第22-23章糖酵解和柠檬酸循环

1、第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第第22-23章章 糖酵解和柠檬酸循环糖酵解和柠檬酸循环第22-23章糖酵解和柠檬酸循环1 糖酵解糖酵解1.1糖酵解糖酵解（glycolysis） ：在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成2分子分子丙酮酸并提供能量丙酮酸并提供能量(ATP)的过程。的过程。它是各种生物细胞中葡萄糖分解产生能量的它是各种生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。共同代谢途径。第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第22-23章糖酵

2、解和柠檬酸循环糖酵解途径糖酵解途径动画动画ADPATPADPATP第22-23章糖酵解和柠檬酸循环n糖酵解糖酵解:葡萄糖葡萄糖 + 2ADP + 2Pi +2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸 + 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O两个阶段：两个阶段：n准备阶段准备阶段( (前前5 5步步) )：葡萄糖葡萄糖2 2个磷酸三碳糖个磷酸三碳糖+ +消耗消耗2ATP2ATPn实施阶段实施阶段( (后后5 5步步) )：2 2个磷酸三碳糖个磷酸三碳糖2丙酮酸丙酮酸+ +产生产生4ATP4ATP n场所：细胞质场所：细胞质n催化酶：由催化酶：由1010种酶催化，关键酶是己糖激酶、磷酸果种酶催化，关键酶

3、是己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。大部分过程中都需要糖激酶和丙酮酸激酶。大部分过程中都需要MgMg2+2+。第22-23章糖酵解和柠檬酸循环准备阶段准备阶段（The preparatory phase of glycolysis）第22-23章糖酵解和柠檬酸循环实施阶段（实施阶段（The payoff phase of glycolysis）ADPATPADPATP第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第第1阶段：阶段： 葡萄糖被磷酸化形成葡萄糖被磷酸化形成6-磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖（G-6-P）需需ATP供能，第一个限速步骤供能，第一个限速步骤,不可逆。不可逆。 由己糖激酶或葡萄糖激酶催化。由

4、己糖激酶或葡萄糖激酶催化。己糖激酶：第一个调节酶，己糖激酶：第一个调节酶， 受受6-磷酸葡萄糖的别构抑制。磷酸葡萄糖的别构抑制。第22-23章糖酵解和柠檬酸循环主要用于糖的合成主要用于糖的合成 主要用于糖的分解主要用于糖的分解 用途用途 不受不受G-6-P抑制抑制 受受G-6-P抑制抑制 抑制抑制 Km高，亲和力低高，亲和力低 Km低，亲和力高低，亲和力高 对对G的亲和力的亲和力 G G、F等等 底物底物 肝脏肝脏 不同组织不同组织 分布分布 葡萄糖激酶葡萄糖激酶 已糖激酶已糖激酶I、II、III 第22-23章糖酵解和柠檬酸循环两方面意义：两方面意义：糖经磷酸化后容易参与代谢；糖经磷酸化后容

5、易参与代谢；保糖机制：磷酸化糖不能透过细胞质膜。保糖机制：磷酸化糖不能透过细胞质膜。第22-23章糖酵解和柠檬酸循环葡萄糖诱导契合诱导契合第22-23章糖酵解和柠檬酸循环由由6-磷酸葡萄糖异构化成磷酸葡萄糖异构化成6-磷酸果糖（磷酸果糖（F-6-P）12第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 6-磷酸果糖磷酸化成磷酸果糖磷酸化成1,6-二磷酸果糖（二磷酸果糖（F-1,6-2P） 需需ATP供能，第二个限速步骤，不可逆，供能，第二个限速步骤，不可逆，Mg2+参加。参加。 第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 F-1,6-2P裂解成裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮123456123

6、456第22-23章糖酵解和柠檬酸循环3 21456An aldehydeA ketone第22-23章糖酵解和柠檬酸循环123123 磷酸二羟丙酮异构成磷酸二羟丙酮异构成3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛第22-23章糖酵解和柠檬酸循环123456123456123123第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第第2阶段：阶段： 3-磷酸甘油醛氧化成磷酸甘油醛氧化成1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸（1,3-DPG）n辅酶辅酶NAD+第22-23章糖酵解和柠檬酸循环磷酸解作用高能中间产物P753-磷酸甘油醛脱氢酶作用机理第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第一个底物水平磷酸化第一个底物水平磷酸化 1,3-二磷酸甘油

