第22-23章-糖酵解和檸檬酸循環(huán)課件

1、第22-23章 糖酵解和檸檬酸循環(huán)1 糖酵解1.1糖酵解（glycolysis） ：在無氧條件下，葡萄糖進(jìn)行分解，形成2分子丙酮酸并提供能量(ATP)的過程。它是各種生物細(xì)胞中葡萄糖分解產(chǎn)生能量的共同代謝途徑。糖酵解途徑動畫ADPATPADPATP糖酵解:葡萄糖 + 2ADP + 2Pi +2NAD+ 2丙酮酸 + 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O兩個(gè)階段：準(zhǔn)備階段(前5步)：葡萄糖2個(gè)磷酸三碳糖+消耗2ATP實(shí)施階段(后5步)：2個(gè)磷酸三碳糖2丙酮酸+產(chǎn)生4ATP 場所：細(xì)胞質(zhì)催化酶：由10種酶催化，關(guān)鍵酶是己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。大部分過程中都需要Mg2+。準(zhǔn)備階

2、段（The preparatory phase of glycolysis）實(shí)施階段（The payoff phase of glycolysis）ADPATPADPATP第1階段： 葡萄糖被磷酸化形成6-磷酸葡萄糖（G-6-P）需ATP供能，第一個(gè)限速步驟,不可逆。 由己糖激酶或葡萄糖激酶催化。己糖激酶：第一個(gè)調(diào)節(jié)酶， 受6-磷酸葡萄糖的別構(gòu)抑制。主要用于糖的合成 主要用于糖的分解 用途 不受G-6-P抑制 受G-6-P抑制 抑制 Km高，親和力低 Km低，親和力高 對G的親和力 G G、F等 底物 肝臟 不同組織 分布 葡萄糖激酶 已糖激酶I、II、III 兩方面意義：糖經(jīng)磷酸化后容易參與

3、代謝；保糖機(jī)制：磷酸化糖不能透過細(xì)胞質(zhì)膜。葡萄糖誘導(dǎo)契合由6-磷酸葡萄糖異構(gòu)化成6-磷酸果糖（F-6-P）磷酸葡萄糖異構(gòu)酶12 6-磷酸果糖磷酸化成1,6-二磷酸果糖（F-1,6-2P） 需ATP供能，第二個(gè)限速步驟，不可逆，Mg2+參加。 F-1,6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮1234561234563 21456An aldehydeA ketone123123 磷酸二羥丙酮異構(gòu)成3-磷酸甘油醛123456123456123123準(zhǔn)備階段共消耗2分子ATP，產(chǎn)生2分子3-磷酸甘油醛.原來葡萄糖的3，4位 3-磷酸甘油醛的1位2，5位 2位1，6位 3位第2階段： 3-磷酸甘油醛

4、氧化成1,3-二磷酸甘油酸（1,3-DPG）輔酶NAD+磷酸解作用高能中間產(chǎn)物P753-磷酸甘油醛脫氫酶作用機(jī)理第一個(gè)底物水平磷酸化 1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation):在底物氧化還原過程中，分子內(nèi)部能量重新分布，使無機(jī)磷酸酯化形成高能磷酯鍵，后者在酶的作用下將能量轉(zhuǎn)給ADP，生成ATP。 3-磷酸甘油酸變成2-磷酸甘油酸需Mg2+參加。2,3-bisphosphoglycerate: both a coenzyme and an intermediate 2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） 第

5、二個(gè)底物水平磷酸化第三個(gè)限速步驟，不可逆 PEP轉(zhuǎn)變成丙酮酸1.2 糖酵解過程中ATP的生成和消耗 2 ATP + 2 NADH 35ATP葡萄糖 + 2ADP + 2Pi +2NAD+ 2丙酮酸 + 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O糖酵解途徑ADPATPADPATP1.3 丙酮酸的去路有氧時(shí) 生成乙酰輔酶A 生成乳酸厭氧菌或肌肉由于劇烈運(yùn)動而造成暫時(shí)性缺氧等。糖酵解中NAD+的再生 生成乙醇 酵母細(xì)胞脫羧，輔酶：焦磷酸硫胺素(TPP)脫氫，NADH含硫的噻唑環(huán)和含氨基的嘧啶環(huán)。TPP(硫胺素焦磷酸)無氧時(shí)：生成乳酸或乙醇，只產(chǎn)生2個(gè)ATP糖酵解的能量變化 有氧時(shí)： 2個(gè)NADH

