糖酵解知识（888）.ppt

第22章 糖的酵解,主要内容和要求： 在物质代谢和能量代谢的理解的基础上，讨论糖的分解 ，本章重点掌握以葡萄糖为代表的单糖在无氧条件下的分解途径。,返回,思考,1,医药资料,目 录,一 生物体内的主要糖类及生物功能 二 双糖和多糖的酶促降解 糖的酵解作用 糖酵解的反应机制 糖酵解作用的调节,2,医药资料,一 生物体内的主要糖类及生物功能,1、单糖的链状结构和环状结构 2、重要的单糖及衍生物 3、重要的寡糖 4、重要的多糖 5、糖类的生物学作用,3,医药资料,D系醛糖的立体结构,D(+)-阿洛糖,D(+)-阿桌糖,D(+)-葡萄糖,D(+)-甘露糖,D(+)-古洛糖,D(-)-艾杜糖,D(+)-半乳糖,D(+)-塔罗糖,(allose),(altrose),(glucose),(mannose),(gulose),(idose),(galactose),(talose),D(-)-赤鲜糖,(erythrose),D(-)-苏糖,(threose),D(+)-甘油醛,(allose),D(-)-核糖,(ribose),D(-)-阿拉伯糖,(arabinose),D(+)-木糖,(xylose),D(-)-米苏糖,(lysose),4,医药资料,D系酮糖的立体结构,D(-)-赤藓酮糖,(erythrulose),D(-)-核酮糖,(ribulose),D(+)-核酮糖,(xylulose),D(+)-阿洛酮糖,(psicose,allulose),D(-)-果糖,(fructose),D(+)-山梨糖,(sorbose),D(-)-洛格酮糖,(tagalose),二羟丙酮,(dihytroasetone),5,医药资料,吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）,吡喃,呋喃,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃果糖,-D-呋喃葡萄糖,-D-呋喃果糖,6,医药资料,重要的单糖戊糖,-D-吡喃木糖,-D-呋喃核糖,2-脱氧-D-呋喃核糖,-D-芹菜糖, -L-呋喃阿拉伯糖, -D-呋喃阿拉伯糖,D-核酮糖,D-木酮糖,7,医药资料,重要的单糖己糖,-D-吡喃葡萄糖, -L-吡喃山梨糖, -D-吡喃甘露糖,- L -吡喃半乳糖, -D-吡喃半乳糖, -D-呋喃果糖,8,医药资料,单糖磷酸酯,D-甘油醛-3-磷酸, -D-葡萄糖-1-磷酸, -D-葡萄糖-6-磷酸, -D-果糖-6-磷酸, -D-果糖-1，6-二磷酸,9,医药资料,重要的二糖,蔗糖,D-麦芽糖（ -型）,乳糖（ -型 ）,纤维二糖（ -型）,10,医药资料,淀粉和糖原结构,支链淀粉或糖原分支点的结构,11,医药资料,纤维素片层结构,纤维素一级结构,12,医药资料,糖类的生物学作用,糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，主要的生物学作用如下：,作为生物体的结构成分 作为生物体内的主要能源物质 作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等 合成的前体 作为细胞识别的信息分子,13,医药资料,单糖的分解代谢,一、生物体内单糖的主要分解代谢途径 二、糖酵解（EMP） 三、丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降解途径,14,医药资料,葡萄糖的主要分解代谢途径,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）,（无氧）,15,医药资料,糖酵解（glycolysis）glaiklisis,糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着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。,1940年被阐明, Embden, Meyerhof, Parnas等人贡献最多，糖酵解过程也叫Embden-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。 