糖代谢-2有氧氧化课件.ppt

1、二、糖的有氧分解二、糖的有氧分解柠檬酸循环柠檬酸循环（一）概况（一）概况1、糖的有氧氧化：葡萄糖在有氧的条件下氧化、糖的有氧氧化：葡萄糖在有氧的条件下氧化 成成H2O和和CO2的过程。的过程。2、糖的有氧氧化过程：三个阶段、糖的有氧氧化过程：三个阶段第一阶段：第一阶段：EMP第二阶段：丙酮酸第二阶段：丙酮酸乙酰乙酰CoA第三阶段：第三阶段：三羧酸循环及三羧酸循环及呼吸链呼吸链氧化磷酸化氧化磷酸化O O2 2O O2 2O O2 2H H2 2O OH H+e+eCOCO2 2线线 粒粒 体体胞胞 液液丙酮酸跨线粒体内膜的转运丙酮酸跨线粒体内膜的转运(丙酮酸移位酶丙酮酸移位酶)（EMP）葡萄糖葡

2、萄糖COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰乙酰CoACoA三羧酸三羧酸循环循环 NAD+NADH+H+CO2CoASH 葡萄糖的有氧氧化葡萄糖的有氧氧化 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系（二）反应历程（二）反应历程C2C6C4C4C5NADH+H+CO2NADH+H+CO2GTPFADH2NADH+H+三羧酸循环的概况三羧酸循环的概况反应过程：反应过程：丙酮酸氧化脱羧为乙酰丙酮酸氧化脱羧为乙酰CoA 线粒体线粒体1、丙酮酸脱氢酶系、丙酮酸脱氢酶系 3种酶：种酶：丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶(E1,24条肽链条肽链)二氢硫辛酰转乙酰基酶二氢硫辛酰转乙酰基酶(E2,24条肽链条肽链)二

3、氢硫辛酰脱氢酶二氢硫辛酰脱氢酶(E3,12条肽链条肽链)5种辅酶种辅酶:TPP、硫辛酸、辅酶、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD+丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NADNAD+H+H+丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶FADFAD二氢硫辛酰转二氢硫辛酰转乙酰基酶乙酰基酶二氢硫辛酰二氢硫辛酰脱氢酶脱氢酶COCO2 2乙酰二氢乙酰二氢硫辛酸硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸NADH+HNADH+H+TPPTPP硫辛酸硫辛酸CoASHCoASHNADNAD+CHCH3 3-C-SCoA-C-SCoAO O砒霜的毒性机理砒霜的毒性机理2、三羧酸循环、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle,TCA 循环）循

4、环）概念：概念：乙酰辅酶乙酰辅酶A的乙酰基部分通过一种循环的乙酰基部分通过一种循环,在有在有氧条件下被彻底氧化为氧条件下被彻底氧化为CO2和和H2O,由于该途径的由于该途径的第一个代谢物是含有三个羧基的柠檬酸第一个代谢物是含有三个羧基的柠檬酸,故称之故称之为三羧酸循环或柠檬酸循环为三羧酸循环或柠檬酸循环,简称为简称为TCA 循环循环。为了纪念德国科学家为了纪念德国科学家Hans Krebs在阐明在阐明TCA循环中所做出的突出贡献循环中所做出的突出贡献,又称之为又称之为Krebs循环。循环。TCA 循环循环也称为柠檬酸循环和也称为柠檬酸循环和Krebs循环循环 糖酵解产生的丙酮酸（实际上是糖酵解

5、产生的丙酮酸（实际上是乙酰乙酰CoA）被）被降解成降解成CO2 产生一些产生一些ATP（底物水平磷酸化）（底物水平磷酸化）产生更多的产生更多的NADH和和FADH2 NADH和和FADH2进入呼吸链，通过氧化磷酸化进入呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多的产生更多的ATP。氧气并不直接参与循环，但氧气的存在是氧气并不直接参与循环，但氧气的存在是TCA循环循环正常进行所必需的。（为什么？）正常进行所必需的。（为什么？）完整的三羧酸循环完整的三羧酸循环 OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP三羧酸循环三羧酸循环 草酰乙酸草酰乙酸 再生阶段再生阶段

