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第04章糖代谢第1页，共147页，编辑于2022年，星期一糖糖(carbohydrates)即即碳碳水水化化合合物物，其其化化学学本本质质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。糖的化学糖的化学（一）糖的概念（一）糖的概念第2页，共147页，编辑于2022年，星期一（二）糖的分类及其结构（二）糖的分类及其结构根据其水解产物的情况，糖主要可分为以根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。下四大类。单糖单糖 (monosacchride)(monosacchride)寡糖寡糖寡糖寡糖 (oligosacchride)(oligosacchride)多糖多糖多糖多糖 (polysacchride)(polysacchride)结合糖结合糖结合糖结合糖 (glycoconjugate)(glycoconjugate)第3页，共147页，编辑于2022年，星期一葡萄糖葡萄糖(glucose)已醛糖已醛糖果糖果糖(fructose)已酮糖已酮糖 1.单糖单糖 不能再水解的糖。不能再水解的糖。目目 录录第4页，共147页，编辑于2022年，星期一半乳糖半乳糖(galactose)已醛糖已醛糖 核糖核糖(ribose)戊醛糖戊醛糖 目目 录录第5页，共147页，编辑于2022年，星期一2.寡糖寡糖常见的几种二糖有常见的几种二糖有麦芽糖麦芽糖 (maltose)葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖蔗蔗 糖糖(sucrose)葡萄糖葡萄糖 果糖果糖乳乳 糖糖(lactose)葡萄糖葡萄糖 半乳糖半乳糖能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。缩合的糖苷键相连。第6页，共147页，编辑于2022年，星期一3.多糖多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。能水解生成多个分子单糖的糖。常见的多糖有常见的多糖有淀淀 粉粉(starch)糖糖 原原(glycogen)纤维素纤维素 (cellulose)第7页，共147页，编辑于2022年，星期一 淀粉淀粉 是植物中养分的储存形式是植物中养分的储存形式淀粉颗粒淀粉颗粒目目 录录第8页，共147页，编辑于2022年，星期一 糖原糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式是动物体内葡萄糖的储存形式目目 录录第9页，共147页，编辑于2022年，星期一 纤维素纤维素 作为植物的骨架作为植物的骨架-1,4-糖苷键糖苷键目目 录录第10页，共147页，编辑于2022年，星期一4.结合糖结合糖 糖与非糖物质的结合物。糖与非糖物质的结合物。糖脂糖脂(glycolipid)：是糖与脂类的结合物。是糖与脂类的结合物。糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。是糖与蛋白质的结合物。常见的结合糖有常见的结合糖有 第11页，共147页，编辑于2022年，星期一第第 一一 节节 概概 述述Introduction第12页，共147页，编辑于2022年，星期一 一、糖的生理功能一、糖的生理功能1.氧化供能氧化供能如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。苷等物质的原料。3.作为机体组织细胞的组成成分作为机体组织细胞的组成成分这是糖的主要功能。这是糖的主要功能。2.提供合成体内提供合成体内其他物质的原料其他物质的原料如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。第13页，共147页，编辑于2022年，星期一二、糖的消化与吸收二、糖的消化与吸收（一）糖的消化（一）糖的消化人人类类食食物物中中的的糖糖主主要要有有植植物物淀淀粉粉、动动物物糖糖原原以以及及麦麦芽芽糖糖、蔗蔗糖糖、乳乳糖糖、葡葡萄萄糖糖等等，其其中以中以淀粉淀粉为主。为主。消化部位：消化部位：主要在小肠，少量在口腔主要在小肠，少量在口腔第14页，共147页，编辑于2022年，星期一淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖+麦芽三糖麦芽三糖（40%）（25%）-临界糊精临界糊精+异麦芽糖异麦芽糖 （30%）（5%）葡萄糖葡萄糖 唾液中的唾液中的-淀粉酶淀粉酶 -葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 -临界糊精酶临界糊精酶 消化过程消化过程 肠粘膜上肠粘膜上皮细胞刷皮细胞刷状缘状缘 胃胃 口腔口腔 肠腔肠腔 胰液中的胰液中的-淀粉酶淀粉酶 第15页，共147页，编辑于2022年，星期一食食物物中中含含有有的的大大量量纤纤维维素素，因因人人体体内内无无-糖糖苷苷酶酶而而不不能能对对其其分分解解利利用用，但但却却具具有有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。第16页，共147页，编辑于2022年，星期一（二）糖的吸收（二）糖的吸收1.吸收部位吸收部位 小肠上段小肠上段 2.吸收形式吸收形式 单单 糖糖 第17页，共147页，编辑于2022年，星期一ADP+Pi ATP G Na+K+Na+泵泵小肠粘膜细胞小肠粘膜细胞 肠肠腔腔 门静脉门静脉 3.吸收机制吸收机制Na+依赖型葡萄糖转运体依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter,SGLT)刷状缘刷状缘 细胞内膜细胞内膜 第18页，共147页，编辑于2022年，星期一4.吸收途径吸收途径 小肠肠腔小肠肠腔 肠粘膜上皮细胞肠粘膜上皮细胞 门静脉门静脉 肝脏肝脏 体循环体循环SGLT 各种组织细胞各种组织细胞 GLUT GLUT：葡葡 萄萄 糖糖 转转 运运 体体(glucose transporter)，已已发发现现 有有 5种种 葡葡 萄萄 糖糖 转转 运运 体体(GLUT 15)。