612真题学长考研辅导生物化学

1、Chapter 4合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用）分解分解代谢代谢（异异化作用）化作用）生物小分子合成生物大分子生物小分子合成生物大分子需要能量需要能量释放能量释放能量生物大分子分解为生物小分子生物大分子分解为生物小分子物质物质代谢代谢二者相辅相成，研究物质代谢就是研究能量代谢二者相辅相成，研究物质代谢就是研究能量代谢糖类是多羟基醛、多羟基酮或其衍生物，或水解时能产生这些化合物的多聚物1.单糖2.寡糖3.多糖4.结合糖单糖 （monosaccharides ）单糖是最简单的，不再被水解成更小的糖单位。C(H2O)n， n=3-9 ，其中戊糖（pentose)和己糖(hexose）分布广

2、意义大。根据单糖中碳原子数目分为丙、丁、戊、己糖等；根据其结构特点又分为醛糖和酮糖。生物体内常见的单糖-醛糖生物体内常见的单糖-酮糖呋喃型果糖吡喃型葡萄糖寡糖是少数单糖（210个）的缩合产物。其中最重要的是双糖，双糖中常见的是蔗糖（sucrose）、麦芽糖(maltose)、乳糖(lactose)。寡糖(oligosaccharides )多糖是多个单糖基通过糖苷键连接而形成的高聚物。常见的有由一种类型的糖基组成的淀粉（starch）、糖原（glycogen）和纤维素（cellulose）等。多糖（polysaccharides）2.1 糖酵解 糖酵解是指葡萄糖在酶的作用下，在细胞质中经一系列

3、脱氢氧化分解成丙酮酸的过程。由于氧化分解没有氧气参与，故之为酵解。 G. Embden, O. Meyerhof, J. K. Parnas在研究糖酵解途径中作出了重大贡献，简称为EMP途径。 EMP的生化历程 分为两个阶段，共10个反应组成。第一阶段：第一阶段：耗能耗能第二阶段：第二阶段：放能放能葡萄糖的磷酸化(phosphorylation of glucose) 在己糖激酶作用下消耗ATP，使葡萄糖的第6位碳上被磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(G-6-P)，这不仅活化了葡萄糖，也有利于进一步参与合成与分解代谢，同时还能使进入细胞的葡萄糖不再逸出细胞 Mg2+是己糖激酶的激活剂，6-磷酸葡萄糖是

4、HK的反馈抑制物，己糖激酶是糖氧化反应过程的限速酶(rate limiting enzyme，key enzyme)。 己糖激酶的己糖激酶的“诱导契合诱导契合” 6-磷酸葡萄糖的异构反应(isomerization of glucose-6-phosphate) 6-磷酸果糖的磷酸化(phosphorylation of fructose-6-phosphate) 磷酸果糖激酶(phosphofructokinase, PFK)催化6-磷酸果糖第一位C上磷酸化生成1,6-二磷酸果糖，磷酸根由ATP供给。1，6-二磷酸果糖的裂解(cleavage of fructose1,6 di/bis ph

5、osphate)磷酸二羟丙酮的异构反应(isomerization of dihydroxyacetonephosphate) 3 - 磷 酸 甘 油 醛 的 氧 化 ( o x i d a t i o n o f glyceraldehyde-3-phosphate） 3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde 3-phosphatedehydrogenase)催化3-磷酸甘油醛氧化脱氢并磷酸化生成含有1个高能磷酸键的1,3-二磷酸甘油酸，反应脱下的氢和电子转给NAD生成NADH，磷酸根来自无机磷酸。该酶受到碘乙酸的抑制和该酶受到碘乙酸的抑制和砷酸盐的解偶联作用砷酸盐的解偶联作用 1

6、，3-二磷酸甘油酸的高能磷酸键转移反应 磷 酸 甘 油 酸 激 酶 ( p h o s p h a g l y c e r a t e kinase,PGK)催化1，3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸，同时其C1上的高能磷酸根转移给ADP生成ATP。 在底物氧化过程中，将底物分子中的高能磷酸基团直接转移给ADP，偶联生成ATP的反应称为底 物 水 平 磷 酸 化 ( s u b s t r a t e l e v e l phosphorylation)。 3-磷酸甘油酸的变位反应2-磷酸甘油酸的脱水反应F-能与能与Mg2+形成络合物并结合在酶分子上而抑制酶的活性形成络合物并结合在酶分子上而抑

