生物化学PPT课件Chapter9糖代谢.ppt

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1、第九章糖代谢第九章糖代谢Carbohydrate Metabolism 糖代谢主要涉及单糖和多糖在生糖代谢主要涉及单糖和多糖在生物体内如何被利用和储存的过程。即糖物体内如何被利用和储存的过程。即糖的分解和糖原的合成。的分解和糖原的合成。本章内容本章内容v第一节概述第一节概述v第二节糖的无氧呼吸第二节糖的无氧呼吸v第三节糖的需氧呼吸第三节糖的需氧呼吸v第四节糖原的合成代谢第四节糖原的合成代谢v怎样学习？怎样学习？每一代谢途径细胞定位、限速酶、代谢每一代谢途径细胞定位、限速酶、代谢起始物质、中间产物、终产物、能量变化起始物质、中间产物、终产物、能量变化第一节概述第一节概述一、多糖及寡糖的降解一、多

2、糖及寡糖的降解二、糖的消化、吸收和转运二、糖的消化、吸收和转运三、糖的中间代谢概况三、糖的中间代谢概况糖类是一切异养生物的主要糖类是一切异养生物的主要 和和能源能源碳源碳源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：v 单糖单糖(monosaccharide)(monosaccharide)v 寡糖寡糖 (oligosaccharide)oligosaccharide)v 多糖多糖 (polysaccharide)polysaccharide)葡萄糖葡萄糖 （glucoseglucose）果果 糖糖 （fructosefructose）半乳糖半乳糖 （galactosega

3、lactose）蔗蔗 糖糖 （sucrosesucrose）麦芽糖麦芽糖 （maltosemaltose）乳乳 糖糖 （lactoselactose）淀淀 粉粉 （starchstarch）糖糖 原原 （glycogenglycogen）纤维素纤维素 （cellulosecellulose）一、多糖及寡糖的降解一、多糖及寡糖的降解一、多糖及寡糖的降解一、多糖及寡糖的降解多糖多糖（淀粉、糖原）的降解方式的降解方式细胞外细胞内糖苷酶糖苷酶磷酸化酶磷酸化酶水解水解磷酸解磷酸解二）糖的转运二）糖的转运v 血糖（血糖（blood sugarblood sugar）：）：通常指血液中的葡萄糖。通常指血液中

4、的葡萄糖。v 血糖的含量是反映体内糖代谢状况的血糖的含量是反映体内糖代谢状况的 一项重要指标一项重要指标v 血糖能经常维持相对恒定血糖能经常维持相对恒定(动态平衡）动态平衡）二、糖的消化、吸收和转运二、糖的消化、吸收和转运三、糖的中间代谢概况三、糖的中间代谢概况糖的中糖的中间代谢间代谢合成代谢合成代谢（吸能）（吸能）分解代谢分解代谢（放能）（放能）植物、某些微生物：植物、某些微生物：动物、人：动物、人：需氧分解需氧分解不需氧分解不需氧分解以无机物为受氢体的无氧呼吸：硫细菌、以无机物为受氢体的无氧呼吸：硫细菌、硝酸盐还原菌硝酸盐还原菌酵解（酵解（glycolysis）发酵发酵(fermentat

5、ion)(有氧氧化有氧氧化)：(无氧氧化无氧氧化)糖的无氧氧化糖的无氧氧化 葡萄糖葡萄糖C6H12O6 丙酮酸丙酮酸2CH3COCOOH 乳酸乳酸2CH3CH(OH)COOH+2(2H)-2CO2 酵解酵解 Glycolysis-2（2H）发酵发酵 Fermentation 酒精酒精2CH3CH2OH2CH3CHO第二节糖的无氧分解第二节糖的无氧分解v发酵发酵葡萄糖葡萄糖v酵解酵解葡萄糖或糖原葡萄糖或糖原一、糖分解代谢的共同阶段一、糖分解代谢的共同阶段糖酵解途径糖酵解途径（EMPEMP途径途径）v19401940年被阐明。年被阐明。E Embden,mbden,M Meyerhof,eyerh

6、of,P Parnasarnas等人贡献最多，故等人贡献最多，故糖酵解途径也叫糖酵解途径也叫Embdem-Meyerhof-ParnasEmbdem-Meyerhof-Parnas途途径，简称径，简称EMPEMP途径。途径。在在细胞质细胞质中进行中进行葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1 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基丙酮磷酸二羟基丙酮1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸反应历程（反应历程（10）：）：一、糖酵解途径一、糖酵解途径

