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生化代谢总论2017年11月18日21:27主要内容：生化代谢的概念，功能与分类新陈代谢是生物体内进行的所有化学变化的统称，是一切生命活动的物质基础，包括生物体与外界环境之间的物质能量交换即生物体内物质和能量的交换过程糖代谢功能：能量来源，物质转换（氨基酸，脂肪酸，核苷酸，碳源），糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质（NAD,FAD,DNA,RNA,ATP）分类：氨基酸代谢，脂肪酸代谢，糖代谢，核苷酸代谢代谢中常见的有机反应机制代谢反应中通用的基团，活化载体及特性氨基酸代谢中产生一碳单位，具有一个碳原子的集团，与氨基酸代谢密切相关，还参与嘌呤，嘧啶的生物合成，是生物体内各种化合物甲基化的甲基来源转录的起始阶段，在新和成的RNA5端，通常为带有3个磷酸基团的鸟苷或腺苷酶的结合基团，催化基团氨基酸的R基团的合成支配细胞活动的能量来源，ATP的产生方式，能量调控糖代谢产生的能量，氧化磷酸化中ATP合成的能量来源 NADH-CoQ -Cyt c-O2 代谢生物化学常用的研究方法关键概念： 代谢物 代谢途径 代谢组学 ATP 磷酸化 高能化合物Metabolite metabolic pathway metabolomics, ATP, phosphorylation, high phosphory l-transfer-potential compound课后作业为何细胞选择ATP作为能量代谢的通货？合成ATP的能量，对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自于细胞进行呼吸作用释放的能量；对于绿色植物来说，除了呼吸作用之外，在进行光合作用时，ADP合成ATP还利用了光能ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物人体内约有0.5kgATP，只能维持剧烈运动0.3秒，ATP与ADP可迅速转化，保持一种平衡ATP在细胞中易于再生，所以是源源不断的能源ATP是光能转化为化学能的唯一产物，而遗传系统是生化系统的一部分，因此，ATP被认为在遗传密码子的起源中起到了关键作用在能量存贮与传递中有哪些重要物质的作用？能量存储：糖原，脂肪能量传递：ATP从代谢变化，代谢反应发生的亚细胞位置等方面举例说明合成代谢和分解代谢并非简单的可逆途径催化的酶不同在分解与合成代谢途径中，相应的代谢步骤中往往包含了完全不同的中间代谢物真核生物中，合成代谢发生在细胞质；分解代谢发生在线粒体，微粒体或溶酶体基因突变的方法用于生化代谢途径的研究有何优缺点？优点：可以清楚阐明多种代谢途径中间产物缺点：技术上的局限性：即引起特定突变需要一定的技术支持，成本较高代谢组研究有哪些最新方法利用酶的抑制剂，利用遗传缺陷症，同位素示踪法，核磁共振波谱法，色谱质谱联用法用科普的语言解释我们是如何从不同的食物中摄取能量的？ 食物在消化道内分解成小分子有机物被肠道吸收并通过体液循环运送至全身细胞；细胞内酶和相关细胞器的作用下利用氧气将有机物分解成二氧化碳，水和能量选做题：结合生物圈碳循环（CO2固定，同化，分解，CO2释放），温室效应和能源危机探讨未来农业和林业的发展方向温室效应是大气中CO2含量增加导致能源危机是由于石油，电力等不可再生资源的短缺导致所以未来农林的发展方向是种植有效回收CO2的植物作物及生产开发各种新型可再生生物能源萤火虫的发光之谜的生化机制及应用萤火虫有专门的发光细胞，在发光细胞中有两类化学物质，一类被称作萤光素（在萤火虫中的称为萤火虫萤光素(Firefly luciferin)），另一类被称为荧光素酶。荧光素能在荧光素酶的催化下消耗ATP ，并与氧气发生反应，反应中产生激发态的氧化荧光素，当氧化荧光素从激发态回到基态时释放出光子。笔记：Meatbolic & molecular biochemistryWhat is metabolism?Extract energy and reduction power from the environment(catabolism，分解代谢)Synthesize the building blocks of macromolecules and then the marcomolecules themselves(anabolism or biosynthesis合成代谢)新陈代谢：是生物体内进行的所有化学变化的总称，一切生命活动的基础包括哦生物体与外界环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量的转换过程Metabolome MetabolimicsAll the metabolic(新陈代谢) present in a cell at a given time, which includes enzymes