糖类代谢学习.pptx

Metabolism Pathways or Networks第1页/共105页新成代谢是物质代谢与能量代谢的统一新成代谢是物质代谢与能量代谢的统一合成代谢（同化作用）分解代谢（异化作用）新陈代谢生物小分子合成生物大分子需要能量释放能量生物大分子分解为生物小分子能量代谢物质代谢第2页/共105页新陈代谢新陈代谢（Metabolism）合成代谢合成代谢分解代谢分解代谢第3页/共105页第六章第六章 糖类糖类代谢代谢Metabolism of Carbohydrates第4页/共105页l糖代谢是生物体内普遍存在的同时也糖代谢是生物体内普遍存在的同时也是重要的代谢过程是重要的代谢过程l通过糖代谢不仅能为生物体提供大量通过糖代谢不仅能为生物体提供大量能量，且可为其他代谢过程提供原料能量，且可为其他代谢过程提供原料第5页/共105页糖类代谢糖类代谢糖类化合物（了解）糖酵解（掌握，重点）三羧酸循环（掌握，重点）乙醛酸循环（理解）磷酸戊糖途径（理解）第6页/共105页第一节第一节 糖类化糖类化合物合物第7页/共105页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、核苷等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。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.提供合成体内其他物质的原料提供合成体内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。糖的生理功能糖的生理功能第8页/共105页糖类化合物的元素组成和化学本质糖类化合物的元素组成和化学本质糖类化合物糖类化合物(carbohydrates)由碳、氢、氧组成，通式为由碳、氢、氧组成，通式为Cx(H2O)y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多聚物。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多聚物。第9页/共105页根据其水解产物的情况，糖主要可分为根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下三大以下三大类。类。单糖单糖 (monosacchride)寡糖寡糖 (oligosacchride)多糖多糖 (polysacchride)糖的分类及其结构糖的分类及其结构第10页/共105页葡萄糖葡萄糖(glucose)已醛糖已醛糖果糖果糖(fructose)已酮糖已酮糖 1.单糖单糖 不能再水解的不能再水解的糖，都是还原糖糖，都是还原糖半缩醛羟基半缩醛羟基第11页/共105页半乳糖半乳糖(galactose)已醛糖已醛糖 核糖核糖(ribose)戊醛糖戊醛糖 第12页/共105页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能水解生成生成2-20个分子个分子单糖的糖，各单单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。还原糖还原糖还原糖还原糖非还原糖非还原糖第13页/共105页3.多糖多糖 能水解能水解生成超过生成超过20个个分子单糖的分子单糖的糖糖，都是非还原都是非还原性糖，一般不溶于水。性糖，一般不溶于水。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14页/共105页 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淀粉是由D-葡萄糖以糖苷键连接而成的多聚体。直链淀粉 支链淀粉淀粉淀粉第15页/共105页 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第16页/共105页 纤维素纤维素 作为植物的骨架作为植物的骨架-1,4-糖苷键糖苷键第17页/共105页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18页/共105页第二节第二节 糖酵糖酵解解Glycolysis第19页/共105页一、糖酵解的研究历史一、糖酵解的研究历史应追溯到应追溯到4000年前的制酒工业。（发酵过程）年前的制酒工业。（发酵过程）1854-1864年，年，Louis Paster的观点占统治地位：的观点占统治地位：认认为发酵由微生物引起的，是离不开生命物质活力的过程，即不需要空气的生命。为发酵由微生物引起的，是离不开生命物质活力的过程，即不需要空气的生命。1897年，年，Hans Buchner和和Edward Buchner兄弟，兄弟，发现酵母汁可以使蔗糖发酵。