《糖類分解代謝》PPT課件

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1、 史記周本紀載：后稷是帝嚳的元妃姜媛的兒子，名叫棄。兒時就有巨人之志，好種樹、麻、菽、麥，成人后遂好耕作，教民稼穡。帝堯舉為農(nóng)師，封于有邰，號曰后稷，別姓姬氏。 小偃6號李振聲 5 糖 類 分 解 代 謝5.1 新 陳 代 謝 概 論5.2 生 物 體 內(nèi) 的 糖 類5.3 雙 糖 和 多 糖 的 酶 促 降 解5.4 糖 酵 解5.5 三 羧 酸 循 環(huán)5.6 磷 酸 戊 糖 途 徑5.7 糖 醛 酸 途 徑 5.1 新 陳 代 謝 概 論同 化 作 用 (assimilation) 合 成 代 謝異 化 作 用 (dissimilation) 分 解 代 謝u 新 陳 代 謝 是 生 物

2、與 周 圍 環(huán) 境 進 行 物 質(zhì) 和 能 量交 換 的 過 程 。新 陳 代 謝同 一 種 物 質(zhì) ， 其 分 解 代 謝 和 合 成 代 謝 的 途 徑 一般 是 不 相 同 的 。 不 是 簡 單 的 可 逆 反 應 。 能 量 代 謝 在 新 陳 代 謝 中 的 重 要 地 位以 物 質(zhì) 代 謝 為 基 礎 ， 與 物 質(zhì) 代 謝 過 程 相 伴 隨 發(fā) 生 的 ， 蘊 藏在 化 學 物 質(zhì) 中 的 能 量 轉(zhuǎn) 化 ， 統(tǒng) 稱 為 能 量 代 謝 。太 陽 能 是 所 有 生 物 最 根 本 的 能 量 來 源 。在 分 解 代 謝 中 ， 起 捕 獲 和 貯 存 能 量 作 用 的

3、分 子 是 ATP：提 供 生 物 合 成 做 化 學 功 時 所 需 的 能 量 ；是 生 物 機 體 活 動 以 及 肌 肉 收 縮 的 能 量 來 源 ；供 給 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 逆 濃 度 梯 度 跨 膜 運 輸 到 機 體 細 胞 所 需 的 自 由 能 。在 DNA、 RNA和 蛋 白 質(zhì) 等 生 物 合 成 中 ， 保 證 基 因 信 息 的 正 確 傳 遞 。一 個 安 靜 狀 態(tài) 的 成 人 ， 一 日 內(nèi) 需 消 耗 40kg的 ATP， 激 烈 運動 時 ， 每 分 鐘 0.5kgATP。 新 陳 代 謝 的 特 點反 應 條 件 溫 和 ， 酶 催 化 。相 互 配 合

4、、 彼 此 協(xié) 調(diào) 、 順 序 嚴 格 。形 成 代 謝 網(wǎng) 絡 。每 一 代 謝 都 有 各 自 的 代 謝 途 徑 。生 物 大 分 子 的 分 解 和 合 成 都 是 逐 步 進 行 的 ， 并 伴隨 能 量 的 釋 放 和 吸 收 。 代 謝 的 研 究 方 法1. 示 蹤 法苯 環(huán) 化 合 物 示 蹤 法 ： Franz Knoop利 用 苯 基 標 記 脂肪 酸 ， 提 出 了 脂 肪 酸 -氧 化 學 說 。穩(wěn) 定 同 位 素 示 蹤 法 ： 利 用 15NH4Cl， 標 記 DNA分 子 ，證 明 了 DNA的 半 保 留 復 制 方 式 。放 射 性 同 位 素 示 蹤 法

5、： 卡 爾 文 以 14CO2飼 喂 植 物 ，再 用 紙 層 析 分 離 CO 2代 謝 的 中 間 物 ， 提 出 光 合 作 用中 CO2轉(zhuǎn) 變 為 糖 的 卡 爾 文 循 環(huán) (Calvin cycle)。 2. 抗 代 謝 物 、 酶 抑 制 劑 的 應 用在 離 體 條 件 下 ， 使 用 抗 代 謝 物 和 酶 抑 制 劑 可 使代 謝 途 徑 受 到 阻 斷 ， 結 果 造 成 某 一 種 代 謝 中 間物 的 累 積 ， 從 而 為 測 定 該 中 間 代 謝 物 提 供 可 能 。酵 母 的 酒 精 發(fā) 酵 。 體 內(nèi) 研 究 和 體 外 研 究 體 內(nèi) 研 究 (in v

6、ivo)以 生 物 整 體 進 行 中 間 代 謝 的 研 究 。包 括 用 整 體 器 官 或 微 生 物 細 胞 群 進 行 的 研 究 。Knoop以 犬 為 研 究 對 象 ， 飼 喂 苯 環(huán) 標 記 的 脂 肪 酸 ，再 研 究 犬 尿 中 苯 標 記 物 的 狀 態(tài) 。 體 外 研 究 (in vitro， no vivo)以 組 織 切 片 、 勻 漿 、 提 取 液 為 材 料 進 行 的 研 究 。Krebs以 肌 肉 糜 (勻 漿 )為 材 料 ， 研 究 抑 制 劑 和 反 應物 加 入 后 對 反 應 中 間 物 和 代 謝 終 產(chǎn) 物 的 影 響 ， 確 定了 TCA