7、酸二磷酸甘油酸转变成转变成3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸第22-23章糖酵解和柠檬酸循环n底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation):在底物氧化还原过程中，分子内部能量重新在底物氧化还原过程中，分子内部能量重新分布，使无机磷酸酯化形成高能磷酯键，分布，使无机磷酸酯化形成高能磷酯键，后者在酶的作用下将能量转给后者在酶的作用下将能量转给ADP，生成，生成ATP。第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 3-磷酸甘油酸变成磷酸甘油酸变成2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸n需需Mg2+参加。参加。第22-23章糖酵解和柠檬酸循环2,3-bisphosphoglycerate

8、: both a coenzyme and an intermediate第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） 第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第三个限速步骤，不可逆第三个限速步骤，不可逆 PEP转变成丙酮酸转变成丙酮酸第22-23章糖酵解和柠檬酸循环1.2 糖酵解过程中糖酵解过程中ATP的生成和消耗的生成和消耗 2 ATP + 2 NADH2 ATP + 2 NADH 35ATP葡萄糖葡萄糖 + 2ADP + 2Pi +2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸 + 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O第22-23章糖

9、酵解和柠檬酸循环糖酵解途径糖酵解途径ADPATPADPATP第22-23章糖酵解和柠檬酸循环1.3 丙酮丙酮酸的去路酸的去路第22-23章糖酵解和柠檬酸循环有氧时有氧时 生成乙酰辅酶生成乙酰辅酶A第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 生成乳酸生成乳酸n厌氧菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时性缺氧等。厌氧菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时性缺氧等。第22-23章糖酵解和柠檬酸循环糖酵解中糖酵解中NAD+的再生的再生 第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 生成乙醇生成乙醇 酵母细胞酵母细胞n脱羧，辅酶：脱羧，辅酶：焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)n脱氢，脱氢，NADH第22-23章糖酵解和柠檬酸循环含硫的噻唑环

10、和含氨基的嘧啶环。TPP(硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸)第22-23章糖酵解和柠檬酸循环糖酵解的能量变化糖酵解的能量变化苹果酸天冬氨酸穿梭系统进入苹果酸天冬氨酸穿梭系统进入甘油磷酸穿梭系统甘油磷酸穿梭系统第22-23章糖酵解和柠檬酸循环1.4 糖酵解的调控糖酵解的调控n三个不可逆反应三个不可逆反应: 己糖激酶己糖激酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶第22-23章糖酵解和柠檬酸循环控制糖酵解的入口控制糖酵解的入口G G-6-P己糖激酶己糖激酶- 己糖激酶的调控己糖激酶的调控己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受到葡萄糖己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受到葡萄糖-6-磷酸的抑制。磷酸的

11、抑制。第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 磷酸果糖激酶的调控磷酸果糖激酶的调控n磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶(PFK-1 ,Phosphofructokinase-1 )糖酵解中最关键的限速酶。糖酵解中最关键的限速酶。果糖果糖2，6-二磷酸二磷酸果糖果糖6-磷酸磷酸果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 ATP即是底物，也是别构抑制剂，使酶对即是底物，也是别构抑制剂，使酶对F-6-P 亲和力降低。亲和力降低。 AMP是别构激活剂是别构激活剂第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 柠檬酸柠檬酸酶的抑制剂：反馈抑制酶的抑制剂：反馈抑制 (feedback inhibition)被被H+抑

12、制抑制可防止肌肉中形成过量的乳酸而使血液酸中毒。可防止肌肉中形成过量的乳酸而使血液酸中毒。第22-23章糖酵解和柠檬酸循环果糖果糖2，6-二磷酸二磷酸别构激活剂，增加对底物别构激活剂，增加对底物的亲和力。的亲和力。F-6-PF-2,6-2P果糖果糖-2，6-二磷酸酶二磷酸酶n磷酸果糖磷酸果糖激酶激酶-2(PFK-2 或或FBPase-2) n双功能酶双功能酶n受胰高血糖素的调控受胰高血糖素的调控第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 丙酮酸激酶的调控丙酮酸激酶的调控n果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸:别构激活别构激活起活化作用，与磷酸果糖激酶协调，加速酵解。起活化作用，与磷酸果糖激酶协调，加速酵解。前馈

13、激活（前馈激活（feed-forward activation）nATP:别构抑制别构抑制n丙氨酸丙氨酸控制糖酵解的出口控制糖酵解的出口第22-23章糖酵解和柠檬酸循环2 柠檬酸循环柠檬酸循环2.1 柠檬酸循环途径柠檬酸循环途径2.1.1 基本概念基本概念n柠檬酸循环柠檬酸循环:（citrate cycle，三羧酸循环，三羧酸循环tricarboxylic acid cycle，TCA循环，循环，Krebs循环）循环）在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为CO2和水，同时释放能量。和水，同时释放能量。n由英国生化学家由英国生化学家Hans

