05章糖代谢-1.ppt

糖糖 代代 谢谢Metabolism of Carbohydrates第第 五五 章章v糖糖 (carbohydrates)即碳水化合物，其化即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。多聚物。v糖类物质可以根据其水解情况分为：糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖单糖、寡糖和多糖v葡萄糖葡萄糖(glucose)v果糖果糖(fructose)1.1.单糖单糖 -D-呋喃果糖呋喃果糖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。脱水缩合的糖苷键相连。OCH2OHOCH2OHOHO141231321淀粉颗粒淀粉颗粒 淀粉淀粉 植物中养分的植物中养分的储存形式储存形式v3.3.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。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每隔每隔4 4个葡萄糖残基便个葡萄糖残基便有一个分支有一个分支含有大量的非原性端，含有大量的非原性端，可以被迅速动员水解。可以被迅速动员水解。遇碘显红褐色。遇碘显红褐色。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 蛋白聚糖蛋白聚糖糖脂糖脂糖蛋白糖蛋白与与膜蛋白和膜脂相连的糖膜蛋白和膜脂相连的糖通信天线通信天线 一、糖的生理功能一、糖的生理功能1.1.氧化供能氧化供能 （主要功能）（主要功能）3.3.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 2.2.提供合成体内其他物质的原料提供合成体内其他物质的原料二、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，其其中中以以淀淀粉粉为为主。主。消化部位：消化部位：主要在小肠，主要在小肠，少量在口腔少量在口腔（二）糖的吸收（二）糖的吸收 部位：部位：小肠上段小肠上段 形式形式：单单 糖糖 机制机制：依靠：依靠Na+依赖型葡萄糖转运体共运输依赖型葡萄糖转运体共运输途径途径：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 各种组织细胞各种组织细胞 糖代谢的概况糖代谢的概况 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 第第 一一 节节糖酵解糖酵解 Glycolysis 一、糖酵解（一、糖酵解（glycolysisglycolysis）的概念的概念 在在 缺缺 氧氧 情情 况况 下下，葡葡 萄萄 糖糖 降降 解解 为为 乳乳 酸酸(lactate)(lactate)并伴随少量并伴随少量ATPATP生成的一系列反应。生成的一系列反应。二、细胞定位二、细胞定位 细胞质细胞质 三、糖酵解的反应历程三、糖酵解的反应历程 糖酵解分为三个阶段糖酵解分为三个阶段 第一阶段第一阶段 己糖磷酸化己糖磷酸化 第二阶段第二阶段 磷酸己糖的裂解磷酸己糖的裂解第三阶段第三阶段 ATP ATP 和丙酮酸的生成和丙酮酸的生成 葡萄糖磷酸化为葡萄糖磷酸化为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 （G-6-P)The first rate-limiting enzymeHK与与G结合的结合的诱导契合作用诱导契合作用 The conformation of hexokinase changes markedly on binding glucose(shown in red).The two lobes of the enzyme come together and surround the substrate.主要用于糖的合成主要用于糖的合成 主要用于糖的分解主要用于糖的分解 用途用途 不受不受G-6-P抑制抑制 受受G-6-P抑制抑制 抑制抑制 Km高，亲和力低高，亲和力低 Km低，亲和力高低，亲和力高 对对G的亲和力的亲和力 G G、F、M等等 底物底物 肝脏肝脏 不同组织不同组织 分布分布 葡萄糖激酶葡萄糖激酶 已糖激酶已糖激酶 别名别名 已糖激酶已糖激酶IV 已糖激酶已糖激酶 I、II、III 6-磷酸果糖磷酸果糖 （F-6-P)6-磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为 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 The second key enzyme6-磷酸果糖磷酸果糖 6-磷酸果糖转变为磷酸果糖转变为1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 ATP ADP Mg2+磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 (F-1,6-2P)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1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 磷酸己糖裂解成磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖分子磷酸丙糖 醛缩酶醛缩酶(aldolase)+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 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 磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 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96%4%3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为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-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 1,3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸 砷酸盐（砷酸盐（AsO43）！）