第19页，共147页，编辑于2022年，星期一 三、糖代谢的概况三、糖代谢的概况 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 H2O及及CO2 乳酸乳酸 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 核糖核糖 +NADPH+H+淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收 ATP 第20页，共147页，编辑于2022年，星期一第第 二二 节节糖的无氧分解糖的无氧分解 Glycolysis第21页，共147页，编辑于2022年，星期一 一、糖酵解的反应过程一、糖酵解的反应过程 第一阶段第一阶段 第二阶段第二阶段*糖酵解糖酵解(glycolysis)的定义的定义*糖酵解分为两个阶段糖酵解分为两个阶段*糖酵解的反应部位：糖酵解的反应部位：胞浆胞浆在在缺缺氧氧情情况况下下，葡葡萄萄糖糖生生成成乳乳酸酸(lactate)的的过过程称之为程称之为糖酵解糖酵解。由葡萄糖分解成丙酮酸由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为，称之为糖酵糖酵解途径解途径(glycolytic pathway)。由丙酮酸转变成乳酸。由丙酮酸转变成乳酸。第22页，共147页，编辑于2022年，星期一 葡萄糖葡萄糖磷酸化为磷酸化为6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATP ADPMg2+己糖激酶己糖激酶(hexokinase)Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P)（一）葡萄糖分解成丙酮酸（一）葡萄糖分解成丙酮酸第23页，共147页，编辑于2022年，星期一哺哺乳乳类类动动物物体体内内已已发发现现有有4种种己己糖糖激激酶酶同同工工酶酶，分分别别称称为为至至型型。肝肝细细胞胞中中存存在在的的是是型型，称称为为葡萄糖激酶葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是：。它的特点是：对葡萄糖的亲和力很低对葡萄糖的亲和力很低受激素调控受激素调控 第24页，共147页，编辑于2022年，星期一 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖转变为转变为 6-磷酸果糖磷酸果糖 己糖异构酶己糖异构酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖磷酸果糖 (fructose-6-phosphate,F-6-P)第25页，共147页，编辑于2022年，星期一 6-磷酸果糖磷酸果糖转变为转变为1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 ATP ADP Mg2+6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1)6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P)第26页，共147页，编辑于2022年，星期一1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 磷酸己糖磷酸己糖裂解成裂解成2分子分子磷酸丙糖磷酸丙糖 醛缩酶醛缩酶(aldolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 +第27页，共147页，编辑于2022年，星期一 磷酸丙糖磷酸丙糖的同分异构化的同分异构化磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase)3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 第28页，共147页，编辑于2022年，星期一 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛氧化为氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 Pi、NAD+NADH+H+3-3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 1,3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸 第29页，共147页，编辑于2022年，星期一 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸转变成转变成转变成转变成3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 在在以以上上反反应应中中，底底物物分分子子内内部部能能量量重重新新分分布布，生生成成高高能能键键，使使ADP磷磷酸酸化化生生成成ATP的的过过程程，称称为为底底 物物 水水 平平 磷磷 酸酸 化化(substrate level phosphorylation)。1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase)第30页，共147页，编辑于2022年，星期一 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸转变为转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶变位酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 第31页，共147页，编辑于2022年，星期一 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸转变为转变为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶烯醇化酶(enolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 +H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate,PEP)第32页，共147页，编辑于2022年，星期一ADP ATP K+Mg2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶(pyruvate kinase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸转变成转变成丙酮酸，丙酮酸，并并通过底物水平磷酸化生成通过底物水平磷酸化生成ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 第33页，共147页，编辑于2022年，星期一 (二二)丙酮酸转变成乳酸丙酮酸转变成乳酸丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 反应中的反应中的NADH+H+来自于上述第来自于上述第6 6步反应步反应中的中的 3-3-磷酸甘油醛脱氢反应。