生物化学第十一章-糖代谢课件.ppt

1、第十章 糖代谢 第一节 概论 第二节 糖的无氧分解 第三节 糖的有氧分解 第四节 单糖的其它代谢支路 第五节 糖原的代谢第一节 概 述 生物所需的能量，主要由糖的分解代谢所供给，成人每天所需的热能60%70%来自糖类，植物能将二氧化碳及水合成糖类，人类和动物则利用植物所造的糖类以供给热能。人类和动物利用糖类作能源，糖类主要是淀粉和糖原，经酶解作用变成单糖才能被吸收，进行代谢。一、多糖及寡糖的降解 1、淀粉酶（amylase)：主要存在于动物体内，水解淀粉及糖原任何部位的 1，4G糖苷键。产物是G、麦芽糖、糊精。2、淀粉酶(amylase)：主要存在于植物的种子和块根内，只能催化从淀粉及糖原非还

2、原端，1、4-葡萄糖苷键依次切下两个G单位，产物为麦芽糖和糊精混合物。、淀粉酶对 1、6葡萄糖苷键皆无作用。-淀粉酶-淀粉酶只表示两种淀粉酶，不表示任何构型关系。3、1、6葡萄糖苷酶:水解淀粉的 1、6糖苷键，把支链淀粉的分支切下。又称淀粉酶（amylase)4、纤维素酶（cellulase)：水解(14)糖苷键.只存在于微生物中，某些微生物所含的水解纤维素的酶实际是多种酶组合成的酶体系。反刍动物可消化纤维素是因为其肠道细菌具有纤维素酶。5、磷酸化酶（phosphorylase)及脱支酶(debranching enzyme)：降解糖原的酶。前者降解(14)糖苷键，后者降解(16)糖苷键。糖原

3、磷酸化酶降解糖原的产物是1磷酸葡萄糖。磷酸解作用沿一个糖原分支进行到靠近距分支点4到5个残基，剩下一个“有限支”后糖原脱支酶将有限支连接到另一个分支的非还原端。二、糖的吸收与转运 1.糖的吸收：食物中的糖被消化后以D-葡萄糖，D-果糖，D-半乳糖等单糖形式被小肠黏膜细胞吸收进入血液，葡萄糖等单糖被小肠黏膜细胞吸收是单糖同钠离子的同向协同运输过程，即葡萄糖和钠离子都是由细胞外向细胞内转运，葡萄糖跨膜运输所需要的能量来自细胞膜两侧的钠离子浓度梯度。各种单糖的吸收速率不同：D-半乳糖(110)D-葡萄糖(100)D-果糖(43)D-甘露糖(19)L-木酮糖(15)L-阿拉伯糖(9)2.单糖的吸收：单

4、糖吸收后进入血液，主要是葡萄糖，称血糖,正常指标范围为:4.46.7mmol/L。三、糖的中间代谢概况三、糖的中间代谢概况 由于葡萄糖是大多数有机体生命活动的主要能源，了解葡萄糖所含的化学能如何转化成可以被细胞利用的能量形式是十分重要的。糖分解代谢分需氧分解和无氧分解，主要途径包括：糖酵解（EMP）,三羧酸循环（TCA）,磷酸戊糖途径。第二节 糖的无氧分解 无氧的条件下，葡萄糖进行分解，形成两分子丙酮酸并提供能量，这一过程称为糖酵解途径。是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。糖酵解过程被认为是生物最古老、最原始获取能量的一种形式。这一途径是最早阐明的酶促反应系统，研究得非常透彻的一个过程，因为这一

5、过程的反应原则及调节机制，在所有细胞代谢中具有普遍意义。一、糖酵解研究简史 发酵研究始于19世纪后半叶。Paster L.1875年酵母菌将葡萄糖无氧氧化生成酒精。Buchner 1897年 酵母提取液中葡萄糖也可发酵。Harden A.Young W.1905年 无机磷酸参与酵解并分离出1，6二磷酸果糖；酵母发酵需要“酒化酶”和“辅化酶”，获得NAD+。Robison 分离出G-6-P和F-6-P平衡混合物。Embodan 肌肉中存在类似途径乳酸发酵，F-1,6-2P裂解及随后步骤，Meyehof进行了合理修正并研究了能力学，葡萄糖酵解为丙酮酸 亦称为EmbodanMeyerhof path

6、way(EMP)。二.糖酵解的全过程 1、碳骨架6C 3C。2、产生ATP和NADH。3、中间代谢物以磷酸化合物的形式存在具有重要意义。A、带负电磷酸基团具有极性，不易透过质膜而散失。B、磷酸基团起到酶识别基团的作用。C、形成高能磷酸键保存能量的作用。三、糖酵解的反应机制 反应发生在细胞溶胶（胞质溶胶、细胞质基质、胞浆、胞液）1葡萄糖的磷酸化：（己糖激酶、葡萄糖激酶）G Go=o=-30.54 kJ/mol-30.54 kJ/mol 己糖激酶：底物非专一，对D甘露糖、D果糖、氨基葡萄糖均有催化作用。两亚基，动物组织有四种同工酶：I 脑和肾脏中，II 骨骼肌和心脏；III 肝脏和肺脏中；IV 肝