and their co-factors, all the metabolites(代谢物)代谢组学组学后缀：omicsGenome-genomicsTranscriptome-transcriptomicsProteome-proteomicsBiosynthesis and catabolism are always in distinct pathwaysWhat is the energy driving cell activities?ATP；currency of energy metabilismATP及其他高能化合物(high phosphoryl（磷酰基） transfer potential compound)水解产生的能量驱动与之偶联的耗能反应产生ATP的集中基本形式：Phosphoryl transfer(底物磷酸转移/底物水平磷酸化)Oxidative phophorylation(氧化磷酸化)Photosynthetic phophorylation(光合磷酸化)Any commonality in different metabolic reations? Common buliding blocks and activated carriers.Phosphoryl group(high phosphoryl transfer potential compound)Electron acceptors for oxidation reaction: NAD+.NADP+,FAD+Electron carriers for reductive biosynthesis:NADH,NADPH,FADH2Carbon fragment,eg. Acetyl-CoACommom structures in activited carriers:(functional importance & evolution significance) Basic reactions in complex metabolic pathwaysOxidation-reduction :electron transferLigation requiring ATP clevage:formation of covalent bondsIsomerization :rearrangement of atoms to form isomersGroup transfer: transfer of a functional group from one molecule to another.Hydrolytic(水解) :cleavage(断开) of bonds by the addition of waterAddition or removal of functional groups:bonds or their removal to form double bondsHow is metabolism regulated?Amount of enzyne(酶量)Activity of enzyme（酶活力）Accessibility of substrate（酶与底物亲和力）Energy status（能量水平）描述生物体能量状态的重要参数：能荷(energy charge)=ATP + ADP/ATP + ADP + AMP磷酸化势能（phosphorylation potential）=ATP/ATPPiHow to study metabolism?Enzyme inhibitor（酶抑制剂）Deficiency mutant（代谢遗传学/突变体）Isotope tracing（同位素示踪）Manometric method（气体测量法）metabolimics（代谢组学）及多学科综合研究代谢三角内外协调糖酵解(glycolysis)2017年11月19日10:07主要内容：1. 糖酵解途径：10步反应的底物、产物、酶、反应类型两条主要途径：磷酸戊糖途径G,活化，G-6-P，分解，糖酵解，柠檬酸循环2. 糖酵解产生的能量，何处产生； 3. 糖酵解的调控，调控发生的反应、哪些物质促进或抑制糖酵解；4. 无氧发酵途径；总反应：Glc+2pi+2ADP+2H+ 2乙醇 +2CO2+2ATP+2H20糖酵解的调节：己糖激酶的调节：控制葡萄糖进入的第一关。别构抑制剂为G-6-P和ATP；别构激活剂为ADP磷酸果糖激酶的调节(限速步骤)：抑制剂:ATP，柠檬酸，脂肪酸和H+激活剂：AMP,F-2.6-BP丙酮酸激酶调节： 抑制剂：乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala和ATP。 激活剂：F-1.6-2P。5.多糖、寡糖、其它单糖转化为葡萄糖的途径。