第八章糖代謝

第八章糖代謝 本章簡介 本章習(xí)題 要點(diǎn)回顧 掌握內(nèi)容講授 第八章糖代謝 本章主要介紹生物體內(nèi)糖的新陳代謝 分解代謝和合成代謝 伴隨物質(zhì)代謝進(jìn)行能量代謝 重點(diǎn)掌握糖的主要分解代謝途徑 糖酵解 三羧酸循環(huán) 葡糖異生作用 糖原的降解與生物合成 糖代謝中的調(diào)節(jié)酶 理解戊糖磷酸途徑 乙醛酸循環(huán) 第八章糖代謝 一 糖代謝總論二 糖的分解代謝 1 糖酵解作用 2 丙酮酸去路 3 檸檬酸循環(huán) 4 戊糖磷酸途徑 5 葡糖異生作用 6 乙醛酸途徑 三 葡聚糖 糖原 淀粉 的代謝 1 糖原的降解 2 糖原的生物合成 3 淀粉的水解 4 淀粉的生物合成 新陳代謝的概念 生物體與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和能量交換的全過程 新陳代謝 合成代謝 同化作用 分解代謝 異化作用 生物小分子合成為生物大分子 需要能量 釋放能量 生物大分子分解為生物小分子 能量代謝 物質(zhì)代謝 一 糖代謝總論 糖代謝包括分解代謝和合成代謝 動(dòng)物和大多數(shù)微生物所需的能量 主要是由糖的分解代謝提供的 另方面 糖分解的中間產(chǎn)物 又為生物體合成其它類型的生物分子 如氨基酸 核苷酸和脂肪酸等 提供碳源或碳鏈骨架植物和某些藻類能夠利用太陽能 將二氧化碳和水合成糖類化合物 即光合作用 光合作用將太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能 主要是糖類化合物 是自然界規(guī)模最大的一種能量轉(zhuǎn)換過程 糖酵解作用 無氧降解 糖酵解概念與反應(yīng)過程 糖酵解作用的調(diào)控 EMP的能量計(jì)算與意義 二 糖的分解代謝 糖代謝為生物體提供重要的碳源和能源 糖的分解代謝是生物體的取能方式 實(shí)質(zhì)上是糖的氧化作用 糖的分解代謝 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 有氧或無氧 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 糖酵解途徑 檸檬酸 三羧酸循環(huán) 有氧或無氧 有氧 無氧 胞液 線粒體 CO2 H2O ATP 糖酵解作用 glycolysis EmbdenMeyerhofParnasEMP 概念與反應(yīng)過程 一 概念 在無氧的條件下 葡萄糖或糖原分解成丙酮酸 并釋放少量能量的過程稱為糖的無氧分解 這一過程與酵母菌使糖發(fā)酵的過程相似 又稱為糖酵解 簡稱EMP途徑 二 反應(yīng)部位 細(xì)胞液 胞漿 三 EMP途徑的生化歷程 2個(gè)階段 EMP途徑的2個(gè)階段 丙酮酸 葡萄糖 耗能階段 產(chǎn)能階段 己糖激酶 葡萄糖G葡萄糖 6 磷酸G 6 P ATP ATP ATP ADP ADP P P 1 1葡萄糖磷酸化 1 己糖磷酸酯的生成 G F 1 6 2P 2 磷酸丙糖的生成 F 1 6 2P 2GAP 耗能階段 1 己糖磷酸酯的生成 G F 1 6 2P 己糖激酶是EMP途徑中第一個(gè)調(diào)節(jié)酶 催化第一個(gè)ATP磷酸化反應(yīng)基本上是不可逆的 這就保證了進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的G可立即被轉(zhuǎn)化為磷酸化形式 不但活化了G分子 還保證了G分子一旦進(jìn)入細(xì)胞就有效地被捕獲 不會再透出胞外 己糖激酶與葡萄糖結(jié)合的誘導(dǎo)契合作用 Theconformationofhexokinasechangesmarkedlyonbindingglucose showninred Thetwolobesoftheenzymecometogetherandsurroundthesubstrate p69 1 2己糖磷酸異構(gòu)化G 6 PF 6 P 己糖磷酸異構(gòu)酶 磷酸葡萄糖異構(gòu)酶 有絕對的底物專一性和立體專一性 P 1 31 6 二磷酸果糖的生成 ATP ATP ADP P 果糖磷酸激酶PFK是EMP中第二個(gè)調(diào)節(jié)酶 并且是最關(guān)鍵的限速酶 糖酵解速度決定于此酶的活性 催化此途徑中的第二個(gè)ATP磷酸化反應(yīng) 反應(yīng)不可逆 PFK是一種別 變構(gòu)酶 ATP結(jié)合到此酶的調(diào)控部位 降低該酶對F 6 P的親和力 ATP對該酶的變構(gòu)抑制效應(yīng)可被AMP解除 因此 ATP AMP的比例關(guān)系對此酶有明顯的調(diào)節(jié)作用PFK活性受H 的影響 當(dāng)pH下降時(shí)H 對該酶有抑制作用 