《糖代谢有氧分解》PPT课件.ppt

第八章 糖代谢有氧分解 Aerobic Oxidation of Carbohydrates,糖的有氧分解概念,指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释出许多能量的过程。是机体主要供能方式。 部位：胞液及线粒体,一、有氧分解的反应过程,第一阶段：糖酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线粒体,（一）丙酮酸的氧化脱羧（第二阶段）,总反应式: 丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。,乙酰CoA,丙酮酸,SCoA,（pyruvate dehydrogenase complex）,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶 辅助因子 E1：丙酮酸脱氢酶 TPP E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 硫辛酸 HSCoA E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶 FAD, NAD+,Vitamin B1(Thiamine,硫胺素)的活性形式：焦磷酸硫胺素（TPP）,是酮酸氧化脱羧酶和转酮醇酶的辅基,丙酮酸脱氢酶复合体的辅助因子介绍：,硫辛酸氧化型和还原型结构以及E2分子上的赖氨酸残基结合。硫辛酸起转移酰基和传递氢的作用,硫辛酸（lipoic acid）,4-磷酸泛酰巯基乙胺除了参与HSCoA外，还是酰基载体蛋白（ACP）的组成部分。 HSCoA和 ACP都是酰基转移酶的辅酶，参与酰基转移作用。,泛酸,-巯基乙胺,4-磷酸泛酰巯基乙胺,辅酶A （Coenzyme A ，CoA, HSCoA)组成,Vitamin B2 两种辅基形式：黄素单核苷酸（FMN）,黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。它们构成一类黄素酶的辅基，起递氢作用。,异咯嗪,核醇,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5. NADH+H+的生成,1. -羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,4. 硫辛酰胺的生成,4、反应过程,反应特点,反应部位：线粒体 反应性质 ：氧化脱羧，产物为NADH+H+ 、CO2 和CH3COSCoA；不可逆反应(Go=-39.5kJ/mol ) 丙酮酸脱氢酶复合体：三个酶和五个辅助因子（TPP、LA、HSCoA、FAD、NAD+），连续催化，没有游离的中间产物，无副反应，该复合体活性受到调节。,（二）三羧酸循环（第三阶段）,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环，又称为Krebs循环 反应部位：线粒体 总反应: CH3COSCoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + HSCoA + GTP,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,4、反应过程,-酮戊二酸脱氢酶系调节酶,-酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相似, 即由-酮戊二酸脱氢酶E1、琥珀酰转移酶E2和二氢硫辛酸脱氢酶E3，以及6种辅因子, TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和Mg2+ 组成，但是在酶的结构和功能上则有些差别。,5、TCA小结,TCA部位：线粒体。 三羧酸循环的要点: 消耗一分子乙酰CoA， 经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP。 关键酶：柠檬酸合酶、-酮戊二酸脱氢酶复合体、异柠檬酸脱氢酶 整个循环反应为不可逆反应,6. 三羧酸循环的生理意义,是三大营养物质氧化分解的共同途径； 是三大营养物质代谢联系的枢纽； 为其它生物合成提供前体分子； 为呼吸链提供H+ + e，最终产生大量的ATP,1、糖有氧氧化生成的ATP 的途径： H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。,二、 糖有氧分解生成的ATP,氧化磷酸化,氧化磷酸化,2、葡萄糖有氧分解生成的ATP计算,3、有氧分解的产能效率,葡萄糖体外燃烧：,C6H12O6+ 6O2,6CO2 + 6H2O + 能（2840kJ/mol）,葡萄糖体内氧化总反应：,C6H12O6 + 38ADP + 38Pi + 6O2,38ATP + 6CO2 + 44H2O,38ATP= 30.5 38 = 1159kJ/mol 产能效率= 40%,三、有氧分解的调节,关键酶, 酵解途径： 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶 己糖激酶, 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体, 三羧酸循环：柠檬酸合酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶,1. 