柠檬酸循环与糖异生ppt课件

葡萄糖 丙酮酸 乙酰-CoA 乳酸乙醇 细胞呼吸 EMP 丙酮 酸氧 化 TCA 第12章 柠檬酸循环 -糖的有氧分解 第一节 丙酮酸氧化 丙酮酸脱氢酶复合物 E1丙酮酸脱氢酶 E2二氢硫辛酰转乙酰基酶 E3二氢硫辛酰脱氢酶 一类催化两个或多个顺序 反应步骤的酶非共价结合 在一起的酶复合物。 多酶复合物 5种辅酶 硫辛酸 二氢硫辛酸脱氢酶 E1 丙酮酸氧化脱羧 丙酮酸脱氢酶 二氢硫辛酰转乙酰基酶 E3 将还原型硫辛酰胺转 变为氧化型 E2 将乙酰基 转移给CoA 氧化型E3的再生 羰 基 碳 带 正 电 性 负碳离子 噻唑环 丙酮酸-TPP加成物E1 CO2 羟乙基-TPPE1 羟乙基上稳定 的负碳离子 带正电荷的氮原子 起电子陷阱作用 1、丙酮酸氧化脱羧 （1）发生在TPP辅基的催化反应 （2）羟乙基氧化形成乙酰基 + 硫辛酸以酰胺键与 E2的lys残基相连 * * 还原二硫键，羟乙基氧 化成乙酰基并转移至E2 上 乙酰二氢硫辛酰胺E2 TPPE1 TPP回复原状 （2）羟乙基氧化形成乙酰基 2、乙酰基转移至CoA分子上形成乙酰-CoA + 二氢硫辛酰胺E2 乙酰CoA 高能硫酯键 酯基转移反应 还原型 3、氧化型硫辛酰胺的再生 4、还原型E3的再氧化 共价修饰调节酶活（E1）：E2分子上结合着激酶和磷酸酶。磷酸 化E1使之失活 ，去磷酸化使之活化。 别构调节酶活：激活CoA、AMP(低能荷)、 NAD+、Ca2+ (竞争性）抑制乙酰-CoA、 ATP（高能荷） NADH+H+、 丙酮酸脱氢酶E1 (脱磷酸，活性） 丙酮酸脱氢酶E1 (磷酸化，无活性） ATP ADP E1激酶 E1磷酸酶 H2O Pi 丙酮酸脱氢酶复合物 Ca2+ + 第二节 柠檬酸循环 柠檬酸合酶 顺乌头酸酶 -酮戊二酸 柠檬酸 异柠檬酸 异柠檬酸 脱氢酶 -酮戊二 酸脱氢酶 复合物 琥珀酰-CoA 琥珀酰- CoA合成酶 琥珀酸 琥珀酸脱氢酶 延胡索酸 反式丁烯二酸 延胡索酸酶 L-苹果酸 苹果酸脱氢酶 草酰乙酸 乙酰-CoA H. A. Krebs 柠檬酸合酶 不可逆的限速反应步骤 两个亚基构成的二聚体 酶与草酰乙酸结合 由每个亚 基的两个 结构域构 成一个疏 水缝隙。 结构域发生旋转裂缝合拢 暴露出乙酰-CoA的结合部位 柠檬酸合酶的“诱导契合”模型 柠檬酸合酶的催化反 应 Asp,His残基碱 性催化夺质子， 形成负碳离子 硫酯键使烯醇式 负碳离子通过共 振保持稳定 负碳离 子对草 酰乙酸 的羰基 碳进行 亲核攻 击(立 体专一 性） 水解 柠檬酸 有序地动态催化反应 柠檬酸合酶 不可逆的限速反应步骤 别构调节酶活：激活乙酰CoA、草酰乙酸、 ADP 、 NAD+（低能荷） 抑制ATP、NADH+H+（高能荷）、琥珀酰-CoA、脂酰-CoA 柠檬酸合酶的调节 柠檬酸顺乌头酸 异柠檬酸 伯醇 ，易 氧化 顺乌头酸酶的催化反应 来自草酰乙酸 叔醇， 不易氧 化 水分子加入方式 90%6%4% 柠檬酸 异柠檬酸 致死性合成反应 杀虫剂、灭鼠药、有毒植物的叶子多含氟乙酸 由氟乙酸形成的氟乙酰-CoA被柠檬酸合成酶催化 与草酰乙酸缩合生成氟柠檬酸，它取代柠檬酸结 合到乌头酸酶的活性中心，产生不可逆抑制。由 氟乙酰-CoA形成氟柠檬酸的反应称致死性合成反致死性合成反 应应 氟乙酸氟柠檬酸 异柠檬酸脱氢酶的催化反应 异柠檬酸 -酮戊二酸 第一次脱羧 异柠檬酸脱氢酶 来自草酰乙酸 异柠檬酸-酮戊二酸草酰琥珀酸 羟酸氧化 为酮酸 Mn2：使新形成的羰基极化，促 使了邻近碳碳键的断裂。 脱羧 异柠檬酸脱氢酶的调节 异柠檬酸脱氢酶 第一步脱羧 别构调节酶活： 激活异柠檬酸、Ca2+、 ADP、NAD+（低能荷） 抑制ATP、NADH+H+（高 能荷） 共价修饰调节酶活： 活性部位Ser113若被磷 酸化，就直接抑制了酶与异 柠檬酸底物的结合。 -酮戊二酸脱氢酶E1 琥珀酰转移酶E2 二氢硫辛酸脱氢酶E3 5种辅因子（TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA ） -酮戊二酸脱氢酶系 琥珀酰-CoA -酮戊二酸 -酮戊二酸脱氢酶系的催化反应 高能硫酯化合物 第二次脱羧 来自草酰乙酸 别构调节酶活： 激活 Ca2+、NAD+、低能荷 抑制 琥珀酰-CoA、NADH+H+、ATP（高能荷） 但-酮戊二酸脱氢酶E1不受磷酸化的共价调节！ -酮戊二酸脱氢酶系 琥珀酰-CoA -酮戊二酸 -酮戊二酸脱氢酶系的调节 琥珀酰-CoA 琥珀酸 琥珀酰-CoA合成酶 琥珀酰-CoA合成酶的催化反应 底物水平磷酸化 GTP 高能硫酯化合物 琥珀酸脱氢酶 成烯反应 琥珀酸 延胡索酸 碳碳键 氧化释 放的自 由能不 足以使 电子转 移到NAD+ 琥珀酸脱氢酶的催化反应 琥珀酸脱氢酶上组氨 酸残基与FAD第8位碳 原子共价相连 琥珀酸脱氢酶的辅基是FAD 琥珀酸脱氢酶是TCA循环中唯一嵌入线粒体内膜的酶 琥珀酸脱氢酶 琥珀酸 延胡索酸 琥珀酸脱氢酶的抑制剂 2 丙二酸 琥珀酸的结构类似物，琥珀 酸脱氢酶的强抑制剂。 延胡索酸酶 延胡索酸 L-苹果酸 重氢显示催化反应的立体专一性 苹果酸脱氢酶 热力学上不利性通过草酰乙 酸不断消耗得以推动。（柠 檬酰-CoA硫酯键水解高度放 能，草酰乙酸在低浓度下也 可以向着生成柠檬酸方向进 行。） 第三节 糖有氧分解的调节 糖的有氧分解是机体获得能量的主要方式，其速度受机体对 ATP需求量的调节。 三个阶段都有调节点 A、糖酵解酶系 己糖激酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶 B、丙酮酸脱氢酶系的调节 C、三羧酸循环酶系 柠檬酸合酶、 异柠檬酸脱氢酶系 -酮戊二酸脱氢酶系 ATP、ADP和Ca2+对柠檬酸循环的调节 TCATCA循环总观循环总观 乙酰-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA- SH 两次脱羧 （来自草酰乙 酸的碳原子） 四次氧化脱氢 一次底物水平磷酸化 TCATCA生物学意义生物学意义 1、供能 2、提供多种有机物完全氧化的途径（主要） 3、两用代谢途径 柠檬酸循环中间物的回补 1、草酰乙酸的补充 2、苹果酸 的补充 磷酸丙酮酸羧化酶 丙酮酸羧化酶苹果酸酶 苹果酸脱氢酶 丙酮酸 苹果酸 草酰乙酸 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 葡萄糖经不同脱氢途径后的产能效率 产能形式 EMP HMPEMP+TCA 底物 水平 ATP GTP NADPH+H+ NADH+H+ FADH2 净产ATP 2 2 12 356-8 2 2 2+8 2 36-38 G磷酸化消耗1 个ATP 为什么不同组织氧化Glucose产生的 ATP 有差异？ 3-磷酸甘油醛 （脱氢） NADH + H+ 胞浆(不能自由进入线粒体内膜) 磷酸甘油穿梭 苹果酸穿梭 (苹果酸-天冬氨酸穿梭) FADH2 NADH + H+ (骨骼肌,脑组织) (肝,肾,心等组织) 磷酸甘油穿梭 线粒体内膜 胞浆基质 NAD+ 3-磷酸甘油 NADH 磷酸二羟丙酮 H+ 3-磷酸甘油 FAD 磷酸二羟丙酮 FADH2 磷酸甘油脱氢酶 辅酶 NAD+ 磷酸甘油脱氢酶 辅酶 FAD (骨骼肌,脑组织) 磷酸甘油脱氢酶 辅酶 FAD 苹果酸穿梭线粒体膜 胞浆基质 