第10,11章糖酵解和三羧酸循環(huán)

1、第十章第十章 糖代謝糖代謝 n糖代謝包括分解代謝和合成代謝糖代謝包括分解代謝和合成代謝n植物和某些藻類能夠利用太陽(yáng)能，將二氧化植物和某些藻類能夠利用太陽(yáng)能，將二氧化碳和水合成糖類化合物，即光合作用。是自碳和水合成糖類化合物，即光合作用。是自然界規(guī)模最大的一種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。然界規(guī)模最大的一種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。n動(dòng)物和大多數(shù)微生物所需的能量，主要是由動(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，提供碳子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸

2、等，提供碳源或碳鏈骨架。源或碳鏈骨架。糖的消化與吸收 n人及哺乳動(dòng)物：食物（淀粉，二糖如蔗糖，麥芽糖和乳糖）人及哺乳動(dòng)物：食物（淀粉，二糖如蔗糖，麥芽糖和乳糖）口入口入 唾液唾液 -淀粉酶水解淀粉酶水解-1-1，4 4糖苷鏈糖苷鏈 ( (產(chǎn)物產(chǎn)物: : 麥芽糖麥芽糖, ,麥芽三糖麥芽三糖,-,-糊精糊精) )消化道消化道 胰液胰液腸（主要）腸（主要） -糊精酶（水解糊精酶（水解-1-1，4 4和和-1-1，6 6糖苷鍵），糖苷鍵）， 麥芽糖酶，蔗糖酶，麥芽糖酶，蔗糖酶， 乳糖酶乳糖酶 單糖單糖腸粘膜細(xì)胞吸收腸粘膜細(xì)胞吸收 血液循環(huán)血液循環(huán)單糖單糖腸粘膜細(xì)胞吸收腸粘膜細(xì)胞吸收匯入肝匯入肝 - -

3、 各組織各組織 吸收率吸收率 D-D-葡萄糖，葡萄糖，100100； D-D-果糖果糖4343， D-D-甘露糖甘露糖1919，L-L-阿拉伯糖阿拉伯糖9 9單糖吸收與單糖吸收與Na+Na+同向協(xié)同運(yùn)輸，需同向協(xié)同運(yùn)輸，需ATPATP吸收后其它糖在各種酶的催化下，主要有三個(gè)去向：吸收后其它糖在各種酶的催化下，主要有三個(gè)去向：以多糖或蔗糖的形式存儲(chǔ)以多糖或蔗糖的形式存儲(chǔ)經(jīng)糖酵解氧化成為經(jīng)糖酵解氧化成為丙酮酸丙酮酸氧化脫羧成為磷酸戊糖氧化脫羧成為磷酸戊糖葡萄糖的代謝葡萄糖的代謝n葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞后，葡萄糖的有氧分解代謝分葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞后，葡萄糖的有氧分解代謝分三步（兩步）進(jìn)行：三步（兩步）進(jìn)行：n（

4、1 1）糖酵解糖酵解：葡萄糖：葡萄糖 丙酮酸。此反應(yīng)丙酮酸。此反應(yīng)過(guò)程一般在無(wú)氧條件下進(jìn)行，又稱為過(guò)程一般在無(wú)氧條件下進(jìn)行，又稱為無(wú)氧分解無(wú)氧分解。n“（2 2）丙酮酸）丙酮酸 乙酰乙酰CoA”CoA”n（3 3）三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)：乙酰：乙酰CoA CoA CO CO2 2 + H + H2 2O O 。由于此氧化過(guò)程是通過(guò)檸檬酸等幾種三元羧酸由于此氧化過(guò)程是通過(guò)檸檬酸等幾種三元羧酸的循環(huán)反應(yīng)來(lái)完成的，通常稱為三羧酸循環(huán)或的循環(huán)反應(yīng)來(lái)完成的，通常稱為三羧酸循環(huán)或檸檬酸循環(huán)。由于分子氧是此系列反應(yīng)的最終檸檬酸循環(huán)。由于分子氧是此系列反應(yīng)的最終受氫體，所以又稱為受氫體，所以又稱為有氧分解有氧分

5、解。第一節(jié) 糖酵解 糖酵解葡萄糖降解成丙酮酸并伴隨著生成ATP的酶促反應(yīng)序列。糖酵解途徑發(fā)現(xiàn)歷史 1875年法國(guó)科學(xué)家巴斯得(L.Pasteur)就發(fā)現(xiàn)葡萄糖在無(wú)氧條件下被酵母菌分解生成乙醇的現(xiàn)象。 1897年德國(guó)的漢斯巴克納兄弟(Hans buchner和Edward buchner)發(fā)現(xiàn)發(fā)酵作用可以在不含細(xì)胞的酵母抽提液中進(jìn)行。糖酵解途徑實(shí)驗(yàn)依據(jù)n將酵母液透析后就會(huì)失去發(fā)酵能力n將酵母液加熱到50也會(huì)失去發(fā)酵能力n由此推斷發(fā)酵需要兩類物質(zhì)： 一是熱不穩(wěn)定的，不可透析的組分即酶； 二是熱穩(wěn)定的可透析的組分，如輔酶、ATP、金屬離子等。糖酵解途徑實(shí)驗(yàn)依據(jù)n酵母抽提液的發(fā)酵速度比完整酵母慢，且逐

