糖酵解与发酵ppt课件.ppt

D 葡萄糖的代谢GlucoseMetabolism 1 糖酵解 Glycolysis 与发酵 Fermentation 无氧条件下糖的降解过程 糖经一系列的酶促反应变成丙酮酸 并生成ATP 是一切生物细胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径 称为酵解途径 Glycolyticpathway 或称为Embden Meyerhof Parnas EMP pathway 厌氧生物 酵母及其他微生物 把酵解中生成的NADH H 用于还原丙酮酸生成乙醛 进而产生乙醇 称为乙醇 酒精 发酵 肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下 酵解中生成的NADH H 用于把丙酮酸 乳酸 称为乳酸发酵 2 D 葡萄糖的代谢命运 D Glc在代谢中占有中心地位 葡萄糖含有较高的能量 氧化生成H2O和CO2放出自由能2840kJ mol 转变成淀粉或糖原贮存又可维持相对低的摩尔渗透压浓度 需要能量时又可分解成葡萄糖氧化供能 葡萄糖不仅仅是一个能量分子 还是一个最常见的前体分子 可为生物合成反应提供中间物 如大肠杆菌可利用葡萄糖及其碳架合成所有的氨基酸 核苷酸 辅酶 脂肪酸和生长所需的各种代谢中间物 葡萄糖有成千上万种转化 高等动植物中主要有三个方向 变成糖元 或淀粉 贮存 酵解为三碳化合物 丙酮酸 或通过HMP 戊糖磷酸途径 变为戊糖 3 葡萄糖的主要代谢命运 4 酵解 Glycolysis 酵解 Glycolysis 希腊语glykys 意为sweet和lysis 一分子葡萄糖通过一系列的酶促反应生成2分子丙酮酸 并生成ATP和NADH 是第一个发现和研究得最清楚的生物化学代谢途径 1897年Hans和EdwardBuchner兄弟俩通过发酵的酵母抽提物发现发酵可以在活细胞外进行 否定了LouisPaster统治了近40年的观点 打开了新陈代谢研究之门 1940年GustarEmbden和OttoMeyerhof发现肌肉中存在与酵母细胞一样的不需要氧的糖分解代谢过程 酵解 最终在1941年由FritzLipmann和HermanKalckar完成了对整个代谢途径的研究 5 EMPPathway 可以分为三个阶段 1 Glc磷酸化形成己糖磷酸酯 反应1 2 3 消耗2ATP 产物为F 1 6 diP 2 磷酸己糖裂解为两分子三碳糖 反应4 由醛缩酶 aldolase 催化 产物为3 P 甘油醛 G 3 P 和磷酸二羟丙酮 DHAP 断裂在己糖的C3 C4间 3 三碳糖经一系列的反应 反应5 10 生成丙酮酸 其中反应6生成NADH H 并生成高能磷酸化合物 1 3 二磷酸甘油酸 反应7和10生成2ATP 底物水平磷酸化 6 酵解途径的十步反应 TheGlycolyticPathway 7 PreparatoryPhase 8 PayoffPhase 9 EMP反应总表 10 EMP途径的说明I 1 己糖激酶 hexokinase 需要Mg2 或其他二价阳离子及ATP 反应不可逆 是酵解过程的第一个别构 调节 酶 肌肉中受产物G 6 P强烈别构抑制 肝脏中主要是以glucokinase存在 对Glc有特异活性 不受G 6 P的抑制 2 果糖磷酸激酶 phosphofructokinase PFK 需要Mg2 及ATP 是酵解途径的关键反应 committedstep keyreaction rate limitingreaction 酶 酵解进行的速度取决于该酶的活性 酶的调节也是别构调节 ATP对其有抑制效应 柠檬酸及脂肪酸的存在会加强ATP的抑制作用 AMP ADP及Pi可消除抑制 11 己糖激酶和磷酸果糖激酶催化的反应 12 EMP途径的说明II 3 3 P 甘油醛dHE phosphoglyceraldehydedHE 活性中心在酶的Cys SH上 氧化型NAD 与酶紧密结合 受氢还原后与酶脱离 磷酸攻击硫酯键生成1 3 二磷酸甘油酸 只有NAD 不断取代NADH才能保持酶的催化活力 否则酵解就要停止 ICH2COOH与 SH反应 可强烈抑制酶的活性 13 3 磷酸甘油醛氧化生成二磷酸甘油酸 14 3 P 甘油醛脱氢酶 15 碘乙酸是3 磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂 碘乙酸与脱氢酶活性位点的 SH共价结合 使酶失活 16 EMP途径的说明 4 磷酸甘油酸变位酶 phosphoglyceratemutase 催化磷酸基团在C3和C2位可逆变位 Mg2 对反应为必需 反应分成两步 由磷酸甘油酸变位酶介导磷酸基团在2 3 二磷酸甘油酸 3 磷酸甘油酸及2 磷酸甘油酸之间发生转移 反应中变位酶的磷酸化需要有特异的ATP依赖的激酶 虽然多数细胞中的2 3 二磷酸甘油酸很少 痕量水平 