7、的 反 應 歷 程 。 5.2 生 物 體 內(nèi) 的 糖 類什 么 是 糖 ？糖 是 具 有 實 驗 式 (CH2O)n的 多 羥 基 醛 或 多 羥 基 酮 類化 合 物 或 聚 合 物 ；糖 類 物 質(zhì) 可 以 根 據(jù) 其 水 解 情 況 分 為 ： 單 糖 、 寡 糖 和多 糖 ；在 生 物 體 內(nèi) ， 糖 類 物 質(zhì) 主 要 以 同 多 糖 、 雜 多 糖 、 糖蛋 白 和 蛋 白 聚 糖 形 式 存 在 。 糖 類 的 生 物 學 作 用作 為 生 物 體 的 結 構 成 分 。 纖 維 素 、 半 纖 維 素 、 果 膠 等 (植 物細 胞 壁 )， 肽 聚 糖 (細 菌 細 胞 壁

8、 )作 為 生 物 體 的 主 要 能 源 物 質(zhì) 。 淀 粉 、 糖 原在 生 物 體 內(nèi) 轉(zhuǎn) 變 為 其 他 物 質(zhì) 。 為 氨 基 酸 、 核 苷 酸 、 脂 肪 酸 等的 合 成 提 供 碳 骨 架 。作 為 細 胞 識 別 的 信 息 分 子 。 糖 與 蛋 白 質(zhì) 、 脂 類 結 合 形 成 復 合糖 ， 參 與 細 胞 識 別 、 防 御 、 免 疫 、 粘 附 、 結 構 等 多 種 過 程 。 5.2.1 單 糖 (monosaccharides)單 糖 是 最 簡 單 的 、 不 再 被 水 解 成 更 小 的 糖 單 位 。 (CH2O)n n = 3 9根 據(jù) 單 糖

9、的 碳 原 子 數(shù) 目 分 為 丙 、 丁 、 戊 、 已 糖 等 。根 據(jù) 單 糖 結 構 特 點 又 分 為 醛 糖 和 酮 糖 。 D-與 L-構 型 重 要 的 單 糖 單 糖 磷 酸 酯D-甘油醛-3-磷酸 -D-葡萄糖-1-磷酸 -D-葡萄糖-6-磷酸 -D-果糖-6-磷酸 -D-果糖-1，6-二磷酸 5.2.2 寡 糖 (oligosaccharides)寡 糖 是 少 數(shù) 單 糖 (210)的 縮 合 產(chǎn) 物 ， 最 重 要 的 是 雙糖 。雙 糖 ：蔗 糖 (sucrose)麥 芽 糖 (maltose)乳 糖 (lactose) 麥芽糖的形成 蔗 糖 乳 糖 5.2.3 多

10、 醣 (polysaccharides)多 糖 是 多 個 單 糖 基 通 過 糖 苷 鍵 連 接 而 形 成 的高 聚 物 。常 見 的 有 由 一 種 類 型 的 糖 基 組 成 的 淀 粉(starch)、 糖 原 (glycogen) 和 纖 維 素 (cellulose)等 。 淀 粉 糖 原 纖 維 素纖 維 素 是 構 成 植 物 軀 干 的 主 要 成 分 。由 許 多 -D-葡 萄 糖 分 子 通 過 (14)糖 苷 鍵 縮 合 生 成 。纖 維 素 不 溶 于 水 、 稀 酸 、 稀 堿 及 其 他 普 通 有 機 溶 劑 。 5.3雙 糖 和 多 糖 的 酶 促 降 解5

11、.3.1蔗 糖 、 麥 芽 糖 、 乳 糖 的 酶 促 降 解1.蔗 糖 的 水 解 在 蔗 糖 合 成 酶 作 用 下 水 解 在 蔗 糖 酶 (轉(zhuǎn) 化 酶 )作 用 下 水 解 2.麥 芽 糖 的 水 解 3.乳 糖 的 水 解乳 糖 在 -半 乳 糖 苷 酶 催 化 下 水 解 為 葡 萄 糖 和半 乳 糖 。 5.3.2淀 粉 (糖 原 )的 酶 促 降 解5.3.2.1 淀 粉 的 酶 促 水 解1. -淀 粉 酶 ：耐 熱 (70 ,15min)不 耐 酸 (pH3.3)；水 解 -1, 4糖 苷 鍵 ；將 直 鏈 淀 粉 水 解 為 葡 萄 糖 和 麥 芽 糖 的 混 合 物 ；

12、對 支 鏈 淀 粉 的 作 用 產(chǎn) 物 為 葡 萄 糖 ， 麥 芽 糖 和 糊 精 。 2.-淀 粉 酶耐 酸 不 耐 熱 ；從 非 還 原 性 末 端 逐 次 以 麥 芽 糖 為 單 位 切 斷 -1,4-糖苷 鍵 ；將 直 鏈 淀 粉 水 解 成 麥 芽 糖 ；將 支 鏈 淀 粉 (或 糖 原 )水 解 為 麥 芽 糖 和 極 限 糊 精 。 淀 粉 3.脫 支 酶 (R酶 )專 一 水 解 -1,6糖 苷 鍵4.麥 芽 糖 酶水 解 麥 芽 糖 和 糊 精 -1,4糖 苷 鍵 ， 生 成 葡 萄糖 。 5.3.2.2 淀 粉 的 磷 酸 解淀 粉 廣 泛 存 在 于 葉 片 及 絕 大