7、脏。I、II、III型酶大都存在于基本不能合成糖原的组织中。无机磷酸有解除G-6-P和ADP对I、II、III抑制的作用。I型对无机磷酸最敏感。葡萄糖激酶：Km值高，与糖原合成有关，胰岛素可诱导该酶的生成,与血糖调节有关。机体酶的区域化分布，满足机体不同需要，利于机体调节。第一个调控酶。激酶：能在ATP和任意底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶。反应机理：激酶催化的磷酸化机理，消耗一分子ATP，形成GMgATP三元复合物。己糖激酶与葡萄糖结合时的构象变化 2.G-6-P异构化形成F-6-P：（磷酸葡糖异构酶）G Go=o=1.67kJ/mol 1.67kJ/mol 磷酸葡萄糖异构酶；酶活性

8、部位可能有Lys和His残基,酸碱催化机制，具有底物专一性和立体专一性。反应机理：异构化反应。3.F-6-P形成F-1,6-2P:（磷酸果糖激酶）G Go=o=-14.23 kJ/mol-14.23 kJ/mol 磷酸果糖激酶:变构酶,四亚基，四聚体,肝脏中340 000,兔组织3种同工酶,A型：心肌和骨骼肌,对磷酸肌酸、柠檬酸和Pi抑制作用最敏感;B型：肝和红细胞，对2,3-（BPG）二磷酸甘油酸抑制作用最敏感;C型：脑,对ATP抑制作用敏感。受变构调节;限速酶。反应机理：反应机理：激酶催化的磷酸化机理，消耗一分子ATP。4、F-1,6-2P（FBP）转变为甘油醛-3-P(GAP)和二羟丙酮

9、磷酸(DHAP).作用机理 注意6碳变 为3碳的编号 醛缩酶的名称来自于该酶所催化的逆反应。G Goo=23.97kJ/mol=23.97kJ/mol 标准状况下，反应向缩合方向进行，但在细胞条件下，向裂解方向进行，若细胞F-1，6-2P 浓度为0.1mmol/L，计算有53.9%FBP即被醛缩酶裂解。醛缩酶：四亚基,活性中心有数个游离的-SH及组氨酸和赖氨酸残基。I 高等动植物：3种同工酶。A：存在肌肉，分子量为 160 000。B：存在肝脏。;C：存在脑组织。II 细菌,酵母,真菌和藻类：含二价金属离子,锌、钙、铁，也需钾离子，分子量65 000。反应机理：反应机理：醛缩机理。5、二羟丙酮

10、磷酸转变为甘油醛3磷酸 G Goo=7.7kJ/mol=7.7kJ/mol K=4.73 K=4.73 10 10-2-2 甘油醛3磷酸（GAP）的浓度 二羟丙酮磷酸（DHAP）的浓度 但GAP在糖酵解途径中被消耗，所以DHAP不断转变成GAP。丙糖磷酸异构酶：活性部位谷氨酸残基游离羧基,反应速度快，只要酶与底物一旦相互碰撞，反应即刻完成。相对分子质量56 000,8股平行的折叠环抱成中心核;外面围绕着相对应的链,二者之间以无规卷曲肽链相连接。反应机理反应机理：异构化反应。8股 折叠链构成中间的中心核，8股 螺旋链与 折叠链相对应环绕在外 折叠链周围，两种不同形式的链条以无规肽链相连。丙糖磷酸

11、异构酶的结构图 6.甘油醛3磷酸（GAP)氧化为1，3二磷酸甘油酸(1,3BPG)Go=6.276kJ/mol 标准状况吸能，但下一步反应是放能反应，使该反应可以顺利进行。反应机理 甘油醛-3-磷酸脱氢酶：兔肌肉中 14 000,4个相同亚基(330AA);重金属离子和烷化剂(碘乙酸)抑制酶活性,活性部位有巯基，酵解中唯一的一次脱氢反应，并形成一分子高能磷酸键。砷酸盐破坏1，3BPG的形成 以以NAD+为辅酶的脱氢酶的共同性为辅酶的脱氢酶的共同性 与NAD+结合的结构域相似 7.1,3二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（1，3 BPG）转）转移高能磷酸基团形成移高能磷酸基团形成ATP 底物水平磷酸化底

12、物水平磷酸化 o18.9kJ/mol(4.5kcal/mol)G Goo=-18.83k J/mol=-18.83k J/mol（测的数值有所不同）（测的数值有所不同）高效放能反应，起到推动前一步反应顺利进行的作用。磷酸甘油酸激酶：磷酸甘油酸激酶分子外观和己糖激酶相似，但它们的蛋白质组成是完全不同的。酵解过程中第一次生成ATP的反应。8.3磷酸甘油酸（3PG）转变为）转变为2磷酸甘油酸（磷酸甘油酸（2PG）：磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)催化机制:活性部位的His残基上结合一个磷酸基团，3PG结合到酶活性部位后,His残基上的磷酸基团转移到3