6、漸緩慢直至停頓n如果加入無(wú)機(jī)磷酸鹽，可以恢復(fù)發(fā)酵速度，但不久又會(huì)再次緩慢，同時(shí)加入的磷酸鹽濃度逐漸下降。 上述現(xiàn)象說(shuō)明在發(fā)酵過(guò)程中需要磷酸，可能磷酸與葡萄糖代謝中間產(chǎn)物生成了糖磷酸酯。完整細(xì)胞可通過(guò)ATP水解提供磷酸。糖酵解途徑實(shí)驗(yàn)依據(jù)n碘乙酸對(duì)酵母生長(zhǎng)有抑制作用n將葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保溫，可以分離出少量的磷酸丙糖（主要是3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮的平衡混合物） 因此推斷磷酸己糖可能裂解為兩分子三碳糖，而碘乙酸對(duì)三碳糖進(jìn)一步分解的酶有抑制作用糖酵解途徑實(shí)驗(yàn)依據(jù)n氟化鈉對(duì)酵母生長(zhǎng)也有抑制作用n將1,6-二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提液以及氟化鈉一起保溫有磷酸甘油酸積累（3-和2-磷

7、酸甘油酸的平衡混合物） 由此推斷3-磷酸甘油酸是3-磷酸甘油醛的氧化產(chǎn)物，2-磷酸甘油酸又是前者變位后的產(chǎn)物，氟化鈉對(duì)2-磷酸甘油酸進(jìn)一步反應(yīng)的酶有抑制作用 1940年前德國(guó)的生物化學(xué)家恩伯頓，G(Gustar Embden)和邁耶霍夫，O(Otto Meyerhof)等人的努力完全闡明了糖酵解的整個(gè)途徑，揭示了生物化學(xué)的普遍性。因此糖酵解途徑又稱Embden- Meyerhof途徑(簡(jiǎn)稱EMP)。糖酵解糖酵解糖的共同分解途徑糖的共同分解途徑葡萄糖酵解的總反應(yīng)式：葡萄糖酵解的總反應(yīng)式：Glc+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸2ATP+2NADH+H+2H2O場(chǎng)所場(chǎng)所: :細(xì)胞質(zhì)中

8、氧氣氧氣: :不需要請(qǐng)單擊1、糖酵解 EMP途徑糖酵解的酶系糖酵解的酶系研究比較研究比較透徹透徹部位部位：全部反：全部反應(yīng)在細(xì)胞應(yīng)在細(xì)胞漿（細(xì)胞漿（細(xì)胞胞液）中胞液）中進(jìn)行進(jìn)行 1010步步糖酵解糖酵解 Glucose Glucose - - 丙丙酮酸酮酸 乳酸乳酸 可分為兩個(gè)可分為兩個(gè)階段階段 （1）葡萄糖的磷酸化n反應(yīng)機(jī)理：ATP的-磷酸基團(tuán)在葡萄糖催化下，轉(zhuǎn)移到葡萄糖分子上。糖酵解中的限速酶n意義：n將葡萄糖分子磷酸化成了易參加代謝反應(yīng)的活化形式；n磷酸化的葡萄糖分子帶有很強(qiáng)的極性基團(tuán)，不能透過(guò)細(xì)胞膜，能夠防止細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖分子向外滲出；1.為以后底物水平磷酸化貯備了磷酸基。n若以糖原為

9、起始物：n糖原先經(jīng)磷酸化酶作用，磷酸解為1-磷酸葡萄糖，再由磷酸葡萄糖變位酶催化轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，從而進(jìn)入共同分解途徑。不需要ATP（能量）n（2）G-6-P的異構(gòu)化n異構(gòu)化反應(yīng)是以開(kāi)鏈形式進(jìn)行，異構(gòu)結(jié)束后又轉(zhuǎn)變成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。n己醛糖變成己酮糖。n（3）F-6-P磷酸化反應(yīng)n磷酸果糖激酶（PFK）特性：n1）需要二價(jià)金屬離子Mg2+或Mn2+作為輔助因子；n2）別構(gòu)酶：ATP是其別構(gòu)抑制劑，檸檬酸、脂肪酸可增強(qiáng)其抑制作用，ADP、AMP、無(wú)機(jī)磷是其別構(gòu)激活劑；n3）限速酶：糖酵解中最重要的限速酶。n（4）裂解反應(yīng)n 1，6-二磷酸果糖在第3與第四碳原子之間裂解為兩個(gè)三碳化合物。n（5） 1,

