生物化学-ppt课件-第十章.ppt

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1、第十章第十章 糖代谢与合成糖代谢与合成第一节第一节 新陈代谢概论新陈代谢概论 第二节第二节 自由能与高能化合物自由能与高能化合物 第三节第三节 糖的分解代谢糖的分解代谢 第四节第四节 糖原的合成代谢糖原的合成代谢 第一节第一节 新陈代谢概论新陈代谢概论一、概念一、概念二、新陈代谢的阶段二、新陈代谢的阶段三、代谢途径三、代谢途径一、概念一、概念生物机体从环境中获取物质，转化为体内的新物质（同化作用），并将体内的代谢产物排除体外（异化作用）的全过程。二、新陈代谢的阶段二、新陈代谢的阶段1 1消化吸收阶段：消化吸收阶段：（属于同化作用）（属于同化作用）摄食消化吸收养分摄食消化吸收养分2 2中间代谢阶

2、段：中间代谢阶段：（属于同化作用）（属于同化作用）组织的建造和更新组织的建造和更新 组织成分的分解组织成分的分解 能量的释放、利用和贮存能量的释放、利用和贮存 产生代谢废物产生代谢废物3 3排泄阶段：排泄阶段：（属于异化作用）（属于异化作用）代代谢谢终终产产物物（代代谢谢废废物物）随随尿尿、汗汗或或呼呼出出气体等排出体外的过程气体等排出体外的过程三、代谢途径三、代谢途径物物质质代代谢谢包包括括合合成成代代谢谢和和分分解解代代谢谢，每每种种物物质质的的合合成成或或分分解解，都都需需要要经经过过若若干个化学反应逐步完成。干个化学反应逐步完成。这这些些反反应应都都是是一一步步接接一一步步，按按一一定

3、定顺顺序有条不紊地进行的。序有条不紊地进行的。如如葡葡萄萄糖糖作作为为一一个个前前体体，经经过过一一系系列列生生化化反反应应，变变成成中中间间产产物物丙丙酮酮酸酸，最最后后分解成终产物分解成终产物COCO2 2和和H H2 2O O，放出大量能量。放出大量能量。总结总结合成代谢合成代谢合成代谢合成代谢(同化作用同化作用同化作用同化作用)分解代谢分解代谢分解代谢分解代谢(异化作用异化作用异化作用异化作用)生物生物体的体的新陈新陈代谢代谢生物小分子合成生物大分子生物小分子合成生物大分子需要能量需要能量释放能量释放能量生物大分子分解为生物小分子生物大分子分解为生物小分子能量代谢能量代谢能量代谢能量代

4、谢物物物物质质质质代代代代谢谢谢谢第二节第二节 自由能与高能化合物自由能与高能化合物一、自由能一、自由能 二、高能化合物二、高能化合物 一、自由能一、自由能1 1自自由由能能（G G）：生生物物体体内内用用于于作作功功的的在在化化学学反反应应中中释释放放或或吸吸收收的的能能量量。生生物物体体内内用用于于作作功功的的能能都都是是由由化化学学变变化化所所提提供供的释放的自由能。的释放的自由能。能能量量代代谢谢：伴伴随随着着生生物物体体的的物物质质代代谢谢所所发发生生的的一一系系列列的的能能量量转转变变。这这种种代代谢谢也服从一般热力学定律。也服从一般热力学定律。一、自由能一、自由能2 2不不论论是

5、是机机械械体体系系或或化化学学体体系系，能能量量关关系系上上都符合都符合 G=H-TSG=H-TS （G G为为自由能，自由能，H H为为总热能，总热能，T T为为体系温度，体系温度，S S为体系的熵）为体系的熵）即即释释放放的的能能量量不不能能全全部部转转化化为为各各种种有有用用的的功功，总总有有部部分分化化学学能能不不能能作作功功，而而以以热热能能形形成释放，这部分能量称熵能。成释放，这部分能量称熵能。一、自由能一、自由能2 2在在化化学学体体系系中中反反应应物物和和产产物物的的能能值值不不易易测测得得，一一般般注注意意反反应应物物转转变变为为产产物物时时的的能能量量变变化，特别是自由能的

6、变化：化，特别是自由能的变化：G=G=H-TH-TS S （GG为为自自由由能能的的变变化化，H H为为总总热热能能的的变变化化，T T为为绝绝对对温温度度，S S为熵的变化）为熵的变化）一、自由能一、自由能3 3如果如果A BA B，用用G GA A代代表表反反应应物物A A的的自自由由能能；G GB B代代表表产产物物B B的自由能；的自由能；G G表示自由能的变化。表示自由能的变化。G G G GB B G GA A如如果果G GB BG GA A，GG为为负负值值，表表明明反反应应的的进进行行伴伴随随着着自自由由能能的的降降低低，此此反反应应为为放放能能反反应应，可自发进行；可自发进行

