生物化学简明教程第四版第九章糖代谢二.ppt

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1、葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰 CoA CO2+H2O糖的有氧分解糖的有氧分解柠檬酸循环柠檬酸循环(三羧酸循环三羧酸循环)(线粒体线粒体)糖酵解糖酵解(细胞质细胞质)丙酮酸的氧化丙酮酸的氧化(线粒体线粒体)丙酮酸的氧化丙酮酸的氧化丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系(线粒体膜上线粒体膜上)酶的组分酶的组分丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶硫辛酸乙酰移换酶硫辛酸乙酰移换酶二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶辅因子辅因子TPP硫辛酸硫辛酸HSCoANAD+Regulation of the pyruvate dehydrogenase complex.The complex is inhibited by its

2、 immediate products,NADH and acetyl CoA.The pyruvate dehydrogenase component is also regulated by covalent modification.A specific kinase phosphorylates and inactivates pyruvate dehydrogenase,and a phosphatase actives the dehydrogenase by removing the phosphoryl.The kinase and the phosphatase also a

3、re highly regulated enzymes.丙酮酸脱氢酶系活性的调控丙酮酸脱氢酶系活性的调控Why does TPP deficiency lead primarily to neurological disorders?The nervous system relies essentially on glucose as its only fuel.In contrast,most other tissues can use fats as a source of fuel for the citric acid cycle.The product of aerobic glyc

4、olysis,pyruvate,can enter the citric acid cycle only through the pyruvate dehydrogenase complex.丙酮酸代谢的中断丙酮酸代谢的中断脚气病以及汞、砷中毒的原因？脚气病以及汞、砷中毒的原因？Arsenite poisoning.Arsenite inhibits the pyruvate dehydrogenase complex by inactivating the dihydrolipoamide component of the transacetylase.Some sulfhydryl rea

5、gents,such as 2,3-dimercaptoethanol,relieve the inhibition by forming a complex with the arsenite that can be excreted.三羧酸循环三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA)又叫柠檬酸循环又叫柠檬酸循环(citric acid cycle)循环循环德国科学家德国科学家Hans Krebs于年提出，于年提出，Krebs因此于年获得诺贝尔奖。因此于年获得诺贝尔奖。Hans Krebs三羧酸循环包含三羧酸循环包含8个步骤：个步骤：（1）乙酰辅酶）乙酰辅酶A与

6、草酰乙酸缩合形成柠檬酸与草酰乙酸缩合形成柠檬酸该反应不可逆，该反应不可逆，三羧酸循环的第一个限速酶。三羧酸循环的第一个限速酶。柠檬酸合酶柠檬酸合酶(EC2.3.3.1)活性受活性受ATP、NADH、琥珀酸、琥珀酸CoA等抑制。等抑制。柠檬酸合酶柠檬酸合酶(2)柠檬酸脱水生成顺乌头酸，然后加水生成异柠檬酸柠檬酸脱水生成顺乌头酸，然后加水生成异柠檬酸顺乌头酸酶顺乌头酸酶()实际上起异构化作用，反应平衡时，柠檬酸占实际上起异构化作用，反应平衡时，柠檬酸占90%，顺乌头酸占顺乌头酸占4%，异柠檬酸占，异柠檬酸占6%，但由于在线粒体内，异柠檬酸不，但由于在线粒体内，异柠檬酸不断向下反应，整个反应趋向于异

7、柠檬酸的生成。断向下反应，整个反应趋向于异柠檬酸的生成。柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸酶顺乌头酸酶草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶Mn2+(3)-酮戊二酸的生成酮戊二酸的生成异柠檬酸脱氢酶特性：异柠檬酸脱氢酶特性：1）具有脱氢和脱羧两种功能，脱羧具有脱氢和脱羧两种功能，脱羧反应需要反应需要Mn2+；2）是别构酶：）是别构酶：ADP是激活剂；是激活剂；ATP和和NADH是抑制剂。是抑制剂。3）是限速酶）是限速酶此步反应为一分界点，之前为三羧酸此步反应为一分界点，之前为三羧酸转化，之后为二羧酸变化。转化，之后为二羧酸变化。(4)-酮戊二酸氧化

