第八章糖代谢

第八章糖代谢 本章简介 本章习题 要点回顾 掌握内容讲授 第八章糖代谢 本章主要介绍生物体内糖的新陈代谢 分解代谢和合成代谢 伴随物质代谢进行能量代谢 重点掌握糖的主要分解代谢途径 糖酵解 三羧酸循环 葡糖异生作用 糖原的降解与生物合成 糖代谢中的调节酶 理解戊糖磷酸途径 乙醛酸循环 第八章糖代谢 一 糖代谢总论二 糖的分解代谢 1 糖酵解作用 2 丙酮酸去路 3 柠檬酸循环 4 戊糖磷酸途径 5 葡糖异生作用 6 乙醛酸途径 三 葡聚糖 糖原 淀粉 的代谢 1 糖原的降解 2 糖原的生物合成 3 淀粉的水解 4 淀粉的生物合成 新陈代谢的概念 生物体与外界环境进行物质交换和能量交换的全过程 新陈代谢 合成代谢 同化作用 分解代谢 异化作用 生物小分子合成为生物大分子 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 物质代谢 一 糖代谢总论 糖代谢包括分解代谢和合成代谢 动物和大多数微生物所需的能量 主要是由糖的分解代谢提供的 另方面 糖分解的中间产物 又为生物体合成其它类型的生物分子 如氨基酸 核苷酸和脂肪酸等 提供碳源或碳链骨架植物和某些藻类能够利用太阳能 将二氧化碳和水合成糖类化合物 即光合作用 光合作用将太阳能转变成化学能 主要是糖类化合物 是自然界规模最大的一种能量转换过程 糖酵解作用 无氧降解 糖酵解概念与反应过程 糖酵解作用的调控 EMP的能量计算与意义 二 糖的分解代谢 糖代谢为生物体提供重要的碳源和能源 糖的分解代谢是生物体的取能方式 实质上是糖的氧化作用 糖的分解代谢 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 有氧或无氧 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 糖酵解途径 柠檬酸 三羧酸循环 有氧或无氧 有氧 无氧 胞液 线粒体 CO2 H2O ATP 糖酵解作用 glycolysis EmbdenMeyerhofParnasEMP 概念与反应过程 一 概念 在无氧的条件下 葡萄糖或糖原分解成丙酮酸 并释放少量能量的过程称为糖的无氧分解 这一过程与酵母菌使糖发酵的过程相似 又称为糖酵解 简称EMP途径 二 反应部位 细胞液 胞浆 三 EMP途径的生化历程 2个阶段 EMP途径的2个阶段 丙酮酸 葡萄糖 耗能阶段 产能阶段 己糖激酶 葡萄糖G葡萄糖 6 磷酸G 6 P ATP ATP ATP ADP ADP P P 1 1葡萄糖磷酸化 1 己糖磷酸酯的生成 G F 1 6 2P 2 磷酸丙糖的生成 F 1 6 2P 2GAP 耗能阶段 1 己糖磷酸酯的生成 G F 1 6 2P 己糖激酶是EMP途径中第一个调节酶 催化第一个ATP磷酸化反应基本上是不可逆的 这就保证了进入细胞内的G可立即被转化为磷酸化形式 不但活化了G分子 还保证了G分子一旦进入细胞就有效地被捕获 不会再透出胞外 己糖激酶与葡萄糖结合的诱导契合作用 Theconformationofhexokinasechangesmarkedlyonbindingglucose showninred Thetwolobesoftheenzymecometogetherandsurroundthesubstrate p69 1 2己糖磷酸异构化G 6 PF 6 P 己糖磷酸异构酶 磷酸葡萄糖异构酶 有绝对的底物专一性和立体专一性 P 1 31 6 二磷酸果糖的生成 ATP ATP ADP P 果糖磷酸激酶PFK是EMP中第二个调节酶 并且是最关键的限速酶 糖酵解速度决定于此酶的活性 催化此途径中的第二个ATP磷酸化反应 反应不可逆 PFK是一种别 变构酶 ATP结合到此酶的调控部位 降低该酶对F 6 P的亲和力 ATP对该酶的变构抑制效应可被AMP解除 因此 