磷酸甘油醛脱氢反应。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH)NADH+H+NAD+第34页，共147页，编辑于2022年，星期一E1:己糖激酶己糖激酶 E2:6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 E3:丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+乳乳 酸酸 糖糖酵酵解解的的代代谢谢途途径径GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙丙 酮酮 酸酸 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+NADH+H+ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+第35页，共147页，编辑于2022年，星期一糖酵解小结糖酵解小结 反应部位：胞浆反应部位：胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应反应全过程中有三步不可逆的反应G G-6-P ATP ADP 己糖激酶己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 ADP ATP PEP 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 第36页，共147页，编辑于2022年，星期一 产能的方式和数量产能的方式和数量方式：方式：底物水平磷酸化底物水平磷酸化净生成净生成ATP数量：数量：从从G开始开始 22-2=2ATP从从Gn开始开始 22-1=3ATP 终产物乳酸的去路终产物乳酸的去路释放入血，进入肝脏再进一步代谢。释放入血，进入肝脏再进一步代谢。分解利用分解利用 乳酸循环（糖异生）乳酸循环（糖异生）第37页，共147页，编辑于2022年，星期一果糖果糖己糖激酶己糖激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP丙酮酸丙酮酸半乳糖半乳糖1-1-磷酸半乳糖磷酸半乳糖1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖半乳糖激酶半乳糖激酶变位酶变位酶甘露糖甘露糖6-6-磷酸甘露糖磷酸甘露糖己糖激酶己糖激酶变位酶变位酶除葡萄糖外，其它己糖也可除葡萄糖外，其它己糖也可转变成转变成磷酸己糖磷酸己糖而进入酵解途径。而进入酵解途径。第38页，共147页，编辑于2022年，星期一二、糖酵解的调节二、糖酵解的调节关键酶关键酶 己糖激酶己糖激酶 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 调节方式调节方式 别构调节别构调节 共价修饰调节共价修饰调节 第39页，共147页，编辑于2022年，星期一（一）（一）6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1(PFK-1)*别构调节别构调节 别构激活剂：别构激活剂：AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P别构抑制剂：别构抑制剂：柠檬酸柠檬酸;ATP（高浓度）（高浓度）此酶有二个结合此酶有二个结合ATP的部位：的部位：活性中心底物结合部位（低浓度时）活性中心底物结合部位（低浓度时）活性中心外别构调节部位（高浓度时活性中心外别构调节部位（高浓度时）F-1,6-2P 正反馈调节该酶正反馈调节该酶 第40页，共147页，编辑于2022年，星期一F-6-P F-1,6-2P ATP ADP PFK-1磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 Pi PKA ATP ADP Pi 胰高血糖素胰高血糖素 ATP cAMP 活化活化 F-2,6-2P +/+AMP +柠檬酸柠檬酸 AMP+柠檬酸柠檬酸 PFK-2（有活性）（有活性）FBP-2（无活性）（无活性）6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2 PFK-2（无活性）（无活性）FBP-2（有活性）（有活性）PP果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-2 目目 录录第41页，共147页，编辑于2022年，星期一（二）丙酮酸激酶二）丙酮酸激酶1.别构调节别构调节别构抑制剂：别构抑制剂：ATP,丙氨酸丙氨酸别构激活剂：别构激活剂：1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖第42页，共147页，编辑于2022年，星期一2.共价修饰调节共价修饰调节丙酮酸激酶丙酮酸激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 ATP ADP Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶（无活性）（无活性）（有活性）（有活性）胰高血糖素胰高血糖素 PKA,CaM激酶激酶PPKA：蛋白激酶蛋白激酶A(protein kinase A)CaM：钙调蛋白钙调蛋白第43页，共147页，编辑于2022年，星期一 (三三)己糖激酶或葡萄糖激酶己糖激酶或葡萄糖激酶*6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖可可反反馈馈抑抑制制己己糖糖激激酶酶，但但肝肝葡葡萄萄糖激酶不受其抑制。糖激酶不受其抑制。*长链脂肪酰长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。