葡萄糖的分解代謝

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1、生物化學(xué),糖代謝,,（ 之二 ）,糖的分解代謝,糖分解代謝主要途徑,糖的無氧分解 糖的有氧氧化 乙醛酸循環(huán) 磷酸戊糖途徑 其它已糖的代謝,糖的分解代謝,一、糖的無氧分解,,Derived from the Greek words： glycos- lysis-,Glycolysis,(一)概念：糖的無氧分解是指：,體內(nèi)組織在無氧或缺氧情況下，葡萄糖或糖原在細(xì)胞質(zhì)中分解產(chǎn)生乳酸和少量ATP的過程。,sugar(sweet),dissolution,糖的分解代謝,,乳酸與 ATP 的結(jié)構(gòu):,乳 酸 （lactate）,A T P (三磷酸腺苷),,,糖的分解代謝,糖的無氧氧化的過程及產(chǎn)物:,丙酮酸

2、,葡萄糖,乙醇：酵母菌、 植物,,EMP途徑,,乳酸：動物肌肉、 乳酸菌,,,無氧,有氧,CO2+H2O,糖酵解,定義：糖酵解是在細(xì)胞質(zhì)中,酶將葡萄糖降解為丙酮酸并伴隨ATP生成的過程。是一切有機(jī)體中普遍存在的葡萄糖降解途徑。 1940年被闡明。(研究歷史) Embden,Meyerhof,Parnas等人貢獻(xiàn)最多，故糖酵解過程一也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途徑，簡稱EMP途徑。 在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行,糖酵解途徑,（二）糖酵解過程,11個酶催化的12步反應(yīng),第一階段： 磷酸已糖的生成(活化),三個階段,第二階段： 磷酸丙糖的生成(裂解),第三階段： 3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)變?yōu)楸?/p>

3、并 釋放能量(氧化、轉(zhuǎn)能),無氧氧化： 丙酮酸還原為乳酸(還原),,糖 酵 解 過 程 :,（1）葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,ATP,glucose(G),已糖激酶,Mg2+,,,這是酵解過程中的第一個調(diào)節(jié)酶,,,ADP,激酶（磷酸化、去磷酸化酶）,能夠在ATP、ADP和任何一種底物之間起催化作用，將ATP上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給底物(使底物磷酸化）或?qū)⒌孜锷系牧姿峄鶊F(tuán)轉(zhuǎn)移給ADP(使底物去磷酸化)的酶。,已糖激酶 (hexokinase) ：,已糖激酶有4種同功酶，即型,,已糖激酶的分型 型 型,中文名稱 已糖激酶(HK) 葡萄糖激酶(GK) 英 文 hexokinase

4、 glucokinase,存在范圍 在組織細(xì)胞中 僅在肝臟和胰腺 廣泛存在 細(xì)胞存在,與葡萄糖親和力 高 低 Km: 0.01mmol/L Km: 10100mmol/L,產(chǎn)物反饋抑制 有 無,激素調(diào)控 受激素調(diào)控,,,,ATP與Mg2+的相互作用：,A T P (三磷酸腺苷),Mg2+,Mg2+,糖酵解途徑,HK與G結(jié)合的誘導(dǎo)契合作用：,The conformation of hexokinase changes markedly on binding glucose (shown in red). The two lobes of

5、the enzyme come together and surround the substrate.,葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖的意義：,1.葡萄糖磷酸化后容易參與反應(yīng),2.磷酸化后的葡萄糖帶負(fù)電荷，不能透過 細(xì)胞質(zhì)膜，因此是細(xì)胞的一種保糖機(jī)制,糖酵解途徑,,,糖 酵 解 過 程 :,（2）6-磷酸葡萄糖異構(gòu)化轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖,fructose-6-phosphate (F-6-P）,glucose-6phosphate (G-6-P）,（3） 6-磷酸果糖再磷酸化生成1,6-二磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖 (fructose-1,6-diphosphate),ATP,磷酸果糖激酶-

6、1 （PK- 1 ）,Mg2+,(F-6-P）,糖酵解過程的第二個調(diào)節(jié)酶也是酵解中的限速酶,,糖 酵 解 過 程 :,,,,ADP,限速酶 / 關(guān)鍵酶(rate-limiting enzyme / key enzyme),1.催化非可逆反應(yīng),特點,2.催化效率低,3.受激素或代謝物的調(diào)節(jié),4.常是在整條途徑中催化初始反應(yīng)的酶,5.活性的改變可影響整個反應(yīng)體系的速度和方向,,糖酵解途徑,EMP途徑的限速酶：磷酸果糖激酶,磷酸果糖激酶 (phosphofructokinase),糖酵解途徑,AMP、ADP,磷酸果糖激酶 p71,磷酸果糖己酶( PFG) 哺乳動物糖酵解途徑中最重要的調(diào)控酶 變構(gòu)酶

7、（4個亞基構(gòu)成） 受高濃度ATP的抑制 PH值可以調(diào)解（生物學(xué)意義）P71（防止乳酸，酸中毒） 3種同工酶磷酸果糖己酶 PFG A: 磷酸肌酸、檸檬酸、Pi 抑制 PFG B:2,3二磷酸甘油酸 PFG C: 腺嘌呤核苷酸,糖 酵 解 過 程 :,（4）磷酸丙糖的生成 p72,fructose-1,6-diphosphate (F-1,6-2P）,醛縮酶,,,,醛縮酶的作用機(jī)理,糖 酵 解 過 程 :,（5）磷酸丙糖的互換 p72,磷酸二羥丙酮 (dihydroxyacetone phosphate),3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde 3-phosphate),糖 酵 解 過 程