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 谷氨酸谷氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸 -酮戊二酸 苹果酸脱氢酶(肝,肾,心等组织 ) 辅酶 NAD+ NAD+NAD+ NADH H+ NADH H+ GOT 化学渗透学说：（1961年Peter.Mitchell）：呼 吸链存在于线粒体内膜，当氧化进行时，电子传 递的自由能起质子泵的作用，质子从线粒体的基 质部位被泵到线粒体的膜间空隙，形成了质子浓 度内低外高的浓度梯度（PH差1.4），从而产生了 跨膜的化学电位差，此电化学能用于ADP与磷酸合 成ATP。 影响氧化磷酸化的因素 1. 呼吸链抑制剂 :阻断呼吸链中某些部位电子 传递。 复合物I: 鱼藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A （piericidin A）等； 复合物II: 噻吩甲酰，三氟丙酮，丙二酸 复合物III：抗霉素A（antimycin A）等 复合物IV：CO,CN- ,N3等 （一）抑制剂 鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥 抗霉素A 二巯基丙醇 CO、CN-、 N3-及H2S 各种呼吸链抑制剂的阻断位点 噻吩甲酰 三氟丙酮 2. 解偶联剂： 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。是一些脂溶性的具有质 子或离子转运载体功能分子。如： H+载体： 二硝基苯酚（dinitrophenol, DNP） 三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（FCCP）， 解偶联蛋白(uncoupling protein) K+离子载体：缬氨霉素等 解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体） F F 0 0 F F1 1 Cyt c Q 胞液侧 基质侧 解偶联 蛋白 热能 H H + + H H+ + ADP+Pi ATP 3. 氧化磷酸化抑制剂 : 对电子传递及ADP磷酸化均 有抑制作用。如：寡霉素（oligomycin）可阻止 质子从Fo质子通道回流，抑制ATP生成 寡霉素寡霉素 第十四章 糖原代谢和糖异生作用 葡萄糖的代谢去向示意图 糖原 葡萄糖5-磷酸核糖葡萄糖-6-磷酸 丙酮酸 乳酸 乙酰-CoA 氨基酸 柠檬酸循环 糖酵解 糖异生 糖原合成糖原降解 磷酸戊糖途径 糖异生 糖原合成糖原降解 第一节 糖原的合成与分解 动物体内的 糖类大部分转变成脂肪后储存于脂肪组织 内，只有一小部分以糖原形式储存 肝糖原70-100g 变动较大 糖原G 糖 原 运到各组织利用 肌糖原180-300g 供肌肉收缩的需要 糖原的生物学意义：储存能量，维持正常血糖水平 糖原以颗粒状存在于细胞浆中(10-40nm)，大颗粒含约 12万个葡萄糖。 机体储存的糖原作为能量大约可供机体12小时的需要。 一、糖原的分解 (共3步) 磷酸化酶 变位酶 糖原+nPi n 1-P葡萄糖 n 6-P葡萄糖 转移酶 G-6-P 磷酸酶 (只存在肝中) 葡萄糖 肝是生成血糖的主要部位 脑和骨骼肌无G-6-P磷酸酶，GP不透过细胞 ，所以这些组织能保持G-6-P不外流，以备活 动需要。 二、糖原的合成（5步） 糖原合成酶 糖原分支酶 大分子葡萄 糖聚合物 糖原 葡萄糖 6磷酸葡萄糖 G-1-P UDPG ATP UTP P.P 引物 UDPATP ADP 引物上每接上一个G 要消耗2分子ATP 在非还原 性末端形 成-1,4糖 苷键键。 