生化糖代谢学习.pptx

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1、教学目的:1.掌握糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应过程及生理意义2.了解糖原的合成与分解代谢3.掌握糖异生的概念及途径教学重点难点：糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应过程及生理意义;糖异生教学课时:10第1页/共119页糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物 一.糖类在生物体的生理功能主要有：氧化供能：糖类占人体全部供能量的70%70%。构成组织细胞的基本成分：*核糖:构成核酸*糖蛋白:凝血因子、免疫球蛋白等*糖脂:生物膜成分转变为体内的其它成分*转变为脂肪*转变为非必需氨基酸第2页/共119页二.糖代谢的概况血中葡萄糖食物主糖异生 糖酵解有氧氧化（CO2、H2O、ATP)磷酸戊糖途径（5-

2、磷酸核糖、NADPH）糖原 缺氧 供氧充足合成 分解 第3页/共119页葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰 CoA6-磷酸葡萄糖磷酸戊糖途径糖酵解（有氧）（无氧）三羧酸循环(TCA)（有氧或无氧）三三.葡萄糖的分解代谢途径及定葡萄糖的分解代谢途径及定位位1、分解代谢途径、分解代谢途径呼吸链氧化磷酸化NADHFADH2第4页/共119页细胞膜细胞质线粒体 高尔基体细胞核内质网溶酶体细胞壁叶绿体有色体白色体液体晶体分泌物吞噬中心体胞饮细胞膜 丙酮酸氧化 三羧酸循环 氧化磷酸化 磷酸戊糖途径 糖酵解2 2、分解代谢途径及定位动物细胞植物细胞第5页/共119页Section 1 糖酵解（glycolysis)糖

3、酵解:是葡萄糖在无氧条件下在组织细胞中降解成丙酮酸,并释放出能量生成ATPATP的过程。它是葡萄糖最初经历的酶促分解过程,也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。第6页/共119页无氧酵解的全部反应过程在细胞溶胶(cytoplasm)中进行。从葡萄糖到丙酮酸的反应过程包括两个部分，可分为活化、裂解、放能三个阶段，十步反应。一、糖酵解的反应过程第7页/共119页(一)准备 1.1.葡萄糖的活化(activation)(activation)己糖磷酸酯的生成：活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异构反应生成1,6-1,6-二磷酸果糖(FBP(FBP，FDP)FDP)的反应过程。该过程共由三步化学反应组成。第8

4、页/共119页己糖激酶己糖激酶/葡萄糖激酶葡萄糖激酶磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1ATPADPATPADP*(1)(2)(3)Mg2+Mg2+第9页/共119页激酶：催化ATPATP分子与底物之间的磷酸基转移的酶称激酶，激酶一般需要MgMg2+2+或MnMn2+2+作为辅因子。MgMg2+2+可以掩盖ATP/ADPATP/ADP分子中磷酸基氧原子的负电荷，使葡萄糖C-6/C-1C-6/C-1位的羟基易于对ATPATP的位磷原子进行亲核攻击.机理：葡萄糖C-6/C-1位的羟基对ATP的位磷原子的亲核进攻击第10页/共119页 葡萄糖磷酸化生成葡萄糖磷酸化生成6-6-磷酸

5、葡萄糖磷酸葡萄糖ATPADPglucoseglucose-6-phosphate (G-6-P）已糖激酶已糖激酶Mg2+特点：此反应不可逆，消耗1 1个ATP.ATP.催化此反应的激酶有已糖激酶和葡萄糖激酶。糖酵解过程的第一个限速酶第11页/共119页 6-6-磷酸葡萄糖异构化转变为6-6-磷酸果糖 磷酸磷酸GlcGlc异构酶异构酶特点：反应的Go变化很小，反应可逆。磷酸葡萄糖异构酶将葡萄糖的羰基C C由C C1 1移至C C2 2 ，为C C1 1位磷酸化作准备，同时保证C C2 2上有羰基存在，这对分子的断裂，形成三碳物是必需的 fructose-6-phosphate,F-6-P第12页

