生物化学简明教程第四版第九章糖代谢.ppt

葡萄糖 丙酮酸 乙酰 CoA CO2+H2O,糖的有氧分解,柠檬酸循环(三羧酸循环)(线粒体),糖酵解(细胞质),丙酮酸的氧化(线粒体),丙酮酸的氧化,Regulation of the pyruvate dehydrogenase complex.The complex is inhibited by its immediate products,NADH and acetyl CoA.The pyruvate dehydrogenase component is also regulated by covalent modification.A specific kinase phosphorylates and inactivates pyruvate dehydrogenase,and a phosphatase actives the dehydrogenase by removing the phosphoryl.The kinase and the phosphatase also are highly regulated enzymes.,丙酮酸脱氢酶系活性的调控,Why does TPP deficiency lead primarily to neurological disorders?The nervous system relies essentially on glucose as its only fuel.In contrast,most other tissues can use fats as a source of fuel for the citric acid cycle.The product of aerobic glycolysis,pyruvate,can enter the citric acid cycle only through the pyruvate dehydrogenase complex.,丙酮酸代谢的中断,脚气病以及汞、砷中毒的原因？,Arsenite poisoning.Arsenite inhibits the pyruvate dehydrogenase complex by inactivating the dihydrolipoamide component of the transacetylase.Some sulfhydryl reagents,such as 2,3-dimercaptoethanol,relieve the inhibition by forming a complex with the arsenite that can be excreted.,三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA),又叫柠檬酸循环(citric acid cycle)循环德国科学家Hans Krebs于年提出，Krebs因此于年获得诺贝尔奖。,Hans Krebs,三羧酸循环包含8个步骤：（1）乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,该反应不可逆，三羧酸循环的第一个限速酶。柠檬酸合酶(EC2.3.3.1)活性受ATP、NADH、琥珀酸CoA等抑制。,(2)柠檬酸脱水生成顺乌头酸，然后加水生成异柠檬酸,顺乌头酸酶()实际上起异构化作用，反应平衡时，柠檬酸占90%，顺乌头酸占4%，异柠檬酸占6%，但由于在线粒体内，异柠檬酸不断向下反应，整个反应趋向于异柠檬酸的生成。,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,异柠檬酸脱氢酶,Mn2+,(3)-酮戊二酸的生成,异柠檬酸脱氢酶特性：1）具有脱氢和脱羧两种功能，脱羧反应需要Mn2+；2）是别构酶：ADP是激活剂；ATP和NADH是抑制剂。3）是限速酶此步反应为一分界点，之前为三羧酸转化，之后为二羧酸变化。,(4)-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶A,-酮戊二酸脱氢酶系特性：1）包含三种酶（-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰转移酶和二氢硫辛酸脱氢酶）和六种辅助因子（TPP、硫辛酸、CoASH、FAD、NAD+、Mg2+）。2）限速酶：受ATP、NADH和琥珀酰辅酶A的抑制。,（5）琥珀酸的生成,三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化,琥珀酸脱氢酶,琥珀酸,延胡索酸,（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸,延胡索酸,苹果酸,延胡索酸酶,（7）延胡索酸水化生成苹果酸,（8）苹果酸氧化生成草酰乙酸,CH3CO-SCoA+3NAD+FAD+GDP+H3PO4+2H2O,HSCoA+3NADH+3H+FADH2+GTP+2CO2,verview of the citric acid cycle.The citric acid cycle oxidizes two-carbon units,producing two moleculesof CO2,one molecule of GTP,and highenergy electrons in the form of NADH and FADH2.,The link between glycolysis and the citric acid cycle.Pyruvate produced by glycolysis is converted into acetyl CoA,the fuel of the citric acid cycle.,1mol葡萄糖在有氧分解时所产生的ATP的mol数,2,2,2,2,6,2,4,10,2,4+102.5+21.5=32,4+21.5+82.5+21.5=30,或,糖有氧分解中的能量变化,C6H12O6+6O2,6CO2+6H2O+2867.48kJ/mol,G0=-2867.48kJ/mol,=34%,三羧酸循环的生物学意义,1、产能多，是氧化产能的重要途径；2、是糖、脂肪和蛋白质转化的枢纽；3、为体内物质合成提供中间产物。