发生部位：在细胞质中进行,16,医药资料,1、化学历程和催化酶类 2、 化学计量和生物学意义 3、 糖酵解的调控,17,医药资料,酵解过程 物质的分解阶段，释放自由能 ATP的形成阶段，吸收能量,18,医药资料,糖酵解作用的意义,糖酵解作用是发生在细胞质溶胶中的一组反应 产生能量 为生物合成途径提供中间体。,19,医药资料,EMP的化学历程,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,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,20,医药资料,第一阶段：葡萄糖的磷酸化,己糖激酶Mg2+,磷酸果糖激酶 (PFK)Mg2+,异构酶,21,医药资料,以六碳糖为底物，专一性不强，不仅可以作用于葡萄糖，还可以作用于D-果糖、D-甘露糖、氨基葡萄糖等。 激酶是指能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶。已糖激酶像其他激酶一样，需要Mg2+或其他二价金属离子作激活剂，正常生理情况下起作用的多是Mg2+。实际上只有ATP与Mg2+ 形成复合物后才能被酶所催化。没有结合Mg2+的ATP对酶有很强的抑制作用。,已糖激酶,22,医药资料,已糖激酶是一种调节酶。它催化的反应产物葡萄糖-6-磷酸和ADP是该酶的变构抑制剂。无机磷酸可解除葡萄糖-6-磷酸和ADP的抑制作用。,23,医药资料,存在于动物肝细胞中，对D-葡萄糖有专一性强，不被葡萄糖-6-磷酸所抑制。肌肉已糖激酶对D-葡萄糖的Km值为0.1mmol/L，肝葡萄糖激酶的Km值约为10mmol/L。,葡萄糖激酶,24,医药资料,因此平时细胞内葡萄糖浓度为5mmol/L，已糖激酶的酶促反应已达最大速度，葡萄糖激酶并不活跃。只有当进食以后，血液和肝细胞内葡萄糖浓度变高时才起作用，将葡萄糖转化成葡萄糖-6-磷酸，再以糖原形式贮存于细胞中。葡萄糖激酶是一个诱导酶，是由胰岛素促使合成。,25,医药资料,磷酸果糖激酶,磷酸果糖激酶是分子量为340000的四聚体，是别构酶，ATP是变构抑制剂，有抑制效应，有柠檬酸、脂肪酸时加强抑制效应。AMP或无机磷酸可消除抑制，增加酶的活性。高H+浓度（即pH值低）抑制该酶活性（生物学意义：阻止酵解途径继续进行，防止乳酸生成；又可防止血液pH下降，避免酸中毒）。,26,医药资料,这一步反应是酵解中的关键反应步骤。酵解的速度决定于此酶的活性，因此它是一个限速酶。 兔体内有三种同功酶：磷酸果糖激酶A存在于心肌和骨骼中，受磷酸肌酸、柠檬酸和无机磷酸抑制；磷酸果糖激酶B存在于肝脏和红细胞中，受2,3-二磷酸甘油酸抑制；磷酸果糖激酶C存在于脑中，受腺嘌呤核苷酸的抑制。,27,医药资料,第二阶段： 磷酸己糖的裂解,醛缩酶,异构酶,28,医药资料,醛缩酶,FBP,DHAP,GAP,醛缩酶有两种不同的类型：高等动植物中的醛缩酶为型，有三种同工酶A、B、C，细菌、酵母、真菌以及藻类中为型。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,29,医药资料,丙糖磷酸 异构酶,二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸,丙糖磷酸异构酶催化此反应的速度非常迅速，二羟丙酮磷酸和甘油醛-3-磷酸总是处于平衡状态，但由于甘油醛-3-磷酸在酵解途径中不断被消耗，因此，反应得以向生成甘油醛-3-磷酸反向进行，实际最后生成两分子甘油醛-3-磷酸。,GAP,DHAP,30,医药资料,第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成,Mg或Mn,丙酮酸,PEP,丙酮酸激酶,脱氢酶,磷酸甘油激酶,变位酶,烯醇化酶,31,医药资料,3-甘油醛磷酸 脱氢酶,甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸,GAP,1,3-BPG,生成1分子NADH+H+,形成1个高能磷酸键,NAD+是3-甘油醛磷酸脱氢酶的辅酶，该酶的活性部位有一个-SH，重金属离子和烷化剂如碘乙酸能抑制该酶活性。砷酸盐（AsO4）是无机磷酸的结构类似物，能破坏1,3-二磷酸甘油酸的形成。,3+,32,医药资料,O=COAsO,O=,O-,1-砷酸-3-磷酸甘油酸,O=COAsO,O=,O-,1-砷酸-3-磷酸甘油酸,水解,O=COH,3-磷酸甘油酸,+ OAsO,O=,O,33,医药资料,在有砷酸盐存在的情况下，酵解过程可以照样进行下去，但不能形成高能磷酸键，即砷酸盐起着解偶联作用，解除了氧化和磷酸化的偶联作用。