王镜岩生化课件08 糖代谢.ppt
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1、第八章 糖代谢,糖代谢的生物学功能:能量转换(能源)物质转换(碳源):氨基酸、脂肪酸、核苷酸。糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质:NAD、FAD、DNA、RNA、ATP。,分解代谢:酵解(共同途径)、三羧酸循环(最后氧化途径)、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。合成代谢:糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用。糖代谢受神经、激素、别构物调节控制。,第一节 糖酵解 glycolysis一、酵解与发酵 酵解 glycolysis 细胞质中的酵解酶系统将Glc降解成丙酮酸,并生成ATP的过程。发酵fermentation乳酸发酵:厌氧有机体把酵解产生的NADH上的氢,传递给丙酮酸,生成乳酸。
2、酒精发酵:NAPH中的氢传递给丙酮酸脱羧生成的乙醛,生成乙醇。,二、糖酵解过程(EMP)Embden-Meyerhof Pathway,1940在细胞质中进行1、反应步骤P79 图 13-1 酵解途径三个不可逆步骤是调节位点。,(1)、葡萄糖磷酸化形成G-6-P,此反应基本不可逆,调节位点。,激酶:催化ATP分子的磷酸基(r-磷酰基)转移到底物上的酶,一般需要Mg2+或Mn2+作为辅因子。已糖激酶:专一性不强,可催化Glc、Fru、Man(甘露糖)磷酸化。己糖激酶是酵解途径中第一个调节酶,被产物G-6-P强烈地别构抑制。葡萄糖激酶:对Glc有专一活性,存在于肝脏中,不被G-6-P抑制。Glc激
3、酶是一个诱导酶,由胰岛素促使合成,,肌肉细胞中已糖激酶对Glc的Km为0.1mmol/L,而肝中Glc激酶对Glc的Km为10mmol/L平时细胞内Glc浓度为5mmol/L时,已糖激酶催化的酶促反应已经达最大速度,而肝中Glc激酶并不活跃。进食后,肝中Glc浓度增高,此时Glc激酶将Glc转化成G-6-P,进一步转化成糖元,贮存于肝细胞中。,()、G-6-P异构化为F-6-P,反应可逆,反应方向由底物与产物的含量水平控制。磷酸Glc异构酶将葡萄糖的羰基C由C1移至C2,()、F-6-P磷酸化,生成F-1,6-P,不可逆,调节位点,由磷酸果糖激酶催化。磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶,也是酵解
4、途径的第二个调节酶,()、F-1,6-P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮(DHAP),在生理环境中,3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸,驱动反应向右进行。该反应由醛缩酶催化,反应机理 P 82,()、磷酸二羟丙酮(DHAP)异构化成3-磷酸甘油醛,由磷酸丙糖异构酶催化。,C原子编号变化:F-1.6-P的C1-P、C6-P都变成了3-磷酸甘油醛的C3-P图解:P83 F-1.6-P磷酸二羟丙酮+3-磷酸甘油醛,()、3-磷酸甘油醛氧化成1.3二磷酸甘油酸,由磷酸甘油醛脱氢酶催化。,P84 图 13-4 3-磷酸甘油醛脱氢酶的催化机理碘乙酸可与酶的-SH结合,抑制此酶活性。砷酸能与磷酸底物竞争,使氧
5、化作用与磷酸化作用解偶连(生成3-磷酸甘油酸),()、1,3二磷酸甘油酸转化成3磷酸甘油酸和ATP,由磷酸甘油酸激酶催化。酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应,也是酵解过程中第一次产生ATP的反应。,()、3磷酸甘油酸转化成2磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶催化,磷酰基从C3移至C2。,()、2磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶2磷酸甘油酸中磷脂键是一个低能键(G=-17.6Kj/mol)而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇键是高能键(G=-62.1Kj/mol),因此,这一步反应显著提高了磷酰基的转移势能。,()、磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。,不可逆,调节位点。丙酮酸激酶,酵解途径的
