《糖类分解代谢》PPT课件.ppt

第五章 糖类分解代谢,前言：新陈代谢的概念,新陈代谢是所有生物维持其生命活动的最基本的特性，是生物体内有机物合成和分解作用，包括物质转变和能量转化。,合成代谢 物质上-小分子-大分子（同化作用）能量上-积能过程生物体新陈代谢 分解代谢 物质上-大分子-小分子（异化作用）能量上-放能过程,前言：新陈代谢的概念,新陈代谢就是在合成和分解过程中不断就得平衡。若合成大于分解，生命体旺盛；反之，则衰老。,提问：什么是新陈代谢？新的来，旧的去花开花落、四季轮回、“长江后浪推前浪，一代新人换旧人”生化定义泛指生物与周围环境进行物质与能量交换的过程。是生物体物质代谢与能量代谢的有机统一。,物质代谢与能量代谢的统一,二者相辅相成，研究物质代谢就是研究能量代谢,新陈代谢的共性,生物虽然形貌各异，习性万千，但体内的新陈代谢却有着许多相同之处。提问：为什么具有许多相同之处呢？共同的祖先！A.代谢途径相似大同各类生物的物质的代谢途径十分相似小异也有偏向低等的厌氧生物尚没有发展出好氧代谢途径，而高等生物包括好氧细菌都发展出了更为高效的好氧代谢，但同时保存了厌氧代谢途径。,B.反应步骤繁多，具有严格的顺序性；,C.与环境相适应，自动调节；通过酶活性调节来进行调节。,按进程新陈代谢,营养物质的摄取与吸收细胞内的物质代谢代谢产物的去向与废物排泄这门课主要涉及目前已经清楚的细胞内四大物质的合成与分解。,代谢的研究方法,A.同位素示踪法将含有放射性同位素的物质参与代谢反应，测试该基团在不同物质间的转移情况，来认识代谢过程。例,通过巧妙的实验设计、严密的逻辑推断与重复性的验证。,B.整体方法,典型案例脂肪酸的氧化,C.组织提取法,各类组织细胞,典型案例 糖代谢、生物氧化等等,前言：新陈代谢的概念,新陈代谢就是与糖类的分解有密切的联系，因为糖类的分解对生物体来讲，具重要的意义。,1.糖类作为能源物质 生物细胞的各种代谢活动，包括物质分解和合成都需要有足够的能量，其中ATP是糖类降解时通过氧化磷酸化作用而形成的最重要的能量载体物质。生物细胞只能利用高能化合物（主要是ATP）水解时释放的化学能来做功，以满足生长发育等所需要的能量消耗。,前言：新陈代谢的概念,2.作为合成生物体内重要代谢物质的碳架和前体 葡萄糖、果糖等在降解过程中除了能提供大量能量外，其分解过程中还能形成许多中间产物或前体，生物细胞通过这些前体产物再去合成一系列其它重要的物质，包括：(1)乙酰辅酶A、氨基酸、核苷酸等，它们分别是合成脂肪、蛋白质和核酸等大分子物质的前体。(2)生物体内许多重要的次生代谢物、抗性物质，如生物碱、黄酮类等物质，它们对提高植物的抗逆性起着重要的作用。,前言：新陈代谢的概念,3.细胞中结构物质 细胞中的结构物质如植物细胞壁等是由纤维素、半纤维素、果胶质等物质组成；甲壳质或几丁质为N-乙酰葡萄糖胺的同聚物，是组成虾、蟹、昆虫等外骨骼的结构物质。这些物质都是由糖类转化物聚合而成。,前言：新陈代谢的概念,4.参与分子和细胞特异性识别 由寡糖或多糖组成的糖链常存在于细胞表面，形成糖脂和糖蛋白，参与分子或细胞间的特异性识别和结合，如抗体和抗原、激素和受体、病原体和宿主细胞、蛋白质和抑制剂等常通过糖链识别后再进行结合。,第一节 重要糖类结构和双糖、多糖的降解,Monosaccharides,or simple sugars,consist of a single polyhydroxy aldehyde or ketone unit.The most abundant monosaccharide in nature is the six-carbon sugar D-glucose,sometimes referred to as dextrose.Monosaccharides of more than four carbons tend to have cyclic structures.,第一节 重要糖类结构和双糖、多糖的降解,单糖（monosaccharide）是指最简单的糖，即在温和条件下不能再分解成更小的单体糖，如葡萄糖、果糖等。按碳原子的数目单糖又可分为三碳（丙）糖、四碳（丁）糖、五碳（戊）糖、六碳（已）糖、七碳（庚）糖等。,一、一些重要单糖的结构,一、一些重要单糖的结构,一、一些重要单糖的结构,一、一些重要单糖的结构,结构通式 醛糖 酮糖,仲碳原子是不对称的，单糖具有光旋异构现象，（）、（）,以及对映体D、L型,醛糖的判断依据是D型、L型甘油醛,L-甘油醛 D-甘油醛,以分子中倒数第二个碳原子上羟基在空间的左右来判别构型。