6、/共119页 6-6-磷酸果糖再磷酸化生成1 1,6-6-二磷酸果糖ATPADP 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1 Mg2+特点：此反应在体内不可逆，消耗1 1个ATPATP。反应由磷酸果糖激酶1 1催化，是主要的调节位点糖酵解过程的第二个限速酶糖酵解过程的第二个限速酶fructose-1,6-biphosphate,F-1,6-BP第13页/共119页2.2.裂解（lysis)lysis)磷酸丙糖的生成：一分子F-1,6-BPF-1,6-BP裂解为两分子可以互 变 的 磷 酸 丙 糖（triose triose phosphate)phosphate)，第14页/共119页磷酸丙糖异构酶磷酸

7、丙糖异构酶醛缩酶醛缩酶(4)(5)第15页/共119页 3-3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的生成3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮fructose-1,6-diphosphate(F-1,6-2P）醛缩酶醛缩酶126543123456+机理：由于C-2C-2的羰基及C-4C-4的羟基存在，1,6-1,6-二磷酸果糖分子发生 断裂，形成等长的三碳化合物特征：该反应Go=23.97kJ/mol23.97kJ/mol,在热力学上不利，但是，由于F-1.6-2PF-1.6-2P的形成是放能的及甘油醛-3-3-磷酸后续氧化的放能性质，促使反应正向进行。在生理环境中，3-3-磷酸甘油醛不断转化

8、成丙酮酸，驱动反应向右进行 第16页/共119页 磷酸丙糖的互换dihydroxyacetone phosphate)glyceraldehyde 3-phosphate磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶1,6-二磷酸果糖 2 3-磷酸甘油醛第17页/共119页(二)贮能 3.3.放能(releasing energy)(releasing energy)丙酮酸的生成：3-3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸和ATPATP.包括五步反应:第18页/共119页(6)(7)(8)ATPADP磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢酶脱氢酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激

9、酶NAD+PiNADH+H+第19页/共119页烯醇化酶烯醇化酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶*ATPADP自发自发H2O(10)第20页/共119页 3-3-磷酸甘油醛氧化为1,3-1,3-二磷酸甘油酸1,3-diphosphoglycerate3-3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶glyceraldehyde 3-phosphateHPO4 2-+NADH+H+NAD+OPO 3 2-糖酵解中唯一的脱氢反应特征：由3-3-磷酸甘油醛脱氢酶催化，在无机磷酸的参与下以NADNAD+作为电子受体，3-3-磷酸甘油醛氧化脱氢生成1,3-1,3-二磷酸甘油酸和NADH+H+。醛基转变成超高能量的酰基磷酸第2

10、1页/共119页 1,3-1,3-二磷酸甘油酸转变为3-3-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶3-phosphoglycerate)1,3diphosphoglycerateOPO 3 2-ADPATP这是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反应特征：在磷酸甘油酸激酶的作用下，将高能磷酰基转给ADPADP形成ATP ATP。这是酵解中第一次产生ATPATP的反应，反应是可逆的第22页/共119页 3-3-磷酸甘油酸转变为2-2-磷酸甘油酸3-phosphoglycerate磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶2-phosphoglycerate特征：变位酶是一种催化分子内化学基团移位的酶.磷酸甘油

11、酸变位酶催化3-磷酸甘油酸和2-磷酸甘油酸之间的磷酸基团位置的移动,分子内重排.第23页/共119页 2-2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸phosphoenolpyruvate2-phosphoglycerate 烯醇化酶烯醇化酶 (Mg(Mg2+2+/Mn/Mn2+2+)氟化物能与Mg2+络合而抑制此酶活性特征：特征：烯醇化酶（需要Mg2+的活化）催化2-2-磷酸甘油酸中的a a、位脱去水形成磷酸烯醇式丙酮酸。烯醇磷酯键具有很高的磷酸基转移潜能。aH2O第24页/共119页(10)(10)磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸ADPATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶(PKPK )phosphoenolpy

12、ruvateenolpyruvate糖酵解过程的第三个限速酶MgMg2+2+,K,K+特征：特征：丙酮酸激酶催化磷酸基从磷酸烯醇式丙酮酸转移给ADPADP，生成烯醇式丙酮酸和ATPATP ，反应是不可逆的这是酵解中第二个底物水平磷酸化反应.第25页/共119页ATP磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸ADP丙酮酸激酶enolpyruvatepyruvate自发进行自发进行(10)第26页/共119页6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮2 1，3-二磷酸甘油酸2 3-磷酸甘油酸2 2-磷酸甘油酸2 磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸第一阶段第二阶段第三阶段葡萄糖葡萄糖的活化磷酸己糖的

