第三节糖的有氧氧化与三羧酸循环.ppt

,第三节 糖的有氧氧化与三羧酸循环,一.有氧氧化的三个阶段 G-2丙酮酸（同酵解）,2丙酮酸 2乙酰辅酶A,2 乙酰辅酶A TCA循环,在有氧时，丙酮酸可进入线粒体内氧化脱羧，生成乙酰辅酶A再进入三羧酸循环:,二、丙酮酸氧化脱羧成乙酰辅酶A 丙酮酸脱氢酶系 CH3COCOOH+HSCOA+NAD+CH3COSCOA+CO2+NADH+H+,三、TCA途径：,这一途径普遍存在动、植物及微生物细胞中，不仅是糖分解的主要途径，也是脂肪、蛋白质分解代谢的最终途径，有重要的生理意义。为此获1953年的诺贝尔奖,三.TCA循环共有8步，（P95，图13-9）1.1、乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸：TCA循环起始步骤，由柠檬酸合成酶（柠檬酸缩合酶）催化，乙酰辅酶A的甲基移去质子形成负碳离子，亲核攻击草酰乙酸的酮基碳，缩合生成柠檬酰辅酶A，再由高能硫酯键水解推动总反应进行，生成柠檬酸。,键。形成的柠檬酰CoA使酶结构进一步变化，活性中心增加了一个天冬氨酸残基捕获水分子以水解硫酯键。CoA和柠檬酸相继离开酶，酶恢复成开放型。此酶是一个调控酶，可受ATP、NADH、琥珀酰CoA和长链脂酰CoA抑制。故此反应是可调控的限速步骤。,柠檬酸合成酶：,草酰乙酸1.构象变化：开放型 关闭型 HSCOA、柠檬酸2.活性中心：His 草酰乙酸；His 乙酰COA；Asp H2O3.可调节酶：ATP、NADH、琥珀酰CoA和长链脂酰CoA可抑制此酶活性。,状态时被激活。异柠檬酸脱氢酶是TCA循环中第二个调节酶。,4。-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰CoA：第二次氧化反应且伴有脱羧，由-酮戊二酸脱氢酶系催化,5.琥珀酰COA转化成琥珀酸并产生GTP；这是TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸键的步骤。,GTP+ADP GDP+ATP,6.6.6、琥珀酸脱氢生成延胡索酸：第三步氧化还原反应，由琥珀酸脱氢酶催化，氢受体：酶的辅基FAD,7、延胡索酸水化成苹果酸：延胡索酸酶具有立体异构特异性，OH只加在延胡索酸一侧，形成L-苹果酸。,8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸：TCA中第4次氧化还原反应，由L-苹果酸脱氢酶催化，NAD+是辅酶。,在标准热力学条件下，平衡有利于逆反应。但在生理情况下，反应产物草酰乙酸不断因合成柠檬酸而移去，使其在细胞内浓度极低（小于10-6 mol/L）,而使反应向右进行。,注：有氧氧化第3阶段即TCA循环的关键酶是：柠檬酸合成酶、异柠檬 酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系有氧氧化第2阶段的关键酶：丙酮酸脱氢酶系有氧氧化第1阶段的关键酶：即糖酵解的三个关键酶,四、TCA中ATP生成与生物学意义：,（1）供能：共产生12 ATP 乙酰COA进入TCA，每一次循环有：4次脱氢反应 3 NADH 3*3=9 ATP 1 FADH2 2*1=2 ATP,底物水平磷酸化 1GTP 1 ATP,体外燃烧 有效利能率：84.6/209.1*100%=42%（见P 100 图13-10）,1乙酰辅酶A 209.1千卡，7.3*12=84.6 千卡，,（2）提供碳骨架：例 草酰乙酸+NH2 Asp（见P101 图13-11）,（3）有氧氧化,（可净生成36或38 ATP）,（琥珀酰COA合成酶催化的反应）,2丙酮酸 2乙酰辅酶A：2 NADH 2*3 ATP,G酵解：2 ATP+2 NADH 肌细胞等：2*2 ATP（穿梭）肝细胞等：2*3 ATP,2乙酰辅酶A TCA循环：12*2=24 ATP,三.五、TCA中碳骨架的不对称反应,乙酰COA经TCA，产生2 CO2；草酰乙酸经循环可再次生成。但是用同位素 14C、13C分别标记乙酰COA的甲基和羰基碳，发现在第一轮循环中没有标记的CO2释放，说明第一轮循环释放的二个碳原子并非乙酰COA的碳原子。（P101 图13-11、12）,有人解释其原因是顺乌头酸酶与柠檬酸结合不对称，脱水时 H 仅来自草酰乙酸，故TCA第一轮没有标记的CO2出现。,六、TCA的回补反应,3.天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和酮戊二酸；异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸、甲硫氨酸可形成琥珀酰COA而补充TCA。,4.苹果酸酶：（胞液）（线粒体）,NADPH,NAD+,三.七、乙醛酸循环,特殊生理意义：（1）将脂肪酸分解产生的乙酰辅酶A转变为琥珀酸，可合成糖；,（2）净结果为：2乙酰辅酶A 琥珀酸 回补TCA,第四节 磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）,一 磷酸戊糖途径的生理意义：1955年Gunsalas发现并提出单磷酸己糖支路（HMP），又称戊糖途径。,二.