糖酵解和柠檬酸循环

1、第22-23章 糖酵解和柠檬酸循环,1 糖酵解,1.1糖酵解（glycolysis） ： 在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成2分子丙酮酸并提供能量(atp)的过程。 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。,糖酵解途径,动画,adp atp,adp atp,糖酵解: 葡萄糖 + 2adp + 2pi +2nad+ 2丙酮酸 + 2atp +2nadh +2h+ + 2h2o 两个阶段： 准备阶段(前5步)：葡萄糖2个磷酸三碳糖+消耗2atp 实施阶段(后5步)：2个磷酸三碳糖2丙酮酸+产生4atp 场所：细胞质 催化酶：由10种酶催化，关键酶是己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。大

2、部分过程中都需要mg2+。,准备阶段（the preparatory phase of glycolysis）,实施阶段（the payoff phase of glycolysis）,adp atp,adp atp,第1阶段：, 葡萄糖被磷酸化形成6-磷酸葡萄糖（g-6-p） 需atp供能，第一个限速步骤,不可逆。,由己糖激酶或葡萄糖激酶催化。,己糖激酶：第一个调节酶， 受6-磷酸葡萄糖的别构抑制。,两方面意义： 糖经磷酸化后容易参与代谢； 保糖机制：磷酸化糖不能透过细胞质膜。,葡萄糖,诱导契合,由6-磷酸葡萄糖异构化成6-磷酸果糖（f-6-p）, 6-磷酸果糖磷酸化成1,6-二磷酸果糖（f

3、-1,6-2p） 需atp供能，第二个限速步骤，不可逆，mg2+参加。, f-1,6-2p裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮,3,2,1,4,5,6,an aldehyde,a ketone, 磷酸二羟丙酮异构成3-磷酸甘油醛,准备阶段共消耗2分子atp，产生2分子3-磷酸甘油醛.,第2阶段：, 3-磷酸甘油醛氧化成1,3-二磷酸甘油酸（1,3-dpg） 辅酶nad+,磷酸解作用,高能中间产物,p75,3-磷酸甘油醛脱氢酶作用机理,第一个底物水平磷酸化, 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation): 在底物氧化还原

4、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，后者在酶的作用下将能量转给adp，生成atp。, 3-磷酸甘油酸变成2-磷酸甘油酸 需mg2+参加。,2,3-bisphosphoglycerate: both a coenzyme and an intermediate, 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸（pep）,第二个底物水平磷酸化,第三个限速步骤，不可逆, pep转变成丙酮酸,1.2 糖酵解过程中atp的生成和消耗,2 atp + 2 nadh 35atp,葡萄糖 + 2adp + 2pi +2nad+ 2丙酮酸 + 2atp +2nadh +2h+ + 2h2o,糖酵

5、解途径,adp atp,adp atp,1.3 丙酮酸的去路,有氧时, 生成乙酰辅酶a, 生成乳酸,厌氧菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时性缺氧等。,糖酵解中nad+的再生, 生成乙醇 酵母细胞,脱羧，辅酶：焦磷酸硫胺素(tpp) 脱氢，nadh,含硫的噻唑环和含氨基的嘧啶环。,tpp(硫胺素焦磷酸),无氧时：生成乳酸或乙醇，只产生2个atp,糖酵解的能量变化,有氧时： 2个nadh经苹果酸天冬氨酸穿梭系统进入呼吸链可产生5个atp，共产生7个atp；,骨骼肌和脑组织中: nadh要进入线粒体经过甘油磷酸穿梭系统 ,共产生5个atp。,1.4 糖酵解的调控,三个不可逆反应: 己糖激酶 磷酸果糖激酶

6、 丙酮酸激酶,控制糖酵解的入口, 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-6-磷酸的抑制。, 磷酸果糖激酶的调控,磷酸果糖激酶(pfk-1 ,phosphofructokinase-1 )糖酵解中最关键的限速酶。,果糖2，6-二磷酸,果糖6-磷酸,果糖1，6-二磷酸,atp 即是底物，也是别构抑制剂，使酶对f-6-p 亲和力降低。 amp是别构激活剂, 柠檬酸 酶的抑制剂：反馈抑制 (feedback inhibition) 被h+抑制 可防止肌肉中形成过量的乳酸而使血液酸中毒。,果糖2，6-二磷酸 别构激活剂，增加对底物 的亲和力。,磷酸果糖激酶-2(pfk-2 或fb

7、pase-2) 双功能酶 受胰高血糖素的调控, 丙酮酸激酶的调控,果糖1，6-二磷酸:别构激活 起活化作用，与磷酸果糖激酶协调，加速酵解。 前馈激活（feed-forward activation） atp:别构抑制 丙氨酸:别构抑制 丙酮酸转氨生成，表示生物合成过剩。,控制糖酵解的出口,2 柠檬酸循环,2.1 柠檬酸循环途径 2.1.1 基本概念 柠檬酸循环:（citrate cycle，三羧酸循环tricarboxylic acid cycle，tca循环，krebs循环） 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。 由英国生化学家hans krebs发现,柠