8、 :,（6）3-磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸 p74,3-磷酸甘油醛脫氫酶,3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde 3-phosphate),糖酵解 中唯一的 脫氫反應(yīng),1,3-二磷酸甘油酸 1,3-diphospho- -glycerae (1,3-DPG),,,P,,NADH3PO4,NADH+H+,,生物氧化（氧化磷酸化和底物水平磷酸化：,生物體內(nèi)有機(jī)物質(zhì)氧化而產(chǎn)生大量能量的過程稱為生物氧化。 在底物脫氫被氧化時，電子或氫原子在呼吸鏈上的傳遞過程中伴隨ADP磷酸化生成ATP的作用，稱為氧化磷酸化。 在底物被氧化的過程中，底物分子內(nèi)部能量重新分布產(chǎn)生高能磷酸鍵（或高能

9、硫酯鍵），由此高能鍵提供能量使ADP（或GDP）磷酸化生成ATP（或GTP）的過程稱為底物水平磷酸化。,3-磷酸甘油醛脫氫酶作用機(jī)理：p75,,此酶含巰基，碘乙酸可強(qiáng)烈抑制其活性,NAD+,糖 酵 解 過 程 :,（7）1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸 p76,3-磷酸甘油酸激酶,,這是糖酵解 中第一次 底物水平 磷酸化反應(yīng),,ADP,ATP,1,3-二磷酸甘油酸 (1,3-diphosphoglycerate) (1,3-DPG),,,P,糖 酵 解 過 程 :,（8）3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸 p77,3-磷酸甘油 (3-phosphoglycerate),磷酸甘油酸變位酶

10、,糖 酵 解 過 程 :,（9） 2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖?2-磷酸甘油酸 (2-phosphoglycerate),氟化物能與Mg2+絡(luò) 合而抑制此酶活性 p79,,,,,P,H2O,,p79,糖 酵 解 過 程 :,丙酮酸激酶 PK,糖酵解過程的第三個調(diào)節(jié)酶， 也是第二次底物水平磷酸化反應(yīng),Mg2+或Mn2+,,,,,,,,P,（10）磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐际奖?p79,糖 酵 解 過 程 :,（11）烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸?烯醇式丙酮酸 (enolpyruvate),無氧化氧化,丙酮酸還原為乳酸,糖酵解小結(jié)：,1、糖酵解過程的11個酶,注: 磷酸化酶、磷酸葡萄糖變位

11、酶在糖原分解中存在。,糖酵解途徑,2、糖酵解過程的11步反應(yīng)：,糖酵解途徑,(醛縮酶),(磷酸丙糖異構(gòu)酶),(3-磷酸甘油醛脫氫酶),(磷酸果糖激酶),(磷酸已糖異構(gòu)酶),(已糖激酶/葡萄糖激酶),(3-磷酸甘油酸激酶),2、糖酵解過程的12步反應(yīng)：,糖酵解途徑,(磷酸甘油酸變位酶),(烯醇化酶),(丙酮酸激酶),(乳酸脫氫酶),葡萄糖,,葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗?糖酵解途徑,,,p81,葡萄糖,葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖?糖酵解途徑,,2乙醛,丙酮酸脫羧酶,,2乙醇,,,,2CO2,2 2-磷酸甘油酸,,p82,糖酵解過程小結(jié)：,葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗幔?反應(yīng)的條件：,無氧或缺氧,反應(yīng)的部位：,細(xì)胞質(zhì),反應(yīng)的底物：

12、,葡萄糖/糖原,反應(yīng)的產(chǎn)物：,反應(yīng)的特點：,乳酸、ATP,一次脫氫、二次底物磷酸化,反應(yīng)中間物：,在葡萄糖與丙酮酸之間均為磷 酸化合物,,糖原分解生成6-磷酸葡萄糖,糖酵解途徑,,糖原轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗?糖原(Gn),糖酵解過程中ATP的生成：p81,2,葡萄糖 6-磷酸葡萄糖,6 - 磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖,1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸 丙 酮 酸,-1,1,-1,2,1,1 mol 葡萄糖 2 mol 乳酸 + ？mol ATP,糖原中的1mol葡萄糖2mol 乳酸 +？mol ATP,2 mol ATP,3 mol ATP,糖酵解途徑,,,糖酵解中能量利用的

13、效率：,從葡萄糖開始：2 30.5 / 196 = 61/196 = 31(%) 從糖原開始：2 51.6 / 196 = 103.2/196 = 52.6(%),G0= -196kJ,ATP儲存能量: G0= -30.5 kJ/mol(體外標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下) G0= -51.6 kJ/mol(體內(nèi)生理狀態(tài)下 ),糖酵解中能量的利用率：,糖酵解途徑,乙醇發(fā)酵中能量利用的效率：,2 30.5 / 217.6 = 28(%),G0= -217.6 kJ,ATP儲存能量: G0= -30.5 kJ/mol,乙醇發(fā)酵中能量的利用率：,糖酵解途徑,糖酵解過程的限速/調(diào)節(jié)酶：p83,酶 的 名 稱

14、 已糖激酶 葡萄糖激酶(肝) *磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶,,,變構(gòu)激活劑 Mg2+, Mn2+ Mg2+, Mn2+ Mg2+, AMP, ADP, F-1,6-2P, F-2,6-2P Mg2+, K+, F-1,6-2P,,,變構(gòu)抑制劑 G-6-P - ATP，檸檬酸， 長鏈脂肪酸 ATP,,,,,,,糖酵解途徑,,,,,糖酵解與發(fā)酵的比較,糖酵解途徑,,,肌肉收縮與糖酵解供能：,、肌肉內(nèi)ATP含量很低；,結(jié)論： 糖酵解為肌肉收縮迅速提供能量,、肌肉中磷酸肌酸儲存的能量可 供肌肉收縮所急需的化學(xué)能;,、即使氧不缺乏，葡萄糖進(jìn)行有氧氧化的過程比糖 酵解長得多,來不及滿足需要;,背景：劇烈