糖代谢重点内容：糖酵解，柠檬酸循环，PPP，糖异生，糖原合成和分解等代谢途径的基本过程，发生的亚细胞位置，能量生成和调控步骤，代谢途径之间的关系相关概念：GlucoseGlycolysisFerementationHexokinasePhosphofructokinase葡萄糖糖酵解发酵己糖激酶磷酸果糖激酶Pyruvate kinase丙酮酸激酶甘油醛 3-磷酸(GAP)和二羟丙酮磷酸(DHAP)磷酸烯醇式丙酮酸:phosphoenolpyruvate磷酸循环:cori cycleGlucose transporter:课堂问题：1. 什么是巴斯德效应（Pasteur effect)? 剧烈运动主要靠肌肉细胞主要靠分解葡萄糖产生乳酸的途径提供能量，其能量约为葡萄糖完全氧化分解的能量的7%，这好像是“极大的浪费”，试解释其生理上的意义。巴斯德效应是指在厌氧条件下,向高速发酵的培养基中通入氧气,则葡萄糖消耗减少。这种抑制发酵产物积累的现象。虽然能量利用率低，但是是为了满足暂时供氧不足条件下对能量的需要2.把葡萄糖的第1-6位碳原子分别用14C标记，进行无氧发酵产生乙醇，指出这6种标注的14C分别出现（或不出现）在乙醇的什么位置的C上。1，4号C不在乙醇上，2，5号位于羟基碳，3，6号位于另一个乙醇碳上3. 生产酱油和醋的原理有何异同？ 相同：都是糖酵解的基本原理不同：酱油是有氧发酵的产物；醋是无氧发酵的产物4.喝酒能力高低、喝酒 “上脸”的生化代谢基础（不允许网搜）有些人体内氧化乙醛的酶活性不足。摄取乙醇后，体内将乙醇氧化为乙醛，具有低毒性，而有的人不能将其及时转化，所以导致脸红表现5.白蚁为何能靠吃木头为生?口吐蚁酸（甲酸）之类的化学物质来腐蚀、熔化这些物件的白蚁虽然取食大量的纤维素，但是光靠白蚁本身并不能完成消化纤维素的全部过程。除白蚁科以外，其它白蚁肠内都含有数量很多的单细胞生物，其中包括了原生动物的四个纲（鞭毛纲、肉足纲、孢子纲、纤毛纲）以及细菌，已定名的有300多种。这些微生物与白蚁是共生关系，只有依靠这些微生物的协助，才能使纤维素消化转变为白蚁可以吸收利用的物质。在分解纤维素过程中，低等白蚁后肠内的原生动物起着重要作用，尤其是为数众多的鞭毛虫类分泌纤维素酶，使纤维素变成可以吸收利用的物质，它们与寄主间存在着互利共生的关系。土白蚁和大白蚁等高等白蚁缺共生的原生动物，靠其本身分泌的纤维素酶分解食物，且能培养菌圃供幼蚁取食6.很多国家的牛奶中加了乳糖酶进行预处理，有何用意？乳糖不耐受是由于乳糖酶分泌少，不能完全消化分解母乳或牛乳中的乳糖所引起的非感染性腹泻，又称乳糖酶缺乏症对乳糖预处理后，其分解为半乳糖和葡萄糖，容易被人体肠道吸收，且不会产生不耐受症状课后拓展：1.人可以消化吸收的哪些多糖、寡糖、单糖?用连线示意图方式画出这些糖是如何转化成葡萄糖或果糖进入糖酵解途径。淀粉，葡萄糖，麦芽糖，蔗糖，乳糖，半乳糖淀粉-淀粉酶-葡萄糖，麦芽糖，麦芽寡糖及糊精-相应酶-葡萄糖糖原-酶-葡萄糖乳糖-乳糖酶-半乳糖2.德国生化学家Otto Warburg在1928年发现癌细胞中糖酵解的速率远高于正常细胞（即使是在正常供氧状态），此为所谓Warburg effect。这一效应成为后来许多检测和治疗癌症方法的基础。请查阅资料，总结哪些检测和治疗癌症方法（或药物靶标）与Warburg effect有关。检测方法：正电子发射断层显像技术(PET)治疗：2-Dg技术：引起细胞内的葡萄糖剥夺，影响蛋白质的糖基化 笔记：糖代谢的生物学功能：能量来源，物质转换（氨基酸，脂肪酸，核苷酸，作为碳源），糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质(NAD,FAD,DNA,RNA,ATP)葡萄糖降解的两条主要途径：G-活化-G-6-P-分解-糖酵解/柠檬酸循环 -磷酸戊糖途径糖的合成代谢：糖异生，光合作用，多糖的生物合成糖代谢重点内容：糖酵解，柠檬酸循环，PPP，糖异生，糖原合成和分解等代谢途径的基本过程，发生的亚细胞位置，能量生成和调控步骤，代谢途径之间的关系糖酵解：(glycolysis)酵解：细胞质中的酵解酶系将葡萄糖(glucose)降解成丙酮酸，并生成ATP的过程发酵(fermentation)：乳酸发酵：酵解生成的丙酮酸被NADH还原，生成ATP的过程酒精发酵：丙酮酸脱羧生成乙醛，被NADH还原，生成乙醇糖酵解过程：在细胞质中进行葡萄糖磷酸化生成G-6-P己糖激酶或葡萄糖激酶(hexokinase/glucokinase)激酶：催化ATP分子的磷酸基(r-磷酰基)转移到底物上的酶G-6-P异构化为F-6-P磷酸Glc异构酶(phosphoglucose isomerase)F-6-P磷酸化生成F-1.6-P(Fructose 1,6-bisphosphate)磷酸果糖激酶(phosphofructokinase)，既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的第二个调节酶F-1.6-P裂解成甘油醛3-磷酸(GAP)和二羟丙酮磷酸(DHAP)醛缩酶：Aldolase,注意C原子的去向磷酸二羟丙酮异构化成3-磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶(triose