7、制酶的活性 磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移 在丙酮酸激酶(pyruvate kinase, PK)催化下，磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至ADP生成ATP，这是第二次底物水平的磷酸化过程。丙酮酸的三种去向 糖酵解途径中己糖激酶(HK)，磷酸果糖激酶-1(PFK-1)和丙酮酸激酶(PK)是主要的限速酶，调节着糖酵解的速度，以满足细胞对ATP和合成原料的需要。1、磷酸果糖激酶 三个限速酶中起决定作用的是催化效率最低的酶PFK。因此它是一个限速酶，酵解速度主要决定于其活性。 6-磷酸果糖、ADP和AMP是磷酸果糖激酶的别构激活剂，而ATP、柠檬酸、脂肪酸等是该酶的别构抑制剂。 糖酵解的调节2、己糖激

8、酶 己糖激酶的别构抑制剂为其产物6-磷酸葡萄糖。当磷酸果糖激酶活性被抑制时，底物6-磷酸果糖积累，进而使6-磷酸葡萄糖的浓度升高，从而引起己糖激酶活性下降。 3、丙酮酸激酶丙酮酸激酶 丙酮酸激酶具有变构酶性质，高浓度ATP、丙氨酸、乙酰CoA等代谢物抑制其活性，这是生成物对反应本身的反馈抑制。当ATP的生成量超过细胞自身需要时，通过丙酮酸激酶的别构抑制使糖酵解速度减低。cAMP激活的蛋白激酶也可使丙酮酸激酶磷酸化而失活。ADP是变构激活剂，Mg2+或K+可激活丙酮酸激酶的活性。糖酵解的过程糖酵解的过程 通过分子通过分子内结构的调内结构的调整整, 生成了枢生成了枢纽物质丙酮纽物质丙酮酸酸Summ

9、ary 1937年，H.A.Krebs以鸽胸肌为材料，研究丙酮酸有氧条件下在线粒体中被氧化分解为CO2，整个氧化分解过程构成一个循环，且反应中有三个羧基的有机酸，称为三羧酸循环，又称Krebs环。由于TCA中乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成了柠檬酸，又称为柠檬酸循环(citric acid cycle)。 EMP的终产物丙酮酸在有氧条件下丙酮酸进入线粒体，氧化分解为CO2的过程。 糖降解代谢大部分是在有氧条件下进行的，糖的有氧降解实际上是丙酮酸在有氧条件下的彻底氧化分解，因此无氧酵解和有氧氧化是在丙酮酸生成以后才分歧的。 丙酮酸在线粒体中的氧化可分为两个阶段： 丙酮酸氧化为乙酰CoA； 乙酰CoA

10、的乙酰基部分经过三羧酸循环氧化为CO2。 丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase system)催化丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA。 丙酮酸脱氢酶系是一个多酶复合体，位于线粒体内膜上。 由丙酮酸脱氢酶(E1)， 二氢硫辛酰转乙酰酶(E2)， 二氢硫辛酰脱氢酶(E3)3种酶组成。 多酶复合体形成了紧密相连的连锁反应机构，提高了催化效率。酶系催化的反应分5步进行。 涉及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和Mg2+等6种辅因子。乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸 在柠檬酸合酶(citrate synthase)催化下，乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸，此反应是

11、一个放能过程，反应不可逆。 乙酰CoA具有硫酯键，乙酰基有足够能量与草酰乙酸(oxaloacetate)的羧基进行醛醇型缩合。先从CH3CO基上除去一个H+，生成的阴离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击，生成柠檬酰CoA中间体，然后高能硫酯键水解放出游离的柠檬酸。异柠檬酸形成 在乌头酸酶催化下，柠檬酸脱水生成顺乌头酸，加水生成异柠檬酸。氟柠檬酸的致死机制氟柠檬酸的致死机制异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸 在异柠檬酸脱氢酶作用下，异柠檬酸氧化脱氢生成草酰琥珀酸(oxalosuccinate) 中间产物，再脱羧生成-酮戊二酸(-ketoglutarate)、NADH和CO2，此反应为-氧化脱羧，此酶需