13、PG的2位生成2,3-BPG，2,3-BPG的3位磷酸基团使His残基再次磷酸化,生成2PG，2,3-BPG,His残基上的磷酸基团和3PG间磷酸基团相互转移的动态平衡。反应机制2,3-BPG的合成与降解是糖酵解途径中的一个短支路 2,3-BPG支路支路：起催化作用的酶为二磷酸二磷酸甘油酸变位酶甘油酸变位酶(biphosphoglycerate mutase)和和2,3-二磷酸甘油酸磷酸酶；二磷酸甘油酸磷酸酶；2,3-BPG在红细胞内对氧的转运起重要的作用，使脱氧血红蛋白稳定,降低对氧的亲和力,血红蛋白在通过毛细血管时易脱下氧，只是可以利用酵解过程中间物进行物质形成，不是一定发生的过程。反应式

14、 9.2磷酸甘油酸（2PG）脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEG)：o+1.84kJ/mol(+0.44kcal/mol)2PG脱水生成PEG，形成一个高能键.烯醇化酶：先与二价阳离子Mg2+或Mn2+结合才有活性，相对分子量85 000，氟化物是酶强烈抑制剂。原因：氟与镁和无机磷酸形成复合物，取代酶分子上镁离子的位置，使酶失活.10.磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）转变为丙酮酸 PEP水解：Go =-61.92kJ/mol ATP生成：Go =30.54kJ/mol 该反应：Go =-31.38kJ/mol PEP生成丙酮酸：生成一分子ATP。丙酮酸激酶：需二价阳离子如：M g2+、Mn2+。四聚体

15、250 000，每个亚基 55 000；动物组织三种同工酶，L 肝脏；M 肌肉和脑中；A 其他组织。调控酶。同工酶结构相似，调控机制不同。四、糖酵解全过程总结 十步反应；十种酶催化；前五步反应为准备阶段，消耗2分子ATP;后五步为放能阶段，产生4分子ATP和两分子NADH。五、糖酵解的生理作用 1、降解产生ATP和NADH，提供能量。2、产生含碳的中间物为合成反应提供原料。六、糖酵解作用的调节 不可逆反应步骤：，己糖激酶；磷酸果糖激酶；丙酮酸激酶。1、己糖激酶对酵解的调节作用、己糖激酶对酵解的调节作用 G-6-P积累抑制该酶活性，磷酸果糖激酶（PFK）活性低，导致F-6-P和G-6-P的积累。

16、调控酶，非关键的限速酶。2、磷酸果糖激酶是关键的限速酶、磷酸果糖激酶是关键的限速酶（1）该酶受高浓度ATP抑制，ATP结合到酶的调控部位，降低与F-6-P的亲和，抑制反应。图示:（2）柠檬酸加强ATP的抑制作用.。（3）H+可抑制该酶活性,防止肌肉中过量乳酸而酸中毒。（4）F-2,6-2P与酶调控部位结合，提高与F-6-P的亲合，降低ATP的抑制作用。F-2,6-2P对酵解作用的调节机理：对酵解作用的调节机理：1980 年发现的酵解过程调节物。年发现的酵解过程调节物。F6P 磷酸果糖激酶2 F2,62P F2,62P 果糖二磷酸酶2 F6P 两种酶为一种蛋白处于不同修饰化状态，双功能酶。血糖浓

17、度可通过激素级联反应，引起该双功能酶的磷酸化或去磷酸化（调节果糖激酶2或果糖二磷酸酶2的活性），通过F-2,6-2P量变化，调节果糖激酶1活性。当葡萄糖缺乏时，双功能酶磷酸化，果糖磷酸酶2激活，果糖激酶2受到抑制，F2,62p量减少，当葡萄糖过剩时，磷酸基团从酶分子上脱落，F2,62p量上升，糖酵解加速。3、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶（1）F-1,6-2P使丙酮酸激酶活化，与磷酸果糖激酶（FPK）的催化加速相协调。（2）高能荷时，ATP别构抑制肝中L型同功酶的活性。（3）丙酮酸转氨合成的丙氨酸别构抑制该酶的活性。（4）血糖浓度影响酶活性 酶修饰化调节，使血糖浓度维持正常水平。血糖浓度低，酶磷酸化，

18、活性低。血糖浓度高，酶去磷酸化，活性高。图示:七、其它六碳糖进入糖酵解途径 淀粉和糖原经消化后都转化为葡萄糖进入糖酵解途径，水果和由蔗糖水解成果糖，由乳糖水解产生半乳糖，由糖蛋白等多糖经消化产生的甘露糖都是通过转变成糖酵解途径的中间产物而进入酵解途径。果糖：肌肉，果糖6磷酸。肝脏中，经系列酶促反应，形成二羟丙酮磷酸。半乳糖：形成G-6-P。甘露糖：形成F-6-P。八、丙酮酸的去路 1、形成乳酸、形成乳酸：乳酸脱氢酶:两种亚基M、H 组成：M4、M3H、M2H2、MH3、H4五种四聚体同工酶；M4、M3H对丙酮酸亲和力高，存在骨骼肌等依赖酵解获能的组织；MH3、H4对丙酮酸的亲和力低，在需氧组织