！1,3-二磷酸甘油酸转变成二磷酸甘油酸转变成3-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 底底物物水水平平磷磷酸酸化化：底底物物氧氧化化形形成成的的高高能能磷磷酸酸化化合合物物直直接接将将磷磷酸酸集集团团转转移移给给ADP ADP 偶联生成偶联生成ATPATP的过程的过程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 3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为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3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 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 (PEP)ADP ATP K+Mg2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶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 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 第二次底物水平磷酸化！第二次底物水平磷酸化！The third rate-limiting enzyme (11)(11)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步反步反应中的应中的 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+乳酸脱氢酶同工酶形成示意图多肽多肽亚基亚基mRNA四聚体四聚体结构基因结构基因a b不同组织中不同组织中LDHLDH同工酶的电泳图谱同工酶的电泳图谱LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌心肌 肾肾 肝肝 骨骼肌骨骼肌 血清血清-+原点原点葡萄糖葡萄糖EMP NADH+H+NAD+CH2OHCH3乙醇乙醇 NADH+H+NAD+CO2 乳酸乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛乙醛CHOCH3COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸 葡萄糖的无氧分解葡萄糖的无氧分解丙酮酸的去路丙酮酸的去路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+糖酵解小结糖酵解小结 反应部位：细胞质反应部位：细胞质 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 ADP ATP PEP 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸激酶激酶 产能的方式和数量产能的方式和数量方式：底物水平磷酸化方式：底物水平磷酸化净生成净生成ATPATP数量：从数量：从G G开始开始 2222-2=2ATP2=2ATP 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）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，其它己糖除葡萄糖外，其它己糖也可转变成也可转变成磷酸己糖磷酸己糖而进入而进入酵解途径。酵解途径。四、糖酵解的调节四、糖酵解的调节6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-3-磷酸磷酸甘油甘油醛醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 2 1 1，3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 2 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2 2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖a ab bc c 调控位点调控位点 激活剂激活剂 抑制剂抑制剂a a 己己糖激酶糖激酶 ATP G-6-P ADPb b 磷酸果糖磷酸果糖 ADP ATP 激酶激酶 AMP 柠檬酸柠檬酸（限速酶）（限速酶）2,6-2,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 H+c c 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 ATP Ala1.1.是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径共同途径,是是机体在机体在缺氧缺氧情况下获取能量的有情况下获取能量的有效方式。效方式。2.2.形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类 合成提供碳骨架；合成提供碳骨架；3.3.为糖异生提供基本途径。为糖异生提供基本途径。某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。