13、裂解2-磷酸甘油酸和ATP生成丙酮酸和ATP的生成一、糖酵解过程一、糖酵解过程第一部分(六碳糖三碳糖)第二部分 -1ATP-1ATP2 1NADH2 1ATP2 1ATP二、途径化学计量和生物学意义第27页/共119页第28页/共119页糖酵解代谢途径可将一分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸，净生成两分子ATPATP。总反应式:C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi2C3H4O3+2NADH+2H+2ATP+2H2O糖酵解代谢途径有三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶-1-1、丙酮酸激酶。第29页/共119页二、糖酵解的调节 糖酵解代谢途径的调节主要是通过各种变构剂对三个关键酶进行

14、变构调节。1.1.己糖激酶或葡萄糖激酶：已糖激酶：专一性不强，在组织细胞中广泛存在，可催化Glc、Man（甘露糖）磷酸化。被产物G-6-P强烈地别构抑制葡萄糖激酶：只能催化Glc磷酸化，仅在肝脏和胰腺细胞存在，维持血糖平衡，不被G-6-P抑制。是诱导酶，胰岛素可诱导其基因转录，促进酶的合成。当肝细胞中Glc浓度5mmol/L，肝中的Glc激酶被激活，Glc激酶将Glc转化成G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞,是肝脏调节葡萄糖吸收的主要的关键酶。无产物反馈抑制第30页/共119页己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂己糖激酶己糖激酶hexokinase葡萄糖激酶葡萄糖激酶glucokinaseG-

15、6-P长链脂酰长链脂酰CoA-第31页/共119页 2.6-2.6-磷酸果糖激酶-1-1：6-6-磷酸果糖激酶-1-1是调节糖酵解代谢途径流量的主要因素。6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-16-phosphofructokinase-1ATP柠檬酸柠檬酸ADP、AMP1,6-1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖2,6-2,6-双磷酸果糖双磷酸果糖-+第32页/共119页3.3.丙酮酸激酶：丙酮酸激酶丙酮酸激酶pyruvate kinaseATP丙氨酸丙氨酸(肝肝)1,6-1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖-+第33页/共119页三、糖酵解的生理意义1.1.是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径在无氧和缺

16、氧条件下，作为糖分解供能的补充途径，生物体获得生命活动所需要的能量。在有氧条件下，作为某些组织细胞主要的供能途径。2.2.形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；3.3.为肌肉收缩迅速提供能量剧烈运动时：肌肉内ATP含量很低,即使氧不缺乏，葡萄糖进行有氧氧化的过程比糖酵解长得多,来不及满足需要,糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量第34页/共119页四、丙酮酸的去路四、丙酮酸的去路（有氧）（无氧）葡萄糖葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰 CoA三羧酸循环（有氧或无氧）丙酮酸乳酸乙醇乙酰 CoA糖酵解途径三羧酸循环（有氧或无氧）丙酮酸有3 3种主要的去路：1 1、在大多数情况下，丙酮酸可以通过氧化脱

17、羧形成乙酰CoACoA，然后乙酰CoACoA进入柠檬酸循环；2 2、在某些微生物中，丙酮酸可以转化为乙醇，这一过程称之酒精发酵；3 3、在某些环境条件下（如缺氧），它可以还原为乳酸。第35页/共119页1、丙酮酸乳酸（乳酸发酵）在无氧条件下，利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADHNADH，使NADHNADH重新氧化为NADNAD+，以确保反应的继续进行。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+乳酸可以通过血液进入肝、肾等组织内，重新转变成丙酮酸，再合成葡萄糖和肝糖元，或进入三羧酸循环氧化。第36页/共119页葡萄糖葡萄糖EMPCH2OHCH3乙醇乙醇 NADH+H+NAD+CO2乙醛乙醛