,L-D-葡萄糖 葡萄糖L-D-甘油醛 甘油醛,D、L型醛糖可以定义为D、L型甘油醛通过增碳反应分子中增加（）形成的糖。,123456,D葡萄糖,D甘露糖,？,L甘露糖,讨论一种单糖的构型次序为：确定总D、L型 确定归属(醛、酮）确定名称 确定对映体,C原子数目相同单糖异构体，除对映体外“命”不同名称加以区分。,戊糖、己糖的环状结构与构象,自然界中糖以戊糖、己糖数量最大，结构分多羟基醛、酮的开链、半缩醛环状两种形式，天然情况以环状占绝大多数。以葡萄糖为例,吡喃环,开链,？,开链,C原子结构,环状分子的构型,吡喃环,H,OH,OH,H,？,新异构型,命名时为（）D（L）糖名,椅式构象与糖命名,名？,D葡萄糖,名？,D葡萄糖,戊糖，多为五元环呋喃糖，如,核糖 脱氧核糖,一、一些重要单糖的结构,D-7-磷酸-景天庚酮糖,麦芽糖,二、一些重要双糖的结构,-葡萄糖（14）葡萄糖苷,蔗 糖,-葡萄糖（12）-果糖苷,二、一些重要双糖的结构,乳 糖,二、一些重要双糖结构,乳糖（半乳糖-1,4-葡萄糖）,淀 粉,三、一些重要多糖的结构,淀 粉,三、一些重要多糖的结构,纤 维 素,三、一些重要多糖的结构,Chitin,三、一些重要多糖的结构,淀粉分解有两条途径：,四、淀粉的降解,水解 产生葡萄糖,磷酸解 产生磷酸葡萄糖,1.淀粉的水解,参与淀粉水解的酶主要有三种：淀粉酶、脱支酶、麦芽糖酶,淀粉酶是指参与淀粉a-1,4-糖苷键水解的酶。有a-淀粉酶和b-淀粉酶两种。,(1)淀粉酶：,四、淀粉的降解,其产物为：若直链淀粉 葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+低聚糖 若支链淀粉 葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+极限糊精,a-淀粉酶：（a-1,4-葡聚糖水解酶）,可水解任何部位的a-1,4-糖苷键，所以又称为内切淀粉酶。,该酶对非还原末端的5个葡萄糖基不发生作用。Ca2+需要。,(1)淀粉酶：,1.淀粉的水解,四、淀粉的降解,也水解a-1,4-糖苷键，但须从非还原末端开始切，每次切下两个葡萄糖基。又称为外切淀粉酶。,-淀粉酶：,其产物为：若直链淀粉 麦芽糖 若支链淀粉 麦芽糖+极限糊精（P140）,(1)淀粉酶：,1.淀粉的水解,四、淀粉的降解,(2)脱支酶(R-酶)：（a-1,6-葡萄糖苷酶）,水解a-1,6-糖苷键，但只能作用于外围的这种键，而不能水解内部的分支。,植物体内的麦芽糖酶通常与淀粉酶同时存在，并配合使用，从而使淀粉彻底水解成葡萄糖。,(3)麦芽糖酶：,1.淀粉的水解,四、淀粉的降解,1.淀粉的水解,Hydrolysis of glycogen and starch by-amylase and-amylase,四、淀粉的降解,2.淀粉的磷酸解,其中，淀粉磷酸化酶又叫P-酶。,此反应为可逆反应，但在植物体内，由于（1）Pi很高（如施肥）（2）G-1-P低（因不断被利用）所以，反应向正方向进行。,四、淀粉的降解,2.淀粉的磷酸解,淀粉磷酸化酶从淀粉的非还原端开始，一个一个地磷酸解a-1,4-糖苷键，直到距分支点4个葡萄糖基为止。所以，如果是支链淀粉，还需要另外两个酶的参与，即转移酶和脱支酶。,四、淀粉的降解,2.淀粉的磷酸解,四、淀粉的降解,2.淀粉的磷酸解,淀粉的磷酸解与水解相比，其优越性有：1.耗能少2.产物不易扩散到胞外(?),而水解产物葡萄糖会因扩散而流失(?),四、淀粉的降解,五、糖原的降解,糖原的磷酸解,糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase）是降解糖原的磷酸化的限速酶，有活性和非活性两种形式，分别称为糖原磷酸化酶a（活化态）和糖原磷酸化酶b（非活化态），两者在一定条件下可以相互转变。糖原磷酸解时，在磷酸化酶a作用下，从糖原非还原端开始逐个加磷酸切下葡萄糖生成1-磷酸葡萄糖，切至糖原分支点4个葡萄糖残基处为止。,五、糖原的降解,糖原的磷酸解,转移酶（transferase）又称1,41,4葡聚糖转移酶，它主要作用是将连接与分支点上4个葡萄糖基的葡聚三糖转移至同一个分支点的另一个葡聚四糖链的末端，使分支点仅留下一个（16）糖苷键连接的葡萄糖残基。