发现酵母汁可以使蔗糖发酵。葡萄糖亦经酵母汁作用产生酒精。葡萄糖亦经酵母汁作用产生酒精。酵母汁的发酵能力远远不如活酵母菌。并且酵母汁放置的时间越长，其发酵母汁的发酵能力远远不如活酵母菌。并且酵母汁放置的时间越长，其发酵能力越弱。酵能力越弱。1905年，年，Harden和和Young阐释酵母汁作用原理：阐释酵母汁作用原理：发酵发酵过程需要磷酸参与。分离得到果糖过程需要磷酸参与。分离得到果糖-1，6-二磷酸。以后陆续分离得到二磷酸。以后陆续分离得到G-6-P和和F-6-P。酵母汁加热或经透析都将失去发酵能力，一旦混合两酵母汁加热或经透析都将失去发酵能力，一旦混合两种处理的酵母汁，又恢复发酵能力。种处理的酵母汁，又恢复发酵能力。1940年，阐释整个糖酵解过程。年，阐释整个糖酵解过程。Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多，故糖酵解过程一也叫等人贡献最多，故糖酵解过程一也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途径，简称途径，简称EMP途径途径。第20页/共105页二、糖酵解的生物化学过程二、糖酵解的生物化学过程糖酵解的定义糖酵解的定义 在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成两分子丙酮酸并伴随ATP生成的过程，是动物、植物、微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。糖酵解的反应部位：糖酵解的反应部位：胞浆糖酵解的反应过程：糖酵解的反应过程：分为两个阶段（共10步反应）准备阶段准备阶段：1 葡萄糖 2 磷酸丙糖 （2ATP）（3-磷酸甘油醛）共包括5步反应。放能阶段放能阶段：2 磷酸丙糖 2 丙酮酸 （4 ATP）共包括5步反应。第21页/共105页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的磷酸化葡萄糖的磷酸化准备阶段 己糖激酶己糖激酶（葡萄糖激酶）（葡萄糖激酶）G-6-P第22页/共105页催化这个反应的酶有：催化这个反应的酶有：1 1、已糖激酶。它以六碳糖为底物，其、已糖激酶。它以六碳糖为底物，其专一性不强专一性不强，不仅，不仅可以作用于葡萄糖，还可以作用于可以作用于葡萄糖，还可以作用于D-D-果糖、果糖、D-D-甘露糖、氨甘露糖、氨基葡萄糖等。基葡萄糖等。激酶是指能够在激酶是指能够在ATPATP和任何一种底物之间起和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶催化作用，转移磷酸基团的一类酶。已糖激酶像其他激酶。已糖激酶像其他激酶一样，需要一样，需要MgMg2+2+或其他二价金属离子如或其他二价金属离子如MnMn2+2+作为激活剂，作为激活剂，正常生理情况下起作用的多是正常生理情况下起作用的多是MgMg2+2+。实际上只有。实际上只有ATPATP与与MgMg2+2+形成的复合物后才能被酶所催化。没有结合形成的复合物后才能被酶所催化。没有结合MgMg2+2+的的ATPATP对酶对酶有很强的抑制作用。已糖激酶是一种调节酶。它催化的反有很强的抑制作用。已糖激酶是一种调节酶。它催化的反应应产物产物6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖和和ADPADP是该酶的变构抑制剂。是该酶的变构抑制剂。无机磷无机磷酸酸可可解除解除6-6-磷酸葡萄糖和磷酸葡萄糖和ADPADP的抑制作用。的抑制作用。第23页/共105页2 2、葡萄糖激酶、葡萄糖激酶存在于动物肝细胞中，它对存在于动物肝细胞中，它对D-D-葡萄糖葡萄糖有强专一性，有强专一性，不不被被6-6-磷酸葡萄糖所磷酸葡萄糖所抑制。肌肉已糖激酶对抑制。肌肉已糖激酶对D-D-葡萄糖的葡萄糖的KmKm值为值为0.10.1mmol/Lmmol/L，肝葡萄糖激酶的肝葡萄糖激酶的KmKm值约为值约为1010mmol/Lmmol/L。因此平时细胞内葡萄糖浓度为。因此平时细胞内葡萄糖浓度为5 5mmol/Lmmol/L，已糖激酶的酶促反应已达最大速度，而葡萄糖激酶并已糖激酶的酶促反应已达最大速度，而葡萄糖激酶并不活跃。只有当进食以后，血液和肝细胞内葡萄糖浓不活跃。只有当进食以后，血液和肝细胞内葡萄糖浓度变高时才起作用，将葡萄糖转化度变高时才起作用，将葡萄糖转化成成6-6-磷酸葡萄糖，磷酸葡萄糖，再以糖原形式贮存于细胞中。葡萄糖激酶是一个诱导再以糖原形式贮存于细胞中。葡萄糖激酶是一个诱导酶，是由胰岛素促使合成。酶，是由胰岛素促使合成。