王镜岩生物化学9糖代谢1考研必备学生物化学必备学习教案

1、会计学1王镜岩生物化学王镜岩生物化学9糖代谢糖代谢(dixi)1考研必备考研必备学生物化学必备学生物化学必备第一页，共101页。一、糖酵解作用(zuyng)的研究历史 1905年 Harden A和 Yang W J发现糖分解过程中生成(shn chn)磷酸酯，随后发现这一过程有辅酶参与。1897年Buchner 兄弟发现(fxin)糖转化为乙醇不需要活细胞。第1页/共101页第二页，共101页。30年代 Embden 和 Meyerhof对糖的无氧分解(fnji)进行深入研究，基本搞清了无氧分解(fnji)的途径，故这一途径也称作Embden - Meyerhof途径。第2页/共101页第三

2、页，共101页。二、糖酵解过程(guchng)概述 第3页/共101页第四页，共101页。四、糖酵解第一阶段的反应(fnyng)机制 第4页/共101页第五页，共101页。(一) 葡萄糖的磷酸化 己糖激酶是调控酶，受葡萄糖-6-磷酸的抑制。该酶催化的反应释放大量能量(nngling)，为不可逆反应。HexokinaseGlucoseInduced fit 己糖激酶(哺乳动物(brdngw)为单体酶,酵母为二聚体)有4种同工酶，同工酶主要存在于脑和肾，葡萄糖-6-磷酸对该酶有抑制作用，少量的无机磷可解除葡萄糖-6-磷酸的抑制作用，同工酶主要存在于骨骼肌和心肌，同工酶主要存在于肝脏和肾脏，同工酶

3、(葡萄糖激酶)只存在于肝脏，其合成受胰岛素的诱导。第5页/共101页第六页，共101页。葡萄糖-6-磷酸的代谢(dixi)途径第6页/共101页第七页，共101页。(二) 葡萄糖-6-磷酸(ln sun)异构化形成果糖-6-磷酸(ln sun) 人类(rnli)的磷酸葡萄糖异构酶为二聚体第7页/共101页第八页，共101页。(三) 果糖-6-磷酸(ln sun)形成果糖-1，6-二磷酸(ln sun) 磷酸果糖(gutng)激酶亚基的结构（四个亚基）白色为ATP，红色为果糖(gutng)-6-磷酸第8页/共101页第九页，共101页。 磷酸(ln sun)果糖激酶催化的反应不可逆，ATP是别构

4、抑制剂, F-2,6-BP是别构激活剂。两次磷酸(ln sun)化使葡萄糖转化为反应活性很高的F-1,6-BP，有利于随后的分解反应。 磷酸果糖激酶是关键的调控酶，有4个亚基，3种同工酶，同工酶A存在于骨骼肌和心肌，对磷酸肌酸、柠檬酸、无机磷酸的抑制作用最敏感(mngn)；同工酶B存在于肝脏和红细胞，对2,3-二磷酸甘油酸 (BPG) 的抑制作用最敏感(mngn)；同工酶C存在于脑中，对腺嘌呤核苷酸的作用最敏感(mngn)。第9页/共101页第十页，共101页。(四) 果糖-1，6-二磷酸(ln sun)转变为甘油醛-3-磷酸(ln sun)和二羟丙酮磷酸(ln sun) *第10页/共101

5、页第十一页，共101页。23970 = -8.314310lnKK=10-4FBPDHAP+G3P1-X X X若FBP为: 1mol/L10-4= X2 / (1 X) X=10-2若FBP为: 10-5mol/L10-4= X2 / (10-5 X) X=0.92 10-5 醛缩酶有多种同工酶，型醛缩酶存在于高等(godng)动植物，为四聚体,有3种同工酶，A主要存在于肌肉中，B主要存在于肝脏，C主要存在于脑组织， 3种同工酶均由4中不同的亚基组成。型醛缩酶存在于微生物，相对分子质量只有型醛缩酶的一半，含有二价金属离子。果糖-1，6-二磷酸浓度较低时，容易(rngy)转变为甘油醛-3-磷酸

6、和二羟丙酮磷酸。 第11页/共101页第十二页，共101页。果糖-1，6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸的反应(fnyng)机制第12页/共101页第十三页，共101页。(五) 二羟丙酮(bn tn)磷酸转变为甘油醛-3-磷酸 丙糖磷酸异构酶为四聚体，图中所示为单体的结构，红色(hngs)为二羟丙酮磷酸。反应(fnyng)机制第13页/共101页第十四页，共101页。五、酵解第二阶段(jidun)放能阶段(jidun)的反应机制 第14页/共101页第十五页，共101页。(一 ) 甘油醛-3-磷酸(ln sun)氧化成1，3-二磷酸(ln sun)甘油酸从兔的肌肉中分离的甘油醛-3