phosphate)3-磷酸甘油醛氧化成1，3-二磷酸甘油酸(1,3-biphosphoglycerate,1,3-BPG)磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)1，3-二磷酸甘油酸(1,3-BPG)转化为3-磷酸甘油酸(3-PG)和ATP磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate konase)3-磷酸甘油酸(3-PG)转化成2-磷酸甘油酸(2-PG) 磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)催化，磷酰基从C3移至C22-磷酸甘油酯脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP) 烯醇化酶（Enolase)磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)生成ATP和丙酮酸(pyruvate paru:vet) 丙酮酸激酶(pyruvate kinase)，酵解途径的第三个调节酶。糖酵解碳原子序号的变化：EMP总反应式：1葡萄糖 + 2Pi + 2ADP + 2NAD+ 2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O柠檬酸循环 供能 电子传递,氧化磷酸化乳酸/乙醇糖异生丙酮酸的去路：1.进入三羧酸循环 （下节详细） 2.生成乳酸 丙酮酸接受NADH（3-磷酸甘油醛脱氢酶催化产生）上的氢，在乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)催化下，生成乳酸。总反应式：Glc + 2ADP + 2Pi 2乳酸 + 2ATP + 2H2O动物体内的乳酸(lactate)循环（Cori cycle)： 肌肉收缩，糖酵解产生乳酸。乳酸透过细胞膜进入血液，在肝脏中异生为Glc，解除乳酸积累引起的副作用。乳酸循环是一个耗能过程：2分子乳酸生成1分子Glc，消耗2个NADH。3.乙醇的生成 酵母或其它微生物中，经糖酵解产生的丙酮酸，可以经丙酮酸脱羧酶（pyruvate decarboxylase)催化，脱羧生成乙醛(acetaldehyde)。在醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase,ADH)催化下，乙醛被NADH还原成乙醇。总反应：Glc+2pi+2ADP+2H+ 2乙醇 +2CO2+2ATP+2H20厌氧条件下，能产乙醇的微生物在有氧条件下会通过乙醛的氧化生成乙酸糖酵解的能量变化：糖酵解的调节：己糖激酶的调节：控制葡萄糖进入的第一关。别构抑制剂为G-6-P和ATP；别构激活剂为ADP磷酸果糖激酶的调节(限速步骤)：抑制剂:ATP，柠檬酸，脂肪酸和H+激活剂：AMP,F-2.6-BP丙酮酸激酶调节： 抑制剂：乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala和ATP。 激活剂：F-1.6-2P。糖酵解要点：发生在细胞内的位置，主要步骤和酶的名称指出C原子的去向指出能量消耗和产生所在的反应调节反应，限速反应，相应抑制剂，激活剂柠檬酸循环2017年11月20日8:44主要内容：1. 丙酮酸脱氢脱酸反应：亚细胞位置；丙酮酸脱氢酶复合体组成及 TPP、NAD、FAD、CoA等辅酶的作用；丙酮酸脱氢脱酸反应过程（复合体里的反应分解成循环反应；反应的调节（复合体组分的磷酸化/去磷酸化的共价修饰）。2.柠檬酸循环：发现历史；循环概貌；亚细胞位置；反应过程；能量结算；重要性（理解为何是物质和能量代谢的枢纽）。3.乙醛酸循环与柠檬酸循环的关系；关键概念：dehydrogenase complex，TPP，NAD，FAD，CoA，citric acid /tricarboxylic acid/Krebs cycle, Glyoxylate cycle容易混淆的酶名：synthase, synthetase；ligase, lyase; kinase, phosphorylase, phosphatase; 课堂练习1. 在细菌有氧培养基里加入5-14C葡萄糖,培养一段时间后收集菌提分离下列物质，预期14C会出现在哪些些物质的哪位碳上? TPP, Acetyl-CoA, CoA, citrate, -ketoglutarate, malate出现在：Acetyl-CoA citrate -ketoglutarate malate2. 活体内草酰乙酸作为柠檬酸循环的关键起始物，其含量或受到哪些反应而降低？有些哪些反应可以对其含量进行补充？NADH和H+抑制草酰乙酸的生成，使其含量降低TCA的回补反应：草酰乙酸的回补途径有 四个。