形成-1,6 糖苷键键。 非还还原性 末端增加 己糖激酶 变位酶 磷酸尿苷酰转移酶 三、糖原合成与糖原分解的调节 糖原合成酶糖原磷酸化酶 共价修饰 别构效应 （磷酸化/去磷酸化） 激活激活抑制抑制 磷酸化去磷酸化磷酸化去磷酸化 6-P-GAMP 调节方式 糖原合成酶与糖原磷酸化酶的共价修饰调节 两酶修饰情况相似，但结果正好相反，两者之间当有一种 被激活时，另一种被抑制，两者不会同时都处于激活状态 ，说明糖原的合成与其降解是密切协调的。 活性 2ATP 蛋白激酶 2ADP 无活性 糖原合成酶a 糖原合成酶b(磷酸化) Pi 磷酸蛋白磷酸酶 H2O H2O 磷酸化酶磷酸酶 Pi 糖原磷酸化酶a 磷酸化酶b (脱磷酸) ADP 磷酸化酶激酶 ATP 四、血糖及其调节 正常人空腹时血糖浓度是相当恒定的 ，维持在 4.5-5.5mmol/L (70-110mg/100ml)之间 （一） 血糖的来源与去路 食物中的糖 氧化分解供能 肝糖原的分解 血糖 合成糖原 肝中糖异生作用 转化为非糖物质 随尿排出 （二）激素对血糖的调节 血糖升高作用：胰高血糖素，肾上腺素，糖皮质激素 血糖降低作用：胰岛素 高血糖（7.28mmol/L, 肾糖阈值8.96mmol/L,糖尿病 ） 糖尿病症状 胰岛素分泌不足，糖代谢紊乱受阻， 糖排出带走大量水分,口渴 多食,多饮,多尿,体重减 少 糖代谢障碍，增强脂肪和蛋白质分解，消瘦 低血糖（昏迷）（3.92 mmol/L）胰岛-细胞增多或癌 症等使胰岛素分泌增多 级联放大作用 如肾上腺素10-8-10-10 mol/L 肝细胞，在细 胞内cAMP最高浓度可 达10-6 mol/L 引起了 强烈的效应，能产生 5mmol/L葡萄糖。 整个过程（几秒钟） 的信号逐级放大了约 几万倍，这种作用称 级联放大作用。 蛋白激酶 磷酸化酶激酶 磷酸化酶 cAMP ATP G蛋白 第二节 糖异生(gluconeogenesis)作用和Cori循环 糖异生作用是指以非糖物质为前体合成葡萄糖的过程。 人脑以葡萄糖作为主要的燃料需120 g/日葡萄糖 人体总需求160 g/日葡萄糖主要来源于游离葡萄糖和糖原 饥饿状态或机体剧烈运动时，为维持一定的血糖浓度 ，糖异生作用加强。 糖异生作用 糖异生作用与糖酵解的关系 糖异生的途径:基本上是糖酵解的逆过程，因EMP 途径中大多催化反应是可逆的，只有三处激酶催 化反应是不可逆的 原料部位 肝细胞胞浆糖异生 乳酸（丙酮酸） 生糖AA 甘油（磷酸甘油磷酸二羟丙酮） 糖异生的途径（EMP途径不可逆处） G G-6-P F-6-P 1,6-FDP ATP ADP ATP ADP Pi H2O Pi H2O G-6-P磷酸酶 FDP磷酸酶 己糖激酶 F-6-P激酶 存在于肝脏 （1） （2） 肝及肾皮质中糖氧化与糖异生的通路 (3)丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 这一逆过程需要肝细胞浆和线粒体酶的协 同作用来完成，称之为丙酮酸羧化支路. G 糖 酵 解 糖 异 生 ADP ATP 丙 酮 酸 激 酶 丙酮酸羧化酶 苹果酸 穿羧 GTP GDP CO2 烯醇式丙酮酸 羧激酶 （线粒体） ADP ATP CO2 生物素 糖异生作用的总反应 两分子丙酮酸形成一分子葡萄糖的总反应 2丙酮酸+ 4ATP + 2GTP + 2NADH + 6H2O 葡萄糖+ 4ADP+2GDP+2NAD+ + 6Pi 糖异生作用的生理意义： 保证在饥饿情况下血糖浓度相对恒定 当肌肉激烈运动时产生大量乳酸肝G或 糖原，补充血糖或重新合成肌糖原被储存，乳 酸葡萄糖的循环过程称为Cori循环