ATP AMP的比例关系对此酶有明显的调节作用PFK活性受H 的影响 当pH下降时H 对该酶有抑制作用 可以阻止整个糖酵解途径的继续进行 从而防止乳酸的继续形成 可防止血液pH的下降 有利于避免酸中毒 磷酸果糖激酶 己糖激酶 磷酸己糖异构酶 葡萄糖 果糖 6 磷酸 葡萄糖 6 磷酸 果糖 1 6 二磷酸 ATP ADP ATP 磷酸化酶 糖原 葡萄糖 1 磷酸 磷酸果糖变位酶 ADP 果糖 1 6 二磷酸 磷酸二羟丙酮 3 磷酸甘油醛 磷酸丙糖的生成 F 1 6 2P 2GAP DHAP GAP 2 1果糖 1 6 二磷酸的裂解 2 2丙糖磷酸的同分异构化 相当于果糖 1 6 二磷酸裂解为两分子的甘油醛 3 磷酸 丙糖磷酸异构酶的催化反应是极其迅速的 只要酶与底物分子一旦相互碰撞 反应就即刻完成 因此任何加速丙糖磷酸异构酶催化效率的措施都不能再提高它的反应速度 又由于DHAP和GAP互变异构极其迅速 因此这两种物质总是维持在反应的平衡状态 在正常进行的酶解系统里 易向生成GAP的方向转移 只有转变成GAP才能进入糖酵解途径 GAP的氧化是EMP中唯一一次遇到的氧化作用 GAP的醛基氧化为羧基时 同时进行脱氢和磷酸化作用 并引起分子内部能量重新分配 生成高能磷酸化合物1 3 BPG 脱下的氢为NAD 接受 甘油醛 3 磷酸脱氢酶的作用是负协同效应 3 13 磷酸甘油醛氧化为1 3 二磷酸甘油酸 P NAD Pi NADH H 3 磷酸甘油醛 1 3 二磷酸甘油酸 产能阶段 1 3 BPG GAP 丙酮酸的生成 2GAP 2Pyr 甘油醛 3 磷酸脱氢酶GAPDH具有4个亚基可以和4个NAD 结合 但结合常数不一样 结合NAD 后会引起酶构象变化 酶结合了2个NAD 后再要结合第3 4个NAD 就不容易了 实验发现此酶只能结合2个NAD 即此酶只有一半位点能与NAD 结合并起反应 半位反应性 砷酸盐破坏甘油醛 3 磷酸脱氢酶催化产物1 3 二磷酸甘油酸的形成 砷酸盐代替磷酸与GAP结合并氧化 所得1 砷酸 3 磷酸甘油酸化合物不稳定 迅速水解生成3 磷酸甘油酸在砷酸盐存在下 虽然酵解过程照样进行 但是却没有形成高能磷酸键 由甘油醛 3 磷酸氧化释放的能量未能与磷酸化偶联 因此 砷酸盐起着解偶联的作用 即解除了氧化和磷酸化的偶联作用 3 2高能磷酸基团的转移 ADP ATP ATP 高能磷酸化合物1 3 BPG在磷酸甘油酸激酶作用下 通过底物水平磷酸化转变为ATP 因为每1mol己糖代谢后生成2mol丙糖 所以在这个反应及随后的放能反应中有2倍ATP产生 1 3 BPG 3 PG 3 33 磷酸甘油酸异构为2 磷酸甘油酸 3 PG 2 PG 3 4磷酸烯醇式丙酮酸的生成 PEP 2 PG 烯醇化酶催化2 PG在第二和第三碳原子上脱下一分子水 在脱水的化学反应中 2 PG分子内部的能量重新分配 产生了高能磷酸化合物 烯醇丙酮酸磷酸 PEP 烯醇化酶在与底物结合前 要先与2价阳离子如Mg2 或Mn2 结合形成一个复合物 才有活性 氟化物是此酶的强烈抑制剂 因为氟与镁和无机磷酸形成复合物 取代天然情况下酶分子上镁离子的位置 从而使酶失活 3 5丙酮酸的生成 ADP ATP ATP 在丙酮酸激酶催化下 将PEP的C2上的磷酰基团转移到ADP上形成ATP 底物水平磷酸化 且此反应是不可逆反应 丙酮酸激酶是EMP途径中的第三个调节酶 丙酮酸激酶的催化活性需要2价阳离子参与 如镁离子 锰离子等 ATP 长链脂肪酸 乙酰 CoA等都对该酶有抑制作用 而果糖 1 6 二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用 自发反应 烯醇丙酮酸极不稳定 很容易自动变为比较稳定的丙酮酸 且不需酶催化 Pyr 糖代谢障碍 丙酮酸激酶 PK 缺乏病PK缺乏时 ATP生成减少 ATP缺乏是PK缺乏症导致溶血的主要因素 