7、；如如果果G GB BG GA A，GG为为正正值值，表表明明反反应应只只有有给给予予能能量量的的条条件件下下才才能能进进行行，此此反反应应为为吸吸能能反反应，不能自发进行。应，不能自发进行。因因此此，一一种种物物质质或或化化合合物物所所含含自自由由能能越越少少越稳定。越稳定。二、高能化合物二、高能化合物1 1(概念概念）高高能能化化合合物物:含含自自由由能能特特别别多多的的化化合合物物，它它们们可可随随水水解解反反应应或或基基团团转转移移反反应应放放出出大大量量自自由能。由能。高高能能磷磷酸酸化化合合物物:含含自自由由能能特特别别多多的的磷磷酸酸化化合物。合物。高高能能磷磷酸酸化化合合物物水

8、水解解时时，每每摩摩尔尔化化合合物物放放出出的的自自由由能能高高达达7-167-16千千卡卡（30-6730-67千千焦焦耳耳）,常常用用P P或或 P P表示。表示。二、高能化合物二、高能化合物2 2(磷酸化合物）磷酸化合物）生生物物体体中中常常见见的的高高能能化化合合物物，根根据据结结构构特特点点可分成几种类型：可分成几种类型：1 1，磷酸化合物，磷酸化合物磷磷氧氧型型胍基磷酸胍基磷酸 化合物化合物 -43.1（10.0千卡千卡/摩尔）摩尔）磷磷酸酸化化合合物物烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物 Go KJ/molGo KJ/mol-C=C-OP -61.9（14.8千卡千卡/摩尔）摩尔）酰

9、基磷酸化合物酰基磷酸化合物 -CO-OP -42.3（10.1千卡千卡/摩尔）摩尔）焦磷酸化合物焦磷酸化合物P-OP -30.5（7.3千卡千卡/摩尔）摩尔）磷磷氮氮型型HN=C-NP二、高能化合物二、高能化合物3 3(ATPATP）二、高能化合物二、高能化合物4 4(非磷酸化合物）非磷酸化合物）2 2，非磷酸化合物，非磷酸化合物硫脂键化合物硫脂键化合物 -31.4（7.5千卡千卡/摩尔）摩尔）甲硫键化合物甲硫键化合物 -41.8（10.0千卡千卡/摩尔）摩尔）非非磷磷酸酸化化合物合物CO SCH3S+第三节第三节 糖的分解代谢糖的分解代谢1 1(总）总）一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解(EM

10、PEMP途径途径)二、糖的有氧氧化二、糖的有氧氧化(EMP-TCA)EMP-TCA)三、磷酸戊糖途径（三、磷酸戊糖途径（HMSHMS途径）途径）第三节第三节 糖的分解代谢糖的分解代谢2 2(消化消化1 1）糖糖中中的的多多糖糖和和低低聚聚糖糖，由由于于分分子子大大，不不能能透透过细胞膜，所以在被利用之前必须水解成单糖过细胞膜，所以在被利用之前必须水解成单糖 双糖双糖 单糖单糖(双糖酶包括麦芽糖酶、纤维二糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等双糖酶包括麦芽糖酶、纤维二糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等)淀粉淀粉 糊精糊精 麦芽糖麦芽糖纤维素纤维素 葡萄糖葡萄糖、淀粉酶淀粉酶 纤维素酶纤维素酶纤维二糖酶纤维二糖酶双糖酶双糖酶

11、第三节第三节 糖的分解代谢糖的分解代谢3 3(消化和吸收）消化和吸收）消化吸收部位消化吸收部位生理基础生理基础变化变化口腔口腔唾液淀粉酶唾液淀粉酶咀嚼和部分水解咀嚼和部分水解胃胃HClHCl有限水解有限水解小肠腔小肠腔胆汁、胰淀粉胆汁、胰淀粉酶和双糖酶酶和双糖酶多糖成为双糖多糖成为双糖上皮细胞具有上皮细胞具有刷状缘刷状缘吸收单糖，进入门吸收单糖，进入门静脉静脉消化道不同部位糖的消化和吸收消化道不同部位糖的消化和吸收第三节第三节 糖的分解代谢糖的分解代谢4 4(分解途径）分解途径）生生物物体体内内葡葡萄萄糖糖（糖糖原原）的的分分解解主主要要有有以以下下三个途径：三个途径：1 1糖糖酵酵解解：在在

12、无无氧氧化化情情况况下下，葡葡萄萄糖糖（糖糖原）经酵解生成乳酸。原）经酵解生成乳酸。葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸2 2有有氧氧分分解解：在在有有氧氧情情况况下下，葡葡萄萄糖糖（糖糖原原）进进入入三三羧羧酸酸循循环环彻彻底底氧氧化化为为水水和和二二氧氧化化碳。碳。3 3磷磷酸酸戊戊糖糖循循环环：葡葡萄萄糖糖（糖糖原原）经经此此途途径被氧化为水和二氧化碳径被氧化为水和二氧化碳植植物物体体的的分分解解代代谢谢，除除上上述述三三条条途途径径外外，还还有生醇发酵及乙醛酸循环。有生醇发酵及乙醛酸循环。一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解1 1(总）总）一、一、糖糖的的无无氧氧酵酵解解 可分为四阶段：可分为

