[理学]第22章 糖酵解 新陈代谢.ppt

下册主要内容（动态生化） 1. 生物大分子在体内代谢情况（合成和 分解） 2. 能量代谢问题 3.代谢调控问题，怎样形成一个有机整体 新 陈 代 谢 一、新陈代谢定义 新陈代谢是物质在生物体内一切化学变 化的总称，是生物体表现其生命活动的 重要特征之一 。 新陈代谢并不是完全自发的，而是靠酶 来催化的。每种特殊的酶都有特殊的调 控机制，所以使新陈代谢过程成为协同 统一的化学反应网络 合成代谢 （同化作用） 分解代谢 （异化作用） 生物生物 体的体的 新陈新陈 代谢代谢 生物小分子合成生物大分子 需要能量 释放能量 生物大分子分解为生物小分子 能量代谢能量代谢 物质物质 代谢代谢 同一种物质的分解代谢和合成代谢途径往往 是不同的。这使生物体对代谢的调控具有更 大的灵活性和应变能力。 二、高能磷酸化合物 机体内有许多磷酸化合物，当其磷酰基水解时 ，释放出大量的自由能。这类化合物为高能磷 酸化合物。这些分子中的酸酐键，能释放出大 量自由能。并用符号“”表示高能键。 注意： 化学中“键能”的含义是指断裂一个化学键所 需要提供的能量； 而生物化学中所说的“高能键”是指该键水解 时所释放出的大量自由能。 硫脂键化合物 S -7.5 甲硫键化合物 CH3S+- C-C -10.0 O 三、生物体高能化合物的类型 磷氧型 -OP 磷氮型 HN =C-NP(O) -10.3 磷酸化合物 非磷酸化合物 烯醇式磷酸化合物 Go Kcal/mol (-C=C-OP(O) -14.8 酰基磷酸化合物 (-C-OP(O) -10.1 O 焦磷酸化合物 (O)P-OP(O) -7.3 高能化合物为什么能产生高能量？ 1 .1 .异电荷排斥引起的异电荷排斥引起的（反应物）（反应物）不稳定因素不稳定因素 乙酸酐 2. 2. 反应物中的反应物中的“ “竞争谐振竞争谐振” ” 导致共价键不稳 3. 3. 溶解推动力溶解推动力 反应物与产物的溶解度相差越大，反应物越不稳定反应物与产物的溶解度相差越大，反应物越不稳定 外界诱惑力大 ATP “能量中间体” 稳定程度不同，各种高能化合物的Go有高低之分 磷酸肌酸磷酸肌酸 暂时储能物质暂时储能物质 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖1-1-磷酸磷酸 ATP作用：能量传递的中间体 转 化 传 递 传递 能量来源 能源物质（糖、脂、偶尔是蛋白质）的分解 分解代谢 氧化产能产能 ADP 机械能（运动） 化学能（合成反应） 渗透能（分泌、吸收） 电能（生物电） 热能（体温维持） 光能（生物发光） UTP、GTP、CTP、TTP 合成，供能 ATP 四、 代谢的研究方法 A.同位素示踪法 将含有放射性同位素的物质参与代谢反应，测试该基团 在不同物质间的转移情况，来认识代谢过程。 例 高能化合物 ATP 通过巧妙的实验设计、严密的逻辑推断与重复性的验证。 B.整体方法 纯 化 合 物排泄物的化 学分析 建立动物模型（ 胰岛素、衰老） C.组织提取法 各类组织细胞各种破碎方法碎片置于试管中 向该试管中加入纯化合物（如葡萄糖）分析各类代 谢中间产物及酶，或加入阻断物，逻辑推断。 D. 自由能判断（逻辑判断） G= H - TS= -W（W-体系对外所作的功） G0时，W0，体系对外作功，该反应可自发进行 G = 0时，W =0，该反应过程为可逆过程 G0时，W0，该反应不可自发进行，必须吸收外 来能量才能进行，同时，该反应的逆过程可以自发进行。 根据自由能变化可以判断中间物质代谢 方向 糖代谢概述 糖的分解、合成 多糖和低聚糖的酶促降解 A.胞外降解 细胞外细胞外 多糖和低聚糖多糖和低聚糖 胞外水解酶（淀粉酶、寡糖酶） B.胞内降解 细胞内储备细胞内储备 的的 糖原或淀粉糖原或淀粉 磷酸化酶 活化、水解 转移酶 去分枝酶 断支链 磷酸化酶 活化、水解 单糖 主要是葡萄糖 动物细胞植物细胞 细胞膜 细胞质 线粒体 高尔基体 细胞核 内质网 溶酶体 细胞壁 叶绿体 有色体 白色体 液体 晶体 分泌物 吞噬 中心体 胞饮 细胞膜 三羧酸循环 磷酸戊糖途径 糖酵解 糖异生 葡萄糖的主要代谢途径 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰 CoA 6-磷酸葡萄糖 磷酸戊糖 途径 糖酵解 （有氧） （无氧） 三羧酸 循环 （有氧或无氧） 糖异生 第22章 糖酵解作用 （glycolysis） 机体的生存需要能量，机体内主要提供 能量的物质是ATP。 