10、 6-二磷酸果糖二磷酸果糖 兩分子兩分子 3-磷酸甘磷酸甘油醛油醛糖的裂解糖的裂解EMPEMP途徑第一階段是耗能的途徑第一階段是耗能的 Glucose 2Glucose 2* *3 3磷酸磷酸- -甘油醛甘油醛GlucoseGlucose通過(guò)通過(guò)磷酸化磷酸化作用為分解代謝作好準(zhǔn)備，然后裂解為作用為分解代謝作好準(zhǔn)備，然后裂解為丙糖丙糖（3 3磷磷酸酸- -甘油醛）甘油醛）共共5 5步第一階段有兩個(gè)調(diào)節(jié)酶，消耗兩分子步第一階段有兩個(gè)調(diào)節(jié)酶，消耗兩分子ATPATP b.第二階段醛氧化成酸3-3-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3磷酸甘油醛磷酸甘油醛CH2OPO3H2CH

11、OHCHOCH2O PO3H2CH O HCO PO3H2O1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸甘油醛甘油醛3-磷酸脫氫酶磷酸脫氫酶NAD+NADH + H+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C H2O PO3H2C H O HC O PO3H2O1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸ADP A TP磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶CH2O PO3H2CH O HCO HO3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2M g+3-3-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變位酶磷酸甘油酸變位酶CH2OPO3H2CHOHCOHO3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸CH2OHCHOPO3H

12、2COHO2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2M g+2-2-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 磷酸烯丙酮酸磷酸烯丙酮酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸C H2O HC H O P O3H2C O HOC H2C OP O3H2C O HO磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶烯醇化酶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C H2C O PO3H2C O HO磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸A D P A T P2M g+丙酮酸激酶丙酮酸激酶C O HOC H O HC H2烯醇式丙酮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C O HOC H O HC H2烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸C O

13、 O HCC H3O丙酮酸丙酮酸糖酵解中的能量變化糖酵解中的能量變化糖酵解糖酵解糖的共同分解途徑糖的共同分解途徑 酵解酵解（glycolysis)是酶將葡萄糖降解成丙酮酸并伴隨著生成ATP的反應(yīng)序列。葡萄糖酵解的總反應(yīng)式：葡萄糖酵解的總反應(yīng)式：Glc+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸2ATP+2NADH+H+2H2O場(chǎng)所場(chǎng)所: :細(xì)胞質(zhì)中 氧氣氧氣: :不需要請(qǐng)單擊（1 1） 乳酸發(fā)酵（同型乳酸發(fā)酵）乳酸發(fā)酵（同型乳酸發(fā)酵）lactic lactic fermationfermation 動(dòng)物 乳酸菌（乳桿菌、乳鏈球菌） G +2ADP+ 2Pi 2乳酸 2ATP+2水 c.第三階

14、段丙酮酸的去向，有氧和無(wú)氧條件下產(chǎn)物不同 （2 2）酒精發(fā)酵（酵母的第）酒精發(fā)酵（酵母的第型發(fā)酵）型發(fā)酵） alcoholic fermationalcoholic fermationO PC H2OHHP OH2CH OHH OHOC H2OHHP OH2CH OHH OHOOHnGlucose +2H3PO4+2ADP 2乳酸乳酸+2ATP+2H2O （2乙醇）乙醇）糖酵解無(wú)氧途徑的產(chǎn)能糖酵解無(wú)氧途徑的產(chǎn)能氧化一個(gè)氧化一個(gè)Glucose ，凈得，凈得2 2個(gè)個(gè)ATP若從若從糖原糖原開(kāi)始氧化，凈得開(kāi)始氧化，凈得3 3個(gè)個(gè)ATP糖酵解的作用n化學(xué)反應(yīng)歷程（10步反應(yīng)）n糖酵解有二重作用：一是降

15、解產(chǎn)生ATP，二是產(chǎn)生含碳的中間物為合成反應(yīng)提供原料。n在酵解過(guò)程中有三個(gè)不可逆反應(yīng)，也就是說(shuō)有三個(gè)調(diào)控步驟，分別被三個(gè)酶多點(diǎn)調(diào)節(jié)：己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。己糖激酶可以控制葡萄糖的進(jìn)入，丙酮酸激酶調(diào)節(jié)酵解的出口。na. a. 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 磷酸果糖激酶（磷酸果糖激酶（6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1）是糖酵解途徑最重）是糖酵解途徑最重要的調(diào)節(jié)酶（四聚體）要的調(diào)節(jié)酶（四聚體） ATPATP和檸檬酸（和檸檬酸（TCATCA循環(huán)）是其抑制劑循環(huán)）是其抑制劑磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 2 2，6-6-二磷酸果糖、二磷酸果糖、AMPAMP是其激活劑是其激活劑 n