6、柠檬酸的柠檬酸的生成阶段生成阶段 氧化脱氧化脱 羧阶段羧阶段柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+ab柠檬酸的生成阶段柠檬酸的生成阶段H2O草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶ab顺乌头酸酶顺乌头酸酶 OCH3-C-SCoACoASH柠檬酸合酶柠檬酸合酶H2O（1）柠檬酸的生成缩合反应柠檬酸的生成缩合反应柠檬酸合酶：调节酶，柠檬酸合酶：调节酶，第一个关键酶第一个关键酶；不可逆反应，限速酶。不可逆反应，限速酶。

7、G0=-31.5 kJ/mol草酰乙酸草酰乙酸H2O顺乌头酸酶顺乌头酸酶H2O顺乌头酸酶顺乌头酸酶（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 氟乙酸形成的氟柠檬酸对顺乌头酸酶有抑制作用氟乙酸形成的氟柠檬酸对顺乌头酸酶有抑制作用氟乙酸氟乙酸乙酰辅酶乙酰辅酶A合成酶合成酶氟乙酰辅酶氟乙酰辅酶A柠檬酸柠檬酸合酶合酶氟柠檬酸氟柠檬酸致死性合成反应致死性合成反应可用于制造杀虫剂和灭鼠药可用于制造杀虫剂和灭鼠药氧化脱羧阶段氧化脱羧阶段CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫

8、激酶CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸HH+（3）异柠檬酸氧化脱羧形成）异柠檬酸氧化脱羧形成-酮戊二酸酮戊二酸 第第一一次次 氧氧化化脱脱羧羧反反应应G0=-21 kJ/mol不可逆反应，调节酶，不可逆反应，调节酶，第二个关键酶第二个关键酶（4）-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA -酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶(系系)-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰-CoA第二次氧化脱羧反应第二次氧化脱羧反应G0=-33 kJ/moll第三处不可逆反应，调节酶，第三处不可逆反应，调节酶，第三个关键酶第三个关键酶l-酮戊二酸脱氢酶系由酮戊二酸脱

9、氢酶系由3种酶组成，作用机制种酶组成，作用机制与丙酮酸脱氢酶系相似：与丙酮酸脱氢酶系相似：E1 -酮戊二酸脱氢酶，酮戊二酸脱氢酶，E2 二氢硫辛酸转琥珀酰酶二氢硫辛酸转琥珀酰酶 E3 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶l6种辅助因子：种辅助因子：TPP、硫辛酸、辅酶、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD+、Mg2+l亚砷酸也强烈抑制该步反应亚砷酸也强烈抑制该步反应（5）琥珀酰）琥珀酰-CoA转化成琥珀酸并产生一个高能转化成琥珀酸并产生一个高能 磷酸键磷酸键 琥珀酰琥珀酰-CoA琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶琥珀酸琥珀酸底物水平磷酸化底物水平磷酸化 （在植物和微生物中直接形成（在植物和微生物中直接形成ATP）

10、（琥珀酰（琥珀酰-CoA合成酶）合成酶）FAD FADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸草酰乙酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶草酰乙酸再生阶段草酰乙酸再生阶段（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琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸（7）延胡索酸水合形成）延胡索酸水合形成L-苹果酸苹果酸 延胡索酸延胡索酸延胡索酸酶延胡索酸酶L-苹果酸苹果酸（8）L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸苹果酸脱氢形成草酰乙酸 L-苹果酸苹果酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶草酰乙酸草酰乙酸 1、总反应式、总反应式:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP

11、+Pi 2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP2、进行部位：线粒体、进行部位：线粒体3、终产物：、终产物：CO2、H2O4、3处不可逆反应，处不可逆反应，TCA单向进行，单向进行，3个关键酶个关键酶TCA循环总结循环总结-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶能量能量“现金现金”:1 GTP 能量能量“支票支票”:3 NADH 1 FADH2兑换率兑换率 1：2.57.5ATP兑换率兑换率 1：1.51.5ATP1ATP10ATP5、三羧酸循环的能量计量、三羧酸循环的能量计量4次脱氢次脱氢NAD+NADH+H+3次次FADH2FAD