,五、糖原的降解,糖原的磷酸解,脱支酶，即水解（16）糖苷键的酶，再将这个葡萄糖水解下来，使支链淀粉的分支结构变成直链结构，磷酸化酶再进一步将其降解为1-磷酸葡萄糖。由于磷酸化酶、转移酶和脱支酶的协同作用，将糖原（或支链淀粉）彻底降解。糖原磷酸化酶主要存在于动物肝脏中，通过糖原分解直接补充血糖。,五、糖原的降解,The reactions of glycogen debranching enzyme,1.蔗糖的水解,六、蔗糖的降解,由蔗糖酶催化：,由于底物和产物的旋光方向发生了改变，所以蔗糖酶又称为转化酶。产物也因此就做转化糖。,2.形成糖核苷酸,由蔗糖合酶催化：,六、蔗糖的降解,2.形成糖核苷酸,The structure of UDP-glucose,a sugar nucleotide,六、蔗糖的降解,2.形成糖核苷酸,NDP主要是ADP和UDP，其产物分别为ADPG(腺苷二磷酸葡萄糖)和UDPG(尿苷二磷酸葡萄糖)。UDPG和ADPG是葡萄糖的活化形式，在合成寡糖和多糖时作为葡萄糖基的供体。这比将蔗糖水解要经济，因为从水解产物葡萄糖合成NDPG需要消耗能量。,蔗糖的这种降解方式在高等植物中普遍存在。例如，在正在发育的谷类作物的籽粒能够将输入的蔗糖分解为ADPG，然后用以合成淀粉。,六、蔗糖的降解,第二节 糖酵解glycolysis,Louis Pasteur in his laboratory,一.糖酵解的概念,指葡萄糖通过一系列步骤，降解成三碳化合物（丙酮酸）的过程。,糖酵解途径又称 EMP途径(Embden-Meyerhof Parnas pathway),定义,一.糖酵解的概念,Glucose occupies a central position in the metabolism of plants,animals,and many microorganisms.It is relatively rich in potential energy,and thus a good fuel;the complete oxidation of glucose to carbon dioxide and water proceeds with a standard free-energy change of 2,840 kJ/mol.,定义,一.糖酵解的概念,Glucose is not only an excellent fuel,it is also a remarkably versatile precursor,capable of supplying a huge array of metabolic intermediates for biosynthetic reactions.A bacterium such as Escherichia coli can obtain from glucose the carbon skeletons for every amino acid,nucleotide,coenzyme,fatty acid,or other metabolic intermediate it needs for growth.,一.糖酵解的概念,In glycolysis(from the Greek glykys,meaning“sweet,”and lysis,meaning“splitting”),a molecule of glucose is degraded in a series of enzyme-catalyzed reactions to yield two molecules of the three-carbon compound pyruvate.derive most of their energy from glycolysis;many anaerobic microorganisms are entirely dependent on glycolysis.,二.糖酵解的过程,第一步：葡萄糖的磷酸化,第一阶段,激酶：催化将ATP上的磷酸基团转移到受体上的酶。激 酶都需要Mg2+作为辅助因子。,二.糖酵解的过程,第一步：葡萄糖的磷酸化,第一阶段,二.糖酵解的过程,二.糖酵解的过程,第二步：6-磷酸果糖的生成,第一阶段,二.