ATP的形成途径 ATP的形成主要通过两条途径， 一条是由葡萄糖彻底氧化为CO2和水，从 中释放出大量自由能形成大量的ATP， 另一条是在没有氧分子参加的条件下， 即无氧条件下，由葡萄糖降解为丙酮酸 ，并在此过程中产生2分子ATP。 一、 糖酵解定义 1、反应场所、化学历程和特殊的催化酶类 2、 能量产生问题和生物学意义 3、 糖酵解的调控 糖酵解是指在无氧条件下将1分子葡萄糖降解为2分子丙 酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的 葡萄糖降解的途径。简称途径。 二、糖酵解的反应历程 EMP的化学历程 6-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 21，3-二磷酸甘油酸 23-磷酸甘油酸 22-磷酸甘油酸 2磷酸烯醇丙酮酸 2丙酮酸 第 一 阶 段 第 二 阶 段 第 三 阶 段 葡萄糖 葡萄糖的磷酸化 磷酸己糖的裂解 丙酮酸和 ATP的生成 反 应 场 所 ： 细 胞 质 第一阶段：葡萄糖的磷酸化 ATP ADP ATP ADP 己糖激酶 磷酸果 糖激酶 磷酸葡萄 糖异构酶 G 6-P-G 因为消耗能量，所以为不可逆反应 另：葡萄糖激酶（肝，活性弱） 第1步反应：酸性催化开环。酶分子上的Lys残基即-氨基（NH3+）吸引OC1 中间的电子对，于是引起断键，开环。 第2步反应：酶分子上的碱，例如His的咪唑环，去掉(C2)上的质子(这个质子由 于它处在羰基的a位，所以具有酸性)形成了烯二醇的中间体。 第3步反应：关环，形成最终产物。 异 构 化 机 理 烯二醇中间体 氨基酸的结构 杂环氨基酸 组氨酸 Histidine (氨基咪唑基丙酸，带正电荷的R基，是唯一一个R基 的pKa值在7附近的氨基酸) 第二阶段： 磷酸己糖的裂解 醛缩酶 异构酶 第1步反应是酶和底物的结合。 第2步反应是果糖1，6二磷酸的羰基与酶活性部位赖氨酸的氨基发生反应 ，形成一个亚胺阳离子，即质子化的西佛碱。 第3步反应Cys上的S-吸引质子导致C3和C4发生醇醛断裂形成酶的烯胺中间体 并释放出甘油醛-3-磷酸(GAP)。（C2处羰基C吸引电子的倾向使CO-电子转 移成C=O，导致C3和C4 断裂） 第4步是亚胺水解放出二羟丙酮磷酸后，又形成了游离的酶。 醛缩酶作用机理 丙糖磷酸异构酶的作用机理：活性部位是 以谷氨酸(Glu)残基的游离羧基与底物相结 合 ，还需一些碱性基团辅助。 单烯二 羟负离 子中间 体 第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成 NAD+ NADH+H+ Pi ADP ATP H2O Mg或Mn ATP ADP 丙酮酸 PEP 丙酮酸激酶 3-P-甘油 醛脱氢酶 磷酸甘油 酸激酶 变 位 酶 烯醇化酶 3-P-甘油醛脱氢酶催化 机制 活性部位有一个巯基的半胱氨 酸。 (1)巯基是亲核体，向羰基碳 原子进攻，从而形成半缩硫醛 ，这时醛分子上与原来羰基相 连的氢原子就以氢负离子的形 式离开羰基碳原子，形成了还 原的NADH和硫酯。同时释放 出一个H+。 (2)NADH一旦形成就立即从 酶分子上解离下来，而氧化型 的NAD+又立即结合到酶分子 上。 (3) 磷酸分子又向硫酯进行亲 核攻击，形成1，3二磷酸甘 油酸和游离的酶 磷酸甘油酸激酶 磷酸甘油酸变位酶 催化机制 酶的活性部位His上结合有 一个磷酸基团。 当3-磷酸甘油酸作为酶的 底物结合到酶的活性部位 后，原来结合在酶活性部 位的那个磷酸基团便立即 转移到底物分子上，形成 一个与酶结合的二磷酸的 中间产物，2，3-二磷酸甘 油酸， 这个中间产物又立即使酶 分子的活性部位再磷酸化 ，同时产生游离的2-磷酸 甘油酸。 丙酮酸激酶 糖酵解途径 2. 