因为ATP缺乏时 引起红细胞内K 和水丢失 红细胞皱缩变形破坏 导致溶血性贫血发生 糖代谢障碍 丙酮酸激酶 PK 缺乏病是发生频率仅次于G 6 PD缺乏症 蚕豆病 的一种红细胞酶病 现已证实PK缺乏症是由PK基因异常所致 主要是PK基因点突变 小部分患者表现为缺失或插入 2ATP 2ATP 3 磷酸甘油醛 1 3 二磷酸甘油酸 3 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 烯醇式丙酮酸 丙酮酸激酶 丙酮酸激酶 2ADP 烯醇化酶 磷酸甘油酸变位酶 磷酸甘油酸激酶 磷酸甘油酸脱氢酶 NAD Pi NADH H 2ATP 2ADP 2ATP 糖酵解 EMP 的调控EMP途径中反应速度主要受过程中催化不可逆反应的3种酶活性的调控 果糖磷酸激酶是最关键的限速酶 果糖 6 磷酸果糖 1 6 二磷酸 己糖 葡糖激酶活性的调控 葡萄糖葡萄糖 6 磷酸 丙酮酸激酶活性的调控 烯醇丙酮酸磷酸丙酮酸 糖酵解的能量计算 总反应式 G 2NAD 2ADP 2Pi 2丙酮酸 2NADH 2H 2ATP 2H2O整个过程无氧参加 三个调速酶 一次脱氢 辅酶为NAD 生成NADH H 从葡萄糖开始净生成2分子ATP从糖原开始净生成3分子ATP EMP途径中能量计算 见p80表22 1 1mol葡萄糖 糖原经无氧酵解成2mol丙酮酸 产生 molATP 糖酵解途径的意义 糖酵解生成的Pyr在氧供应不足时主要转变为乳酸 由乳酸脱氢酶 同工酶 催化 有时可转变为乙醇 糖酵解途径最主要生理意义在于迅速提供能量 对高原环境 肌肉收缩更为重要 肌肉收缩与糖酵解供能 肌肉内ATP含量很低 结论 糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量 肌肉中磷酸肌酸储存的能量可供肌肉收缩所急需的化学能 即使氧不缺乏 葡萄糖进行有氧氧化的过程比糖酵解长得多 来不及满足需要 背景 剧烈运动时 肌肉局部血流不足 处于相对缺氧状态 初到高原与糖酵解供能 人初到高原 高原大气压低 易缺氧 机体加强糖酵解以适应高原缺氧环境 海拔5000米 背景 结论 某些组织细胞与糖酵解供能 代谢极为活跃 即使不缺氧 也常由糖酵解提供部分能量 成熟红细胞 视网膜 神经 白细胞 骨髓 肿瘤细胞等 无线粒体 无法通过氧化磷酸化获得能量 只能通过糖酵解获得能量 某些病理状态与糖酵解供能 某些病理情况下机体主要通过糖酵解获得能量 严重贫血大量失血呼吸障碍肺及心血管等疾病 丙酮酸的去路 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 有氧或无氧 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 糖酵解途径 柠檬酸 三羧酸循环 有氧或无氧 有氧 无氧 胞液 线粒体 CO2 H2O ATP 生成乳酸 NADH H 乳酸脱氢酶 NAD Pyr Lac 在前面反应的甘油醛 3 磷酸脱氢时 NAD 被还原成NADH H 在此反应中 NADH H 重新被氧化 以保证辅酶的周转 即在无氧条件下 NAD 的再生是由乳酸脱氢酶催化丙酮酸转变成乳酸的反应来完成的 糖的无氧降解及厌氧发酵总图 生成乙醇 丙酮酸脱羧酶 CO2 NADH H 乙醇脱氢酶 NAD 丙酮酸的氧化脱羧 乙酰CoA的生成 糖酵解生成的Pyr可穿过线粒体膜进入线粒体基质 在丙酮酸脱氢酶系催化下 生成乙酰辅酶A 细胞呼吸最早释放的CO2 丙酮酸脱氢酶复合体 位于线粒体内膜上 原核细胞则在胞液中 丙酮酸脱氢酶复合体包括3种酶和6种辅因子 E coli丙酮酸脱氢酶系 复合体 分子量 4 5 106 直径45nm 比核糖体稍大 酶辅酶每个复合物亚基数丙酮酸脱氢酶 E1 TPP24二氢硫辛酸乙酰转移酶 E2 硫辛酸 CoA24二氢硫辛酸脱氢酶 