1.丙酮酸羧化酶催化丙酮酸生成草酰乙酸 乙酰CoA可以增加丙酮酸羧化酶活性。 2.磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 催化磷酸烯醇式丙酮酸转化成草酰乙酸。 3.Asp、Glu转氨可生成草酰乙酸和-酮戊二酸 Ile、Val、Thr、Met也会生成琥珀酰CoA，最后生成草酰乙酸。 4 通过乙醛酸循环生成草酰乙酸3. 为何患beriberi的病人的血液里丙酮酸和-酮戊二酸含含量较高（尤其食用含糖量高的食物后）?缺乏维生素B1，无法转化成足够的焦磷酸硫胺素。焦磷酸硫胺素是辅酶TPP，参与糖代谢中a-酮戊二酸的氧化脱羧反应。使丙酮酸和乳酸进一步分解为CO2和H2O患者体内由于缺乏维生素B1，热能代谢不全，会产生丙酮酸等酸性物质4. NADH和FADH的氧化如果受到抑制，对柠檬酸循环有何影响？上述两者均为循环的产物，如果其氧化受到抑制，会堆积，使循环速率下降5.为何称柠檬酸循环具有“两性”（amphibolic)?因为该循环把合成代谢和分解代谢结合在了一起6. 柠檬酸（citric acid）作为很多饮料和食品中的调味剂主要是通过黑曲霉(Aspergillus niger)催化蔗糖(sucrose)进行工业化产生的，试写出从sucrose到citric acid的主要酶促反应过程以及净反应式。课后作业：查阅发现柠檬酸循环的经典原始文献: Krebs, H.A .& Johnson, W.A. (1937) The role of citric acid in intermediate metabolism in animal tissues. Enzymologia 4: 148-156. Reprinted (1980) in FEBS Lett. 117 (Suppl.), K2-K10.。试分析：1）作者主要是基于什么实验结果得出是循环反应途径的而非不是像糖酵解那样线性反应途径？2）假定到至今咱们仍然不知柠檬酸循环的所有反应，如何利用现在的生物化学学知识和技术快速解析丙酮酸如何彻底氧化分解的。笔记：定义：也叫三羧酸循环，Krebs循环：乙酰CoA经过一系列的氧化脱羧，最终生成各种中间代谢产物，CO2,H2O，并释放能量的过程葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段： 糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、 2ATP、2NADH） 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 柠檬酸循环（CO2、H2O、ATP、NADH） 呼吸链氧化磷酸化（NADHATP）物流枢纽：能源枢纽：丙酮酸氧化脱羧和柠檬酸循环发生在线粒体中丙酮酸脱羧生成乙酰CoA丙酮酸脱氢酶复合体组成： 酶 辅酶 亚基数 丙酮酸氢酶酶组分（E1） TPP 24 二氢硫辛酰转乙酰酶（E2）硫辛酰胺 24 二氢硫辛酸脱氢酶（E3） FAD、NAD+ 12 此外，还需要CoA、Mg2+作为辅（酶）因子。TPP：thiamine pyrophosphate, 硫胺素焦磷酸CoA-SH: coenzyme A,辅酶A反应过程总结：（1）丙酮酸脱羧（E1），生成羟乙基-TPP。（2）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基氧化， 生成乙酰基-二氢硫辛酸。（3）E2将乙酰基转给CoA，生成乙酰-CoA。（4）E3-FAD氧化E2上的还原型二氢硫辛酸。（5）E3-FADH2还原NAD+，生成NADH。反应总方程式：2丙酮酸+ 2CoA-SH + 2NAD+ 2乙酰-CoA + 2CO2 + 2NADH丙酮酸脱氢酶系的活性调节：共价调节：可逆磷酸化 丙酮酸脱氢酶激酶（EA） 丙酮酸脱氢酶磷酸酶（EB）别构调节：ATP抑制E1；乙酰CoA抑制E2；NADH抑制E3反应步骤：（1）乙酰CoA + 草酰乙酸(oxaloacetate) 柠檬酸(citrate)柠檬酸合酶(citrate synthase)（）柠檬酸 异柠檬酸(isocitrate)顺乌头酸酶(aconitase)（）异柠檬酸氧化脱羧 -酮戊二酸( -ketoglutarate)和NADH异柠檬酸脱氢酶催化（4）-酮戊二酸氧化脱羧 琥珀酰CoA (succinyl CoA)和NADH,-酮戊二酸脱氢酶系催化（5）琥珀酰CoA 琥珀酸(succinate)和GTP 琥珀酰CoA合成酶（琥珀酸硫激酶）催化（柠檬酸循环中唯一的底物水平磷酸化生成GTP）(6）琥珀酸脱氢延胡索酸（fumarate,反丁烯二酸）和FADH 琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)（7）延胡索酸水化 L-苹果酸(malate)延胡索酸酶(fumarase)（8）L-苹果酸脱氢草酰乙酸和NADH L-苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase)柠檬酸循环的代谢调节：三个调节步骤：（1）柠檬酸合酶（限速酶） 抑制：ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA。 