16、2 2，6-6-二磷酸果糖的作用在于增加二磷酸果糖的作用在于增加6-6-磷酸果糖激酶對(duì)磷酸果糖激酶對(duì)6-6-磷酸果糖的親和力和取消磷酸果糖的親和力和取消ATPATP的抑制作用。的抑制作用。6-FP6-FP有促進(jìn)有促進(jìn)2 2，6-6-二磷酸果糖的合成并抑制其水解的作用。二磷酸果糖的合成并抑制其水解的作用。當(dāng)當(dāng)F-6-PF-6-P濃濃度升高時(shí)，即可引起度升高時(shí)，即可引起2 2，6-6-二磷酸果糖濃度加大，進(jìn)而二磷酸果糖濃度加大，進(jìn)而激活激活F-6-PF-6-P激酶，這種過(guò)程為激酶，這種過(guò)程為正反饋激活作用正反饋激活作用。 糖酵解的調(diào)節(jié) 6-磷酸果糖（+）磷酸果糖激酶-2果糖二磷酸酶6-磷酸果糖（-

17、）nb b己糖激酶己糖激酶的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)n己糖激酶己糖激酶別構(gòu)酶別構(gòu)酶 骨骼肌己糖激酶受產(chǎn)物的反饋抑制調(diào)節(jié)骨骼肌己糖激酶受產(chǎn)物的反饋抑制調(diào)節(jié) 肝的葡萄糖激酶不受產(chǎn)物濃度調(diào)節(jié)，肝的葡萄糖激酶不受產(chǎn)物濃度調(diào)節(jié)， 保證保證GlucoseGlucose在肝內(nèi)轉(zhuǎn)化在肝內(nèi)轉(zhuǎn)化( (如糖原合成如糖原合成) ) nc. c. 丙酮酸激酶丙酮酸激酶的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 別構(gòu)酶別構(gòu)酶 ATPATP是其別構(gòu)抑制劑是其別構(gòu)抑制劑 1 1，6-6-二磷酸果糖是其別構(gòu)激活劑，二磷酸果糖是其別構(gòu)激活劑， 有利于酵解的進(jìn)行有利于酵解的進(jìn)行 酒精發(fā)酵之初： 即： -磷酸甘油脫氫酶 磷酸二羥丙酮+NADH+H+ -磷酸甘油磷酸甘油+NAD

18、+ 磷酯酶 -磷酸甘油磷酸甘油+H2O 甘油+Pi 當(dāng)有了足夠的乙醛作為受氫體，代謝途徑的流向就不再朝甘油方向了。將受氫體乙醛除去，則勢(shì)必造成發(fā)酵液中甘油的積累。（導(dǎo)致）-磷酸甘油磷酸甘油C NADH +H+兩種方法:n將亞硫酸氫鈉將亞硫酸氫鈉(NaHSO(NaHSO3 3) )加入發(fā)酵液中，能與加入發(fā)酵液中，能與乙乙醛發(fā)生加成反應(yīng)醛發(fā)生加成反應(yīng)，生成難溶的結(jié)晶狀產(chǎn)物，使，生成難溶的結(jié)晶狀產(chǎn)物，使乙醛不能再作為受氫體，迫使乙醛不能再作為受氫體，迫使NADH+HNADH+H+ + 用于磷用于磷酸二羥丙酮的還原，生成甘油。酸二羥丙酮的還原，生成甘油。n酵母酒精發(fā)酵的發(fā)酵液酵母酒精發(fā)酵的發(fā)酵液pHp

19、H值調(diào)至堿性，保持在值調(diào)至堿性，保持在pH7.6pH7.6以上，則以上，則2 2分子分子乙醛之間發(fā)生歧化反應(yīng)乙醛之間發(fā)生歧化反應(yīng)，1 1分子被還原成乙醇，分子被還原成乙醇，1 1分子被氧化成乙酸。乙醛分子被氧化成乙酸。乙醛失去了作為受氫體的作用，失去了作為受氫體的作用，NADH+H+ NADH+H+ 只好用于只好用于還原磷酸二羥丙酮，并生成甘油。還原磷酸二羥丙酮，并生成甘油。亞硫酸鹽法亞硫酸鹽法:堿法甘油發(fā)酵堿法甘油發(fā)酵:節(jié)首節(jié)首上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)問(wèn)題n人血漿中的葡萄糖大約維持在5mM。而在肌肉細(xì)胞中的游離葡萄糖濃度要低得多。細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖濃度為什么如此之低？臨床上常用靜脈注射葡萄糖來(lái)補(bǔ)