19、占优势，心肌H4，尽量避免无氧呼吸。活性部位有组氨酸残基和精氨酸残基，底物具有绝对的立体专一性，催化机理与甘油醛-3-磷酸脱氢酶类似。2、生成乙醇：、生成乙醇：（1）丙酮酸脱羧酶：需TPP和镁离子。（2）乙醇脱氢酶：四聚体，亚基结合NADH和Zn2+。3、生成乙酰、生成乙酰-CoA 丙酮酸进入线粒体(需氧分解)（1）丙酮酸脱氢酶复合体）丙酮酸脱氢酶复合体 丙酮酸脱羧酶(E1),其辅基为TPP，硫辛酰乙酰转移酶(E2),其辅基为硫辛酰胺。二氢硫辛酰脱氢酶(E3),其辅基为FAD。辅助因子辅助因子：TPP，CoA，硫辛酸，NAD+，FAD，Mg2+。(2)丙酮酸脱氢酶复合体催化反应简单图解（3）砷

20、化物对硫辛酸（酰胺）的毒害 A、产物控制：乙酰CoA抑制E2；NADH抑制E3。B、E1 的磷酸化和去磷酸化使该复合体失活和激活的重要方式。C、E2 组分上有两种特殊的酶:激酶和磷酸化酶;激酶使E1 磷酸化,失活;磷酸化酶使E1 去磷酸化,活化.Ca2+可激活磷酸酶的活性。.D、活化或抑制根据细胞能荷高低和生物合成对相应中间物的需要，受到多种因素灵活的调控。（4）丙酮酸脱氢酶复合体的调控第三节 糖的有氧分解 一.乙酰CoA的形成 二二.柠檬酸循环柠檬酸循环（一）（一）.柠檬酸循环的大致轮廓：柠檬酸循环的大致轮廓：三羧酸循环过程各代谢产物间的结构变化 注意：柠檬酸循环过程中碳骨架变化，化学结构式

21、的变化。名称：关键的反应物柠檬酸的存在,称柠檬酸循环。柠檬酸为三羧酸化合物(Tricarboxylic acid cycle),称三羧酸循环或TCA循环。Krebs 循环,为纪念Hans Krebs。发生部位：真核生物线粒体内。（二）（二）.柠檬酸循环的反应机制柠檬酸循环的反应机制 1.草酰乙酸与乙酰草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸缩合形成柠檬酸 Go =-31.5kJ/mol 柠檬酸合酶：两个亚基构成的二聚体,每个亚基的两个结构域形成一个裂缝，活性部位有组氨酸残基.属于变构酶，活性受ATP,NADH,琥珀酸CoA,酯酰CoA抑制.反应机理：醇醛克莱森（Claisen)酯缩合。柠檬酸合酶催化

22、的缩合反应机理 该步反应特点：该步反应特点：参与反应的酶为柠檬酸合酶；放能的不可逆反应,柠檬酸循环中第一个调控限速步骤；氟乙酸产生致死性合成反应：氟乙酸产生致死性合成反应：由氟乙酸形成的氟乙酰CoA可被柠檬酸合酶催化与草酰乙酸缩合生成氟柠檬酸，它取代柠檬酸结合到顺乌头酸酶的活性部位上，从而抑制Krebs循环的下一步反应。氟乙酰CoA，丙酮酰CoA都是乙酰CoA的类似物，可对乙酰CoA反应产生抑制效应。2.2.柠檬酸异构化形成异柠檬酸柠檬酸异构化形成异柠檬酸 顺乌头酸酶，催化可逆反应，活性中心有Fe-S聚簇。pH7，25，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸酸=90：4：6。由于

23、下一步异柠檬酸迅速。由于下一步异柠檬酸迅速被氧化。反应向右移动。被氧化。反应向右移动。只是顺乌头酸酶催化反应，且反应过程中该酶只是顺乌头酸酶催化反应，且反应过程中该酶没有离开底物，所以没有离开底物，所以2步反应可以看作一次反应步反应可以看作一次反应3.异柠檬酸氧化形成异柠檬酸氧化形成-酮戊二酸酮戊二酸 只是异柠檬酸脱氢酶催化反应，且反应过程只是异柠檬酸脱氢酶催化反应，且反应过程中该酶没有离开底物，所以中该酶没有离开底物，所以2步反应可以看作步反应可以看作一次反应。草酰琥珀酸自发脱羧，属于不稳一次反应。草酰琥珀酸自发脱羧，属于不稳定的中间体。定的中间体。反应机理反应机理该步反应特点：该步反应特点