可别构抑制肝葡萄糖激酶。第44页，共147页，编辑于2022年，星期一 三、糖酵解的生理意义三、糖酵解的生理意义1.是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。2.是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。径。无线粒体的细胞，如：红细胞无线粒体的细胞，如：红细胞 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞第45页，共147页，编辑于2022年，星期一第第 三三 节节糖的有氧氧化糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate第46页，共147页，编辑于2022年，星期一糖糖的的有有氧氧氧氧化化(aerobic oxidation)指指在在机机体体氧氧供供充充足足时时，葡葡萄萄糖糖彻彻底底氧氧化化成成H2O和和CO2，并释放出，并释放出能量能量的过程。是机体主要供能方式。的过程。是机体主要供能方式。*部位部位：胞液及线粒体胞液及线粒体 *概念概念 第47页，共147页，编辑于2022年，星期一一、有氧氧化的反应过程一、有氧氧化的反应过程 第一阶段：酵解途径第一阶段：酵解途径 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧 第三阶段：三羧酸循环第三阶段：三羧酸循环 G（Gn）第四阶段：氧化磷酸化第四阶段：氧化磷酸化 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA CO2 NADH+H+FADH2H2O O ATP ADP TAC循环循环 胞液胞液 线粒体线粒体 第48页，共147页，编辑于2022年，星期一（一）丙酮酸的氧化脱羧（一）丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸进入线粒体，丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰氧化脱羧为乙酰CoA(acetyl CoA)。丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA NAD+,HSCoA CO2,NADH+H+丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 总反应式总反应式:第49页，共147页，编辑于2022年，星期一丙酮酸脱氢酶复合体的组成丙酮酸脱氢酶复合体的组成 酶酶E1：丙酮酸脱氢酶：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶：二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+辅辅 酶酶 TPP 硫辛酸（硫辛酸（)HSCoA FAD,NAD+SSL第50页，共147页，编辑于2022年，星期一丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程1.丙酮酸脱羧形成羟乙基丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。2.由由二二氢氢硫硫辛辛酰酰胺胺转转乙乙酰酰酶酶(E2)催催化化形形成成乙乙酰酰硫硫辛辛酰酰胺胺-E2。3.二二氢氢硫硫辛辛酰酰胺胺转转乙乙酰酰酶酶(E2)催催化化生生成成乙乙酰酰CoA,同同时时使使硫辛酰胺上的二硫键还原为硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。个巯基。4.二二氢氢硫硫辛辛酰酰胺胺脱脱氢氢酶酶(E3)使使还还原原的的二二氢氢硫硫辛辛酰酰胺胺脱脱氢氢，同同时将氢传递给时将氢传递给FAD。5.在在二二氢氢硫硫辛辛酰酰胺胺脱脱氢氢酶酶(E3)催催化化下下，将将FADH2上上的的H转移给转移给NAD+，形成，形成NADH+H+。第51页，共147页，编辑于2022年，星期一CO2 CoASHNAD+NADH+H+5.NADH+H+的的生成生成1.-羟乙基羟乙基-TPP的生成的生成 2.乙酰硫辛酰乙酰硫辛酰胺的生成胺的生成 3.乙酰乙酰CoA的的生成生成4.硫辛酰胺的生成硫辛酰胺的生成 目目 录录第52页，共147页，编辑于2022年，星期一三三羧羧酸酸循循环环(Tricarboxylic acid Cycle,TAC)也也称称为为柠柠檬檬酸酸循循环环，这这是是因因为为循循环环反反应应中中的的第第一一个个中中间间产产物物是是一一个个含含三三个个羧羧基基的的柠柠檬檬酸酸。由由于于Krebs正正式式提提出出了了三三羧羧酸酸循循环环的的学学说说，故故此此循循环环又又称称为为Krebs循循环，它由一连串反应组成。环，它由一连串反应组成。所有的反应均在所有的反应均在线粒体线粒体中进行。中进行。（二）三羧酸循环（二）三羧酸循环*概述概述*反应部位反应部位 第53页，共147页，编辑于2022年，星期一CoASHNADH+H+NAD+COCO2 2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸梅异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮酮戊二酸脱戊二酸脱氢氢酶酶复合体复合体琥珀酰CoA合成酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶目目 录录第54页，共147页，编辑于2022年，星期一小小 结结 三三羧羧酸酸循循环环的的概概念念：指指乙乙酰酰CoA和和草草酰酰乙乙酸酸缩缩合合生生成成含含三三个个羧羧基基的的柠柠檬檬酸酸，反反复复的的进进行行脱脱氢氢脱脱羧，又生成羧，又生成草酰乙酸草酰乙酸，再重复循环反应的过程。，再重复循环反应的过程。TAC过程的反应部位过程的反应部位是线粒体。是线粒体。第55页，共147页，编辑于2022年，星期一 三羧酸循环的要点三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环，经过一次三羧酸循环，l消耗一分子乙酰消耗一分子乙酰CoA，l经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。