14、Krebs发现发现第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第22-23章糖酵解和柠檬酸循环柠檬酸合酶柠檬酸合酶第22-23章糖酵解和柠檬酸循环2.1.2 丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶A n在线粒体内，不可逆反应在线粒体内，不可逆反应丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体第22-23章糖酵解和柠檬酸循环n丙酮酸脱氢酶复合体的组成：丙酮酸脱氢酶复合体的组成： 丙酮酸脱氢酶（丙酮酸脱氢酶（E E1 1） 二氢硫辛酸转乙酰酶（二氢硫辛酸转乙酰酶（E E2 2） 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶 （E E3 3）n酶的辅助因子酶的辅助因子: : NAD NAD+ +VPPVPP F

15、AD FAD VBVB2 2 辅酶辅酶A A（CoACoA）泛酸泛酸 硫胺素焦磷酸（硫胺素焦磷酸（TPPTPP）VBVB1 1 硫辛酰胺硫辛酰胺硫辛酸硫辛酸 MgMg2+2+第22-23章糖酵解和柠檬酸循环缩写缩写辅基辅基催化反应催化反应丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶TPP二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺乙酰转移酶乙酰转移酶将乙酰基转移到将乙酰基转移到CoA二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺脱氢酶脱氢酶FAD将还原型将还原型大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成 第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第22-23章糖酵解和柠檬酸循环二氢硫辛酸转乙酰酶：二氢硫辛酸转乙酰酶：2424个亚基（个亚基（3

16、 3个个8 8聚体）聚体）(Science,1992)4 4个亚基个亚基第22-23章糖酵解和柠檬酸循环1.脱羧，生成羟乙基脱羧，生成羟乙基TPP，由，由E1催化。催化。丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶羟乙基羟乙基-TPP第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第22-23章糖酵解和柠檬酸循环2.羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺。由羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺。由E2催化。催化。E2E2乙酰乙酰-二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺羟乙基羟乙基-TPP3.乙酰基转给辅酶乙酰基转给辅酶A形成乙酰辅酶形成乙酰辅酶A。由。由E2催化。催化。E2E2乙酰辅酶乙酰辅酶A二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺乙酰转移酶乙酰转移酶Mg2

17、+第22-23章糖酵解和柠檬酸循环4.氧化硫辛酰胺，生成氧化硫辛酰胺，生成FADH2。由。由E3催化。催化。E2E2二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶5.氧化氧化FADH2，生成，生成NADH。FADH2-E3 + NAD+ FAD-E3 + NADH + H+ 第22-23章糖酵解和柠檬酸循环反应过程反应过程 第22-23章糖酵解和柠檬酸循环第22-23章糖酵解和柠檬酸循环丙酮酸脱氢酶复合体的调节丙酮酸脱氢酶复合体的调节a.变构调节：乙酰变构调节：乙酰CoA抑制抑制E2, NADH抑制抑制E3 磷酸化失活；胰岛素和磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其失去磷促进其失去磷酸化，使其活性增加。酸化

18、，使其活性增加。b.b.共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶激酶共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶激酶第22-23章糖酵解和柠檬酸循环2.1.3 柠檬酸循环途径柠檬酸循环途径 n线粒体基质线粒体基质n由由8种酶催化完成。种酶催化完成。n由乙酰辅酶由乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合开始，经过一连串反和草酰乙酸缩合开始，经过一连串反应使一分子乙酰基完全氧化应使一分子乙酰基完全氧化,再生成草酰乙酸而完成再生成草酰乙酸而完成一个循环。一个循环。 每循环一次，经历两次脱羧，使乙酰辅酶每循环一次，经历两次脱羧，使乙酰辅酶A氧化生氧化生成成CO2和水。和水。第22-23章糖酵解和柠檬酸循环柠檬酸合酶柠檬酸合酶第22-23章糖酵解和柠

19、檬酸循环第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 柠檬酸的合成柠檬酸的合成 反应不可逆反应不可逆,第一个调节酶。第一个调节酶。柠檬酸合酶柠檬酸合酶第22-23章糖酵解和柠檬酸循环二聚体草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰-CoA构象改变第22-23章糖酵解和柠檬酸循环异柠檬酸的生成：两步均为可逆反应异柠檬酸的生成：两步均为可逆反应第22-23章糖酵解和柠檬酸循环反应不可逆，第二个调节酶。反应不可逆，第二个调节酶。第一个氧化脱羧第一个氧化脱羧 异柠檬酸被氧化脱羧生成异柠檬酸被氧化脱羧生成-酮戊二酸酮戊二酸 第22-23章糖酵解和柠檬酸循环-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoAn反应不可逆反应不