7、-磷酸(ln sun)脱氢酶有4个相同的亚基第15页/共101页第十六页，共101页。砷酸化合物迅速分解(fnji)，不能生成ATP第16页/共101页第十七页，共101页。(二) 1，3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团(j tun)形成ATP 第17页/共101页第十八页，共101页。(三) 3-磷酸甘油酸转变(zhunbin)为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位(bin wi)酶为二聚体酵母(jiom)的反应机制麦芽的反应机制第18页/共101页第十九页，共101页。(四) 2-磷酸甘油酸脱水生成(shn chn)磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶为二聚体(五) 磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生(chn

8、shng)一个ATP分子 丙酮酸激酶为四聚体，反应可以(ky)看作2步。第19页/共101页第二十页，共101页。A mechanism for the pyruvate kinase reaction: (a) a water on the Mg2+ ion coordinated to ADP is replaced by the phosphoryl group of PEP; (b) Mg2+ dissociates from the -P of ADP; (c) the phosphoryl group is transferred;and (d) the enolate of py

9、ruvate is protonated.第20页/共101页第二十一页，共101页。六、由葡萄糖转变(zhunbin)为两分子丙酮酸能量转变(zhunbin)的估算 第21页/共101页第二十二页，共101页。ATP的生成(shn chn)数第22页/共101页第二十三页，共101页。七、丙酮酸的去路(ql)和NAD+ 的再生第23页/共101页第二十四页，共101页。第24页/共101页第二十五页，共101页。九、其他(qt)六碳糖进入糖酵解途径 第25页/共101页第二十六页，共101页。半乳糖的代谢(dixi)途径缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶使晶状体半乳糖增高，引起白内障，严重(y

10、nzhng)时引起生长停滞，智力迟钝，甚至引起肝损伤导致死亡。第26页/共101页第二十七页，共101页。反应的乒乓(pngpng)动力学机制第27页/共101页第二十八页，共101页。甘油分解(fnji)的途径第28页/共101页第二十九页，共101页。基本要求1.熟悉糖酵解作用的研究(ynji)历史。2.掌握糖酵解过程的概况。（重点）3.熟悉糖酵解作用的反应过程。（难点）4.掌握糖酵解过程的能量计算。（重点）5.掌握丙酮酸的去路。（重点）6.掌握糖酵解作用的调节。（重点）7.熟悉其他六碳糖进入糖酵解的途径。第29页/共101页第三十页，共101页。柠柠檬檬酸酸循循环环(x(xnnhuhun

11、n) ) 第23章第30页/共101页第三十一页，共101页。一、柠檬酸循环概貌 又称三羧酸循环（Tricarboxylic acid cycle,TCA ），或Krebs循环，是物质(wzh)代谢的枢纽。第31页/共101页第三十二页，共101页。第32页/共101页第三十三页，共101页。二、丙酮酸进入(jnr)柠檬酸循环的准备阶段:形成乙酰-CoA E1：丙酮酸脱氢酶， E2：二氢硫辛酸转乙酰基酶， E3：二氢硫辛酸脱氢酶。有5种辅酶(f mi)参与反应。第33页/共101页第三十四页，共101页。催化丙酮酸转变为乙酰-CoA的反应(fnyng)步骤 第34页/共101页第三十五页，共1

12、01页。丙酮酸脱氢酶复合体的结构 12个丙酮酸脱氢酶二聚体 (PDH, E1,黄色)构成立方体，8个二氢硫辛酸转乙酰基酶三聚体 (TA, E2 ,粉色)构成另一个立方体，6个二氢硫辛酸脱氢酶二聚体 (DLD, E3 ,蓝色)与上述两个(lin )立方体相互嵌合，构成一个由60个亚基组成的复杂的复合体。第35页/共101页第三十六页，共101页。丙酮酸脱氢酶复合体的调控 E1被磷酸化活力降低，脱磷酸活力增高，乙酰-CoA竞争性抑制E2, NADH竞争性抑制E3。 亚砷酸盐及有机砷化合物抑制作用的机制(jzh)之一是使还原型硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。同样的机制(jzh)还可抑制-酮戊二酸脱氢

13、酶复合体。 活力活力(hul)降低降低第36页/共101页第三十七页，共101页。三、柠檬酸循环的反应机制(jzh) (一) 草酰乙酸(oxaloacetate)与乙酰-CoA缩合(condense)形成柠檬酸 反应(fnyng)不可逆.柠檬酸合酶为二聚体，图中所示为亚基的结构。草酰乙酸为黄色(hungs)，CoA为红色。ATP，NADH，琥珀酰- CoA， 酯酰-CoA抑制该酶的活性。第37页/共101页第三十八页，共101页。(二) 柠檬酸异构化形成(xngchng)异柠檬酸 乌头酸酶为二聚体，图中所示为活性部位的结构。铁硫串为红色(hngs)，半胱氨酸为黄色，异柠檬酸为白色。第38页/共