E3 FAD NAD 12此外 还需要Mg2 作为辅因子 丙酮酸脱氢酶 二氢硫辛酸乙酰转移酶 二氢硫辛酸脱氢酶 丙酮酸脱氢酶复合物的活性调节 1 产物抑制 丙酮酸氧化脱羧的二个产物乙酰CoA 抑制E2 和NADH 抑制E3 都作为底物的竞争性抑制剂 竞争抑制丙酮酸脱氢酶复合物的活性 2 核苷酸的反馈调节 丙酮酸脱氢酶复合物的活性受细胞的能量负荷 能荷 控制 一般来说高的能荷抑制产生ATP的途径 ATP水平高时丙酮酸脱氢酶复合物活性 丙酮酸氧化脱羧减慢 特别是E1 丙酮酸脱氢酶 受GTP抑制 被AMP活化 3 可逆磷酸化作用的共价调节 细胞内 的比值增高时 激活了激酶 丙酮酸脱氢酶活性 丙酮酸氧化脱羧 而丙酮酸抑制了激酶 使丙酮酸脱氢酶活性 丙酮酸氧化脱羧 Ca2 激活磷酸酶使丙酮酸脱氢酶脱磷酸而活化 糖的无氧氧化与有氧氧化的关系 线粒体基质 细胞液 柠檬酸循环 有氧氧化 TCA概念与反应过程 TCA作用特点 意义与调控 TCA作用的能量计算 柠檬酸 三羧酸循环 反应从乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成含有三个羧基的柠檬酸开始 所以称为柠檬酸循环 又称为TCA循环或Krebs循环 OCH3 C SCoA CoASH CO2 CO2 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 柠檬酸 三羧酸循环TCA TCA第一阶段 柠檬酸生成 草酰乙酸 柠檬酸合酶 乌头酸酶 CH3 C SCoA O O C COOH CH2COOH 柠檬酸合成酶 HO C COOH CH2COOH CH2COOH HSCoA H2O 柠檬酸合酶 乙酰CoA 草酰乙酸 柠檬酸 HSCoA 1 缩合反应 H2O 柠檬酸合酶是TCA的第一个调节酶 其活性受ATP NADH 琥珀酰CoA的抑制 草酰乙酸和乙酰CoA的浓度较高时 可激活该酶的活性 氟乙酸 氟乙酰CoA 草酰乙酸 氟柠檬酸 杀虫剂 乙酰CoA和草酰乙酸缩合然后再水解成一分子柠檬酸 2 柠檬酸异构化为异柠檬酸 HO C COOH CHCOOH CH2COOH H C COOH CHCOOH CHCOOH CHCOOH CH2COOH CH2COOH HO H2O H2O 乌头酸酶 乌头酸酶 HO H H2O HO H H2O 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸 TCA第二阶段 氧化脱羧 HO H 3 异柠檬酸氧化生成 酮戊二酸 CHCOOH CHCOOH CH2COOH CCOOH CHCOOH CH2COOH HO 异柠檬酸 H O CH2 CHCOOH CH2COOH O H COO NAD NADH H 异柠檬酸脱氢酶 CO2 CO2 草酰琥珀酸 酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶是第二个调节酶 这是三羧酸循环的第一次氧化脱羧反应 产生NADH和CO2 此次反应是TCA的一分界点 在此之前都是三羧酸的转化 在此之后则是二羧酸的转化 异柠檬酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶 4 酮戊二酸氧化脱羧反应 CH2 CCOOH CH2COOH O 酮戊二酸 CH2 CH2 COOH HSCoA CO SCoA 琥珀酰CoA NAD NADH H CO2 酮戊二酸脱氢酶复合体 酮戊二酸脱氢酶复合体 COO CO2 H H 酮戊二酸氧化脱羧酶反应机制与丙酮酸氧化脱羧相同 组成类似 含三个酶及六个辅助因子 酮戊二酸脱羧酶二氢硫辛酸转琥珀酰基酶二氢硫辛酸脱氢酶 辅酶A FAD NAD 镁离子 硫辛酸 TPP 三个酶 六个辅助因子 酮戊二酸脱氢酶 复合体 