,34,医药资料,1,3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸键基团形成ATP,Mg2+,1,3-BPG,3-PG,催化该反应的酶为磷酸甘油酸激酶（PGK），其催化机制类似己糖激酶，Mg2+需与ADP形成Mg2+-ADP复合物才能被酶催化。,高能磷酸键,35,医药资料,底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)将底物的高能磷酸基直接转移给ADP(或GDP)生成ATP(或GTP)。这种ADP（或GDP）的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称为底物水平磷酸化。,36,医药资料,2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,催化此反应的酶是烯醇化酶，在结合底物前必须先结合2价阳离子如Mg2+、Mn2+，形成复合物，才能表现出活性。该酶的相对分子量为85000，氟化物是该酶强烈的抑制剂，原因：氟与Mg2+和无机磷酸结合成复合物，取代了酶分子上Mg2+的位置，从而使酶失活。,37,医药资料,磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生一个ATP分子,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶是由4个亚基构成的四聚体，是酵解途径中的一个重要的变构酶，其催化活性需要2价阳离子参与，如Mg2+、Mn2+；果糖-1,6-二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用；而ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸对该酶有抑制作用。,高能磷酸键,38,医药资料,39,医药资料,糖酵解途径,40,医药资料,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。,41,医药资料,影响酵解的调控位点及相应调节物,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,a,b,c,调控位点 激活剂 抑制剂 a 己糖激酶 ATP G-6-P ADP b 磷酸果糖 ADP ATP 激酶 AMP 柠檬酸 （限速酶） 果糖-2,6-二磷酸 NADH c 丙酮酸激酶 果糖-1,6-二磷酸 ATP Ala,规律：主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度，被调节的酶多数为催化反应历程中不可逆反应的酶，通过酶的变构效应实现活性的调节，调节物多为本途的中间物或与本途径有关的代谢产物。,42,医药资料,1、磷酸果糖激酶（PFK）的调控,磷酸果糖激酶是酵解过程中最重要的调节酶，酵解速度主要取决于该酶活性，是一个限速酶（关键酶）。 高浓度的ATP是该酶的变构抑制剂，ATP的抑制作用可被AMP解除。,43,医药资料,柠檬酸、脂肪酸也可抑制该酶活性。因为细胞内柠檬酸含量高，意味着有丰富的碳骨架存在（有丰富的生物合成前体），葡萄糖无须为提供碳骨架而降解。柠檬酸通过增加ATP对该酶的抑制作用而起抑制作用。,44,医药资料,当pH下降时，H+对该酶有抑制作用。（防止缺氧时有过量的乳酸形成） 2、6二磷酸果糖是磷酸果糖激酶的激活剂，增加该酶与其底物的亲和力。,45,医药资料,6-磷酸果糖激酶-1 ATP 柠檬酸 AMP 2，6-二磷酸果糖 （） （） 6-磷酸果糖激酶-1 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 ATP ADP,46,医药资料,47,医药资料,2，6-二磷酸果糖合成和降解的调控,磷酸化的前后酶,去磷酸化的前后酶,F-6-P,低血糖,F-2,6-BP,ATP,ADP,H2O,Pi,F-6-P,F-6-P,48,医药资料,2、己糖激酶的调控 ADP及其产物6- P-葡萄糖变构抑制该酶活性。与磷酸果糖激酶的调节相一致。