途径化学计量和生物学意义 总反应式: C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3 +2NADH +2H+2ATP+2H2O 生物学意义 是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖 酵解，生物体获得生命活动所需要的能量； 形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架； 为糖异生提供基本途径。 能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成 2ATP 2NADH 5ATP 或 3ATP 3. 糖酵解的调控位点 糖原（或淀粉） 1-磷酸葡萄糖 6-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 21，3-二磷酸甘油酸 23-磷酸甘油酸 22-磷酸甘油酸 2磷酸烯醇丙酮酸 2丙酮酸 葡萄糖 机理：通过调节 反应途径中几种 不可逆反应的酶 ，通过酶的别构 效应或共价修饰 实现活性的调节 ，调节物多为本 途的中间物中间 物或与本途径有 关的代谢产物。 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶 己糖激酶 AMP G-6-P ATP +- F-2,6-BP AMP + - 柠檬酸 NADH ATP ATP Ala F-1,6-BP - + 酶的别构（变构）效应示意图 效应剂 别 构 中 心 活性 中心 别构酶的反馈调控机理 A （产物或中间产物） EDC B 关键酶 酶的共价修饰 某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团进行可逆 的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节 酶活性。这类酶称为共价修饰酶。目前发现有数百种酶被翻 译后都要进行共价修饰，其中一部分处于分支代谢途径，成 为对代谢流量起调节作用的关键酶或限速酶。 由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能量，机制多样， 在体内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联放 大反应，所以日益引人注目。 A P1 G E D CB H Ea-b Ec-d Ec-g 关键酶（限速酶）P2 蛋白质的磷酸化和脱磷酸化 蛋白激酶 ATP ADP 蛋白质蛋白质Pn 蛋白磷酸酶 nPiH2O 第一类：第一类：Ser/Ser/ThrThr型型 第二类：第二类：TyrTyr型型 2，6-二磷酸果糖合成和降解的调控 果糖二磷酸酶2 （FBPase2） 磷酸果糖激酶2 （PFK2) F-6-P 低血糖 Pi + F-2,6-BP ATP ADP H2O Pi PFK2和FBPase是同一肽链 丙酮酸激酶催化活性控制关系图 磷酸化的丙酮酸激酶 （低活性） 去磷酸化的丙酮酸激酶 （高活性） H2O PiATP ADP 果糖-1，6-二磷酸ATP丙氨酸 + 葡萄糖浓度 Pi 减少 增加 三、丙酮酸的去路 （有氧） （无氧） 葡萄糖葡萄糖丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰 CoA 三羧酸 循环 （有氧或无氧） 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰 CoA 糖酵解途径 三羧酸 循环 （有氧或无氧） 丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解 NADH+H+ NAD+ CH2OH CH3 乙醇 NADH+H+ NAD+ CO2 乳酸 COOH CH(OH )CH3 乙醛 CHO CH3 COOH C=O CH3 丙酮酸 葡萄糖的无氧分解 乳酸脱氢酶 （厌氧细菌的终产物 ） Glc 酵母 丙酮酸脱羧酶 乙醇脱氢酶 乳酸脱氢酶LDH 哺乳动物有两种不同的乳酸脱氢酶亚基。一种是M型( 或称为A型)，一种是H型(或称为B型)。这2种亚基类型 构成5种同工酶