13、四阶段：1，己糖磷酸酯的生成：葡萄糖经己糖磷酸酯的生成：葡萄糖经磷酸化变为磷酸化变为1，6二磷酸果糖。二磷酸果糖。2，磷酸丙糖的生成：，磷酸丙糖的生成：6碳糖裂解成碳糖裂解成两分子互变的磷酸丙糖。两分子互变的磷酸丙糖。3，丙酮酸的生成。，丙酮酸的生成。4，丙酮酸还原为乳酸。，丙酮酸还原为乳酸。一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解1 1(总）总）一、一、糖糖的的无无氧氧酵酵解解1 1不可逆反应不可逆反应 1磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 糖原糖原变位酶变位酶磷酸化酶磷酸化酶一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解2 2(第一阶段总）第一阶段总）葡萄糖葡萄糖糖原（淀粉）糖原（淀粉）ATP己糖激酶己糖激酶6 6磷酸葡萄糖

14、磷酸葡萄糖磷酸葡萄磷酸葡萄糖变位酶糖变位酶磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6 6磷酸果糖磷酸果糖磷酸果糖磷酸果糖激酶激酶1 1，6 6二磷酸果糖二磷酸果糖活化活化（不可逆）（不可逆）二次活化二次活化（不可逆）（不可逆）磷酸化酶磷酸化酶ADPATPADP磷酸葡萄磷酸葡萄 糖异构酶糖异构酶异构异构（可逆）（可逆）一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解2 2(第一阶段第一阶段1 1）己糖激酶己糖激酶(1)(1)葡萄糖葡萄糖66磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解2 2(第一阶段第一阶段2 2）(2)6(2)6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6 6磷酸果糖磷酸果糖一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解2 2(第一阶段第

15、一阶段3 3）(3)6(3)6磷酸果糖磷酸果糖 1 1，6 6二磷酸果糖二磷酸果糖一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解3 3(第二阶段）第二阶段）(4)(5)1(4)(5)1，6 6二磷酸果糖二磷酸果糖3 3磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解4 4(第三阶段第三阶段总）总）3 3磷酸甘油醛磷酸甘油醛33磷酸甘磷酸甘油醛脱氢酶油醛脱氢酶1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油磷酸甘油酸变位酶酸变位酶2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘磷酸甘油酸激酶油酸激酶氧化磷酸化氧化磷酸化(可逆可逆)产能产能(可逆可逆)NAD+NADH

16、H+ATPADP+H3PO4异构异构(可逆可逆)一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解4 4(第三阶段第三阶段1 1）(6)3(6)3磷酸甘油醛磷酸甘油醛 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解4 4(第三阶段第三阶段2 2）(7)1,3-(7)1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解4 4(第三阶段第三阶段3 3）(8)3-(8)3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解4 4(第四阶段第四阶段总）总）2 2磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸烯醇化酶

17、烯醇化酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸丙酮酸ATPADP产能产能（不可逆）（不可逆）脱水脱水（可逆）（可逆）H2O(11)(11)NAD+NADH H+H3PO4乳酸乳酸在生醇发酵中，丙酮酸在生醇发酵中，丙酮酸在脱羧酶催化下失去在脱羧酶催化下失去COCO2 2而生成乙醛。然后接受而生成乙醛。然后接受3 3磷酸甘油醛脱下的氢，磷酸甘油醛脱下的氢，被还原成乙醇被还原成乙醇一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解4 4(第四阶段第四阶段1 1）(9)2-(9)2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解4 4(第四阶段第四阶段2 2）(10)(10)磷酸烯醇式丙酮酸磷

18、酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解4 4(第四阶段第四阶段3 3）(11)(11)1 1 丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解4 4(第四阶段第四阶段4 4）(11)(11)2 2 丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇乙醇一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解5 5(总反应式总反应式）糖酵解的总反应式为：糖酵解的总反应式为：葡萄糖葡萄糖2 2PiPi2ADP+2 NAD2ADP+2 NAD+22丙酮酸丙酮酸2 2 ATPATP2NADH2NADH2H2H+2H+2H2 2O O 2 2NADHNADH将将H H交给交给2 2丙酮酸生成丙酮酸生成2 2乳酸乳酸一、糖的无氧酵

19、解一、糖的无氧酵解1 1(总）总）一、一、糖糖的的无无氧氧酵酵解解不可逆反应不可逆反应一、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解6 6(产能情况产能情况2 2）葡萄糖葡萄糖2 2PiPi2ADP+2 NAD2ADP+2 NAD+22丙酮酸丙酮酸2 2 ATPATP2NADH2NADH2H2H+2H+2H2 2O O 在有氧情况下，在有氧情况下，2 2分子的分子的NADHNADH经呼吸链氧经呼吸链氧化成化成H H2 2O O可产生可产生6 6个个ATPATP，因此一分子葡萄糖因此一分子葡萄糖可产生可产生8 8个个ATPATP总结见南大总结见南大P334P334，P335P335表表9 92 2、3 3 一