24、：异柠檬酸脱氢酶催化该反应，柠檬酸循环中第一次氧化作用,第一次脱羧。第二个调控步骤。异柠檬酸脱氢酶：异柠檬酸脱氢酶：NAD+为辅酶：线粒体Mg2+或Mn2+。NADP+为辅酶：线粒体和细胞溶胶。属于变构调节酶，活性受能荷和（NAD+/NADH）、(NADP+/NADPH)调节；Mg2+、NAD+、ADP相互协调作用激活酶活性，NADH、ATP抑制酶活性。细菌中异柠檬酸脱氢酶受磷酸化和去磷酸化的共价修饰调节：磷酸化抑制，去磷酸化活化。4.-酮戊二酸生成琥珀酰酮戊二酸生成琥珀酰-CoA-酮戊二酸脱氢酶系：酮戊二酸脱氢酶系：-酮戊二酸脱氢酶(E1)；二氢硫辛酰转琥珀酰酶(E2)；二氢硫辛酰脱氢酶(E

25、3)；需要六种辅助因子需要六种辅助因子:硫辛酸、TPP,CoA,FAD,NAD+和Mg2+；受反应产物和能荷抑制调节,但E1 无修饰调节。该反应特点：该反应特点：-酮戊二酸脱氢酶复合体催化此反应；第二次氧化脱羧反应；柠檬酸循环中第三个调节步骤。产物琥珀酰CoA是高能硫酯化合物。催化反应机理与丙酮酸脱氢酶系相一致。5.琥珀酰琥珀酰-CoA转化成琥珀酸转化成琥珀酸 琥珀酰CoA水解:Go =-33.6kJ/mol GTP水解:Go =-29.3kJ/mol ATP水解:Go =-30.5kJ/mol GTP +ADP ATP +GDP 该反应特点：该反应特点：琥珀酸CoA合成酶(或琥珀酸硫激酶)催

26、化，四聚体，催化反应可逆；唯一底物水平磷酸化。哺乳动物：产生1分子GTP.植物、微生物：产生1分子ATP。合成酶与合酶的区别：合酶；无ATP 参加。合成酶：有ATP参加，ATP提供能量。6.琥珀酸脱氢形成延胡索酸琥珀酸脱氢形成延胡索酸 琥珀酸脱氢酶：琥珀酸脱氢酶：辅基是FAD,辅基与酶以共价键结合；酶含有铁硫聚簇组分；催化反应具有立体专一性；嵌入到线粒体内膜,线粒体内膜组成成分；丙二酸是该酶的竞争性抑制剂。该反应特点：该反应特点：琥珀酸脱氢酶催化,是柠檬酸循环中唯一渗入线粒体内膜的酶,氢受体为FAD。，第三次氧化还原反应。7.延胡索酸水合形成延胡索酸水合形成L-苹果酸苹果酸 延胡索酸酶：延胡索

27、酸酶：四个亚基，活性中心-SH，具有立体专一性,产生L-苹果酸 8.L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸苹果酸脱氢形成草酰乙酸 苹果酸脱氢酶，苹果酸脱氢酶，第四次氧化还原反应，产生NADH。(三三).柠檬酸循环总结柠檬酸循环总结1.环形的途径，经历八步反应，涉及八种酶。2.每一循环过程中两个碳原子以乙酰CoA形式进入,两次脱羧反应脱掉两分子CO2。该途径不仅氧化从丙酮酸来的乙酰CoA，也氧化许多其它来源的乙酰CoA。所以也常被认为是细胞代谢的“中心”。(三三).柠檬酸循环总结柠檬酸循环总结3.共有四次氧化还原反应。产生1分子ATP、3分子NADH、1分子FADH2。其产生的NADH,FADH2进入呼吸链

28、。净反应为：3 NAD+FAD GDP Pi 乙酰CoA 3 NADH FADH2 GTP CoA 2CO2 3H+消耗的是乙酰基，所以说：该循环能氧化无限量的乙酰CoA。(三三).柠檬酸循环总结柠檬酸循环总结4.氧化1个乙酰基为2CO2过程中还原产生的3NADH、1 FADH2进入呼吸链生成11ATP，另外，还产生1 GTP 1 ATP。5.所产生的2CO2的碳原子并不是开始一轮乙酰基的两个C，这些乙酰碳原子在随后的循环中失去成为CO2。6.在真核细胞中，柠檬酸循环的所有酶都定位在线粒体内，因此，所有的底物必须在线粒体内产生，或从细胞质中转运到线粒体内，同样，循环中产生的所有产物也一定在线粒

