生物化学与分子生物学课件：糖代谢2-2016秋.pptx

1、Metabolism of Carbohydrates内容提纲u概述u糖的分解代谢l糖的无氧氧化l糖的有氧氧化l磷酸戊糖途径u 糖原的合成与分解u 糖异生作用u 血糖及其调节201糖的无氧氧化02糖的有氧氧化03磷酸戊糖途径04糖醛酸途径Contents糖的分解代谢糖的分解代谢3第三节 糖的有氧氧化Aerobic Oxidation of Carbohydrate4u概念概念u反应过程反应过程 （1）葡萄糖分解成丙酮酸）葡萄糖分解成丙酮酸 （2）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA （3）三羧酸循环及氧化磷酸化）三羧酸循环及氧化磷酸化 u调节调节u生理意义生理意义糖的有氧氧化5

2、 糖的有氧氧化糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，指在机体氧供充足时，葡萄糖葡萄糖彻底氧化彻底氧化成成H2O和和CO2，并释放出并释放出能量能量的过程。的过程。是机体主要供能方式。是机体主要供能方式。部位：细胞质及线粒体部位：细胞质及线粒体 概念6糖的有氧氧化概况O2O2O2胞质胞质线粒体线粒体6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoATACCO2H+eH2O7一、有氧氧化的反应过程8第一阶段：糖酵解（细胞质）第一阶段：糖酵解（细胞质） 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧（线粒体）第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧（线粒体） 第三阶段：三羧酸循

3、环及氧化磷酸化第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化 （线粒体）（线粒体） 1. 1. 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoACoA丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶A丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体NAD， HSCoA NADHH，CO2 总反应式总反应式: : 9反应部位：线粒体反应部位：线粒体 丙酮酸脱氢酶复合体的组成丙酮酸脱氢酶复合体的组成HSCoANAD+ 酶酶 辅辅 酶酶 SSL硫辛酸（硫辛酸（ )HSCoAFAD, NAD+E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶TPPE1：丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶10丙酮酸脱氢酶复合体催化的反

4、应过程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丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。 (2) 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫催化形成乙酰硫辛酰胺辛酰胺-E2。(3) 二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。个巯基。(4) 二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给胺脱氢，同时将氢传递给FAD。(5) 在二氢硫辛酰胺脱氢酶在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将催化下，将FADH2

5、上的上的H转移给转移给NAD+，形成形成NADH+H+。11CO2 CoASHNAD+NADH+H+(5) NADH+H+的生成(1) -羟乙基羟乙基-TPP的生成的生成 (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 122.2.三羧酸循环三羧酸循环 从从乙酰乙酰CoA与与草酰乙酸草酰乙酸缩合生成含有缩合生成含有3个羧基的个羧基的柠檬酸柠檬酸开始，经过一系列反应，最开始，经过一系列反应，最终仍生成终仍生成草酰乙酸草酰乙酸而构成循环，故称为而构成循环，故称为三羧三羧酸循环酸循环(tricarboxylic acid cycle, TAC)、TCA cycle或或柠檬酸循

6、环柠檬酸循环 、Krebs循环循环。13三羧酸循环的反应部位：线粒体三羧酸循环的反应部位：线粒体 NAD+NADH+H+NADH+H+GDP+PiGTPFADH2FADNADH+CO2H2OCO2乙酰乙酰 CoA(1)(5)(6)(7)(8)(3)(4)(2)柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头顺乌头酸酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰 CoA琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸H2OH2OHSCoAHSCoAHSCoAH2OH2O1 12 23 34 4(2)NADH+H+NADH+14CoASHNADH+H+NAD+NAD+NADH+H+FADFADH2NADH+H+NAD

7、+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶15乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O 2CO2 +3(NADH +H+) +FADH2 +GTP +HSCoAGTPGDPATPADP16 三羧酸循环的要点 一次底物水平磷酸化（一次底物水平磷酸化（1分子分子GTP） 二次脱羧（二次脱羧（2分子分子CO

8、2） 三次不可逆反应三次不可逆反应 关键酶有：关键酶有：柠檬酸合酶柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体 四次脱氢四次脱氢 (1分子分子FADH2，3分子分子NADH+H+ )17TCATCA循环的中间产物必须不断更新和补充18三羧酸循环三羧酸循环中间产物中间产物起催化剂的作用，起催化剂的作用，本身无量的变化本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰接从乙酰CoACoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中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酸循环中被

9、氧化为COCO2 2及及H H2 2O O。19.机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，的，TACTAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他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。物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。 例如：例如： 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 琥珀酰琥珀酰CoA 卟啉卟啉 柠檬酸柠檬酸 脂肪酸脂肪酸 20.机体糖供不足时，可能引起机体糖供不足时，可能引起TACTAC运转障碍，这运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进时苹果酸、草酰乙酸可

10、脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰一步生成乙酰CoACoA进入进入TACTAC氧化分解。氧化分解。 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸脱羧酶草酰乙酸脱羧酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 苹果酸苹果酸 苹果酸酶苹果酸酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 NAD+ NADH + H+ 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。草酰乙酸的来源21草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸裂解酶裂解酶乙酰乙酰CoA 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸羧化酶羧化酶CO2 苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶NADH+H+ NAD+ 天冬氨酸天冬氨酸谷草转氨酶谷草转氨酶-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 三羧酸循环的生理

