生物化学课件第九章 糖代谢.ppt

1、一、一、 多糖和寡聚糖的酶促降解多糖和寡聚糖的酶促降解二、二、 糖酵解糖酵解glycolysis三、三、 三羧酸循环三羧酸循环TCA cycle四、四、 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径pentose phosphate五、五、 糖的异生糖的异生gluconeogenesis 糖代谢所有内容都是生物化学的重点，其中糖代谢所有内容都是生物化学的重点，其中糖糖酵解，酵解，TCA循环循环是重中之重。是重中之重。第九章第九章 糖代谢糖代谢 分解代谢分解代谢途径途径合成代谢合成代谢途径途径 糖酵解糖酵解（糖的无氧氧化）（糖的无氧氧化）柠檬酸循环柠檬酸循环（糖的有氧氧化）（糖的有氧氧化）磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径糖

2、原合成糖原合成 糖异生糖异生糖代谢包括分解代谢和合成代谢糖代谢包括分解代谢和合成代谢糖类代谢概述糖类代谢概述l糖类是自然界分布最广泛的有机物，对于人体糖类是自然界分布最广泛的有机物，对于人体来说具有重要作用来说具有重要作用l人体中糖类的主要存在形式是人体中糖类的主要存在形式是糖原和葡萄糖糖原和葡萄糖（为了简化描述，下面用（为了简化描述，下面用G代表糖）代表糖）l糖类对于其他生物体也有重要作用（提供能量、糖类对于其他生物体也有重要作用（提供能量、特别对特别对脑、红细胞脑、红细胞等组织更为重要）等组织更为重要）一一.胞外降解胞外降解胞外胞外水解水解酶酶（淀粉酶、寡糖酶）（淀粉酶、寡糖酶）二二.胞内

3、降解胞内降解磷酸化磷酸化酶酶活化、水解活化、水解转移转移酶酶 去分支去分支酶酶断支链断支链磷酸化磷酸化酶酶活化、水解活化、水解单糖单糖主要是葡萄糖主要是葡萄糖第一节第一节 多糖和低聚糖的酶促降解多糖和低聚糖的酶促降解7磷酸化酶磷酸化酶(别构酶别构酶) ATP抑制抑制-AMP激活激活 例例 肝糖元的分解肝糖元的分解葡萄糖葡萄糖1,4糖苷键糖苷键葡萄糖葡萄糖1,6糖苷键糖苷键糖原核心糖原核心糖原核心糖原核心 G-1-P +去分枝酶酶1 G-1-P糖原核心糖原核心磷酸化酶磷酸化酶G-1-P去单糖降解去单糖降解转移酶糖原核心糖原核心总论总论丙酮酸丙酮酸葡葡萄萄糖糖“糖酵解糖酵解”不需氧不需氧“磷酸戊糖

4、途径磷酸戊糖途径”需氧需氧有氧情况有氧情况缺氧情况缺氧情况好氧好氧生物生物厌氧厌氧生物生物“三羧酸循环三羧酸循环”“乙醛酸循环乙醛酸循环” CO2 + + H2O“乳酸发酵乳酸发酵”乳酸乳酸“乳酸发酵乳酸发酵”、“乙醇发酵乙醇发酵”乳酸或乙醇乳酸或乙醇 CO2 + + H2O重点第二节第二节 糖酵解（糖酵解（glycolysis）l糖糖经一系列的酶促反应变成经一系列的酶促反应变成丙酮酸丙酮酸，并，并生成生成ATP，是一，是一切生物细胞中切生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径，也，也称称Embden-Meyerhof-Parnas(EMP) pathway。

5、l无氧条件下，厌氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中无氧条件下，厌氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成的生成的NADH+H+用于用于还原丙酮酸生成乙醛还原丙酮酸生成乙醛，进而产生乙，进而产生乙醇，称为醇，称为乙醇（酒精）发酵乙醇（酒精）发酵（fermentation）。）。l肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，酵解中肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，酵解中生成的生成的NADH+H+用于丙酮酸用于丙酮酸乳酸，称为乳酸，称为乳酸发酵。乳酸发酵。 EMPEMP途径的生化历程途径的生化历程学习糖酵解过程中需要注意的重点问题学习糖酵解过程中需要注意的重点问题l1 ATP的的消耗消耗和和生成