系是TCA途径中的第三个调节酶 需TPP 硫辛酸 FAD Mg2 参加 与丙酮酸脱氢酶系相似 此反应不可逆 氧化释放的能量既可驱使NAD 还原 又可产生高能化合物琥珀酰辅酶A 是TCA途径中的第二次氧化脱羧 又产生NADH和CO2 酮戊二酸的前后各脱下一分子CO2 5 琥珀酸的生成 CH2 CH2 COOH CO SCoA 琥珀酰CoA GDP Pi GTP CoASH CH2COOH CH2COOH 琥珀酸 琥珀酰CoA合成酶 GTP 琥珀酰CoA在琥珀酰CoA合成酶催化下 转移其硫酯键至GDP生成GTP 需Mg2 所以此反应是TCA途径中唯一直接产生ATP的反应 底物水平磷酸化 哺乳动物生成GTP而植物微生物直接生成ATP 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 H H 6 延胡索酸的生成 CHCOOH CHCOOH 琥珀酸 FAD CHCOOH CHCOOH H H FADH2 H2 延胡索酸 琥珀酸脱氢酶 是TCA途径中的第三次氧化 产生FADH2 丙二酸是琥珀酸脱氢酶的强抑制剂 HO H H2O 7 苹果酸的生成 CHCOOH CHCOOH 延胡索酸 H2O CHCOOH CHCOOH 延胡索酸酶 苹果酸 这是一个加水反应 该酶具有严格的立体专一性 只产生L 苹果酸 8 草酰乙酸的再生 CHCOOH CCOOH 苹果酸 O C COOH CH2COOH 草酰乙酸 NAD NADH H H 苹果酸脱氢酶 此反应是TCA途径中的第四次氧化 产生NADH和H 至此 又重新生成了草酰乙酸 因此 TCA循环完成一周 琥珀酰CoA CO2 三羧酸循环 ATP TCA的总反应式 CH3COSCoA 2H2O 3NAD FAD ADP Pi 2CO2 3NADH 3H FADH2 CoASH ATP TCA的特点 TCA一周 消耗一分子乙酰CoA 2C化合物 其中的三羧酸 二羧酸并不因参加循环而有所增减 因此 在理论上 这些羧酸只要微量 就可不息地循环 促使乙酰CoA氧化 但实际上需要不断补充 TCA的多个反应是可逆的 但由于柠檬酸的合成及 酮戊二酸的氧化脱羧是不可逆的 故此循环是单方向进行的 在细胞的线粒体内进行 TCA中有1次底物磷酸化产生ATP TCA的特点 TCA的双重作用 分解代谢和合成代谢 p110 丙酮酸所含的3个C被氧化成3CO2 第一个CO2是在形成乙酰CoA时产生的 第2个CO2是在生成 酮戊二酸时产生的 第3个CO2是在生成琥珀酰CoA时产生的 但第2及第3个CO2的碳原子来自于草酰乙酸而不是乙酰CoA 丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA时产生1次NADH和H TCA中产生3次NADH和H 和1次FADH2 它们分别经呼吸链交给氧而生成水同时产生ATP 三羧酸循环的生理意义 1 氧化供能 线粒体内 外NADH FADH2 2 为生物合成提供了中间物 是三大营养素相互转变的联系枢纽 TCA不仅是糖代谢的重要途径 而且也是脂类化合物和蛋白质最终氧化成CO2和H2O重要途径 是三大营养素分解的最终代谢通路 3 TCA也是CO2的重要来源之一 三羧酸循环的调节酶及其调节 酶的名称柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶系 变构激活剂乙酰CoAADPAMP 变构抑制剂ATPNADHATP NADH 琥珀酰CoA 酮戊二酸 草酰乙酸 延胡索酸 柠檬酸 琥珀酰CoA TyrGlnHisPro Glu IleMetSerThrVal PheTyr 葡萄糖磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸 乙酰CoA AsnAsp 脂肪酸 酮体 三羧酸循环 糖类 