6、第三个调节酶,这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化反应。,EMP总反应式:1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O,三、糖酵解的能量变化 P87 图 13-5 糖酵解途径中ATP的生成,无氧情况下:净产生2ATP有氧条件下:净产生7ATP(+(NADH)*2.5)但在肌肉系统组织和神经系统组织:净产生5ATP(+(FADH2)*1.5)。(黄素腺嘌呤 二核苷酸),甘油磷酸穿梭:NADH1.5ATPNADH将胞质中磷酸二羟丙酮被还原成3磷酸甘油,3-磷酸甘油进入线粒体,将2H交给FAD而生成FADH2,FADH2可传递给辅酶Q,进入呼吸链,产生2ATP
7、。苹果酸穿梭机制:NADH2.5ATP胞液中的NADH可经苹果酸脱氢酶催化,使草酰乙酸还原成苹果酸,再通过苹果酸-酮戊二酸载休转运,进入线粒体内,由线粒体内的苹果酸脱氢酶催化,生成NADH和草酰乙酸。,四、糖酵解的调节参阅 P120 糖酵解的调节三步不可逆反应,分别由三个调节酶(别构酶)催化,调节主要就发生在这三个部位。,1、已糖激酶调节别构抑制剂:G6P和ATP别构激活剂:ADP2、磷酸果糖激酶调节(关键限速步骤)抑制剂:ATP、柠檬酸、脂肪酸和H+激活剂:AMP、F2,62PATP:细胞内含有丰富的ATP时,此酶几乎无活性。柠檬酸:高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。H+:可防止肌肉中形成过
8、量乳酸而使血液酸中毒。3、丙酮酸激酶调节抑制剂:乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala、ATP激活剂:F-1,6-P、共价调节:;磷酸化抑制,去磷酸化激活,五、丙酮酸的去路1、进入三羧酸循环2、生成乳酸,在乳酸脱氢酶催化下,丙酮酸接受3磷酸甘油醛脱氢酶生成的NADH上的氢,生成乳酸。总反应:Glc+2ADP+2Pi 2乳酸+2ATP+2H2O,动物体内的乳酸循环 Cori 循环:,3、乙醇的生成,总反应:Glc+2pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP+2H20酵母或其它微生物中,丙酮酸脱羧酶,醇脱氢酶。在厌氧条件下能产生乙醇的微生物,如果有氧存在时,则会通过乙醛的氧化生成乙酸,制醋。4、丙
9、酮酸进行糖异生 5、生成丙氨酸,六、其它单糖进入糖酵解途径P 91 图 13-6 各种单糖进入糖酵解的途径1糖原降解产物G1P2D果糖 有两个途径3D半乳糖4D甘露糖,第二节 三羧酸循环葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段:糖酵解产生丙酮酸(2丙酮酸、2ATP、2NADH)丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA三羧酸循环(CO2、H2O、ATP、NADH)呼吸链氧化磷酸化(NADHATP)三羧酸循环(柠檬酸循环、Krebs循环):乙酰CoA经一系列的氧化、脱羧,最终生成CO2、H2O、并释放能量的过程。,一、丙酮酸脱羧生成乙酰CoA1、丙酮酸脱氢酶系多酶体系,位于线粒体膜上。E.coli:分子量:4.5106,
10、直径45nm,比核糖体稍大。酶 辅酶 亚基数丙酮酸脱羧酶(E1)TPP 24二氢硫辛酸转乙酰酶(E2)硫辛酸 24二氢硫辛酸脱氢酶(E3)FAD、NAD+12此外,还需要CoA、Mg2+作为辅因子,、反应过程P 93(1)丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP(2)二氢硫辛酸乙酰转移酶(E2)使羟乙基氧化成乙酰基(3)E2将乙酰基转给CoA,生成乙酰-CoA(4)E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸(5)E3还原NAD+生成NADH,、丙酮酸脱氢酶系的活性调节(1)共价调节:可逆磷酸化丙酮酸脱氢酶激酶(EA)丙酮酸脱氢酶磷酸酶(EB)磷酸化:无活性去磷酸化:有活性(2)别构调节ATP抑制E1CoA抑制E2N