20、、糖的无氧酵解一、糖的无氧酵解7 7(总结总结）关键酶：已糖激酶、关键酶：已糖激酶、6 6磷酸果糖激酶及丙磷酸果糖激酶及丙酮酸激酶所催化的反应为不可逆反应，因此，酮酸激酶所催化的反应为不可逆反应，因此，这三个酶催化的反应为影响糖酵解的关键反这三个酶催化的反应为影响糖酵解的关键反应，这些酶叫关键酶。应，这些酶叫关键酶。6 6磷酸果糖激酶是决定酵解反应速度的关磷酸果糖激酶是决定酵解反应速度的关键酶，因此也可称为限速酶。键酶，因此也可称为限速酶。二、糖的有氧氧化二、糖的有氧氧化1 1（1 1）从已糖分解成丙酮酸或乳酸，仅释放有限的从已糖分解成丙酮酸或乳酸，仅释放有限的能。大部分生物的糖代谢是在有氧条

21、件下进能。大部分生物的糖代谢是在有氧条件下进行的，因此糖的有氧分解实际上是糖的无氧行的，因此糖的有氧分解实际上是糖的无氧分解的继续。从丙酮酸生成以后，无氧酵解分解的继续。从丙酮酸生成以后，无氧酵解与有氧氧化才开始有了分岐。因此，糖的有与有氧氧化才开始有了分岐。因此，糖的有氧氧化实质上是丙酮酸如何被氧化的问题。氧氧化实质上是丙酮酸如何被氧化的问题。葡萄糖的有氧分解代谢是一条完整的代谢途葡萄糖的有氧分解代谢是一条完整的代谢途径。是从葡萄糖到丙酮酸经三羧酸循环，彻径。是从葡萄糖到丙酮酸经三羧酸循环，彻底氧化成二氧化碳与水的一系列连续反应。底氧化成二氧化碳与水的一系列连续反应。二、糖的有氧氧化二、糖的

22、有氧氧化1 1（2 2）葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A COA CO2 2+H+H2 2O O线粒体膜线粒体膜胞液胞液（或（或糖原、淀粉）糖原、淀粉）乳酸乳酸三羧酸三羧酸循环循环酵解酵解有氧氧化有氧氧化二、糖的有氧氧化二、糖的有氧氧化2 2(总过程总过程）糖有氧氧化的阶段：糖有氧氧化的阶段：1 1糖经磷酸化后氧化成丙酮酸，此过程与酵糖经磷酸化后氧化成丙酮酸，此过程与酵解完全相同，在细胞液中进行。解完全相同，在细胞液中进行。2 2丙酮酸进入线粒体，在其中氧化脱羧转变丙酮酸进入线粒体，在其中氧化脱羧转变为乙酰为乙酰C CO OA A。3 3乙酰乙酰C CO OA A进入三羧酸循环彻

23、底氧化为进入三羧酸循环彻底氧化为COCO2 2和和H H2 2O O并放出能量。并放出能量。二、糖的有氧氧化二、糖的有氧氧化3 3(总目录总目录）（一）丙酮酸的氧化脱羧（一）丙酮酸的氧化脱羧（二）三羧酸循环（二）三羧酸循环（TCATCA）乙酰辅酶乙酰辅酶A A彻底氧化彻底氧化（一）丙酮酸的氧化脱羧（一）丙酮酸的氧化脱羧1 1（反应式）（反应式）丙酮酸氧化脱羧的反应式丙酮酸氧化脱羧的反应式 （一）丙酮酸的氧化脱羧（一）丙酮酸的氧化脱羧2 2（酶（酶）丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系共有三种酶：丙酮酸脱羧酶、共有三种酶：丙酮酸脱羧酶、硫辛酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶硫辛酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶

24、（一）丙酮酸的氧化脱羧（一）丙酮酸的氧化脱羧3 3（辅酶）辅酶）丙酮酸脱氢酶系的辅酶有硫胺素焦磷丙酮酸脱氢酶系的辅酶有硫胺素焦磷酸（酸（TPPTPP）(V(VB1B1)、硫辛酸、辅酶硫辛酸、辅酶A A、黄黄素腺嘌呤二核苷酸（素腺嘌呤二核苷酸（FADFAD）(V(VB2B2)和辅酶和辅酶I I（NADNAD+）(V(VB5B5、VPP)VPP)（二）三羧酸循环（二）三羧酸循环(概念概念）乙酰辅酶乙酰辅酶A A的乙酰基部分是通过一种循的乙酰基部分是通过一种循环，在有氧条件下被彻底氧化为环，在有氧条件下被彻底氧化为COCO2 2和和H H2 2O O的，这种循环称为的，这种循环称为三羧酸循环三羧酸循