11、意义u是三大营养物质氧化分解的共同途径；u是三大营养物质代谢联系的枢纽；u为其它物质代谢提供小分子前体；u为呼吸链提供H+ + e。22关关键键酶酶 酵解途径：酵解途径：己糖激酶己糖激酶 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环：三羧酸循环：柠檬酸合酶柠檬酸合酶6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶丙酮酸激酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体二、有氧氧化的调节231. 丙酮酸脱氢酶复合体的调节l 别构调节 抑制剂：乙酰抑制剂：乙酰CoACoA、 NADH+H NADH+H+ +、ATP ATP 、长链脂肪酸长

12、链脂肪酸 激活剂：激活剂：AMPAMP、ADPADP、NADNAD+ +、CoASHCoASH24l 化学修饰调节 丙酮酸脱氢酶复合体磷酸化后失去活性。丙酮酸脱氢酶复合体磷酸化后失去活性。 25丙酮酸脱氢酶复合体的调节乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 琥珀酰琥珀酰CoA - -酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸异柠檬酸 苹果酸苹果酸 NADH FADH2 GTP ATP 异柠檬酸异柠檬酸 脱氢酶脱氢酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶 -酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶复合体脱氢酶复合体 ATP ADP ATP 柠檬酸柠檬酸 琥珀酰琥珀酰CoA NADH 琥珀酰琥珀酰CoA NADH Ca2+ Ca2+ ATP

13、、ADP的影响的影响 产物堆积引起抑制产物堆积引起抑制 循环中后续反应循环中后续反应中间产物别位反馈抑中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶制前面反应中的酶 其他，如其他，如Ca2+可可激活许多酶激活许多酶2. 三羧酸循环的调节ADP 26三羧酸循环的调节三羧酸循环的调节三羧酸循环与上游和下游反应相协调三羧酸循环与上游和下游反应相协调l 三羧酸循环与三羧酸循环与酵解途径酵解途径互相协调。三羧酸循互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰环需要多少乙酰CoACoA，则酵解途径相应产生则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰多少丙酮酸以生成乙酰CoACoA；l 氧化磷酸化氧化磷酸化速率影响三羧酸循环，前者速率速率

14、影响三羧酸循环，前者速率降低，则后者速率也减慢。降低，则后者速率也减慢。27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有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对能量的需要 ATP/ADP或ATP/AMP比值全程影响有氧氧化的速率ATP/ADP或或ATP/AMP,则则抑制抑制有氧氧化，有氧氧化， ATP/ADP或或ATP/AMP,则则促进促进有氧氧化。有氧氧化。28三、有氧氧化的生理意义 29 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 进入进入呼吸链呼吸链彻底氧化生成彻底氧化生成H2O

15、的的同时同时ADP偶联磷酸化生成偶联磷酸化生成ATP。NADH+H+ H2O、2.5ATP O H2O、1.5ATP FADH2 O 有氧氧化生成的有氧氧化生成的ATP ATP 30有氧氧化生成的ATP第三阶段第三阶段第二阶段第二阶段第一阶段第一阶段30或或32ATPATP产生产生辅酶辅酶反反 应应 -1葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2.52 NAD+苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸1.52FAD琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 12琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A A 琥珀酸琥珀酸2.52NAD+ -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A2.52NAD+异柠檬酸异柠檬酸 -酮戊二酸酮戊二酸2.5

16、2NAD+丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A 12磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 121,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2.5(或或1.5)2NAD+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 -1 6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖胞质胞质线线粒粒体体31糖无氧氧化与有氧氧化的储能效率糖无氧氧化： 1G +2ADP+2Pi 2乳酸乳酸 +2ATP+2H2O G0 - 47kcal/mol （每每mol ATP储能储能7.3kcal） 储能效率储能效率=2 7.3 / 47= 31%提问提问：其余能量何处去？：其余能量何处去

17、？答案答案：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。有氧氧化：C6H12O6 + 30/32 ADP + 3032Pi6O2 30/32 ATP + 6CO244 H2O G0 -679kcal/mol 储能效率储能效率=32 (30)7.3/679= 34.4%（32.3%)v比世界上任何一部热机的效率都高！32糖有氧氧化可抑制糖无氧氧化33 有氧氧化抑制生醇发酵（或糖无氧氧化）有氧氧化抑制生醇发酵（或糖无氧氧化）的现象称为的现象称为巴斯德效应巴斯德效应（Pastuer effectPastuer effect）。）。机制：机制： 有氧时，有氧时，N

18、ADH+HNADH+H+ +进入线粒体内氧化，丙进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸; ; 缺氧时，酵解途径加强，缺氧时，酵解途径加强，NADH+HNADH+H+ +在胞质在胞质浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。无氧氧化和有氧氧化的区别34无氧氧化有氧氧化氧的参与无有反应部位胞质胞质及线粒体关键酶3个7个ATP生成底物水平磷酸化底物水平磷酸化+氧化磷酸化氧化脱羧无3次产物乳酸彻底氧化生成H2O、CO2产生能量2 ATP（从糖原开始为3 ATP）32 ATP（或30 ATP）生理意义迅速供能机体获得能量的主要方式糖的有氧氧化 要求351. 糖的有氧氧化概念糖的有氧氧化概念2. 有氧氧化的基本反应过程、关键酶有氧氧化的基本反应过程、关键酶3. ATP生成及生理意义；生成及生理意义；【掌握掌握】1糖的有氧氧化的调节糖的有氧氧化的调节2巴斯德效应的概念巴斯德效应的概念【熟悉熟悉】