糖酵解的过程,第二步：6-磷酸果糖的生成,第一阶段,二.糖酵解的过程,第三步：1,6-二磷酸果糖的生成,第一阶段,磷酸果糖激酶(PFK)是EMP途径的关键酶，其活性大小控制着整个途径的进程。,二.糖酵解的过程,第三步：1,6-二磷酸果糖的生成,第一阶段,磷酸果糖激酶(PFK)是EMP途径的关键酶，其活性大小控制着整个途径的进程。,二.糖酵解的过程,Phosphofructokinase with ADP shown in white and fructose-6-P in red,二.糖酵解的过程,第一阶段,碳链不变，但两头接上了磷酸基团，为断裂作好准备。,消耗两个ATP。,二.糖酵解的过程,第二阶段,第四步：1,6-二磷酸果糖的裂解,1个己糖分裂成2个丙糖 丙酮糖和丙醛糖，它们为同分异构体。,二.糖酵解的过程,第二阶段,第五步：磷酸丙糖的同分异构化,1分子二磷酸已糖裂解成2分子3-磷酸甘油醛。,二.糖酵解的过程,第三阶段,第六步：3-磷酸甘油醛氧化,糖酵解过程中第一次产生高能磷酸键，并且产生了还原剂 NADH。催化此反应的酶是巯基酶，所以它可被碘乙酸(ICH2COOH)不可逆地抑制。故碘乙酸能抑制糖酵解。,二.糖酵解的过程,第三阶段,第六步：3-磷酸甘油醛氧化,二.糖酵解的过程,第三阶段,第七步：3-磷酸甘油酸和ATP的生成,糖酵解过程中第一次产生 ATP。,二.糖酵解的过程,第三阶段,醛氧化成羧酸,NAD+还原成NADH,糖酵解中第一次产生ATP,二.糖酵解的过程,第四阶段,第八步：3-磷酸甘油酸异构,Mg2+,二.糖酵解的过程,第四阶段,The phosphoglycerate mutase of wheat germ catalyzes an intramolecular phosphoryl transfer,二.糖酵解的过程,第四阶段,第九步：PEP的生成,这一步其实是分子内的氧化还原，使分子中的能量重新分布，使能量集中，第二次产生了高能磷酸键。,Mg2+,二.糖酵解的过程,第四阶段,第十步：丙酮酸的生成,糖酵解过程中第二次产生 ATP。,Mg2+或 K+,二.糖酵解的过程,通过分子内结构的调整,生成了枢纽物质丙酮酸,Summary,三.糖酵解的能量计算,三.糖酵解的能量计算,要点：,1.全过程：三个阶段，10步反应，需10种酶,2.三个关键酶？不可逆反应！,3.调节位点：已糖激酶 G-6-P；磷酸果糖激酶 ATP、柠檬酸、脂肪酸；ADP、AMP；丙酮酸激酶 乙酰CoA、ATP；ADP、AMP,三.糖酵解的能量计算,要点：,4.定位：细胞质,5.意义：产生少许能量，产生一些中简产物如，丙酮酸 和甘油等,6.底物水平的磷酸化,四.糖酵解产物的去路,1.丙酮酸的去路,四.糖酵解产物的去路,1.丙酮酸的去路,(1)在无氧或相对缺氧时 发酵 有两种发酵：酒精发酵、乳酸发酵,酒精发酵：由葡萄糖 乙醇的过程,丙酮酸脱羧酶需要TPP作为辅酶。,四.糖酵解产物的去路,1.丙酮酸的去路,(1)在无氧或相对缺氧时 酒精发酵,四.糖酵解产物的去路,1.丙酮酸的去路,(2)在无氧或相对缺氧时 乳酸发酵,乳酸发酵：由葡萄糖 乳酸的过程,乳酸脱氢酶在动物体内有5种同工酶：H4、H3M、H2M2、HM3、M4,四.糖酵解产物的去路,1.丙酮酸的去路,(2)在无氧或相对缺氧时 乳酸发酵,许多微生物常进行这种过程。此外，高等动物在氧不充足时，也可进行这条途径，如肌肉强烈运动时即产生大量乳酸。,四.糖酵解产物的去路,1.丙酮酸的去路,(3)在有氧条件下 丙酮酸有氧氧化 丙酮酸被彻底氧化成CO2。,这一过程在线粒体中进行。通过此过程可以使葡萄糖彻底降解、氧化成CO2。,四.糖酵解产物的去路,2.NADH的去路,(1)在无氧或相对缺氧时,酒精发酵中：作为 乙醛 乙醇 的供氢体,乳酸发酵中：作为 丙酮酸 乳酸 的供氢体,1分子葡萄糖通过无氧酵解，只能生成 2 个ATP,四.糖酵解产物的去路,2.NADH的去路,(2)在有氧条件下,原核生物中：1分子的NADH通过呼吸链可产生3个ATP，,真核生物中：在植物细胞或动物的肌细胞中，1分子 的NADH通过呼吸链可产生2个ATP。,1分子葡萄糖通过有氧酵解，可生成 2+22=6 个ATP,1分子葡萄糖通过有氧酵解，可生成 2+32=8 个ATP,五.糖酵解的生物学意义,1.为生物体提供一定的能量；,2.糖酵解的中间物为生物合成提供原料；如丙酮酸可转变为氨基酸，磷酸二羟丙酮可合成甘油。