戊糖磷酸途径糖异生.ppt

Bioenergy is chemical energy, studied in terms of free energy and free energy change (G ). ATP acts as the free energy carrier in cells. Bioenergy is mainly produced via stepwise electron flow (red-ox reactions) through a series of electron carriers having increasing levels of reduction potential (E). Electrons released from the oxidation of nutrient fuels are initially channeled to a few universal electron carriers (including NADH and FADH2).,Summary,第七章 戊糖磷酸途径和糖异生,（pentose phosphate pathway, ppp）,葡萄糖在生物体内的氧化分解代谢主要是通过酵解和三羧酸循环途径进行的，这也是生物产生能量的主要途径，但绝非唯一的途径。 戊糖磷酸途径,又称戊糖支路、己糖单磷酸途径、磷酸葡萄糖酸氧化途径、以及戊糖磷酸循环等，这些名称强调从磷酸化的六碳糖形成磷酸化五碳糖的过程。 戊糖磷酸途径是糖代谢的第二条重要途径，是葡萄糖分解的另外一种机制，在细胞溶胶中进行，广泛存在于动植物细胞内。动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。,磷酸戊糖途径是指从 G-6-P 脱氢反应开始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解代谢途径的一条旁路代谢途径。 该旁路途径的起始物是 G-6-P，返回的代谢产物是 3- 磷酸甘油醛和 6- 磷酸果糖，其重要的中间代谢产物是 5- 磷酸核糖和 NADPH 。整个代谢途径在胞液中进行。关键酶是 6- 磷酸葡萄糖脱氢酶。,磷酸戊糖途径的反应历程分两个阶段： （一）葡萄糖的氧化脱羧阶段 （二）非氧化的分子重排阶段,第一阶段（氧化阶段） ：6分子的6磷酸葡萄糖经脱氢、水合、氧化脱羧生成6分子5磷酸核酮糖、6NADPH和6CO2,第二阶段（异构阶段）： 6分子5磷酸核酮糖经一系列基团转移反应异构成5分子6磷酸葡萄糖回到下一个循环。,磷酸戊糖途径的两个阶段,2、非氧化分子重排阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P,1、氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖-P 6 NADP+ 6 NADPH+6H+ 6 NADP+ 6 NADPH+6H+,6CO2,6H2O,葡萄糖的氧化脱羧阶段 会概述即可 6-P葡萄糖+NADP+ 6-P葡萄糖酸内酯+ NADPH+H+ 6-P葡萄糖酸内酯 6-P葡萄糖酸（容易进行） 6-P葡萄糖酸+NADP+ 5-P核酮糖+CO2+NADPH+H+ 本阶段总反应： 6-P葡萄糖+2NADP+H2O 5-P-核酮糖+CO2+2NADPH+2H+,6-P葡萄糖脱氢酶,6-P葡萄糖酸内酯酶,6-P葡萄糖酸脱氢酶,H20,H+,磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段,NADPH+H+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,CO2,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,第一步：脱氢Dehydrogenation,第二步：水解 hydrolysis,第三步：oxidative decarboxylation, 非氧化的分子重排阶段 5-P-核酮糖 5-P核糖 5-P核酮糖 5-P木酮糖（转酮酶的底物、连接EMP） 5-P木酮糖+5-P核糖 7-P景天庚酮糖 + 3-P甘油醛 7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛 6-P果糖 + 4-P赤藓糖 5-P木酮糖 + 4-P赤藓糖 6-P果糖 + 3-P甘油醛 本阶段总反应： 65-P核酮糖 46-P果糖 + 23-P甘油醛,P戊糖异构酶,P戊糖差向异构酶,转酮酶,转醛酶,转酮酶,5-磷酸核酮糖转变为5-磷酸核糖 Isomerization of ribulose 5-phosphate to ribose 5-phosphate. The reaction was catalyzed by phosphopentose isomerase.,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一 （5-磷酸核酮糖异构化）,戊糖磷酸途径通过转酮酶和转醛酶实现与糖酵解连接。 