,胰岛素,诱导,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖激酶,ADP,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,己糖激酶,(-),49,医药资料,3、丙酮酸激酶的调控 ATP变构抑制该酶活性。丙氨酸变构抑制该酶活性。丙氨酸是丙酮酸接受一个氨基形成的，丙氨酸浓度增加意味着丙酮酸作为丙氨酸的前体过量。1、6二磷酸果糖对该酶有激活作用。,不活跃的磷酸化的丙酮酸激酶,活跃的去磷酸化的丙酮酸激酶,H2O,Pi,ATP,ADP,果糖-1,6-二磷酸,ATP,丙氨酸,激活,抑制,抑制,减少,增加,葡萄糖浓度,50,医药资料,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,Pi,ATP,ADP,果糖-1，6-二磷酸,ATP,丙氨酸,低血糖,Pi,51,医药资料,(1)当能量消耗多，细胞内ATP/AMP比值降低时， 6-磷酸果糖激酶-和丙酮酸激酶均被激活，加速葡糖的分解反之,细胞内ATP的储备丰富时，通过糖酵解分解的葡萄糖就少 (2)正常进食时，肝亦仅氧化少量葡萄糖，主要由氧化脂肪获得能量,4、共同调节,52,医药资料,(3)进食后，胰高血糖素分泌减少，胰岛素分泌增加，果糖-2，6-二磷酸的合成增加，加速糖循糖酵解途径分解，主要是生成乙酰CoA以合成脂肪酸 (4)饥饿时，胰高血糖素分泌增加，抑制了果糖-2，6-二磷酸的合成和丙酮酸激酶的活性，即抑制糖酵解，有效地进行糖异生，维持血糖的水平,53,医药资料,丙酮酸的去路,（有氧）,（无氧）,54,医药资料,丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解,葡萄糖,EMP,55,医药资料,生醇发酵：葡萄糖在酵母细胞中经无 氧分解生成乙醇的作用。 酵解：葡萄糖在人体或动物体内生成乳酸,56,医药资料,乳酸的生成,C6H12O6+2ADP+2Pi,2C3H6O3+2ATP+2H2O,乳酸脱氢酶：使NADH重新氧化为NAD+促进糖酵解的继续进行,丙酮酸+ NADH+ H+,乳酸+ NAD+,乳酸脱氢酶,57,医药资料,乳酸脱氢酶同工酶的比例是恒定的，可以通过测定血液中的该指标诊断心肌、肝脏等疾病,58,医药资料,生成乙醇,在酵母和微生物细胞内，丙酮酸脱羧酶（动物细胞内不存在）使NADH重新氧化为NAD+促进糖酵解的继续进行,丙酮酸+H+,乙醛+CO2,乙醛+ NADH+ H+,乙醇+ NAD+,丙酮酸脱羧酶,醇脱氢酶,59,医药资料,60,医药资料,甘油发酵（酵母的第型发酵）,61,医药资料,葡萄糖无氧分解代谢总反应式,C6H12O6 + 2ADP + 2Pi = 2C3H6O3(乳酸) + 2ATP + 2H2O C6H12O6 + 2ADP + 2Pi = 2C2H6O (乙醇)+ 2CO2+2ATP+2H2O,62,医药资料,乙醇发酵的意义,发面、制作面包、馒头以及酿酒工业中发挥重要作用 酿醋工业中意义重大 微生物在厌氧环境中形成乙醛，再氧化为醋,63,医药资料,双糖的酶促降解,蔗糖+H2O 葡萄糖+果糖 麦芽糖+H2O 2 葡萄糖 乳糖 +H2O 葡萄糖+半乳糖,蔗糖酶,麦芽糖酶,-半乳糖苷酶,64,医药资料,其他六碳糖进入糖酵解的途径,果糖 半乳糖 甘露糖,65,医药资料,果糖的代谢,进入肌肉和脂肪组织中的果糖可通过己糖激酶的催化生成果糖-6-磷酸,而进入糖酵解。 在肝内，果糖通过肝脏果糖激酶及醛缩酶B作用，经过果糖-1-磷酸而裂解为二羟丙酮磷酸和甘油醛，后者经甘油醛激酶催化转变成甘油醛-3-磷酸。二羟丙酮磷酸和甘油醛-3-磷酸即可参入糖酵解或糖异生途径。,66,医药资料,果糖在脂肪组织和肌肉中 果糖 果糖-6-磷酸 EMP途径,己糖激酶,67,医药资料,果糖在肝脏中的代谢,果糖,甘油醛+二羟基丙酮磷酸,果糖激酶,果糖-1-磷酸,甘油醛-3-磷酸,甘油醛激酶,甘油,甘油-3-磷酸,二羟基丙酮磷酸,果糖-1-磷酸醛缩酶,醇脱氢酶,甘油激酶,甘油磷酸脱氢酶,NADH+H+,NAD+,68,医药资料,如果输液时输入葡萄糖。会使醛缩酶供应不足，导致果糖-1-磷酸的大量积累，消耗大量的ATP，低浓度的ATP促进糖酵解的进行，体内积累大量乳酸，导致乳酸中毒。