第24页/共105页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准备阶段6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖异构化形成异构化形成6-磷酸磷酸果糖果糖G-6-PF-6-P磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖异构酶异构酶第25页/共105页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准备阶段6-磷酸果糖磷酸果糖形成形成1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸磷酸果糖激酶果糖激酶F-1,6-2PF-6-P磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶是一种变构酶，它的催化效率很是一种变构酶，它的催化效率很低，糖酵解的速率严格的依赖该酶的活力水平。低，糖酵解的速率严格的依赖该酶的活力水平。它是哺乳动物糖酵解途径最重要的调控关键酶它是哺乳动物糖酵解途径最重要的调控关键酶。第26页/共105页 这一步反应是这一步反应是酵解中的关键反应步骤酵解中的关键反应步骤。酵解的速度决。酵解的速度决定于此酶的活性，因此它是一个定于此酶的活性，因此它是一个限速酶限速酶。磷酸果糖激酶是分子量为磷酸果糖激酶是分子量为340000340000的四聚体。它是一的四聚体。它是一个别构酶，个别构酶，ATPATP是该酶的变构抑制剂，对此酶有抑制效应，是该酶的变构抑制剂，对此酶有抑制效应，在有在有柠檬酸柠檬酸时会加强时会加强ATPATP的抑制效应的抑制效应。AMPAMP或或无机磷酸无机磷酸可可消除抑制，增加酶的活性消除抑制，增加酶的活性。第27页/共105页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准备阶段1,6-二磷酸果糖裂解二磷酸果糖裂解为为3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮醛缩酶醛缩酶1 12 23 34 45 56 61 12 23 34 45 56 6六碳糖由此裂解生成六碳糖由此裂解生成两分子三碳糖两分子三碳糖。在动物体。在动物体内，醛缩酶三内，醛缩酶三种同工酶种同工酶A A、B B、C C。A A型主要存在型主要存在于肌肉中，于肌肉中，B B型主要存在于肝中，型主要存在于肝中，C C型主要存在型主要存在于脑中。于脑中。第28页/共105页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准备阶段磷酸二羟丙酮与磷酸二羟丙酮与3-磷酸甘油醛的异构化磷酸甘油醛的异构化磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构磷酸丙糖异构酶催化此反应的速度非常迅速酶催化此反应的速度非常迅速，磷酸二，磷酸二羟羟丙酮和丙酮和3-3-磷酸甘油醛总是磷酸甘油醛总是处于平衡状态，但处于平衡状态，但由于由于3-3-磷酸磷酸甘油醛在甘油醛在酵解途径中不断被消耗，因此，反应得以向酵解途径中不断被消耗，因此，反应得以向生生成成3-3-磷酸甘油醛方向磷酸甘油醛方向进行，实际最后生成进行，实际最后生成两两分子分子3-3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛。第29页/共105页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放能阶段3-磷酸甘油醛氧磷酸甘油醛氧化成化成1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3 3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶生成生成1分子分子NADH+H+形成形成1个高个高能磷酸键能磷酸键NADNAD+是是3 3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶的辅酶，该酶的活性部位有的辅酶，该酶的活性部位有一个一个-SHSH，重金属离子和烷化剂如碘乙酸能抑制该重金属离子和烷化剂如碘乙酸能抑制该酶活酶活性。反应有无机磷酸参加，将反应放出的强烈能量储存性。反应有无机磷酸参加，将反应放出的强烈能量储存到产物到产物1,3-1,3-二磷酸甘油酸分子内，形成一个高能化合物。二磷酸甘油酸分子内，形成一个高能化合物。第30页/共105页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放能阶段1,3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸键基团形成二磷酸甘油酸转移高能磷酸键基团形成ATP高能磷酸键高能磷酸键底物水平磷酸化底物水平磷酸化将底物的高能磷酸基直接将底物的高能磷酸基直接转移给转移给ADP(ADP(或或GDP)GDP)生成生成ATP(ATP(或或GTP)GTP)。