丙酮酸脱氢酶复合体, 别构调节,别构抑制剂：乙酰CoA; NADH; ATP 别构激活剂：AMP; ADP; NAD+ 乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+时，其活性受到抑制。,(2) 共价修饰 被丙酮酸脱氢酶激酶磷酸化而失去活性；丙酮酸脱氢酶磷酸酶去磷酸化而恢复活性,丙酮酸脱氢酶复合体调节,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸 脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+, ATP、ADP的影响, 产物堆积引起抑制, 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶, 其他，如Ca2+可激活许多酶,2. 三羧酸循环的调节,有氧分解的调节特点, 有氧分解的调节通过对其关键酶的调节实现。 ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节，其中 ATP/AMP调节作用更大。 氧化磷酸化、三羧酸循环与酵解途径互相协调。,第八章 糖代谢磷酸戊糖途径 Pentose Phosphate Pathway,* 概念,磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。,* 细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途径的反应过程,* 反应过程可分为二个阶段,第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,1. 磷酸戊糖生成,5-磷酸核糖,同分异构酶,内酯酶,每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。 3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentose phosphate bypass )。,2. 基团转移反应（非氧化反应阶段）,5-磷酸核酮糖(C5) 3,5-磷酸核糖 C5,基团转移反应,转酮醇酶,5-磷酸木酮糖 5-磷酸核糖 3-磷酸甘油醛 7-磷酸景天糖,transaldolase,7-磷酸景天糖 3-磷酸甘油醛 4-磷酸赤藓糖 6-磷酸果糖,转醛醇酶,转酮醇酶,5-磷酸木酮糖 4-磷酸赤藓糖 3-磷酸甘油醛 6-磷酸果糖,磷酸戊糖途径小结,第一阶段,第二阶段,二、磷酸戊糖途径的调节,* 6-磷酸葡萄糖脱氢酶,此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。,此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。,三、磷酸戊糖途径的生理意义,（一）为核苷酸的生成提供核糖 （二）提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应 NADPH是体内许多合成代谢的供氢体 NADPH参与体内的羟化反应，与生物合成或生物转化有关 NADPH可维持GSH的还原性,2G-SH G-S-S-G,NADP+ NADPH+H+,A AH2,第八章 糖代谢糖原的合成与分解,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、糖原的合成由G合成糖原,1、G G-6-P G-1-P 己糖激酶 变位酶 G G-6-P G-1-P ATP ADP 2、二磷酸尿苷Glucose（UDPG）的生成（活化） 磷酸尿苷酰转移酶 G-1-P+UTP G-P-P-尿苷+PPi,3、1,4-糖苷键G聚合物的生成 在有少量糖原（引物）的 非还原性末端接上一个G残基，形成一个新的-1,4糖苷键。 4、糖原的生成 在糖原分支酶的催化下，将6-7个G残基短链转移到临近的糖链上，以-1,6糖苷键连接成分支。 整个糖原分子具有很多分支，糖原分支的增加可增加糖原的溶解度，也增加了许多非还原性末端，这些非还原性末端正是糖原合成酶，磷酸化酶的作用位点。,糖原的合成,引物上每接上一个G要消耗2分子ATP,引物,糖原合成酶,糖原分支酶,葡萄糖 6磷酸果糖,G-1-P,UDP葡萄糖,大分子葡萄糖聚合物,糖原,引物,ATP,UTP,P.P,UDP,ATP,ADP,二、糖原的分解-糖原分解为G的过程(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。,三、糖原合成与糖原分解的调节,主要调节酶 糖原 合成：糖原合成酶 分解：糖原磷酸化酶 受磷酸化或去磷酸化的共价修饰调节和别构效应调节,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。 糖原合成酶也可通过别构调节，6磷酸葡萄糖是激活剂。 糖原磷酸化酶-AMP是激活剂,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、糖异生作用和Cori循环,糖异生作用：非糖物质合成为葡萄糖或糖原的过程称之。 糖异生的三种主要原料：乳酸（丙酮酸），甘油（磷酸甘油磷酸二羟丙酮）和生糖AA（TCA,EMP的中间代谢物） 糖异生的部位：哺乳动物的肝中 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,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