生物化学课件：糖代谢（二）

1、糖 代 谢 （二）,Metabolism of Saccharide,第四节糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Saccharide,有氧氧化的反应过程 （1）葡萄糖分解成丙酮酸 （2）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA （3）三羧酸循环及氧化磷酸化 有氧氧化的生理意义 有氧氧化的调节 巴斯德效应,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。,部位：胞液及线粒体,概念,Question,起点？终点？ 关键酶？ 耗能 or 产能？多少？,一、糖有氧氧化的反应过程包括糖酵解途径、丙酮酸氧

2、化脱羧、三羧酸循环及氧化磷酸化,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体,糖的有氧氧化概况,胞液,线粒体,丙酮酸,一、有氧氧化的反应过程,第一阶段：糖酵解途径（胞液）,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧（线粒体）,第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化 （线粒体）,（一）葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸,总反应式:,（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶,TPP（硫胺素焦

3、磷酸） 硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+,酶,辅酶,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：,1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP，由丙酮酸脱氢酶催化(E1)。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。 4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。 5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5. NADH+H+的生成,1. -羟乙基-

4、TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,4. 硫辛酰胺的生成,三羧酸循环(Tricarboxylic Acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。,二、三羧酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统,概述,反应部位：线粒体,（一）TAC循环由8步代谢反应组成,乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸 异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸 -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 琥珀酰CoA合成酶催化底物

5、水平磷酸化反应 琥珀酸脱氢生成延胡索酸 延胡索酸加水生成苹果酸 苹果酸脱氢生成草酰乙酸,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,总反应方程式,乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O,2CO2 +3NADH +3H+ +FADH2 +GTP +HSCoA,三羧酸循环的要点,一次底物水平磷酸化（1分子GTP） 二次脱羧（2分子CO2） 三次不可逆反应 关键酶有：

6、柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 四次脱氢 (1分子FADH2，3分子NADH+H+ ),小结：,三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。 TAC过程的反应部位是线粒体。,经过一次三羧酸循环， 消耗一分子乙酰CoA； 经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化； 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP； 关键酶有：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶复合体。,整个循环反应为不可逆反应。,三羧酸循环的要点：,三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变

7、化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。,三羧酸循环的中间产物：,表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。实际上：,例如：,.机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。,.机体糖供不足时，可能引起TAC运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解。,所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。,草酰乙酸的来源如下：,三羧酸循环的生理意

8、义,是三大营养物质氧化分解的共同途径； 是三大营养物质代谢联系的枢纽； 为其它物质代谢提供小分子前体； 为呼吸链提供H+ + e。,二、有氧氧化的调节,关键酶, 酵解途径：己糖激酶, 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体, 三羧酸循环：柠檬酸合酶,丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1,异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体,（一）丙酮酸脱氢酶复合体的调节,别构调节,别构抑制剂：乙酰CoA；NADH；ATP 别构激活剂：AMP；ADP；NAD+,乙酰CoA / HSCoA或 NADH / NAD+时，其活性也受到抑制。这两种情况见于饥饿、大量脂酸被动员利用时，这时糖的有氧氧化被抑制，大多数组织器官利

9、用脂酸作为能量来源以确保脑等重要组织对葡萄糖的需要。,共价修饰调节,（二）TAC循环受底物、产物和关键酶活性的调节,TAC循环主要受其底物、产物、关键酶活性3种因素的调控。 TAC循环的速率和流量主要受3种因素的调控：底物的供应量，催化循环最初几步反应酶的反馈别构抑制，产物堆积的抑制作用。,1TAC循环中有3个关键酶,柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+, ATP、ADP的影响, 产物堆积引起抑制,循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶,其他，如Ca2+可激活许多酶,2TAC循环与上游和下游反应协调,在正

10、常情况下，（糖）酵解途径和TAC循环的速度是相协调的。这种协调不仅通过高浓度的ATP、NADH的抑制作用，亦通过柠檬酸对磷酸果糖激酶-1的别构抑制作用而实现。 氧化磷酸化的速率对TAC循环的运转也起着非常重要的作用。,有氧氧化的调节特点, 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。 ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,体内ATP浓度是AMP的50倍，经上述反应后，ATP/AMP变动比A

11、TP变动大，有信号放大作用，从而发挥有效的调节作用。,有氧氧化全过程中许多酶的活性都受细胞内ATP/ADP或ATP/AMP比率的影响，因而能得以协调。,三、有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。,有氧氧化生成的ATP,*取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制,糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,糖酵解与有氧氧化的储

12、能效率,糖酵解： 1G +2ADP+2Pi 2乳酸 +2ATP+2H2O G0 - 47kcal/mol （每mol ATP储能7.3kcal） 储能效率=2 7.3 / 47= 31%,提问：其余能量何处去？ 答案：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。,有氧氧化：C6H12O6 + 3032ADP + 3032Pi6O2 3032ATP + 6CO244 H2O G0 -679kcal/mol 储能效率=32 (30)7.3/679= 34.4%（32.3%),Question,起点？终点？ 葡萄糖CO2、H2O 2. 关键酶？ 己糖激酶、 6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶、丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶复合体 3. 耗能 or 产能？多少？ 一个葡萄糖获得30 or 32个ATP,四、巴斯德效应是指糖有氧氧化抑制糖酵解的现象,概念,机制,有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸; 缺氧时，NADH+H+不能被氧化，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。氧化磷酸化受阻，ADP/ATP比例升高，酶活性增强，酵解途径加强 。,巴斯德效应(Pastuer effect) 指有氧氧化抑制糖酵解的现象。,糖的有氧氧化与糖酵解的比较,机体产能的主要方式,生理意义,