13、多 數(shù) 貯 藏 器 官 中 。催 化 -1,4葡 聚 糖 非 還 原 末 端 的 葡 萄 糖 殘 基轉(zhuǎn) 移 給 Pi， 生 成 G-1-P， 同 時 產(chǎn) 生 一 個 新 的非 還 原 末 端 ， 繼 續(xù) 進 行 上 述 磷 酸 化 過 程 。 淀 粉 + n H3PO4 = n G-1-P 5.3.2.3 糖 原 的 磷 酸 解糖 原 磷 酸 化 酶 (glycogen phosphorylase)主 要位 于 動 物 肝 臟 中 ， 分 解 糖 原 直 接 補 充 血 糖 。兩 種 形 態(tài) ：糖 原 磷 酸 化 酶 a(磷 酸 化 ， 活 化 態(tài) )糖 原 磷 酸 化 酶 b(失 活 態(tài) )

14、 糖原降解過程 動 物 細 胞 植 物 細 胞細胞膜細胞質(zhì)線粒體 高爾基體細胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 溶酶體細胞壁葉綠體有色體白色體液體晶體分泌物吞噬中心體胞飲細胞膜丙 酮 酸 氧 化三 羧 酸 循 環(huán)磷 酸 戊 糖 途 徑糖 酵 解糖 異 生 單 糖 的 分 解 代 謝多 糖 水 解 為 單 糖 。葡 萄 糖 是 大 多 數(shù) 有 機 體 生 命 活 動 的 主 要 能源 -ATP。 糖 類 物 質(zhì) 進 入 體 內(nèi) (細 胞 內(nèi) )的 途 徑腸 腔 (多 糖 、 寡 糖 及 二 糖 分 解 為 單 糖 )腸 粘 膜 細 胞腸 壁 毛 細 血 管肝 靜 脈肝血 液 (血 糖 )組 織 5.4 糖 酵 解5.4

15、.1 糖 酵 解 的 概 念5.4.2糖 酵 解 的 化 學 歷 程5.4.3糖 酵 解 的 化 學 計 量 與 生 物 學 意 義5.4.4糖 酵 解 的 其 他 底 物5.4.5 丙 酮 酸 的 去 路5.4.6糖 酵 解 的 調(diào) 控 糖 酵 解 的 研 究 歷 史 1897年 Buchner兄 弟 用 細 砂 研 磨 酵 母 細 胞 壓 取 汁 液 ，再 加 入 蔗 糖 酒 精 。 (第 一 貢 獻 ) 1905年 A.Harder將 酵 母 加 入 葡 萄 糖 ， 發(fā) 酵 仍 然 進行 ； 加 入 無 機 磷 酸 鹽 ， 發(fā) 酵 作 用 增 強 。 發(fā) 酵 液 提 取到 二 磷 酸 果

16、 糖 ， 同 時 發(fā) 現(xiàn) 發(fā) 酵 作 用 必 需 兩 類 物 質(zhì)“ 釀 酶 ” 和 “ 輔 酶 ” 。 (第 二 貢 獻 ) 隨 后 ， 從 研 究 肌 肉 生 成 乳 酸 許 多 反 應 表 明 ： 糖 酵 解和 生 醇 發(fā) 酵 作 用 反 應 序 列 基 本 相 似 。 1940年 糖 酵 解 全 過 程 (反 應 過 程 和 酶 )均 清 楚 。 5.4.1糖 酵 解 (glycolysis)的 概 念概 念 ： 葡 萄 糖 在 酶 作 用 下 ， 在 細 胞 質(zhì) 中 經(jīng) 一 系 列脫 氫 作 用 ， 氧 化 分 解 成 丙 酮 酸 (pyruvate)并 產(chǎn) 生ATP的 過 程 。由

17、于 該 氧 化 分 解 沒 有 氧 氣 參 與 ， 故 稱 為 糖 酵 解 。G. Embden, O. Meyerhof, J. K. Parnas在 研 究 糖 酵解 途 徑 中 作 出 了 重 大 貢 獻 ， 因 此 該 途 徑 也 稱 作Embden-Meyethof-Parnas途 徑 ， 簡 稱 EMP途 徑 。 5.4.2 EMP的 生化 歷程 5.4.2.1 己 糖 的 磷 酸 化1.葡 萄 糖 的 磷 酸 化 (phosphorylation of glucose) 消 耗 ATP意 義 ：活 化 了 G使 進 入 細 胞 的 G不 再 逸 出 細 胞Mg2+是 HK的 激

18、活 劑己 糖 激 酶 是 第 1個 限 速 酶激 酶 ： 從 ATP轉(zhuǎn) 移 磷 酸 基 團 到 受 體 上 的 酶 。 2.G-6-P的 異 構 反 應 (isomerization of glucose-6-phosphate) 3. F-6-P的 磷 酸 化(phosphorylation of fructose-6-phosphate) 5.4.2.2 磷 酸 己 糖 的 裂 解4. 1,6-二 磷 酸 果 糖 (FBP)的 裂 解 (cleavage of fructose 1,6 bisphosphate) DHAP GAP 5.磷 酸 二 羥 丙 酮 的 異 構 反 應(isome