这种。这种ADPADP（或（或GDPGDP）的磷酸化作用与底物的脱）的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称为底物水氢作用直接相偶联的反应过程，称为底物水平磷酸化。平磷酸化。第31页/共105页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放能阶段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Mg2+第32页/共105页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放能阶段2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶烯醇化酶 催化此反应的酶是烯醇化酶，催化此反应的酶是烯醇化酶，它在结合底物前它在结合底物前必须先结合必须先结合2 2价阳离子如价阳离子如MgMg2+2+、MnMn2+2+，形成复合物，形成复合物，才能表现出活性才能表现出活性。该酶的相对分子量为。该酶的相对分子量为8500085000，氟氟化物是该酶强烈的抑制剂化物是该酶强烈的抑制剂，原因是氟与，原因是氟与MgMg2+2+和无机和无机磷酸结合形成一个复合物，取代了酶分子上磷酸结合形成一个复合物，取代了酶分子上MgMg2+2+的的位置，从而使酶失活。位置，从而使酶失活。第33页/共105页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放能阶段磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生一个一个ATP分子分子丙酮酸激酶丙酮酸激酶高能磷酸键高能磷酸键 丙酮酸激酶是由丙酮酸激酶是由4 4个亚基构成的四聚体，是酵解个亚基构成的四聚体，是酵解途径中的一个重要的途径中的一个重要的变构酶变构酶，其催化活性，其催化活性需要需要K K+、MgMg2+2+、MnMn2+2+等辅助因子的参与。该反应是糖酵解途等辅助因子的参与。该反应是糖酵解途径中第二次产生径中第二次产生ATPATP的反应。的反应。PEP烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸第34页/共105页第35页/共105页三、糖酵解途径总反应式三、糖酵解途径总反应式葡萄糖葡萄糖+2NAD+2ADP+2Pi 2丙酮酸丙酮酸+2H2O+2NADH+2H+2ATP第36页/共105页四、糖酵解的意义四、糖酵解的意义糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的普遍糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的普遍途径。途径。通过糖酵解使葡萄糖降解生成通过糖酵解使葡萄糖降解生成ATP，为生命活，为生命活动提供部分能量，尤其对动提供部分能量，尤其对厌氧生物厌氧生物是获得能是获得能量的主要方式。量的主要方式。糖酵解途径的许多糖酵解途径的许多中间产物中间产物可作为合成其他物可作为合成其他物质的原料（质的原料（提供碳骨架提供碳骨架）是糖有氧分解的准备阶段。是糖有氧分解的准备阶段。由非糖物质转变为糖的异生途径基本为之逆过由非糖物质转变为糖的异生途径基本为之逆过程。程。第37页/共105页习题糖酵解；底物水平磷酸化糖酵解；底物水平磷酸化在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成两分子丙酮酸并伴随ATP生成的过程，是动物、植物、微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。将底物的高能磷酸基直接转移给ADP(或GDP)生成ATP(或GTP)。这种ADP（或GDP）的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称为底物水平磷酸化。糖酵解在细胞的糖酵解在细胞的_中进行，该途径是将中进行，该途径是将_转变为转变为_，同，同时生成时生成_和和_的一系列酶促反应。的一系列酶促反应。细胞质；葡萄糖；丙酮酸；ATP和NADH糖酵解过程中有糖酵解过程中有3 3个不可逆的酶促反应，这些酶是个不可逆的酶促反应，这些酶是_、_ _ 和和_。己 糖 激 酶；磷 酸 果 糖 激 酶；丙 酮 酸 激 酶第38页/共105页五、糖酵解途径的调节五、糖酵解途径的调节在代谢途径中，催化在代谢途径中，催化不可逆反应的酶不可逆反应的酶所处的部位所处的部位是控制代谢反应的有力部位。是控制代谢反应的有力部位。