6、生成l2 限制步骤限制步骤和限速酶和限速酶l3 是否生成是否生成NADH，NADH的去向的去向l4 底物磷酸化底物磷酸化一一 糖酵解的主要过程糖酵解的主要过程l我们可以将糖酵解分为两个阶段，每阶段包括我们可以将糖酵解分为两个阶段，每阶段包括5步化学反应。步化学反应。l第一阶段第一阶段：磷酸丙糖磷酸丙糖生成阶段（耗能）包括生成阶段（耗能）包括5步反应步反应。葡萄糖在己糖激酶、磷酸葡萄糖异构酶、磷酸果糖激葡萄糖在己糖激酶、磷酸葡萄糖异构酶、磷酸果糖激酶、醛缩酶和磷酸丙糖异构酶作用下生成酶、醛缩酶和磷酸丙糖异构酶作用下生成2分子分子3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛，同时，同时消耗消耗2个个ATP，进行，进行

7、2次磷酸化次磷酸化反应。反应。磷酸丙磷酸丙糖糖(3C)5步反应，步反应，5种酶，消耗种酶，消耗2分子分子ATP糖酵解第一阶段，耗能糖酵解第一阶段，耗能已糖已糖（6C）l第二阶段第二阶段：丙酮酸生成阶段（放能），也包括：丙酮酸生成阶段（放能），也包括5步步反应。反应。本阶段中，本阶段中，3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛在在3-磷酸甘油醛脱氢酶、磷磷酸甘油醛脱氢酶、磷酸甘油酸激酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶和丙酮酸甘油酸激酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶和丙酮酸激酶作用下生成酸激酶作用下生成丙酮酸丙酮酸，同时进行，同时进行两次底物磷酸化两次底物磷酸化，产生产生2个个ATP。由于一分子葡萄糖产生两分子。由于一

8、分子葡萄糖产生两分子3磷酸磷酸甘油醛，因此第二阶段共甘油醛，因此第二阶段共生成生成4分子分子ATP。2分子分子3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2分子分子丙酮酸丙酮酸5步反应，步反应，5种酶，消耗种酶，消耗2分子分子ATP糖酵解第二阶段，放能糖酵解第二阶段，放能一分子葡萄糖生一分子葡萄糖生成成2分子分子3-磷酸磷酸甘油醛（第一阶甘油醛（第一阶段）段）甘油醛甘油醛-3磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶己糖激酶己糖激酶磷酸己糖磷酸己糖异异 构构 酶酶葡葡萄萄糖糖6磷酸果糖磷酸果糖6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1，6二磷酸果糖二磷酸果糖ATP ADPATP磷酸化酶磷酸化酶糖原糖原1磷酸葡萄糖磷酸

9、葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变变 位位 酶酶ADP己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶ATPATP3-磷酸甘油磷酸甘油醛降解为丙醛降解为丙酮酸（第二酮酸（第二阶段）阶段）磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2ATP2ATP3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙丙酮酮酸酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶2ADP烯醇化酶烯醇化酶磷酸甘油磷酸甘油酸变位酶酸变位酶磷酸甘油磷酸甘油酸酸 激激 酶酶磷酸甘油磷酸甘油酸脱氢酸脱氢 酶酶NAD+PiNADH+H+2ATP2ADP2A

10、TP第一阶段第一阶段耗能过程耗能过程1 ATP的的- -磷酸基转移，磷酸基转移，不可逆，保证不可逆，保证G迅速磷酸化迅速磷酸化2 己糖激酶，己糖激酶，非特异性，非特异性，Km小，容易接合小，容易接合G，提高机体，提高机体G利用率，肌肉中受利用率，肌肉中受G6P的别构抑制。的别构抑制。3 葡萄糖激酶葡萄糖激酶（肝脏）不受（肝脏）不受G6P的抑制，但的抑制，但Km大大己糖激酶己糖激酶葡糖糖激酶葡糖糖激酶（肝脏）（肝脏）第一步：葡糖第一步：葡糖葡糖葡糖6磷酸磷酸1 自由能变化小，反应自由能变化小，反应可逆可逆2 异构化反应，需开链进行，异构化反应，需开链进行，醛糖醛糖变变酮糖酮糖磷酸葡萄糖异构酶磷酸