19、rization of DHAP) 5.4.2.3 丙 酮 酸 的 生 成6. 3-磷 酸 甘 油 醛 (GAP)的 氧 化 (oxidation of GAP) GAP的 氧 化 是 EMP途 徑 中 的 首 次 氧 化 反 應 。反 應 的 磷 酸 根 來 自 無 機 磷 酸 。NAD+為 3-磷 酸 甘 油 醛 脫 氫 酶 的 輔 酶 ， 接 受 氫 和 電子 生 成 NADH。醛 基 氧 化 釋 放 的 能 量 推 動 了 產(chǎn) 物 BPGA的 形 成 ， BPGA含 有 1個 酰 基 磷 酸 ， 酰 基 磷 酸 是 具 有 高 能 磷酸 基 團 轉(zhuǎn) 移 勢 能 的 化 合 物 。 砷

20、酸 鹽 破 壞 BPGA的 形 成 ：形 成 的 砷 酸 化 合 物 不 穩(wěn) 定 ， 迅 速 水 解 ， 結 果 是 GAP氧 化 釋 放 的 能 量 未 能 與 磷 酸 化 作 用 相 偶 聯(lián) 而 被 儲 存 。 3-磷 酸 甘 油 醛 脫 氫 酶 的 活 性 部 位 含 有 一 個 帶自 由 巰 基 的 Cys， 碘 乙 酸 可 與 巰 基 反 應 ， 抑制 該 酶 的 活 性 。碘 乙 酸 是 該 酶 的 不 可 逆 抑 制 劑 。 7.1,3-二 磷 酸 甘 油 酸 的 高 能 磷 酸 鍵 轉(zhuǎn) 移 反 應PGK 底 物 水 平 磷 酸 化(substrate level phospho

21、rylation)在 底 物 氧 化 過 程 中 ， 將 底 物 分 子 中 高 能 磷 酸 基 團 直接 轉(zhuǎn) 移 給 ADP， 偶 聯(lián) 生 成 ATP的 反 應 。 8. 3-磷 酸 甘 油 酸 的 變 位 反 應磷 酸 甘 油 酸 變 位 酶 (phosphoglycerate mutase)催 化 3-PGA的 C3位 上 的 磷 酸 基 轉(zhuǎn) 變 到 C2位 上 生 成 2-PGA。 9. 2-磷 酸 甘 油 酸 的 脫 水 反 應由 烯 醇 化 酶 催 化 ， 2-PGA脫 水 且 能 量 重 新 分 配 ， 生 成含 高 能 磷 酸 鍵 的 磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸(phosp

22、hoenolpyruvate , PEP)。 10.PEP的 磷 酸 轉(zhuǎn) 移 第 三 階 段NAD+ NADH+H+ Pi ADP ATPH 2OMg2+或Mn2+ATP ADP 丙酮酸PEP丙酮酸激酶脫氫酶激酶變位酶烯醇化酶 EMP總 結3階 段 10步 反 應3步 不 可 逆 ， 三 種 關 鍵 酶 ： 己 糖 激 酶 、 6-磷酸 果 糖 激 酶 、 丙 酮 酸 激 酶 2步 耗 能 ： 第 一 階 段 為 消 耗 階 段 2步 產(chǎn) 能 ： 底 物 水 平 磷 酸 化1步 脫 水G+2Pi+2NAD +2ADP 2Pyr+2ATP+2NADH+2H+2H2O 5.4.3糖 酵 解 的 化

23、 學 計 量 和 生 物 學 意 義G+2Pi+2NAD+2ADP 2Pyr+2ATP+2NADH+2H+2H2O 1分 子 G 經(jīng) 過 EMP氧 化 分 解 產(chǎn) 生 2個 Pyr， 2個ATP， 2個 NADH。2個 NADH若 進 入 有 氧 徹 底 氧 化 途 徑 ， 可 產(chǎn) 生 5(or 3)個 ATP。因 此 ： EMP途 徑 中 共 生 成 7(or 5)個 ATP。 糖 酵 解 生 物 學 意 義是 葡 萄 糖 在 生 物 體 內(nèi) 進 行 有 氧 或 無 氧 分 解 的共 同 途 徑 。 形 成 多 種 重 要 的 中 間 產(chǎn) 物 ， 為 氨 基 酸 、 脂 類合 成 提 供 碳

24、 骨 架 。 為 糖 異 生 提 供 基 本 途 徑 。在 糖 與 非 糖 物 質(zhì) 的 相 互 轉(zhuǎn) 變 過 程 中 起 著 重 要作 用 。 CT PET 5.4.4糖 酵 解 的 其 他 底 物海 藻 糖 甘 露 糖 5.4.5 丙酮酸的去路 丙 酮 酸 的 無 氧 降 解生 成 乳 酸動 物 包 括 人 ， 在 激 烈 運 動 時 ， 或 由 于 呼 吸 系 統(tǒng) 、 循環(huán) 系 統(tǒng) 障 礙 而 發(fā) 生 供 氧 不 足 時 ， 缺 氧 的 細 胞 必 需 用糖 酵 解 產(chǎn) 生 的 ATP分 子 暫 時 滿 足 對 能 量 的 需 要 。為 了 使 GAP繼 續(xù) 氧 化 ， 必 需 提 供 氧

25、化 型 的 NAD+。 生 成 乙 醇 糖 異 生 作 用 (gluconeogenesis) 糖 異 生 ： 由 非 糖 前 體 如 Pyr、 OAA、 甘 油等 合 成 葡 萄 糖 的 過 程 。糖 異 生 代 謝 途 徑 主 要 存 在 于 肝 及 腎 中 。 糖 異 生 的 證 據(jù)用 整 體 動 物 做 實 驗 ：禁 食 24小 時 大 鼠 肝 臟 中 的 糖 原 由 7%降 低 到 1%飼 喂 乳 酸 、 丙 酮 酸 或 三 羧 酸 循 環(huán) 代 謝 的 中 間 物大 鼠 肝 糖 原 增 加根 皮 苷 是 一 種 從 梨 樹 莖 皮 中 提 取 的 有 毒 糖 苷 ， 它 能抑 制 腎