激活：乙酰CoA、草酰乙酸。（2）异柠檬酸脱氢酶 抑制：NADH、ATP。 ：ADP（3）-酮戊二酸脱氢酶 抑制：ATP、NADH、琥珀酰CoA。 活化：ADP 柠檬酸循环小结：一处底物磷酸化二次脱羧异酮酸三处调节柠异酮四次脱氢能量源五碳连接氮途径六碳合成最关键七步反应随后跟八个电子脱氢产九个ATP电氧生十个ATP全循环葡萄糖来源C原子的去向：结论： 乙酰CoA上的两个C原子在第一轮柠檬酸循环上并没有被氧化。 被标记的乙酰CoA羰基碳在第二轮柠檬酸循环中脱去。 在第三轮柠檬酸循环中，两次脱羧，可除去最初甲基碳的50%，以后每循环一次，脱去 余下甲基碳的50%。一分子Glc彻底氧化产生的ATP数量 骨骼肌、脑细胞： (30) ATP（甘油磷酸穿梭） 其它组织： (32) ATP（苹果酸穿梭）基于：经电子传递和氧化磷酸化： 1 NADH 产生 3 （2.5*) ATP 1 FADH2 产生 2 (1.5*) ATPTCA的回补反应：草酰乙酸的回补途径有 四个。1.丙酮酸羧化酶催化丙酮酸生成草酰乙酸 乙酰CoA可以增加丙酮酸羧化酶活性。 2.磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 催化磷酸烯醇式丙酮酸转化成草酰乙酸。 3.Asp、Glu转氨可生成草酰乙酸和-酮戊二酸 Ile、Val、Thr、Met也会生成琥珀酰CoA，最后生成草酰乙酸。 4 通过乙醛酸循环生成草酰乙酸柠檬酸循环总反应式：乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O 3NADH + FADH2 + GTP + 2CO2 + 3H+ + CoA丙酮酸 + 4NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O 4NADH + FADH2 + GTP + 3H+ + CoA生物学意义：（1)柠檬酸循环是生物体内有机物氧化分解提供能量的主要途径 (2）柠檬酸循环是物质代谢的枢纽 柠檬酸循环是联系体内三大物质代谢的中心环节，为合成其它物质提供C架。 学习要点：发生在细胞内的位置，主要步骤和酶的名称指出C原子的去向指出能量消耗和产生所在的反应调节反应，限速反应，相应抑制剂，激活剂生物学意义乙醛酸循环(glyoxylate cycle)2017年11月21日20:42存在于植物和微生物中循环要点： 一分子乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸。经异柠檬酸裂解成乙醛酸和琥珀酸。 琥珀酸经脱氢、水化、脱氢生成草酰乙酸，补偿开始消耗掉的草酰乙酸。 乙醛酸与另一分子乙酰CoA合成苹果酸，脱氢生成草酰乙酸。 过量的草酰乙酸可以糖异生成Glc。因此，乙醛酸循环可以使脂肪酸的降解产物乙酰CoA经草酰乙酸转化成Glc。 2乙酰CoA + NAD+ + 2H2O 琥珀酸 + 2CoA + NADH + 2H+ 植物和微生物可以通过乙醛酸循环将脂肪转化为糖。动物中无乙醛酸循环。乙醛酸循环与三羧酸循环：磷酸戊糖途径、糖异生、多糖代谢 2017年11月20日8:45主要内容1. 磷酸戊糖途径：亚细胞位置；反应过程；能量；生理意义；2. 光合作用暗反应（与PPP途径对照）； 3. 异生途径：重点是丙酮酸到葡萄糖的必须绕过糖酵解途径中的3步；4. 糖原降解；糖原合成，糖原代谢调控（激素信号介导的糖原代谢调控；糖原代谢相关疾病以及糖尿病）。关键概念pentose phosphate pathway, G6P-dehydrogenase, NADPH, ribose, gluconeogenesis, UDP-glucose, Calvin cycle, glycogen, insulin, diabetes课堂练习或讨论抽查回答1. 植物中编码glocose-6-phosphate dehydrogenase的基因如果发生功能缺失（loss-of-function)突变, 预期会产生什么样的表型？为什么？（提示：可在NCBI数据库中查询有关研究论文的结果来验证你的推想）磷酸戊糖途径受阻，磷酸戊糖消耗缓慢/。产能缓慢不受影响，因为葡萄糖分解代谢的第二条途径停止，但是第一条途径还存在。2. Calvin cycle 与磷酸戊糖途径有何异同？磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway）葡萄糖氧化分解的一种方式。由于此途径是由6-磷酸葡萄糖（G6P）开始，故亦称为己糖磷酸旁路。此途径在胞浆中进行，可分为两个阶段。