蛋白质 脂类通过TCA的联系示意图 柠檬酸 异柠檬酸 顺乌头酸 酮戊二酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 乙酰CoA H2O SHCoA H2O H2O NADH H CO2 GDP Pi GTP 琥珀酸 NADH H CO2 SHCoA SHCoA FADH2 H2O NADH H 三羧酸循环 三羧酸循环特点 能量 一次底物水平磷酸化二次脱羧三个调节限速酶 不可逆反应四次氧化脱氢 12341mol乙酰CoA经三羧酸循环彻底氧化净生成10molATP 能量 现金 1GTP能量 支票 3NADH1FADH2 兑换率1 2 5 7 5ATP 兑换率1 1 5 1 5ATP 1ATP 10ATP 三羧酸循环的能量计量 葡萄糖彻底氧化生成ATP的数目 p142表24 5 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 NADH 三羧酸循环 CO2 H2O GTP NADH FADH2 呼吸链氧化磷酸化 NADH FADH2 ATP 原核生物 阶段在胞质中真核生物 在胞质中 在线粒体中 葡萄糖完全氧化产生的ATP 总计 32ATP或30ATP 糖有氧分解的能量变化 C6H12O6 6H2O 10NAD 2FAD 4ADP 4Pi 6CO2 10NADH 10H 2FADH2 4ATP 1molG CO2 H2O产生 molATP 32 30mol 1mol G n CO2 H2O产生 molATP 33 31mol 戊糖磷酸途径 糖代谢的第2条重要途径 戊糖磷酸途径的概念 戊糖磷酸途径的反应过程 戊糖磷酸途径特点与生物学意义 戊糖磷酸途径 PPP 己糖单磷酸途径 HMP 概念 从葡萄糖 6 磷酸开始 不经糖酵解和柠檬酸循环 直接将其脱氢脱羧分解为磷酸戊糖 磷酸戊糖分子再经重排最终又生成6 磷酸葡萄糖的过程 简称HMP途径 由于此途径是以葡糖 6 磷酸 G 6 P 开始的 故又称为己糖磷酸途径 作用部位在细胞质 可分为两个阶段第一阶段氧化阶段 由葡萄糖 6 磷酸直接脱氢脱羧生成磷酸戊糖 第二阶段非氧化阶段 磷酸戊糖分子再经重排最终又生成葡萄糖 6 磷酸 戊糖磷酸途径反应过程 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 P5果糖 6 P5葡萄糖 6 P 1 氧化脱羧阶段6G 6 P6葡萄糖酸 6 P6核酮糖 P6NADP 6NADPH6NADP 6NADPH 6CO2 6H2O 葡糖 6 磷酸 葡糖 6 磷酸脱氢酶 葡糖 6 磷酸内酯 内酯酶 葡糖酸 6 磷酸 葡糖酸 6 磷酸脱氢酶 脱羧氧化 核酮糖 5 磷酸 氧化阶段 核糖 5 磷酸 木酮糖 5 磷酸 限速反应 调速酶 戊糖磷酸途径的调节 葡萄糖 6 磷酸脱氢酶是HMP限速酶 其活性决定葡萄糖 6 磷酸进入此途径的流量 此酶活性主要受NADP NADPH比例的调节 NADP 浓度稍高于NADPH即激活此途径 此酶尤其受NADPH强烈抑制 只有NADPH被生物合成消耗后 才能解除抑制蚕豆病 蚕豆病 红细胞葡萄糖 6 磷酸脱氢酶 G 6 PD 有遗传缺陷者 在食用新鲜蚕豆或接触蚕豆花粉后皆会发生急性溶血性贫血症 蚕豆病 因G 6 PD的缺陷不能提供足够的NADPH以维持GSH的还原性 抗氧化作用 蚕豆更诱发了红细胞膜被氧化 红细胞膜上的磷脂分子中的不饱和脂肪酸氧化生成过氧化脂质 损害细胞膜 G 6 PD有保护正常红细胞免遭氧化破坏的作用 新鲜蚕豆是很强的氧化剂 当G 6 PD缺乏时则红细胞被破坏而致病 蚕豆病 这种病多见于儿童 男性患者约占90 以上 大多食蚕豆后1至2天发病 早期症状有厌食 疲劳 低热 恶心 不定性的腹痛 接着因溶血而发生眼角黄染及全身黄疸 出现酱油色尿和贫血症状 严重时有休克 