l生成生成1分子分子FADH2，3分子分子NADH+H+，2分子分子CO2，1分子分子GTP。l关键酶有：关键酶有：柠檬酸合酶柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 整个循环反应为不可逆反应整个循环反应为不可逆反应第56页，共147页，编辑于2022年，星期一 三羧酸循环的中间产物三羧酸循环的中间产物三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为为CO2及及H2O。第57页，共147页，编辑于2022年，星期一表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，用。但是，例如：例如：草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 柠檬酸柠檬酸 脂肪酸脂肪酸 琥珀酰琥珀酰CoA 卟啉卟啉 机机体体内内各各种种物物质质代代谢谢之之间间是是彼彼此此联联系系、相相互互配配合合的的，TAC中中的的某某些些中中间间代代谢谢物物能能够够转转变变合合成成其其他他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。第58页，共147页，编辑于2022年，星期一 机机体体糖糖供供不不足足时时，可可能能引引起起TAC运运转转障障碍碍，这这时时苹苹果果酸酸、草草酰酰乙乙酸酸可可脱脱羧羧生生成成丙丙酮酮酸酸，再再进进一一步步生成乙酰生成乙酰CoA进入进入TAC氧化分解。氧化分解。草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸脱羧酶草酰乙酸脱羧酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 苹果酸苹果酸 苹果酸酶苹果酸酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 NAD+NADH+H+第59页，共147页，编辑于2022年，星期一*所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。草草酰酰乙乙酸酸 柠檬酸柠檬酸 柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸裂解酶裂解酶裂解酶裂解酶 乙酰乙酰CoA 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸羧化酶羧化酶羧化酶羧化酶 CO2 苹果酸苹果酸 苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶 NADH+H+NAD+天冬氨酸天冬氨酸 谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 其来源如下：其来源如下：第60页，共147页，编辑于2022年，星期一2.三羧酸循环的生理意义三羧酸循环的生理意义 是三大营养物质氧化分解的共同途径；是三大营养物质氧化分解的共同途径；是三大营养物质代谢联系的枢纽；是三大营养物质代谢联系的枢纽；为其它物质代谢提供小分子前体；为其它物质代谢提供小分子前体；为呼吸链提供为呼吸链提供H+e。第61页，共147页，编辑于2022年，星期一H+e 进入进入呼吸链呼吸链彻底氧化生成彻底氧化生成H2O 的同时的同时ADP偶联磷酸化生成偶联磷酸化生成ATP。NADH+H+H2O、3ATP O H2O、2ATP FADH2 O 二、有氧氧化生成的二、有氧氧化生成的ATP 第62页，共147页，编辑于2022年，星期一葡萄糖有氧氧化生成的葡萄糖有氧氧化生成的ATP 此表按传统方式计算此表按传统方式计算ATP。目前有新的理论，在此不作详述。目前有新的理论，在此不作详述第63页，共147页，编辑于2022年，星期一有氧氧化的生理意义有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是机体糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径产能最主要的途径。它不仅。它不仅产能效率高产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成相当一部分形成ATP，所以，所以能量的利用率也高能量的利用率也高。简言之，即“供能”第64页，共147页，编辑于2022年，星期一三、有氧氧化的调节三、有氧氧化的调节关关键键酶酶 酵解途径：酵解途径：己糖激酶己糖激酶 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环：三羧酸循环：柠檬酸合酶柠檬酸合酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶第65页，共147页，编辑于2022年，星期一1.丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 别构调节别构调节别构抑制剂：乙酰别构抑制剂：乙酰CoA;NADH;ATP 别构激活剂：别构激活剂：AMP;ADP;NAD+*乙酰乙酰CoA/HSCoA 或或 NADH/NAD+时，时，其活性也受到抑制。其活性也受到抑制。第66页，共147页，编辑于2022年，星期一 共价修饰调节共价修饰调节 目目 录录第67页，共147页，编辑于2022年，星期一乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 琥珀酰琥珀酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸异柠檬酸 苹果酸苹果酸 NADH FADH2 GTP ATP 异柠檬酸异柠檬酸 脱氢酶脱氢酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶 -酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶复合体脱氢酶复合体 ATP +ADP ADP +ATP 柠檬酸柠檬酸 琥珀酰琥珀酰CoA NADH 琥珀酰琥珀酰CoA NADH +Ca2+Ca2+ATP、ADP的影响的影响 产物堆积引起抑制产物堆积引起抑制 循循环环中中后后续续反反应应中中间间产产物物别别位位反反馈馈抑抑制制前前面面反应中的酶反应中的酶 其他，如其他，如Ca2+可激可激活许多酶活许多酶2.