糖酵解中有三步反应不可逆，分别由糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己糖激酶、己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此这三种酶催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。对酵解速度起调节作用。G G-6-P ATP ADP 己糖激酶己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖磷酸果糖激酶激酶 ADP ATP PEP 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 第39页/共105页 磷酸果糖激酶是关键酶磷酸果糖激酶是关键酶磷酸果糖激酶是酵解过程中最重要的调节酶，酵解速磷酸果糖激酶是酵解过程中最重要的调节酶，酵解速度主要取决于该酶活性，因此它是一个限速酶。度主要取决于该酶活性，因此它是一个限速酶。l高浓度的高浓度的ATPATP是该酶的变构抑制剂，是该酶的变构抑制剂，AMPAMP或或无机磷酸无机磷酸可消除抑制，增加酶的活性。可消除抑制，增加酶的活性。此酶有二个结合此酶有二个结合ATPATP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）l柠檬酸柠檬酸也可抑制该酶活性，通过增加也可抑制该酶活性，通过增加ATPATP对该酶的抑对该酶的抑制作用而起抑制作用。制作用而起抑制作用。第40页/共105页 ATP AMP 柠檬酸 无机磷酸 （）（）（）（）磷酸果糖激酶6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 ATP ADP第41页/共105页己糖激酶的调控己糖激酶的调控 ADP及其产物及其产物6-磷酸葡萄糖变构抑制该酶活性。磷酸葡萄糖变构抑制该酶活性。与磷酸果糖激酶的调节相一致。与磷酸果糖激酶的调节相一致。胰岛素胰岛素诱导诱导葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖激酶葡萄糖激酶ADPADP6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖己糖激酶己糖激酶(-(-)第42页/共105页丙酮酸激酶的调控丙酮酸激酶的调控己糖激酶可以控制葡萄糖的进入，丙酮酸激酶调节酵解的己糖激酶可以控制葡萄糖的进入，丙酮酸激酶调节酵解的出口。出口。丙酮酸激酶催化活性控制关系图 ATPATP和和丙氨酸丙氨酸变变构抑制该酶活性。构抑制该酶活性。丙氨酸是丙酮酸接丙氨酸是丙酮酸接受一个氨基形成的，受一个氨基形成的，丙氨酸浓度增加意丙氨酸浓度增加意味着丙酮酸作为丙味着丙酮酸作为丙氨酸的前体过量。氨酸的前体过量。1 1、6 6二磷酸果糖二磷酸果糖对该酶有激活作用。对该酶有激活作用。第43页/共105页厌氧乳酸菌在无氧条件下，或动物在激烈运动时由于呼吸、循环系统障碍而发生供氧不足时。生成生成乳酸（乳酸发酵）乳酸（乳酸发酵）葡萄糖+2ADP+2Pi 2乳酸+2ATP+2H2O无氧条件：六、丙酮酸的去路六、丙酮酸的去路第44页/共105页 生成生成乙醇（酒精发酵）乙醇（酒精发酵）酵母、微生物及植物酵母、微生物及植物由葡萄糖转变为乙醇的过程称为酒精发酵:葡萄糖+2ADP+2Pi+2H+2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇乙醇丙酮酸丙酮酸脱羧酶脱羧酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶焦磷酸焦磷酸硫胺素硫胺素第45页/共105页 生成乙酰CoA进入三羧酸循环在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成乙酰CoA，参加三羧酸循环，被彻底氧化成CO2和H2O，并释放大量能量。丙酮酸脱氢酶系由3 3种酶高度组合在一起形成。丙酮酸+NAD+CoA-SH 乙酰CoA+NADH+H+CO2丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系第46页/共105页葡萄糖丙酮酸+NADH三羧酸循环酒精发酵乳酸发酵酵解有氧无氧第47页/共105页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异构酶异构酶除葡萄糖外，其它己糖也可转变成除葡萄糖外，其它己糖也可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。七、其他糖类进入糖酵解的途径七、其他糖类进入糖酵解的途径第48页/共105页八、葡萄糖异生作用八、葡萄糖异生作用糖异生糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。