20、充病人食物來(lái)源，由于葡萄糖轉(zhuǎn)換為葡萄糖-6-磷酸要消耗ATP的，那么臨床上卻不能直接靜脈注射葡萄糖-6-磷酸呢？n答:因?yàn)檫M(jìn)入肌肉細(xì)胞的葡萄糖常常被磷酸化，葡萄糖一旦磷酸化就不能從細(xì)胞內(nèi)逃掉。在pH7時(shí)，葡萄糖-6-磷酸的磷酸基團(tuán)解離，分子帶凈的負(fù)電荷。由于膜通常對(duì)帶電荷的分子是不通透的，所以葡萄糖-6-磷酸就不能從血流中進(jìn)入細(xì)胞，因此也就不能進(jìn)入酵解途徑生成ATP。磷酸己糖旁路、HMS途徑 （Hexose Monophosphate shunt） 糖酵解是機(jī)體內(nèi)糖分解代謝的主要途徑，但不是唯一途徑。實(shí)驗(yàn)研究也表明：在組織中添加酵解抑制劑如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，這說(shuō)明葡萄糖還有

21、其它的代謝途徑。 許多組織細(xì)胞中都存在有另一種葡萄糖降解途徑，即磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway, PPP），也稱為磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/ shunt,HMP）。參與磷酸戊糖途徑的酶類都分布在動(dòng)物細(xì)胞漿中，動(dòng)物體中約有30%的葡萄糖通過(guò)此途徑分解。 磷酸戊糖途徑的兩個(gè)階段磷酸戊糖途徑的兩個(gè)階段 2、非氧化分子重排階段、非氧化分子重排階段 6 核酮糖核酮糖-5-P 5 果糖果糖-6-P 5 葡萄糖葡萄糖-6-P1、氧化脫羧階段氧化脫羧階段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖核酮糖-P 6 NA

22、DP+ 6 NADPH+6H+ 6 NADP+ 6 NADPH+6H+6CO26H2O磷酸戊糖途徑的氧化脫羧階段磷酸戊糖途徑的氧化脫羧階段NADP+ NADPH+H+ H2O NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸葡萄糖脫氫酶內(nèi)酯酶內(nèi)酯酶6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸糖酸 脫氫酶脫氫酶磷酸戊糖途徑的非氧化階段之一磷酸戊糖途徑的非氧化階段之一（5-磷酸核酮糖異構(gòu)化）磷酸核酮糖異構(gòu)化）差向異構(gòu)酶差向異構(gòu)酶異構(gòu)酶異構(gòu)酶5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖5-磷酸核糖磷酸核糖5-磷酸核酮糖磷

23、酸核酮糖磷酸戊糖途徑的磷酸戊糖途徑的 非氧化階段之二非氧化階段之二（基團(tuán)轉(zhuǎn)移）（基團(tuán)轉(zhuǎn)移）+24-磷酸赤蘚糖磷酸赤蘚糖+25-磷酸核糖磷酸核糖23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)醛酶轉(zhuǎn)醛酶26-磷酸果糖磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖磷酸木酮糖基團(tuán)轉(zhuǎn)移（續(xù)前）基團(tuán)轉(zhuǎn)移（續(xù)前）+24-磷酸赤蘚糖磷酸赤蘚糖+23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛26-磷酸果糖磷酸果糖轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶25-磷酸木酮糖磷酸木酮糖1,6-二二 磷酸果糖磷酸果糖23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛6-磷酸果糖磷酸果糖醛縮酶醛縮酶H2O Pi二磷酸果糖酯酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途徑的非氧化階段之三磷酸戊糖途徑的非氧

24、化階段之三 （3-磷酸甘油醛異構(gòu)、縮合與水解）磷酸甘油醛異構(gòu)、縮合與水解）異異構(gòu)構(gòu)酶酶磷酸戊糖途徑的總反應(yīng)式磷酸戊糖途徑的總反應(yīng)式 磷酸戊糖途徑的生理意義磷酸戊糖途徑的生理意義 產(chǎn)生大量產(chǎn)生大量NADPH,主要用于還原（加氫）反應(yīng)，為細(xì)胞提供主要用于還原（加氫）反應(yīng)，為細(xì)胞提供還原力還原力 產(chǎn)生大量的產(chǎn)生大量的磷酸核糖磷酸核糖和其它重要中間產(chǎn)物和其它重要中間產(chǎn)物 與光合作用聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)某些與光合作用聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)某些單糖間的轉(zhuǎn)變單糖間的轉(zhuǎn)變 非氧化階段戊糖的轉(zhuǎn)變主要受控于底物濃度。非氧化階段戊糖的轉(zhuǎn)變主要受控于底物濃度。5-磷酸核糖過(guò)磷酸核糖過(guò)多時(shí)，可轉(zhuǎn)化成多時(shí)，可轉(zhuǎn)化成6-磷酸果糖和磷酸果糖和3-

25、磷酸甘油醇進(jìn)行酵解。磷酸甘油醇進(jìn)行酵解。n6葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸+7H2O+12NADP + + 6CO2 +5葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸+12NADPH+12H + + +Pi2. 磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié)磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié) n 肝臟中的各種戊糖途徑的酶中以6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性最低，所以它是戊糖途徑的限速酶，催化不可逆反應(yīng)步驟。其活性受NADP+/NADPH比值的調(diào)節(jié)，NADPH競(jìng)爭(zhēng)性抑制6-磷酸葡萄糖脫氫酶和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的活性。機(jī)體內(nèi)NAD+/NADH比NADP+/NADPH的比值要高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，前者為700，后者為0.014，這使NADHP可以進(jìn)行有效的反饋抑制調(diào)控。只有