可以阻止整個(gè)糖酵解途徑的繼續(xù)進(jìn)行 從而防止乳酸的繼續(xù)形成 可防止血液pH的下降 有利于避免酸中毒 磷酸果糖激酶 己糖激酶 磷酸己糖異構(gòu)酶 葡萄糖 果糖 6 磷酸 葡萄糖 6 磷酸 果糖 1 6 二磷酸 ATP ADP ATP 磷酸化酶 糖原 葡萄糖 1 磷酸 磷酸果糖變位酶 ADP 果糖 1 6 二磷酸 磷酸二羥丙酮 3 磷酸甘油醛 磷酸丙糖的生成 F 1 6 2P 2GAP DHAP GAP 2 1果糖 1 6 二磷酸的裂解 2 2丙糖磷酸的同分異構(gòu)化 相當(dāng)于果糖 1 6 二磷酸裂解為兩分子的甘油醛 3 磷酸 丙糖磷酸異構(gòu)酶的催化反應(yīng)是極其迅速的 只要酶與底物分子一旦相互碰撞 反應(yīng)就即刻完成 因此任何加速丙糖磷酸異構(gòu)酶催化效率的措施都不能再提高它的反應(yīng)速度 又由于DHAP和GAP互變異構(gòu)極其迅速 因此這兩種物質(zhì)總是維持在反應(yīng)的平衡狀態(tài) 在正常進(jìn)行的酶解系統(tǒng)里 易向生成GAP的方向轉(zhuǎn)移 只有轉(zhuǎn)變成GAP才能進(jìn)入糖酵解途徑 GAP的氧化是EMP中唯一一次遇到的氧化作用 GAP的醛基氧化為羧基時(shí) 同時(shí)進(jìn)行脫氫和磷酸化作用 并引起分子內(nèi)部能量重新分配 生成高能磷酸化合物1 3 BPG 脫下的氫為NAD 接受 甘油醛 3 磷酸脫氫酶的作用是負(fù)協(xié)同效應(yīng) 3 13 磷酸甘油醛氧化為1 3 二磷酸甘油酸 P NAD Pi NADH H 3 磷酸甘油醛 1 3 二磷酸甘油酸 產(chǎn)能階段 1 3 BPG GAP 丙酮酸的生成 2GAP 2Pyr 甘油醛 3 磷酸脫氫酶GAPDH具有4個(gè)亞基可以和4個(gè)NAD 結(jié)合 但結(jié)合常數(shù)不一樣 結(jié)合NAD 后會引起酶構(gòu)象變化 酶結(jié)合了2個(gè)NAD 后再要結(jié)合第3 4個(gè)NAD 就不容易了 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)此酶只能結(jié)合2個(gè)NAD 即此酶只有一半位點(diǎn)能與NAD 結(jié)合并起反應(yīng) 半位反應(yīng)性 砷酸鹽破壞甘油醛 3 磷酸脫氫酶催化產(chǎn)物1 3 二磷酸甘油酸的形成 砷酸鹽代替磷酸與GAP結(jié)合并氧化 所得1 砷酸 3 磷酸甘油酸化合物不穩(wěn)定 迅速水解生成3 磷酸甘油酸在砷酸鹽存在下 雖然酵解過程照樣進(jìn)行 但是卻沒有形成高能磷酸鍵 由甘油醛 3 磷酸氧化釋放的能量未能與磷酸化偶聯(lián) 因此 砷酸鹽起著解偶聯(lián)的作用 即解除了氧化和磷酸化的偶聯(lián)作用 3 2高能磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移 ADP ATP ATP 高能磷酸化合物1 3 BPG在磷酸甘油酸激酶作用下 通過底物水平磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP 因?yàn)槊?mol己糖代謝后生成2mol丙糖 所以在這個(gè)反應(yīng)及隨后的放能反應(yīng)中有2倍ATP產(chǎn)生 1 3 BPG 3 PG 3 33 磷酸甘油酸異構(gòu)為2 磷酸甘油酸 3 PG 2 PG 3 4磷酸烯醇式丙酮酸的生成 PEP 2 PG 烯醇化酶催化2 PG在第二和第三碳原子上脫下一分子水 在脫水的化學(xué)反應(yīng)中 2 PG分子內(nèi)部的能量重新分配 產(chǎn)生了高能磷酸化合物 烯醇丙酮酸磷酸 PEP 烯醇化酶在與底物結(jié)合前 要先與2價(jià)陽離子如Mg2 或Mn2 結(jié)合形成一個(gè)復(fù)合物 才有活性 氟化物是此酶的強(qiáng)烈抑制劑 因?yàn)榉c鎂和無機(jī)磷酸形成復(fù)合物 取代天然情況下酶分子上鎂離子的位置 從而使酶失活 3 5丙酮酸的生成 ADP ATP ATP 在丙酮酸激酶催化下 將PEP的C2上的磷?