12、要Mn2+作为激活剂。 -酮戊二酸氧化脱羧 在-酮戊二酸脱氢酶系作用下，-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA、NADH和CO2，反应过程完全类似于丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧，属于- 氧化脱羧，氧化产生的能量中一部分储存于琥珀酰CoA的高能硫酯键中。琥珀酸的生成 在琥珀酸硫激酶(succinate thiokinase)的作用下，琥珀酰CoA的硫酯键水解，生成琥珀酸，释放的自由能用于合成GTP。 在细菌和高等生物可直接生成ATP，在哺乳动物中，先生成GTP，再生成ATP，此时，琥珀酰CoA生成琥珀酸和辅酶A。底物水平磷酸化底物水平磷酸化琥珀酸脱氢生成延胡索酸 琥珀酸脱氢酶(succinate d

13、ehydrogenase)催化琥珀酸氧化成为延胡索酸。 琥珀酸脱氢酶结合在线粒体内膜上，而其他三羧酸循环的酶都存在于线粒体基质中。 琥珀酸脱氢酶含有铁硫中心和共价结合的FAD，来自琥珀酸的电子通过FAD和铁硫中心，然后进入电子传递链到O2。 丙二酸是琥珀酸的类似物，是琥珀酸脱氢酶强有力的竞争性抑制物，所以可以阻断TCA。苹果酸的生成 延胡索酸在延胡索酸酶的作用下水化生成苹果酸。 延胡索酸酶仅对延胡索酸的反式双键起作用，而对顺丁烯二酸(马来酸)无催化作用，因而是高度立体特异性的。草酰乙酸再生 在苹果酸脱氢酶(malic dehydrogenase)作用下，苹果酸脱氢氧化生成草酰乙酸。 NAD是脱

14、氢酶的辅酶，接受氢成为NADH。 草酰乙酸的回补主要途径丙酮酸的羧化丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸。PEP的羧化 PEP在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶作用下形成草酰乙酸。反应在胞液中进行，生成的草酰乙酸需转变成苹果酸后穿梭进入线粒体，然后再脱氢生成草酰乙酸。 化化天冬氨酸和谷氨酸转氨作用天冬氨酸和谷氨酸经转氨作用可形成草酰乙酸和-酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸、甲硫氨酸也可形成琥珀酰CoA。TCA中的化学计量和特点CO2的生成 TCA中有3次脱羧反应，通过脱羧作用生成CO2是机体内产生CO2的普遍规律，可见机体CO2的生成与体外燃烧生成CO2的过程截然不同。脱氢反应 三羧酸循环的5次脱氢

15、，其中4对氢原子还原NAD生成NADH，1对氢原子还原FAD生成FADH2，它们又经线粒体内递氢体系传递，最终与氧结合生成水，在此过程中释放出来的能量使ADP和Pi结合生成ATP。乙酰CoA进入循环与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，在三羧酸循环中有二次脱羧生成2分子CO2，与进入循环的二碳乙酰基的碳原子数相等，但是，以CO2方式失去的碳并非来自乙酰基的两个碳原子，而是来自草酰乙酸。TCA的生理意义 TCA是机体获取能量的主要方式。 TCA是物质代谢的枢纽。 TCA是两用代谢途径。合成代谢合成代谢TCATCA循环循环中间产物中间产物脂肪酸、氨基酸脂肪酸、氨基酸分解代谢产物分解代谢产物C C2 2O+HO+H2 2O+O+能量能量 在组织匀浆中加入碘乙酸或氟化物等EMP的抑制剂，仍有一定量的葡萄糖被氧化成水和CO2，同位素标记表明，葡萄糖的氧化首先发生在C1位，证明此过程不同于EMP途径1955年Racker和Gunsalus等发现了磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway，PPP)又称