26、NADPH在脂肪的生物合成中被消耗時(shí)才能解除抑制，再通過(guò)6-磷酸葡萄糖脫氫酶產(chǎn)生出NADPH。 n6-磷酸葡萄糖與蠶豆病第十一章 檸檬酸循環(huán)-糖的有氧分解 n糖的有氧分解是各種需氧生物獲得大量能量的最有效糖的有氧分解是各種需氧生物獲得大量能量的最有效途徑途徑 n1. 1. 糖有氧分解的過(guò)程糖有氧分解的過(guò)程 第一階段第一階段Glucose循酵解途徑氧化成丙酮酸循酵解途徑氧化成丙酮酸糖有氧分解糖有氧分解 第二階段第二階段 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoACoA 第三階段第三階段 乙酰乙酰CoACoA經(jīng)經(jīng)TCATCA循環(huán)生成循環(huán)生成COCO2 2+H+H2 20 0 nA A第一階

27、段第一階段 糖糖 2 2丙酮酸丙酮酸 胞漿中進(jìn)行胞漿中進(jìn)行 有氧有氧 進(jìn)入線粒體進(jìn)入線粒體 NADHNADH轉(zhuǎn)入線粒體轉(zhuǎn)入線粒體 呼吸鏈呼吸鏈 nB B第二階段第二階段 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoACoA 線粒體中進(jìn)行線粒體中進(jìn)行nC C第三階段第三階段 檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)糖的有氧氧化三階段 n基本反應(yīng)：基本反應(yīng)： 糖酵解生成的丙酮酸可穿過(guò)線粒體膜進(jìn)入線粒體內(nèi)室。在丙酮酸脫氫酶系的催化下，生成乙酰輔酶A。丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系 是個(gè)多酶集合體，復(fù)是個(gè)多酶集合體，復(fù)合物中的酶分子通過(guò)非合物中的酶分子通過(guò)非共價(jià)鍵聯(lián)系在一起，催共價(jià)鍵聯(lián)系在一起，催化一個(gè)連續(xù)反應(yīng)，即酶化

28、一個(gè)連續(xù)反應(yīng)，即酶復(fù)合物中一個(gè)酶反應(yīng)中復(fù)合物中一個(gè)酶反應(yīng)中形成的產(chǎn)物立刻被復(fù)合形成的產(chǎn)物立刻被復(fù)合物中下一個(gè)酶作用。丙物中下一個(gè)酶作用。丙酮酸脫氫酶復(fù)合物位于酮酸脫氫酶復(fù)合物位于線粒體膜上，是由線粒體膜上，是由丙酮丙酮酸脫氫酶酸脫氫酶、二氫硫辛酰二氫硫辛酰胺乙酰轉(zhuǎn)移酶胺乙酰轉(zhuǎn)移酶（和二氫和二氫硫辛酰胺脫氫酶硫辛酰胺脫氫酶三種酶，三種酶，以及以及TPP（焦磷酸硫胺（焦磷酸硫胺素）、素）、CoASH、硫辛酸、硫辛酸、FAD 、NAD和和Mg2+ 6種輔助因子組成的。種輔助因子組成的。檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán) 又稱為三羧酸循環(huán)（簡(jiǎn)寫又稱為三羧酸循環(huán)（簡(jiǎn)寫TCATCA循環(huán)），因?yàn)檠h(huán)中存在循環(huán)），因?yàn)檠h(huán)

29、中存在三羧酸中間產(chǎn)物。又因?yàn)樵撗人嶂虚g產(chǎn)物。又因?yàn)樵撗h(huán)是由環(huán)是由H.A.KrebsH.A.Krebs首先提出的，首先提出的，所以又叫做所以又叫做KrebsKrebs循環(huán)（循環(huán)（19531953年獲諾貝爾獎(jiǎng)）。年獲諾貝爾獎(jiǎng)）。 檸檬酸循環(huán)是有氧代謝的檸檬酸循環(huán)是有氧代謝的樞紐，糖、脂肪和氨基酸的有樞紐，糖、脂肪和氨基酸的有氧分解代謝都匯集在檸檬酸循氧分解代謝都匯集在檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)，同時(shí)檸檬酸循環(huán)的環(huán)的反應(yīng)，同時(shí)檸檬酸循環(huán)的中間代謝物又是許多生物合成中間代謝物又是許多生物合成途徑的起點(diǎn)。因此檸檬酸循環(huán)途徑的起點(diǎn)。因此檸檬酸循環(huán)既是分解代謝途徑，又是合成既是分解代謝途徑，又是合成代謝途徑，可