；鶊F(tuán)轉(zhuǎn)移到ADP上形成ATP 底物水平磷酸化 且此反應(yīng)是不可逆反應(yīng) 丙酮酸激酶是EMP途徑中的第三個(gè)調(diào)節(jié)酶 丙酮酸激酶的催化活性需要2價(jià)陽離子參與 如鎂離子 錳離子等 ATP 長鏈脂肪酸 乙酰 CoA等都對該酶有抑制作用 而果糖 1 6 二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸對該酶有激活作用 自發(fā)反應(yīng) 烯醇丙酮酸極不穩(wěn)定 很容易自動(dòng)變?yōu)楸容^穩(wěn)定的丙酮酸 且不需酶催化 Pyr 糖代謝障礙 丙酮酸激酶 PK 缺乏病PK缺乏時(shí) ATP生成減少 ATP缺乏是PK缺乏癥導(dǎo)致溶血的主要因素 因?yàn)锳TP缺乏時(shí) 引起紅細(xì)胞內(nèi)K 和水丟失 紅細(xì)胞皺縮變形破壞 導(dǎo)致溶血性貧血發(fā)生 糖代謝障礙 丙酮酸激酶 PK 缺乏病是發(fā)生頻率僅次于G 6 PD缺乏癥 蠶豆病 的一種紅細(xì)胞酶病 現(xiàn)已證實(shí)PK缺乏癥是由PK基因異常所致 主要是PK基因點(diǎn)突變 小部分患者表現(xiàn)為缺失或插入 2ATP 2ATP 3 磷酸甘油醛 1 3 二磷酸甘油酸 3 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 烯醇式丙酮酸 丙酮酸激酶 丙酮酸激酶 2ADP 烯醇化酶 磷酸甘油酸變位酶 磷酸甘油酸激酶 磷酸甘油酸脫氫酶 NAD Pi NADH H 2ATP 2ADP 2ATP 糖酵解 EMP 的調(diào)控EMP途徑中反應(yīng)速度主要受過程中催化不可逆反應(yīng)的3種酶活性的調(diào)控 果糖磷酸激酶是最關(guān)鍵的限速酶 果糖 6 磷酸果糖 1 6 二磷酸 己糖 葡糖激酶活性的調(diào)控 葡萄糖葡萄糖 6 磷酸 丙酮酸激酶活性的調(diào)控 烯醇丙酮酸磷酸丙酮酸 糖酵解的能量計(jì)算 總反應(yīng)式 G 2NAD 2ADP 2Pi 2丙酮酸 2NADH 2H 2ATP 2H2O整個(gè)過程無氧參加 三個(gè)調(diào)速酶 一次脫氫 輔酶為NAD 生成NADH H 從葡萄糖開始凈生成2分子ATP從糖原開始凈生成3分子ATP EMP途徑中能量計(jì)算 見p80表22 1 1mol葡萄糖 糖原經(jīng)無氧酵解成2mol丙酮酸 產(chǎn)生 molATP 糖酵解途徑的意義 糖酵解生成的Pyr在氧供應(yīng)不足時(shí)主要轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗?由乳酸脫氫酶 同工酶 催化 有時(shí)可轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖?糖酵解途徑最主要生理意義在于迅速提供能量 對高原環(huán)境 肌肉收縮更為重要 肌肉收縮與糖酵解供能 肌肉內(nèi)ATP含量很低 結(jié)論 糖酵解為肌肉收縮迅速提供能量 肌肉中磷酸肌酸儲存的能量可供肌肉收縮所急需的化學(xué)能 即使氧不缺乏 葡萄糖進(jìn)行有氧氧化的過程比糖酵解長得多 來不及滿足需要 背景 劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí) 肌肉局部血流不足 處于相對缺氧狀態(tài) 初到高原與糖酵解供能 人初到高原 高原大氣壓低 易缺氧 機(jī)體加強(qiáng)糖酵解以適應(yīng)高原缺氧環(huán)境 海拔5000米 背景 結(jié)論 某些組織細(xì)胞與糖酵解供能 代謝極為活躍 即使不缺氧 也常由糖酵解提供部分能量 成熟紅細(xì)胞 視網(wǎng)膜 神經(jīng) 白細(xì)胞 骨髓 腫瘤細(xì)胞等 無線粒體 無法通過氧化磷酸化獲得能量 只能通過糖酵解獲得能量 某些病理狀態(tài)與糖酵解供能 某些病理情況下機(jī)體主要通過糖酵解獲得能量 嚴(yán)重貧血大量失血呼吸障礙肺及心血管等疾病 丙酮酸的去路 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 有氧或無氧 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 糖酵解途徑 檸檬酸 三羧酸循環(huán) 有氧或無氧 有氧 無氧 胞液 線粒體 CO2 H2O ATP 生成乳酸 NADH H 乳酸脫氫酶 NAD Pyr Lac 在前面反應(yīng)的甘油醛 3 磷酸脫氫時(shí) NAD 被還原成NADH H 在此反應(yīng)中 NADH H 重新被氧化 以保證輔酶的周轉(zhuǎn) 即在無氧條件下 NAD 的再生是由乳酸脫氫酶催化丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸的反應(yīng)來完成的 糖的無氧降解及厭氧發(fā)酵總圖 生成乙醇 丙酮酸脫羧酶 CO2 NADH H 乙醇脫氫酶 NAD 丙酮酸的氧化脫羧 乙酰CoA的生成 糖酵解生成的Pyr可穿過線粒體膜進(jìn)入線粒體基質(zhì) 在丙酮酸脫氫酶系催化下 生成乙酰輔酶A 細(xì)胞呼吸最早釋放的CO2 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 位于線粒體內(nèi)膜上 原核細(xì)胞則在胞液中 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體包括3種酶和6種輔因子 