8、脱羧生成琥珀酰辅酶酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶A-酮戊二酸脱氢酶系特性：酮戊二酸脱氢酶系特性：1）包含三种酶（）包含三种酶（-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰转移酶和二氢硫辛酸脱酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰转移酶和二氢硫辛酸脱氢酶）和六种辅助因子（氢酶）和六种辅助因子（TPP、硫辛酸、硫辛酸、CoASH、FAD、NAD+、Mg2+）。）。2）限速酶：受）限速酶：受ATP、NADH和琥珀酰辅酶和琥珀酰辅酶A的抑制。的抑制。琥珀酸硫激酶琥珀酸硫激酶琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶AGTP琥珀酸琥珀酸SH（5）琥珀酸的生成）琥珀酸的生成三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化琥珀酸

9、脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸）琥珀酸脱氢生成延胡索酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸延胡索酸酶延胡索酸酶（7）延胡索酸水化生成苹果酸）延胡索酸水化生成苹果酸（8）苹果酸氧化生成草酰乙酸）苹果酸氧化生成草酰乙酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶CH3CO-SCoA+3NAD+FAD+GDP+H3PO4+2H2OHSCoA+3NADH+3H+FADH2+GTP+2CO2CH3CO-SCoA2CO23NAD+FADH3PO42H2OGTPHSCoA3NADH+3H+FADH2GDPverview of the citric acid cyc

10、le.The citric acid cycle oxidizes two-carbon units,producing two moleculesof CO2,one molecule of GTP,and highenergy electrons in the form of NADH and FADH2.The link between glycolysis and the citric acid cycle.Pyruvate produced by glycolysis is converted into acetyl CoA,the fuel of the citric acid c

11、ycle.1mol葡萄糖在有氧分解时所产生的葡萄糖在有氧分解时所产生的ATP的的mol数数底物磷酸化底物磷酸化底物磷酸化底物磷酸化（ATPATP）NADHNADH2 2FADHFADH2 2葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖 2 2 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸2 2丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 2 2乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA2 2乙酰乙酰乙酰乙酰CoA CoA 2 CO2 CO2 2合计合计合计合计22226241024+102.5+21.5=324+21.5+82.5+21.5=30或或糖有氧分解中的能量变化糖有氧分解中的能量变化C6H12O6+6O26CO2+6H2O+2867.48kJ/molG0=

12、-2867.48kJ/mol能量利用率=3230.5142867.48100%=34%三羧酸循环的生物学意义三羧酸循环的生物学意义1、产能多，是氧化产能的重要途径；、产能多，是氧化产能的重要途径；2、是糖、脂肪和蛋白质转化的枢纽；、是糖、脂肪和蛋白质转化的枢纽；3、为体内物质合成提供中间产物。、为体内物质合成提供中间产物。TCA循环是糖、脂肪和蛋白质转化的枢纽循环是糖、脂肪和蛋白质转化的枢纽三羧酸循环的代谢调节三羧酸循环的代谢调节 三个限速酶三个限速酶柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶(该途径关键的限速酶该途径关键的限速酶)异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系ATP,NADH,

13、琥珀酰CoA草酰乙酸和乙酰CoA乙醛酸途径乙醛酸途径(glyoxylate pathway)植物植物某些无脊椎动物某些无脊椎动物微生物微生物The glyoxylate pathway.The glyoxylate cycle allows plants and somemicroorganisms to grow on acetate because the cycle bypasses the decarboxylation steps of the citric acid cycle.The enzymes that permit the conversion of acetate in