*部位部位*原料原料*概念概念 主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体 主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸第49页/共105页糖异生作用的途径糖异生作用的途径*过程过程 糖糖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的反反应应和和酶代替。酶代替。糖异生途径糖异生途径与糖酵解途径与糖酵解途径大多数反应是共大多数反应是共有的、可逆的；有的、可逆的；第50页/共105页1.丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸转变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（反应磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在胞在胞液）液）第51页/共105页第52页/共105页2.1,6-二磷酸果糖转变二磷酸果糖转变为为 6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-二磷酸二磷酸果糖果糖 6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖酶二磷酸果糖酶 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 磷酸葡萄糖酶磷酸葡萄糖酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 葡萄糖激酶葡萄糖激酶 两个催化单向反应的酶催化两个作用物互变的循环，称为作用物循环。第53页/共105页非糖物质进入糖异生的途径非糖物质进入糖异生的途径 糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物 生糖氨基酸生糖氨基酸 -酮酸酮酸 -NH2 甘油甘油 -磷酸甘油磷酸甘油 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 2H 上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原异生为葡萄糖或糖原 第54页/共105页第55页/共105页糖异生的总反应式为糖异生的总反应式为：2丙酮酸丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+4H2O葡萄糖+4ADP+2GDP+6Pi+2NAD+第56页/共105页糖酵解和葡萄糖异生途径中酶的差异糖酵解和葡萄糖异生途径中酶的差异糖酵解作用糖酵解作用葡萄糖异生作用葡萄糖异生作用1 1己糖激酶己糖激酶磷酸葡萄糖酶磷酸葡萄糖酶2 2磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶1,6-二磷酸果糖酶二磷酸果糖酶3 3丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶和磷酸丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶烯醇式丙酮酸羧激酶第57页/共105页糖异生的生理意义糖异生的生理意义1.1.糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。2.2.糖异生主要在肝脏中进行，肾上腺皮质中也有，脑和糖异生主要在肝脏中进行，肾上腺皮质中也有，脑和肌肉中很少。肌肉中很少。3.3.维持血糖浓度满足组织对糖的需要。维持血糖浓度满足组织对糖的需要。4.4.消除骨骼肌中乳酸的积累，并使其得到充分的利用，消除骨骼肌中乳酸的积累，并使其得到充分的利用，防止酸中毒。防止酸中毒。第58页/共105页第三节第三节 三羧酸三羧酸循环循环Tricarboxylic acid cycle第59页/共105页一、三羧酸循环的生物化学过程一、三羧酸循环的生物化学过程三羧酸循环的定义三羧酸循环的定义在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生大量能量的过程。该过程由于有几个中间产物具有3个羧基，因此被称为三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle），简称TCA循环，亦称为柠檬酸循环、Krebs循环。三羧酸循环的反应部位：三羧酸循环的反应部位：线粒体第60页/共105页糖的有氧氧化：葡萄糖或糖原在有氧的条件下，彻底氧化成糖的有氧氧化：葡萄糖或糖原在有氧的条件下，彻底氧化成CO2和水的过程。