脱氢酶复合体体非常相似，也包含三种酶、六种辅因子。非常相似，也包含三种酶、六种辅因子。Step4.-酮戊二酸氧化脱羧（第二次氧化脱羧）酮戊二酸氧化脱羧（第二次氧化脱羧）1.化学反应过程化学反应过程二、二、TCA循环循环Step4.-酮戊二酸氧化脱羧酮戊二酸氧化脱羧1.化学反应过程化学反应过程这阶段又放出了这阶段又放出了1 1分子分子CO2，由，由 C5 C4；又产生又产生1分子分子NADH；形成形成1 1个高能硫酯键。个高能硫酯键。二、二、TCA循环循环这阶段合成了这阶段合成了1分子高能磷酸化合物分子高能磷酸化合物GTP（鸟苷三磷酸）（鸟苷三磷酸）Step5.琥珀酸的生成（底物水平磷酸化）琥珀酸的生成（底物水平磷酸化）1.化学反应过程化学反应过程二、二、TCA循环循环Step6.琥珀酸氧化成延胡索酸（第三次氧化还原反应）琥珀酸氧化成延胡索酸（第三次氧化还原反应）这一这一反应为反应为C4的变化，产生的变化，产生1分子分子FADH2。1.化学反应过程化学反应过程二、二、TCA循环循环Step7.延胡索酸至苹果酸延胡索酸至苹果酸这一这一反应为反应为C4的变化的变化1.化学反应过程化学反应过程二、二、TCA循环循环Step8.苹果酸至草酰乙酸（再生）苹果酸至草酰乙酸（再生）（第四次氧化还原反应（第四次氧化还原反应）1.化学反应过程化学反应过程二、二、TCA循环循环2.TCA循环的总反应二、二、TCA循环循环（NADH）由由TCA循循环环产产生生的的NADH和和FADH2必必须须经经呼呼吸吸链链将将电电子子交交给给O2，才才能能回回复复成成氧氧化化态态(NAD和和FAD)，再去接受，再去接受TCA循环脱下的氢。循环脱下的氢。产物产物NADH和和FADH2的去路的去路:所所以以，TCA循循环环需需要要在在有有氧氧的的条条件件下下进进行行。否否则则NADH和和FADH2携携带带的的H无无法法交交给给氧氧，即即呼呼吸吸链链氧氧化化磷磷酸酸化化无无法法进进行行，NAD+及及FAD不不能能被被再再生生，使使TCA循循环环中中的的脱脱氢氢反反应应因因缺缺乏乏氢氢的的受受体体而而无无法法进进行。行。2.TCA循环的总反应二、二、TCA循环循环 乙乙酰酰CoA通通过过TCA循循环环脱脱下下的的氢氢由由NADH及及FADH2经呼吸链传递给经呼吸链传递给O2，由此而，由此而形成大量形成大量ATP碳碳 源源乙酰乙酰CoA CoA 2CO2CO2 2能能 量量1GTP 1ATP1GTP 1ATP共共10ATP10ATP3NADH 2.5ATP3=7.5ATP3NADH 2.5ATP3=7.5ATP1FADH1FADH2 2 1.5ATP1=1.5ATP 1.5ATP1=1.5ATP 由由乙乙酰酰CoA氧氧化化产产生生的的ATP中中，只只有有1/10来来自自底底物水平的磷酸化，其余都是由氧化磷酸化间接产生物水平的磷酸化，其余都是由氧化磷酸化间接产生3.能量能量的化学计量二、二、TCA循环循环碳碳 源源丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA+COCoA+CO2 2 3CO3CO2 2能能 量量丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸氧化脱羧：1NADH 1NADH 2.5ATP2.5ATP共共12.512.5ATPATPTCATCA循环：循环：10ATP10ATP3.能量能量的化学计量二、二、TCA循环循环碳碳 源源葡萄糖葡萄糖 2 2丙酮酸丙酮酸 6CO26CO2能能 量量葡萄糖有氧酵解：葡萄糖有氧酵解：2ATP+2NADH 2ATP+2NADH 7ATP 7ATP 共共32ATP32ATP丙酮酸有氧氧化：丙酮酸有氧氧化：12.52=25 ATP12.52=25 ATP葡萄糖彻底氧化经由的途径：葡萄糖彻底氧化经由的途径：EMPEMP途径、丙酮酸氧化脱羧、途径、丙酮酸氧化脱羧、TCATCA循环、呼吸链氧化磷酸化循环、呼吸链氧化磷酸化。对于原核生物：3.能量能量的化学计量二、二、TCA循环循环 由于在由于在EMPEMP途径中生成的途径中生成的NADHNADH在线粒体外，其磷氧比在线粒体外，其磷氧比为为1.51.5，所以，所以1 1分子葡萄糖彻底氧化只能合成分子葡萄糖彻底氧化只能合成 3030 ATP ATP。对于真核生物（高等植物、真菌、动物的肌细胞）:3.能量能量的化学计量二、二、TCA循环循环碳碳 源源葡萄糖葡萄糖 2 2丙酮酸丙酮酸 6CO26CO2能能 量量葡萄糖有氧酵解：葡萄糖有氧酵解：2ATP+2NADH 2ATP+2NADH 5ATP 5ATP 共共30ATP30ATP丙酮酸有氧氧化：丙酮酸有氧氧化：12.52=25 ATP12.52=25 ATP1.定位：线粒体线粒体线粒体线粒体 A A 柠檬酸合酶柠檬酸合酶:该酶有负变构剂该酶有负变构剂ATPATP，它使酶与底物的，它使酶与底物的亲和力下降，从而亲和力下降，从而K Km m值增大。值增大。B B 异柠檬脱氢酶异柠檬脱氢酶:该酶有正变构剂该酶有正变构剂ADPADP，它使酶与底物，它使酶与底物的亲和力增加。此外，的亲和力增加。