25、环（trcarboxylictrcarboxylic acid cycle acid cycle）,又称又称柠柠檬酸循环檬酸循环，简称，简称TCATCA，由由KrebsKrebs提出，因提出，因此也叫此也叫KrebsKrebs循环。循环。（二）三羧酸循环（二）三羧酸循环(总总）1 1三羧酸循环的产生三羧酸循环的产生 2 2三羧酸循环的反应步骤三羧酸循环的反应步骤 3 3三羧酸循环的特点及意义三羧酸循环的特点及意义 4 4三羧酸循环能量计算三羧酸循环能量计算 5 5三羧酸循环支路三羧酸循环支路乙醛酸循环乙醛酸循环1 1三羧酸循环的产生三羧酸循环的产生1 1 早早在在19201920年年Thunb

26、ergThunberg，19321932年年H.H.KrebsKrebs，19351935年年AlbertAlbert SzentSzent-GyorgyiGyorgyi发发现现，在在肌肌肉肉糜糜中中加加入入柠柠檬檬酸酸（三三碳碳二二羧羧酸酸）和和四四碳碳二二羧羧酸酸（琥琥珀珀酸酸、延延胡胡索索酸、苹果酸、草酰乙酸）可以刺激氧的消耗。酸、苹果酸、草酰乙酸）可以刺激氧的消耗。19371937年年FranzFranz KnoopKnoop阐阐明明了了从从柠柠檬檬酸酸经经顺顺乌乌头头酸酸、异柠檬酸、异柠檬酸、酮戊二酸到琥珀酸的氧化途径。酮戊二酸到琥珀酸的氧化途径。19371937年年KrebsKre

27、bs证证实实了了六六碳碳三三羧羧酸酸（柠柠檬檬酸酸、顺顺乌乌头头酸酸、异异柠柠檬檬酸酸）和和酮酮戊戊二二酸酸及及四四碳碳二二羧羧酸酸（琥琥珀珀酸酸、延延胡胡索索酸酸、苹苹果果酸酸、草草酰酰乙乙酸酸）有有强强烈烈的的刺刺激激肌肌肉肉中中丙丙酮酮酸酸氧氧化化的的活活性性，其其他他天天然然存存在在的的有有机机酸都没有上述几种酸的活性强。酸都没有上述几种酸的活性强。1 1三羧酸循环的产生三羧酸循环的产生2 2 KrebsKrebs同同时时发发现现丙丙二二酸酸是是琥琥珀珀酸酸脱脱氢氢酶酶系系的的竞竞争争性性抑抑制制剂剂，即即使使此此时时在在肌肌肉肉悬悬浮浮液液中中加加入入上上述述活活性性有有机机酸酸，也

28、也还还有有抑抑制制效效应应，说说明明此此酶酶催催化化的的反反应应在在丙丙酮酮酸酸氧氧化化途途径径中中起起着着重重要要的的作作用用。另另外外还还发发现现，被被丙丙二二酸酸抑抑制制的的肌肌肉肉糜糜悬悬浮浮液液中中加加入入琥琥珀珀酸酸脱脱氢氢酶酶，催催化化反反应应的的产产物物如如延延胡胡索索酸酸、苹苹果果酸酸或或草草酰酰乙乙酸酸也也可可引引起起琥琥珀珀酸酸的的积积累累，说说明明另另有有一一条条途途径径氧氧化化成成琥琥珀珀酸酸。由由此此KrebsKrebs提出环状氧化途径的概念。提出环状氧化途径的概念。由由于于环环中中每每个个有有机机酸酸的的加加入入，都都可可以以使使丙丙酮酮酸酸氧氧化化量量增增加加数

29、数倍倍，每每个个有有机机酸酸的的最最大大反反应应速速度度都都与与丙丙酮酮酸酸氧氧化化的的最最大大速速度度相相同同，所所以以认认为为这这是是丙丙酮酮酸酸氧氧化化的的主主要途径。要途径。1 1三羧酸循环的产生三羧酸循环的产生3 3 总总 结结 前前 面面 这这 一一 系系 列列 实实 验验 结结 果果，Krebs1937Krebs1937年年提提出出了了三三羧羧酸酸循循环环。后后来来发发现现这这一一途途径径在在动动物物、植植物物、微微生生物物细细胞胞中中普普遍遍存存在在，不不仅仅是是糖糖分分解解的的主主要要途途径径，也也是是脂脂肪肪、蛋蛋白白质质分分解解代代谢谢的的最最终终途途径径，具具有有重重要

30、要的的生生理理意意义义。为为此此，19531953年年KrebsKrebs获获得得诺诺贝贝尔尔奖奖，并并被称为被称为ATPATP循环之父。循环之父。2 2三羧酸循环三羧酸循环 (总总1 1）共分为四大步：共分为四大步：1 1，草酰乙酸，草酰乙酸 酮戊二酸酮戊二酸2 2，酮戊二酸琥珀酰酮戊二酸琥珀酰C CO OA A3 3，琥珀酰琥珀酰C CO OA A琥珀酸琥珀酸4 4，琥珀酸草酰乙酸琥珀酸草酰乙酸2 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应1 1(总总1 1）（1 1）乙酰辅酶）乙酰辅酶A A与草酰乙酸加水缩合成柠檬酸与草酰乙酸加水缩合成柠檬酸（2 2）柠檬酸脱水生成顺乌头酸，然后加水生成