11、葡萄糖异构酶第二步：葡糖第二步：葡糖6磷酸磷酸果糖果糖6磷酸磷酸糖酵解限速步骤（非常重要）糖酵解限速步骤（非常重要）1 糖酵解的限速步骤糖酵解的限速步骤2 磷酸化通常伴随着磷酸化通常伴随着ATP消耗消耗3 磷酸果糖激酶是一种关键酶，且为别构调节酶磷酸果糖激酶是一种关键酶，且为别构调节酶第三步：果糖第三步：果糖6磷酸磷酸果糖果糖1,6二磷酸二磷酸磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-糖酵解的限速酶糖酵解的限速酶l含有四个亚基。含有四个亚基。l属于属于别构调节酶别构调节酶l酶的调节也是酶的调节也是别构调节别构调节，受受ATP、H+的抑制，的抑制， 柠檬酸柠檬酸及脂肪酸及脂肪酸的存在会加

12、强的存在会加强ATP的抑制作用。的抑制作用。lAMP、ADP及及Pi可消除抑可消除抑制。制。有两种类型的有两种类型的醛缩酶醛缩酶（I型存在于动植物体中，型存在于动植物体中，II型存在于细型存在于细菌、酵母、真菌，含有金属离子）菌、酵母、真菌，含有金属离子）。第四步：果糖第四步：果糖1,6二磷酸二磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸+甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸醛缩酶醛缩酶丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶催化反应非常迅速，一旦接触即刻完成。催化反应非常迅速，一旦接触即刻完成。第五步：二羟丙酮磷酸第五步：二羟丙酮磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶第二阶段第二阶段放能过程放能过程1 酰基磷

13、酸酰基磷酸是有高能磷酸基团转移势能的化合物是有高能磷酸基团转移势能的化合物2 在在3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶作用下，由作用下，由磷酸磷酸和和NAD+参与完成的酰参与完成的酰基磷酸。基磷酸。第六步：甘油醛第六步：甘油醛-3-磷酸磷酸1,3二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶1 该反应在该反应在磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶催化下进行，需要催化下进行，需要Mg离子离子参与参与2 释放出大量能量推动释放出大量能量推动ATP生成生成3 该过程伴随该过程伴随底物磷酸化底物磷酸化第七步：第七步： 1,3二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸+ATP磷酸甘油

14、酸激酶磷酸甘油酸激酶底物磷酸化底物磷酸化底物氧化、分子内基团重排等所释放的能量偶联底物氧化、分子内基团重排等所释放的能量偶联ATP的的生成（即底物磷酸化），涉及可溶性的酶和代谢中间物，生成（即底物磷酸化），涉及可溶性的酶和代谢中间物，不涉及膜结合的酶、跨膜质子梯度和电子传递，因而区不涉及膜结合的酶、跨膜质子梯度和电子传递，因而区别于与呼吸相连的氧化磷酸化。别于与呼吸相连的氧化磷酸化。第八步：第八步： 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶1 该反应在该反应在变位酶变位酶作用下完成，属于异构酶类作用下完成，属于异构酶类2 由于后续反应是高度放能，因此该反

15、应能向由于后续反应是高度放能，因此该反应能向2-磷酸甘油酸方向进行磷酸甘油酸方向进行3反应并不直接发生，有活性的变位酶活性部位反应并不直接发生，有活性的变位酶活性部位His结合有一个磷酸结合有一个磷酸基，当基，当3-磷酸甘油酸进入到该酶活性部位时，首先生成磷酸甘油酸进入到该酶活性部位时，首先生成2，3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸-酶复合物，然后复合物分解，释放出酶复合物，然后复合物分解，释放出2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸烯醇化酶烯醇化酶第九步：第九步： 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1 该反应在该反应在烯醇化酶烯醇化酶作用下进行作用下进行2 生成的磷酸烯醇式丙酮酸具有生成的