26、 小 管 將 G重 吸 收 進 入 血 液 ， 這 樣 血 液 中 的 G就 不 斷 的 由 尿 中 排 出 。給 用 根 皮 苷 處 理 過 的 動 物 飼 喂 TCA中 間 代 謝 物 或 生 糖 氨基 酸這 些 動 物 尿 中 的 糖 含 量 增 加 糖 異 生 的 生 理 意 義糖 異 生 作 用 是 一 個 十 分 重 要 的 生 物 合 成 葡 萄糖 的 途 徑 。紅 細 胞 和 腦 是 以 葡 萄 糖 為 主 要 燃 料 的 ， 成 人 每天 約 需 要 160克 葡 萄 糖 ， 其 中 120克 用 于 腦 代 謝 ，而 糖 原 的 貯 存 量 是 很 有 限 的 ， 所 以

27、需 要 糖 異 生來 補 充 糖 的 不 足 ?；?收 乳 酸 分 子 中 的 能 量 。 糖異生總反應式： 2Pyr + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 4H2O G + 2NAD+ + 4ADP + 2GDP + 6Pi 1. 丙 酮 酸 生 成 PEP . 丙 酮 酸 羧 化 酶 催 化 Pyr羧 化 生 成 OAA . PEP羧 激 酶 催 化 OAA形 成 PEP 2. F-B-P轉(zhuǎn) 化 成 F-6-P果 糖 -1,6-二 磷 酸 酶 是 變 構 酶 ， 受 AMP、 2,6-二 磷 酸果 糖 變 構 抑 制 ， 但 受 ATP、 檸 檬 酸 變 構 激 活

28、。 + Pi果 糖 -1,6-二磷 酸 酶+ H2O1,6-二 磷 酸 果 糖 PP OH2CO H 2COHOOHH OHH H HH2CO OH6-磷 酸 果 糖P O H2COHOOHHH H 3. G-6-P轉(zhuǎn) 化 成 G+ H2O +Pi葡 萄 糖 -6-磷 酸 酶P6-磷 酸 葡 萄 糖 H葡 萄 糖 5.4.6 糖 酵 解 的 調(diào) 節(jié)糖 酵 解 過 程 中 有 三 步 反 應 不 可 逆 ：己 糖 激 酶磷 酸 果 糖 激 酶丙 酮 酸 激 酶這 三 種 酶 稱 為 糖 酵 解 過 程 的 限 速 酶 。 1.磷 酸 果 糖 激 酶 (PFK) AMP-別 構 激 活 劑 ； A

29、TP-別 構 抑 制 劑 。uPFK是 一 種 別 構 酶 ， 催 化 效 率 很 低 ， 糖 酵 解 的 速 率 嚴格 的 依 賴 該 酶 的 活 力 水 平 。 檸 檬 酸 和 脂 肪 酸 -別 構 抑 制 劑檸 檬 酸 和 脂 肪 酸 分 別 是 糖 有 氧 分 解 中 間 物 和 以 糖分 解 中 間 物 為 原 料 合 成 的 產(chǎn) 物 。EMP不 僅 提 供 能 量 ， 也 為 生 物 合 成 提 供 碳 骨 架 。細 胞 內(nèi) 檸 檬 酸 含 量 高 ， 意 味 著 有 豐 富 的 生 物 合 成前 體 存 在 ， 葡 萄 糖 無 需 為 提 供 合 成 前 體 而 降 解 。 果

30、糖 -2,6-二 磷 酸 對 PFK的 調(diào) 節(jié)果 糖 -2,6-二 磷 酸 激 酶 -PFK2： 催 化 F-6-P磷 酸 化 形成 果 糖 -2,6-二 磷 酸 (F-2,6-BP)；果 糖 -2,6-二 磷 酸 酯 酶 -FBPase-2： 催 化 F-2,6-BP水 解 ， 去 磷 酸 形 成 F-6-P。 果 糖 -2,6-二 磷 酸 的 作 用 胰 高 血糖 素 H+對 磷 酸 果 糖 激 酶 的 調(diào) 節(jié)PFK被 H+抑 制 ， 在 pH明 顯 下 降 時 糖 酵 解 速率 降 低 。阻 止 整 個 酵 解 途 徑 的 繼 續(xù) 進 行 ， 從 而 防 止 在缺 氧 條 件 下 乳 酸

31、 的 繼 續(xù) 形 成 ； 這 又 可 防 止 血液 pH的 下 降 ， 有 利 于 避 免 形 成 過 量 乳 酸 而導 致 酸 中 毒 。 2. 己 糖 激 酶 (HK)己 糖 激 酶 (HK)的 別 構 抑 制 劑 為 其 產(chǎn) 物 G-6-P。當 磷 酸 果 糖 激 酶 (PFK)活 性 被 抑 制 時 ， 底 物 F-6-P積累 ， 進 而 使 G-6-P濃 度 升 高 ， 從 而 引 起 HK活 性 下降 。 3. 丙 酮 酸 激 酶 (PK)丙 酮 酸 激 酶 具 有 別 構 酶 性 質(zhì) 。反 饋 抑 制 ：高 濃 度 ATPAla乙 酰 CoAcAMP激 活 蛋 白 激 酶 也 使

