生物化学--第七章 糖类代谢-糖的有氧氧化.ppt

糖的有氧氧化 Date1 丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解 （EMP） 葡萄糖 COOH C=O CH3 丙酮酸 CH3-C-SCoA O 乙酰CoA 三羧酸 循环 NAD+ NADH+H+ CO2 CoASH 葡萄糖的有氧分解 丙酮酸脱氢酶系 乳酸（无氧氧化) Date2 糖的有氧氧化与无氧氧化 细胞 胞浆 线粒体 葡萄糖丙酮酸乳酸（无氧氧化) 糖酵解 CO2+H2O+ATP (糖的有氧氧化） 丙酮酸 Date3 糖的有氧氧化 (aerobic oxidation) ? 概念 ? 过程 ? 意义 ?有氧氧化的调节 返回 Date4 一、糖有氧氧化的概念 糖的有氧氧化：是指体内组织在有氧条件下， 将葡萄糖彻底氧化分解生成CO2和H2O的过程。 C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 32/30 ATP 绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程 在细胞的胞液和线粒体(cytoplasm and mitochondrion)内进行。 一分子葡萄糖彻底氧化分解可产生32/34分子ATP。 Date5 二、糖有氧氧化的过程 第一阶段：丙酮酸的生成（胞浆） 第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA （线粒体） 第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化 （线粒体） 三个 阶段 Date6 （一）丙酮酸的生成（胞浆） 葡萄糖 + 2NAD+ + 2ADP +2Pi 2（丙酮酸+ ATP + NADH+ H+ ） 2丙酮酸进入线粒体进一步氧化 2(NADH+ H+ ) 2H2O + 3/5 ATP 线粒体内膜上特异载体 穿梭系统 氧化呼吸链 Date7 （二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A: NAD+ NADH+H+ 丙酮酸 乙酰CoA + CoA-SH 辅酶A + C O2 丙酮酸 脱氢酶系 丙酮酸+辅酶A+NAD+ 乙酰COA+CO2+NADH+H+ Date8 丙酮酸脱氢酶系（或氧化脱羧酶系） 丙酮酸脱氢酶(TPP、Mg2+) 二氢硫辛酸乙酰基转移酶(硫辛酸、辅酶A) 二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+) 3种酶： 6种辅助因子： TPP、 Mg2+、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD+ （含B1、泛酸、B2 、PP 硫辛酸五种维生素） Date9 丙酮酸脱氢酶系 NAD+ +H+ 丙酮酸 脱羧酶 FAD 硫辛酸乙酰 转移酶 二氢硫辛 酸脱氢酶 CO2 乙酰硫辛酸 二氢硫辛酸 NADH+H+TPP 硫辛酸 COA SH NAD+ CH3-C-SCoA O Date10 （三）乙酰辅酶A进入TAC 三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle TCA循环)又称柠檬酸循环(citric acid cycle) 或Krebs循环(Krebs cycle)。 乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成六碳三 羧酸即柠檬酸，经过一系列代谢反应， 乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以再生 的过程称为三羧酸循环。 Date11 1.反应过程 2.回补反应 3.反应特点 返回 Date12 反应过程三阶段 柠檬酸生成阶段(1) 氧化脱羧阶段(2345) 草酰乙酸重新生成阶段(678) Date13 乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸 柠檬酸合酶 草酰乙酸 CH3COSCoA 乙酰辅酶A (acetyl CoA) 柠檬酸 (citrate) HSCoA H H Date14 柠檬酸异构化生成异柠檬酸: 异柠檬酸 (isocitrate) H2O 柠檬酸 (citrate) 顺乌头酸 乌头酸酶 Date15 异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸 CO2 NAD+ 异柠檬酸 -酮戊二酸 草酰琥珀酸 NADH+H+ 异柠檬酸脱氢酶 H+ Date16 -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶A CO2 -酮戊二酸脱氢酶系 HSCoA NAD+ NADH+H+ 琥珀酰CoA (succinyl CoA) -酮戊二酸( - ketoglutarate) Date17 -酮戊二酸脱氢酶系 与丙酮酸脱氢酶复合体 相同点：反应机制相同，组成类似 -酮戊二酸脱羧酶、 二 氢硫辛转琥珀酰基酶、 二氢硫辛酸脱氢酶 辅酶A、FAD、NAD+、 镁离子、硫辛酸、TPP 三个酶: 六个辅 助因子： Date18 不同点： 丙酮酸脱氢酶复合体中E1受磷酸化、去磷 酸化的共价修饰调节 -酮戊二酸脱氢酶系中E1不受磷酸化和去 磷酸化的共价修饰调节. Date19 琥珀酰CoA转变为琥珀酸 琥珀酰CoA合成酶/硫激酶 琥珀酰CoA (succinyl CoA) GDP+Pi GTP 琥珀酸 (succinate) HSCoA ADP ATP Date20 琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸 FAD 琥珀酸 (succinate) 琥珀酸脱氢酶 延胡索酸 (fumarate) FADH2 Date21 延胡索酸水合生成苹果酸 延胡索酸 (fumarate) 延胡索酸酶 苹果酸 (malate) H2O Date22 苹果酸脱氢生成草酰乙酸 苹果酸脱氢酶 草酰乙酸 (oxaloacetate) 苹果酸 (malate) NAD+NADH+H+ Date23 三羧酸循环总图 CH2COSoA ( 乙酰辅酶A) 苹果酸 琥珀酸 琥珀酰CoA -酮戊二酸 异柠檬酸 CO2 2H CO22H GTP 2H 2H H 草酰乙酸 柠檬酸 延胡索酸 Date24 三、有氧氧化的反应过程及能量计算 糖的有氧氧化代谢途 径可分为：葡萄糖酵 解、丙酮酸氧化脱羧 和三羧酸循环三个阶 段。 