16、磷酸烯醇式丙酮酸具有高能磷酸键高能磷酸键1 丙酮酸激酶是丙酮酸激酶是别构调节酶别构调节酶，需要，需要Mg2+，K+，催化，催化ATP生成，生成，是酵解途径的重要调节酶，长链脂肪酸、乙酰是酵解途径的重要调节酶，长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP、Ala等均抑制酶活；等均抑制酶活； 2 整个酵解途径的反应整个酵解途径的反应1、3、10为调控步骤。为调控步骤。3 该反应又是一次该反应又是一次底物水平磷酸化底物水平磷酸化第十步：磷酸烯醇式丙酮酸第十步：磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸+ATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶糖酵解途径葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖

17、二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸2 2 丙酮酸丙酮酸二二 糖酵解的化学计量糖酵解的化学计量从葡糖糖酵解总的化学反应方程式：从葡糖糖酵解总的化学反应方程式：葡萄糖葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP2丙酮酸丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O1、从葡萄糖开始的化学计量、从葡萄糖开始的化学计量二二 糖酵解的化学计量糖酵解的化学计量2、从糖原开始的化学计量、从糖原开始的化学计量 从糖原开始，整个反应过程从糖原开始，整个

18、反应过程可生成可生成3分子分子ATP。 1-4 glycosidic bond -1-6 glycosidic bond糖原磷酸化酶（糖原磷酸化酶（amylophosphorylase）转移酶转移酶(transferase)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶转移酶转移酶脱支酶脱支酶糖原磷酸解糖原磷酸解生成生成1磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖，1磷酸葡萄糖经磷酸葡萄糖经变位酶生成变位酶生成6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖，进入，进入糖酵解糖酵解过程。磷过程。磷酸解过程中的磷酸是由磷酸本身来提供，而并非酸解过程中的磷酸是由磷酸本身来提供，而并非ATP来提供，因此来提供，因此少消耗少消耗1分子分子ATP。 糖酵解与所有代谢途径一

19、样，酵解速度是受糖酵解与所有代谢途径一样，酵解速度是受调节控制的，有三个调控步骤。其中最主要的调节控制的，有三个调控步骤。其中最主要的是是EMP第三步，即由磷酸果糖激酶催化第三步，即由磷酸果糖激酶催化6磷磷酸果糖生成酸果糖生成1，6二磷酸果糖。二磷酸果糖。三三 EMP途径的调控途径的调控为什么磷酸果糖为什么磷酸果糖激酶处在最关键激酶处在最关键的控制部位？的控制部位？l丙酮酸激酶：丙酮酸激酶催化的是丙酮酸激酶：丙酮酸激酶催化的是EMP最后一最后一步，因而不可能成为控制步，因而不可能成为控制G进入进入EMP的主要控的主要控制点。制点。l己糖激酶：己糖激酶催化产生的己糖激酶：己糖激酶催化产生的G-6

20、-P也可直也可直接通过糖原降解产生，而且接通过糖原降解产生，而且G-6-P可进入糖其可进入糖其他代谢途径，如磷酸戊糖途径。他代谢途径，如磷酸戊糖途径。l磷酸果糖激酶处在最关键控制部位上。磷酸果糖激酶处在最关键控制部位上。三三 磷酸果糖激酶的活性调节磷酸果糖激酶的活性调节v ADP和和AMP对此酶有激活作用，而对此酶有激活作用，而ATP、NADH、柠檬酸和长链脂肪酸是此酶的别构效应物，能抑制此柠檬酸和长链脂肪酸是此酶的别构效应物，能抑制此酶活性。酶活性。 当细胞处于低能时，当细胞处于低能时，ADP/AMP较多，而较多，而ATP较少，较少，此时磷酸果糖激酶被激活，与底物亲和力增高；此时磷酸果糖激酶

21、被激活，与底物亲和力增高； 细胞处于高能状态时，细胞处于高能状态时，ATP含量增加，与酶调节部位含量增加，与酶调节部位结合，使酶构象改变，与底物亲和力降低，反应速率结合，使酶构象改变，与底物亲和力降低，反应速率下降。另外，下降。另外，柠檬酸柠檬酸是丙酮酸有氧状态下的中间产物，是丙酮酸有氧状态下的中间产物，也是一种别构效应物。也是一种别构效应物。v 2，6-二磷酸果糖二磷酸果糖对糖酵解有重要调节作用对糖酵解有重要调节作用。是磷。是磷酸果糖激酶强有力的激动剂。酸果糖激酶强有力的激动剂。三、三、己糖激酶的活性调节己糖激酶的活性调节己糖激酶活性己糖激酶活性 受到产物受到产物6-磷酸葡萄糖浓度的调控磷酸