32、 PK磷 酸 化 而 失 活激 活 劑 ：ADPMg 2+或 K+F-1,6-BP 糖 酵 解 和 糖 異 生 的 互 補 調(diào) 節(jié)高 水 平 的 ATP、 NADH變 構 抑 制 PFK和 PK， 而 變 構激 活 二 磷 酸 果 糖 酯 酶 。 促 進 糖 異 生Pi、 AMP、 ADP變 構 激 活 PFK、 PK， 而 變 構 抑 制 二磷 酸 果 糖 酯 酶 。 促 進 糖 酵 解ATP/ADP比 值 高 時 EMP途 徑 關 閉 ， 糖 異 生 打 開 ；ATP/ADP比 值 低 時 EMP打 開 ， 糖 異 生 活 性 降 低 。 5.5 三 羧 酸 循 環(huán) (tricarboxy

33、lic acid cycle,TCA)5.5.1 丙 酮 酸 氧 化 為 乙 酰 CoA5.5.2 三 羧 酸 循 環(huán)5.5.3 三 羧 酸 循 環(huán) 的 調(diào) 控5.5.4 三 羧 酸 循 環(huán) 的 生 物 學 意 義 三 羧 酸 循 環(huán) 的 發(fā) 現(xiàn)1937年 -HA.Krebs-鴿胸 肌 為 材 料也 叫 做 檸 檬 酸 循 環(huán) 、Krebs循 環(huán) HA.Krebs 1953年 獲 得諾 貝 爾 生 理 醫(yī) 學 獎 。 三 羧 酸 循 環(huán) 的 概 念TCA 循 環(huán) ： EMP代 謝 的 終 產(chǎn) 物 丙 酮 酸 在 有 氧條 件 下 進 入 線 粒 體 并 被 氧 化 分 解 為 CO2， 同時

34、釋 放 出 大 量 能 量 的 過 程 。 5.5.1 丙 酮 酸 氧 化 為 乙 酰 CoA 丙 酮 酸 脫 氫 酶 系 (pyruvate dehydrogenase complex,PDH)： 多 酶 復 合 體 ， 位 于 線 粒 體 內(nèi) 膜 上 。六 種 輔 因 子 ： 焦 磷 酸 硫 胺 素 (TPP)、 硫 辛 酸 、 FAD、NAD +、 HS-CoA、 Mg2+E1 丙 酮 酸 脫 羧 酶Pyr脫 氫 酶 系 3種 酶 E2 二 氫 硫 辛 酸 轉(zhuǎn) 乙 酰 基 酶E3 二 氫 硫 辛 酸 脫 氫 酶 30個 E1 60個 E26個 E3 丙 酮 酸 氧 化 為 乙 酰 CoA

35、的 調(diào) 節(jié) 產(chǎn) 物 別 構 抑 制乙 酰 CoA抑 制 二 氫 硫 辛 酸 轉(zhuǎn) 乙 酰 酶 -E2NADH抑 制 二 氫 硫 辛 酸 脫 氫 酶 -E3抑 制 效 應 可 被 CoA-SH和 NAD+逆 轉(zhuǎn) 核 苷 酸 調(diào) 節(jié)丙 酮 酸 脫 羧 酶 E1受 ATP抑 制 ， 為 AMP活 化 。 共 價 修 飾 調(diào) 節(jié)ATP/ADPNADH/NAD+乙 酰 CoA/CoA-SH 比 值 高 時 ，丙 酮 酸 脫 羧 酶 分 子 上 特 殊 的 Ser殘 基 可 被 專 一磷 酸 激 酶 磷 酸 化 ， 失 去 活 性 ； 當 酶 上 磷 酸 基 團被 專 一 的 磷 酸 酶 水 解 時 ， 活

36、 性 恢 復 。 丙 酮 酸 脫 氫 酶 系Pyruvate dehydrogenase complex乙 酰 CoA、 ATPNADH+H+ - +AMP、 ADPNAD+ 5.5.2 三羧酸循環(huán) 5.5.2.1三 羧 酸 循 環(huán) 的 反 應 歷 程1. 乙 酰 CoA與 草 酰 乙 酸 (OAA)縮 合 成 檸 檬 酸(citrate)檸 檬 酸 合 酶 (citrate synthase)催 化 。此 反 應 釋 放 能 量 ， 不 可 逆 。 2.異 檸 檬 酸 形 成 檸 檬 酸 異 構 化 形 成 異 檸 檬 酸 是 適 應 檸 檬 酸 進一 步 氧 化 的 需 要 ：檸 檬 酸

37、是 一 個 叔 醇 化 合 物 ， 它 的 羥 基 所 處 的 位置 妨 礙 檸 檬 酸 的 進 一 步 氧 化 ；異 檸 檬 酸 是 可 以 繼 續(xù) 氧 化 的 仲 醇 。 Aconitase -順 烏 頭 酸 酶 3.異 檸 檬 酸 氧 化 脫 酸 生 成 -酮 戊 二 酸此 反 應 為 -氧 化 脫 羧 ， 此 酶 需 要 Mg2+作 為 激 活 劑 。 4.-酮 戊 二 酸 氧 化 脫 羧-酮 戊 二 酸 脫 氫 酶 系 催 化 ；形 成 一 個 高 能 硫 酯 鍵 。 硫 辛 酸-酮 戊 二 酸 脫 氫 酶 復 合 體 ， 受 ATP、 GTP、 NADH、琥 珀 酰 CoA抑 制