6、經(jīng)蘋果酸天冬氨酸穿梭系統(tǒng)進(jìn)入呼吸鏈可產(chǎn)生5個(gè)ATP，共產(chǎn)生7個(gè)ATP；骨骼肌和腦組織中: NADH要進(jìn)入線粒體經(jīng)過甘油磷酸穿梭系統(tǒng) ,共產(chǎn)生5個(gè)ATP。1.4 糖酵解的調(diào)控三個(gè)不可逆反應(yīng): 己糖激酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶控制糖酵解的入口G G-6-P己糖激酶- 己糖激酶的調(diào)控己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受到葡萄糖-6-磷酸的抑制。 磷酸果糖激酶的調(diào)控磷酸果糖激酶(PFK-1 ,Phosphofructokinase-1 )糖酵解中最關(guān)鍵的限速酶。果糖2，6-二磷酸果糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸 ATP即是底物，也是別構(gòu)抑制劑，使酶對F-6-P 親和力降低。 AMP是別構(gòu)激活劑 檸檬酸

7、酶的抑制劑：反饋抑制 (feedback inhibition)被H+抑制可防止肌肉中形成過量的乳酸而使血液酸中毒。果糖2，6-二磷酸別構(gòu)激活劑，增加對底物的親和力。F-6-PF-2,6-2PPFK2果糖-2，6-二磷酸酶磷酸果糖激酶-2(PFK-2 或FBPase-2) 雙功能酶受胰高血糖素的調(diào)控 丙酮酸激酶的調(diào)控果糖1，6-二磷酸:別構(gòu)激活起活化作用，與磷酸果糖激酶協(xié)調(diào)，加速酵解。前饋激活（feed-forward activation）ATP:別構(gòu)抑制丙氨酸:別構(gòu)抑制丙酮酸轉(zhuǎn)氨生成，表示生物合成過剩?？刂铺墙徒獾某隹? 檸檬酸循環(huán)2.1 檸檬酸循環(huán)途徑2.1.1 基本概念檸檬酸循環(huán):（c

8、itrate cycle，三羧酸循環(huán)tricarboxylic acid cycle，TCA循環(huán)，Krebs循環(huán)）在有氧條件下，丙酮酸通過檸檬酸循環(huán)被氧化分解為CO2和水，同時(shí)釋放能量。由英國生化學(xué)家Hans Krebs發(fā)現(xiàn)檸檬酸合酶2.1.2 丙酮酸乙酰輔酶A 在線粒體內(nèi)，不可逆反應(yīng)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成： 丙酮酸脫氫酶（E1） 二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶（E2） 二氫硫辛酸脫氫酶 （E3）酶的輔助因子: NAD+VPP FAD VB2 輔酶A（CoA）泛酸 硫胺素焦磷酸（TPP）VB1 硫辛酰胺硫辛酸 Mg2+縮寫輔基催化反應(yīng)丙酮酸脫氫酶E1TPP丙酮酸氧化脫羧二氫硫辛酰胺乙酰

9、轉(zhuǎn)移酶E2硫辛酰胺將乙酰基轉(zhuǎn)移到CoA二氫硫辛酰胺脫氫酶E3FAD將還原型硫辛酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸痛竽c桿菌的丙酮酸脫氫酶復(fù)合體組成 二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶：24個(gè)亞基（3個(gè)8聚體）(Science,1992)4個(gè)亞基反應(yīng)過程1.脫羧，生成羥乙基TPP，由E1催化。丙酮酸脫氫酶羥乙基-TPP2.羥乙基被氧化成乙?；?，轉(zhuǎn)移給硫辛酰胺。由E2催化。E2E2乙酰-二氫硫辛酰胺羥乙基-TPP3.乙?；D(zhuǎn)給輔酶A形成乙酰輔酶A。由E2催化。E2E2乙酰輔酶A二氫硫辛酰胺乙酰轉(zhuǎn)移酶Mg2+4.氧化硫辛酰胺，生成FADH2。由E3催化。E2E2二氫硫辛酰胺脫氫酶5.氧化FADH2，生成NADH。FADH2-E3 +