15、運動時：,、肌肉局部血流不足，處于相對缺氧狀態(tài)。,糖酵解途徑,糖酵解意義：,4.在無氧條件下迅速提供能量,供機(jī)體需要。,如:劇烈運動、人到高原,5.是某些細(xì)胞在不缺氧條件下的能量來源。,6.是某些病理情況下機(jī)體獲得能量的方式。,7.是糖的有氧氧化的前過程，亦是糖異生作用 大部分逆過程。,9.若糖酵解過度，可因乳酸生成過多而導(dǎo)致乳酸 酸中毒。,8.糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代謝相聯(lián)系的途徑。,糖酵解途徑,初到高原與糖酵解供能：,人初到高原，高原大氣 壓低，易缺氧,機(jī)體加強(qiáng)糖酵解以適 應(yīng)高原缺氧環(huán)境,海拔 5000米,背景：,結(jié)論：,糖酵解途徑,某些組織細(xì)胞與糖酵解供能：,代謝極為活躍，即使不缺氧

16、,也常由糖酵解提供部分能 量。,成熟紅細(xì)胞：,視網(wǎng)膜、神經(jīng)、白細(xì)胞、骨 髓、腫瘤細(xì)胞等:,無線粒體，無法通過氧化磷酸化獲得能量，只能通過糖酵解獲得能量。,某些病理狀態(tài) 與糖酵解供能：,某些病理情況下機(jī)體主要通過糖酵解獲得能量.,糖酵解途徑,糖的有氧氧化,二、糖的有氧氧化 (aerobic oxidation),概念 過程 意義 糖酵解和有氧氧化的調(diào)節(jié),（一）糖有氧氧化的概念,糖的有氧氧化：是指體內(nèi)組織在有氧條件下， 葡萄糖徹底氧化分解生成CO2和 H2O的過程。,有氧氧化是糖氧化的主要方式，絕大多 數(shù)組織細(xì)胞都通過有氧氧化獲得能量。,糖的有氧氧化,葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA,CO

17、2+H2O+ATP,,三羧酸循環(huán),,,線粒體內(nèi),細(xì)胞質(zhì),糖有氧氧化概況,糖的有氧氧化,丙酮酸可以自由穿過線粒體,三羧酸循環(huán),概念：在有氧的情況下，葡萄糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA。乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成CO2和H2O并產(chǎn)生能量的過程，稱為檸檬酸循環(huán)，亦稱為三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle), 簡稱TCA循環(huán)。 由于它是由H.A.Krebs（德國）正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)。 三羧酸循環(huán)在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行。,糖的有氧氧化與糖酵解：,葡萄糖丙酮酸 乳酸,,糖的有氧氧化,生物氧化？,（糖酵解),,無氧,線粒體的超微結(jié)構(gòu), 外膜(out

18、er membrane）：含孔蛋白(porin)，其上有小孔. 通透性較高。標(biāo)志酶為單胺氧化酶 內(nèi)膜（inner membrane）：高度不通透性，向內(nèi)折疊形成嵴（cristae）。含有與能量轉(zhuǎn)換相關(guān)的蛋白線粒體氧化磷酸化的電子傳遞鏈位于內(nèi)膜，因此從能量轉(zhuǎn)換角度來說，內(nèi)膜起主要的作用。內(nèi)膜的標(biāo)志酶為細(xì)胞色素C氧化酶.內(nèi)膜向線粒體基質(zhì)褶入形成嵴（cristae），嵴能顯著擴(kuò)大內(nèi)膜表面積（達(dá)510倍），嵴有兩種類型：板層狀、管狀但多呈板層狀。,線粒體的超微結(jié)構(gòu),膜間隙（intermembrane space）：內(nèi)、外膜之間的封閉的腔隙。含許多可溶性酶、底物及輔助因子。標(biāo)志酶為腺苷酸激酶。 基質(zhì)（m

19、atrix）：內(nèi)膜所包圍的嵴外空間。含三 羧酸循環(huán)酶系、線粒體基因表達(dá)酶系等以及線粒體DNA, RNA，核糖體。其標(biāo)志酶為蘋果酸脫氫酶,生物體內(nèi)高能磷酸化合物ATP的生成,主要由三種方式： 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 光合磷酸化,底物水平磷酸化指ATP的形成直接與一個代謝中間物（如PEP）上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)的作用。,1、底物水平磷酸化,特點：ATP的形成直接與中間代謝物進(jìn)行的反應(yīng)相偶聯(lián)；在有 O2或無O2條件下均可發(fā)生底物水平的磷酸化。,,,是與電子傳遞過程偶聯(lián)的磷酸化過程。即伴隨電子從底物到O2的傳遞，ADP被磷酸化生成ATP的酶促過程，這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的作用稱為氧化磷酸化。 這

20、是需氧生物合成ATP的主要途徑。 真核生物的電子傳遞和氧化磷酸化均在線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行。原核生物則在質(zhì)膜上進(jìn)行。,2、氧化磷酸化,釋放的能量轉(zhuǎn)化成ATP被利用 轉(zhuǎn)換為光和熱，散失,,生物氧化的特點,生物氧化和有機(jī)物在體外氧化（燃燒）的實質(zhì)相同，都是脫氫、失電子或與氧結(jié)合，消耗氧氣，都生成C2O和H2O，所釋放的能量也相同。但二者進(jìn)行的方式和歷程卻不同：,生物氧化 體外燃燒,細(xì)胞內(nèi)溫和條件 高溫或高壓、干燥條件 （常溫、常壓、中性pH、水溶液）,一系列酶促反應(yīng) 無機(jī)催化劑 逐步氧化放能，能量利用率高 能量爆發(fā)釋放,脫羧：放能反應(yīng),簡單脫