第一阶段由G6-P脱氢生成6-磷酸葡糖酸内酯开始，然后水解生成6-磷酸葡糖酸，再氧化脱羧生成5-磷酸核酮糖。NADP+是所有上述氧化反应中的电子受体。第二阶段是5-磷酸核酮糖经过一系列转酮基及转醛基反应，经过磷酸丁糖、磷酸戊糖及磷酸庚糖等中间代谢物最后生成3-磷酸甘油醛及6-磷酸果糖，后二者还可重新进入糖酵解途径而进行代谢。戊糖磷酸途径总反应式是：6G6P+12NADP+7H2O 5F6P + 6CO2+Pi+12NADPH+12H+卡尔文循环(Calvin cycle)，是一种类似于克雷布斯循环（Krebs cycle，或称柠檬酸循环）的新陈代谢过程，可使其动物质以分子的形态进入和离开此循环后发生再生。碳以二氧化碳的形态进入并以糖的形态离开卡尔文循环。整个循环是利用ATP作为能量来源，并以降低能阶的方式来消耗NADPH，如此可增加高能电子来制造糖。3.用14C标记碳酸根(bicarbonate)和丙酮酸的羧基碳，分别加到糖异生的反应体系，检测反应中间物GAP和终产物glucose,分别指出14C出现在这两种物质碳架的位置。4. What is the energy gain or cost (in ATP equivalent) for transforming a molecule of glucose to two pyruvates via glycolysis and back again to glucose via gluconeogenesis? 第一阶段：原初反应：吸收光能，将光能转化成电能(photosynthesis:energy source)第二阶段：电子传递和光合磷酸化电子传递和光合磷酸化。将电能转化成化学能，推动ATP和NADPH的合成，后两者称为同化力，水被分解放出O2。第三阶段：CO2的固定和还原（CO2同化）。将固定在1、5-二磷酸核酮糖（RuBP）上的CO2，通过一系列反应进行还原，最终产物F-6-P，再由此转化成果糖或Glc。(卡尔文循环,由CO2和H2O合成已糖。)5.血液中的葡糖糖是如何被运到机体各个器官和组织的细胞中的？体液运输，主动运输6.医院给病人输液时为何用葡萄糖补充能量而不是直接输ATP？若细胞内ATP含量高，则TCA速度降低，糖异生加强。体内的ATP本来就很少，但是转化快。如果体内的ATP过多，作为某些化学反应的激活剂，会影响机体内的一些化学反应课后作业任选一题1. 查阅资料，简要阐述当前I型和II型糖尿病治疗的生化原理。（1）1型糖尿病 需要用胰岛素治疗。非强化治疗者每天注射23次，强化治疗者每日注射34次，或用胰岛素泵治疗。需经常调整剂量。（2）2型糖尿病 口服降糖药失效者先采用联合治疗方式，方法为原用口服降糖药剂量不变，睡前晚1000注射中效胰岛素或长效胰岛素类似物，一般每隔3天调整1次，目的为空腹血糖降到4.98.0毫摩尔/升，无效者停用口服降糖药，改为每天注射2次胰岛素。1型糖尿病主要是因为B细胞破坏，胰岛素绝对缺乏导致，绝大多数是自身免疫性疾病;2型糖尿病主要是从以胰岛素抵抗为主伴胰岛素分泌不足到胰岛素分泌不足伴胰岛素抵抗。2. 手绘一张“属于自己的”糖代谢途径网图（包含主要多糖、二糖、单糖的分解与合成及相互转换关系。糖异生途径糖酵解三羧酸循环磷酸戊糖途径糖的合成代谢糖异生笔记：磷酸戊糖途径：(pentose phosphate pathway)两个事实：用碘乙酸和氟化物抑制糖酵解（磷酸甘油醛脱氢酶），发现Glc的消耗并不受影响，证明葡萄糖还有其它的分解途径。用14C分别标记Glc的C1和C6，然后分别测定14CO2生成量，发现C1标记的Glc比C6标记的Glc更快、更多地生成14CO2 。 反应过程：第一阶段：氧化阶段 6-磷酸葡萄糖氧化脱羧生成5-磷酸核糖第二阶段：非氧化阶段 磷酸戊糖分子重排，产生不同碳链长度的磷 酸单糖。1 氧化阶段： 6-磷酸葡萄糖脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖 6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的调控酶，NADPH反馈抑制此酶活性。 2.磷酸核酮糖异构生成5-磷酸核糖及5-磷酸木酮糖 5-磷酸木酮糖机率：2/3 5-磷酸核糖机率：1/33.磷酸戊糖转酮、转醛反应 生成酵解途径的中间产物（F-6-P，3-磷酸甘油醛）（1）转酮反应（2）转醛反应 转醛酶将7-磷酸庚酮糖上的三碳单位（二羟丙酮基）转到3-磷酸甘油醛的C1上，生成4-磷酸赤鲜糖(erythrose-4-phosphate)和6-磷酸果糖。 （3）转酮反应（转酮酶）（4）醛缩反应（5）异构化反应5 F-6-P - 5 G-6-P糖异生途径一般PPP途径的总反应：6 G-6-P + 12 NADP+ + 7 H2O -5 G-6-P + 6CO2 + 12 NADPH +12 H+ + Pi磷酸戊糖途径和柠檬酸循环碳的释放磷酸戊糖途径释放14C1。