8、檬酸合酶,2.1.2 丙酮酸乙酰辅酶a,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的组成： 丙酮酸脱氢酶（e1） 二氢硫辛酸转乙酰酶（e2） 二氢硫辛酸脱氢酶 （e3） 酶的辅助因子: nad+vpp fad vb2 辅酶a（coa）泛酸 硫胺素焦磷酸（tpp）vb1 硫辛酰胺硫辛酸 mg2+,大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成,二氢硫辛酸转乙酰酶：24个亚基（3个8聚体）(science,1992),4个亚基,反应过程,1.脱羧，生成羟乙基tpp，由e1催化。,2.羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺。由e2催化。,3.乙酰基转给辅酶a形成乙酰辅酶a。由e2催化。,mg2+

9、,4.氧化硫辛酰胺，生成fadh2。由e3催化。,5.氧化fadh2，生成nadh。,反应过程,丙酮酸脱氢酶复合体的调节,a.变构调节：乙酰coa抑制e2, nadh抑制e3,磷酸化失活；胰岛素和ca2+促进其失去磷酸化，使其活性增加。,b.共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶激酶,2.1.3 柠檬酸循环途径,线粒体基质 由8种酶催化完成。 由乙酰辅酶a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,再生成草酰乙酸而完成一个循环。 每循环一次，经历两次脱羧，使乙酰辅酶a氧化生成co2和水。,柠檬酸合酶, 柠檬酸的合成 反应不可逆,第一个调节酶。,柠檬酸合酶,二聚体,草酰乙酸,乙酰-coa,构象

10、改变,异柠檬酸的生成：两步均为可逆反应,反应不可逆，第二个调节酶。 第一个氧化脱羧, 异柠檬酸被氧化脱羧生成-酮戊二酸,-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰coa,反应不可逆 第二个氧化脱羧,-酮戊二酸脱氢酶复合体的组成： -酮戊二酸脱氢酶（e1） 转琥珀酰酶（e2）核心 二氢硫辛酸脱氢酶 （e3） 酶的辅助因子: nad+vpp fad vb2 辅酶a（coa）泛酸 硫胺素焦磷酸（tpp）vb1 硫辛酰胺硫辛酸 mg2+,琥珀酰coa琥珀酸,唯一直接产生高能磷酸键的反应（底物磷酸化） 哺乳动物：gtp；植物和细菌：atp,琥珀酸氧化成延胡索酸,丙二酸是很强的竞争性抑制剂,第三个氧化还原反应,反丁烯二

11、酸,反式加成，生成l型苹果酸。,延胡索酸生成l-苹果酸, l-苹果酸生成草酰乙酸,第四个氧化还原反应,柠檬酸循环,柠檬酸合酶,三羧酸循环的总反应式,2.1.4 柠檬酸循环的特点,线粒体基质。 加入2c以2个co2释放，参与反应的物质没减少。 消耗了两个水。 共有4步脱氢反应,生成3个nadh 和1个fadh2 进入呼吸链。 柠檬酸循环严格需氧。,从乙酰coa开始,（7） gtp 1atp,（4），（6），（10） 3nadh 32.5atp,（8） 1fadh2 1.5atp,10atp,从丙酮酸开始 2.5+10=12.5atp,从葡萄糖开始,7atp(or 5atp)+ 12.5atp2=

12、32atp(or 30atp),p107,2.2能量计算- 葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量,nadh 1.5或2.5 +3 或5,nadh 2.5 + 5,nadh 2.5 +5,nadh 2.5 +5,nadh 2.5 +5,fadh2 1.5 +3,30或32,1.5或2.5,6c,3c,1 atp,1 atp,1 gtp(atp),2 ,细胞液,线粒体,线粒体,1 atp,1 atp,柠檬酸合酶： 抑制： atp和nadh ，琥珀酰coa，柠檬酸 激活： adp 异柠檬酸脱氢酶： 抑制： atp 激活： adp，ca2+ -酮戊二酸脱氢酶 抑制： nadh ，琥珀酰coa 激活： ca2

13、+,2.3 柠檬酸循环的调控,柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶,2.4 柠檬酸循环的生理意义,主要：供能 为生物合成提供中间物。 三大营养物质的最终代谢通路。 是co2的重要来源之一。 两用代谢途径,代谢枢纽,两用代谢途径,回补反应： 酶催化的补充tca循环中间代谢物的供给的反应。 丙酮酸+co2+atp+h2o 草酰乙酸+adp+pi+2h+ 丙酮酸羧化酶:激活剂乙酰-coa,3 乙醛酸循环,存在于植物和微生物中。,p159,草酰乙酸+乙酰coa 柠檬酸 异柠檬酸 异柠檬酸裂解酶 琥珀酸+乙醛酸 + 乙酰coa 苹果酸 草酰乙酸 2乙酰coa+nad+2h2o 琥珀酸+2coash+n