14、101页第三十九页，共101页。乌头酸酶的铁-硫串在反应(fnyng)中的作用氟乙酸形成(xngchng)的氟柠檬酸对乌头酸酶有抑制作用第39页/共101页第四十页，共101页。(三) 异柠檬酸氧化(ynghu)形成-酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶为四聚体（2）,图中所示的活性部位。异柠檬酸为绿色(l s)，NADP+为金色, Ca2+为红色。ADP，NAD是该酶的别构激活剂，ATP，NADH是该酶的别构抑制剂。第40页/共101页第四十一页，共101页。(四) -酮戊二酸氧化(ynghu)脱羧形成琥珀酰-CoA 该酶的结构(jigu)，催化及调控机制与丙酮酸脱氢酶相似。(五) 琥珀酰-CoA转化成

15、琥珀酸并产生一个(y )高能磷酸键琥珀酰-CoA合成酶为二聚体，反应的G大约为0，反应可逆。第41页/共101页第四十二页，共101页。Succinyl-CoASynthetase fromE. coliCoenzyme AHis246-Pi第42页/共101页第四十三页，共101页。(六) 琥珀酸脱氢(tu qn)形成延胡索酸 琥珀酸脱氢酶为二聚体，活性部位有铁硫串。琥珀酸脱氢(tu qn)的抑制剂第43页/共101页第四十四页，共101页。(七) 延胡索酸水合(shuh)形成L-苹果酸 延胡索酸酶为四聚体，有两种可能(knng)的反应机制。反应的G大约为0，反应可逆。第44页/共101页第

16、四十五页，共101页。(八) L-苹果酸脱氢(tu qn)形成草酰乙酸 苹果酸脱氢酶为二聚体，反应(fnyng)的G大约为0，反应(fnyng)可逆。L-苹果酸脱氢酶的结构(jigu)苹果酸为红色，NAD+为蓝色。第45页/共101页第四十六页，共101页。脱氢酶的作用(zuyng)脱氢酶的活性中心第46页/共101页第四十七页，共101页。乙酰-CoA碳原子在柠檬酸循环(xnhun)中的命运第47页/共101页第四十八页，共101页。第48页/共101页第四十九页，共101页。四、柠檬酸循环的化学总结算 柠檬酸循环有4个脱氢(tu qn)步骤,其中3对电子经NADH传递给氧,每对电子产生2.

17、5个ATP,一对电子经FADH2传递给氧,产生1.5个ATP,柠檬酸循环本身产生1个ATP,每次循环产生 7.5+1.5+1=10个ATP. 过去的计算是9+2+1=12个ATP. 第49页/共101页第五十页，共101页。五、柠檬酸循环(xnhun)的调控 第50页/共101页第五十一页，共101页。六. 乙醛酸途径(tjng) 第51页/共101页第五十二页，共101页。苹果酸合成酶的反应(fnyng)异柠檬酸裂解(li ji)酶的反应第52页/共101页第五十三页，共101页。第53页/共101页第五十四页，共101页。七、柠檬酸循环的双重(shungchng)作用柠檬酸循环提供多种合成

18、(hchng)代谢的中间物第54页/共101页第五十五页，共101页。第55页/共101页第五十六页，共101页。柠檬酸循环中间产物(chnw)的补充此外，乙醛酸途径 和氨基酸脱氨基均可生成(shn chn)柠檬酸循环的中间产物。第56页/共101页第五十七页，共101页。八、柠檬酸循环的发现历史 1937年Hans Krebs 提出柠檬酸循环的反应机制,其主要的依据有: Krebs 于1932年发现乙酸，琥珀酸，延胡索酸，苹果酸，柠檬酸，草酰乙酸可以促进组织匀浆或切片的氧化作用；Albert Szent-Gyoryi发现少量的四碳二羧酸可以加快糖类氧化反应的速度，提出可能存在一个酶促的系列(

19、xli)反应。他还发现了丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用；Carl Martius 和Franz Knoop发现柠檬酸可以转化为图示的其他有机酸； Krebs发现草酰乙酸可以和活性乙酸反应生成柠檬酸，在反映体系中过量加入其中的任意一种有机酸可以很快转化为其他的有机酸，因而提出反应体系构成一个循环。第57页/共101页第五十八页，共101页。基本要求1.熟悉形成乙酰-CoA 的过程。（难点(ndin)）2.掌握柠檬酸循环的概况。（重点）3.熟悉柠檬酸循环的反应机制。（难点(ndin)）4.掌握柠檬酸循环的能量计算。（重点）5.熟悉柠檬酸循环的调控和双重作用。（难点(ndin)）6.熟悉柠檬酸循环的