TAC循环 G（Gn） 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2 H2O O ATP ADP 胞液 线粒体 Date25 （一）葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸： 此阶段在细胞胞液(cytoplasm)中进行，一分子葡 萄糖(glucose)分解后净生成2分子丙酮酸，2分子 ATP，和2分子（NADH +H+）。 2分子（NADH +H+）在有氧条件下可进入线粒 体(mitochondrion)产能，共可得到21.5或者 22.5分子ATP。故第一阶段可净生成5或7分子 ATP。 Date26 （二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA： 丙酮酸进入线粒体(mitochondrion)，在丙 酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex)的催化下氧化脱羧生成乙酰CoA (acetyl CoA)。 Date27 丙酮酸脱氢酶系 NAD+ +HSCoANADH+H+ +CO2 * pyruvate acetyl CoA 丙酮酸的氧化脱羧作用 Date28 由一分子葡萄糖氧化分解产生两分子丙酮酸 (pyruvate)，故可生成两分子乙酰CoA(acetyl CoA)，两分子CO2和两分子(NADH+H+)，可 生成22.5分子ATP 。 反应为不可逆；丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex)是糖有氧氧化途径的 关键酶之一。 Date29 丙酮酸脱氢酶系由三种酶单体构成：丙酮 酸脱氢酶（E1），硫辛酸乙酰基转移酶（ E2），二氢硫辛酸脱氢酶（E3）。 该多酶复合体包含六种辅助因子：TPP， 硫辛酸，NAD+，FAD，HSCoA和Mg2+。 Date30 （三）经三羧酸循环彻底氧化分解 ： 三羧酸循环（TAC，柠檬酸循环或Krebs循环 ）是指在线粒体中，乙酰CoA首先与草酰乙 酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢 反应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸再生 的循环反应过程。 三羧酸循环在线粒体中进 行。一分子乙酰CoA氧化分解后共可生成10 分子ATP，故此阶段可生成210=20分子ATP 。 Date31 + acetyl CoA oxaloacetate * 柠檬酸合酶 H2OHSCoA citrate 顺乌头酸酶 isocitrate 异柠檬酸脱氢酶 NAD+NADH+H+CO2 * -ketoglutarate Date32 -ketoglutarate -酮戊二酸脱氢 酶系 NADH+H+ +CO2 * NAD+ +HSCoA succinyl CoA 琥珀酰CoA 合成酶 HSCoA+GTP GDP+Pi succinate FADFADH2 琥珀酸脱氢酶 fumarate Date33 fumarate 苹果酸脱氢酶 NAD+ NADH+H+ oxaloacetate H2O 延胡索酸酶 malate Date34 调节位点 柠檬酸合成酶（限速酶） 异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶 Date35 葡萄糖完全氧化产生的ATP 酵解阶段： 2 ATP 2 1 NADH 2 ATP 2 (2.5ATP或1.5 ATP) 三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH2 2 1 ATP 2 7.5 ATP 2 1.5 ATP 丙酮酸氧化：2 1NADH2 2.5ATP 总计：32ATP或30 ATP Date36 四、 线粒体外NADH的氧化磷酸化作用 磷酸甘油穿梭系统 苹果酸天冬氨酸穿梭系统 氧化磷酸化 线粒体 无氧酵解 细胞质 Date37 - -磷酸甘油穿梭示意图磷酸甘油穿梭示意图 NADH+H+ NAD+ -磷酸甘 油脱氢酶 -磷酸甘 油脱氢酶 FAD FADH2 呼吸链 Date38 苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 2.5ATP Date39 -磷酸甘油穿梭苹果酸-天冬氨酸穿梭 穿梭物质 -磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 苹果酸、 谷氨酸 天冬氨酸、-酮戊二酸 进入线粒 体前后转变 成的物质 NAD+/FADH2NAD+/NADH+ H+ 进入呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链 NADH 氧化呼吸链 生成ATP数2.5/3 存在组织 某些肌肉、神经组织肝脏和心肌组织 相同点将胞浆中NADH的还原当量转送到线粒体内 1.5/2 线粒体外线粒体外NADHNADH两种氧化途径的比两种氧化途径的比 较较 Date40 五.TCA的回补反应 Date41 + CO2 +ATP + ADP + Pi 丙酮酸羧化酶 生物素、Mg 2+ 丙酮酸 草酰乙酸 Date42 （三）糖有氧氧化的生理意义 1.基本生理功能是氧化供能 2. 是体内三大营养物质代谢的总枢纽 3. 与体内其它代谢途径有着密切的联系 Date43 糖与氨基酸 、脂肪代谢 的联系 返回 Date44 变构抑制剂 ATP NADH ATP、NADH、 琥珀酰CoA (四)三羧酸循环的调节酶及其调节 酶 的 名 称 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶系 变构激活剂 ADP、AMP Date45 P 丙酮酸氧化 和 三羧酸循环 的调节 琥珀酰CoA 草酰乙酸 苹果酸 琥珀酸 -酮戊二酸 异柠檬酸 柠檬酸 延胡索酸 乙酰辅酶A 丙酮酸 乙酰CoA、NADH、ATP ATP NADH 琥珀酰CoA、 NADH、ATP 返回Date46 巴斯德效应 概念: 有氧氧化抑制无氧酵解的现象. 机制: 有氧时, NADH进入线粒体氧化,丙 酮酸不能 进一步生成乳酸. 无氧时, NADH不能氧化,将丙酮酸还原成乳酸。 Date47 O CH3-C-SCoA CoASH NADH +CO2 FADH2 H2O NADH +CO2NADH GTP 三羧酸循环 （TCA） 草酰乙酸