29、体内积累，或转运到细胞质中。7.柠檬酸循环的中间物是其它物质生物合成的前体。(四四).柠檬酸循环的生理意义柠檬酸循环的生理意义1.1.为生命过程提供能量：为生命过程提供能量：循环过程中产生ATP和还原型NADH和FADH2,NADH和FADH2进一步氧化产生ATP。2.2.为生命过程提供原料：为生命过程提供原料：循环过程中的中间产物在许多生物合成中充当前体原料。3.3.需氧代谢的物质代谢的总枢纽：需氧代谢的物质代谢的总枢纽：其它物质代谢只要产生该循环途径的物质，都可以进入该代谢途径。(五五).柠檬酸循环的调控柠檬酸循环的调控 1.1.柠檬酸循环本身制约系统的调节柠檬酸循环本身制约系统的调节 调

30、节循环速度中起关键作用的三种酶：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶。酶活性：底物浓度高，提高酶活力，产物浓度高，抑制酶活力。最关键底物：乙酰CoA,草酰乙酸。最关键产物：NADH.2、能荷调节 ADP是异柠檬酸脱氢酶的变构促进剂，ATP是该酶的抑制剂。3、Ca2+调节 对Krebs循环间接起重要作用，刺激糖原降解，对丙酮酸脱氢酶磷酸酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶都有激活作用。（六）（六）.柠檬酸循环的回补反应柠檬酸循环的回补反应 1、柠檬酸循环中间产物是许多生物大分子的前体:乙酰CoA可用来合成脂类物质；琥珀酰CoA可用来合成卟啉环,进而合成血红素；草酰乙酸可用来合成丙酮酸,通

31、过糖异生途径生成葡萄糖；草酰乙酸,-酮戊二酸等可用来合成氨基酸。回补反应的概念：对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应。2.回补反应途径回补反应途径（1）丙酮酸羧化形成草酰乙酸（2）磷酸烯醇式丙酮酸羧化形成草酰乙酸（3）氨基酸脱氨基过程中产生草酰乙酸,-酮戊二酸。天冬氨酸 草酰乙酸；谷氨酸 -酮戊二酸（4）奇数脂肪酸的氧化,缬氨酸,甲硫氨酸分解可产生琥珀酰-CoA。柠檬酸循环双重用途示意图思考题：1、为什么说Krebes循环是糖，脂，蛋白质共同代谢的途径？2、1葡萄糖分子完全氧化产生多少ATP？第四节 单糖的其它代谢途径 一、磷酸戊糖途径(磷酸己糖旁路，HMS)（一）戊糖磷酸途径研究史 同位素标

32、记证明葡萄糖C1和C6经糖酵解和三羧酸循环，产生CO2几率不同。加入碘乙酸、氟化物等糖酵解的抑制剂。G-6-P还被消化。1931年，Warburg等发现了G-6-P脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶，NADP+是上述两种酶的辅酶。四碳糖、五碳糖、七碳糖的分离。1953年，Dicken提出代谢途径。Warburg-Dicken途径，戊糖支路，己糖单磷酸途径。磷酸葡萄糖酸氧化途径和戊糖磷酸循环。（二）戊糖磷酸途径的主要反应 戊糖磷酸途径是糖代谢的第二条重要途径。它是葡萄糖分解的另外一种机制，这条途径在细胞溶胶内进行，广泛存在于动植物细胞内。它是由一个循环的反应体系构成，起始物为G-6-P，分为氧化和非

33、氧化二阶段。磷酸己糖旁路1.氧化阶段6-P-G脱氢酶6-P-G酸脱氢酶O6-P-G 酸内酯水解酶122.非氧化阶段：（1）核酮糖-5-P异构化磷酸核糖异构酶3 磷酸戊糖差向异构酶4转酮酶（2）转醛，转酮反应5-p-木酮糖5-P-核糖3-p-甘油醛7-p-庚酮糖5转醛酶3-p-甘油醛7-p-庚酮糖4-p-赤藓糖6-p-果糖6转酮酶5-p-木酮糖4-p-赤藓糖3-p-甘油醛6-p-果糖F-6-P G-6-p磷酸己糖异构酶783.戊糖磷酸途径总结（1）磷酸戊糖途径反应式:6G-6-P+7H2O+12NADP+6CO2+5G-6-P+12NADPH+12H+Pi 6分子G-6-P经循环产生5分子G-6

34、-P，6分子CO2，12NADPH.（2）不需ATP作反应物。（3）出现了戊糖、三碳糖、四碳糖、七碳糖。（三).戊糖磷酸途径调控 1、限速酶：葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。2、NADP+/NADPH影响上述酶的活性，营养充足的大白鼠肝脏细胞溶胶为0.014，高促进；低抑制。3、戊糖磷酸途径和糖酵解途径之间的关系 转酮酶、转醛酶催化的反应是可逆反应，因此根据细胞代谢需要戊糖磷酸途径和糖酵解途径可灵活相互联系。当机体需要核糖当机体需要核糖-5-5-磷酸磷酸和和NADPH,NADPH,大量的大量的G-6-pG-6-p由糖酵解转入戊糖磷酸途径。由糖酵解转入戊糖磷酸途径。如：细胞分裂期。如：细胞分裂期。（四）