30、以說(shuō)是分解、合代謝途徑，可以說(shuō)是分解、合成兩用途徑。成兩用途徑。TCA第一階段：檸檬酸生成第一階段：檸檬酸生成H2O草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O檸檬酸合成酶檸檬酸合成酶順烏頭順烏頭酸酶酸酶（1 1） 檸檬酸合成酶催化乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸（2 2） 順烏頭酸酶催化前手性分子檸檬酸轉(zhuǎn)化成手性分子異檸檬酸H2OTCA第二階段：氧化脫羧第二階段：氧化脫羧CO2GDPPiGTPNAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+CoASH異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脫氫酶脫氫酶琥珀酰CoA合成酶（3 3） 異檸檬酸脫氫酶催化異檸檬酸氧化生成

31、a-酮戊二酸和CO2這一步反應(yīng)是檸檬酸循環(huán)中四個(gè)氧化還原反應(yīng)的第一個(gè)，由異檸檬酸脫氫酶催化。NAD作為酶的輔酶。生成一個(gè)NADH的同時(shí)生成a-酮戊二酸和CO2，反應(yīng)是不可逆的（4 4） a-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物催化a-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA（5 5） 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化這個(gè)反應(yīng)是檸檬酸循環(huán)中唯一的一步底物水平磷酸化反應(yīng)。TCA第三階段：草酰乙酸再生第三階段：草酰乙酸再生6 6）琥珀酸在脫氫酶催化下生成延胡索酸（反丁烯二酸） 這是檸檬酸循環(huán)中的第三步氧化還原反應(yīng)，琥珀酸脫氫酶帶有輔基FAD，生成FADH2。7 7） 延胡索酸酶催化延胡索酸水化生成L-蘋果酸8 8） 蘋

32、果酸脫氫酶催化蘋果酸氧化重新形成草酰乙酸，完成一輪檸檬酸循環(huán)這是檸檬酸循環(huán)的最后一個(gè)反應(yīng)，也是循環(huán)中的第4步氧化還原反應(yīng)。L-蘋果酸在以NAD為輔酶的蘋果酸脫氫酶催化下氧化生成草酰乙酸，同時(shí)NAD還原生成NADH反應(yīng)是可逆的。n三羧酸循環(huán)過(guò)程總結(jié)(一次循環(huán))n8種酶催化，在檸檬酸循環(huán)中存在著3個(gè)不可逆反應(yīng)，可能是潛在的調(diào)節(jié)部位，為由檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶催化的反應(yīng)，但在體內(nèi)的抑制機(jī)制并沒(méi)有確定。n反應(yīng)類型n縮合1、脫水1、氧化4、底物水平磷酸化1、水化1n生成3分子NADH(還原型Co)n生成1分子FADH2n生成1分子ATPn三羧酸循環(huán)總反應(yīng)式n乙酰乙酰-CoA +

33、3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA-SH3 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP葡萄糖分解代謝過(guò)程中能量的產(chǎn)生葡萄糖分解代謝過(guò)程中能量的產(chǎn)生 能量有兩種形式：直接產(chǎn)生能量有兩種形式：直接產(chǎn)生ATPATP；NADHNADH或或FADHFADH2 2在線粒體呼吸鏈氧化并產(chǎn)生在線粒體呼吸鏈氧化并產(chǎn)生ATPATP。n糖酵解：糖酵解：1 1分子葡萄糖分子葡萄糖 2 2分子丙酮酸，分子丙酮酸，凈生成了凈生成了2 2個(gè)個(gè)ATPATP，同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)產(chǎn)生2 2個(gè)個(gè)NADH +HNADH +H+ +。n丙酮酸氧化脫羧

34、：丙酮酸氧化脫羧：丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoACoA，生，生成成1 1個(gè)個(gè)NADH +HNADH +H+ + 。n三羧酸循環(huán)：三羧酸循環(huán)：乙酰乙酰CoA CoA CO CO2 2和和H H2 2O O，產(chǎn)生，產(chǎn)生一個(gè)一個(gè)GTPGTP（即（即ATPATP）、3 3個(gè)個(gè)NADHNADH和和1 1個(gè)個(gè)FADHFADH2 2。三羧酸循環(huán)的生物學(xué)意義n1.普遍存在n2.生物體獲得能量的最有效方式n3.是糖類、蛋白質(zhì)、脂肪三大物質(zhì)轉(zhuǎn)化的樞紐n4.獲得微生物發(fā)酵產(chǎn)品的途徑n檸檬酸、谷氨酸n檸檬酸合酶與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)2、糖有氧分解的生理意義 A A提供能量提供能量：糖的有氧分解是哺乳動(dòng)物的產(chǎn)能的：糖的有氧分解是哺乳