无线粒体的细胞，如：红细胞无线粒体的细胞，如：红细胞 代谢代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞 五、糖酵解的生理意义五、糖酵解的生理意义第第 二二 节节糖的有氧氧化糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate有氧氧化的反应过程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 TCA循环循环 胞液胞液 线粒体线粒体 一、丙酮酸氧化脱羧形成一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰乙酰CoACoA 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 1、总反应式、总反应式:此反应在真核细胞此反应在真核细胞线粒体线粒体基质中进行，是连基质中进行，是连接接EMP和和TCA的中心环节的中心环节2 2、丙酮酸脱氢酶系、丙酮酸脱氢酶系 酶酶E1：丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶E2：硫辛酸乙酰转移酶：硫辛酸乙酰转移酶E3：二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶HSCoANAD+辅辅 基基 TPP 硫辛酸（硫辛酸（)FAD,NAD+SSLCoA-SH，Mg2+CO2 CoASHNAD+NADH+H+5.NADH+H+的生成的生成1.-羟乙基羟乙基-TPP的生成的生成 2.乙酰二氢硫乙酰二氢硫辛酸的生成辛酸的生成 3.乙酰乙酰CoA的生成的生成4.硫辛酸的生成硫辛酸的生成 焦磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脱羧中的作用C-H+C-CH3-C-COOHOHCO2丙酮酸丙酮酸硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用硫辛酸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-辅酶辅酶 A A（CoASHCoASH）SH酰基结合酰基结合位点位点丙酮酸脱氢酶复合物的活性调节丙酮酸脱氢酶复合物的活性调节 （1 1）产物抑制：）产物抑制：二个产物二个产物:乙酰乙酰CoACoA和和NADHNADH竞争性抑制竞争性抑制乙酰乙酰CoA抑制抑制E2NADH抑制抑制E3（2 2）核苷酸的反馈调节：）核苷酸的反馈调节：丙酮酸脱氢酶复合物的活性受细胞的丙酮酸脱氢酶复合物的活性受细胞的能量负荷（能荷）控制能量负荷（能荷）控制 能量负荷能量负荷=一般来说一般来说,高的能荷抑制产生高的能荷抑制产生ATPATP的途径的途径 ATPATP水平高时，丙酮酸脱氢酶复合物活性水平高时，丙酮酸脱氢酶复合物活性，丙酮酸氧化脱羧减慢，特别是丙酮酸氧化脱羧减慢，特别是E E1 1（丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢酶）受酶）受GTPGTP抑制，被抑制，被AMPAMP活化。活化。（3 3）可逆磷酸化作用的共价调节）可逆磷酸化作用的共价调节 细胞内细胞内 、的比值增高时，激活了激酶，丙酮酸脱氢酶活性的比值增高时，激活了激酶，丙酮酸脱氢酶活性，丙酮酸氧化脱羧，丙酮酸氧化脱羧。而丙酮酸抑制了激酶，而丙酮酸抑制了激酶，使丙酮酸脱氢酶活性使丙酮酸脱氢酶活性，丙酮酸氧化脱羧，丙酮酸氧化脱羧。丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶3ATP 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶-3P3ADP 磷酸酶磷酸酶（有活性）（有活性）（无活性）（无活性）激酶激酶二三羧酸循环二三羧酸循环 柠檬酸循环柠檬酸循环三羧酸循环三羧酸循环 Tricarboxylic acid cycle(TCA cycle)Krebs循环循环 三羧酸循环总图三羧酸循环总图 TCA第一阶段：柠檬酸生成H2O草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶顺顺乌头乌头酸酶酸酶TCA第二阶段：氧化脱羧CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶系脱氢酶系琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶TCA第三阶段：草酰乙酸再生FAD FADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸草酰乙酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶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酶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系系琥珀酸硫激酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶 消耗一分子乙酰消耗一分子乙酰CoACoA一一次底物水平磷酸化次底物水平磷酸化 1 1分子分子GTPGTP二二次脱羧次脱羧 2 2分子分子COCO2 2三三个关键酶：个关键酶：柠檬酸合酶柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体四四次脱氢次脱氢 1 1分子分子FADHFADH2 2，3 3分子分子NADH+HNADH+H+整个循环反应为不可逆反应整个循环反应为不可逆反应GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶三羧酸循环小结三羧酸循环小结 三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，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本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰接从乙酰CoACoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中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为酸循环中被氧化为COCO2 2及及H H2 2O O。