22、葡萄糖浓度的调控产物抑产物抑制。制。丙酮酸激酶丙酮酸激酶 1，6二磷酸果糖二磷酸果糖和和磷酸烯醇式丙酮酸是丙磷酸烯醇式丙酮酸是丙酮酸激酶的激活剂。酮酸激酶的激活剂。 ATP、柠檬酸和长链脂肪酸是抑制剂，、柠檬酸和长链脂肪酸是抑制剂，调控方调控方式类似于果糖激酶式类似于果糖激酶。四、糖酵解的生物学意义四、糖酵解的生物学意义l为生物体为生物体提供一定的能量提供一定的能量，糖酵解的，糖酵解的中间中间物为生物合成提供原料物为生物合成提供原料，是某些特殊细胞，是某些特殊细胞在氧供应正常情况下的重要获能途径。在氧供应正常情况下的重要获能途径。l形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂形成多种重要的中间产物，为

23、氨基酸、脂类合成提供碳骨架类合成提供碳骨架l为糖异生提供基本途径为糖异生提供基本途径五、五、 糖酵解产物的去向？糖酵解产物的去向？葡萄糖葡萄糖+2NAD+2ADP+2Pi2丙酮酸丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O糖酵解后，丙酮酸去向何方？糖酵解后，丙酮酸去向何方？NADH的命运如何？的命运如何？H又落脚何处？又落脚何处？酵解产生的丙酮酸的三个可酵解产生的丙酮酸的三个可能的分解代谢命运能的分解代谢命运无氧条件无氧条件无氧条件无氧条件酵解产生的丙酮酸的可能的酵解产生的丙酮酸的可能的合成代谢命运合成代谢命运其它物质，其它物质，如如Ala高能量，脂高能量，脂类物质类物质NADH，H的命运的命

24、运无氧条件下无氧条件下: 通过乙醇发酵受氢通过乙醇发酵受氢 通过乳酸发酵受氢通过乳酸发酵受氢有氧条件下有氧条件下: 通过呼吸链递氢，最终生成通过呼吸链递氢，最终生成H2O，并生成，并生成ATP。 其他己糖进入糖酵解反应的途径其他己糖进入糖酵解反应的途径第三节第三节 三羧酸循环三羧酸循环一一 、丙酮酸的氧化脱羧、丙酮酸的氧化脱羧二二 、三羧酸循环的化学途径、三羧酸循环的化学途径三三 、回补反应、回补反应四四 、TCA循环的生理意义循环的生理意义五、五、 三羧酸循环的调节三羧酸循环的调节一、丙酮酸的氧化脱羧一、丙酮酸的氧化脱羧l丙酮酸（糖酵解产生）在有氧条件下，进入线粒体内膜。丙酮酸（糖酵解产生）

25、在有氧条件下，进入线粒体内膜。在丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系脱氢酶系作用下，氧化脱羧生成乙酰作用下，氧化脱羧生成乙酰CoA。l方程式如下：方程式如下：丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体连接糖酵解与连接糖酵解与TCA循环的桥梁循环的桥梁1 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系多多酶复合体（酶复合体（3酶酶5辅因子）辅因子）（1）酶）酶E1：丙酮酸脱氢酶：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰转乙酰：二氢硫辛酰转乙酰基酶基酶E3：二氢硫辛酰脱氢酶：二氢硫辛酰脱氢酶（2）辅因子）辅因子TPP， FAD， CoASH，NAD，硫辛酸，硫辛酸l 三羧酸循环首先从乙酰三羧