Linkage of the pentose phosphate pathway to glycolysis via transketolase and transaldolase.,磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二 （基团转移）,+,2,4-磷酸赤藓糖,+,2,5-磷酸核糖,2,3-磷酸甘油醛,转酮酶,转醛酶,2,6-磷酸果糖,+,7-磷酸景天庚酮糖,2,5-磷酸木酮糖,基团转移,+,2,4-磷酸赤藓糖,+,2,3-磷酸甘油醛,2,6-磷酸果糖,转酮酶,2,5-磷酸木酮糖,1,6-二 磷酸果糖,2,3-磷酸甘油醛,6-磷酸果糖,醛缩酶,二磷酸果糖酯酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）,异构酶,磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段,6 5-磷酸核酮糖,2 5-磷酸核糖,2 5-磷酸木酮糖,2 3-磷酸甘油醛,2 7-磷酸景天庚酮糖,2 4-磷酸赤藓丁糖,2 6-磷酸果糖,2 5-磷酸木酮糖,2 3-磷酸甘油醛,2 6-磷酸果糖,1， 6-二磷酸果糖,1 6-磷酸果糖,转醛酶,异构酶,转酮酶,转酮酶,醛缩酶,阶段之一,阶段之二,阶段之三,磷酸戊糖途径的总反应式,表明1个6-P葡萄糖经6次循环被彻底氧化为6个CO2.,由一个循环的反应体系构成。该反应体系的起始物为葡萄糖-6-磷酸，经过氧化分解后产生五碳糖，CO2，无机磷酸，NADPH。,二、磷酸戊糖途径的意义,产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原剂（力），比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成。 在红细胞中保证谷胱甘肽的还原状态。（防止膜脂过氧化； 维持血红素中的Fe2+;）（6-P-葡萄糖脱氢酶遗传缺陷症贫血病） 该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料，如： 5-P-核糖 核苷酸 4-P-赤藓糖 芳香族氨基酸 4、非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同，因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些单糖间的互变。（是细胞内不同结构的糖分子的重要来源）.,5、PPP途径是由葡萄糖直接氧化起始的可单独进行氧化分解的途径。因此可以和EMP、TCA相互补充、相互配合，增加机体的适应能力。,5-磷酸核糖作用：,(1)NAD(P)+ (2)FAD (3)HSCoA,各种核苷酸辅酶,(1) NTP (2)dNTP (3)cAMP/cGMP,核苷酸,合成原料,二、糖异生,1、糖异生作用的主要途径和关键反应 2、葡萄糖代谢与糖异生作用的关系 3、糖异生的总反应式和调控,指的是由非糖物质例如乳酸、氨基酸、甘油等作为原料合成葡萄糖的作用。葡糖异生作用对于机体饥饿时和激烈运动时不断提供葡萄糖维持水平是非常重要的。脑和红细胞几乎全部依赖血糖提供能源。葡糖异生作用的绝大多数酶是细胞溶胶酶，只有丙酮酸羧化酶和葡萄糖 -6- 磷酸酶除外，前者位于线粒体基质，后者结合在光面内质网上。,糖异生途径的前体,1、凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡萄糖。例如三羧酸循环的中间物，柠檬酸、异柠檬酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸都可以转变成草酰乙酸而进入糖异生途径。,2、大多数氨基酸是生糖氨基酸如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、组氨酸、苏氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸等，它们可转化成丙酮酸、-酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循环中间物参加糖异生途径。