11、ADH抑制E3,二、三羧酸循环(TCA)的过程1、反应步骤P95 图13-9,(1)、乙酰CoA+草酰乙酸柠檬酸,柠檬酸合酶TCA中第一个调节酶:抑制剂:ATP、NADH、琥珀酰CoA、和长链脂肪酰CoA。激活:乙酰CoA、草酸乙酸。氟乙酰CoA可与草酰乙酸生成氟柠檬酸,抑制下一步反应的酶,据此,可以合成杀虫剂、灭鼠药。,()、柠檬酸异柠檬酸,P 101 图1312 顺乌头酸酶与柠檬酸的不对称结合顺乌头酸酶只能以两种旋光异构方式中的一种与柠檬酸结合,结果,它催化的第一步脱水反应中的氢全来自草酰乙酸部分,第二步的水合反应中的OH也只加在草酰乙酸部分。TCA第一轮循环释放的CO2全来自草酰乙酸部分
12、,乙酰CoA羰基碳在第二轮循环中释放100%,甲基碳在第三轮循环中释放50%,以后每循环一轮释放余下的50%。,()、异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸和NADH,异柠檬酸脱氢酶TCA中第二个调节酶:激活剂:Mg2+(Mn2+)、NAD+、ADP。抑制剂:NADH、ATP。高能状态(高ATP/ADP、NADH/NAD+)抑制酶活性。线粒体内有二种异柠檬酸脱氢酶,一种以NAD+为电子受体,另一种以NADP+为受体。,(4)、-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA和NADH,-酮戊二酸脱氢酶系,TCA循环中的第三个调节酶:受NADH、琥珀酰CoA、Ca2+、ATP、GTP抑制,(5)、琥珀酰CoA生成琥珀
13、酸和GTP,琥珀酰CoA合成酶(琥珀酸硫激酶)这是TCA中唯一的底物水平磷酸化反应,直接生成GTP。,(6)、琥珀酸脱氢生成延胡索酸(反丁烯二酸)和FADH,丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂,可阻断三羧酸循环。,(7)、延胡索酸水化生成L-苹果酸,延胡索酸酶具有立体异构特性,OH只加入延胡索酸双键的一侧,因此只形成L-型苹果酸。,(8)、L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸和NADH,L-苹果酸脱氢酶,2、TCA循环小结(1)、三羧酸循环示意图(标出C编号的变化)P95 图13-9,(2)、总反应式:丙酮酸+4NAD+FAD+GDP 4NADH+FADH2+GTP+3CO2+H2O乙酰CoA+3NAD
14、+FAD+GDP 3NADH+FADH2+GTP+2CO2+H2O,(3)、一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应,三个调节位点,四次脱氢反应。,(4)、三羧酸循环中碳骨架的不对称反应乙酰CoA上的两个C原子在第一轮TCA上并没有被氧化。被标记的羰基碳在第二轮TCA中脱去。在第三轮TCA中,两次脱羧,可除去最初甲基碳的50%,以后每循环一次,脱去余下甲基碳的50%标记Glucose的第二位碳原子,跟踪EMP、TCA途径,C2的去向。,、一分子Glc彻底氧化产生的ATP数量其它组织:32ATP(苹果酸穿梭)从乙酰CoA开始:10ATP/循环 从丙酮酸开始:12.5ATP/循环 从葡萄塘开始:(2+2
15、*2.5)+12.5*2=32ATP骨骼肌、脑细胞:30ATP(甘油磷酸穿梭)(2+2*1.5)+12.5(丙酮酸)*2,、三羧酸循环的代谢调节参阅P122 图 13-26 三羧酸循环的调节(1)、柠檬酸合酶(限速酶)抑制:ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA。激活:乙酰CoA、草酰乙酸(2)、异柠檬酸脱氢酶抑制:NADH、ATP活化:ADP,当缺乏ADP时就失去活性。(3)、-酮戊二酸脱氢酶抑制:NADH、琥珀酰CoA。,三、TCA的生物学意义1、提供能量(1)、磷酸甘油穿梭机制:3-磷酸甘油进入线粒体,将2H交给FAD而生成FADH2,FADH2可传递给辅酶Q,进入呼吸链,产生2AT
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