,3.为糖异生作用提供了基本途径。,六.糖酵解的调控,在代谢途径中，发生不可逆反应的地方常常是整个途径的调控部位，而催化这些反应的酶常常要受到调控，从而影响这些地方的反应速度，进而影响整个途径的进程。这些酶称该途径的关键酶。,在糖酵解中，有三种酶催化的不可逆反应 己糖激酶、PFK、丙酮酸激酶。所以它们是关键酶。,这三种酶都是变构酶。,第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,Chapter 3The pyruvate oxidization and citric acid cycle,在有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA，后者可进入三羧酸循环彻底氧化。,一、丙酮酸氧化脱羧,The oxidative decarboxylation of pyruvate in mitochondria:the overall chemical transformation,involving five cofactors and three enzymes.,一、丙酮酸氧化脱羧,E1 丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase PDH)。催化丙酮酸的脱羧及脱氢，形成二碳单位乙酰基。具有辅基TPP。E2 二氢硫辛酸转乙酰基酶(dihydrolipoyl transacetylase TA)。催化二碳单位乙酰基的转移。具有辅基硫辛酸。E3 二氢硫辛酸脱氢酶(dihydrolipoyl dehydrogenase DLD)。催化还原型硫辛酸氧化型。具有辅基FAD。,催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由3种酶有机地组合在一起：,一、丙酮酸氧化脱羧,整个过程涉及到的6个辅因子：TPP(焦磷酸硫胺素)、SSL(硫辛酸)、FAD、NAD+、CoA、Mg2+等。,丙酮酸脱氢酶复合体呈圆球形，每个复合体含有：6个PDH、24个TA、6个DLD其中TA为复合物的核心，它的一条硫辛酸臂可以旋转。,一、丙酮酸氧化脱羧,一、丙酮酸氧化脱羧,Pyruvate dehydrogenasecomplexes from E.coli:the electron micrographa huge multimeric assemblyof three kinds of enzymes,having 60 subunits in bacteria and more in mammals.,A model of the E.coli pyruvate dehydrognase complex showing the three kinds of enzymes and the flexible lipoamide arms covalently attached to E2,E2(dihydrolipoyl transacetylase):consisting the core,24 subunits;E1(pyruvate dehydrogenase):bound to the E2 core,24 subunits;E3(dihydrolipoyl dehydrogenase):bound to the E2 core,12 subunits.,Pyruvate,E2,E3,Hydroxyethyl-TPP,CO2,Acetyl-CoA,Coenzyme A(CoA-SH):discovered in 1945 by Lipmann,delivers activated acyl groups(with 2-24carbons)for degradation or biosynthesis.,三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)，又叫做TCA循环，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸，它含有三个羧基，故此得名。,该循环的提出的主要贡献者是英国生化学家Krebs，所以又称Krebs循环。,该循环还叫做柠檬酸循环。,1.