,69,医药资料,半乳糖,半乳糖激酶,半乳糖-1-磷酸,半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶,UDP-葡萄糖,UDP-半乳糖,UDP-半乳糖,4-差向异构酶,葡萄糖-1-磷酸,磷酸葡萄糖变位酶,葡萄糖-6-磷酸,糖酵解途径,半乳糖代谢,70,医药资料,半乳糖血症：不能将半乳糖转化为葡萄糖 儿童不能茁壮成长，喝牛奶后呕吐腹泻伴有肝大和黄疸，也可能眼睛形成白内障，智力迟钝或由于肝伤早逝。,71,医药资料,甘露糖代谢,甘露糖,己糖激酶,甘露糖-6-磷酸,果糖-6-磷酸,甘露糖异构酶,72,医药资料,丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解,（EPM）,葡萄糖,丙酮酸脱氢酶系,73,医药资料,四、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, TCA 循环）,1、三羧酸循环的化学历程 2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量 3、 三羧循环的生物学意义 4、 三羧酸循环的调控 5、草酰乙酸的回补反应（自学）,74,医药资料,CoASH,+CO2,+CO2,三羧酸循环 （TCA）,草酰乙酸 再生阶段,柠檬酸的生成阶段,氧化脱 羧阶段,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,75,医药资料,三羧酸循环的概念,乙酰辅酶A彻底氧化为二氧化碳和水，必须经过包括一系列反应的循环，此循环中柠檬酸是关键化合物，该化合物含有三个羧基，所以称为三羧酸循环。,76,医药资料,TCA第一阶段：柠檬酸生成,草酰乙酸,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,77,医药资料,柠檬酸形成机制,柠檬酸合酶与乙酰辅酶A的甲基作用，形成负碳离子。 负碳离子攻击草酰乙酸的羰基碳，形成柠檬酰辅酶A。 柠檬酰辅酶A水解为辅酶A和柠檬酸。,78,医药资料,TCA第二阶段：氧化脱羧,异柠檬酸脱氢酶,酮戊二酸脱氢酶,琥珀酸脱氢酶,79,医药资料,异柠檬酸脱氢酶催化的氧化脱酸反应,存在：异柠檬酸脱氢酶在高等动植物和微生物中有2种形式： 以NAD+为辅酶； NADP+为辅酶 异柠檬酸脱氢酶催化的反应在酶促反应中具有代表性：-降解 异柠檬酸脱氢酶催化的氧化脱酸反应意义：,80,医药资料,-酮戊二酸氧化脱酸释放能量,促使NAD+还原 使反应向氧化方向进行释放能量 相当一部分能力以高能硫酯键的形式储存。,81,医药资料,琥珀酸辅酶A转化为琥珀酸,反应要点：产生高能磷酸键 哺乳动物体内形成GTP,植物和微生物体内形成ATP 反应特点： 柠檬酸循环中唯一直接产生高能磷酸键的步骤 底物水平的磷酸化产生ATP，没有通过还原型辅酶的氧化。,82,医药资料,TCA第三阶段：草酰乙酸再生,草酰乙酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,83,医药资料,三羧循环的化学计量和能量计量,a、总反应式: CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP,84,医药资料,葡萄糖完全氧化产生的ATP,总计：32 ATP,85,医药资料,二氧化碳和水的产生,二氧化碳的生成：6个 水的生成：6个,86,医药资料,丙酮酸 乙酰辅酶A 2*1=2 异柠檬酸 a-酮戊二酸 2*1=2 a-酮戊二酸 琥珀酸辅酶A 2*1=2 6CO2,87,医药资料,生成:2+2+6+2=12 消耗:柠檬酸合成 延胡索酸 苹果酸 琥珀酸辅酶A 琥珀酸 共消耗2*1*3=6, 净生成:12-6=6,88,医药资料,柠檬酸循环的调控,循环本身所具有的内部相互制约系统的调节 ATP、ADP与Ca2+的调节,89,医药资料,柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶(脱氢脱羧) 酶的活性受到底物供给情况的的推动和产物浓度的抑制。关键底物为乙酰辅酶A、草酰乙酸和产物NADH,90,医药资料,ADP是异柠檬酸脱氢酶的变构促进剂，增加酶对底物的亲和力;机体处于静息状态时，ATP浓度上升，对该酶抑制。 Ca2+刺激糖原的降解，启动肌肉收缩。