乙酰乙酰CoA两个两个C原子的去向原子的去向乙酰乙酰CoA两个两个C原子的去向原子的去向 1、总反应式总反应式:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP能量能量“现金现金”:1 GTP 能能 量量“支支 票票”:3 NADH 1 FADH2兑换率兑换率 1：2.57.5ATP兑换率兑换率 1：1.51.5ATP1ATP10ATP2、三羧酸循环的能量计量三羧酸循环的能量计量三、三羧酸循环的化学计量三、三羧酸循环的化学计量葡萄糖有氧氧化生成的葡萄糖有氧氧化生成的ATP 反反应应辅辅 酶酶ATP 第第一一阶阶段段葡萄糖葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖-1 6-磷酸果糖磷酸果糖1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖-1 23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸NAD+22.5或或2 1.5*21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 23-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 1 2 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸丙酮酸2 1 第二阶段第二阶段2 丙酮酸丙酮酸2 乙酰乙酰CoA2 2.5 第第三三阶阶段段2异柠檬酸异柠檬酸2 -酮戊二酸酮戊二酸2 2.5 2-酮戊二酸酮戊二酸2 琥珀酰琥珀酰CoA2 2.5 2琥珀酰琥珀酰CoA 2 琥珀酸琥珀酸2 1 2琥珀酸琥珀酸2 延胡索酸延胡索酸FAD 2 1.5 2苹果酸苹果酸2 草酰乙酸草酰乙酸NAD+2 2.5 净生成净生成32(或或30)ATP NAD+NAD+NAD+表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的表面上看来，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，它可草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，被反复利用。但是，TCA中的某些中间代谢物中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。质代谢之间的联系。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 四、草酰乙酸的回补反应四、草酰乙酸的回补反应*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 PEP PEP PEPPEP羧羧羧羧激酶激酶激酶激酶 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：CO2 三羧酸循环中最主要的调控物质是三羧酸循环中最主要的调控物质是底物底物:乙酰乙酰CoACoA和草酰乙酸，以及它的产物和草酰乙酸，以及它的产物NADHNADH。乙酰乙酰CoACoA和草酰乙酸在线粒体中的浓度都和草酰乙酸在线粒体中的浓度都未达到使柠檬酸合酶饱和的水平，因此柠檬未达到使柠檬酸合酶饱和的水平，因此柠檬酸合酶对底物催化的速度随底物浓度而变化，酸合酶对底物催化的速度随底物浓度而变化，并被底物的存在而调控。并被底物的存在而调控。五、五、三羧酸循环的调节三羧酸循环的调节乙酰乙酰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 五五、三三羧羧酸酸循循环环的的调调节节ADP +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/ADPATP/ADP或或ATP/AMPATP/AMP比值全程调节。比值全程调节。比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化 ATP/AMPATP/AMP效果更显著。效果更显著。三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环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需要多少乙酰CoACoA，则酵解途径相应产生多少则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰丙酮酸以生成乙酰CoACoA。六、六、三羧酸循环的生物学意义三羧酸循环的生物学意义 v与糖酵解相连构成糖的有氧氧化途径，是有机体与糖酵解相连构成糖的有氧氧化途径，是有机体获得生命活动所需能量的最有效方式获得生命活动所需能量的最有效方式v糖、脂、蛋白质三大营养物质代谢和转化的枢纽糖、脂、蛋白质三大营养物质代谢和转化的枢纽v植物体内的一些循环中间产物如柠檬酸、苹果酸植物体内的一些循环中间产物如柠檬酸、苹果酸等也是一定生长发育时期一定器官中的积累物质等也是一定生长发育时期一定器官中的积累物质糖、脂、蛋白质三大营养物质代谢和转化的枢纽糖、脂、蛋白质三大营养物质代谢和转化的枢纽v三羧酸循环是糖，脂肪和蛋白质三羧酸循环是糖，脂肪和蛋白质三大营养物质在在体内彻底氧化的共同代谢途径体内彻底氧化的共同代谢途径v循环中间产物如草酰乙酸、循环中间产物如草酰乙酸、-酮戊二酸、柠檬酸、酮戊二酸、柠檬酸、琥珀酰琥珀酰CoACoA和延胡索酸等又是合成糖、脂肪、氨基和延胡索酸等又是合成糖、脂肪、氨基酸和卟啉环等的原料和碳骨架，成为各种物质代酸和卟啉环等的原料和碳骨架，成为各种物质代谢的枢纽。