化学反应过程,二、TCA循环,Step 1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸,1.化学反应过程,二、TCA循环,An aldol condensation,The methyl carbon of acety-CoA joins the carbonyl carbon of oxaloacetate;citroyl-CoA is a transient intermediate;hydrolysis of the thioester bond releases a large amount of free energy.,Step 1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸,这步反应由 C4 C6。,1.化学反应过程,Citrate synthase.Citrate is shown in green and CoA pink,二、TCA循环,Step 1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸,反应的能量由乙酰CoA的高能硫酯键提供，所以使反应不可逆。此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬酰CoA，然后水解。,这步反应由 C4 C6。,1.化学反应过程,二、TCA循环,Step 2.柠檬酸异构化成异柠檬酸,1.化学反应过程,Iron-sulfur(red),cysteines(yellow)and isocitrate(white),二、TCA循环,Step 3.异柠檬酸氧化脱羧,1.化学反应过程,二、TCA循环,这阶段放出了1分子CO2，由 C6 C5；产生1分子NADH,Step 3.异柠檬酸氧化脱羧,1.化学反应过程,NADP+(gold);Ca2+(red),二、TCA循环,a-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体非常相似，也包含三种酶、五六种辅因子。,Step 4.a-酮戊二酸氧化脱羧,1.化学反应过程,二、TCA循环,TPP lipoate FAD,(E1,E2,E3),Decarboxylated first,then oxidized;the carbon released as CO2 is not from the acetyl group joined;The a-ketoglutarate dehydrogenase complex closely resembles the pyruvate dehyrogenase complex in structure and function(the two E1s and twoE2s are similar,the two E3s are identical).,Reaction 4,Step 4.a-酮戊二酸氧化脱羧,1.化学反应过程,这阶段又放出了1分子CO2，由 C5 C4；又产生1分子NADH；形成1个高能硫酯键。,二、TCA循环,这阶段合成了1分子高能磷酸化合物GTP,Step 5.由琥珀酰CoA生成高能磷酸键,1.化学反应过程,Malonate(丙二酸)is a strong competitive inhibitor,二、TCA循环,Step 6.琥珀酸氧化成延胡索酸,这一阶段的反应为C4的变化；产生1分子FADH2、1分子NADH。,1.化学反应过程,二、TCA循环,这阶段需要经历三步反应 脱氢、加水、脱氢,Step 7.延胡索酸至苹果酸,这一阶段的反应为C4的变化；产生1分子FADH2、1分子NADH。,1.化学反应过程,二、TCA循环,Step 8.苹果酸至草酰乙酸（再生）,1.化学反应过程,Oxaloacetate is regenerated!,二、TCA循环,The active site of malate dehydrogenase.Malate is shown in red;NAD+blue.,1.化学反应过程,Step 8.苹果酸至草酰乙酸（再生）,二、TCA循环,2.TCA循环的总反应,二、TCA循环,每经历一次TCA循环 有2个碳原子通过乙酰CoA进入循环，以后有2个碳原子通过脱羧反应离开循环。有4对氢原子通过脱氢反应离开循环，其中3对由NADH携带，1对由FADH2携带。