和水的过程。第61页/共105页葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段。葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段。糖酵解产生丙酮酸（糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、丙酮酸、2ATP、2NADH）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA三羧酸循环（三羧酸循环（CO2、H2O、ATP、NADH）呼吸链氧化磷酸化（呼吸链氧化磷酸化（NADH-ATP）原核生物：原核生物：-阶段在胞质中阶段在胞质中真核生物：真核生物：在胞质中，在胞质中，-在线粒体中在线粒体中第62页/共105页1.1.丙酮酸氧化脱羧生成乙酰丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA丙酮酸进入线粒体转变为乙酰丙酮酸进入线粒体转变为乙酰CoA,这是连接这是连接糖酵解和三羧酸循环的中心环节。糖酵解和三羧酸循环的中心环节。丙酮酸氧化脱羧反应是由丙酮酸氧化脱羧反应是由丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系催化催化的。该酶包括的。该酶包括丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶（E1），），硫辛酸乙硫辛酸乙酰转移酶酰转移酶（E2）和）和二氢二硫辛酸脱氢酶二氢二硫辛酸脱氢酶（E3）及及焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸硫辛酸，FAD,NAD+,CoASH 及及Mg2+六种辅助因子。六种辅助因子。第63页/共105页丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 缩写缩写 肽链数肽链数 辅因子辅因子 催化反催化反应应丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶 E1 24 TPP 丙酮酸氧化脱丙酮酸氧化脱羧羧硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰 E2 24 硫辛酰胺硫辛酰胺 将乙酰基转移到将乙酰基转移到CoA转移酶转移酶 CoA二氢二硫辛二氢二硫辛 E3 12 FAD 将还原型硫辛将还原型硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶 NAD+酰胺转变为氧化酰胺转变为氧化型型l丙酮酸脱氢酶复合体相对分子量为50,000,000，由60条球形多肽链组成。HSCoANAD+第64页/共105页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.由丙酮酸脱氢酶将丙酮酸由丙酮酸脱氢酶将丙酮酸脱羧形成羟乙基脱羧形成羟乙基-TPP 2.由由硫硫辛辛酸酸乙乙酰酰转转移移酶酶(E2)催催化化形形成成二二氢氢二二硫硫辛辛酸酸乙酰复合物乙酰复合物3.硫硫辛辛酸酸乙乙酰酰转转移移酶酶(E2)催催化化生生成成乙乙酰酰CoA,同同时时使使硫硫辛酸上辛酸上的二硫键还原为的二硫键还原为2个巯个巯基基4.二二氢氢二二硫硫辛辛酸酸脱脱氢氢酶酶(E3)使使还还原原的的二二氢氢二二硫硫辛辛酸酸脱氢脱氢，同时将氢传递给，同时将氢传递给FAD5.在在二二氢氢二二硫硫辛辛酸酸脱脱氢氢酶酶(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65页/共105页CO2 CoASHNAD+NADH+H+5.NADH+H+的生成的生成1.羟乙基-TPP的生成 2.二氢二硫二氢二硫辛辛酸乙酰复合酸乙酰复合物的物的生成生成 3.乙酰乙酰CoA的生成的生成4.氧化型硫辛酸氧化型硫辛酸的生成的生成 第66页/共105页反应总式第67页/共105页2.2.三羧酸循环生物化学过程三羧酸循环生物化学过程 从乙酰从乙酰CoACoA开始，全过程有开始，全过程有8 8步反应步反应乙酰辅酶乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸与草酰乙酸缩合形成柠檬酸l该反应为不可逆，是三羧酸循环中第一个可调控的限速步骤该反应为不可逆，是三羧酸循环中第一个可调控的限速步骤l柠檬酸柠檬酸合酶是柠檬酸循环的关键酶。活性受合酶是柠檬酸循环的关键酶。活性受ATPATP、NADHNADH、琥珀、琥珀酰酰-CoA-CoA、酯酰、酯酰-CoA-CoA等的抑制等的抑制。