18、CHOCH3COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸2 2、丙酮酸 乙醇（酒精发酵）w酵母在无氧的条件下，将葡萄糖转变成乙醇，这是酿酒和发酵法生产乙醇的基本过程，称为生醇发酵。w酵母中含有多种酶系，其中丙酮酸脱羧酶(不存在于动物细胞中)催化丙酮酸脱羧产生乙醛，乙醛在醇脱氢酶催化下被NADHNADH还原成乙醇。丙酮酸脱羧酶醇脱氢酶第37页/共119页3 3、丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解（EPM）葡萄糖葡萄糖COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰乙酰CoACoA三羧酸循环 NAD+NADH+H+CO2CoASH 葡萄糖的有氧分解葡萄糖的有氧分解 丙酮酸脱氢酶系第38页/共119页

19、Section 2 糖的有氧氧化（aerobic oxidation)葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成COCO2 2和H H2 2O O，并释放出大量能量的过程称为葡萄糖的有氧氧化。第39页/共119页绝大多数组织细胞通过葡萄糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程在细胞 胞 液 和 线 粒 体(cytoplasm(cytoplasm and and mitochondrion)mitochondrion)内进行。一分子葡萄糖(glucose)(glucose)彻底氧化分解可产生30/3230/32分子ATPATP。第40页/共119页一、有氧氧化的反应过程葡萄糖的有氧氧化代谢途径可分为四个阶段

20、:糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、2ATP、2NADH）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA三羧酸循环（CO2、H2O、ATP、NADH）呼吸链氧化磷酸化（NADH-ATP）原核生物：阶段在胞质中真核生物：在胞质中，在线粒体中第41页/共119页（一）葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸：此阶段在细胞胞液(cytoplasm)(cytoplasm)中进行，一分子葡萄糖(glucose)(glucose)分解后净生成2 2分子丙酮酸(pyruvate)(pyruvate)，2 2分子ATPATP，和2 2分子（NADH+HNADH+H+）。两分子（NADH+HNADH+H+）在有氧条件下可进入线粒体(mitochon

21、drion)(mitochondrion)进行氧化磷酸化，共可得到21.521.5或者22.522.5分子ATPATP。故第一阶段可净生成5 5或7 7分子ATPATP。第42页/共119页（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoACoA：丙 酮 酸 进 入 线 粒 体(mitochondrion)(mitochondrion)，在 丙 酮 酸 脱 氢 酶 系(pyruvate(pyruvate dehydrogenase complex)dehydrogenase complex)的催化下氧化脱羧生成乙酰CoACoA(acetyl CoA)(acetyl CoA)。丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NAD

22、NAD+HSCoA+HSCoANADH+HNADH+H+CO+CO2 2*第43页/共119页一分子葡萄糖经糖酵解产生两分子丙酮酸(pyruvate)(pyruvate)，故可生成两分子乙酰CoACoA(acetyl(acetyl CoA)CoA)，两分子COCO2 2和两分子（NADH+HNADH+H+），可生成22.522.5分子ATPATP 。反应为不可逆；丙酮酸脱氢酶系(pyruvate(pyruvate dehydrogenase dehydrogenase complex)complex)是葡萄糖有氧氧化途径的关键酶之一。第44页/共119页1.1.丙酮酸脱氢酶系组成：由丙酮酸脱羧

23、酶（E E1 1），二氢硫辛酸乙酰基转移酶（E E2 2），二氢硫辛酸脱氢酶（E E3 3）三种酶单体构成。有六种辅助因子：TPPTPP，硫辛酸，NAD+NAD+，FADFAD，HSCoAHSCoA和MgMg2+2+。这些酶以非共价键结合在一起，碱性条件下，复合体解离成相应的亚单位，中性时重组为复合体。所有丙酮酸氧化脱羧的中间物均紧密结合在复合体上，活性中间物可以从一个酶活性位置转到另一个酶活性位置，多酶复合体有利于高效催化反应及调节酶在反应中的活性。第45页/共119页2 2、反应步骤（1）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP（2）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基氧化成乙酰基（3）E2将乙酰基转

24、给CoA，生成乙酰-CoA（4）E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸（5）E3还原NAD+生成NADH第46页/共119页NADNAD+H+H+丙酮酸脱羧酶E1FADFAD硫辛酸乙酰转移酶E2二氢硫辛酸脱氢酶E3COCO2 2乙酰硫辛酸二氢硫辛酸NADH+HNADH+H+TPPTPP硫辛酸硫辛酸CoASHCoASHNADNAD+CHCH3 3-C-SCoA-C-SCoAO O（1）丙酮酸脱羧形成羟乙基）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP（2）二氢硫辛）二氢硫辛酸乙酰转移酶酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基）使羟乙基氧化成乙酰基氧化成乙酰基（3）E2将乙酰将乙酰基转给基转给CoA，生，生成乙酰成乙酰-CoA（4