7、ATPADPEEATP ADPEEENADNADHPiEEATPADPEH2OEATPADPE1.1.葡萄糖葡萄糖 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸化磷酸化v磷酸化作用磷酸化作用使糖不能自由逸出细胞且易参与代谢。使糖不能自由逸出细胞且易参与代谢。v己糖激酶己糖激酶(hexo-kinase,HKHK):为限速酶。为限速酶。肝中的己肝中的己糖激酶同工酶糖激酶同工酶型为型为葡萄糖激酶葡萄糖激酶(gluco-kinase,GKGK)。v耗能耗能，由由ATPATP提供磷酸基团和能量，反应不可逆提供磷酸基团和能量，反应不可逆,第第一一个个限速反应限速反应。（glucose-6-phosphate)相对分子

8、质量为相对分子质量为5200052000，有四种同工酶，有四种同工酶（A A、B B、C C、D D或或、），分布在），分布在不同的组中。不同的组中。激酶激酶(kinase)kinase)：凡催化磷酰基从凡催化磷酰基从ATPATP 分子上转移到受体上的酶称分子上转移到受体上的酶称激酶激酶，需需MgMg2+2+等。等。1.G G-6-P 2.6-2.6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-6-磷酸果糖磷酸果糖异构化异构化v是醛糖和酮糖之间的异构化，反应可逆是醛糖和酮糖之间的异构化，反应可逆(fructose-6-phosphate)3.6-3.6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖v再

9、次磷酸化、再次磷酸化、消耗消耗1 1分子分子ATPATP，反应不可反应不可逆逆,第第二二个个限速反应限速反应。v磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 1(phosphofructo-phosphofructo-kinase,PFK)kinase,PFK):需需MgMg2+2+，为第为第2 2个个限速酶限速酶。磷酸化磷酸化(1,6-fructose-biphosphate)相对分子质量为相对分子质量为320000320000，含，含4 4个亚基。个亚基。在人和动物中有在人和动物中有3 3种同工酶：种同工酶：A A型（骨骼肌，型（骨骼肌，心脏），心脏），B B型（肝，红细胞），型（肝，红细胞），C C型（

10、脑）型（脑）4.1,6-4.1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 2 2分子磷酸丙糖分子磷酸丙糖裂解裂解由醛缩酶由醛缩酶(aldolase)aldolase)催化催化5.5.磷酸丙糖同分异构化磷酸丙糖同分异构化v生理条件下生理条件下G G-3-P3-P不断形成不断形成丙酮酸丙酮酸，故反应向生故反应向生成成G G-3-P3-P方向进行。方向进行。vv磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶：磷酸对其有弱竞争性抑制：磷酸对其有弱竞争性抑制 96%4%以上酵解的前以上酵解的前5步步消耗消耗2分子分子ATP，产生产生2分子分子3-磷酸甘油醛。以后磷酸甘油醛。以后5步步则为产能阶段。则为产能阶段。6.3-6.3-磷酸甘油醛

11、磷酸甘油醛 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸v磷酸甘油磷酸甘油醛脱氢酶醛脱氢酶：辅酶辅酶(NADNAD+)为辅酶，为辅酶，对强酵解抑制剂对强酵解抑制剂碘乙酸特别敏感。砷酸盐碘乙酸特别敏感。砷酸盐（AsOAsO4 43-3-）破坏破坏1,3-1,3-二磷酸甘油酸的形成。二磷酸甘油酸的形成。v是是EMPEMP第第一一次次氧化作用氧化作用。(1,3-biphosphoglyceric acid)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Mg2+(3-phosphoglyceric acid)v磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate

12、kinase)v产生一产生一个ATPATP（方式方式：）底物水平磷酸化底物水平磷酸化产生产生ATPATP的方式的方式：氧化磷酸化（主要）：氧化磷酸化（主要）底物水平磷酸化底物水平磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation):):在在电子传递过程电子传递过程中，释放出的能量使中，释放出的能量使ADPADP磷酸磷酸化生成化生成ATPATP的过程，又称电子传递水平磷酸化。的过程，又称电子传递水平磷酸化。底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)：直接由直接由代谢物代谢物分子的高能键转移给分子的高能键转移给ADPA

13、DP（或或GDPGDP）生成生成ATPATP（或或GDPGDP）的反应称。的反应称。7.7.1,3-DPG1,3-DPG 3-3-P-P-甘油酸甘油酸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磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶变位酶(phosphglycerate mutase)phosphglycerate mutase)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脱水脱水vv反应引起反应引起反应引起反应引起底物底物分子内分子内分子内分子内电子重排与电子重排与能量重新分布，形成能量重新分布，形成能量重新分布，形成能量重新分布，形成一个一个高能磷酸键。