激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶,91,医药资料,三羧酸循环的调控位点及相应调节物,a,b,c,调控位点 激活剂 抑制剂 a 柠檬酸合成酶 NAD+ ATP （限速酶） NADH 琥珀酰CoA 脂酰CoA b 异柠檬酸 ADP ATP 脱氢酶 NAD+ NADH c -酮戊二酸 ADP NADH 脱氢酶 NAD+ 琥珀酰CoA,关键因素： NADH/NAD+ ATP/ADP,92,医药资料,三羧循环的生物学意义,是有机体获得生命活动所需能量的主要途径 是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽 形成多种重要的中间产物 是发酵产物重新氧化的途径 是获得微生物发酵产品的途径,93,医药资料,柠檬酸,94,医药资料,1.苹果酸酶和苹果酸脱氢酶(动,植,微 ),2.丙酮酸羧化酶(动,微),草酰乙酸来源,95,医药资料,3、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(植,微),96,医药资料,磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway, PPP）,糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主要途径，但不是唯一途径。实验研究表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，抑制3-P-甘油醛脱氢酶时,葡萄糖仍可以被消耗，说明葡萄糖还有其它代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径磷酸戊糖途径，或磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/shunt,HMP）。参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在细胞浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。,97,医药资料,当碘乙酸抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶时，有氧与无氧分解均不可进行，生物体内发生另一个能分解糖的途径，因含有磷酸戊糖中间物，又称为磷酸戊糖途径。从6-磷酸葡萄糖开始分解，又称为磷酸己糖旁路。,98,医药资料,磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway, ppp）,1、化学反应历程及催化酶类 特点：氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段 2、总反应式和生理意义,99,医药资料,磷酸戊糖途径的过程,磷酸己糖的氧化 戊糖互变 基团转移 磷酸己糖的生成,100,医药资料,1.磷酸己糖氧化,(G-6-P脱氢脱羧转化成5-磷酸核酮糖)。,101,医药资料,2. 磷酸戊糖的异构,4,6,2,102,医药资料,3. 基团转移(转酮及转醛),转酮:C5+C5=C7+C3,OH,103,医药资料,转醛:C7+C3=C4+C6,104,医药资料,转酮:C5+C4=C6+C3,105,医药资料,4. 6-磷酸葡萄糖的生成,106,医药资料,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+ NADPH 6 NADP+ 6NADPH,6CO2,6H2O,107,医药资料,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,108,医药资料,磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段,异构酶,转酮酶,转酮酶,醛缩酶,阶段之一,阶段之二,阶段之三,109,医药资料,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一 （5-磷酸核酮糖异构化）,差向异构酶,异构酶,5-磷酸木酮糖,5-磷酸核糖,5-磷酸核酮糖,110,医药资料,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,111,医药资料,基团转移（续前）,+,转酮酶,112,医药资料,1,6-二 磷酸果糖,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,113,医药资料,114,医药资料,1.