25、）E3氧化氧化E2上的还原型二氢上的还原型二氢硫辛酸硫辛酸（5）E3还原还原NAD+生成生成NADH第47页/共119页（三）三羧酸循环（tricarboxylic tricarboxylic acid cycleacid cycle）彻底氧化分解：三羧酸循环（柠檬酸循环或KrebsKrebs循环）是指在线粒体中，乙酰CoACoA首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，草酰乙酸再生,并释放出大量能量的循环反应过程。1 1 1 1、反应历程、反应历程三羧酸循环分为三个阶段第48页/共119页柠檬酸合酶柠檬酸合酶+*H H2 2O OHSCoAHSCoA顺乌头酸酶

26、顺乌头酸酶*第一阶段：柠檬酸生成第49页/共119页 乙酰乙酰CoACoA与草酰乙酸与草酰乙酸 缩合形成柠檬酸缩合形成柠檬酸柠檬酸合酶柠檬酸合酶草酰乙酸草酰乙酸CH3COSCoA乙酰辅酶乙酰辅酶A(acetyl CoA)柠檬酸柠檬酸(citrate)HSCoA关键酶TCA第一阶段第50页/共119页异柠檬酸(isocitrate)H2O 柠檬酸柠檬酸异构化生成异构化生成异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸(citrate)顺乌头酸顺乌头酸乌头酸酶乌头酸酶TCA第一阶段第51页/共119页-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系NADH+HNADH+H+CO+CO2 2*NADNAD+HSCoA+HSCoA琥

27、珀酰琥珀酰CoA合合成酶成酶GTPGTPGDP+PiGDP+PiCoA-SH,CoA-SH,第二阶段：氧化脱羧NADH+HNADH+H+CO+CO2 2NADNAD+CO2*异异柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶第52页/共119页CO2NAD+异柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸氧化脱羧氧化脱羧 生成生成-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸草酰琥珀酸NADH+H+异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶关键酶TCA第二阶段第53页/共119页2 -酮戊二酸酮戊二酸氧化脱羧氧化脱羧 生成生成琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A-酮戊二酸脱氢酶系HSCoA NAD+NADH+H+琥珀酰CoA(succinyl CoA)-酮戊二酸(-ketoglut

28、arate)关键酶TCA第二阶段CO2第54页/共119页 琥珀酰琥珀酰CoA转变为转变为琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酰CoA(succinyl CoA)GDP+PiGTPATPADP琥珀酸(succinate)HSCoATCA第二阶段第55页/共119页H H2 2O ONADNAD+NADH+HNADH+H+延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶琥琥珀珀酸酸脱脱氢氢酶酶FADHFADH2 2FADFAD第三阶段：草酰乙酸再生第56页/共119页FAD 琥珀酸琥珀酸氧化脱氢生成氧化脱氢生成延胡索酸延胡索酸琥珀酸(succinate)琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸(f

29、umarate)FADH2TCA第三阶段第57页/共119页 延胡索延胡索酸酸水化水化生成生成苹果苹果酸酸延胡索酸(fumarate)延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸(malate)H2OTCA第三阶段第58页/共119页 苹果酸苹果酸脱氢生成脱氢生成草酰乙草酰乙酸酸 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 草酰乙酸(oxaloacetate)苹果酸(malate)NAD+NADH+H+TCA第三阶段第59页/共119页 OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP 草酰乙酸草酰乙酸 再生阶段再生阶段 柠檬酸的生成柠檬酸的生成阶段阶段 氧化脱氧化脱 羧阶段羧阶段柠

30、檬酸异柠檬酸顺乌头酸 酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸苹果酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+三羧循环总观三羧循环总观第60页/共119页2.2.三羧酸循环的特点：循环反应在线粒体(mitochondrion)(mitochondrion)中进行，为不可逆反应。每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成1010分子ATP,ATP,故此阶段可生成210=20210=20分子ATPATP 。三羧酸循环中有两次脱羧反应，生成两分子COCO2 2。循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADHNADH和一分子FADHFADH2 2。第61页/共119页循环中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTPG

31、TP。三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶系。总反应式:CHCH3 3COSCoA COSCoA+3NAD+3NAD+FAD+GDP+Pi+FAD+GDP+Pi+2H+2H2 2O O 2CO 2CO2 2+CoASH+CoASH+3NADH 3NADH+3H+3H+FADHFADH2 2+GTPGTP第62页/共119页3.3.三羧酸循环的生理意义：提供能量：是糖、脂、蛋白质三大物质分解供能的共同通路。线粒体外的NADHNADH，可通过3-3-磷酸甘油穿梭和苹果酸穿梭机制，运到线粒体内，经呼吸链再氧化，这两种机制在不同组织的细胞中起作用。是糖、脂、蛋白质三大物质代

32、谢的枢纽一方面，TCATCA是糖、脂肪、氨基酸等彻底氧化分解的共同途径 另一方面，循环中生成的草酰乙酸、-酮戊二酸、柠檬酸、琥珀酰CoACoA和延胡索酸等又是合成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料。TCATCA是联系体内三大物质代谢的中心环节，为合成其它物质提供C C骨架。第63页/共119页二、葡萄糖有氧氧化生成的ATPATP反反 应应ATP段段酵解阶段酵解阶段两次耗能反应两次耗能反应-2两次生成两次生成ATP的反应的反应22一次脱氢一次脱氢(NADH+H+)21.5 或或22.5丙酮酸氧化丙酮酸氧化一次脱氢一次脱氢(NADH+H+)22.5三羧酸循环三羧酸循环三次脱氢三次脱氢(NADH+H+

33、)232.5一次脱氢一次脱氢(FADH2)21.5一次生成一次生成GTP(ATP)的反应的反应21净生成净生成30或或32第64页/共119页第65页/共119页三、有氧氧化的调节第一阶段：前述。第二阶段：丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系Pyruvate dehydrogenase complex乙酰乙酰CoA、ATPNADH+H+-+AMP、ADPNAD+第66页/共119页第三阶段：调节有氧氧化第三阶段代谢流量的关键酶主要是异柠檬酸脱氢酶。AMPAMP、ADPADP是其变构激活剂，ATPATP是其变构抑制剂。第67页/共119页Section 3 Section 3 磷酸戊糖途径(pentos

34、e(pentose phosphate pathway)phosphate pathway)磷酸戊糖途径是指从G-6-PG-6-P脱氢反应开始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解代谢途径的一条旁路代谢途径。第68页/共119页该旁路途径的起始物是G-6-PG-6-P，返回的代 谢 产 物 是 3-3-磷 酸 甘 油 醛(glyceraldehyde-3-phosphate)(glyceraldehyde-3-phosphate)和 6-6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate)(fructose-6-phosphate)，其重要的中间代谢产物是5-

35、5-磷酸核糖和NADPHNADPH。整个代谢途径在胞液(cytoplasm)(cytoplasm)中进行。关键酶是6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphate(glucose-6-phosphate dehydro-dehydro-genase)genase)。第69页/共119页全部代谢过程可分为两个阶段：1、氧化脱羧过程G-6-PG-6-P氧化分解生成5-5-磷酸核酮糖：2、非氧化分子重排过程戊糖磷酸酯的相互转变及C-CC-C键的裂解与形成 一、磷酸戊糖途径的反应过程第70页/共119页1、氧化脱羧阶段（6-磷酸葡萄糖的氧化）NADP+NADPH+H+H2O NADPH

36、+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖 脱酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶*第71页/共119页 2.5-2.5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程：5-5-磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生成3-3-磷酸甘油醛和6-6-磷酸果糖。在此阶段中，经由5-5-磷酸核酮糖异构可生成5-5-磷酸核糖。第72页/共119页2、非氧化分子重排阶段（戊糖磷酸酯的相、非氧化分子重排阶段（戊糖磷酸酯的相互转变及互转变及C-C键的裂解与形成）键的裂解与形成）H2OPi6 5-磷酸核酮糖2 5-磷酸核糖2 5-磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛2 7-磷酸景天庚酮糖2