产生1分子高能磷酸化合物GTP，通过它可生成1分子ATP。消耗2分子水，分别用于合成柠檬酸（水解柠檬酰CoA）和延胡索酸的加水。,2.TCA循环的总反应,二、TCA循环,由TCA循环产生的NADH和FADH2必须经呼吸链将电子交给O2，才能回复成氧化态，再去接受TCA循环脱下的氢。,产物NADH和FADH2的去路:,所以，TCA循环需要在有氧的条件下进行。否则NADH和FADH2携带的H无法交给氧，即呼吸链氧化磷酸化无法进行，NAD+及FAD不能被再生，使TCA循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进行。,2.TCA循环的总反应,二、TCA循环,乙酰CoA通过TCA循环脱下的氢由NADH及FADH2经呼吸链传递给O2，由此而形成大量ATP,由乙酰CoA氧化产生的ATP中，只有1/12来自底物水平的磷酸化，其余都是由氧化磷酸化间接产生,3.能量的化学计量,二、TCA循环,3.能量的化学计量,二、TCA循环,葡萄糖彻底氧化经由的途径：EMP途径、丙酮酸氧化脱羧、TCA循环、呼吸链氧化磷酸化。,对于原核生物：,3.能量的化学计量,二、TCA循环,对于原核生物：,由于在EMP途径中生成的NADH在线粒体外，其磷氧比为2，所以1分子葡萄糖彻底氧化只能合成 36 ATP。,对于真核生物（高等植物、真菌、动物的肌细胞）:,3.能量的化学计量,二、TCA循环,The complete oxidation of one glucose may yield as many as 32 ATP,All the NADH and FADH2 will eventually pass their electrons to O2 after being transferred through a series of electron carriers.The complete oxidation of each NADH molecule leads to the generation of about 2.5 ATP,and FADH2 of about 1.5 ATP.free energy changes in cells.,1.定位：线粒体,A 柠檬酸合酶:该酶有负变构剂ATP，它使酶与底物的亲和力下降，从而Km值增大。B 异柠檬脱氢酶:该酶有正变构剂ADP，它使酶与底物的亲和力增加。此外，NAD+、底物异柠檬酸使酶活升高；NADH、ATP使酶活下降。C-酮二酸脱氢酶:ATP、NADH及产物琥珀酰CoA抑制酶的活性。,2.不可逆反应与调节：,4.注意点,二、TCA循环,Inhibited by productsand high energy charge;Activated by a low energy charge or a signal for energy requirement(Ca2+).,Rate of the citric acid cycle is controlled at three exergonic irreversible steps catalyzed by:,Citrate synthase,isocitrate dehydrogenase and a-ketoglutarate dehydrogenase,1.为生物体提供能量，是体内主要产生ATP的途径；,2.循环中的中间物为生物合成提供原料；如草酰乙酸、a-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。,3.糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽。,5.TCA循环的生物学意义,二、TCA循环,三、TCA的回补反应,三羧酸循环的一个重要作用是它的中间物可以为生物合成提供原料，但这些中间物必须得到补充，以保证TCA循环运转。尤其是起始物草酰乙酸，缺乏它乙酰CoA就不能进入循环。,生物体中存在着及时补充草酰乙酸的反应，称为回补反应。,1.回补反应含义：,1.丙酮酸羧化,2.回补反应的途径：,丙酮酸羧化酶需要生物素作为其辅酶。,这是动物中最重要的回补反应，在线粒体中进行。,三、TCA的回补反应,2.PEP羧化酶（细胞质）,2.回补反应的途径：,三、TCA的回补反应,3.苹果酸酶（细胞质）,2.