谢的枢纽。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，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸;此时，细胞内此时，细胞内ATP/ADP升高，抑制磷酸果升高，抑制磷酸果糖激酶，糖激酶，F-6-P 和和G-6-P含量增加，后者反馈抑含量增加，后者反馈抑制己糖激酶，使制己糖激酶，使G利用减少，酵解受到抑制。利用减少，酵解受到抑制。巴斯德效应巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制指有氧氧化抑制糖酵解的现象。糖酵解的现象。缺氧时，酵解途径加强，缺氧时，酵解途径加强，NADH+HNADH+H+在胞浆浓度在胞浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。克奈特瑞效应：反巴斯德效应，无论供氧充克奈特瑞效应：反巴斯德效应，无论供氧充足与否都呈现很强的酵解反应，糖的有氧氧化受足与否都呈现很强的酵解反应，糖的有氧氧化受到抑制。（癌细胞、视网膜等）到抑制。（癌细胞、视网膜等）发酵发酵是一种能帮助很多生物度过恶劣环境的代谢是一种能帮助很多生物度过恶劣环境的代谢途径，但它并不经济途径，但它并不经济 第第 三三 节节 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pathway葡萄糖的主要分解代谢途径葡萄糖的主要分解代谢途径葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径糖糖酵解酵解（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）两个事实：两个事实：用碘乙酸和氟化物抑制糖酵解（磷酸甘油用碘乙酸和氟化物抑制糖酵解（磷酸甘油醛脱氢酶）发现醛脱氢酶）发现GlcGlc的消耗并不因此而受影响，的消耗并不因此而受影响，证明葡萄糖还有其它的分解途径；证明葡萄糖还有其它的分解途径；用用1414C C分别标记分别标记GlcGlc的的C C1 1和和C C6 6，然后分别测定，然后分别测定1414COCO2 2生成量，发现生成量，发现C C1 1标记的标记的GlcGlc比比C C6 6标记的标记的GlcGlc更更快、更多地生成快、更多地生成1414COCO2 2，如果糖酵解是唯一的代，如果糖酵解是唯一的代谢途径，那么谢途径，那么1414C C1 1和和1414C C2 2生成生成1414COCO2 2的速度应该相的速度应该相同。同。磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊磷酸戊糖及糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。磷酸果糖的反应过程。*细胞定位：细胞定位：胞胞 液液 第一阶段：氧化脱羧反应第一阶段：氧化脱羧反应 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。磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段NADP+NADPH+H+H2O NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖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6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶内酯酶内酯酶6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸糖酸 脱氢酶脱氢酶限速酶限速酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一（5-5-磷酸核酮糖异构化）磷酸核酮糖异构化）差向异构酶差向异构酶异构酶异构酶5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖5-磷酸核糖磷酸核糖5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖磷酸戊糖途径的磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二非氧化阶段之二（基团转移）（基团转移）+4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+5-磷酸核糖磷酸核糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛转酮酶转酮酶转醛酶转醛酶6-磷酸果糖磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖H5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖基团转移（续前）+4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛6-磷酸果糖磷酸果糖转酮酶转酮酶5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖H2O Pi1,6-二二 磷酸果糖磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛6-磷酸果糖磷酸果糖醛缩酶醛缩酶二磷酸果糖酯酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）异异构构酶酶磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段H2OPi6 