三羧酸循环的调节三羧酸循环的调节第68页，共147页，编辑于2022年，星期一有氧氧化的调节特点有氧氧化的调节特点 有氧氧化的调节通过对其有氧氧化的调节通过对其关键酶关键酶的调节实现。的调节实现。ATP/ADP或或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。所有关键酶均被抑制。氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。则后者速率也减慢。三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰酸以生成乙酰CoA。第69页，共147页，编辑于2022年，星期一2ADP ATP+AMP 腺苷酸激酶腺苷酸激酶 体体内内ATP浓浓度度是是AMP的的50倍倍，经经上上述述反反应应后后，ATP/AMP变变动动比比ATP变变动动大大，有有信信号号放放大大作作用用，从从而而发挥有效的调节作用。发挥有效的调节作用。ATP/ADP或或ATP/AMP比值升高抑制有氧氧比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。化，降低则促进有氧氧化。ATP/AMP效果更显著。效果更显著。*另外另外第70页，共147页，编辑于2022年，星期一四、巴斯德效应四、巴斯德效应*概念概念*机制机制 有氧时，有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线酮酸进入线粒粒体进一步氧化而不生成乳酸体进一步氧化而不生成乳酸;缺氧时，酵解途径加强，缺氧时，酵解途径加强，NADH+H+在胞浆在胞浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。巴斯德效应巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖指有氧氧化抑制糖酵解的现象。酵解的现象。第71页，共147页，编辑于2022年，星期一第第 四四 节节 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pathway第72页，共147页，编辑于2022年，星期一*概念概念磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成是指由葡萄糖生成磷酸戊糖磷酸戊糖及及NADPH+H+，前者再进一步转变成，前者再进一步转变成3-磷酸甘油磷酸甘油醛醛和和6-磷酸果糖磷酸果糖的反应过程。的反应过程。第73页，共147页，编辑于2022年，星期一*细胞定位：细胞定位：胞胞 液液 第一阶段：氧化反应第一阶段：氧化反应 生成生成磷酸戊糖磷酸戊糖，NADPH+H+及及CO2一、磷酸戊糖途径的反应过程一、磷酸戊糖途径的反应过程*反应过程可分为二个阶段反应过程可分为二个阶段 第二阶段则是非氧化反应第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。包括一系列基团转移。第74页，共147页，编辑于2022年，星期一6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 NADPH+H+NADP+H2O NADP+CO2 NADPH+H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶 H HCOCOH HCH2OH C O 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 1.磷酸戊糖生成磷酸戊糖生成 5-磷酸核糖磷酸核糖 第75页，共147页，编辑于2022年，星期一催化第一步脱氢反应的催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶是是此代谢途径的关键酶。此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成接受生成NADPH+H+。反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。物。G-6-P 5-磷酸核糖磷酸核糖 NADP+NADPH+H+NADP+NADPH+H+CO2 第76页，共147页，编辑于2022年，星期一每每3分子分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成等演变阶段，最终生成3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛和和6-磷酸果糖磷酸果糖。3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-磷酸果糖磷酸果糖，可进入酵解途径。，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt)。2.基团转移反应基团转移反应 第77页，共147页，编辑于2022年，星期一5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5)3 5-磷酸核糖磷酸核糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 C34-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖 C46-磷酸果糖磷酸果糖 C66-磷酸果糖磷酸果糖 C63-磷酸磷酸甘油醛甘油醛 C3第78页，共147页，编辑于2022年，星期一磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径第一阶段第一阶段 第第二二阶阶段段 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 C34-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖 C46-磷酸果糖磷酸果糖 C66-磷酸果糖磷酸果糖 C63-磷酸磷酸甘油醛甘油醛 C36-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸(C6)3 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5)3 5-磷酸核糖磷酸核糖 C53NADP+3NADP+3H