14、高能磷酸键。高能磷酸键。高能磷酸键。v烯醇化酶烯醇化酶(enolase)enolase)：氟化物是抑制剂氟化物是抑制剂Mg2+或或Mn2+磷酸烯醇式磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸(PEP)PEP)(phosphoenolpyruvic acid)10.10.磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸Mg2+,K+v反应不可逆，反应不可逆，限速步骤之三限速步骤之三。v丙酮酸激丙酮酸激酶酶(pyruvate kinase)pyruvate kinase)：第第3 3个个限速酶限速酶。(pyruvic acid)在哺乳动物中有在哺乳动物中有4 4种同工酶：种同工酶：L L（肝）、肝）、M M（肌肉）、肌

15、肉）、K K（肾髓）、肾髓）、R R（红细胞）。红细胞）。COOH COCH2PCOOHCOHCH2COOHC=OCH3丙酮酸激丙酮酸激酶酶ADPATPMg2+,K+磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸v产生产生1 1分子分子ATPATP(方式方式：底物水平底物水平磷酸化磷酸化)()(第二次第二次)2 22 22 22 22 21葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸v净得：净得：2丙酮酸丙酮酸 2ATP 2NADH+H+EMP二、糖酵解的调节二、糖酵解的调节v细胞对糖酵解速度的调控是为了细胞对糖酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。满足细胞对能量及碳骨架的

16、需求。v在物质代谢的整个反映链中，某一步反应常常在物质代谢的整个反映链中，某一步反应常常决定整个反映链的速度，这一步反应称为限速决定整个反映链的速度，这一步反应称为限速反应（关键反应）反应（关键反应）(limiting reaction)limiting reaction)，催化催化此反应的酶称为限速酶（关键酶）此反应的酶称为限速酶（关键酶）(limiting limiting enzyme)enzyme)，这些酶，这些酶所处的部位通常是控制代谢反所处的部位通常是控制代谢反应的有力部位。应的有力部位。v糖酵解途径中有三步反应不可逆，分别由糖酵解途径中有三步反应不可逆，分别由己糖己糖激酶、磷酸果

17、糖激酶、丙酮酸激酶激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。这三种酶对酵解速度起调节作用。1、己糖激酶和葡萄糖激酶己糖激酶和葡萄糖激酶:(:(反应反应1)1)己糖激酶是别构酶，受产物己糖激酶是别构酶，受产物G-6-PG-6-P反馈抑制；反馈抑制；专一性不强，可催化多种己糖磷酸化；专一性不强，可催化多种己糖磷酸化；KmKm值值较低，为较低，为0.010.01mmol/lmmol/l。调节力度较弱。主要受脂代谢的调控调节力度较弱。主要受脂代谢的调控乙乙酰辅酶酰辅酶A A、脂肪酸对其均有抑制作用。脂肪酸对其均有抑制作用。存在于肝细胞内的己糖激酶同工酶存在于肝细胞

18、内的己糖激酶同工酶IVIV型型又称为葡萄糖激酶。受胰岛素诱导合成。又称为葡萄糖激酶。受胰岛素诱导合成。其专一性强，只能催化葡萄糖磷酸化；其专一性强，只能催化葡萄糖磷酸化；KmKm值高，为值高，为10151015mmol/lmmol/l；不是别构酶，其不是别构酶，其活性不受产物活性不受产物G-6-PG-6-P反馈抑制。反馈抑制。2、磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1（PFK-1PFK-1）：(反应3)最主要的限速酶最主要的限速酶为别构酶为别构酶：1)1)别构抑制剂（别构抑制剂（allosteric inhibitor）：ATP ATP、柠檬酸柠檬酸2)2)别构激活剂（别构激活剂（allosteri

19、c activator）：AMP AMP、ADPADP、F-6-P F-6-P、F-2,6-P F-2,6-P2 2、vF-2,6-PF-2,6-P2 2 的形成及作用的形成及作用作用：作用：通过增强通过增强F-6-PF-6-P与酶的亲和力，拮抗与酶的亲和力，拮抗ATPATP、柠檬酸柠檬酸对磷酸果糖激酶对磷酸果糖激酶-1-1的变构抑制作用，使酶活化，的变构抑制作用，使酶活化，加速加速EMPEMP。形成：形成：形成：形成：F-6-PF-6-PF-2,6-PF-2,6-P2 2磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2-2磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2-2(双功能酶双功能酶)磷酸化：磷酸酶磷酸化：磷酸酶去磷酸化：