E coli丙酮酸脫氫酶系 復(fù)合體 分子量 4 5 106 直徑45nm 比核糖體稍大 酶輔酶每個(gè)復(fù)合物亞基數(shù)丙酮酸脫氫酶 E1 TPP24二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶 E2 硫辛酸 CoA24二氫硫辛酸脫氫酶 E3 FAD NAD 12此外 還需要Mg2 作為輔因子 丙酮酸脫氫酶 二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶 二氫硫辛酸脫氫酶 丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的活性調(diào)節(jié) 1 產(chǎn)物抑制 丙酮酸氧化脫羧的二個(gè)產(chǎn)物乙酰CoA 抑制E2 和NADH 抑制E3 都作為底物的競爭性抑制劑 競爭抑制丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的活性 2 核苷酸的反饋調(diào)節(jié) 丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的活性受細(xì)胞的能量負(fù)荷 能荷 控制 一般來說高的能荷抑制產(chǎn)生ATP的途徑 ATP水平高時(shí)丙酮酸脫氫酶復(fù)合物活性 丙酮酸氧化脫羧減慢 特別是E1 丙酮酸脫氫酶 受GTP抑制 被AMP活化 3 可逆磷酸化作用的共價(jià)調(diào)節(jié) 細(xì)胞內(nèi) 的比值增高時(shí) 激活了激酶 丙酮酸脫氫酶活性 丙酮酸氧化脫羧 而丙酮酸抑制了激酶 使丙酮酸脫氫酶活性 丙酮酸氧化脫羧 Ca2 激活磷酸酶使丙酮酸脫氫酶脫磷酸而活化 糖的無氧氧化與有氧氧化的關(guān)系 線粒體基質(zhì) 細(xì)胞液 檸檬酸循環(huán) 有氧氧化 TCA概念與反應(yīng)過程 TCA作用特點(diǎn) 意義與調(diào)控 TCA作用的能量計(jì)算 檸檬酸 三羧酸循環(huán) 反應(yīng)從乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合成含有三個(gè)羧基的檸檬酸開始 所以稱為檸檬酸循環(huán) 又稱為TCA循環(huán)或Krebs循環(huán) OCH3 C SCoA CoASH CO2 CO2 草酰乙酸再生階段 檸檬酸的生成階段 氧化脫羧階段 檸檬酸 異檸檬酸 順烏頭酸 酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 蘋果酸 草酰乙酸 NAD NAD FAD NAD 檸檬酸 三羧酸循環(huán)TCA TCA第一階段 檸檬酸生成 草酰乙酸 檸檬酸合酶 烏頭酸酶 CH3 C SCoA O O C COOH CH2COOH 檸檬酸合成酶 HO C COOH CH2COOH CH2COOH HSCoA H2O 檸檬酸合酶 乙酰CoA 草酰乙酸 檸檬酸 HSCoA 1 縮合反應(yīng) H2O 檸檬酸合酶是TCA的第一個(gè)調(diào)節(jié)酶 其活性受ATP NADH 琥珀酰CoA的抑制 草酰乙酸和乙酰CoA的濃度較高時(shí) 可激活該酶的活性 氟乙酸 氟乙酰CoA 草酰乙酸 氟檸檬酸 殺蟲劑 乙酰CoA和草酰乙酸縮合然后再水解成一分子檸檬酸 2 檸檬酸異構(gòu)化為異檸檬酸 HO C COOH CHCOOH CH2COOH H C COOH CHCOOH CHCOOH CHCOOH CH2COOH CH2COOH HO H2O H2O 烏頭酸酶 烏頭酸酶 HO H H2O HO H H2O 檸檬酸 順烏頭酸 異檸檬酸 TCA第二階段 氧化脫羧 HO H 3 異檸檬酸氧化生成 酮戊二酸 CHCOOH CHCOOH CH2COOH CCOOH CHCOOH CH2COOH HO 異檸檬酸 H O CH2 CHCOOH CH2COOH O H COO NAD NADH H 異檸檬酸脫氫酶 CO2 CO2 草酰琥珀酸 酮戊二酸 異檸檬酸脫氫酶是第二個(gè)調(diào)節(jié)酶 這是三羧酸循環(huán)的第一次氧化脫羧反應(yīng) 產(chǎn)生NADH和CO2 此次反應(yīng)是TCA的一分界點(diǎn) 在此之前都是三羧酸的轉(zhuǎn)化 在此之后則是二羧酸的轉(zhuǎn)化 異檸檬酸脫氫酶 異檸檬酸脫氫酶 4 酮戊二酸氧化脫羧反應(yīng) CH2 CCOOH CH2COOH O 酮戊二酸 CH2 CH2 COOH HSCoA CO SCoA 琥珀酰CoA NAD NADH H CO2 酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 COO CO2 H H 酮戊二酸氧化脫羧酶反應(yīng)機(jī)制與丙酮酸氧化脫羧相同 組成類似 含三個(gè)酶及六個(gè)輔助因子 酮戊二酸脫羧酶二氫硫辛酸轉(zhuǎn)琥珀?