37、 4-磷酸赤藓丁糖2 6-磷酸果糖2 5-磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛2 6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖1 6-磷酸果糖转醛酶异构酶转酮酶转酮酶醛缩酶戊糖磷戊糖磷酸酯的酸酯的相互转相互转变变C-C键的键的裂解裂解与形与形成成第73页/共119页磷酸戊糖途径(pentose(pentose phosphate phosphate pathway)pathway)的总反应式：6G-6-P+12NADP+7H2O 5G-6-P+6CO2+12NADPH+12H+H H3 3POPO4 4即六分子G-6-PG-6-P可生成6 6分子COCO2 2，4 4分子F-6-PF-6-P，2 2分子3-3-磷酸

38、甘油醛和1212分子NADPHNADPH。第74页/共119页二、磷酸戊糖途径的生理意义1.1.是体内生成NADPHNADPH的主要代谢途径：NADPHNADPH在体内可用于：作为供氢体，参与体内的合成代谢：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。参与羟化反应：作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化。第75页/共119页 使氧化型谷胱甘肽还原。维持巯基酶的活性。维持红细胞膜的完整性：由于6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶遗传性缺陷可导致蚕豆病，表现为溶血性贫血。第76页/共119页2.2.是体内生成5-5-磷酸核糖的唯一代谢途径：体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或脱氧核糖均以5-5-磷酸核糖的形式提供，这是

39、体内唯一的一条能生成5-5-磷酸核糖的代谢途径。磷酸戊糖途径是体内糖代谢与核苷酸及核酸代谢的交汇途径。第77页/共119页Section 4 Section 4 糖原的合成与分解糖原（glycogen)glycogen)是由许多葡萄糖分子聚合而成的带有分支的高分子多糖类化合物。糖原分子的直链部分借-1,4-1,4-糖苷键而将葡萄糖残基连接起来，其支链部分则是借-1,6-1,6-糖苷键而形成分支。第78页/共119页-1,4-糖苷键糖苷键-1,6-糖苷键糖苷键非还原性末端还原性末端第79页/共119页糖原是一种无还原性的多糖。糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添加或去除，均在其非还原端进行。糖原的

40、合成与分解代谢主要发生在肝、肾和肌肉组织细胞的胞液中。第80页/共119页一、糖原的合成代谢（一）反应过程：糖原合成的反应过程可分为三个阶段：1 1活化：由葡萄糖生成UDPG(uridine diphosphate glucose)UDPG(uridine diphosphate glucose)，是一耗能过程。磷酸化：G+ATP G-6-P+ADP 己糖激酶己糖激酶(葡萄糖激酶葡萄糖激酶)第81页/共119页异构：G-6-PG-6-P转变为G-1-PG-1-P：G-6-PG-1-P转形：G-1-PG-1-P转变为尿苷二磷酸葡萄糖（UDPGUDPG）：G-1-P+UTPUDPG+PPiUDPG

41、焦磷酸化酶焦磷酸化酶磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶第82页/共119页UDPG是糖基转移的活泼形式+PPi1-磷酸葡萄糖UTPUDPG第83页/共119页UDPGUDP糖原（n个G分子）糖原（n+1）2缩合：糖原合成酶催化糖原的合成UDPG+(G)n (G)n+1+UDP糖原合酶糖原合酶*第84页/共119页3 3糖原分支的产生当直链长度达1212个葡萄糖残基以上时，在分支酶(branching(branching enzyme)enzyme)的催化下，将距末端6 67 7个葡萄糖残基组成的寡糖链由-1,4-1,4-糖苷键转变为-1,6-1,6-糖苷键，使糖原出现分支。第85页/共119页-

42、1,4-1,4-1,6-1,6第86页/共119页（二）糖原合成的特点：1 1必须以原有糖原分子作为引物；2 2合成反应在糖原的非还原端进行；3 3合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗2 2个高能磷酸键（2 2分子ATPATP）；4 4其关键酶是糖原合酶(glycogen synthase)(glycogen synthase)，为一共价修饰酶；5 5需UTPUTP参与（以UDPUDP为载体）。第87页/共119页二、糖原的分解代谢（一）反应过程：糖原的分解代谢可分为三个阶段：1 1水解：包括三步反应，循环交替进行。磷酸解：由糖原磷酸化酶(glycogen(glycogen phos