21、羧： 不需要NAD+ 輔助因子 氧化脫羧：氧化還原反應(yīng)和脫羧，需 要NAD+ 等輔助因子,（二）糖有氧氧化的過程：,第一階段：丙酮酸的生成（細(xì)胞質(zhì)） 第二階段：丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA （線粒體基質(zhì)） 第三階段：乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化 （線粒體基質(zhì)）,三個 階段,,糖的有氧氧化,,動、植物細(xì)胞,丙酮酸的生成（細(xì)胞質(zhì)）：,2丙酮酸,進(jìn)入線粒體進(jìn)一步氧化,2(NADH+ H+ ),2H2O + 5 ATP,糖的有氧氧化,第一階段：,丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A:,丙酮酸 脫氫酶系,,丙酮酸+輔酶A+NAD+ 乙酰COA+CO2+NADH+H+,,糖的有氧氧化,第二階段：,

22、3C,2C,多酶復(fù)合體,單體酶：只有一條多肽鏈的酶稱為單體酶，它們不能解離為更小的單位。 寡聚酶：有幾個或多個亞基組成的酶（變構(gòu)酶是一種寡聚酶） 多酶體系：由幾個酶彼此嵌合形成的復(fù)合體稱為多酶體系。多酶復(fù)合體有利于細(xì)胞中一系列反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行，以提高酶的催化效率，同時便于機(jī)體對酶的調(diào)控。優(yōu)越性：中間產(chǎn)物都不需要離開酶的復(fù)合體,丙酮酸脫氫酶系（或氧化脫羧酶系）:,丙酮酸脫羧酶(TPP、Mg2+) 二氫硫辛酸乙酰基轉(zhuǎn)移酶(硫辛酸、輔酶A) 二氫硫辛酸脫氫酶(FAD、NAD+),3種酶：,6種輔助因子：,TPP、 Mg2+、硫辛酸、輔酶A、FAD、NAD+ （含B1、泛酸、B2 、PP、硫辛酸五種維生

23、素）,,糖的有氧氧化,大腸桿菌丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的內(nèi)容,縮寫 肽鏈數(shù) 輔基 催化反應(yīng) 丙酮酸脫氫（羧）酶 E1 24 TPP（B1） 丙酮酸氧化脫羧 二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙 E2 24 硫辛酰胺 將乙?；D(zhuǎn)移到CoA 酰基酶（硫辛酸） （泛酸） 二氫硫辛酸脫氫酶 E3 12 FAD 將還原型硫辛酰胺 （B2) 轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?,NAD維生素pp,丙酮酸氧化脫羧反應(yīng):,丙酮酸脫羧酶 Mg2+,硫辛酸乙酰 轉(zhuǎn)移酶,二氫硫辛酸 脫氫酶,丙酮酸+ CoA-SH+ NAD+ 乙酰CoA + C O2 + NADH+H+,,丙酮酸氧化脫羧的調(diào)控,由丙酮酸到

24、乙酰CoA是一個重要步驟，處于代謝途徑的分支點，所以此體系受到嚴(yán)密的調(diào)節(jié)控制： 1、產(chǎn)物抑制：乙酰CoA抑制乙酰轉(zhuǎn)移酶E2組分，NADH抑制二氫硫辛酸脫氫酶E3組分。抑制效應(yīng)被CoA和NAD+逆轉(zhuǎn)。 2、核苷酸反饋調(diào)節(jié)：丙酮酸脫氫酶E1受GTP抑制，被AMP活化。 3、砷化物與E2中的輔基硫辛酰胺形成無催化能力的砷化物。 4、可逆磷酸化作用的調(diào)節(jié)：丙酮酸脫氫酶E1的磷酸化狀態(tài)無活性，反之有活性。 5、Ca2+激活(Ca2+ 通過激活磷酸酶的作用，使丙酮酸脫氫酶活化）,乙酰輔酶A進(jìn)入三羧酸循環(huán):,三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle TCA循環(huán))又稱檸檬酸循環(huán)(citri

25、c acid cycle) 或Krebs循環(huán)(Krebs cycle)。,乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合成六碳三羧酸即檸 檬酸，經(jīng)過一系列代謝反應(yīng)，乙?；粡氐籽趸?，草酰乙酸得以再生的過程稱為三羧酸循環(huán)。,糖的有氧氧化,三羧酸循環(huán),三羧酸循環(huán):,反應(yīng)過程 反應(yīng)特點,C-CH3,S-COA,,,O,,,CH2,COO-,HO-C -COO-,COO-,CH2,,,,,,檸檬酸合酶,+,+ HS-COA+H+,,H2O,COA,1 、乙酰COA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸,單向不可逆 可調(diào)控的限速步驟 氟乙酰CoA導(dǎo)致致死合成 常作為殺蟲藥,,,檸檬酸 三羧酸,,乙酰COA,草酰乙酸,檸檬酰CoA,, 檸

26、檬酸異構(gòu)化生成異檸檬酸:,TCA循環(huán),檸檬酸 (citrate),, 異檸檬酸氧化、脫羧生成-酮戊二酸,TCA循環(huán),異檸檬酸,異檸檬酸脫氫酶,異檸檬酸+NAD+ -酮戊二酸 +CO2+NADH+H+,,調(diào)節(jié)酶,4 、 -酮戊二酸氧化脫羧成為琥珀酰COA（ -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體）,+COASH+NAD+,,,+NADH+H+ +CO2,TCA中第二次氧化作用、脫羧過程 -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體相似 p103 -酮戊二酸脫氫酶E1、琥珀酰轉(zhuǎn)移酶E2、二氫硫辛酸脫氫酶 E3 TPP、硫辛酸、COA、FAD、NAD+、Mg2+,,,-酮戊二酸,琥珀酰COA,, -酮戊二酸氧