回补反应的途径：,三、TCA的回补反应,4.PEP羧激酶（液泡）,2.回补反应的途径：,三、TCA的回补反应,The phosphoenolpyruvate carboxykinase reaction,第四节 磷酸戊糖途径,葡萄糖的降解除了EMP-TCA途径外，是否还存在着另外的途径？,HMP 途径,一、概念,磷酸戊糖途径。,有，什么途径？,磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway or phosphogluconate pqthway)，又叫做PPP，是由于该途径中有许多中间物是磷酸戊糖。,该途径又叫做磷酸葡萄糖酸途径(hexose monophosphate shunt pathway HMP)，因为磷酸葡萄糖酸是该途径的早期特征中间物。,该途径又称磷酸己糖支路，是由于从磷酸己糖开始该途径与EMP途径分支。,HMP途径,一、概念,1）糖的脱氢、脱羧：6-磷酸葡萄糖5-磷酸核酮糖 2）糖的相互转化：6个5-磷酸核酮糖5个6-磷酸葡萄糖,HMP途径,二、化学历程,分为两个阶段：,第一步：脱氢 Dehydrogenation,葡萄糖氧化脱羧,HMP途径,二、化学历程,The gluconolactone(葡糖酸内酯)produced in step 1 is hydrolytically unstable and readily undergoes a spontaneous ring-opening hydrolysis,although an enzyme,gluconolactonase,accelerates this reaction.,葡萄糖氧化脱羧,HMP途径,二、化学历程,第二步：hydrolysis,葡萄糖氧化脱羧,HMP途径,二、化学历程,此反应不可逆，从而使 G-6-P 6-磷酸葡萄糖酸（6-phospho-D-gluconate）的过程不可逆.,第三步：oxidative decarboxylation,葡萄糖氧化脱羧,此反应也不可逆,HMP途径,二、化学历程,5-P-核酮糖,第四步：异构化 Isomerism,分子重组阶段,HMP途径,二、化学历程,Phosphopentose Isomerase,分子重组阶段,HMP途径,二、化学历程,第四步：异构化 Isomerism,Phosphopentose Isomerase,分子重组阶段,HMP途径,二、化学历程,第五步：表异构化 Epimerization,ketose,xylulose,Phosphopentose Epimerase,分子重组阶段,HMP途径,二、化学历程,第五步：表异构化 Epimerization,Phosphopentose Epimerase,分子重组阶段,HMP途径,二、化学历程,第六步：转酮醇反应 Transketolase,分子重组阶段,HMP途径,二、化学历程,第七步：转酮醇反应 Transketolase,分子重组阶段,HMP途径,二、化学历程,第八步：转酮醇反应 Transketolase,分子重组阶段,HMP途径,二、化学历程,第九步：异构化反应 Isomerism,6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,磷酸已糖异构酶phosphoglucoisomerase,HMP途径,二、化学历程,HMP途径,三、化学计量,HMP途径,三、化学计量,1.产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力 NADPH作为主要供氢体，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成、氨的同化等反应所必需。,2.途径中的中间物为许多化合物的合成提供原料 可以产生各种磷酸单糖。如磷酸核糖是合成核苷酸的原料，4-磷酸赤藓糖与PEP可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸。,HMP途径,四、HMP途径的生物学意义,HMP途径在生物体中普遍存在，其中动物、微生物中占糖降解的30%，植物中占50%。,HMP途径,3.HMP定位于细胞质，和EMP等途径相通,四、HMP途径的生物学意义,4.HMP在植物胁迫(如干旱、病害、伤害等)时被高速启动,