12、1次次1次次底物水平磷酸化底物水平磷酸化总能量：总能量：2.53 1.51 110ATP6、TCA循环中循环中C的命运的命运乙酰乙酰CoA的的羰基羰基C只有在只有在第第2轮轮循环转变成循环转变成CO2 乙酰乙酰CoA的的甲基甲基C能能完全留在两轮循环完全留在两轮循环中，但中，但是以后每一轮循环有一半离开。是以后每一轮循环有一半离开。酵解阶段：酵解阶段：2 ATP 2 1 NADH兑换率兑换率1:2.5(或或1.5)2 ATP2 (2.5ATP或或1.5 ATP)三羧酸循环：三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH22 1 ATP2 7.5 ATP2 1.5 ATP兑换率兑

13、换率 1:2.5兑换率兑换率 1:1.5丙酮酸氧化：丙酮酸氧化：2 1NADH兑换率兑换率 1:2.52 2.5 ATP总计：总计：32 ATP或或30 ATP若糖原中的若糖原中的1个葡萄糖单位氧化则产生个葡萄糖单位氧化则产生33个个ATP（三）葡萄糖有氧氧化生成的（三）葡萄糖有氧氧化生成的ATP（四）（四）三羧酸循环三羧酸循环的生物学意义的生物学意义 是有机体利用糖或其他物质氧化是有机体利用糖或其他物质氧化获得能量的获得能量的 最有效方式最有效方式-产生更多的产生更多的ATP；是糖、脂、蛋白质等是糖、脂、蛋白质等物质彻底物质彻底氧化分解的共氧化分解的共 同通路同通路，是物质代谢转化的枢纽，是

14、物质代谢转化的枢纽；提供许多提供许多重要的中间代谢物重要的中间代谢物,为各种生物合为各种生物合 成途径提供反应物；成途径提供反应物；产生产生CO2。三羧酸循环不仅是糖、脂质、蛋白质和核酸等各类物质共同三羧酸循环不仅是糖、脂质、蛋白质和核酸等各类物质共同的代谢途径，而且也是它们之间相互联系的渠道。的代谢途径，而且也是它们之间相互联系的渠道。PEP丙酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸-酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乙酰

15、乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸胆固醇胆固醇亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺天冬氨酸天冬氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰CoA苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白质蛋白质淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二单酰丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡

16、萄糖糖糖类类脂脂类类氨氨基基酸酸和和核核苷苷酸酸之之间间的的代代谢谢联联系系三羧酸循环中间物的去向三羧酸循环中间物的去向（五）三羧酸循环的代谢调节（五）三羧酸循环的代谢调节abc 关键酶关键酶 激活剂激活剂 抑制剂抑制剂a 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 NAD+ATP （限速酶）（限速酶）草酰乙酸草酰乙酸 NADH 乙酰乙酰CoA 琥珀酰琥珀酰CoA b 异柠檬酸异柠檬酸 ADP ATP 脱氢酶脱氢酶 NAD+NADHc -酮戊二酸酮戊二酸 ADP NADH 脱氢酶系脱氢酶系 NAD+琥珀酰琥珀酰CoA最关键调控物质：最关键调控物质：底物底物乙酰乙酰CoA、草酰乙酸草酰乙酸 产物产物NADH（六）三羧

17、酸循环的双重作用（六）三羧酸循环的双重作用 一方面，一方面，TCA循环是需氧生物机体主要的分循环是需氧生物机体主要的分解代谢途径，也是准备提供大量自由能的重要代解代谢途径，也是准备提供大量自由能的重要代谢系统；谢系统；另一方面，另一方面，TCA循环的中间产物又是许多生循环的中间产物又是许多生物合成的前体物质。物合成的前体物质。因此，它具有分解代谢和合成代谢的双重作因此，它具有分解代谢和合成代谢的双重作用，可以说是两用代谢途径（用，可以说是两用代谢途径（amphibolic metabolic pathway）。）。1、草酰乙酸的回补、草酰乙酸的回补（七）三羧酸循环的回补反应（七）三羧酸循环的回