在柠檬酸循环中： 先释放C3、C4（丙酮酸脱羧） 第二轮后释放C2、C5（乙酰CoA的羰基碳：CH3C*=O-CoA，100%） 第三轮后释放C1、C6（乙酰CoA的甲基碳：*CH3C=O-CoA，每循环一轮释放50%）（三）磷酸戊糖途径与糖酵解途径的协调 G-6-P的流向取决于对NADPH、磷酸戊糖及ATP的需要。1. 5-磷酸核糖的需要量比NADPH大很多时(eg. 细胞分裂期需大量R-5P为原料合成DNA） 5（G-6-P）+ ATP 6(5-磷酸核糖）+ ADP +Pi+ H+2.对5-磷酸核糖和NADPH的需要量平衡时，氧化反应优先 G-6-P + 2NADP+ + H2O 5-磷酸核糖 + 2NADPH + 2H+ + CO2 3.NADPH的需要量比5-磷酸核糖多很多时，G-6P完全氧化 6 G-6-P+ 12NADP+ + 7H2O 5 G-6-P 12NADPH + 12H+ + Pi + 6CO2 4. 需要NADPH和ATP的量更多时， G-6-P转化成丙 酮酸 3（G-6-P）+ 6NADP+ + 5NAD+ + 8ADP + 5Pi 5丙酮酸 + 6NADPH + 5NADH + 8ATP + 8H+ + 3CO2 + 2H2O磷酸戊糖途径的生理意义：1.产生大量的NADPH为生物合成提供还原力 脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成，非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的还原及氨的同化等。 2.中间产物为许多化合物的合成提供碳骨架 磷酸戊糖合成核酸。 4-磷酸赤藓糖与糖酵解中的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸。3.是植物光合作用中CO2同化合成Glc的部分途径4.NADPH也可用于ATP合成 跨线粒体穿梭转运，将氢转移至线粒体NAD+上。 胞液内：-酮戊二酸 + CO2 + NADPH + H+ 异柠檬酸 + NADP+ 线粒体内：异柠檬酸 + NAD+ -酮戊二酸 + CO2 + NADH + H+磷酸戊糖途径：NADPH：能量源核糖，物流源（核酸代谢的核糖骨架）糖异生(gluconeogenesis):光合作用：（植物中葡萄糖的生物合成）第一阶段：原初反应：吸收光能，将光能转化成电能(photosynthesis:energy source)第二阶段：电子传递和光合磷酸化电子传递和光合磷酸化。将电能转化成化学能，推动ATP和NADPH的合成，后两者称为同化力，水被分解放出O2。第三阶段：CO2的固定和还原（CO2同化）。将固定在1、5-二磷酸核酮糖（RuBP）上的CO2，通过一系列反应进行还原，最终产物F-6-P，再由此转化成果糖或Glc。(卡尔文循环,由CO2和H2O合成已糖。)糖异生的作用：植物利用光，CO2和H2O合成糖动物可以将丙酮酸，甘油，乳酸及某些氨基酸等非糖物质转化成糖糖异生主要在肝脏中进行，肾上腺皮质中也有，脑和肌肉细胞中很少2.糖异生途径 糖异生及降解途径比较 从丙酮酸到葡萄糖的糖异生途径必须绕过糖酵解途径中的3步： Glc到G-6-P F-6-P到F-1.6-P PEP到丙酮酸（1）丙酮酸被羧化成草酰乙酸（线粒体内） 丙酮酸 + CO2 + ATP 草酰乙酸 + ADP 人和哺乳动物的丙酮酸羧化酶主要存在于肝脏和肾的线粒体内。 丙酮酸羧化酶还催化三羧酸循环的回补反应，所以，草酰乙酸既是糖异生的中间物，又是三羧酸循环的中间物，丙酮酸羧化酶联系着三羧酸循环和糖异生作用。若细胞内ATP含量高，则三羧酸循环的速度降低，糖异生作用加强。 丙酮酸羧化酶是别构酶，受乙酰CoA和高比值ATP/ADP的激活。（2）草酰乙酸被还原成苹果酸（线粒体内）（3）苹果酸被重新氧化成草酰乙酸（线粒体外）（4）草酰乙酸生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）（5）磷酸烯醇式丙酮酸沿糖酵解的逆方向生成 1.6二磷酸果糖。（6）F-1.6-P F-6-P 果糖二磷酸酶： AMP、2.6-二磷酸果糖强烈抑制。 ATP、柠檬酸和3-磷酸甘油酸激活。（7）6-磷酸果糖异构化生成6-磷酸葡萄糖（8）6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖糖异生及降解途径1途径2糖异生总反应： 2丙酮酸 + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 4H20 Glc + 2NAD+ + 4ADP + 2GDP + 6Pi 假定的糖酵解逆反应： 2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H20 Glc + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 3. 糖异生途径的前体：凡是能生成丙酮酸或草酰乙酸的物质都可以生成葡萄糖，如