柠檬酸循环与糖异生

葡萄糖,丙酮酸,乙酰-CoA,乳酸,乙醇,EMP,丙酮酸氧化,TCA,第12章 柠檬酸循环 -糖的有氧分解,第一节 丙酮酸氧化,丙酮酸脱氢酶复合物,E1丙酮酸脱氢酶E2二氢硫辛酰转乙酰基酶E3二氢硫辛酰脱氢酶,一类催化两个或多个顺序反应步骤的酶非共价结合在一起的酶复合物。,多酶复合物,5种辅酶,硫辛酸,二氢硫辛酸脱氢酶,E1 丙酮酸氧化脱羧,丙酮酸脱氢酶,二氢硫辛酰转乙酰基酶,E3 将还原型硫辛酰胺转变为氧化型,E2 将乙酰基转移给CoA,氧化型E3的再生,羰基碳带正电性,羟乙基-TPPE1,羟乙基上稳定的负碳离子,带正电荷的氮原子起电子陷阱作用,1、丙酮酸氧化脱羧,（1）发生在TPP辅基的催化反应,（2）羟乙基氧化形成乙酰基,*,*,还原二硫键，羟乙基氧化成乙酰基并转移至E2上,乙酰二氢硫辛酰胺E2,TPPE1,TPP回复原状,（2）羟乙基氧化形成乙酰基,2、乙酰基转移至CoA分子上形成乙酰-CoA,+,二氢硫辛酰胺E2,乙酰CoA,高能硫酯键,酯基转移反应,3、氧化型硫辛酰胺的再生,4、还原型E3的再氧化,共价修饰调节酶活（E1）：E2分子上结合着激酶和磷酸酶。磷酸 化E1使之失活，去磷酸化使之活化。,别构调节酶活：激活CoA、AMP(低能荷)、 NAD+、Ca2+ (竞争性）抑制乙酰-CoA、 ATP（高能荷） NADH+H+、,丙酮酸脱氢酶复合物,第二节 柠檬酸循环,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,-酮戊二酸,柠檬酸,异柠檬酸,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合物,琥珀酰-CoA,琥珀酰-CoA合成酶,琥珀酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸反式丁烯二酸,延胡索酸酶,L-苹果酸,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,乙酰-CoA,H. A. Krebs,两个亚基构成的二聚体,酶与草酰乙酸结合,由每个亚基的两个结构域构成一个疏水缝隙。,结构域发生旋转裂缝合拢,暴露出乙酰-CoA的结合部位,柠檬酸合酶的“诱导契合”模型,柠檬酸合酶的催化反应,Asp,His残基碱性催化夺质子，形成负碳离子,硫酯键使烯醇式负碳离子通过共振保持稳定,负碳离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击(立体专一性）,有序地动态催化反应,别构调节酶活：激活乙酰CoA、草酰乙酸、 ADP 、 NAD+（低能荷） 抑制ATP、NADH+H+（高能荷）、琥珀酰-CoA、脂酰-CoA,柠檬酸合酶的调节,伯醇，易氧化,顺乌头酸酶的催化反应,来自草酰乙酸,叔醇，不易氧化,水分子加入方式,90%,6%,4%,柠檬酸,异柠檬酸,致死性合成反应,杀虫剂、灭鼠药、有毒植物的叶子多含氟乙酸,由氟乙酸形成的氟乙酰-CoA被柠檬酸合成酶催化与草酰乙酸缩合生成氟柠檬酸，它取代柠檬酸结合到乌头酸酶的活性中心，产生不可逆抑制。由氟乙酰-CoA形成氟柠檬酸的反应称致死性合成反应,氟乙酸,氟柠檬酸,异柠檬酸脱氢酶的催化反应,异柠檬酸,-酮戊二酸,第一次脱羧,异柠檬酸脱氢酶,来自草酰乙酸,Mn2：使新形成的羰基极化，促使了邻近碳碳键的断裂。,脱羧,异柠檬酸脱氢酶的调节,别构调节酶活： 激活异柠檬酸、Ca2+、ADP、NAD+（低能荷） 抑制ATP、NADH+H+（高能荷）,共价修饰调节酶活： 活性部位Ser113若被磷酸化，就直接抑制了酶与异柠檬酸底物的结合。,-酮戊二酸脱氢酶E1琥珀酰转移酶E2二氢硫辛酸脱氢酶E35种辅因子（TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA）,-酮戊二酸脱氢酶系的催化反应,高能硫酯化合物,第二次脱羧,来自草酰乙酸,别构调节酶活： 激活 Ca2+、NAD+、低能荷 抑制 琥珀酰-CoA、NADH+H+、ATP（高能荷）,但-酮戊二酸脱氢酶E1不受磷酸化的共价调节！