38、， 但 不 受 磷 酸 化 /去 磷 酸 化 的 調(diào) 控 。-酮戊二酸脫氫酶系 -酮 戊 二 酸 脫 羧 酶二 氫 硫 辛 酸 琥 珀 酰 基 轉(zhuǎn) 移 酶二 氫 硫 辛 酸 脫 氫 酶3個 酶6個 輔 酶 TPPHS-CoANAD+FADMg2+硫 辛 酸 5.琥 珀 酸 的 生 成琥 珀 酸 硫 激 酶 (succinate thiokinase)催 化 ， 琥 珀 酰 CoA硫 酯 鍵 水 解 生 成 琥 珀 酸 ， 釋 放 自 由 能 合 成 GTP。 小 結 與 思 考在 已 經(jīng) 進 行 的 5步 反 應 中 ， 一 個 乙 酰 基 被 氧化 為 2分 子 CO2， 并 使 2分 子

39、NAD 還 原 為 2分 子 NADH。 還 產(chǎn) 生 了 1個 高 能 磷 酸 基 團(GTP)。如 何 使 機 體 產(chǎn) 生 的 乙 酰 基 在 細 胞 內(nèi) 不 斷 的 進行 氧 化 分 解 ？ 6.琥 珀 酸 脫 氫 生 成 延 胡 索 酸琥 珀 酸 脫 氫 酶 (succinate dehydrogenase)催化 琥 珀 酸 氧 化 生 成 延 胡 索 酸 (反 丁 烯 二 酸 )。 琥 珀 酸 脫 氫 酶 是 TCA循 環(huán) 中 唯 一 結 合 在 線 粒 體 內(nèi) 膜 上 并 直接 與 呼 吸 鏈 聯(lián) 系 的 酶 。琥 珀 酸 脫 氫 酶 含 有 鐵 硫 中 心 和 共 價 結 合 的

40、FAD， 來 自 琥 珀酸 的 電 子 通 過 FAD和 鐵 硫 中 心 ， 然 后 進 入 電 子 傳 遞 鏈 (ETC)到 O2。Krebs首 先 觀 察 到 丙 二 酸 抑 制 細 胞 呼 吸 的 現(xiàn) 象 ， 這 一 現(xiàn) 象 啟發(fā) 他 提 出 檸 檬 酸 循 環(huán) 假 說 的 重 要 實 驗 之 一 。戊 二 酸 是 琥 珀 酸 的 類 似 物 ， 是 琥 珀 酸 脫 氫 酶 強 有 力 的 競 爭性 抑 制 物 ， 所 以 可 以 阻 斷 TCA。 7.蘋 果 酸 的 生 成 延 胡 索 酸 酶 8.草 酰 乙 酸 再 生 TCA循 環(huán) 總 結4步 氧 化 還 原 ： 3 NAD ， 1

41、 FAD3步 不 可 逆 ： 檸 檬 酸 合 酶 、 異 檸 檬 酸 脫 氫 酶 和 -酮戊 二 酸 脫 氫 酶 催 化 的 反 應2步 脫 羧 ： 異 檸 檬 酸 氧 化 脫 羧 生 成 -酮 戊 二 酸 、 -酮 戊 二 酸 氧 化 脫 羧 生 成 琥 珀 酰 CoA2步 加 水 ： 檸 檬 酸 的 生 成 過 程 和 延 胡 索 酸 水 化 生 成蘋 果 酸1步 底 物 水 平 磷 酸 化 (GTP) 5.5.2.2 草酰乙酸的回補反應 草 酰 乙 酸 回 補 的 主 要 途 徑 丙 酮 酸 的 羧 化 在 動 植 物 和 微 生 物 中 ， 還 存 在 由 蘋 果 酸 酶 和 蘋 果

42、酸脫 氫 酶 聯(lián) 合 催 化 ， 由 丙 酮 酸 合 成 草 酰 乙 酸 的 途 徑 。 PEP的 羧 化反 應 在 胞 液 中 進 行 ， 生 成 的 草 酰 乙 酸 需 轉(zhuǎn) 變成 蘋 果 酸 后 穿 梭 進 入 線 粒 體 ， 再 脫 氫 生 成 草酰 乙 酸 。 天 冬 氨 酸 和 谷 氨 酸 轉(zhuǎn) 氨 作 用Asp和 Glu經(jīng) 轉(zhuǎn) 氨 作 用 可 形 成 草 酰 乙 酸 和 -酮戊 二 酸 。 Ile、 Val、 Thr、 Met 也 可 形 成 琥 珀酰 CoA。 5.5.2.3 TCA中 的 化 學 計 量 和 特 點 CO2的 生 成 脫 氫 反 應uTCA有 5次 脫 氫 ， 4

43、對 H還 原 NAD+生 成 4 NADH， 1對 H 還 原 FAD生 成 1 FADH2 。 三 羧 酸 循 環(huán) 的 化 學 計 量 和 能 量 計 量a、總 反 應 式 : CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP能 量 “ 現(xiàn) 金 ” : 1 GTP 能 量 “ 支 票 ” : 3 NADH 1 FADH 2 兌 換 率 1： 2.5 7.5ATP兌 換 率 1： 1.5 1.5ATP1ATP 10ATPb、三 羧 酸 循 環(huán) 的 能 量 計 量 葡 萄 糖 完 全 氧 化 產(chǎn) 生 的 ATP酵 解 階