35、動(dòng)物的產(chǎn)能的主要過(guò)程主要過(guò)程n比較一下有氧分解和無(wú)氧分解的產(chǎn)能情況：比較一下有氧分解和無(wú)氧分解的產(chǎn)能情況： G G無(wú)氧分解無(wú)氧分解的的ATPATP生成量生成量 2 ATP2 ATP G G有氧分解有氧分解的的ATPATP生成量生成量 32 ATP32 ATP （肝腎心）（肝腎心） (30)ATP(30)ATP （骨骼肌腦）（骨骼肌腦） 問(wèn)題n用搗碎的肌肉組織進(jìn)行的早期實(shí)驗(yàn)表明，檸檬酸循環(huán)是需氧途徑，通過(guò)此循環(huán)代謝的物質(zhì)最終氧化成CO2。但是加入循環(huán)中間產(chǎn)物會(huì)導(dǎo)致消耗比預(yù)期多的氧氣。例如肌肉勻漿中加入1mol的延胡索酸，需要消耗25moL的氧氣，但下面的氧化反應(yīng)方程式顯示，只需要3moL氧氣就能

36、完全氧化1mol的延胡索酸。當(dāng)琥珀酸、蘋果酸和草酰乙酸加入肌肉勻漿液中時(shí)也有類似現(xiàn)象。試解釋為什么這些中間物的加入會(huì)導(dǎo)致比預(yù)期多的氧氣消耗。OOCCH=CHCOO + 3O24CO2 + 2H2On答：因?yàn)闄幟仕嵫h(huán)為環(huán)式，因而檸檬循環(huán)的中間體極大地剌激了O2的利用。延胡索酸并不是被氧化生成4個(gè)CO2（該過(guò)程需要3個(gè)O2），相反它進(jìn)入檸檬酸循環(huán)生成一個(gè)分子的草酰乙酸，它起著催化劑的作用，是加快了檸檬酸循環(huán)，這當(dāng)然比它直接氧化消耗的氧多得多。當(dāng)然要觀察到這些催化效應(yīng)，在該組織中必須供給足夠的丙酮酸或乙酰CoA。其它中間產(chǎn)物如琥珀酸、蘋果酸和草酰乙酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)，也是通過(guò)增加循環(huán)中間體的濃度，加

37、速了整個(gè)檸檬酸循環(huán)的速度，因此極大地剌激了O2的消耗。B. 糖的需氧代謝是物質(zhì)代謝的總樞紐 n分解代謝分解代謝；凡是能；凡是能轉(zhuǎn)變成糖有氧分解轉(zhuǎn)變成糖有氧分解代謝中間體的物質(zhì)代謝中間體的物質(zhì)都可進(jìn)入都可進(jìn)入TCATCA循環(huán)循環(huán) CO CO2 2 + H+ H2 2O On合成代謝合成代謝；CACA循環(huán)循環(huán)的部分中間體可作的部分中間體可作為脂肪酸，為脂肪酸，AAAA等合等合成的原料，如草酰成的原料，如草酰乙酸，乙酸，-酮戊二酸酮戊二酸可轉(zhuǎn)化為各種可轉(zhuǎn)化為各種AAAA，乙酰乙酰-CoA -CoA 是脂肪酸是脂肪酸合成的原料。合成的原料。C H3CC O O HO + C O2N A D P H N

38、 A D P +C O O HC H2C HOHC O O HN A D + N A D HC O O HC H2C OC O O HC H3CC O O HOA D P + P i C O2 A T PC H2C -O PC O O HA T PA DP+ C O23、糖有氧分解的調(diào)節(jié) n糖的有氧分解是機(jī)體糖的有氧分解是機(jī)體獲得能量的主要方式獲得能量的主要方式，其速度受機(jī)，其速度受機(jī)體對(duì)體對(duì)ATPATP需求量的調(diào)節(jié)。需求量的調(diào)節(jié)。n三個(gè)階段都有調(diào)節(jié)點(diǎn)三個(gè)階段都有調(diào)節(jié)點(diǎn) A A、凡影響糖酵解酶系的因素也影響糖的有氧分解、凡影響糖酵解酶系的因素也影響糖的有氧分解 B B、丙酮酸脫氫酶系的調(diào)節(jié)、丙酮酸脫氫酶系的調(diào)節(jié) 別構(gòu)酶別構(gòu)酶 激活劑：激活劑：CoACoA，AMPAMP，NADNAD+ + 抑制劑：乙酰抑制劑：乙酰CoACoA，ATPATP，NADH+HNADH+H+ + 丙酮酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶E1E1( (脫磷酸，活性）脫磷酸，活性）丙酮酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶E1E1( (磷酸化，無(wú)活性）磷酸化，無(wú)活性）共價(jià)修飾調(diào)節(jié)共價(jià)修飾調(diào)節(jié) ATPADPE1E1激酶激酶E1E1磷酸酶磷酸酶H2OPi+ + 乙酰乙酰CoACoA NADH NADHC、TCA循環(huán)的調(diào)節(jié) n三個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)三個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn) n檸檬酸合成酶檸檬酸