心功能和肾功能衰竭 重度缺氧时还可见双眼固定性偏斜 此时如不及时抢救可于一至二天内死亡 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 木酮糖 核糖 木酮糖 木酮糖 木酮糖 核糖 C2 C3 C2 C2 C2 C3 非氧化阶段 戊糖磷酸分子重排产生葡萄糖 6 磷酸和甘油醛 3 磷酸 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 3 磷酸甘油醛异构 缩合与水解 异构酶 G 6 P 戊糖磷酸途径的主要特点 1 是葡萄糖 6 磷酸直接脱氢脱羧 不必经过EMP 也不必经过TCA 2 在整个反应中 脱氢酶的辅酶为NADP 而不是NAD 3 反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应 经过了3 4 5 6 7碳糖的演变过程 重新生成己糖 6 磷酸 HMP的生物学意义 HMP途径的酶类已在许多动植物材料中发现 说明此途径也是普遍存在的糖代谢方式 在不同的组织或器官中它所占的比重不同 最重要的是 HMP途径进行糖分解生成还原辅酶 NADPH 可以供给组织中合成代谢的需要 如脂肪酸长链的生物合成 固醇类化合物的生物合成 HMP途径产生的核糖 5 磷酸 是核酸生物合成的必需原料 并且核酸中核糖的分解代谢也可通过此途径进行 HMP途径产生的甘油醛 3 磷酸是糖分解的三种途径 EMP TCA HMP 的枢纽点 从甘油醛 3 磷酸可进入不同的糖分解途径 这种多样性可以认为是从物质代谢上表现生物对环境的适应性 一 定义 由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程 称为 葡 糖异生作用 二 葡 糖异生的部位 主要在肝脏 其次是肾脏 主要在肝 肾细胞的线粒体及胞浆 三 葡糖异生的历程 大部分 非全部是糖酵解的逆过程 葡 糖异生作用 糖原 或淀粉 葡萄糖 1 磷酸 果糖 6 磷酸 果糖 1 6 二磷酸 甘油醛 3 磷酸 二羟丙酮磷酸 2 磷酸烯醇式丙酮酸 2 丙酮酸 葡萄糖 己糖激酶 果糖激酶 果糖 1 6 二磷酸 磷酸酯 酶 丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶 葡萄糖 6 磷酸 磷酸酯 酶 葡萄糖 6 磷酸 2 草酰乙酸 PEP羧激酶 糖酵解与糖异生的关系图 糖异生途径关键反应之一 糖异生途径关键反应之二 果糖 1 6 二磷酸酶 H2O Pi 果糖 1 6 二磷酸 H H2CO OH 果糖 6 磷酸 O H2CO HO OH H H H 糖异生途径关键反应之三 H2O Pi 葡萄糖6 磷酸酶 葡萄糖 6 磷酸 H 葡萄糖 脑和肌肉中不存在葡萄糖 6 磷酸酶 因此脑和肌肉细胞不能利用葡萄糖 6 磷酸形成葡萄糖 糖异生的生理意义 肝 肠和肾细胞由葡萄糖 6 磷酸形成葡萄糖进入血液 对保证在饥饿状态下大脑血糖浓度的相对恒定具有重要意义是补充或恢复肝糖原储备的重要途径 糖异生的调节 糖异生和糖酵解这两个途径的调节酶 如胰高血糖素和胰岛素 胰高血糖素 胰岛素比例高可诱导促进糖异生代谢物对糖异生的调节 糖异生主要原料 甘油 乳酸 氨基酸 浓度增加促进糖异生 乙酰CoA决定Pyr的代谢方向 其浓度增加可加速Pyr进行糖异生 乙醛酸途径 循环 GAC TCA的支路 乙醛酸途径的概念 乙醛酸途径的反应过程 乙醛酸途径特点与生物学意义 许多微生物与植物能够利用乙酸 乙酰CoA 作为唯一的碳源 并能利用它建造自己的机体 此途径以乙醛酸为中间代谢物 故称乙醛酸循环 并能和TCA循环相联系 乙醛酸途径 循环的概念 CoASH 柠檬酸合酶 乌头酸酶 NAD NADH 苹果酸脱氢酶 草酰乙酸 CoASH OCH3 C SCoA 异柠檬酸裂解酶 苹果酸合酶 OOH C C