20、激酶去磷酸化：激酶3 3、丙酮酸激酶：、丙酮酸激酶：(反应反应10)10)激活剂：激活剂：F-6-P，F-1,6-PF-1,6-PF-1,6-PF-1,6-P2 2 2 2 抑制剂：抑制剂：ATPATPATPATP、AlaAlaAlaAla、乙酰辅酶乙酰辅酶A A、脂肪酸脂肪酸共价修饰调节：共价修饰调节：胰高血糖素通过胰高血糖素通过cAMPcAMP使酶磷酸化而抑制其活性使酶磷酸化而抑制其活性聚合聚合 解聚解聚 四聚体（活性高）四聚体（活性高）二聚体（活性低）二聚体（活性低）己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶、脂肪酸、脂肪酸、脂肪酸、脂肪酸 总的来说：总的来说：体内体内

21、ATP/AMP调控调控EMP速率速率 若若ATP/AMPATP/AMP（或或ADPADP），酶被抑酶被抑制，制，则则EMP 若若ATP/AMPATP/AMP（或或ADPADP），酶被激酶被激活，活，则则EMP 三、酵解(glycolysis)作用G G（糖原）糖原）乳酸乳酸v动物在激烈运动时或由于呼吸、循环系动物在激烈运动时或由于呼吸、循环系统障碍而发生供氧不足时。统障碍而发生供氧不足时。v生长在厌氧或相对厌氧条件下生长在厌氧或相对厌氧条件下的许多细的许多细菌菌比如比如乳酸菌（乳杆菌、乳链乳酸菌（乳杆菌、乳链球菌）球菌）。葡萄糖开始：葡萄糖开始：C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHO

22、HCOOH+2ATP糖原开始：糖原开始：C6H12O6+3ADP+3Pi 2CH3CHOHCOOH+3ATP四、发酵（四、发酵（fermentation）v定义：凡利用微生物来生产某一种产品，定义：凡利用微生物来生产某一种产品，不管需氧不需氧，也无论是糖代谢或其他不管需氧不需氧，也无论是糖代谢或其他物质代谢，统称。物质代谢，统称。v生醇发酵：将糖的不需氧分解生醇发酵：将糖的不需氧分解产产生乙醇的生乙醇的过程称为。过程称为。五、糖无氧分解的生理意义五、糖无氧分解的生理意义v无氧分解的普遍性，反映大气缺无氧分解的普遍性，反映大气缺氧时期原始生物的获能方式。氧时期原始生物的获能方式。1 1机体在缺氧

23、的情况下，获取能量的有效方机体在缺氧的情况下，获取能量的有效方式即应急供能的途径式即应急供能的途径（2 2或或3 3分子分子ATPATP）。2 2某些组织细胞在有氧条件下仍以无氧分解某些组织细胞在有氧条件下仍以无氧分解为主要供能方式。为主要供能方式。成熟红细胞成熟红细胞 供给全部能量供给全部能量 神经组织神经组织 白细胞白细胞 供给部分能量供给部分能量 睾丸等睾丸等CrabtreeCrabtree效应（反效应（反巴斯德效应巴斯德效应）：一些一些组织细胞给予葡萄糖时，无论供氧充足组织细胞给予葡萄糖时，无论供氧充足与否，均呈现与否，均呈现很强的酵解反应很强的酵解反应，而糖的，而糖的有氧氧化受抑制有

24、氧氧化受抑制，这种作用称为。，这种作用称为。巴斯德效应（巴斯德效应（Pastuer effectPastuer effect）：机体：机体（尤其是肌组织）供氧充足时，糖的（尤其是肌组织）供氧充足时，糖的有有氧分解抑制无氧分解氧分解抑制无氧分解（酵解）的现象。（酵解）的现象。3 3糖的无氧分解不仅能提供能量，糖的无氧分解不仅能提供能量，而且还能提供碳源物质，参与而且还能提供碳源物质，参与 蛋白质、脂肪酸的生物合成。蛋白质、脂肪酸的生物合成。3-3-磷酸甘油醛脱氢生成磷酸甘油醛脱氢生成NADH+HNADH+H+的去向不同：的去向不同：(酒精酒精)(乙醛乙醛)第三节糖的需氧分解第三节糖的需氧分解 (

25、aerobic oxidation)aerobic oxidation)在有氧条件下在有氧条件下,葡萄糖彻底氧化成葡萄糖彻底氧化成COCO2 2 和和H H2 2O O，同时释放能量的过程同时释放能量的过程。G G 丙酮酸丙酮酸 COCO2 2H H2 2O O 两条途径两条途径 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径EMP三羧酸循环三羧酸循环一、糖的有氧氧化的反应历程一、糖的有氧氧化的反应历程（三羧酸循环途径三羧酸循环途径）分为三个阶段：分为三个阶段：（二）丙酮酸（二）丙酮酸 乙酰乙酰CoACoAv地点：线粒体地点：线粒体v产生产生1 1个个NADHNADHv处于代谢途径的分支点，是关键性处于代谢途径的分