；付淞蛐了崦摎涿?輔酶A FAD NAD 鎂離子 硫辛酸 TPP 三個(gè)酶 六個(gè)輔助因子 酮戊二酸脫氫酶 復(fù)合體 系是TCA途徑中的第三個(gè)調(diào)節(jié)酶 需TPP 硫辛酸 FAD Mg2 參加 與丙酮酸脫氫酶系相似 此反應(yīng)不可逆 氧化釋放的能量既可驅(qū)使NAD 還原 又可產(chǎn)生高能化合物琥珀酰輔酶A 是TCA途徑中的第二次氧化脫羧 又產(chǎn)生NADH和CO2 酮戊二酸的前后各脫下一分子CO2 5 琥珀酸的生成 CH2 CH2 COOH CO SCoA 琥珀酰CoA GDP Pi GTP CoASH CH2COOH CH2COOH 琥珀酸 琥珀酰CoA合成酶 GTP 琥珀酰CoA在琥珀酰CoA合成酶催化下 轉(zhuǎn)移其硫酯鍵至GDP生成GTP 需Mg2 所以此反應(yīng)是TCA途徑中唯一直接產(chǎn)生ATP的反應(yīng) 底物水平磷酸化 哺乳動(dòng)物生成GTP而植物微生物直接生成ATP TCA第三階段 草酰乙酸再生 草酰乙酸 琥珀酸脫氫酶 延胡索酸酶 蘋果酸脫氫酶 H H 6 延胡索酸的生成 CHCOOH CHCOOH 琥珀酸 FAD CHCOOH CHCOOH H H FADH2 H2 延胡索酸 琥珀酸脫氫酶 是TCA途徑中的第三次氧化 產(chǎn)生FADH2 丙二酸是琥珀酸脫氫酶的強(qiáng)抑制劑 HO H H2O 7 蘋果酸的生成 CHCOOH CHCOOH 延胡索酸 H2O CHCOOH CHCOOH 延胡索酸酶 蘋果酸 這是一個(gè)加水反應(yīng) 該酶具有嚴(yán)格的立體專一性 只產(chǎn)生L 蘋果酸 8 草酰乙酸的再生 CHCOOH CCOOH 蘋果酸 O C COOH CH2COOH 草酰乙酸 NAD NADH H H 蘋果酸脫氫酶 此反應(yīng)是TCA途徑中的第四次氧化 產(chǎn)生NADH和H 至此 又重新生成了草酰乙酸 因此 TCA循環(huán)完成一周 琥珀酰CoA CO2 三羧酸循環(huán) ATP TCA的總反應(yīng)式 CH3COSCoA 2H2O 3NAD FAD ADP Pi 2CO2 3NADH 3H FADH2 CoASH ATP TCA的特點(diǎn) TCA一周 消耗一分子乙酰CoA 2C化合物 其中的三羧酸 二羧酸并不因參加循環(huán)而有所增減 因此 在理論上 這些羧酸只要微量 就可不息地循環(huán) 促使乙酰CoA氧化 但實(shí)際上需要不斷補(bǔ)充 TCA的多個(gè)反應(yīng)是可逆的 但由于檸檬酸的合成及 酮戊二酸的氧化脫羧是不可逆的 故此循環(huán)是單方向進(jìn)行的 在細(xì)胞的線粒體內(nèi)進(jìn)行 TCA中有1次底物磷酸化產(chǎn)生ATP TCA的特點(diǎn) TCA的雙重作用 分解代謝和合成代謝 p110 丙酮酸所含的3個(gè)C被氧化成3CO2 第一個(gè)CO2是在形成乙酰CoA時(shí)產(chǎn)生的 第2個(gè)CO2是在生成 酮戊二酸時(shí)產(chǎn)生的 第3個(gè)CO2是在生成琥珀酰CoA時(shí)產(chǎn)生的 但第2及第3個(gè)CO2的碳原子來自于草酰乙酸而不是乙酰CoA 丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA時(shí)產(chǎn)生1次NADH和H TCA中產(chǎn)生3次NADH和H 和1次FADH2 它們分別經(jīng)呼吸鏈交給氧而生成水同時(shí)產(chǎn)生ATP 三羧酸循環(huán)的生理意義 1 氧化供能 線粒體內(nèi) 外NADH FADH2 2 為生物合成提供了中間物 是三大營養(yǎng)素相互轉(zhuǎn)變的聯(lián)系樞紐 TCA不僅是糖代謝的重要途徑 而且也是脂類化合物和蛋白質(zhì)最終氧化成CO2和H2O重要途徑 是三大營養(yǎng)素分解的最終代謝通路 3 TCA也是CO2的重要來源之一 三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)酶及其調(diào)節(jié) 酶的名稱檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶 酮戊二酸脫氫酶系 變構(gòu)激活劑乙酰CoAADPAMP 變構(gòu)抑制劑ATPNADHATP NADH 琥珀酰CoA 酮戊二酸 草酰乙酸 延胡索酸 檸檬酸 琥珀酰CoA TyrGlnHisPro Glu IleMetSerThrVal PheTyr 葡萄糖磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸 乙酰CoA AsnAsp 