20、研究历史。第58页/共101页第五十九页，共101页。第第2424章章 电子传递和电子传递和氧化氧化(ynghu)(ynghu)磷酸磷酸化作用化作用 第59页/共101页第六十页，共101页。一、氧化-还原电势(一) 氧化-还原电势 生物氧化是通过加氧、脱氢或失电子而进行(jnxng)的，加氧反应较少见，氧原子通常是通过加水再脱氢引入代谢物的。代谢物中生成的羧基，可通过脱羧基作用生成二氧化碳。脱氢或失电子反应是生物氧化的主要方式，反应过程中伴随着氧化-还原电势的变化。= E正极- E负极第60页/共101页第六十一页，共101页。(二) 生物体中某些重要的氧化(ynghu)-还原电势第61页/

21、共101页第六十二页，共101页。(三 )电势和自由(zyu)能的关系 G0= -nFE0(四)标准电动势和平衡常数的关系 E0 = (RT / nF)lnk = E0+(RT/nF)lnox/red第62页/共101页第六十三页，共101页。二、电子传递和氧化(ynghu)呼吸链（一）呼吸链的概念（二）呼吸链的各个(gg)成员1.NAD第63页/共101页第六十四页，共101页。第64页/共101页第六十五页，共101页。2.FAD第65页/共101页第六十六页，共101页。3.CoQ第66页/共101页第六十七页，共101页。4.细胞(xbo)色素第67页/共101页第六十八页，共101页

22、。第68页/共101页第六十九页，共101页。5.铁硫蛋白(dnbi)第69页/共101页第七十页，共101页。第70页/共101页第七十一页，共101页。（三）呼吸链的结构(jigu)1.氧化还原电位2.阻断剂实验3.亚组分重组实验第71页/共101页第七十二页，共101页。第72页/共101页第七十三页，共101页。电子传递链的氧化还原(hun yun)电位黑线(hi xin)表示E0 ,红线表示E第73页/共101页第七十四页，共101页。复合体的电子传递途径(tjng)4.线粒体内膜的电子传递途径(tjng)第74页/共101页第七十五页，共101页。复合体的结构(jigu)和电子传递

23、途径第75页/共101页第七十六页，共101页。复合体的结构(jigu)*黏噻唑黏噻唑(sizu)菌醇菌醇第76页/共101页第七十七页，共101页。复合体的电子传递途径(tjng)第77页/共101页第七十八页，共101页。复合体的结构(jigu)第78页/共101页第七十九页，共101页。复合体的电子传递第79页/共101页第八十页，共101页。The electron transfer pathway for cytochrome oxidase.The CuA site of cytochrome oxdase.The binuclear center of cytochrome ox

24、dase第80页/共101页第八十一页，共101页。A model for the mechanism of O2 reduction by cytochrome oxdase第81页/共101页第八十二页，共101页。第82页/共101页第八十三页，共101页。三、氧化(ynghu)磷酸化作用 （一）线粒体的结构(jigu) 第83页/共101页第八十四页，共101页。（二）氧化磷酸化作用(zuyng)机制 对三氟甲氧基苯腙羰基对三氟甲氧基苯腙羰基(tn j)氰基化物氰基化物二环己基羰二亚胺二环己基羰二亚胺双香豆素双香豆素2-噻吩噻吩(sifn)甲甲酰三氟丙酮酰三氟丙酮杀粉蝶菌素杀粉蝶菌素汞

25、制剂汞制剂第84页/共101页第八十五页，共101页。（三）质子(zhz)梯度的形式第85页/共101页第八十六页，共101页。第86页/共101页第八十七页，共101页。第87页/共101页第八十八页，共101页。（四 ）ATP合成(hchng)机制A model of the F1and f0 components of the ATP synthase .a rotation molecular motor.The a,b,and subunits constiture the stator of the motor,and the c,and subunits form the rot

26、or.Flow of protons through the structure turns the rotor and drive the cycle of conformation changes in and that synthesize ATP.第88页/共101页第八十九页，共101页。Molecular graphic images (a) side view and (b) top view of F1-ATP synthase.The -subunit is the pink structure visible in the center of view (b).The binding change mechanism for ATP synthesis by ATP synthase实验(shyn)证明3个质子通过离子通道可以合成一个ATP第89页/共101页第九十页，共101页。第90页/共101页第九十一页，共101页。Outward trasport of ATP(via the ATP/ADP translocase) is favored by the me