27、化、脫羧生成琥珀酰輔酶A,TCA循環(huán),-酮戊二酸脫氫酶系,-酮戊二酸 + CoA-SH+ NAD+ 琥珀酰CoA + CO2 + NADH+H+,,調(diào)節(jié)酶,-酮戊二酸氧化脫羧酶反應(yīng)機(jī)制與丙酮 酸氧化脫羧相同，組成類似：,含三個酶及六個輔助因子,-酮戊二酸脫羧酶、 二 氫硫辛轉(zhuǎn)琥珀?；?、 二氫硫辛酸還原酶,輔酶A、FAD、NAD+、 鎂離子、硫辛酸、TPP,三個酶:,六個輔助因子：,,三羧酸循環(huán),5 、琥珀酰COA轉(zhuǎn)化成琥珀酸，并產(chǎn)生GTP（琥珀酰COA 合成酶）,,,,GDP+Pi,GTP+HSCOA,TCA中唯一底物水平磷酸化直接產(chǎn)生高能磷酸化合物的步驟 GTP+ADP G

28、DP+ATP,,,,琥珀酰COA,琥珀酸,6 、 琥珀酸脫氫生成延胡索酸,,+FAD,+FADH2,,,TCA中第三次氧化的步驟 丙二酸為該酶的競爭性抑制劑 開始四碳酸之間的轉(zhuǎn)變,琥珀酸脫氫酶,HC,,COOH CH2 COOH,,,,唯一嵌入線粒體內(nèi)膜,琥珀酸,延胡索酸,,TCA循環(huán), 延胡索酸水合生成蘋果酸,,延胡索酸 (fumarate),延胡索酸酶,延胡索酸 + H2O 蘋果酸,,,TCA循環(huán), 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸,蘋果酸脫氫酶,蘋果酸 (malate),,NAD+,NADH+H+,,,TCA中第四次氧化的步驟，最后一步。,,三羧酸循環(huán)總圖:,草酰乙酸,CH2COSoA (乙

29、酰輔酶A),2H,2H,,H,返回,三羧酸循環(huán)的特點,CO2的生成，循環(huán)中有兩次脫羧基反應(yīng)，兩次都同時有脫氫作用， 三羧酸循環(huán)的4次脫氫，其中3對氫原子以NAD+為受氫體，1對以FAD為受氫體，分別還原生成NADH+H+和FADH2。它們又經(jīng)線粒體內(nèi)遞氫體系傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，在此過程中釋放出來的能量使ADP和Pi結(jié)合生成ATP. NADH+H+參與的遞氫體系，每2H氧化成一分子H2O，生成2.5分子ATP，3 X2.57.5 ATP FADH2參與的遞氫體系則生成1.5分子ATP。 1.5 ATP 三羧酸循環(huán)中有一次底物磷酸化產(chǎn)生一分子ATP，那么，一分子CH2COSCoA參與三羧酸循

30、環(huán)，直至循環(huán)終末共生成10分子ATP。（ 7.5 ATP 1.5 ATP1ATP=10ATP),三羧酸循環(huán)特點:,一次底物水平磷酸化 二次脫羧 三個不可逆反應(yīng) 四次脫氫 1 mol乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)徹 底氧化凈生成10 molATP。,,三羧酸循環(huán),（三）糖有氧氧化的生理意義,三羧酸循環(huán),TCA是機(jī)體獲取能量的主要方式。1分子G經(jīng)無氧酵解僅凈生成2ATP，而有氧氧化可凈生成32個ATP.其中TCA生成20個ATP，在一般生理條件下，許多組織細(xì)胞皆從糖的有氧氧化獲得能量。糖的有氧氧化不但釋能效率高，而且逐步釋能，并逐步儲存于ATP分子中，因此能的利用率也很高。 TCA是糖，脂肪和蛋白質(zhì)三種

31、主要有機(jī)物在體內(nèi)徹底氧化的共同代謝途徑， TCA的起始物乙酰輔酶A，不但是糖氧化分解產(chǎn)物，它也可來自脂肪的甘油、脂肪酸和來自蛋白質(zhì)的某些氨基酸代謝， TCA是三種主要有機(jī)物在體內(nèi)氧化供能的共同通路，估計人體內(nèi)2/3的有機(jī)物是通過三羧酸循環(huán)而被分解的。 TCA是體內(nèi)三種主要有機(jī)物互變的聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)，糖和甘油在體內(nèi)代謝可生成-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物可以轉(zhuǎn)變成為某些氨基酸；而有些氨基酸又可通過不同途徑變成-酮戊二酸和草酰乙酸，再經(jīng)糖異生的途徑生成糖或轉(zhuǎn)變成甘油，因此TCA不僅是三種主要的有機(jī)物分解代謝的最終共同途徑，而且也是它們互變的聯(lián)絡(luò)機(jī)構(gòu),若從丙酮酸開始，加上紐帶生成

32、的1個NADH，則共產(chǎn)生10+2.5=12.5個ATP。 若從葡萄糖開始，共可產(chǎn)生12.52+7=32個ATP。(二版及其他教材為38個ATP，NADH3ATP，F(xiàn)ADH2 2ATP) 可見由糖酵解和TCA循環(huán)相連構(gòu)成的糖的有氧氧化途徑，是機(jī)體利用糖氧化獲得能量的最有效的方式，也是機(jī)體產(chǎn)生能量的主要方式。,,糖與氨基酸、脂肪代謝的聯(lián)系,返回,三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)酶及其調(diào)節(jié):,酶 的 名 稱 檸檬酸合酶 異檸檬酸脫氫酶 -酮戊二酸脫氫酶系,,,變構(gòu)激活劑 ADP,,,變構(gòu)抑制劑 ATP NADH ATP、NADH、 琥珀酰CoA,,,,,,,三羧酸循環(huán),,P,丙酮酸氧化和三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié),琥珀酰Co