磷酸戊糖途径是生物普遍存在的途径 2.提供大量的能量,仅次于有氧氧化 3.提供生物合成的还原剂-NADPH 4.提供核酸,辅酶合成的原料-核糖 5.与植物光合作用有关-C3,C4 6.是戊糖分解的必经途径,磷酸戊糖途径的生理意义,115,医药资料,磷酸戊糖途径小结,1.不必经过EMP和途径，在葡萄糖上直接脱羧脱氢. 2.脱氢酶的辅酶为NADP+. 3. .6-P-葡萄糖酸脱氢酶既脱氢又脱羧. 4.中间物有C4,C5, C7 5.能量生成:29/30ATP（糖原）,116,医药资料,磷酸戊糖途径的调节,1.限速酶,肝脏中的各种戊糖途径的酶中以6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性最低，所以它是戊糖途径的限速酶，催化不可逆反应步骤。,2. NADP+/NADPH比值的调节,NADPH竞争性抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。 机体内NAD+/NADH比NADP+/NADPH的比值要高几个数量级，前者为700， 后者为0.014，这使NADHP可以进行有效的反馈抑制调控。只有NADPH在脂 肪的生物合成中被消耗时才能解除抑制，再通过6-磷酸葡萄糖脱氢酶产生 出NADPH。,3.底物浓度,非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。5-磷酸核糖 过多时，可转化成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛进行酵解。,117,医药资料,其它糖进入单糖分解的途径,118,医药资料,许多微生物及植物能够利用乙酸作为唯一的碳源，这些生物机体中除有TCA循环外还有另一途经,此途经中间代谢物有乙醛酸故称乙醛酸循环。此途经与TCA循环相联系，故又称TCA循环支路。,三羧酸循环支路-乙醛酸循环,(一).乙醛酸循环的概念,119,医药资料,乙醛酸循环过程,120,医药资料,三羧酸循环与乙醛酸循环的关系,121,医药资料,乙醛酸循环的特点,异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶,1.两个关键酶,2.有些微生物和动物不能利用乙酸作为营养物,是因为它们体內无乙酰CoA合成酶,3.葡萄糖可抑制异柠檬酸裂解酶的活性,葡萄糖存在时进行TCA循环,4.乙醛酸循环不是乙酰CoA的分解途径,而是利用二碳合成四碳化合物.(琥珀酸),122,医药资料,1.利用乙酸作为碳源提供能量(生成NADH). 2.利用乙酸作为碳源合成糖,氨基酸,脂肪。 3.利用脂肪合成糖（油料植物种子萌发）。 4.提供TCA循环的中间产物.,乙醛酸循环的生理意义,123,医药资料,第五节 糖的生物合成,一、单糖的生物合成 二、双糖的生物合成 三、多糖的生物合成,124,医药资料,一、单糖的生物合成,1、葡萄糖生物合成的最基本途径：光合作用 2、糖异生作用 糖异生作用的主要途径和关键反应 糖酵解与糖异生作用的关系 糖分解与糖异生作用的关系,125,医药资料,光合作用,126,医药资料,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,二磷酸果糖磷酸酯酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶,6-磷酸葡萄糖,2草酰乙酸,PEP羧激酶,127,医药资料,1.禁食: 用整体动物做实验，禁食24小时，大鼠肝中的糖原由7%降低到1%，饲喂乳酸后，发现大鼠肝糖原增加。 2.抑制: 根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有毒的糖苷抑制肾小管将葡萄糖重吸收进入血液中，这样血液中的葡萄糖就不断的由尿中排出。当给用根皮苷处理过的动物饲喂生糖氨基酸后，发现动物尿中的糖含量增加。 3.切除胰岛:切除胰岛的动物，他们从氨基酸转化成糖的过程十分活跃。当摄入生糖氨基酸时，尿中糖含量增加。,糖异生的概念及证据,糖异生是指从非糖物质如丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、 甘油等在肝脏中合成葡萄糖的过程。