31、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（3 3）异柠檬酸氧化与脱羧生成）异柠檬酸氧化与脱羧生成酮戊二酸酮戊二酸（4 4）酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰C CO OA A（5 5）琥珀酰琥珀酰C CO OA A生成琥珀酸生成琥珀酸（6 6）琥珀酸被氧化成延胡索酸）琥珀酸被氧化成延胡索酸（7 7）延胡索酸加水生成苯果酸延胡索酸加水生成苯果酸（8 8）苹果酸被氧化成草酰乙酸）苹果酸被氧化成草酰乙酸 南大南大P340P3403423422 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应1 1(总总2 2）乙酰乙酰 CoA柠檬酸柠檬酸(6C)异柠檬酸异柠檬酸(6C)草酰

32、琥珀酸草酰琥珀酸(6C)-酮戊二酸酮戊二酸(5C)琥珀酰琥珀酰 CoA(4C)琥珀酸琥珀酸(4C)延胡索酸延胡索酸(4C)L-苹果酸苹果酸(4C)草酰乙酸草酰乙酸(4C)(1 1)(2 2)(3 3)(3 3)(4 4)(5 5)(6 6)(7 7)(8 8)2 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(1(1）此步反应单向不可逆，是可调控的限速步骤此步反应单向不可逆，是可调控的限速步骤O-C（第一步（第一步（1 1）（）（3 3）(1)(1)乙酰乙酰C CO OA+A+草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸 合成酶合成酶乙酰乙酰C CO OA A草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸22 2

33、三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(2(2）（2 2）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顺乌头酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸水合酶水合酶H H2 2O O顺乌头酸顺乌头酸水合酶水合酶+H H2 2O O2 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(3(3）（3 3）异柠檬酸）异柠檬酸 酮戊二酸酮戊二酸1 1异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸异柠檬酸酮戊二酸酮戊二酸草酰琥珀酸草酰琥珀酸NAD+NADH H+异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-CO-CO2 22 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(3(3）（3 3）异柠檬酸）异柠檬

34、酸 酮戊二酸酮戊二酸2 2TCATCA中第一次氧化作用，脱羧过程中第一次氧化作用，脱羧过程中的异柠檬酸脱氢酶为第二个调节中的异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶。此反应实现了三羧酸到二羧酸酶。此反应实现了三羧酸到二羧酸的转变。的转变。2 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(4 4）（第二步（第二步（4 4）（4 4）酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰C CO OA A酮戊二酮戊二酸脱氢酶系酸脱氢酶系NAD+NADH H+TCATCA中第二次氧化作用、脱羧过程。中第二次氧化作用、脱羧过程。-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似（-酮戊二酸脱氢酶

35、酮戊二酸脱氢酶E1E1、琥珀酰转移酶琥珀酰转移酶E2E2、二氢硫辛二氢硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶E3E3、TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸、COACOA、FADFAD、NADNAD+、MgMg2+2+）详见南大详见南大P341P341342342琥珀酰琥珀酰C CO OA A酮戊二酸酮戊二酸2 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(5(5）（第三步（第三步（5 5）（5 5）琥珀酰琥珀酰COA COA 琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰硫激酶硫激酶GDPGTPMg2+GTP+ADPGDP+ATPTCATCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤酸化合物的步骤

36、琥珀酰琥珀酰C CO OA A琥珀酸琥珀酸2 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(6(6）（第四步（第四步（6 6）（）（8 8）（6 6）琥珀酸）琥珀酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸FADFADH2TCATCA中第三次氧化的步骤中第三次氧化的步骤受氢体是受氢体是FADFAD2 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(7(7）（7 7）延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸延胡索酸酶延胡索酸酶延胡索酸延胡索酸+H2O苹果酸苹果酸2 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(8(8）（8 8）苹果酸）苹果酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹

37、果酸脱氢酶苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸NAD+NADH H+TCATCA中第四次氧化的步骤中第四次氧化的步骤2 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(总结总结1 1）氢氢受体为受体为NAD氢氢受体为受体为FAD脱氢脱氢22 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(总结总结2 2）产产CO222 2三羧酸循环的八步反应三羧酸循环的八步反应2 2(总结总结3 3）氢氢受体为受体为NAD3ATP氢氢受体为受体为FAD2ATP产能产能（2x3x3+2x2+2)=24ATP23 3三羧酸循环的特点及意义三羧酸循环的特点及意义1 1 （1 1）乙酰）乙酰C CO OA A进入循环后经

38、过四次脱氢（反应进入循环后经过四次脱氢（反应3 3，4 4，6 6，8 8），脱下的氢经过呼吸链，最后与氧化合成），脱下的氢经过呼吸链，最后与氧化合成水，在此过程中产生水，在此过程中产生ATPATP。因此三羧酸循环是体内产因此三羧酸循环是体内产生能量的主要机构。生能量的主要机构。（2 2）在循环机构中的）在循环机构中的1010种物质，如顺乌头酸、异种物质，如顺乌头酸、异柠檬酸只要小量即可推动循环。柠檬酸只要小量即可推动循环。（3 3）凡能变为循环上任何一种物质，都能参加此）凡能变为循环上任何一种物质，都能参加此循环而被氧化；凡能变为丙酮酸的物质（如糖原及循环而被氧化；凡能变为丙酮酸的物质（如糖