35、.磷酸戊糖途径的生理意义 1、戊糖磷酸途径是细胞产生还原力(NADPH)的主要途径。2、NADH和NADPH结构和功能比较 结构：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）。功能：NADH通过呼吸链提供ATP分子.NADPH还原性生物合成中提供负氢离子。例如脂肪酸，固醇类生物合成，光合作用,二氧化碳转变成葡萄糖。核糖核苷酸转变成脱氧核糖核苷酸。戊糖磷酸途径酶类在动物肝脏、骨髓、脂肪组织、泌乳期的乳 腺、红细胞等组织活性高。NADPH使红细胞中谷胱甘肽处于还原态，防止红细胞膜脂类过氧化。维持血红素中的铁处于二价态，保持运氧能力。G-6-P脱氢酶缺陷症：溶血性贫血症，氧化类药物如磺胺类药物过敏。3、戊糖磷酸途径

36、是细胞内不同结构糖分子的重要来源,并为各种单糖的相互转化提供条件。二.乙醛酸途径 乙醛酸循环，最终产生乙醛酸。植物和微生物中。通过乙醛酸循环使两分子乙酰CoA转变为苹果酸进入线粒体,起到底物回补;或者进入细胞溶胶转变为草酰乙酸,进行糖异生.乙醛酸途径乙醛酸循环体中两种特别的酶：异柠檬酸裂解酶、苹果酸合酶。乙醛酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环第五节.糖的合成反应一、光合作用1、基本概念：自然界中的糖类是由绿色植物和光合细菌借助于太阳能、CO2和水合成的。根据能量来源不同，生物可以分为光养生物和化养生物。绿色植物及其它光养生物吸收光能并利用CO2和水，经过复杂的转变而合成糖类并释放氧气的过程，

37、叫做光合作用。2.光合作用的基本反应式：基本反应式表明：原料CO2和水产物糖类和氧气能源光能作用部位植物的绿色部分（含有叶绿素）3、其它糖类的合成 以上反应反应表明：S-P（磷酸蔗糖）是中心环节二.葡萄糖异生作用 非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用.乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油、氨基酸等。糖异生作用在机体经常发生的。糖异生与糖酵解在许多步骤互为可逆反应,但糖异生非简单的糖酵解逆过程。糖异生作用对糖酵解的不可逆过程采取迂回措施。.糖异生的前体 1、丙酮酸:转化为丙酮酸的物质可以转化为糖。2、生糖氨基酸:转氨或脱氨后生成的酮酸直接或间接转化为G,如:Ala、Glu、Asp等。3、肌肉乳酸：经血液运送至肝

38、脏进行异生。4、反刍动物能将纤维素消化为乙酸、丁酸、丙酸异生为G。5、奇数脂肪酸氧化产生琥珀酰-CoA异生为G。.糖异生途径 部位：线粒体、细胞溶胶 主要步骤：丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）F-1,6-2PF-6-P G-6-PG葡糖异生途径总览图1.丙酮酸到磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸进入线粒体,丙酮酸羧化酶的催化 下,羧化生成草酰乙酸。丙酮酸羧化酶：存在于肝、肾线粒体中,四聚体,每个亚基与Mg2+结合;辅酶为生物素，别构酶，乙酰CoA为别构激活剂;调控酶。在线粒体苹果酸脱氢酶作用下，草酰乙酸还原为苹果酸;苹果酸出线粒体到细胞溶胶,细胞溶胶中苹果酸脱氢酶作用下，苹果酸氧化为草酰乙酸,草酰乙酸脱

39、羧生成磷酸烯醇式丙酮酸，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，该反应消耗一个GTP.丙酮酸丙酮酸草酰乙酸苹果酸苹果酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸羧化酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶GDP GTP胞液线粒体 2.F-1，6-2P F-6-P，果糖-1，6-二磷酸酶催化。3.G-6-PG，葡萄糖-6-磷酸酶。光面内质网结合酶,其活性需要一种与钙离子结合的稳定蛋白协同作用,G-6-P进入光面内质网催化.糖异生的生理意义 1.维持血糖浓度恒定的重要措施之一：通过异生途径合成G，对维持血糖浓度起重要作用;脑组织、红细胞以血液中葡萄糖为主要燃料,成人每天需要160克葡萄糖，其中脑代谢需要120克，

40、自身无糖原贮存或极少，血中葡萄糖浓度降低时，首先是脑受到损伤。2.饥饿、剧烈运动后,对机体恢复起重要作用:糖异生使酵解除湿的乳酸、脂肪分解产生的甘油、生糖氨基酸等中间产物重新生成糖，对维持血糖浓度，满足组织对糖的需要十分重要，称之为科立循环(Cori cycle).糖异生的调节 葡萄糖异生和糖酵解作用有密切的相互协调关系 1、磷酸果糖激酶、果糖-1，6二磷酸酶的调节AMPATP柠檬酸磷酸果糖激酶果糖-1，6二磷酸酶F-2,6-2P激活激活抑制抑制抑制强激活抑制 2、丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 ATP、丙氨酸抑制丙酮酸激酶。乙酰CoA强激活丙酮酸羧化酶。ADP抑制丙酮酸羧化