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖2 5-磷酸核糖磷酸核糖2 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖2 4-磷酸赤藓丁糖磷酸赤藓丁糖2 6-磷酸果糖磷酸果糖2 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖1 6-磷酸果糖磷酸果糖转醛酶转醛酶异构酶异构酶转酮酶转酮酶 （羟乙酰基）（羟乙酰基）转酮酶转酮酶醛缩酶醛缩酶阶阶段段之之一一阶阶段段之之二二阶阶段段之之三三（二羟丙酮基团）（二羟丙酮基团）1 1、总反应式、总反应式 二、磷酸戊糖途径的化学计量与生物学意义二、磷酸戊糖途径的化学计量与生物学意义G-6-P+12NADP+7 H2O 6CO2+12NADPH +12H+H3PO42 2、生理意义、生理意义产生大量产生大量NADPH,为细胞各种合成反应提供还原力为细胞各种合成反应提供还原力中间产物为许多化合物提供原料（磷酸核糖等）中间产物为许多化合物提供原料（磷酸核糖等）与光合作用联系，实现某些单糖间的转变与光合作用联系，实现某些单糖间的转变三、磷酸戊糖途径的调节三、磷酸戊糖途径的调节 *6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 其活性的高低决定其活性的高低决定6-磷酸葡萄糖进入磷酸磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。戊糖途径的流量。此此酶酶活活性性主主要要受受NADPH/NADP+比比值值的的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。红细胞红细胞6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷症磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷症(G6PD)(G6PD)第第 四四 节节 糖的合成代谢糖的合成代谢糖异生糖异生(gluconeogenesis)是指由非是指由非糖前体合成葡萄糖的过程。糖前体合成葡萄糖的过程。2 2 部位部位3 3 原料原料1 1 概念概念 主要在肝、肾细胞的胞浆（动物体）主要在肝、肾细胞的胞浆（动物体）主要有丙酮酸、草酰乙酸、乳酸、甘油、生糖主要有丙酮酸、草酰乙酸、乳酸、甘油、生糖氨基酸氨基酸一、单糖的合成糖异生一、单糖的合成糖异生一、糖异生一、糖异生 4 4 过程过程 酵酵解解途途径径中中有有3个个由由关关键键酶酶催催化化的的不不可可逆逆反反应应。在在糖糖异异生生时时，须须由由另另外外的反应和酶代替。的反应和酶代替。糖异生途径与糖异生途径与酵解途径酵解途径大多数反应大多数反应是共有的、可逆的；是共有的、可逆的；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（1）丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP ATP ADP+Pi CO2 GTP GDPCO2 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶辅酶为生物素（反应在线粒体）为生物素（反应在线粒体）磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 ATP+CO2ADP+Pi 苹果酸苹果酸 NADH+H+NAD+天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 天冬氨酸天冬氨酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP 磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶 GTP GDP+CO2 线线粒粒体体胞胞液液（2）1,6-二磷酸果糖转变为二磷酸果糖转变为 6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 6-磷酸果糖磷酸果糖 Pi 二磷酸果糖酯酶二磷酸果糖酯酶 （3）6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖磷酸葡萄糖水解为葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 Pi 6-磷酸葡萄糖酯酶磷酸葡萄糖酯酶 肝脏肝脏 一、糖异生一、糖异生 糖糖分解和糖异分解和糖异生的关系生的关系5 5、糖异生的调节、糖异生的调节 激活激活 抑制抑制甘油、乳酸、甘油、乳酸、AA 糖异生糖异生乙酰乙酰CoA 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系柠檬酸柠檬酸 二磷酸果糖酯酶二磷酸果糖酯酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶6、糖异生的生理意义、糖异生的生理意义 维持血糖浓度恒定维持血糖浓度恒定 正常血糖浓度正常血糖浓度：3.896.11mmol/L 脑组织脑组织不能利用脂酸，主要依赖葡萄糖供能不能利用脂酸，主要依赖葡萄糖供能 骨髓及神经组织骨髓及神经组织代谢活跃，常利用葡萄糖供能代谢活跃，常利用葡萄糖供能 补充肝糖原补充肝糖原 调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）肝脏中糖异生活跃肝脏中糖异生活跃有葡萄糖有葡萄糖-6磷酸酶磷酸酶【】7 7、乳酸循环乳酸循环(lactose cycle)（Cori 循环）循环）肌肉中糖异生低下肌肉中糖异生低下没有葡萄糖没有葡萄糖-6磷酸酶磷酸酶【】生理意义生理意义 乳酸再利用，避免了乳酸的损失。乳酸再利用，避免了乳酸的损失。防止乳酸的堆积引起酸中毒。防止乳酸的堆积引起酸中毒。乳酸循环是一个耗能的过程乳酸循环是一个耗能的过程 2分子乳酸异生为分子乳酸异生为1分子葡萄糖需分子葡萄糖需6分