33、A,草酰乙酸,蘋果酸,琥珀酸,-酮戊二酸,異檸檬酸,檸檬酸,延胡索酸,,,,,,,,,,乙酰輔酶A,丙酮酸,,（四）糖酵解和有氧氧化的調(diào)節(jié),1、細(xì)胞內(nèi)代謝物的調(diào)節(jié),2、 激素的調(diào)節(jié)作用,底物供應(yīng)的調(diào)節(jié) 2) 腺苷酸的調(diào)節(jié) 3) 脂肪酸氧化對糖分解代謝的影響,1) 胰島素 2) 糖皮質(zhì)激素 3) 胰高血糖素,三羧酸循環(huán),糖酵解和有氧氧化的調(diào)節(jié)：,1、細(xì)胞內(nèi)代謝物的調(diào)節(jié),葡萄糖進(jìn)入肌肉細(xì)胞和脂肪細(xì)胞是通過膜上載體轉(zhuǎn)運的，這是葡萄糖利用的限速過程，受胰島素的促進(jìn)。,1）底物供應(yīng)的調(diào)節(jié),肝細(xì)胞及大腦等神經(jīng)組織中葡萄糖的進(jìn)入不受胰島素的控制。,三羧酸循環(huán),2) 腺苷酸的調(diào)節(jié),,AMP和ADP是多種酶的別

34、構(gòu)激活劑。 ADP和AMP是FPK-1的別構(gòu)激活劑，能強(qiáng)烈促進(jìn)糖酵解的進(jìn)行； AMP還能激活丙酮酸脫氫酶、檸檬酸合酶和異檸檬酸脫氫酶，促進(jìn)有氧氧化和三羧酸循環(huán)，加強(qiáng)ATP的生成。,ATP是FPK-1、丙酮酸激酶、異檸檬酸脫氫酶的別構(gòu)抑制劑，細(xì)胞內(nèi)ATP大量積聚時能有效地抑制糖酵解和有氧氧化。,三羧酸循環(huán),胰島素,胰島素是促進(jìn)合成代謝的激素，在調(diào)節(jié)機(jī)體糖代謝、脂肪代謝和蛋白質(zhì)代謝方面都有重要作用，是維持血糖在正常水平的主要激素之一。 胰島素一方面能促進(jìn)血液中的葡萄糖進(jìn)入肝、肌肉和脂肪等組織細(xì)胞，并在細(xì)胞內(nèi)合成糖元或轉(zhuǎn)變成其他營養(yǎng)物質(zhì)貯存起來；另一方面又能促進(jìn)葡萄糖氧化分解釋放能量，供機(jī)體利用。

35、胰島素既能增加血糖的去路，又能減少血糖的來源，其最明顯的效應(yīng)是降低血糖。當(dāng)胰島B細(xì)胞破壞或功能減退時，胰島素分泌不足或缺乏，使糖進(jìn)入組織細(xì)胞和在細(xì)胞內(nèi)的氧化利用發(fā)生障礙，從而引起高血糖；由于血糖水平超過了腎小管吸收葡萄糖的能力，部分血糖隨尿排出，從而形成糖尿病。 糖尿病患者可用注射胰島素的方法治療。但并非所有糖尿病患者都是因胰島分泌胰島素缺乏或不足引起的。近來采用放射免疫測定證明，有部分患者血液中具有正?；虺Ａ康囊葝u素，這說明其他因素也會使胰島素不能發(fā)揮正常生理功能，從而引起人的糖尿病。如人體血漿內(nèi)有胰島素原存在，分解后可轉(zhuǎn)變?yōu)橐葝u素，故推測胰島素原激活失常，也可能是糖尿病發(fā)病的一個因素。

36、中國已于1965年第一次人工合成牛胰島素.,如何區(qū)分I型糖尿病和II型糖尿病,1型2型 發(fā)病原因免疫與遺傳遺傳與生活方式 發(fā)病年齡青少年中老年 發(fā)病方式急緩慢或無癥狀 體重情況多偏瘦多偏胖 胰島素分泌絕對缺乏相對缺乏 酮癥酸中毒容易發(fā)生不易發(fā)生 一般治療注射胰島素口服降糖藥,胰高血糖素,人的胰高血糖素是含28個氨基酸殘基的多肽，分子量為3485。它的生物學(xué)作用與胰島素相反，是一種促進(jìn)分解代謝的激素。它促進(jìn)肝臟糖原分解和葡萄糖異生作用，使血糖明顯升高。它還能促進(jìn)脂肪分解，使酮體增多。 血糖濃度也是調(diào)節(jié)胰高血糖素分泌的重要因素。血糖濃度降低時，胰高血糖素的分泌增加；而升高時，則分泌減少。而氨基酸的

37、作用和血糖相反，前者升高時也促進(jìn)胰高血糖素的分泌。 胰島素可以由于使血糖濃度降低而促進(jìn)胰高血糖素的分泌，但胰島素可以直接作用于鄰近的細(xì)胞，抑制胰高血糖素的分泌。,巴斯德效應(yīng)(Pasteur effect),巴斯德效應(yīng)(Pasteur effect) ：法國的科學(xué)家巴斯德(L.Pasture)最早發(fā)現(xiàn)從有氧條件轉(zhuǎn)入無氧條件時酵毋菌的發(fā)酵作用增強(qiáng)，反之, 從無氧轉(zhuǎn)入有氧時酵毋菌的發(fā)酵作用受到抑制，這種氧氣抑制酒精發(fā)酵的現(xiàn)象叫做巴斯德效應(yīng) Pasteur效應(yīng)： 糖的有氧氧化對糖酵解的抑制作用,三羧酸循環(huán),己糖,磷酸己糖,丙酮酸,乙酰CoA,NADH2、FADH2、CO2,H2O,乙醇（植物）,乳酸