脂肪酸 酮體 三羧酸循環(huán) 糖類 蛋白質(zhì) 脂類通過TCA的聯(lián)系示意圖 檸檬酸 異檸檬酸 順烏頭酸 酮戊二酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 蘋果酸 草酰乙酸 乙酰CoA H2O SHCoA H2O H2O NADH H CO2 GDP Pi GTP 琥珀酸 NADH H CO2 SHCoA SHCoA FADH2 H2O NADH H 三羧酸循環(huán) 三羧酸循環(huán)特點(diǎn) 能量 一次底物水平磷酸化二次脫羧三個(gè)調(diào)節(jié)限速酶 不可逆反應(yīng)四次氧化脫氫 12341mol乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)徹底氧化凈生成10molATP 能量 現(xiàn)金 1GTP能量 支票 3NADH1FADH2 兌換率1 2 5 7 5ATP 兌換率1 1 5 1 5ATP 1ATP 10ATP 三羧酸循環(huán)的能量計(jì)量 葡萄糖徹底氧化生成ATP的數(shù)目 p142表24 5 葡萄糖的有氧氧化包括四個(gè)階段 糖酵解產(chǎn)生丙酮酸 2丙酮酸 2ATP 2NADH 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA NADH 三羧酸循環(huán) CO2 H2O GTP NADH FADH2 呼吸鏈氧化磷酸化 NADH FADH2 ATP 原核生物 階段在胞質(zhì)中真核生物 在胞質(zhì)中 在線粒體中 葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的ATP 總計(jì) 32ATP或30ATP 糖有氧分解的能量變化 C6H12O6 6H2O 10NAD 2FAD 4ADP 4Pi 6CO2 10NADH 10H 2FADH2 4ATP 1molG CO2 H2O產(chǎn)生 molATP 32 30mol 1mol G n CO2 H2O產(chǎn)生 molATP 33 31mol 戊糖磷酸途徑 糖代謝的第2條重要途徑 戊糖磷酸途徑的概念 戊糖磷酸途徑的反應(yīng)過程 戊糖磷酸途徑特點(diǎn)與生物學(xué)意義 戊糖磷酸途徑 PPP 己糖單磷酸途徑 HMP 概念 從葡萄糖 6 磷酸開始 不經(jīng)糖酵解和檸檬酸循環(huán) 直接將其脫氫脫羧分解為磷酸戊糖 磷酸戊糖分子再經(jīng)重排最終又生成6 磷酸葡萄糖的過程 簡稱HMP途徑 由于此途徑是以葡糖 6 磷酸 G 6 P 開始的 故又稱為己糖磷酸途徑 作用部位在細(xì)胞質(zhì) 可分為兩個(gè)階段第一階段氧化階段 由葡萄糖 6 磷酸直接脫氫脫羧生成磷酸戊糖 第二階段非氧化階段 磷酸戊糖分子再經(jīng)重排最終又生成葡萄糖 6 磷酸 戊糖磷酸途徑反應(yīng)過程 磷酸戊糖途徑的兩個(gè)階段 2 非氧化分子重排階段6核酮糖 5 P5果糖 6 P5葡萄糖 6 P 1 氧化脫羧階段6G 6 P6葡萄糖酸 6 P6核酮糖 P6NADP 6NADPH6NADP 6NADPH 6CO2 6H2O 葡糖 6 磷酸 葡糖 6 磷酸脫氫酶 葡糖 6 磷酸內(nèi)酯 內(nèi)酯酶 葡糖酸 6 磷酸 葡糖酸 6 磷酸脫氫酶 脫羧氧化 核酮糖 5 磷酸 氧化階段 核糖 5 磷酸 木酮糖 5 磷酸 限速反應(yīng) 調(diào)速酶 戊糖磷酸途徑的調(diào)節(jié) 葡萄糖 6 磷酸脫氫酶是HMP限速酶 其活性決定葡萄糖 6 磷酸進(jìn)入此途徑的流量 此酶活性主要受NADP NADPH比例的調(diào)節(jié) NADP 濃度稍高于NADPH即激活此途徑 此酶尤其受NADPH強(qiáng)烈抑制 只有NADPH被生物合成消耗后 才能解除抑制蠶豆病 蠶豆病 紅細(xì)胞葡萄糖 6 磷酸脫氫酶 G 6 PD 有遺傳缺陷者 在食用新鮮蠶豆或接觸蠶豆花粉后皆會發(fā)生急性溶血性貧血癥 蠶豆病 因G 6 PD的缺陷不能提供足夠的NADPH以維持GSH的還原性 抗氧化作用 蠶豆更誘發(fā)了紅細(xì)胞膜被氧化 紅細(xì)胞膜上的磷脂分子中的不飽和脂肪酸氧化生成過氧化脂質(zhì) 損害細(xì)胞膜 G 6 PD有保護(hù)正常紅細(xì)胞免遭氧化破壞的作用 新鮮蠶豆是很強(qiáng)的氧化劑 當(dāng)G 6 PD缺乏時(shí)則紅細(xì)胞被破壞而致病 蠶豆病 這種病多見于兒童 男性患者約占90 以上 大多食蠶豆后1至2天發(fā)病 早期癥狀有厭食 疲勞 低熱 惡心 不定性的腹痛 接著因溶血而發(fā)生眼角黃染及全身黃疸 出現(xiàn)醬油色尿和貧血癥狀 嚴(yán)重時(shí)有休克 心功能和腎功能衰竭 重度缺氧時(shí)還可見雙眼固定性偏斜 此時(shí)如不及時(shí)搶救可于一至二天內(nèi)死亡 