14、to succinate isocitrate lyase and malate synthaseare boxed in blue.乙醛酸途径乙醛酸途径异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶苹果酸合酶苹果酸合酶2 乙酰乙酰CoA+NAD+2H2O琥珀酸琥珀酸+2 CoASH+NADH+H+CH3COO-+CoASH+ATPCH3CO-SCoA+H2O+AMP+PPi乙酰辅酶A合成酶乙醛酸途径的意义乙醛酸途径的意义1、以二碳物为起始物合成三羧酸循环中的二羧酸和三、以二碳物为起始物合成三羧酸循环中的二羧酸和三羧羧酸，作酸，作为三羧酸循环上化合物的补充；为三羧酸循环上化合物的补充；2、由于丙酮酸的氧化脱羧生

15、成乙酰辅酶、由于丙酮酸的氧化脱羧生成乙酰辅酶A是不可逆的，在一般情是不可逆的，在一般情况下，靠脂肪合成大量糖是较困难的。但在植物和微生物中脂肪况下，靠脂肪合成大量糖是较困难的。但在植物和微生物中脂肪可以通过乙醛酸途径转变为糖可以通过乙醛酸途径转变为糖乙醛酸循环途径乙醛酸循环途径异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶苹果酸合酶苹果酸合酶 三羧酸循环途径三羧酸循环途径2 乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸乙酰乙酰CoACO2+H2O加入碘乙酸或氟化物加入碘乙酸或氟化物加入碘乙酸或氟化物加入碘乙酸或氟化物抑制抑制抑制抑制3-3-磷酸甘油醛脱氢酶活性磷酸甘油醛脱氢酶活性磷酸甘油醛脱氢酶活性磷酸甘油醛脱氢酶活性糖酵解和糖

16、酵解和糖酵解和糖酵解和三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环糖还能被氧化吗？糖还能被氧化吗？酶-CH2SH+ICH2-CONH2酶-CH2-S-CH2-CONH2+HI糖无氧分解和有氧分解是体内糖分解的主要途径，糖无氧分解和有氧分解是体内糖分解的主要途径，但不是唯一途径。但不是唯一途径。磷酸戊糖途径（磷酸戊糖途径（phosphopentose pathway）存在：动植物、微生物细胞中。存在：动植物、微生物细胞中。动物体内约有动物体内约有30%的葡萄糖通过磷酸戊糖途径分解。的葡萄糖通过磷酸戊糖途径分解。进行部位：细胞液。进行部位：细胞液。磷酸己糖旁路（磷酸己糖旁路（hexose monoph

17、osphate shunt,HMS）磷酸戊糖途径的反应过程磷酸戊糖途径的反应过程6-磷酸葡萄糖氧化生成6-磷酸葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖酸脱羧生成5-磷酸核酮糖一、磷酸戊糖的生成一、磷酸戊糖的生成5-磷酸核酮糖经分子异构化生成磷酸核酮糖经分子异构化生成5-磷酸核糖，磷酸核糖，5-磷酸木酮糖。磷酸木酮糖。二、磷酸戊糖间互相转变二、磷酸戊糖间互相转变三、单糖分子间基团转换三、单糖分子间基团转换7-磷酸庚酮糖及3-磷酸甘油醛的生成6-磷酸果糖及4-磷酸赤鲜糖的生成6-磷酸果糖及3-磷酸甘油醛的生成6-磷酸葡萄糖的生成6(葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸)+12 NADP+6H2O5(葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸

18、)+12 NADPH+12 H+6 CO2+H3PO4总反应式：总反应式：磷酸戊糖途径的调节磷酸戊糖途径的调节6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸葡萄糖脱氢酶是HMS的限速酶。的限速酶。受受NADPH/NADP+比例的调节。比例的调节。1 1、生成、生成、生成、生成NADPHNADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力。，为细胞的各种合成反应提供还原力。，为细胞的各种合成反应提供还原力。，为细胞的各种合成反应提供还原力。NADPHNADPH是是是是体体体体内内内内重重重重要要要要的的的的供供供供氢氢氢氢体体体体，参参参参与与与与多多多多种种种种生生生生物物物物合合合合成成成成反反反反应应应应。如如如如合合