26、支点，是关键性不可逆反应不可逆反应。氧化脱羧氧化脱羧氧化脱羧氧化脱羧 COO 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系这一多酶复合体位于这一多酶复合体位于线粒体内膜线粒体内膜上，原核细胞则在胞液中。上，原核细胞则在胞液中。丙酮酸脱丙酮酸脱氢酶系氢酶系三种酶三种酶六种辅六种辅助因子助因子E1：丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶 （丙酮酸脱氢酶）（丙酮酸脱氢酶）E2：二氢硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸乙酰转移酶E3：二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶。焦磷酸硫胺素（焦磷酸硫胺素（TPP)TPP)、硫辛酸、硫辛酸、辅酶辅酶A A（COACOASHSH）、）、FADFAD、NADNAD+、MgMg2+2+外膜外膜内膜内膜基质基质

27、 SL S 调控调控：1）产物抑制产物抑制，相应反应物解抑，相应反应物解抑制制：乙酰乙酰CoACoA E2 CoACoA NADH NADH E3 NADNAD+2）核苷酸反馈调节核苷酸反馈调节：E E1 1受受GTPGTP抑制，被抑制，被AMPAMP活活化。化。3）可逆磷酸化作用的调节可逆磷酸化作用的调节：E E1 1的磷酸化状态的磷酸化状态无活性，反之有活性。无活性，反之有活性。CaCa2+2+通过去通过去磷酸化磷酸化作作用，使用，使E E1 1活化。活化。(三三)、三羧酸循环三羧酸循环（TCATCA循环、柠檬酸循环、循环、柠檬酸循环、KrebsKrebs循环）循环）在有氧的情况下，葡萄糖

28、酵解产生的在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoACoA。乙酰乙酰CoACoA经经一系列氧化、脱羧，最终生成一系列氧化、脱羧，最终生成C C2 2O O和和H H2 2O O并并产生能量的过程，称为三羧酸循环产生能量的过程，称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle),tricarboxylic acid cycle),简称简称TCATCA循环，亦称为柠檬酸循环。为了纪念德国循环，亦称为柠檬酸循环。为了纪念德国科学家科学家H.A.KrebsH.A.Krebs，所以又称所以又称KrebsKrebs循环。循环。三羧酸循环三羧酸循环 t

29、ricarboxylic acid,TCA丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA-酮酮戊二酸戊二酸琥珀琥珀酸酸延胡延胡索酸索酸苹果苹果酸酸草酰草酰乙酸乙酸柠檬柠檬酸酸琥珀酰琥珀酰CoA异柠异柠檬酸檬酸NADHNADHCOCO2 21 1GTPGTPFADHFADH2 2NADHNADH加入加入2 2C CNADHNADHCOCO2 2主要在线粒体基质中主要在线粒体基质中2 2C C4 4C C6 6C C6 6C C5 5C C4 4C C4 4C C4 4C C4 4C C1 1、柠檬酸（、柠檬酸（citric acidcitric acid）的生成的生成v耗能，耗能，G G0 0=-=-3232

30、.2.2 KJ/mol KJ/mol，能量能量能量能量来自于高来自于高能硫酯键，能硫酯键，反应不可逆反应不可逆v柠檬酸合酶柠檬酸合酶（citrate synthase）：对草酰对草酰乙酸乙酸KmKm很低。很低。TCATCA的第一个的第一个限速酶限速酶v氟乙酰氟乙酰CoACoA导致致死合成常作为杀虫剂导致致死合成常作为杀虫剂（4 4C C）（6 6C C）柠檬酸柠檬酸合酶合酶（2 2C C）*2 2、柠檬酸、柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸 （顺乌头酸酶）（顺乌头酸酶）在在pH7.0pH7.0，2525 C C的平衡的平衡态态H2O顺乌头酸酶顺乌头酸酶H2O顺乌头酸酶顺乌头酸酶90%4%6%90%4%6

31、%异构化异构化柠檬酸柠檬酸CH2COO-HO-C-COO-COO-CH2*CHCOO-C-COO-COO-CH2顺乌头酸顺乌头酸*CH2异柠檬酸异柠檬酸COO-HO-CHCH-COO-COO-*3 3、由异柠檬酸、由异柠檬酸 -酮戊二酸酮戊二酸vTCA中第一次氧化脱羧中第一次氧化脱羧(三羧酸到二羧酸三羧酸到二羧酸)v反应不可逆反应不可逆v异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶：辅酶为辅酶为NADNAD+或或NADPNADP+，为第二个为第二个关键酶关键酶H+CO2NAD+NADH+H+Mg 2+异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶氧化脱羧氧化脱羧-酮戊二酸酮戊二酸 (5(5C)C)COCOOHCH2COOHCH