,-酮戊二酸脱氢酶系的调节,琥珀酰-CoA合成酶,琥珀酰-CoA合成酶的催化反应,底物水平磷酸化,GTP,高能硫酯化合物,琥珀酸脱氢酶,成烯反应,琥珀酸,延胡索酸,碳碳键氧化释放的自由能不足以使电子转移到NAD+,琥珀酸脱氢酶的催化反应,琥珀酸脱氢酶上组氨酸残基与FAD第8位碳原子共价相连,琥珀酸脱氢酶的辅基是FAD,琥珀酸脱氢酶是TCA循环中唯一嵌入线粒体内膜的酶,琥珀酸脱氢酶,琥珀酸,延胡索酸,琥珀酸脱氢酶的抑制剂,琥珀酸的结构类似物，琥珀酸脱氢酶的强抑制剂。,延胡索酸酶,延胡索酸,L-苹果酸,苹果酸脱氢酶,第三节 糖有氧分解的调节,糖的有氧分解是机体获得能量的主要方式，其速度受机体对ATP需求量的调节。三个阶段都有调节点 A、糖酵解酶系 己糖激酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶 B、丙酮酸脱氢酶系的调节 C、三羧酸循环酶系 柠檬酸合酶、 异柠檬酸脱氢酶系 -酮戊二酸脱氢酶系,ATP、ADP和Ca2+对柠檬酸循环的调节,TCA循环总观,乙酰-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA-SH,两次脱羧（来自草酰乙酸的碳原子）,四次氧化脱氢,一次底物水平磷酸化,TCA生物学意义,1、供能,2、提供多种有机物完全氧化的途径（主要）,3、两用代谢途径,柠檬酸循环中间物的回补,1、草酰乙酸的补充,2、苹果酸 的补充,丙酮酸,苹果酸,草酰乙酸,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,葡萄糖经不同脱氢途径后的产能效率,产能形式,EMP,HMP,EMP+TCA,底物水平,ATP,GTP,NADPH+H+,NADH+H+,FADH2,净产ATP,2,2,12,35,6-8,2,2,2+8,2,36-38,G磷酸化消耗1个ATP,为什么不同组织氧化Glucose产生的ATP 有差异？,3-磷酸甘油醛 （脱氢） NADH + H+ 胞浆(不能自由进入线粒体内膜) 磷酸甘油穿梭 苹果酸穿梭 (苹果酸-天冬氨酸穿梭) FADH2 NADH + H+ (骨骼肌,脑组织) (肝,肾,心等组织),磷酸甘油穿梭,线粒体内膜,胞浆,基质,NAD+ 3-磷酸甘油,NADH 磷酸二羟丙酮H+,3-磷酸甘油 FAD,磷酸二羟丙酮 FADH2,磷酸甘油脱氢酶辅酶 NAD+,磷酸甘油脱氢酶辅酶 FAD,(骨骼肌,脑组织),磷酸甘油脱氢酶辅酶 FAD,苹果酸穿梭,线粒体膜,胞浆,基质,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,草酰乙酸,谷氨酸,谷氨酸,天冬氨酸,天冬氨酸,-酮戊二酸,-酮戊二酸,苹果酸脱氢酶(肝,肾,心等组织) 辅酶 NAD+,NAD+,NAD+,NADHH+,NADHH+,GOT,化学渗透学说：（1961年Peter.Mitchell）：呼吸链存在于线粒体内膜，当氧化进行时，电子传递的自由能起质子泵的作用，质子从线粒体的基质部位被泵到线粒体的膜间空隙，形成了质子浓度内低外高的浓度梯度（PH差1.4），从而产生了跨膜的化学电位差，此电化学能用于ADP与磷酸合成ATP。,影响氧化磷酸化的因素,呼吸链抑制剂 :阻断呼吸链中某些部位电子传递。 复合物I: 鱼藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A（piericidin A）等； 复合物II: 噻吩甲酰，三氟丙酮，丙二酸 复合物III：抗霉素A（antimycin A）等 复合物IV：CO,CN- ,N3等,（一）抑制剂,鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥,抗霉素A二巯基丙醇,CO、CN-、N3-及H2S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,噻吩甲酰三氟丙酮,2. 解偶联剂： 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。是一些脂溶性的具有质子或离子转运载体功能分子。如： H+载体： 二硝基苯酚（dinitrophenol, DNP） 三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（FCCP）， 解偶联蛋白(uncoupling protein) K+离子载体：缬氨霉素等,解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）,Q,胞液侧,基质侧,解偶联 蛋白,3. 