43、phorylase)phosphorylase)催化对-1,4-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-PG-1-P。(G)n+Pi(G)n-1+G-1-P糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶*第88页/共119页糖原磷酸化酶的作用位点及产物G-1-P磷酸化酶 a非还原性末端磷酸+断键部位第89页/共119页 转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个葡萄糖残基时，由葡聚糖转移酶催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链的非还原端，使分支点暴露。脱支：由-1,6-1,6-葡萄糖苷酶催化。将-1,6-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。(G)n+H2O(G)n-1+G-1,6-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶第90页/共11

44、9页第91页/共119页2 2异构：G-1-PG-6-P3 3脱磷酸：由葡萄糖-6-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase)(glucose-6-phosphatase)催化，生成自由葡萄糖。该酶只存在于肝及肾中。G-6-P+H2OG+Pi磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶第92页/共119页（二）糖原分解的特点：1 1水解反应在糖原的非还原端进行；2 2是一非耗能过程；3 3 关 键 酶 是 糖 原 磷 酸 化 酶(glycogen(glycogen phosphorylase)phosphorylase)，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。第9

45、3页/共119页糖原磷酸解的步骤非还原端糖原核心磷酸化酶a转移酶（糖原脱枝酶）脱枝酶（糖原脱枝酶）（释放1个葡萄糖）G-1-PG G-6-PG第94页/共119页三、糖原合成与分解的调节 糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其限速酶分别为磷酸化酶和糖原合成酶。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调节及变构效应的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。糖原合成酶 a (有活性)糖原磷酸化酶 b (无活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶 b (无活性)糖原磷酸化酶 a (有活性)PP第95页/共119页激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图

46、 ATP cAMP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜cR蛋白激酶 （无活性）c+RcAMP蛋白激酶（有活性）受体环化酶激素G蛋白非磷酸化蛋白激酶ATP ADP磷酸化蛋白激酶第96页/共119页cAMP激活蛋白激酶的作用机理第97页/共119页激素对肝糖原合激素对肝糖原合成与分解的调控成与分解的调控意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极极高。高。肾上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAM

47、P3、蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（无活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶 b（无活性）磷酸化酶 a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液肾上腺素或胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖ATP ADPATP ADP456第98页/共119页三、糖原合成与分解的调节第99页/共119页四、糖原合成与分解的生理意义1 1贮存能量。2 2调节血糖浓度。3 3利用乳酸：肝中可经糖异生途径利用糖无氧酵解产生的乳酸来合成糖原。这就是肝糖原合成的三碳途径或间接途径。第100页/共119页Section 5 Section 5 糖 异 生由非糖物质转变为

48、葡萄糖或糖原的过程称为糖异生(gluconeogenesis)(gluconeogenesis)。糖异生代谢途径主要存在于肝及肾中。第101页/共119页糖异生的关键反应 糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮2 磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2 草酰乙酸PEP羧激酶第102页/共119页一、糖异生途径糖异生主要沿酵解途径逆行，仅有三步反应为不可逆反应，故需经其他的代谢反应绕行。1 1G-6-P G G-6-P G：由葡萄糖-6-6-磷酸酶催化进行水解。该酶

49、不存在于肌肉组织中，故肌肉组织不能生成自由葡萄糖。G-6-P+H2OG+Pi葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶*第103页/共119页糖异生途径关键反应之一+H2O+Pi6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖第104页/共119页2F-1,6-BPF-6-P：F-1,6-BP+H2OF-6-P+Pi果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-1*第105页/共119页糖异生途径关键反应之二二磷酸果糖磷酸酯酶+H2O+Pi1,6-二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖POH2COHOOHHHH第106页/共119页 丙酮酸草酰乙酸：丙酮酸 +ATP+C+ATP+C2 2O

50、 O 草酰乙酸 +ADP+Pi+ADP+Pi草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)(PEP)：草酰乙酸 +GTP+GTPPEP+GDP+CPEP+GDP+C2 2O O丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(生物素生物素)*磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶*3 3丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸：经由丙酮酸羧化支路完成。第107页/共119页糖异生途径关键反应之三PEP羧激酶ATP+H2O ADP+Pi丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸（PEP）GTPGDP丙酮酸草酰乙酸CO2CO2第108页/共119页丙酮酸丙酮酸PEP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸胞液胞液线粒体线粒体乙酰