10、NAD+ FAD-E3 + NADH + H+ 反應(yīng)過程 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)節(jié)a.變構(gòu)調(diào)節(jié)：乙酰CoA抑制E2, NADH抑制E3 磷酸化失活；胰島素和Ca2+促進(jìn)其失去磷酸化，使其活性增加。b.共價(jià)修飾調(diào)節(jié)：丙酮酸脫氫酶激酶2.1.3 檸檬酸循環(huán)途徑 線粒體基質(zhì)由8種酶催化完成。由乙酰輔酶A和草酰乙酸縮合開始，經(jīng)過一連串反應(yīng)使一分子乙?；耆趸?再生成草酰乙酸而完成一個(gè)循環(huán)。 每循環(huán)一次，經(jīng)歷兩次脫羧，使乙酰輔酶A氧化生成CO2和水。檸檬酸合酶 檸檬酸的合成 反應(yīng)不可逆,第一個(gè)調(diào)節(jié)酶。檸檬酸合酶二聚體草酰乙酸乙酰-CoA構(gòu)象改變異檸檬酸的生成：兩步均為可逆反應(yīng)反應(yīng)不可逆，第二個(gè)調(diào)節(jié)酶。

11、第一個(gè)氧化脫羧 異檸檬酸被氧化脫羧生成-酮戊二酸 -酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA反應(yīng)不可逆第二個(gè)氧化脫羧-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體的組成： -酮戊二酸脫氫酶（E1） 轉(zhuǎn)琥珀酰酶（E2）核心 二氫硫辛酸脫氫酶 （E3）酶的輔助因子: NAD+VPP FAD VB2 輔酶A（CoA）泛酸 硫胺素焦磷酸（TPP）VB1 硫辛酰胺硫辛酸 Mg2+琥珀酰CoA琥珀酸唯一直接產(chǎn)生高能磷酸鍵的反應(yīng)（底物磷酸化）哺乳動物：GTP；植物和細(xì)菌：ATP琥珀酸氧化成延胡索酸丙二酸是很強(qiáng)的競爭性抑制劑第三個(gè)氧化還原反應(yīng)反丁烯二酸反式加成，生成L型蘋果酸。 延胡索酸生成L-蘋果酸 L-蘋果酸生成草酰乙酸第四個(gè)氧化還原反

12、應(yīng)檸檬酸循環(huán) 檸檬酸合酶三羧酸循環(huán)的總反應(yīng)式 CH3COSCoA3NADFADGDPPi2H2O 2CO23NADH3HFADH2GTPCoASH 2.1.4 檸檬酸循環(huán)的特點(diǎn)線粒體基質(zhì)。加入2C以2個(gè)CO2釋放，參與反應(yīng)的物質(zhì)沒減少。消耗了兩個(gè)水。共有4步脫氫反應(yīng),生成3個(gè)NADH 和1個(gè)FADH2 進(jìn)入呼吸鏈。檸檬酸循環(huán)嚴(yán)格需氧。從乙酰CoA開始 （7） GTP 1ATP（4），（6），（10） 3NADH 32.5ATP（8） 1FADH2 1.5ATP10ATP從丙酮酸開始 2.5+10=12.5ATP從葡萄糖開始 7ATP(or 5ATP)+ 12.5ATP2=32ATP(or 30

13、ATP)P107 2.2能量計(jì)算- 葡萄糖徹底氧化分解所釋放的能量NADH 1.5或2.5 +3 或5NADH 2.5 + 5NADH 2.5 +5NADH 2.5 +5NADH 2.5 +5FADH2 1.5 +330或321.5或2.56C3C1 ATP1 ATP1 GTP(ATP)2 細(xì)胞液線粒體線粒體1 ATP1 ATP檸檬酸合酶：抑制： ATP和NADH ，琥珀酰CoA，檸檬酸激活： ADP異檸檬酸脫氫酶：抑制： ATP激活： ADP，Ca2+-酮戊二酸脫氫酶抑制： NADH ，琥珀酰CoA激活： Ca2+2.3 檸檬酸循環(huán)的調(diào)控檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶2.4 檸檬酸循環(huán)的生理意義 主要：供能為生物合成提供中間物。三大營養(yǎng)物質(zhì)的最終代謝通路。是CO2的重要來源之一。兩用代謝途徑 代謝樞紐兩用代謝途徑回補(bǔ)反應(yīng)：酶催化的補(bǔ)充TCA循環(huán)中間代謝物的供給的反應(yīng)。丙酮酸+CO2+ATP+H2O 草酰乙酸+ADP+Pi+2H+丙酮酸羧化酶:激活劑乙酰-CoA3 乙醛酸循環(huán)存在于植物和微生物中。P159草酰乙酸+乙酰CoA 檸檬酸 異檸檬酸 異檸檬酸裂解酶 琥珀酸+乙醛酸 + 乙酰CoA 蘋果酸 草酰乙酸 2乙酰CoA