磷酸戊糖途径：氧化阶段；G-6-P 脱氢脱羧 5-磷酸核糖,可分为 非氧化阶段：磷酸戊糖分子重排 磷酸单糖 酵解,1.1、G-6-P脱氢脱羧转化成5-磷酸核酮糖（1）6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化G-6-P脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸内酯，反应以NADP为氢受 体形成NADPH；（2）6-磷酸葡萄糖酸内酯在6-磷酸葡萄糖酸内酯酶催化下水解成6-磷酸葡萄糖酸；,（3）3）6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化下，6-磷酸葡萄糖酸脱氢脱羧产生5-磷酸核酮糖，反应以NADP为氢受体形成NADPH；,6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此阶段的调控酶，催化不可逆反应，NADPH反馈抑制酶活性。,1.2、磷酸戊糖同分异构化生成5-磷酸核糖和5-磷酸木酮糖（1）磷酸戊糖异构酶催化5-磷酸核酮糖同分异构化成5-磷酸核糖；（2）磷酸戊糖差向酶催化5-磷酸核酮糖转化成5-磷酸木酮糖,H,1.3、磷酸戊糖通过转酮反应及转醛反应生成酵解途径的中间产物6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛,（反应机制见P 105）（2）转醛反应 由转醛酶催化使磷酸酮糖（7-磷酸景天酮糖）上的三碳单位（二羟丙酮基）转到另一个磷酸醛糖（3-磷酸甘油醛）的C1上，生成6-磷酸果糖和4-磷酸赤藓糖。,（3）转酮反应：4-磷酸赤藓糖经转酮反应接受5-磷酸木酮糖上的二碳单位形成 6-磷酸果糖与3-磷酸甘油醛,磷酸戊糖途径（简称HMP）可总结如下：2（G-6-P）（2*6C）,2 NADP+2 NADPH+H+,2（G-6-P酸）（2*6C）,2 NADP+2 NADPH+H+2CO2,2（5-P核酮糖）（2*5C）,（5-P核糖）（5-P木酮糖）,（7C）7-P景天酮糖 3-P甘油醛（3C）,另1分子G-6-P（4C）4-P赤藓糖 6-P果糖（6C）,5-P木酮糖 3 C 3-P甘油醛（3C）,CO2 2 C 6-P果糖（6C）,HMP总反应式为：,3（G-6-P）+6 NADP+3 H2O 2（6-P果糖）+3 CO2+6（NADPH+H+）,3-P甘油醛,糖醛酸途径糖醛酸途径及生理意义:,第五节 糖原合成与分解,一.糖原分解代谢,磷酸化酶,使（无活性）磷酸化酶 b 磷酸化酶 a(有活性),磷酸化酶催化的反应机制如下：,2.去分支酶催化糖原分支点的1，6-糖苷键断裂:,3.G-1-P 转变成 G-6-P；由磷酸葡萄糖变位酶（活性中心有磷酸化丝氨酸）催化完成。,G-1-P G-6-P,6-磷酸葡萄糖+H2O 葡萄糖+Pi,在肝的内质网上含有 葡萄糖6-磷酸酶 可催化此反应，而骨骼肌和脑组织细胞内缺乏此酶。故肝糖原可直接水解补充血糖，为其它组织细胞提供能量，而肌糖原则需通过乳酸循环才能转变成葡萄糖。,二.二、糖原的合成代谢,1.G-1-P在UDP葡萄糖焦磷酸化酶催化下生成UDP葡萄糖,3.合成具有1，6=糖苷键的有分支的糖原，反应由分支酶催化：,糖原分解与糖原合成二条途径总结如下：,糖 原 去分支酶 分支酶,转移酶 糖原合成酶(关键酶)糖原（关键酶）磷酸化酶 UDPG 焦磷酸化酶 糖原 分解 合成,G 1P,变位酶,G 6P,H2O ADP,(肝)葡萄糖-6-磷酸酶 葡萄糖激酶（肝）,Pi ATP,葡 萄 糖,注：（骨骼肌C内缺乏此酶，故肌糖原只能分解为G-6-P，经糖酵解生成乳酸，由乳酸循环运输到肝脏，再经糖异生转变成葡萄糖或肝糖原。）,第六节 糖的异生糖的异生即形成“新”糖的意思，是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。,一、糖异生的生理意义,（3）生糖氨基酸可经此途径转变成葡萄糖，是氨基酸代谢途径之一。,例：天冬氨酸 草酰乙酸 丙酮酸 G,一.二、糖异生的途径,4.6-磷酸果糖至葡萄糖 6-磷酸果糖至葡萄糖经酵解途径逆向变成6-磷酸葡萄糖，再由葡萄糖6-磷酸酶催 化水解成葡萄糖。Mg2+,6-磷酸葡萄糖+H2O 葡萄糖+Pi,在肝的内质网上含有葡萄糖6-磷酸酶可催化此反应，而骨骼肌和脑组织细胞内缺乏此酶。糖异生的总反应式为：,5.乳酸循环（Cori循环）：,肌糖原,G-6-P 葡萄糖,肌乳酸,血 糖,血乳酸,糖,生,葡萄糖 肝糖原,糖异生,第七节 糖代谢的调节 一.糖酵解的调节：,节。,1.磷酸果糖激酶（酵解中最关键的限速酶）调节：,作用。,毒.,应.,进行代谢。,二.,二.,二.,二.,二.,二、糖异生作用和糖酵解的代谢协调控制,F6P F1,62P,(-)ATP(+),磷酸果糖激酶(+)AMP(-)果糖二磷酸酶,(-)柠檬酸(+),(+)F2,62P(-),丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,PEP羧化激酶,丙酮酸羧化支路:,进行水解。结果使ATP水解，消耗了能量，而反应物没有变化。这种循环称无效循环，它只能产生热量供机体所需。,神经和激素对血糖代谢的控制,血 糖,来源 去路,食物消化吸收肝糖原分解非糖物质异生,氧化分解合成糖原转化为其他物质,尿 糖,（P 118120 略）,