18、补反应2、-酮戊二酮戊二酸的回补酸的回补 谷丙转氨酶催化的转氨基反应，或谷氨酸脱氢酶催谷丙转氨酶催化的转氨基反应，或谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氨基反应化的氧化脱氨基反应3、琥珀酰琥珀酰CoA的回补的回补 Ile、Val、Met和和Thr的氧化，奇数脂肪酸的氧化的氧化，奇数脂肪酸的氧化4、苹果酸苹果酸的回补的回补 苹果酸酶催化的丙酮酸羧化苹果酸酶催化的丙酮酸羧化/还原反应还原反应三、乙醛酸循环三、乙醛酸循环(glyoxylatencycle)TCA循环支路循环支路 是存在于植物、某些微生物和无脊椎动物是存在于植物、某些微生物和无脊椎动物中由中由2个乙酰个乙酰CoA合成一个合成一个草酰乙酸草酰乙酸的

19、环状途径。的环状途径。由于途径中有循环出现的乙醛酸而得名。由于途径中有循环出现的乙醛酸而得名。l（一）分布（一）分布 只存在于植物、微生物和无脊椎动物中只存在于植物、微生物和无脊椎动物中l（二）发生部位（二）发生部位 线粒体和乙醛酸循环体线粒体和乙醛酸循环体植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构l(三三)两种特异的酶：两种特异的酶：异柠檬酸裂合酶异柠檬酸裂合酶 苹苹 果果 酸酸 合合 酶酶l（四）乙醛酸循环反应（四）乙醛酸循环反应乙醛酸循环体乙醛酸循环体l1.异柠檬酸裂合酶催化的反应异柠檬酸裂合酶催化的反应异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸+琥珀酸琥

20、珀酸异柠檬酸裂合酶异柠檬酸裂合酶异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸琥珀酸琥珀酸l2.苹果酸合酶催化的反应苹果酸合酶催化的反应乙醛酸乙醛酸+乙酰乙酰CoA苹果酸苹果酸苹果酸合酶苹果酸合酶H2OHSCoA乙酰乙酰CoA乙醛酸乙醛酸苹果酸苹果酸 乙醛酸途径乙醛酸途径与与TCA循环循环 乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸乙酰乙酰CoA乙醛酸途径乙醛酸途径苹果酸苹果酸合酶合酶苹果酸苹果酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸异柠檬酸异柠檬酸裂解酶裂解酶草酰乙酸草酰乙酸H2OH2O乙醛酸循环从乙醛酸循环从2分子分子乙酰乙酰 CoA到形成到形成草酰乙酸的草酰乙酸的 总反应式总反应式:2乙酰乙酰 CoA+

21、2 NAD+FAD草酰乙酸草酰乙酸+2CoASH+2NADH+2H+FADH2乙醛酸循环与糖异生的关系乙醛酸循环与糖异生的关系:（五）乙醛酸循环的生物学意义（五）乙醛酸循环的生物学意义 1.可以二碳物为起始物合成三羧酸循环中的可以二碳物为起始物合成三羧酸循环中的二羧酸与三羧酸，作为三羧酸循环上化合物的补二羧酸与三羧酸，作为三羧酸循环上化合物的补充；充；2.是植物和微生物将脂肪（酸）转变成糖的是植物和微生物将脂肪（酸）转变成糖的必经途径；必经途径；（脊椎（脊椎动物体不存在乙醛酸循环，因动物体不存在乙醛酸循环，因此不能将脂转变成糖。此不能将脂转变成糖。）3.对以二碳（乙酸或乙酰对以二碳（乙酸或乙酰CoA）为碳源的微）为碳源的微生物的生长有重要意义。生物的生长有重要意义。乙醛酸循环乙醛酸循环 是植物和微生物的三羧酸循环的变化形式是植物和微生物的三羧酸循环的变化形式在每一轮循环中，前者有两分子乙酰在每一轮循环中，前者有两分子乙酰-CoA进入进入只产生只产生NADH，但不产生，但不产生FADH2无底物水平磷酸化反应，因此不产生无底物水平磷酸化反应，因此不产生ATP不生成不生成CO2，无碳单位的损失，净合成了糖异无碳单位的损失，净合成了糖异生的前体生的前体苹果酸苹果酸