,(葡萄糖-6-磷酸酶只在肝脏中存在),128,医药资料,2.不可逆反应: 6-P-F 1.6-二P-F,糖异生的途径,糖异生过程基本上是糖酵解途径的逆过程，但具体过程 并不是完全相同，因为在酵解过程中有三步是不可逆的 反应，而在糖异生中要通过其它的旁路途径来绕过这三 步不可逆反应，完成糖的异生过程。,129,医药资料,逆反应:,2丙酮酸+4ATP+2GTP+2(NADH+H+)+4H2O 葡萄糖+2NAD+ +4ADP +2GDP +6Pi,3.不可逆反应,糖异生作用的总反应式如下,130,医药资料,糖异生途径关键反应之一,131,医药资料,糖异生途径关键反应之二,132,医药资料,糖异生途径关键反应之三,133,医药资料,糖酵解和葡萄糖异生的关系,A G-6-P磷酸酯酶 B F-1.6-P磷酸酯酶 C1 丙酮酸羧化酶 C2 PEP羧激酶,134,医药资料,（胞液）,（线粒体）,糖分解和糖异生的关系,（PEP）,135,医药资料,（三）.丙酮酸羧化酶在线粒体-穿梭作用,136,医药资料,（四）、糖异生途径的前体,1.丙酮酸类物质,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、氨基酸,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。,137,医药资料,反刍动物糖异生途径十分活跃，牛胃中的细菌分解纤维素 成为乙酸、丙酸、丁酸等奇数脂肪酸可转变成为琥珀酰CoA 参加糖异生途径合成葡萄糖。,3、酵解产生的乳酸,剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，随血流流至肝脏，先氧化成丙酮酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来。这一乳酸葡萄糖的循环过程称为Cori循环。,4、脂肪酸类物质,138,医药资料,剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，PH值下降,乳酸血流 流至肝脏，先氧化成丙酮酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进 而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来,防止酸中毒.,3.与氨基酸,脂肪代谢相联系,4.维持三羧酸循环的正常进行,(五) 、糖异生的生理意义,1.维持血糖浓度的稳定,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。,2.乳酸的利用,139,医药资料,二、双糖的生物合成,1 、单糖基的活化糖核苷酸（UDPG、ADPG、GDPG等）的合成 糖核苷二磷酸在不同聚糖形成时，提供糖基和能量。植物细胞中蔗糖合成时需UDPG，淀粉合成时需ADPG，纤维素合成时需GDPG和UDPG；动物细胞中糖元合成时需UDPG。 2、蔗糖的合成 蔗糖合成酶途径 磷酸蔗糖合成酶途径 蔗糖磷酸化酶途径,140,医药资料,UDPG的结构,141,医药资料,糖核苷酸的生成,+,+PPi,1-磷酸葡萄糖,UTP,UDPG,142,医药资料,一.蔗糖的合成（非光合作用）,143,医药资料,三、多糖的生物降解与合成,1、 淀粉的降解与生物合成 2、糖原的降解与生物合成 3、纤维素的生物合成（自学）,144,医药资料, 淀粉的结构特点 直链淀粉合成 由淀粉合成酶催化，需引物（Gn）,ADPG供糖基，形成1.4糖苷键。 支链淀粉合成 淀粉合成酶:催化形成-1.4糖苷键 Q酶（分支酶）:既能催化-1.4糖苷键的断裂，又能催化-1、6糖苷键的形成,淀粉的生物合成,145,医药资料,淀粉的分枝结构,146,医药资料,多糖的酶促降解,多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，生产中常称为糖化。,淀粉 糊精 寡糖 麦芽糖 G,147,医药资料,(一).细胞外淀粉的酶促水解 酶的名称 来源 作用方式 水解产物 -淀粉酶 动，植物 -1.4 麦芽糖 又称-糊精酶 细菌，霉菌 糊精 -淀粉酶 植物 （非）-1.4 -麦芽糖 细菌，霉菌 核心糊精 r-淀粉酶 动物 （非）-1.4 葡萄糖 -1.6 R-酶 植物，微生物 -1.6 切下分枝 又称异淀粉酶 直链多糖,1