38、（動物）,6-P-G,NADPH2 、CO2,RH2,,,,,,,,,,,O2,呼吸鏈,,,,,,,,,,,,PPP途徑,EMP途徑,丙酮酸 氧化脫羧,TCA環(huán),發(fā)酵,R,,NADP+,NAD+/FAD,,細(xì)胞質(zhì),線粒體基質(zhì),,線粒體基質(zhì),線粒體內(nèi)膜,細(xì)胞質(zhì),糖的分解途徑,,乙醛酸循環(huán),,三、乙醛酸循環(huán),乙醛酸循環(huán),返回,乙醛酸循環(huán)的意義,乙醛酸循環(huán)的意義,乙醛酸循環(huán)的意義,乙醛酸循環(huán)的意義,乙醛酸循環(huán)的生物學(xué)意義,可看成TCA循環(huán)的一條支路（琥珀酸可進(jìn)入TCA） 蘋果酸進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)可進(jìn)行再氧化草酰乙酸 糖異生 糖（油料種子萌發(fā)時脂肪轉(zhuǎn)變成糖） 對于某些植物、微生物，乙酸、乙酸鹽、乙酰COA等

39、成為賴以生存的細(xì)胞原料,,,,磷酸戊糖途徑,四、磷酸戊糖途徑 （pentose phosphate pathway）,概 念 過 程 小 結(jié) 調(diào) 節(jié) 生理意義 相關(guān)疾病,磷酸戊糖途徑,在組織中添加酵解抑制劑碘乙酸（抑制3-P-甘油醛脫氫酶）或氟化物（抑制烯醇化酶）等，葡萄糖仍可被消耗；并且C1更容易氧化成CO2；發(fā)現(xiàn)了6-P-葡萄糖脫氫酶和6-P-葡萄糖酸脫氫酶及NADP+；發(fā)現(xiàn)了五碳糖、六碳糖和七碳糖；說明葡萄糖還有其他代謝途徑（1931-1951）。 1953年闡述了磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway)，簡稱PPP途徑，也叫磷酸己糖支路；亦稱戊糖磷酸循環(huán)；亦稱

40、Warburg-Dickens戊糖磷酸途徑。 PPP途徑廣泛存在動、植物細(xì)胞內(nèi)，在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。,己糖,磷酸己糖,丙酮酸,乙酰CoA,NADH2、FADH2、CO2,H2O,乙醇（植物）,乳酸（動物）,6-P-G,NADPH2 、CO2,RH2,,,,,,,,,,,O2,呼吸鏈,,,,,,,,,,,,PPP途徑,EMP途徑,丙酮酸 氧化脫羧,TCA環(huán),發(fā)酵,R,,NADP+,NAD+/FAD,,細(xì)胞質(zhì),線粒體基質(zhì),,線粒體基質(zhì),線粒體內(nèi)膜,細(xì)胞質(zhì),糖的分解途徑,,乙醛酸循環(huán),,（一）磷酸戊糖途徑的概念,以6-葡萄糖開始，在6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，進(jìn)而代謝生成磷酸戊糖為中

41、間代謝物的過程，稱為磷酸戊糖途徑。,磷酸戊糖途徑(phosphopentose pathway PPP) 又稱磷酸已糖旁路(hexose monophosphate shunt(逃避）, HMS)或Warburg-Dikens途徑。,磷酸戊糖途徑,（二）磷酸戊糖途徑的過程,第一階段（氧化階段） ：6分子的6磷酸葡萄 糖經(jīng)脫氫、水合、氧化脫羧生成6分 子5磷酸核酮糖、6NADPH和6CO2,第二階段（異構(gòu)階段）： 6分子5磷酸核酮糖 經(jīng)一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)異構(gòu)成5分 子6磷酸葡萄糖回到下一個循環(huán)。,,磷酸戊糖途徑,（1） 6-磷酸葡萄糖 轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯,,6-磷

42、酸葡萄糖 glucose 6-phosphate,6-磷酸葡萄糖脫氫酶 glucose 6-phosphate dehydrogenase(G6PD),限速酶，對NADP+有高度特異性,磷酸戊糖途徑,(2) 6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖酸,6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯 6-phosphoglucono--lactone,6-磷酸葡萄糖酸 6-phosphogluconate,H2O,內(nèi)酯酶 lactonase,磷酸戊糖途徑,(3) 6-磷酸葡萄糖酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸核酮糖,,6-磷酸葡萄糖酸 6-phosphogluconate,,磷酸戊糖途徑,,6-P葡萄 糖脫氫酶,,6-P葡萄糖 酸內(nèi)酯酶

43、,,6-P葡萄糖 酸脫氫酶,,H20,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,NADP+,NADPH +H+,,NADP+,NADPH +H+,,CO2,6-P葡萄糖酸內(nèi)酯,6-P葡萄糖酸,5-P-核酮糖,6-P葡萄糖,,葡萄糖的氧化脫羧階段 6-P葡萄糖+NADP+ 6-P葡萄糖酸內(nèi)酯+ NADPH+H+ 6-P葡萄糖酸內(nèi)酯 6-P葡萄糖酸（容易進(jìn)行） 6-P葡萄糖酸+NADP+ 5-P核酮糖+C2O+NADPH+H+ 本階段總反應(yīng)： 6-P葡萄糖+2NADP++H2O 5-P-核酮糖+CO2+2NADPH+2

44、H+,,6-P葡萄糖脫氫酶,,6-P葡萄糖酸內(nèi)酯酶,,6-P葡萄糖酸脫氫酶,,H20,,,H+,(4) 三種五碳糖的互換：,,,5-磷酸核酮糖 ribulose 5-phosphate,磷酸戊糖途徑,轉(zhuǎn)酮醇酶與轉(zhuǎn)醛縮酶：,,,轉(zhuǎn)酮醇酶(transketolase)就是催化含有一個酮基、一個醇基的二碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶。其接受體是醛，輔酶是TPP。,轉(zhuǎn)醛基酶(transaldolase)是催化含有一個酮基、二個醇基的三碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶。其接受體是亦是醛，但不需要TPP。,磷酸戊糖途徑,(5) 二分子五碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng),轉(zhuǎn)酮醇酶,(TPP),磷酸戊糖途徑,(6)七碳糖與三碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng),轉(zhuǎn)醛醇酶,M