OH 乙醛酸 NAD 草酰乙酸 乙醛酸循环反应历程 乙醛酸循环中的两个特殊的酶 异柠檬酸裂解酶 异柠檬酸 琥珀酸 乙醛酸 苹果酸合酶 乙醛酸 乙酰CoA H2O 苹果酸 HS CoA CoASH 乙醛酸循环和三羧酸循环反应历程的比较 柠檬酸 异柠檬酸 顺乌头酸 酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酰CoA 草酰乙酸 苹果酸 TCA循环 乙醛酸循环 乙醛酸循环的的特点 只存在于植物 种子 和微生物中 其实质是使乙酰CoA转变为草酰乙酸 从而进入TCA或异生成葡萄糖 关键酶是异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶 乙醛酸循环的生物学意义 植物种子萌发时将贮存的三酰甘油 脂肪通过乙酰CoA转变为葡萄糖而供能 三 糖原的分解和生物合成 葡聚糖 淀粉和糖原 的代谢 糖原的降解 糖原的生物合成 淀粉的水解 淀粉的生物合成 糖原的降解 定义 糖原分解主要是指肝糖原分解为葡萄糖的过程反应部位 胞浆和内质网内腔面糖原降解过程需要3种酶 磷酸化酶脱支酶磷酸葡萄糖变位酶 糖原n 1 糖原n 葡萄糖 1 磷酸 1 糖原的磷酸解 只作用于 1 4糖苷p178 糖原磷酸化酶限速酶 2 脱支酶 双重功能酶 的作用 转移葡萄糖残基 糖基转移酶 水解 1 6 糖苷键 糖原脱支酶 转移酶活性 非还原端 糖基转移酶 H2O 脱支酶 磷酸化酶 葡萄糖 1 磷酸 葡萄糖 6 磷酸 磷酸葡萄糖变位酶 3 磷酸葡萄糖变位酶的作用 葡萄糖 6 磷酸酶 细胞内质网内腔面 葡萄糖 葡萄糖 1 磷酸转变成葡萄糖 6 磷酸 一 定义 由葡萄糖合成糖原的过程称为糖原生成作用 二 合成部位 组织 主要在肝脏 肌肉细胞 胞液 三 糖原生物合成过程 糖原的生物合成 1 葡萄糖磷酸化生成葡萄糖 6 磷酸 葡萄糖 葡萄糖 6 磷酸 2 葡萄糖 6 磷酸转变成葡萄糖 1 磷酸 葡萄糖 1 磷酸 磷酸葡萄糖变位酶 葡萄糖 6 磷酸 UDPG可看作 活性葡萄糖 在体内充作葡萄糖供体 PPi UDPG焦磷酸化酶 3 葡萄糖 1 磷酸转变成尿苷二磷酸葡萄糖UDPG 1 磷酸葡萄糖 尿苷二磷酸葡萄糖 uridinediphosphateglucose UDPG 糖原n UDPG 糖原n 1 UDP 糖原合酶限速酶 4 1 4 糖苷键式结合 糖原n为原有的细胞内的较小糖原分子 称为糖原引物 primer 作为UDPG上葡萄糖基的接受体 5 糖原分支的形成 分支酶 branchingenzyme 葡萄糖 ATP ADP 葡糖 6 磷酸 磷酸葡糖变位酶 葡糖 1 磷酸 UTP PPi UDPG UDPG焦磷酸化酶 葡萄糖激酶 R引物 非还原端 R 1 4葡萄糖链 分支酶 糖原 糖原合酶限速酶 糖原代谢的调节 糖原合酶是糖原合成的限速酶糖原磷酸化酶是糖原分解的限速酶两者的活性受磷酸化和脱磷酸化的共价修饰及变构效应的调节糖原合酶磷酸化 无活性糖原磷酸化酶磷酸化 有活性 糖原代谢的调节 激素调节 胰岛素 促进糖原合成 抑制糖异生 降低血糖 肾上腺素 胰高血糖素 肾上腺皮质激素 生长素 促进糖原降解 糖异生 升高血糖 肝对糖代谢的调节 以肝糖原形式贮存葡萄糖 避免葡萄糖过量摄入全身循环而致血糖增高空腹时肝可将贮存的糖原分解来补充血糖可将甘油 乳酸 氨基酸等小分子物质通过糖异生转变为葡萄糖以满足机体维持血糖浓度的恒定 肌肉对糖代谢的调节 贮存糖原 肌糖原乳酸循环 肌糖原分解产生大量乳酸 乳酸经血液循环至肝 经糖异生作用转变为葡萄糖或肝糖原 葡萄糖经血液循环运至肌肉 被肌肉分解利用或合成肌糖原贮存 乳酸循环 Cori循环 葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乳酸 乳酸 丙酮酸 血液 乳酸再利用 避免了乳酸的损失 防止