,糖异生过程中的三个不同反应步骤和酶,羧化支路：丙酮酸（丙酮酸羧化酶）草酰乙酸（线粒体）（苹果酸脱氢酶，线粒体）苹果酸（苹果酸脱氢酶，细胞液）草酰乙酸（磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶）磷酸烯醇式丙酮酸 F-1,6-2P F-6-P，果糖 -1,6- 二磷酸酶。该酶受 AMP 抑制和柠檬酸激活。 G-6-P Glu，葡萄糖 -6- 磷酸酶,糖异生作用的总反应式如下： 2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+4H2O 葡萄糖+2NAD+ +4ADP +2GDP +6Pi,糖异生主要途径和关键反应,非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下,绕过糖酵解途径的三个不可逆反应,利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生。,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,果糖激酶,二磷酸果糖磷酸酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,6-磷酸葡萄糖磷酸酶,6-磷酸葡萄糖,2草酰乙酸,PEP羧激酶,糖异生途径关键反应之一,PEP羧激酶,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇丙酮酸（PEP）,丙酮酸,1、丙酮酸羧化生成磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸 + ATP + GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP + GDP + CO2,草酰乙酸不能自由进出线粒体膜，因此需要穿梭机制。,丙酮酸羧化酶（线粒体酶）,以生物素(biotin)作为辅基。生物素起CO2载体的作用。生物素的末端羧基与酶分子的一个赖氨酸残基的-氨基以酰胺键相连。,乳酸的再利用（Cori Cycle),肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸同时，还可将其转变为葡萄糖或肝糖原，实现对乳酸的再利用, 称为Coris 循环。,糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料的，成人每天约需要160克葡萄糖，其中120克用于脑代谢，而糖原的贮存量是很有限的，所以需要糖异生来补充糖的不足。 在饥饿或剧烈运动造成糖原下降后，糖异生能使酵解产生的乳酸、脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖。这对维持血糖浓度，满足组织对糖的需要是十分重要的。 糖异生可以促进脂肪氧化分解供应能量，当体内糖供应不足时，机体会大量动员脂肪分解，此时会产生过多的酮体（乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮），而酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，此时糖异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用。,糖异生的生理意义,乙醛酸循环,1、乙醛酸循环的生化历程:是植物和微生物持有的反应途径。这个循环除两步由柠檬酸裂合酶和苹果酸合酶催化的反应外，其他的反应都和“柠檬酸循环”相同。,3、乙醛酸循环的生理意义 它使萌发的种子将贮存的三酰甘油通过乙酰 -CoA 转变为葡萄糖。它使植物和微生物能够靠乙酸生活,2、乙醛酸循环总反应式及其糖异生的关系,CoASH,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,乙醛酸循环 (植物、微生物的乙醛酸循环体),NAD +,NADH,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,CoASH,O CH3-CSCoA,异柠檬酸裂合酶,苹果酸合成酶,O O H-C-C OH,乙醛酸,NAD+,草酰乙酸,糖原是由多个葡萄糖组成的带分枝的大分子多糖，分子量一般在106-107道尔顿，可高达108道尔顿，是体内糖的贮存形式，分子中葡萄糖主要以-1，4-糖苷键相连形成直链，其中部分以-1，6-糖苷键相连构成枝链，糖原主要贮存在肌肉和肝脏中，肌肉中糖原约占肌肉总重量的1-2%约为400克，肝脏中糖原占总量6-8%约为100克。肌糖原分解为肌肉自身收缩供给能量，肝糖原分解主要维持血糖浓度。