19、合合成成成成脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸、胆胆胆胆固固固固醇醇醇醇及及及及类类类类固固固固醇醇醇醇激激激激素素素素都都都都需需需需要要要要大大大大量量量量的的的的NADPHNADPH。2 2、为、为、为、为DNADNA、RNARNA和多种辅酶的合成提供核糖和多种辅酶的合成提供核糖和多种辅酶的合成提供核糖和多种辅酶的合成提供核糖-5-5-磷酸磷酸磷酸磷酸 磷酸戊糖途径的生理意义磷酸戊糖途径的生理意义3 3、在特殊情况下，、在特殊情况下，、在特殊情况下，、在特殊情况下，HMSHMS途径也为细胞提供能量。途径也为细胞提供能量。途径也为细胞提供能量。途径也为细胞提供能量。糖原的异生作用糖原的异生作用许多许

20、多非糖物质非糖物质如甘油、丙酮酸、乳酸以及某些如甘油、丙酮酸、乳酸以及某些氨基酸等能在肝脏中转变为糖原，称糖原异生氨基酸等能在肝脏中转变为糖原，称糖原异生作用。作用。动物肝脏是糖异生的主要场所动物肝脏是糖异生的主要场所葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸乳乳 酸酸乳乳 酸酸肝脏骨骼肌糖异生糖异生糖酵解糖酵解Cori循环循环从丙酮酸转变为糖原的过程中从丙酮酸转变为糖原的过程中,并非完全是糖酵解的逆反应并非完全是糖酵解的逆反应,因为糖酵解过因为糖酵解过程中有三个激酶的催化反应是不可逆的程中有三个激酶的催化反应是不可逆的糖酵解途径糖酵解途径丙酮酸丙酮酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸磷酸果糖果糖

21、-6-磷酸磷酸果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶葡萄糖激酶葡萄糖激酶葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸如何跨越这三步反应？如何跨越这三步反应？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烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸磷酸1、丙酮酸、丙酮酸但是丙酮酸羧化酶是线粒体酶，而糖酵解和但是丙酮酸羧化酶是线粒体酶，而糖酵解和糖异生的其它反应都是在胞液中进行的。糖异生的其它反应都是在胞液中进行的。怎么办？线粒体中丙酮酸的羧化作用线

22、粒体中丙酮酸的羧化作用2、果糖、果糖-1,6-二磷酸二磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸3、葡萄糖、葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶肌细胞中不含：葡萄糖肌细胞中不含：葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶糖异生能否在肌细胞中完成？糖异生能否在肌细胞中完成？肌糖原能否转化为血糖？肌糖原能否转化为血糖？n n1 1、是血糖的重要来源、是血糖的重要来源、是血糖的重要来源、是血糖的重要来源n n对对对对维维维维持持持持空空空空腹腹腹腹或或或或饥饥饥饥饿饿饿饿时时时时血血血血糖糖糖糖的的的的相相相相对对对对恒恒恒恒定定定定具具具具有有有有重重重重要要要要意意意意

23、义义义义。体体体体内内内内糖糖糖糖贮贮贮贮存存存存量量量量有有有有限限限限，如如如如果果果果没没没没有有有有外外外外源源源源性性性性补补补补充充充充，只只只只需需需需1010多多多多个个个个小小小小时时时时糖糖糖糖原原原原即即即即可可可可耗耗耗耗尽尽尽尽。事事事事实实实实上上上上，禁禁禁禁食食食食2424小小小小时时时时，血血血血糖糖糖糖仍仍仍仍能能能能保保保保持持持持正正正正常常常常水水水水平平平平，此此此此时时时时完完完完全全全全依依依依赖赖赖赖糖糖糖糖的异生作用。的异生作用。的异生作用。的异生作用。n n2 2、是体内乳酸利用的主要方式、是体内乳酸利用的主要方式、是体内乳酸利用的主要方式