32、2*草酰琥珀酸草酰琥珀酸 (6C)(6C)C OCOOH CH-COOHCOOHCH2*CH-COOHHO-CHCOOHCOOHCH2异柠檬酸异柠檬酸 (6C)(6C)*细胞内有细胞内有2 2种异柠檬酸脱氢酶，一种以种异柠檬酸脱氢酶，一种以NADNAD+为辅酶（仅存在于线粒体基质中），为辅酶（仅存在于线粒体基质中），一种以一种以NADPNADP+为辅酶（多存在于细胞质中，为辅酶（多存在于细胞质中，线粒体基质中有少量）。线粒体基质中有少量）。其四聚体有活性，二聚体无活性。其四聚体有活性，二聚体无活性。4 4、-酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoACoAvTCATCA中第二次氧化脱羧中第二次氧化脱

33、羧v反应不可逆反应不可逆v-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系：辅酶为辅酶为NADNAD+，关键酶关键酶。+HSCoAC OCOOHCH2COOHCH2C OSCoACH2COOHCH2NAD+NADH+H+Mg 2+-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶系脱氢酶系氧化脱羧氧化脱羧-酮戊二酸酮戊二酸 (5(5C)C)琥珀酰琥珀酰CoACoA(4(4C)C)*+CO2-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系(-ketoglutarate ketoglutarate dehydrogenase system)dehydrogenase system)与丙酮酸脱氢酶系相似与丙酮酸脱氢酶系相似 TPP、硫辛酸、硫辛酸、Co

34、ACoA、FADFAD、NADNAD+、MgMg2+2+-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶系脱氢酶系三种酶三种酶六种辅六种辅助因子助因子-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶硫辛酸琥珀酰转移酶硫辛酸琥珀酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶5 5、琥珀酰、琥珀酰CoA CoA 琥珀酸琥珀酸vTCATCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物（能磷酸化合物（GTP）C OS CoACH2COOHCH2COOHCH2COOHCH2GDP+PiGTPMg 2+琥珀酸硫激酶琥珀酸硫激酶GTP+ADP GDP+ATP+HSCoA琥珀酰琥珀酰CoA CoA(4(4C)C)琥珀酸琥珀酸(4

35、(4C)C)*二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶6 6、琥珀酸、琥珀酸 延胡索酸延胡索酸vTCATCA中第三次氧化的步骤中第三次氧化的步骤v琥珀酸脱氢酶（琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenasesuccinate dehydrogenase）：）：辅酶为辅酶为FADFAD。该酶是该酶是TCATCA循环中唯一结合在线粒循环中唯一结合在线粒体内膜的酶（其余的酶都在基质中）。丙二酸体内膜的酶（其余的酶都在基质中）。丙二酸为该酶的竞争性抑制剂。为该酶的竞争性抑制剂。COOHCH2COOHCH2 COOH CHCOOH+FAD+FADH2琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶HC嵌入线粒体内膜嵌入线粒体

36、内膜脱氢脱氢琥珀酸琥珀酸(4(4C)C)延胡索酸延胡索酸(4(4C)C)*7 7、延胡索酸、延胡索酸 苹果酸苹果酸v延胡索酸酶延胡索酸酶：fumarate hydratasefumarate hydrataseCOOHCHCOOHCH COOHHO-CHCOOHH-C-H+H2O延胡索酸酶延胡索酸酶水化水化延胡索酸延胡索酸(4(4C)C)苹果酸苹果酸(4(4C)C)*8 8、苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸vTCATCA中第四次氧化的步骤，最后一步。中第四次氧化的步骤，最后一步。v苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 malate dehydrogenasemalate dehydrogenase COOH

37、 HO-CHCOOHH-C-H+NAD+COOH C=OCOOHCH2+NADH+H+脱氢脱氢苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶*苹果酸苹果酸(4(4C)C)草酰乙酸草酰乙酸(4(4C)C)3ATP3ATPNADH+HNADH+H+FADHFADH2 22ATP2ATP三羧酸循环过程总结三羧酸循环过程总结(一次循环一次循环)q反应场所：线粒体反应场所：线粒体q8 8种酶催化（种酶催化（3 3 3 3个关键酶：柠檬酸合酶、异柠檬个关键酶：柠檬酸合酶、异柠檬个关键酶：柠檬酸合酶、异柠檬个关键酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、酸脱氢酶、酸脱氢酶、酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系。酮戊二酸脱氢酶系。酮戊二酸脱氢酶系。