20、可逆n第二个氧化脱羧第二个氧化脱羧第22-23章糖酵解和柠檬酸循环n-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶复合体的组成：脱氢酶复合体的组成： -酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶（脱氢酶（E E1 1） 转琥珀酰酶转琥珀酰酶（E E2 2）核心核心 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶 （E E3 3）n酶的辅助因子酶的辅助因子: : NAD NAD+ +VPPVPP FAD FAD VBVB2 2 辅酶辅酶A A（CoACoA）泛酸泛酸 硫胺素焦磷酸（硫胺素焦磷酸（TPPTPP）VBVB1 1 硫辛酰胺硫辛酰胺硫辛酸硫辛酸 MgMg2+2+第22-23章糖酵解和柠檬酸循环琥珀酰琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸n唯一直接产生高能磷

21、酸键的反应（底物磷酸化）唯一直接产生高能磷酸键的反应（底物磷酸化）n哺乳动物：哺乳动物：GTP；植物和细菌：；植物和细菌：ATP第22-23章糖酵解和柠檬酸循环琥珀酸氧化成延胡索酸琥珀酸氧化成延胡索酸丙二酸是很强的竞争性抑制丙二酸是很强的竞争性抑制剂剂第三个氧化还原反应第三个氧化还原反应反丁烯二酸反丁烯二酸第22-23章糖酵解和柠檬酸循环n反式加成，生成反式加成，生成L型苹果酸。型苹果酸。 延胡索酸生成延胡索酸生成L-苹果酸苹果酸第22-23章糖酵解和柠檬酸循环 L-苹果酸生成草酰乙酸苹果酸生成草酰乙酸第四个氧化还原反应第四个氧化还原反应第22-23章糖酵解和柠檬酸循环柠檬酸循环柠檬酸循环 柠

22、檬酸合酶柠檬酸合酶第22-23章糖酵解和柠檬酸循环三羧酸循环的总反应式三羧酸循环的总反应式 CH3COSCoA3NADFADGDPPi2H2O 2CO23NADH3HFADH2GTPCoASH 第22-23章糖酵解和柠檬酸循环2.1.4 柠檬酸循环的特点柠檬酸循环的特点n线粒体基质。线粒体基质。n加入加入2C以以2个个CO2释放，参与反应的物质没减少。释放，参与反应的物质没减少。n消耗了两个水。消耗了两个水。n共有共有4步脱氢反应步脱氢反应,生成生成3个个NADH 和和1个个FADH2 进进入呼吸链。入呼吸链。n柠檬酸循环严格需氧。柠檬酸循环严格需氧。第22-23章糖酵解和柠檬酸循环从乙酰从乙

23、酰CoA开始开始 （7） GTP 1ATP（4），（），（6），（），（10） 3NADH 32.5ATP（8） 1FADH2 1.5ATP10ATP从丙酮酸开始从丙酮酸开始 2.5+10=12.5ATP从葡萄糖开始从葡萄糖开始 7ATP(or 5ATP)+ 12.5ATP2=32ATP(or 30ATP)第22-23章糖酵解和柠檬酸循环P107 2.2能量计算- 葡萄糖葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量彻底氧化分解所释放的能量NADH 1.5或或2.5 +3 或或5NADH 2.5 + 5NADH 2.5 +5NADH 2.5 +5NADH 2.5 +5FADH2 1.5 +330或或321.5或或2.56C3C1 ATP1 ATP1 GTP(ATP)2 细胞液细胞液线粒体线粒体线粒体线粒体1 ATP1 ATP第22-23章糖酵解和柠檬酸循环n柠檬酸合酶：柠檬酸合酶：抑制：抑制： ATP和和NADH ，琥珀酰，琥珀酰CoA，柠檬酸，柠檬酸激活：激活： ADPn异柠檬酸脱氢酶：异柠檬酸脱氢酶：抑制：抑制： ATP激活：激活： ADP，Ca2+n-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶抑制：抑制： NADH ，琥珀酰，琥珀酰CoA激活：激活： Ca2+2.3 柠檬酸循环的调控柠檬酸循环的调控第22-23章糖酵解和柠檬酸循环柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