24、、是体内乳酸利用的主要方式n n乳乳乳乳酸酸酸酸很很很很容容容容易易易易通通通通过过过过细细细细胞胞胞胞膜膜膜膜弥弥弥弥散散散散入入入入血血血血，通通通通过过过过血血血血液液液液循循循循环环环环运运运运到到到到肝肝肝肝脏脏脏脏，经经经经糖糖糖糖异生作用转变为葡萄糖；异生作用转变为葡萄糖；异生作用转变为葡萄糖；异生作用转变为葡萄糖；n n肝肝肝肝脏脏脏脏糖糖糖糖异异异异生生生生作作作作用用用用生生生生成成成成的的的的葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖又又又又输输输输送送送送到到到到血血血血液液液液循循循循环环环环，再再再再被被被被肌肌肌肌肉肉肉肉利利利利用用用用。这一过程叫做乳酸循环（或称这一过程叫做乳酸

25、循环（或称这一过程叫做乳酸循环（或称这一过程叫做乳酸循环（或称CoriCori循环）。循环）。循环）。循环）。n n可可可可见见见见，糖糖糖糖异异异异生生生生作作作作用用用用对对对对乳乳乳乳酸酸酸酸的的的的再再再再利利利利用用用用，肝肝肝肝糖糖糖糖原原原原更更更更新新新新，补补补补充充充充肌肌肌肌肉肉肉肉糖糖糖糖的的的的消耗以及防止乳酸中毒等方面都起着重要作用。消耗以及防止乳酸中毒等方面都起着重要作用。消耗以及防止乳酸中毒等方面都起着重要作用。消耗以及防止乳酸中毒等方面都起着重要作用。糖原异生的生理意义糖原异生的生理意义蔗蔗糖糖的的合合成成+葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸尿苷三磷酸尿苷三磷酸(UT

26、P)+尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶磷酸蔗糖合成酶磷酸蔗糖合成酶蔗糖磷酸蔗糖磷酸磷酸酯酶磷酸酯酶UDPG果糖果糖-6-磷酸磷酸蔗糖蔗糖蔗蔗糖糖的的合合成成UDPG糖原链的非糖原链的非还原端还原端新的非还原端新的非还原端延长了一个葡萄糖单位的糖原延长了一个葡萄糖单位的糖原糖原合成酶糖原合成酶糖原的合成糖原的合成非还原端非还原端糖原分支酶糖原分支酶非还原端非还原端新的非还原端新的非还原端糖原核心糖原核心糖原核心糖原核心糖原分支的形成糖原分支的形成 1、维持血中葡萄糖浓度相对恒定：糖原是糖在体内的维持血中葡萄糖浓度相对恒定：糖原是糖在体内的贮存形式。进食后多

27、余的糖可在肝脏或其他组织合成糖原，贮存形式。进食后多余的糖可在肝脏或其他组织合成糖原，以免血糖浓度过度升高；不进食期间，肝糖原则分解为葡以免血糖浓度过度升高；不进食期间，肝糖原则分解为葡萄糖释放入血，使血糖浓度不至于太低。（人体在安静而萄糖释放入血，使血糖浓度不至于太低。（人体在安静而空腹时血糖的正常含量为空腹时血糖的正常含量为70-100mg/100ml血液）血液）2、糖原合成和分解与钾代谢有关：葡萄糖进入细胞合成糖原合成和分解与钾代谢有关：葡萄糖进入细胞合成糖原过程中，伴有糖原过程中，伴有K+转移入细胞，使血转移入细胞，使血K+趋于降低，所以趋于降低，所以输注胰岛素和大量葡萄糖时，要注意防止低血钾。输注胰岛素和大量葡萄糖时，要注意防止低血钾。糖原合成与分解的意义糖原合成与分解的意义糖原合成酶是糖原合成途径的限速酶糖原合成酶是糖原合成途径的限速酶