氧化磷酸化抑制剂 : 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素（oligomycin）可阻止质子从Fo质子通道回流，抑制ATP生成,寡霉素,第十四章 糖原代谢和糖异生作用,糖异生,糖原合成,糖原降解,第一节 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、糖原的分解 (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。,二、糖原的合成（5步）,糖原合成酶,糖原分支酶,大分子葡萄糖聚合物,糖原,葡萄糖 6磷酸葡萄糖,G-1-P,UDPG,ATP,UTP,P.P,UDP,ATP,ADP,引物上每接上一个G要消耗2分子ATP,在非还原性末端形成-1,4糖苷键。,形成-1,6糖苷键。非还原性末端增加,己糖激酶,变位酶,磷酸尿苷酰转移酶,三、糖原合成与糖原分解的调节,糖原合成酶,糖原磷酸化酶,共价修饰,别构效应,（磷酸化/去磷酸化）,激活,激活,抑制,抑制,磷酸化,去磷酸化,磷酸化,去磷酸化,6-P-G,AMP,调节方式,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。,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、血糖及其调节,正常人空腹时血糖浓度是相当恒定的 ，维持在4.5-5.5mmol/L (70-110mg/100ml)之间 （一） 血糖的来源与去路 食物中的糖 氧化分解供能 肝糖原的分解 血糖 合成糖原 肝中糖异生作用 转化为非糖物质 随尿排出,（二）激素对血糖的调节,血糖升高作用：胰高血糖素，肾上腺素，糖皮质激素血糖降低作用：胰岛素 高血糖（7.28mmol/L, 肾糖阈值8.96mmol/L,糖尿病）糖尿病症状 胰岛素分泌不足，糖代谢紊乱受阻， 糖排出带走大量水分,口渴 多食,多饮,多尿,体重减少 糖代谢障碍，增强脂肪和蛋白质分解，消瘦 低血糖（昏迷）（3.92 mmol/L）胰岛-细胞增多或癌症等使胰岛素分泌增多,级联放大作用,如肾上腺素10-8-10-10 mol/L 肝细胞，在细胞内cAMP最高浓度可达10-6 mol/L 引起了强烈的效应，能产生5mmol/L葡萄糖。整个过程（几秒钟）的信号逐级放大了约几万倍，这种作用称级联放大作用。,蛋白激酶,磷酸化酶激酶,磷酸化酶,cAMP,ATP,G蛋白,第二节 糖异生(gluconeogenesis)作用和Cori循环,糖异生作用是指以非糖物质为前体合成葡萄糖的过程。人脑以葡萄糖作为主要的燃料需120 g/日葡萄糖 人体总需求160 g/日葡萄糖主要来源于游离葡萄糖和糖原 饥饿状态或机体剧烈运动时，为维持一定的血糖浓度，糖异生作用加强。,糖异生作用,糖异生作用与糖酵解的关系糖异生的途径: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,糖异生作用的总反应,两分子丙酮酸形成一分子葡萄糖的总反应 2丙酮酸+ 4ATP + 2GTP + 2NADH + 6H2O 葡萄糖+ 4ADP+2GDP+2NAD+ + 6Pi,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 糖异生作用对维持TCA循环的正常进行起主要作用，如补充草酰乙酸等,减轻或消除代谢性酸中毒,可立氏循环-Cori循环,肝 肌肉葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖异生 糖酵解丙酮酸 丙酮酸 乳酸脱氢酶 乳酸脱氢酶 乳酸 乳酸,NADH+H+ NADH+H+,NAD+ NAD+,乳酸浓度以及其他葡萄糖前体的浓度对糖异生起调节作用,糖异生作用的调节,ATP和柠檬酸（TCA循环）是其别构抑制剂磷酸果糖激酶 2，6-二磷酸果糖、AMP是其别构激活剂,果糖1，6二磷酸酶,柠檬酸，低浓度的2，6-二磷酸果糖,丙酮酸激酶的调节,ATP是其别构抑制剂,丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,ATP，丙氨酸,糖异生作用的调节,1丙酮酸羧化酶，别构酶，ADP别构抑制剂 ATP 乙酰COA草酰乙酸TCA循环 ATP 丙酮酸，草酰乙酸