此外，NAD+NAD+、底物、底物异柠檬酸异柠檬酸使酶活升使酶活升高；高；NADHNADH、ATPATP使酶活下降。使酶活下降。C C -酮二酸酮二酸脱氢酶脱氢酶:ATPATP、NADHNADH及产物及产物琥珀酰琥珀酰CoACoA抑制抑制酶的活性。酶的活性。2.不可逆反应与调节：4.注意点注意点二、二、TCA循环循环1.为生物体提供能量，是体内主要产生为生物体提供能量，是体内主要产生ATPATP的途径的途径；2.循环中的中间物为生物合成提供原料；循环中的中间物为生物合成提供原料；如如草草酰酰乙乙酸酸、-酮酮戊戊二二酸酸可可转转变变为为氨氨基基酸酸，琥琥珀珀酰酰CoACoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。3.糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽。糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽。5.TCA循环的生物学意义循环的生物学意义二、二、TCA循环循环三、三、TCA的回补反应的回补反应 三三羧羧酸酸循循环环的的一一个个重重要要作作用用是是它它的的中中间间物物可可以以为为生生物物合合成成提提供供原原料料，但但这这些些中中间间物物必必须须得得到到补补充充，以以保保证证TCATCA循循环环运运转转。尤尤其其是是起起始始物物草草酰酰乙乙酸酸，缺缺乏乏它乙酰它乙酰CoACoA就不能进入循环。就不能进入循环。生生物物体体中中存存在在着着及及时时补补充充中中间间物物(草草酰酰乙乙酸酸)的的反应，称为反应，称为回补反应回补反应。1.回补反应含义：1.丙酮酸羧化丙酮酸羧化2.回补反应的途径：丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶需要需要生物素生物素作为其辅酶。作为其辅酶。这是动物中最重要的回补反应，在这是动物中最重要的回补反应，在线粒体线粒体中中进行。进行。三、三、TCA的回补反应的回补反应 2.回补反应的途径：三、三、TCA的回补反应的回补反应 PEP羧激酶羧激酶PEPPEP羧羧化化酶酶存存在在植植物物和和细细菌菌中中,该该酶酶在在发发生生催催化化时时既既不不需需要要生物素，也不需要消耗生物素，也不需要消耗ATPATP。2.回补反应的途径：三、三、TCA的回补反应的回补反应 Thephosphoenolpyruvatecarboxylasereaction3.苹果酸酶催化的草酰乙酸苹果酸酶催化的草酰乙酸（细胞质）（细胞质）（线粒体）（线粒体）2.回补反应的途径：三、三、TCA的回补反应的回补反应 4.天冬氨酸转氨酶天冬氨酸转氨酶其它中间体的回补反应其它中间体的回补反应第五节第五节磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径phosphopentose pathway PPPphosphopentose pathway PPP 糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主要途径，但不是唯一途径。要途径，但不是唯一途径。实验研究也表明：实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂在组织中添加酵解抑制剂碘碘乙酸乙酸（抑制（抑制3-P-甘油醛脱氢酶）或甘油醛脱氢酶）或氟化物氟化物（抑制烯（抑制烯醇化酶）等，葡萄糖仍可被消耗；并且醇化酶）等，葡萄糖仍可被消耗；并且C1更容易氧更容易氧化成化成CO2；发现了；发现了6-P-葡萄糖脱氢酶和葡萄糖脱氢酶和6-P-葡萄糖葡萄糖酸脱氢酶及酸脱氢酶及NADP+；发现了五碳糖、六碳糖和七碳；发现了五碳糖、六碳糖和七碳糖；说明葡萄糖还有其他代谢途径糖；说明葡萄糖还有其他代谢途径（1931-1951）。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即径，即磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway,PPP）。2阶阶段段之之二二3）必要时提供能量HMP途径产生NADPH可以在细胞非常缺乏NADH时转化为NADH,以合成ATP。NADH的功能是参与氧化磷酸化产生ATP,NADPH的功能是给物质合成提供还原动力。4）磷酸戊糖途径将组织内糖的有氧分解和无氧分解紧密联系起来5、代谢调控、代谢调控PPP途径途径肝脏中的各种戊糖途径的酶中以肝脏中的各种戊糖途径的酶中以6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶的的活性最低，所以它是戊糖途径的活性最低，所以它是戊糖途径的限速酶限速酶，催化不可逆反催化不可逆反应步骤。其活性受应步骤。其活性受NADPH/NADP+比值的调节，比值的调节，NADPH竞争性抑制竞争性抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。其比例升高，