但在红细胞中确是一个主要的成分 5mM 调节血红蛋白对氧的亲和力 17 磷酸甘油酸变位酶反应的机制 18 EMP途径的说明 5 烯醇 化 酶 enolase 催化2 磷酸甘油酸脱水生成PEP 产生酵解途径的第二个磷酸基团转移能 有Mg2 或Mn2 存在时 酶才有活性 F 能与Mg2 形成络合物并结合在酶分子上而抑制酶的活性 19 EMP途径的说明V 6 丙酮酸激酶 pyruvatekinase 别构调节酶 需要Mg2 K 催化的反应有ATP生成 是酵解途径的重要调节酶 长链脂肪酸 乙酰CoA ATP Ala等均抑制酶活 F 1 6 diP可活化此酶 7 酵解10步反应有4步是需能反应 1 3 7 10四步反应 8 整个酵解途径的反应中 1 3 10步反应为严格意义上的不可逆反应 20 底物水平磷酸化 底物氧化 分子内基团重排等所释放的能量偶联ATP的生成 涉及可溶性的酶和代谢中间物 不涉及膜结合的酶 跨膜质子梯度和电子传递 21 丙酮酸激酶催化PEP生成丙酮酸 底物水平磷酸化 22 EMP途径中间物浓度 23 EMP的能量消耗与生成 24 NADH H 的命运 无氧条件下 通过乙醇发酵受氢 解决重氧化通过乳酸发酵受氢 解决重氧化有氧条件下 通过呼吸链递氢 最终生成H2O 并生成ATP 25 丙酮酸的生成 26 丙酮酸的代谢命运 1 无氧条件下 丙酮酸转变为乳酸 2 无氧条件下 丙酮酸转变为乙醛 进而生成乙醇 3 有氧条件下 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA 进入三羧酸循环 氧化供能 乙酰 CoA在能量状态高的情况下可用于合成脂类物质 4 丙酮酸作为其他物质合成的前体 如Ala等 27 酵解产生的丙酮酸的三个可能的分解代谢命运 合成前体 合成前体 28 乙醇生成 发酵 Pyruvatedecarboxylase Alcoholdehydrogenase 29 乳酸生成 发酵 30 甘油生成 发酵 DHAP NADH H 3 P 甘油 NAD 甘油利用酵母制造甘油 解决乙醛受氢问题 1 培养基中添加NaHSO3NaHSO3 CH3CHO CH3CH OH OSO2Na2 将发酵液调至碱性 乙醛在碱性条件下发生歧化反应 2CH3CHO NaOH CH3COONa CH3CH2OH 31 Glycerol3 phosphate Glycerol 32 EMP途径总结 1 无氧条件下 Glc分解为乙醇或乳酸 为无氧分解 1 酵母等 Glc 2ethanol 2CO2 2 肌肉等 Glc 2lactate2 虽无O2参与 但有脱氢反应 H的受体为NAD 胞质中NAD 少 须解决NADH的重氧化 3 两种发酵均净生成2ATP 为底物水平磷酸化 4 需要辅酶或辅助因子 如NAD TPP Mg2 K 等 33 葡萄糖 6 磷酸葡萄糖 1 磷酸葡萄糖 糖原 6 磷酸果糖 1 6 二磷酸果糖 3 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 1 3 二磷酸甘油酸 2 磷酸烯醇式丙酮酸 2 烯醇式丙酮酸 2 丙酮酸 2 乳酸 2 胞液 己糖激酶 磷酸果糖激酶 3 磷酸甘油酸 2 2 磷酸甘油酸 2 2ADP 2ATP 丙酮酸激酶 NAD NADH H NADH H ADP ATP ADP ATP 脱氢酶 2ATP 2ADP 糖酵解 NADH H NAD 34 丙酮酸激酶的调节作用 PEP 丙酮酸激酶受可逆磷酸化的共价调节 kinase phosphatase 35 F 6 P对果糖磷酸激酶的变构调节作用 磷酸果糖激酶 1的活力 大肠杆菌PFK四亚基中的两个 果糖1 6 二磷酸催化位点 ADP催化位点 ADP的结合位点 肌肉中 36 F 6 P对果糖磷酸激酶的变构调节作用 续 37 葡萄糖异生要跨越酵解过程磷酸果糖激酶催化的不可逆反应 果糖 1 6 二磷酸酯酶 果糖磷酸激酶 38 其它单糖进入EMP 1 D FructoseA 通过hexokinase转变为F 6 P进入EMP 但酶对Glc的亲和力大于对Fru的12倍 肝中几乎不发生这种反应 而脂肪组织中则Fru Glc 可走这一途径 B 肝脏中 Fructokinase催化Fru生成F 1 P 再由F 1 Paldolase催化裂解为DHAP和甘油醛 甘油醛激酶催化甘油醛生成3 P G 消耗1ATP 进入EMP 39 果糖进入EMP 肝脏 肌肉和肾中 己糖激酶催化Fru ATP F 6 P 直接进入酵解 40 其它单糖进入EMP 续 2 D Galactose由galactokinase催化生成1 P Gal 再由鸟苷酰转移酶催化与UDPG反应生成Glc 1 P和UDPGal 由差向异构酶催化变为UDPG 完成再生 而G 1 P经变位酶催化变成G 6 P进入EMP 3 D Mantose由hexokinase催化生成M 6 P 再经异构酶催化转变为