5 磷酸核酮糖異構(gòu)化 差向異構(gòu)酶 異構(gòu)酶 5 磷酸木酮糖 5 磷酸核糖 5 磷酸核酮糖 木酮糖 核糖 木酮糖 木酮糖 木酮糖 核糖 C2 C3 C2 C2 C2 C3 非氧化階段 戊糖磷酸分子重排產(chǎn)生葡萄糖 6 磷酸和甘油醛 3 磷酸 1 6 二磷酸果糖 6 磷酸果糖 醛縮酶 二磷酸果糖酯酶 磷酸戊糖途徑的非氧化階段 3 磷酸甘油醛異構(gòu) 縮合與水解 異構(gòu)酶 G 6 P 戊糖磷酸途徑的主要特點(diǎn) 1 是葡萄糖 6 磷酸直接脫氫脫羧 不必經(jīng)過EMP 也不必經(jīng)過TCA 2 在整個(gè)反應(yīng)中 脫氫酶的輔酶為NADP 而不是NAD 3 反應(yīng)過程中進(jìn)行了一系列酮基和醛基轉(zhuǎn)移反應(yīng) 經(jīng)過了3 4 5 6 7碳糖的演變過程 重新生成己糖 6 磷酸 HMP的生物學(xué)意義 HMP途徑的酶類已在許多動(dòng)植物材料中發(fā)現(xiàn) 說明此途徑也是普遍存在的糖代謝方式 在不同的組織或器官中它所占的比重不同 最重要的是 HMP途徑進(jìn)行糖分解生成還原輔酶 NADPH 可以供給組織中合成代謝的需要 如脂肪酸長鏈的生物合成 固醇類化合物的生物合成 HMP途徑產(chǎn)生的核糖 5 磷酸 是核酸生物合成的必需原料 并且核酸中核糖的分解代謝也可通過此途徑進(jìn)行 HMP途徑產(chǎn)生的甘油醛 3 磷酸是糖分解的三種途徑 EMP TCA HMP 的樞紐點(diǎn) 從甘油醛 3 磷酸可進(jìn)入不同的糖分解途徑 這種多樣性可以認(rèn)為是從物質(zhì)代謝上表現(xiàn)生物對環(huán)境的適應(yīng)性 一 定義 由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程 稱為 葡 糖異生作用 二 葡 糖異生的部位 主要在肝臟 其次是腎臟 主要在肝 腎細(xì)胞的線粒體及胞漿 三 葡糖異生的歷程 大部分 非全部是糖酵解的逆過程 葡 糖異生作用 糖原 或淀粉 葡萄糖 1 磷酸 果糖 6 磷酸 果糖 1 6 二磷酸 甘油醛 3 磷酸 二羥丙酮磷酸 2 磷酸烯醇式丙酮酸 2 丙酮酸 葡萄糖 己糖激酶 果糖激酶 果糖 1 6 二磷酸 磷酸酯 酶 丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶 葡萄糖 6 磷酸 磷酸酯 酶 葡萄糖 6 磷酸 2 草酰乙酸 PEP羧激酶 糖酵解與糖異生的關(guān)系圖 糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之一 糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之二 果糖 1 6 二磷酸酶 H2O Pi 果糖 1 6 二磷酸 H H2CO OH 果糖 6 磷酸 O H2CO HO OH H H H 糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之三 H2O Pi 葡萄糖6 磷酸酶 葡萄糖 6 磷酸 H 葡萄糖 腦和肌肉中不存在葡萄糖 6 磷酸酶 因此腦和肌肉細(xì)胞不能利用葡萄糖 6 磷酸形成葡萄糖 糖異生的生理意義 肝 腸和腎細(xì)胞由葡萄糖 6 磷酸形成葡萄糖進(jìn)入血液 對保證在饑餓狀態(tài)下大腦血糖濃度的相對恒定具有重要意義是補(bǔ)充或恢復(fù)肝糖原儲備的重要途徑 糖異生的調(diào)節(jié) 糖異生和糖酵解這兩個(gè)途徑的調(diào)節(jié)酶 如胰高血糖素和胰島素 胰高血糖素 胰島素比例高可誘導(dǎo)促進(jìn)糖異生代謝物對糖異生的調(diào)節(jié) 糖異生主要原料 甘油 乳酸 氨基酸 濃度增加促進(jìn)糖異生 乙酰CoA決定Pyr的代謝方向 其濃度增加可加速Pyr進(jìn)行糖異生 乙醛酸途徑 循環(huán) GAC TCA的支路 乙醛酸途徑的概念 乙醛酸途徑的反應(yīng)過程 乙醛酸途徑特點(diǎn)與生物學(xué)意義 許多微生物與植物能夠利用乙酸 乙酰CoA 作為唯一的碳源 并能利用它建造自己的機(jī)體 此途徑以乙醛酸為中間代謝物 故稱乙醛酸循環(huán) 并能和TCA循環(huán)相聯(lián)系 乙醛酸途徑 循環(huán)的概念 CoASH 檸檬酸合酶 烏頭酸酶 NAD NADH 蘋果酸脫氫酶 草酰乙酸 CoASH OCH3 C SCoA 異檸檬酸裂解酶 蘋果酸合酶 OOH C C OH 乙醛酸 NAD 草酰乙酸 乙醛酸循環(huán)反應(yīng)歷程 乙醛酸循環(huán)中的兩個(gè)特殊的酶 異檸檬酸裂解酶 異檸檬酸 琥珀酸 乙醛酸 蘋果酸合酶 乙醛酸 乙酰CoA H2O 蘋果酸 HS CoA CoASH 乙醛酸循環(huán)和三羧酸循環(huán)反應(yīng)歷程的比較 檸檬酸 異檸檬酸 順烏頭酸 酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酰CoA 草酰乙酸 蘋果酸 TCA循環(huán) 乙醛酸循環(huán) 乙醛酸循環(huán)的的特點(diǎn) 只存在于植物 種子 和微生物中 其實(shí)質(zhì)是使乙酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?