乙酰辅酶A草酰乙酸柠檬酸柠檬酸合酶第68页/共105页柠檬酸异构化生成异柠檬酸柠檬酸异构化生成异柠檬酸催化催化这两步反应的是乌头酸酶这两步反应的是乌头酸酶。在在FeFe2+2+与还原型谷胱甘肽或半胱氨酸存在时，该与还原型谷胱甘肽或半胱氨酸存在时，该酶活性最高，它是一种铁硫蛋白。酶活性最高，它是一种铁硫蛋白。柠檬酸异柠檬酸顺-乌头酸第69页/共105页异柠檬酸氧化脱羧生成异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸酮戊二酸这这是三羧酸循环中第一次氧化作用是三羧酸循环中第一次氧化作用，异柠檬酸被，异柠檬酸被异柠檬异柠檬酸脱氢酶所酸脱氢酶所催化，生成草酰琥珀酸。它是不稳定的化合催化，生成草酰琥珀酸。它是不稳定的化合物，易自动脱羧基，形成物，易自动脱羧基，形成-酮戊二酸。酮戊二酸。该反应不可逆，是该反应不可逆，是三羧酸循环中第二个可调控的限速步三羧酸循环中第二个可调控的限速步骤骤线粒体线粒体内含有两种异柠檬酸脱氢酶，一种是以内含有两种异柠檬酸脱氢酶，一种是以NADNAD+为为电子受体，另一种是以电子受体，另一种是以NADPNADP+为受体。为受体。异柠檬酸草酰琥珀酸-酮戊二酸第70页/共105页-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅酶酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅酶A A 这是这是TCATCA循环中第二个氧化脱羧反应，是由循环中第二个氧化脱羧反应，是由-酮戊酮戊二酸脱氢酶系所二酸脱氢酶系所催化，包含催化，包含5 5步反应。步反应。需要需要TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸、CoACoA、FADFAD、NADNAD+、MgMg2+2+6 6中辅助因子中辅助因子。该反应不可逆，该反应不可逆，是是三羧酸循环中第三个可调控的限速步骤。三羧酸循环中第三个可调控的限速步骤。-酮戊二酸琥珀酰CoA第71页/共105页琥珀酰琥珀酰CoA转化成琥珀酸，并产生转化成琥珀酸，并产生GTPGTP可以用于蛋白质合成，也可在二磷酸核苷激酶的催化下将磷酰基转给ADP生成ATP。琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酰CoA合成酶第72页/共105页琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢生成延胡索酸 这是三羧酸循环中第三步氧化还原反应，由琥珀酸脱氢酶催化。该酶是一个铁硫蛋白。琥珀酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶第73页/共105页延胡索酸被水化生成延胡索酸被水化生成L-苹果酸苹果酸延胡索酸酶第74页/共105页L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸 这是TCA循环中第4次氧化还原反应，由L-苹果酸脱氢酶催化，NAD+是氢的受体。L-苹果酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶第75页/共105页第76页/共105页三羧酸循环总反应式三羧酸循环总反应式乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+第77页/共105页小 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，反复的进行脱氢脱羧，又生成，反复的进行脱氢脱羧，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。TCA过程过程的反应部位的反应部位是线粒体。是线粒体。第78页/共105页 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，消耗消耗一分子乙酰一分子乙酰CoA，2分子水分子水经经四次脱氢四次脱氢，二次脱羧二次脱羧，一次底物水平磷酸化一次底物水平磷酸化。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。关键酶有：关键酶有：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 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79页/共105页二、三羧酸循环的化学计量二、三羧酸循环的化学计量l 3NADH 7.5 ATP，1FADH2 1.5ATPl 若从丙酮酸开始，加上纽带 生成的1个NADH，则共产生10+2.5=12.5个ATP。l 若从