38、酮戊二酸脱氢酶系。）q反应类型反应类型 缩合缩合1 1、脱水、脱水1 1、氧化、氧化4 4、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化1 1、水化、水化1 1q是不可逆的反应过程是不可逆的反应过程q三羧酸循环中间产物起着催化作用，本身无量三羧酸循环中间产物起着催化作用，本身无量的变化。的变化。q消耗两分子水消耗两分子水q生成生成3 3分子还原型分子还原型CoCo（NADH+HNADH+H+）(9ATP(9ATP)q生成生成1 1分子分子FADH(2FADH(2ATP)q生成生成1 1分子分子GTP(1ATP)GTP(1ATP)（底物磷酸化）底物磷酸化）q生成生成2 2分子分子COCO2 2CHCH3 3C

39、OSCoA+3NADCOSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H+FAD+GDP+Pi+2H2 2O O HSCoA+3NADH+3H HSCoA+3NADH+3H+FADH+FADH2 2+GTP+GTP +2CO+2CO2 2 生成的生成的生成的生成的COCOCOCO2 2 2 2的的C C并不是来自乙酰并不是来自乙酰并不是来自乙酰并不是来自乙酰CoACoA的的乙酰基，而乙酰基，而乙酰基，而乙酰基，而是是是是草酰乙酸上的羧基草酰乙酸上的羧基草酰乙酸上的羧基草酰乙酸上的羧基。整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。二、三羧酸循环的调控三羧酸循环的调控vT

40、CATCA循环的速度主要取决于细胞对循环的速度主要取决于细胞对ATPATP的需求的需求量，量，即即ATP/AMPATP/AMP（ATP/ADPATP/ADP）比值和比值和NADH/NADNADH/NAD+比值直接调节其速率。比值直接调节其速率。vvTACTAC中有三个限速酶：中有三个限速酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系。酮戊二酸脱氢酶系。1.柠檬酸合酶柠檬酸合酶 决定乙酰决定乙酰CoA进入进入TCA循环循环的速率：的速率：变构激活剂：变构激活剂：AMP 变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、NADH、柠檬酸、琥珀酰柠檬酸、琥珀酰CoA2.异柠檬酸脱氢酶异

41、柠檬酸脱氢酶：变构激活剂：变构激活剂：ADP、Ca2+变构抑制剂：变构抑制剂：ATP 3.酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相似。酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相似。调节方式：别构效应，共价修饰调节方式：别构效应，共价修饰酮戊二酸脱氢酶系琥珀酰琥珀酰CoACoA ATPNADH磷酸化磷酸化抑制抑制AMP(ADP)Ca2+去磷酸化去磷酸化激活激活ATP/ADPATP/ADP或或ATP/AMPATP/AMP比值的影响：比值的影响：比值比值 ，某些关键酶活性，某些关键酶活性 ，有氧氧化速率，有氧氧化速率 ；比值比值 ，某些关键酶活性，某些关键酶活性 ，有氧氧化速率，有氧氧化速率 。vTCA还受脂代谢

42、的影响：脂肪分还受脂代谢的影响：脂肪分解加强时，抑制糖的有氧氧化。解加强时，抑制糖的有氧氧化。三、糖需氧分解的生理意义1、机体获取能量的主要途径2、糖的需氧分解是物质代谢的总枢纽3、TCA的中间产物提供合成多种化合物碳骨架的前身物质 EMP(1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丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 2乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA：TCA (2(2乙酰乙酰乙酰乙酰CoA COCoA CO2 2和和和和HH2 2O):O):1 1、机体获取能量的主要途径、机体获取能量的主要途径净产生净产生净产生净产生6或或8个个ATP产生产生产生产生23=6个个ATP产生产生产生产

43、生212=24个个ATP结论：结论：1 1molGmolG彻底氧化成彻底氧化成COCO2 2和和H H2 2O O，可净生成可净生成 3636(肌肉、神经组织）肌肉、神经组织）或或3838molATPmolATP。总反应式：总反应式：v葡萄糖氧化生成葡萄糖氧化生成COCO2 2和和H H2 2O O时时 G G0 0=-2870KJ/mol=-2870KJ/mol 生成生成ATPATP储存储存1160.51160.5KJ/molKJ/mol 利用率为：利用率为：40%40%可见由糖酵解和可见由糖酵解和TCATCA循环相连构成的糖的有氧氧化循环相连构成的糖的有氧氧化途径，是机体利用糖氧化获得能量

44、的最有效的方式，途径，是机体利用糖氧化获得能量的最有效的方式，也是机体产生能量的主要方式。也是机体产生能量的主要方式。C C6 6H H1212O O6 6+38(36)+38(36)ADP+38Pi+6OADP+38Pi+6O2 238(36)ATP+6CO38(36)ATP+6CO2 2+12H+12H2 2O O2、糖的需氧分解是物质代谢的总枢纽糖的需氧分解是物质代谢的总枢纽 在分解代谢途径中，在分解代谢途径中，TCATCA不仅仅是糖不仅仅是糖分解的末端氧化途径，也是脂肪和氨基酸分解的末端氧化途径，也是脂肪和氨基酸分解的末端氧化途径。它们都可以转变成分解的末端氧化途径。它们都可以转变成乙