39、原及丙氨酸）及能变为乙酰辅酶丙氨酸）及能变为乙酰辅酶A A的物质（如脂肪酸）均的物质（如脂肪酸）均能参加此循环而被氧化。能参加此循环而被氧化。3 3三羧酸循环的特点及意义三羧酸循环的特点及意义2 2 （4 4）因为糖、脂肪酸及氨基酸均能参加这一循环）因为糖、脂肪酸及氨基酸均能参加这一循环而被氧化，所以此循环具有各种物质新陈代谢相互而被氧化，所以此循环具有各种物质新陈代谢相互联系转变的机制，以及氧化的共同机制。联系转变的机制，以及氧化的共同机制。（5 5）此循环的若干反应，在生理条件下是不可逆）此循环的若干反应，在生理条件下是不可逆的，所以整个循环实际是一个不可逆的系统。的，所以整个循环实际是一

40、个不可逆的系统。（6 6）丙酮酸氧化脱羧及循环中）丙酮酸氧化脱羧及循环中3 3，4 4步反应所产生步反应所产生的的COCO2 2，一部分由呼吸排出，一部分用于脂肪酸等的一部分由呼吸排出，一部分用于脂肪酸等的合成，在植物体内则用于光合作用。合成，在植物体内则用于光合作用。（7 7）循环中许多中间产物是体内合成其他物质的）循环中许多中间产物是体内合成其他物质的前体。因此三羧酸循环不但是分解代谢的主要途径，前体。因此三羧酸循环不但是分解代谢的主要途径，也是合成代谢的主要途径。也是合成代谢的主要途径。4 4三羧酸循环能量计算三羧酸循环能量计算从丙酮酸起，从丙酮酸起，9 9步反应共产生步反应共产生4 4

41、NADHNADH，进入氧化呼进入氧化呼吸链共产生吸链共产生1212个个ATPATP；产生的产生的FADHFADH2 2进入呼吸链产生进入呼吸链产生2 2ATPATP；此外，产生此外，产生GTPGTP与与ADPADP作用产生一个作用产生一个ATPATP，合计合计一分子丙酮酸生成一分子丙酮酸生成1515个个ATPATP。从乙酰从乙酰C CO OA A起，得起，得1212个个ATPATP。从葡萄糖开始，有氧条件下，一分子葡萄糖经酵从葡萄糖开始，有氧条件下，一分子葡萄糖经酵解生成解生成2 2分子丙酮酸，共产生分子丙酮酸，共产生6 68 8分子分子ATPATP，两分子两分子丙酮酸经三羧酸循环，氧化磷酸化

42、共产生丙酮酸经三羧酸循环，氧化磷酸化共产生3030分子分子ATPATP，两者合计两者合计36-3836-38分子分子ATPATP。总结见：总结见：工科工科P162,P162,南大南大P343P3435 5乙醛酸循环乙醛酸循环1 1（总（总1 1）实践发现许多微生物如：醋酸杆菌、大肠实践发现许多微生物如：醋酸杆菌、大肠杆菌等能利用乙酸作为唯一的碳源，建造自杆菌等能利用乙酸作为唯一的碳源，建造自己的机体。以后从微生物体内分离出苹果酸己的机体。以后从微生物体内分离出苹果酸合成酶和异柠檬酸裂解酶。合成酶和异柠檬酸裂解酶。乙酸在乙酸在C CO OA A与与ATPATP及乙酰及乙酰C CO OA A合成酶

43、参与下，合成酶参与下，可活化成乙酰可活化成乙酰C CO OA A，乙酰乙酰C CO OA A与乙醛酸合成为与乙醛酸合成为苹果酸，而异柠檬酸裂解为琥珀酸合乙醛酸，苹果酸，而异柠檬酸裂解为琥珀酸合乙醛酸，发现此循环与三羧酸循环相联系。发现此循环与三羧酸循环相联系。5 5乙醛酸循环乙醛酸循环1 1（总（总1 1）乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASHCoASH三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环乙酰乙酰CoACoA乙乙醛醛酸酸乙酰乙酰CoACoASH5 5乙醛酸循环乙醛酸循环2 2（反应（反应1 1）（1）异柠檬酸）