44、 段 ： 2 ATP 2 1 NADH兌 換 率 1： 2.5 (或 1.5)2 ATP5ATP或 3 ATP三 羧 酸 循 環(huán)：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH 2 2 1 ATP2 7.5 ATP2 1.5 ATP兌 換 率 1： 2.5兌 換 率 1： 1.5丙 酮 酸 氧 化：2 1NADH 兌 換 率 1： 2.5 2 2.5 ATP總 計：32 ATP或 30 ATP 5.5.3 三羧酸循環(huán)的調(diào)控 TAC循環(huán) G（Gn） 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP 胞液 線粒體 5.5.4 TCA的 生 理 意 義 TCA是

45、機 體 獲 取 能 量 的 主 要 方 式 。 TCA是 物 質(zhì) 代 謝 的 樞 紐 。 TCA的 一 些 中 間 產(chǎn) 物 也 是 某 些 植 物 的 貯 藏 物質(zhì) 。 5.6 磷 酸 戊 糖 途 徑 (PPP/HMS)實 驗 研 究 表 明 ： 在 組 織 中 添 加 糖 酵 解 抑 制 劑 如 碘 乙酸 或 氟 化 物 等 ， 葡 萄 糖 仍 可 以 被 消 耗 ， 這 說 明 葡 萄糖 還 有 其 它 的 代 謝 途 徑 。許 多 組 織 細 胞 中 都 存 在 另 一 種 葡 萄 糖 降 解 途 徑 ， 即磷 酸 戊 糖 途 徑 (pentose phosphate pathway,

46、PPP)，也 稱 為 磷 酸 己 糖 旁 路 (hexose monophosphate pathway， HMP)。參 與 磷 酸 戊 糖 途 徑 的 酶 類 都 分 布 在 動 物 細 胞 細 胞 漿中 ， 動 物 體 中 約 有 30%的 葡 萄 糖 通 過 此 途 徑 分 解 。 CO2+H2O+ATPTAC GG-6-PF-6-PF-1,6-BP3-磷 酸 甘 油 醛丙 酮 酸 乙 酰 CoA 磷 酸 戊 糖 途 徑NADPH5-磷 酸 核 糖 磷 酸 戊 糖 途 徑 的 代 謝 起 始 物 是 G-6-P， 返 回 的 代 謝終 產(chǎn) 物 是 3-磷 酸 甘 油 醛 和 6-磷 酸

47、果 糖 ， 其 重 要 的 中間 代 謝 產(chǎn) 物 是 5-磷 酸 核 糖 和 NADPH。磷 酸 戊 糖 途 徑 在 細 胞 的 胞 液 (cytoplasm)中 進 行 。關 鍵 酶 是 6-磷 酸 葡 萄 糖 脫 氫 酶 (glucose-6-phosphate dehydrogenase)。 5.6.1.1葡 萄 糖 的氧 化 脫 羧 階 段1. 脫 氫 反 應5.6.1磷 酸 戊 糖 途徑 的 生 化 歷 程 2.水 解 反 應 3.脫氫脫羧反應 5.6.1.2 非 氧 化 的 分 子 重 組 合 階 段4.異 構 化 反 應 5. 轉(zhuǎn) 酮 醇 反 應 6.轉(zhuǎn) 醛 醇 反 應 7.轉(zhuǎn)

48、酮 醇 反 應 8.異 構 化 反 應 5-磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷酸核糖 C55-磷酸木酮糖 C5 5-磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖 C7 3-磷酸甘油醛 C34-磷酸赤蘚糖 C4 6-磷酸果糖 C66-磷酸果糖 C 63-磷酸甘油醛 C3 5.6.2 磷 酸 戊 糖 途 徑 的 化 學 計 量 與 生 物 學 意 義5.6.2.1 磷 酸 戊 糖 途 徑 的 化 學 計 量從 6 G6P開 始 ， 經(jīng) 兩 次 脫 氫 氧 化 及 脫 羧 后 ， 放 出6 CO2， 生 成 6 5-Ru5P和 12 NADPH。PPP是 通 過 G6P直 接 脫 氫 脫 羧 將 糖 氧 化 分 解

49、。脫 氫 酶 的 輔 酶 為 NADP， 無 ATP的 產(chǎn) 生 與 消 耗 。表 明 經(jīng) 6次 循 環(huán) ， 1分 子 G6P被 分 解 而 產(chǎn) 生 6分 子 CO2。在 非 氧 化 階 段 ， 6 Ru5P(30個 C)經(jīng) C 3、 C4、 C5、 C7等 糖 中 間 代 謝 物 ， 最 后 轉(zhuǎn) 化 成 5 G6P(30個 C)。 5.6.2.2 磷 酸 戊 糖 途 徑 的 生 物 學 意 義 產(chǎn) 生 大 量 NADPH， 為 細 胞 各 種 合 成 反 應 提 供 還 原 力 。 PPP的 中 間 產(chǎn) 物 為 許 多 化 合 物 的 合 成 提 供 原 料 。 PPP與 光 合 作 用 聯(lián) 系 實 現(xiàn) 某 些 單 糖 間 的 互 變 。 5.6.3 磷 酸戊 糖途 徑的 調(diào)控