,一、糖原的酶促磷酸解, 糖原的结构及其连接方式,磷酸化酶a（催化1.4-糖苷键断裂） 三种酶协同作用： 转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移） 脱枝酶（催化1.6-糖苷键水解断裂）,-1，4-糖苷键,-1，6糖苷键,非还原性末端,磷酸化酶的分子结构,磷酸化酶b Ser14-OH,磷酸化酶a Ser14-P,磷酸酶 phosphatase,磷酸化酶激酶(phosphorylase kinase),糖原磷酸化酶从非还原端水解-1，4糖苷键，生成1-磷酸葡萄糖。到分支点前4个残基停止，生成极限糊精。可分解40%。糖原磷酸化酶有a,b两种形式，是一种酶的两种形式，b为二聚体，磷酸化后生成有活性的a型四聚体,主要是14的Ser的羟基是否磷酸化。,糖原合成酶将UDP-葡萄糖的糖基加在糖原引物的非还原端葡萄糖的C4羟基上。引物至少要有4个糖基，由引发蛋白和糖原起始合成酶合成，将UDP-葡萄糖加在引发蛋白的酪氨酸羟基上。糖原合成酶a磷酸化后活性降低，称为b，其活性依赖别构效应物6-磷酸葡萄糖激活。糖原合酶与生糖蛋白结合在一起才具有催化活性，称为糖原核心（core), 决定糖原颗粒的数目，二者一旦分开，合成反应停止。,糖原合酶,UDP+（葡萄糖）n+1,只有糖原合酶与糖原素紧密结合时糖原合酶才有活性。,UDPG + 引物,cAMP结构,第二信使(second messenger)： 响应外部信号（第一信使），例如激素在细胞内合成的效应分子，例如cAMP、肌醇三磷酸或二酰基甘油等。第二信使再去调节靶酶，引起细胞内各种效应。 激素通过cAMP促进磷酸化作用，使磷酸化酶成为a型（有活性），合成酶变成b型（无活性）。合成酶由蛋白激酶磷酸化。,血糖浓度一般在80-120mg/100ml，称为葡萄糖耐量。肾糖阈为160-180，血糖过多则从尿排出。血糖低于70或过度兴奋可刺激延脑第四脑室“糖中枢”，引起肝糖原分解。下丘脑可分泌皮质释放因子，作用于肾上腺皮质，升高血糖。影响糖代谢的激素有：,1.胰岛素：由胰岛细胞分泌，促进糖原合成酶活性，诱导葡萄糖激酶合成，加强磷酸果糖激酶作用。降低血糖效应。 2.肾上腺素和胰高血糖素：通过cAMP激活糖原磷酸化酶，诱导肝中磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶和果糖二磷酸酶的合成，促进异生，升高血糖。 3.生长激素：抗胰岛素，抑制糖原分解和葡萄糖氧化。促肾上腺皮质激素可阻碍肌糖原氧化，促进肝糖原合成。 4.甲状腺素：促进糖的异生和糖原分解，增加小肠对葡萄糖的吸收，升高血糖。 以上激素都是水溶性激素，通过cAMP起作用,(胰高血糖素),(肾上腺素),级联放大(cascade)： 在体内的不同部位，通过一系列的酶促反应来传递一个信息，并且初始信息在传到系列反应的最后时，信号得到放大，这样的一个系列叫做级联系统。最普通的类型是蛋白水解和蛋白质磷酸化的级联放大。 G蛋白(G proteins)： 在细胞内信号传导途径中起着重要作用的GTP结合蛋白质，由、三个不同亚基组成。与激素受体结合的配体诱导GTP与G蛋白结合的GDP进行交换，结果激活位于信号传导途径中下游的腺苷酸环化酶。G蛋白将胞外的第一信使肾上腺素等激素和胞内的腺苷酸环化酶催化的腺苷酸环化生成的第二信使cAMP联系起来。G蛋白具有内源GTP酶活性。,1. 呼吸链存在于（ ）,A 细胞膜 B 线粒体外膜 C 线粒体内膜 D 微粒体 E 过氧化物酶体,2. 下列哪种物质不是NADH氧化呼吸链的组分？,A. FMN B. FAD C. 泛醌 D. 铁硫蛋白 E. 细胞色素c,3. ATP生成的主要方式是（ ）,A 肌酸磷酸化 B 氧化磷酸化 C 糖的磷酸化 D 底物水平磷酸化 E 高能化合物之间的转化,4 下例关于高能磷酸键的叙述，正确的是（ ）,A 所有高能键都是磷酸键 B 高能磷酸键只存在于ATP C 高能磷酸键仅在呼吸链中偶联 D 有ATP参与的反应也可逆向进行 E 所有的生化转变都需要ATP参与,5. 下列哪种酶以氧为受氢体催化底物氧化生成水？,A 丙酮酸脱氢酶 B 琥珀酸脱氢酶 C 黄嘌呤氧化酶 D 细胞色素c氧化酶 E SOD,6. 关于线粒体内膜外H+浓度叙述正确的是( ),A 浓度高于线粒体内 B 浓度低于线粒体内 C 可自由进入线粒体 D 进入线粒体需主动转运 E 进入线粒体需载体转运,7. 参与呼吸链电子传递的金属离子是( ),A 铁离子 B 钴离子 C 镁离子 D 锌离子 E 以上都不是,8. 呼吸链中,不具有质子泵功能的是( ),A 复合体 B 复合体 C 复合体 D 复合体 E 以上都不是,9. Except iron, Cyt aa3 contain ( ) ion.,A Zn B Mg C Cu D