44、异柠檬酸琥珀酸琥珀酸乙醛乙醛酸酸异柠檬酸异柠檬酸琥珀酸琥珀酸乙醛酸乙醛酸异柠檬酸异柠檬酸裂解酶裂解酶5 5乙醛酸循环乙醛酸循环2 2（反应（反应2 2）（2）乙醛酸）乙醛酸+乙酰乙酰CoA L-苹果酸苹果酸乙酰乙酰CoA苹果酸苹果酸乙醛酸乙醛酸苹果酸苹果酸合成酶合成酶5 5乙醛酸循环乙醛酸循环2 2（意义（意义）（1 1）作为三羧酸循环的补充）作为三羧酸循环的补充（2 2）在油料种子萌发时的物质转）在油料种子萌发时的物质转化中起重要作用化中起重要作用三、磷酸戊糖途径三、磷酸戊糖途径1 1（HMSHMS途径）途径）(总）总）1 1发现发现 2 2步骤步骤 3.3.生理意义生理意义 1 1发现发现

45、（1 1）用同位素）用同位素1414C C分别标记葡萄糖分别标记葡萄糖C C1 1和和C C6 6，如果糖酵如果糖酵解是唯一的代谢途径，那么，解是唯一的代谢途径，那么，1414C C1 1和和1414C C6 6生成生成COCO2 2的速的速度应该相同，但实验证明，度应该相同，但实验证明，1414C C1 1更易氧化成更易氧化成1414COCO2 2（2 2）在组织中添加酵解抑制剂，如碘乙酸能抑制在组织中添加酵解抑制剂，如碘乙酸能抑制3 3磷酸甘油醛脱氢酶（它催化磷酸甘油醛脱氢酶（它催化3 3磷酸甘油醛生成磷酸甘油醛生成1 1，3 3二磷酸甘油酸），此酶被抑制后，酵解及有氧氧二磷酸甘油酸），此

46、酶被抑制后，酵解及有氧氧化途径均应停止。但试验证明，许多微生物及动物组化途径均应停止。但试验证明，许多微生物及动物组织中仍有一定量的糖被彻底氧化成织中仍有一定量的糖被彻底氧化成COCO2 2和水。特别是和水。特别是植物组织能普遍地进行此种氧化，后来证实此种氧化植物组织能普遍地进行此种氧化，后来证实此种氧化途径为糖分解的另一途径。由于此途径从途径为糖分解的另一途径。由于此途径从6 6磷酸葡磷酸葡萄糖开始，故称为磷酸已糖支路。萄糖开始，故称为磷酸已糖支路。此途径的发现基于以下两个实验：此途径的发现基于以下两个实验：2 2步骤步骤1 1（1 1）6 6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖脱氢生成脱氢生成6 6磷酸葡

47、萄糖酸，再磷酸葡萄糖酸，再经脱羧基作用转化为磷酸戊糖（经脱羧基作用转化为磷酸戊糖（步）步）（2 2）通过转移二碳单位的转酮醇酶和转移三碳单位通过转移二碳单位的转酮醇酶和转移三碳单位的转醛醇酶的催化作用，进行分子间基团交换，重复的转醛醇酶的催化作用，进行分子间基团交换，重复生成磷酸已糖和磷酸甘油醛（生成磷酸已糖和磷酸甘油醛（），最后所生），最后所生成的成的6 6磷酸果糖易转化为磷酸果糖易转化为6 6磷酸葡萄糖。磷酸葡萄糖。因此，可以明显的看出这个代谢途径具有循环机制因此，可以明显的看出这个代谢途径具有循环机制的性质。即一个葡萄糖每循环一次只脱去一个羧基的性质。即一个葡萄糖每循环一次只脱去一个羧基

48、（放出一个（放出一个COCO2 2）和脱去两次氢形成两个和脱去两次氢形成两个NADPHNADPH2 2。即是即是一个葡萄糖要彻底氧化生成一个葡萄糖要彻底氧化生成6 6COCO2 2需要需要6 6分子葡萄糖同时分子葡萄糖同时参加反应，经过一次循环生成五分子参加反应，经过一次循环生成五分子6 6磷酸葡萄糖。磷酸葡萄糖。磷酸戊糖途径大体分为以下两步：磷酸戊糖途径大体分为以下两步：2 2步骤步骤2 2(1)(1)(1)(1)(1)(1)葡萄糖的氧化脱羧阶段葡萄糖的氧化脱羧阶段葡萄糖的氧化脱羧阶段葡萄糖的氧化脱羧阶段（步）步）步）步）H C OH C O COOH CHH C OH C O COOH C

49、HH C OH C O COOH CHH C OH C O COOH CH2 2 2 2OH OH OH OH H C OH H C OH H C OH C O H C OH H C OH H C OH C O H C OH H C OH H C OH C O H C OH H C OH H C OH C OHO C H O HO C H HO C H H C OHHO C H O HO C H HO C H H C OHHO C H O HO C H HO C H H C OHHO C H O HO C H HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH

50、H C OH H C OH H C OH H C OH H+H+H+H+H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C H C H C OH CH H C H C H C OH CH H C H C H C OH CH H C H C H C OH CH2 2 2 2OPOOPOOPOOPO3 3 3 3H H H H2 2 2 2 CH CH CH CH2 2 2 2OPOOPOOPOOPO3 3 3 3H H H H2 2 2 2 CHCHCHCH2 2 2 2OPOOPOOPOOPO3 3 3 3H H H H2 2