45、g2+或Mn2+,糖的分解代謝,(7)四碳糖與五碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng),轉(zhuǎn)酮醇酶,(TPP),,,磷酸戊糖途徑的小結(jié)：,轉(zhuǎn)酮醇酶與轉(zhuǎn)醛縮酶比較,磷酸戊糖途徑,反 應(yīng) 式,總反應(yīng)圖,特 點,,磷酸戊糖途徑：,糖酵解途徑,葡萄糖,,磷酸戊糖途徑特點 ：,反應(yīng)部位： 細(xì)胞質(zhì) 反應(yīng)底物： 6-磷酸葡萄糖 重要反應(yīng)產(chǎn)物： NADPH、5-磷酸核糖 限速酶： 6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G-6-PD),,磷酸戊糖途徑,二、磷酸戊糖途徑的意義 1、產(chǎn)生大量的NADPH，為細(xì)胞的各種合成反應(yīng)提供還原劑（力），比如參與脂肪酸和固醇類物質(zhì)的合成。 2、在紅細(xì)胞中保證谷胱甘肽的還原狀態(tài)。（防止膜脂過氧化； 維持血紅素中的Fe

46、2+;）（6-P-葡萄糖脫氫酶遺傳缺陷癥溶血性貧血?。?3、該途徑的中間產(chǎn)物為許多物質(zhì)的合成提供原料，如： 5-P-核糖 核苷酸 4-P-赤蘚糖 芳香族氨基酸,,,4、非氧化重排階段的一系列中間產(chǎn)物及 酶類與光合作用中卡爾文循環(huán)的大多數(shù)中間產(chǎn)物和酶相同，因而磷酸戊糖途徑可與光合作用聯(lián)系起來，并實現(xiàn)某些單糖間的互變。 5、PPP途徑是由葡萄糖直接氧化起始的可單獨進(jìn)行氧化分解的途徑。因此可以和EMP、TCA相互補(bǔ)充、相互配合，增加機(jī)體的適應(yīng)能力。,,二、磷酸戊糖途徑的意義,5-磷酸核糖作用：,,,合成原料,磷酸戊糖途徑,NADPH的主要功能：,1、作為供氫體 ---參與體內(nèi)多種生物合成反應(yīng)

47、,2、是谷胱甘肽還原酶的輔酶 ---對維持細(xì)胞中還原型谷胱甘肽的正常 含量起重要作用,3、作為加單氧酶的輔酶 ---參與肝臟對激素、藥物和毒物的生物 轉(zhuǎn)化作用,4、清除自由基的作用,磷酸戊糖途徑,NADPH作為體內(nèi)多種物質(zhì)生物合成的供氫體,脂肪酸、膽固醇和類固醇化合物的生物合成，均需要大量的NADPH。,NADPH + H+,磷酸戊糖途徑,谷胱甘肽的功能：,(1) 解毒功能 (2) 保護(hù)巰基酶/蛋白質(zhì) (3) 可消除自由基 (4) 協(xié)肋氨基酸的吸收,磷酸戊糖途徑,NADPH作為羥化酶的輔酶：,羥化反應(yīng)： (1)與某些生物合成(膽固醇、膽汁酸、類固醇激素等)有關(guān)； (2)與肝臟的生物轉(zhuǎn)化(激素、

48、藥物、毒物的生物轉(zhuǎn)化)有關(guān)。,磷酸戊糖途徑,磷酸戊糖途徑與疾病:,神經(jīng)精神病 (neuropsychiatric disorder),藥物誘導(dǎo)的溶血性貧血 (a drug-induced hemolytic amemia),磷酸戊糖途徑,磷酸戊糖途徑與神經(jīng)精神病:,與VitB1缺乏有關(guān),VitB1缺乏,磷酸戊糖途徑,PPP途徑受阻,蠶豆病 :,蠶豆病的癥狀是： 吃蠶豆幾小時或12天后，突然感到精神疲倦、頭暈、惡心、畏寒發(fā)熱、全身酸痛、萎靡不振，并伴有黃疸、肝脾腫大、呼吸困難、腎功能衰竭，甚至死亡。,蠶豆病，俗稱蠶豆黃。,機(jī)理: 蠶豆中有3種物質(zhì)：裂解素、鎖未爾和多巴胺。前兩種GSH氧化，

49、后一種能激發(fā)紅細(xì)胞的自身破壞，遺傳性6-磷酸葡萄糖脫氫酶缺乏者，使紅細(xì)胞大量溶解而發(fā)生蠶豆病。,血像檢查: 紅細(xì)胞明顯減少，黃疸指數(shù)明顯升高。,磷酸戊糖途徑,磷酸戊糖途徑與溶血性貧血 :,一些具有氧化作用的外源性物質(zhì)如蠶豆、抗瘧藥、磺胺藥等,,G6PD缺乏,GSSH,,,磷酸戊糖途徑,己糖,磷酸己糖,丙酮酸,乙酰CoA,NADH2、FADH2、CO2,H2O,乙醇（植物）,乳酸（動物）,6-P-G,NADPH2 、CO2,RH2,,,,,,,,,,,O2,呼吸鏈,,,,,,,,,,,,PPP途徑,EMP途徑,丙酮酸 氧化脫羧,TCA環(huán),發(fā)酵,R,,NADP+,NAD+/FAD,,細(xì)胞質(zhì),線粒體基質(zhì),,線粒體基質(zhì),線粒體內(nèi)膜,細(xì)胞質(zhì),糖的分解途徑,,乙醛酸循環(huán),