45、酰乙酰CoACoA或者是或者是TACTAC的中间体被氧化。的中间体被氧化。2 2、糖的需氧分解是物质代谢的总枢纽、糖的需氧分解是物质代谢的总枢纽TCA是联系三大代谢的枢纽3、TCATCA的中间产物提供合成多种化合物碳骨的中间产物提供合成多种化合物碳骨架的前身物质架的前身物质v上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为维持其正常进行，这种补充称为回补反应回补反应(anaplerotic reaction)anaplerotic reaction)。如：

46、如：柠檬酸柠檬酸脂肪酸脂肪酸；琥珀酸琥珀酸CoA卟啉卟啉 -酮戊二酸酮戊二酸 Glu；草酰乙酸草酰乙酸 Asp草酰乙酸的回补反应：草酰乙酸的回补反应：苹果苹果酸脱酸脱氢酶氢酶v在组织中添加碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明什么？v在组织中添加碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明什么？四、四、磷酸己糖旁路磷酸己糖旁路（hexose monophosphate shunt，HMP）-磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 phosphopentose pathway，PPP)糖酵解和糖酵解和TCA循环是机体内糖分解代谢的主循环是机体内糖分解代谢的主要途径，但不是唯一途径。实验研究表明：在组要途

47、径，但不是唯一途径。实验研究表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有其它的代谢糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有其它的代谢途径。其中，磷酸戊糖途径途径。其中，磷酸戊糖途径，也称为磷酸己糖旁也称为磷酸己糖旁路是较为重要的一种分解代谢支路。参与该途径路是较为重要的一种分解代谢支路。参与该途径的酶都分布在细胞质中，动物体中约有的酶都分布在细胞质中，动物体中约有30%30%的葡的葡萄糖通过此途径分解。萄糖通过此途径分解。一一)HMP的主要反应的主要反应可分可分2 2个阶段：个阶段：1 1、氧化脱羧阶段：、氧化脱羧阶段：

48、2 2、非氧化阶段：、非氧化阶段：分子分子重排重排1 1）异构化）异构化2 2）通过转酮及转醛反）通过转酮及转醛反应与应与EMPEMP途径连接途径连接 G-6-P 6 磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 NADP+NADPH+H+H2O 磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 NADP+NADPH+H+磷酸核酮糖磷酸核酮糖G-6-P脱氢酶脱氢酶Mg2+Mg2+内内脂脂水水解解酶酶6磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖酸酸脱脱氢氢酶酶CO21 1、氧化脱羧、氧化脱羧为不可逆反应。为不可逆反应。G-6-PG-6-P脱氢酶是限速酶，脱氢酶是限速酶，NADPH/NADP+值值 ，酶活性酶活性 。1 1、氧化脱羧、氧化脱羧2 2）通过

49、转酮酶和转醛酶与）通过转酮酶和转醛酶与EMPEMP连接连接转酮酶转酮酶转酮酶转酮酶转醛酶转醛酶（羟乙醛基）（羟乙醛基）（二羟丙酮基）（二羟丙酮基）2 22 22 23 33 33 32 23 33 33 36 66 66 66 66 66 64 4 5 52 2经一系列反应：经一系列反应：6C6 5C5 +6CO2 总反应：总反应：6(G-6-P)5(R-5-P)+6CO2+12NADPH二）二）磷酸己糖旁路磷酸己糖旁路生理意义生理意义：1 1、为细胞供能、为细胞供能2 2、产生、产生NADPHNADPH（EMPEMP和和TCATCA都不产生都不产生NADPHNADPH），为生物合成提供还原力

50、；为生物合成提供还原力；3 3、维护红细胞及含巯基蛋白的正常、维护红细胞及含巯基蛋白的正常4 4、HMSHMS是联系戊糖代谢的途径是联系戊糖代谢的途径5 5、中间产物为许多物质的合成提供原料、中间产物为许多物质的合成提供原料3)3)、维护红细胞及含巯基蛋白的正常、维护红细胞及含巯基蛋白的正常v还原型谷胱甘肽作用：还原型谷胱甘肽作用：1 1）保护某些巯基酶或蛋白质免受过氧化物）保护某些巯基酶或蛋白质免受过氧化物（H H2 2O O2 2、O O2 2 等）的损害。等）的损害。v维持谷胱甘肽（维持谷胱甘肽（glutathioneglutathione）还原状态还原状态:G-S-S-GG-S-S-G