從而進(jìn)入TCA或異生成葡萄糖 關(guān)鍵酶是異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合酶 乙醛酸循環(huán)的生物學(xué)意義 植物種子萌發(fā)時(shí)將貯存的三酰甘油 脂肪通過乙酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟嵌┠?三 糖原的分解和生物合成 葡聚糖 淀粉和糖原 的代謝 糖原的降解 糖原的生物合成 淀粉的水解 淀粉的生物合成 糖原的降解 定義 糖原分解主要是指肝糖原分解為葡萄糖的過程反應(yīng)部位 胞漿和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔面糖原降解過程需要3種酶 磷酸化酶脫支酶磷酸葡萄糖變位酶 糖原n 1 糖原n 葡萄糖 1 磷酸 1 糖原的磷酸解 只作用于 1 4糖苷p178 糖原磷酸化酶限速酶 2 脫支酶 雙重功能酶 的作用 轉(zhuǎn)移葡萄糖殘基 糖基轉(zhuǎn)移酶 水解 1 6 糖苷鍵 糖原脫支酶 轉(zhuǎn)移酶活性 非還原端 糖基轉(zhuǎn)移酶 H2O 脫支酶 磷酸化酶 葡萄糖 1 磷酸 葡萄糖 6 磷酸 磷酸葡萄糖變位酶 3 磷酸葡萄糖變位酶的作用 葡萄糖 6 磷酸酶 細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔面 葡萄糖 葡萄糖 1 磷酸轉(zhuǎn)變成葡萄糖 6 磷酸 一 定義 由葡萄糖合成糖原的過程稱為糖原生成作用 二 合成部位 組織 主要在肝臟 肌肉細(xì)胞 胞液 三 糖原生物合成過程 糖原的生物合成 1 葡萄糖磷酸化生成葡萄糖 6 磷酸 葡萄糖 葡萄糖 6 磷酸 2 葡萄糖 6 磷酸轉(zhuǎn)變成葡萄糖 1 磷酸 葡萄糖 1 磷酸 磷酸葡萄糖變位酶 葡萄糖 6 磷酸 UDPG可看作 活性葡萄糖 在體內(nèi)充作葡萄糖供體 PPi UDPG焦磷酸化酶 3 葡萄糖 1 磷酸轉(zhuǎn)變成尿苷二磷酸葡萄糖UDPG 1 磷酸葡萄糖 尿苷二磷酸葡萄糖 uridinediphosphateglucose UDPG 糖原n UDPG 糖原n 1 UDP 糖原合酶限速酶 4 1 4 糖苷鍵式結(jié)合 糖原n為原有的細(xì)胞內(nèi)的較小糖原分子 稱為糖原引物 primer 作為UDPG上葡萄糖基的接受體 5 糖原分支的形成 分支酶 branchingenzyme 葡萄糖 ATP ADP 葡糖 6 磷酸 磷酸葡糖變位酶 葡糖 1 磷酸 UTP PPi UDPG UDPG焦磷酸化酶 葡萄糖激酶 R引物 非還原端 R 1 4葡萄糖鏈 分支酶 糖原 糖原合酶限速酶 糖原代謝的調(diào)節(jié) 糖原合酶是糖原合成的限速酶糖原磷酸化酶是糖原分解的限速酶兩者的活性受磷酸化和脫磷酸化的共價(jià)修飾及變構(gòu)效應(yīng)的調(diào)節(jié)糖原合酶磷酸化 無活性糖原磷酸化酶磷酸化 有活性 糖原代謝的調(diào)節(jié) 激素調(diào)節(jié) 胰島素 促進(jìn)糖原合成 抑制糖異生 降低血糖 腎上腺素 胰高血糖素 腎上腺皮質(zhì)激素 生長素 促進(jìn)糖原降解 糖異生 升高血糖 肝對糖代謝的調(diào)節(jié) 以肝糖原形式貯存葡萄糖 避免葡萄糖過量攝入全身循環(huán)而致血糖增高空腹時(shí)肝可將貯存的糖原分解來補(bǔ)充血糖可將甘油 乳酸 氨基酸等小分子物質(zhì)通過糖異生轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟且詽M足機(jī)體維持血糖濃度的恒定 肌肉對糖代謝的調(diào)節(jié) 貯存糖原 肌糖原乳酸循環(huán) 肌糖原分解產(chǎn)生大量乳酸 乳酸經(jīng)血液循環(huán)至肝 經(jīng)糖異生作用轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蚋翁窃?葡萄糖經(jīng)血液循環(huán)運(yùn)至肌肉 被肌肉分解利用或合成肌糖原貯存 乳酸循環(huán) Cori循環(huán) 葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乳酸 乳酸 丙酮酸 血液 乳酸再利用 避免了乳酸的損失 防止