,TCA循环是糖、脂肪和蛋白质转化的枢纽,三羧酸循环的代谢调节,三个限速酶,柠檬酸合成酶(该途径关键的限速酶),异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶系,乙醛酸途径(glyoxylate pathway),植物某些无脊椎动物微生物,The glyoxylate pathway.The glyoxylate cycle allows plants and somemicroorganisms to grow on acetate because the cycle bypasses the decarboxylation steps of the citric acid cycle.The enzymes that permit the conversion of acetate into succinate isocitrate lyase and malate synthaseare boxed in blue.,乙醛酸途径,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合酶,2 乙酰CoA+NAD+2H2O,琥珀酸+2 CoASH+NADH+H+,CH3COO-+CoASH+ATP,CH3CO-SCoA+H2O+AMP+PPi,乙酰辅酶A合成酶,乙醛酸途径的意义,1、以二碳物为起始物合成三羧酸循环中的二羧酸和三羧酸，作为三羧酸循环上化合物的补充；2、由于丙酮酸的氧化脱羧生成乙酰辅酶A是不可逆的，在一般情况下，靠脂肪合成大量糖是较困难的。但在植物和微生物中脂肪可以通过乙醛酸途径转变为糖,乙醛酸循环途径,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合酶,三羧酸循环途径,2 乙酰CoA,琥珀酸,乙酰CoA,CO2+H2O,加入碘乙酸或氟化物,抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶活性,糖酵解和三羧酸循环,糖还能被氧化吗？,糖无氧分解和有氧分解是体内糖分解的主要途径，但不是唯一途径。,磷酸戊糖途径（phosphopentose pathway）,存在：动植物、微生物细胞中。动物体内约有30%的葡萄糖通过磷酸戊糖途径分解。进行部位：细胞液。,磷酸己糖旁路（hexose monophosphate shunt,HMS）,磷酸戊糖途径的反应过程,一、磷酸戊糖的生成,5-磷酸核酮糖经分子异构化生成5-磷酸核糖，5-磷酸木酮糖。,二、磷酸戊糖间互相转变,三、单糖分子间基团转换,6(葡萄糖-6-磷酸)+12 NADP+6H2O,5(葡萄糖-6-磷酸)+12 NADPH+12 H+6 CO2+H3PO4,总反应式：,磷酸戊糖途径的调节,6-磷酸葡萄糖脱氢酶是HMS的限速酶。,受NADPH/NADP+比例的调节。,1、生成NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力。NADPH是体内重要的供氢体，参与多种生物合成反应。如合成脂肪酸、胆固醇及类固醇激素都需要大量的NADPH。2、为DNA、RNA和多种辅酶的合成提供核糖-5-磷酸,磷酸戊糖途径的生理意义,3、在特殊情况下，HMS途径也为细胞提供能量。,糖原的异生作用,许多非糖物质如甘油、丙酮酸、乳酸以及某些氨基酸等能在肝脏中转变为糖原，称糖原异生作用。,动物肝脏是糖异生的主要场所,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,丙酮酸,乳 酸,乳 酸,肝脏,骨骼肌,糖异生,糖酵解,Cori循环,从丙酮酸转变为糖原的过程中,并非完全是糖酵解的逆反应,因为糖酵解过程中有三个激酶的催化反应是不可逆的,糖酵解途径,丙酮酸,烯醇丙酮酸磷酸,果糖-6-磷酸,果糖-1,6-二磷酸,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,如何跨越这三步反应？,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,但是丙酮酸羧化酶是线粒体酶，而糖酵解和糖异生的其它反应都是在胞液中进行的。,怎么办？,线粒体中丙酮酸的羧化作用,肌细胞中不含：葡萄糖-6-磷酸酶,糖异生能否在肌细胞中完成？,肌糖原能否转化为血糖？,1、是血糖的重要来源对维持空腹或饥饿时血糖的相对恒定具有重要意义。体内糖贮存量有限，如果没有外源性补充，只需10多个小时糖原即可耗尽。事实上，禁食24小时，血糖仍能保持正常水平，此时完全依赖糖的异生作用。2、是体内乳酸利用的主要方式乳酸很容易通过细胞膜弥散入血，通过血液循环运到肝脏，经糖异生作用转变为葡萄糖；肝脏糖异生作用生成的葡萄糖又输送到血液循环，再被肌肉利用。这一过程叫做乳酸循环（或称Cori循环）。可见，糖异生作用对乳酸的再利用，肝糖原更新，补充肌肉糖的消耗以及防止乳酸中毒等方面都起着重要作用。,糖原异生的生理意义,蔗糖的合成,磷酸蔗糖合成酶,蔗糖磷酸,磷酸酯酶,UDPG,果糖-6-磷酸,蔗糖,糖原的合成,非还原端,糖原分支酶,非还原端,新的非还原端,糖原核心,糖原核心,糖原分支的形成,1、维持血中葡萄糖浓度相对恒定：糖原是糖在体内的贮存形式。进食后多余的糖可在肝脏或其他组织合成糖原，以免血糖浓度过度升高；不进食期间，肝糖原则分解为葡萄糖释放入血，使血糖浓度不至于太低。（人体在安静而空腹时血糖的正常含量为70-100mg/100ml血液）2、糖原合成和分解与钾代谢有关：葡萄糖进入细胞合成糖原过程中，伴有K+转移入细胞，使血K+趋于降低，所以输注胰岛素和大量葡萄糖时，要注意防止低血钾。,糖原合成与分解的意义,糖原合成酶是糖原合成途径的限速酶,