26、酸循环首先从乙酰CoA与与草酰乙酸缩合成草酰乙酸缩合成柠檬酸柠檬酸开始，开始，经多步反应回到经多步反应回到草酰乙酸草酰乙酸，消消耗乙酰耗乙酰CoA产生产生CO2、NADH、FADH2和和ATP。分。分8步步反应。反应。草酰乙酸草酰乙酸二二 、三羧酸循环的化学途径、三羧酸循环的化学途径三羧酸循环三羧酸循环TCA循环循环是燃料物质是燃料物质氧化分解的氧化分解的中心途径中心途径?TCA循环的三个名字循环的三个名字l三羧酸循环三羧酸循环l柠檬酸循环柠檬酸循环lKrebs循环循环The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953for his discovery

27、 of the citric acid cycle Hans Adolf Krebs(1900-1981) United Kingdom Krebs discoveredthe urea cycle in 1932 before he elucidatedthe citric acid cycle!三羧酸循环的途径三羧酸循环的途径柠檬酸柠檬酸异柠异柠檬酸檬酸-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乙酰乙酰CoA8步反应步反应（一）（一）TCA循环的具体过程循环的具体过程1 强放热反应，不可逆，强放热反应，不可逆，第一个限速步骤第一个限速步骤2

28、 催化的酶为催化的酶为柠檬酸（缩）合酶柠檬酸（缩）合酶3柠檬酸合酶属于别构酶，活性受柠檬酸合酶属于别构酶，活性受ATP、NADH、琥珀酰琥珀酰CoA、酯酰、酯酰CoA等抑制，是等抑制，是柠檬酸循环中柠檬酸循环中的限速酶的限速酶乙酰乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸合酶柠檬酸合酶第一步：第一步： 乙酰辅酶乙酰辅酶A+草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸（三羧基）柠檬酸（三羧基）1 该反应可逆，中间物为顺乌头酸该反应可逆，中间物为顺乌头酸2 催化的酶为催化的酶为乌头酸酶乌头酸酶柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶第二步：第二步： 柠檬酸柠檬酸异柠檬酸（三羧基）异

29、柠檬酸（三羧基）1 放热反应，放热反应，氧化还原反应之一，受氢体为氧化还原反应之一，受氢体为NAD或或NADP2 催化的酶为催化的酶为异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶3 异柠檬酸脱氢酶是一种异柠檬酸脱氢酶是一种别构调节酶别构调节酶。活性受。活性受ADP、NAD+激活，受激活，受ATP、NADH抑制抑制-酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸异柠檬酸 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶第三步：异柠檬酸第三步：异柠檬酸 -酮戊二酸（二羧基）酮戊二酸（二羧基）-酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶1 氧化还原反应之二，受氢体为氧化还原反应之二，受氢体为NAD2 催化的酶为催化的酶为-酮戊二酸脱氢酶系

30、，酮戊二酸脱氢酶系，此酶系与丙酮酸脱氢此酶系与丙酮酸脱氢酶系非常类似。酶系非常类似。3 第三个调控步骤，第三个调控步骤，产生能量用于推动反应向氧化方向进产生能量用于推动反应向氧化方向进行，大部分能量保存于高能硫酯键行，大部分能量保存于高能硫酯键-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系第四步：第四步： -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A（一羧基）（一羧基）1 琥珀酰琥珀酰CoA的高能硫酯键断裂与的高能硫酯键断裂与GDP的磷酸化的磷酸化偶联，在偶联，在哺乳动物中生成哺乳动物中生成GTP，在植物和微生物，在植物和微生物中生成中生成ATP，是，是TCA循环中唯一的循

31、环中唯一的底物磷酸化底物磷酸化2 催化的酶为催化的酶为琥珀酰合成酶琥珀酰合成酶琥珀酰琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸琥珀酰合成酶琥珀酰合成酶H2O第五步：琥珀酰第五步：琥珀酰CoA 琥珀酸（二羧基）琥珀酸（二羧基）1 氧化还原反应之三，可逆，受氢体为氧化还原反应之三，可逆，受氢体为FAD2 催化的酶为催化的酶为琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶.琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶第六步：琥珀酸第六步：琥珀酸延胡索酸（二羧基）延胡索酸（二羧基）1 催化的酶是延胡索酸酶催化的酶是延胡索酸酶2 延胡索酸具有延胡索酸具有严格的立体专一性严格的立体专一性延胡索酸延胡索酸L-苹果酸苹果酸延胡索酸酶延胡索酸