41、酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶。3、己糖激酶和葡萄糖-6-磷酸酶 G6P抑制己糖激酶，激活葡萄糖-6-磷酸酶。三三.糖原的代谢糖原的代谢 （一）.糖原分解代谢 糖原磷酸化酶 糖原脱支酶 磷酸葡萄糖变位酶1.糖原磷酸化酶（1）、糖原磷酸化酶的分子结构 1938,Carl Cori1938,Carl Cori和Gerty CoriGerty Cori分离得到磷酸化酶a和磷酸化酶b;Robertb;Robert letterick letterick 和Louise JohnsonLouise Johnson对结构和作用进行研究。磷酸化酶a,ba,b，二聚体，842AA842AA，相对分子量920009

42、2000，一种酶两种不同存在形式。a a、每个亚基Ser14Ser14p,p,有催化活性.b b、每个亚基、每个亚基Ser14Ser14无P,P,无催化活性。（2）、糖原磷酸化酶的作用特点:催化糖原14糖苷键磷酸解;从非还原末端逐渐移去G残基直至-1，6糖苷键分支点前4个G残基处（极限糊精）。糖原 +Pi 糖原 +G-1-P（n个G残基）（n-1G残基）磷酸解生理意义：G-1-P G-6-PG6P进入酵解不需消耗ATP。磷酸化酶 2.糖原脱支酶（包括糖基转移酶，双功能酶）糖基转移:将三个葡萄糖残基转移到另一分支的非还原性末端的葡萄糖残基上或者糖原的核心链。糖原脱支:脱下16连接的葡萄糖残基,产

43、生一分子葡萄糖和14相连的葡萄糖残基。3.磷酸葡萄糖变位酶 葡萄糖-1-磷酸转变成葡萄糖-6-磷酸;活性部位有丝氨酸残基,带有一个磷酸基团;葡萄糖1,6-二磷酸的存在对酶发挥活性是必要的;催化机理与磷酸甘油酸变位酶相似。G-1-PG-6-P酶-Ser-PG-1,6-2P中间物（二）.糖原的生物合成 1957年,Luis Leloir等人发现,糖基供体：尿苷二磷酸葡萄糖,UDP-葡萄糖。糖原的合成通过3个步骤，包括三种酶,UDP-葡萄糖焦磷酸化酶,糖原合酶和糖原分支酶。1.UDP-葡萄糖焦磷酸化酶 葡萄糖-1-磷酸与UTP反应生成UDP-葡萄糖和PPi,活化了葡萄糖一位羟基。Go=-2531kJ

44、/mol Go=0UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化的反应图示 2.糖原合酶 催化UDPG分子上的G一位碳原子与糖原某个分支的非还原末端G残基四位碳原子上的羟基形成14糖苷键 催化G残基加到已有4个以上G残基的G分子上,G合成需引物,生糖原蛋白（糖原引物蛋白）。糖原合酶与生糖原蛋白结合时具有催化活性,生糖原蛋白实际上形成糖原分子的核心。糖原合酶：二聚体,每个亚基含有9个丝氨酸残基,可被不同程度的磷酸化,受到不同程度的抑制.无磷酸化：活性形式。磷酸化：非活性形式。糖原合酶催化的反应3.糖原分支酶 断开(14)糖苷键，并形成(16)糖苷键。糖原分支酶将糖原分子中处于直链状态的G残基，从非还原端约7个 G

45、残基的片段，在14连接处切断。糖原新分支的形成非还原端 至少11G两个分支点4G糖原分支酶糖原核心糖原核心糖原核心糖原核心糖原核心糖原核心糖原核心糖原核心非还原端 至少11G两个分支点4G糖原分支酶 糖原多分支对机体非常有利，增加了糖原的可溶性，增加了非还原端的数目，大大提高了糖原分解和合成的效率。无论糖原磷酸化酶或糖原合酶都是以非还原端基团为作用位点。（三）.糖原代谢的调节 1、糖原磷酸化酶，糖原合酶的调控 当磷酸化酶活跃时，糖原合酶几乎不起作用，当糖原合酶活跃时，磷酸化酶又受到抑制，这两种酶受到效应物的别构调控。别构效应物：ATPATP、G6PG6P、AMPAMP等等.肌肉中：糖原磷酸化酶受AMPAMP激活，受ATPATP、G6PG6P、G G抑制。糖原合酶受ATPATP、G6PG6P、G G 活化。2.肝脏中糖原代谢调控的特殊性 血糖浓度直接控制肝脏中相关酶的活性 G浓度高时,G与磷酸化酶a结合,由R态变为无活性的T,磷酸酶水解磷酸根,磷酸化酶a变为磷酸化酶b,糖原的降解减弱;磷酸化酶水解磷酸化的糖原合酶,由无活性状态变为活性状态,促进糖原的合成.3.激素调节 肾上腺素，胰高血糖素，胰岛素