32、酶第七步：延胡索酸第七步：延胡索酸L-苹果酸（二羧基）苹果酸（二羧基）1 催化的酶是催化的酶是苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶2 氧化还原反应之四，受氢体为氧化还原反应之四，受氢体为NAD3 尽管该反应从自由能看应逆向进行，但由于乙酰尽管该反应从自由能看应逆向进行，但由于乙酰CoA和和草酰乙酸是强放热反应，因此反应向草酰乙酸方向进行草酰乙酸是强放热反应，因此反应向草酰乙酸方向进行L-苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶第八步：第八步： L-苹果酸苹果酸草酰乙酸（二羧基）草酰乙酸（二羧基）三羧酸循环的途径三羧酸循环的途径柠檬酸柠檬酸异柠异柠檬酸檬酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA琥珀

33、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乙酰乙酰CoAOverviewCitric Acid Cycle一次一次TCA循环的净结果是：循环的净结果是：乙酰基乙酰基(carried by CoA)被氧被氧化生成化生成2CO2，同时合成，同时合成1GTP，3NADH和和1FADH2。（二）（二）TCA循环的化学计量循环的化学计量通过通过TCA循环产生的循环产生的NADH和和FADH2全部进入到线粒全部进入到线粒体内的电子传递链中，将所携带的体内的电子传递链中，将所携带的H传递给传递给O2，而本，而本身重新生成身重新生成NAD和和FAD每分子每分子NADH+H通过电子传递链产生通过电子传

34、递链产生2.5个个ATP，每分，每分子子FADH2通过电子传递链产生通过电子传递链产生1.5个个ATPl计算一分子葡糖糖彻底氧化计算一分子葡糖糖彻底氧化分解所产生的分解所产生的ATP数量！数量！糖酵解糖酵解 ：2ATP, 2NADH2+5（3）=7（5）2丙酮酸丙酮酸2乙酰辅酶乙酰辅酶A: 2NADH2.5x2=5TCA循环循环10 x2=2030或322 从从G开始，有氧氧化过程中开始，有氧氧化过程中CO2的产的产生生 （三）三羧酸循环的特点（三）三羧酸循环的特点l1 从从和和开始，到开始，到结束。每循环一周消结束。每循环一周消耗一个耗一个，进行，进行次脱羧，次脱羧，次脱氢，次脱氢，次底物磷

35、酸化次底物磷酸化，能量和，能量和CO2主要在三羧酸循环中主要在三羧酸循环中产生。产生。l2 三羧酸循环必须在三羧酸循环必须在氧条件氧条件下进行，若无氧，下进行，若无氧，脱下的脱下的H无法进入呼吸链彻底氧化。无法进入呼吸链彻底氧化。l3 在在 、 、 步反应，生成步反应，生成NADH，在在步中生成步中生成FADH2，在第，在第步进行一次底步进行一次底物水平磷酸化。物水平磷酸化。二二 TCA循环的生理意义循环的生理意义l1 糖类代谢、脂类代谢以及氨基酸代谢的共同糖类代谢、脂类代谢以及氨基酸代谢的共同途径，即燃料物质氧化分解的途径，即燃料物质氧化分解的共同途径共同途径l2 为各种生物分子的合成为各种

36、生物分子的合成提供原料提供原料l3 通过通过TCA循环释放出循环释放出ATP以及以及NADH+H，而，而NADH+H进入电子传递链将进入电子传递链将H传递给氧，同时传递给氧，同时释放出大量释放出大量ATP的过程的过程lAmino acids 氨基酸氨基酸lFatty acids 脂肪酸脂肪酸lGlucose 葡萄糖葡萄糖lGlycolysis 糖酵解糖酵解lPyruvate 丙酮酸丙酮酸lAcety1-CoA 乙酰乙酰CoAlCitrate 柠檬酸柠檬酸lOxaloacetate 草酰乙酸草酰乙酸lRespiratory 呼吸链呼吸链1 糖类代谢、脂类代谢以及氨基酸代谢的共同糖类代谢、脂类代谢

37、以及氨基酸代谢的共同途径，即燃料物质氧化分解的共同途径途径，即燃料物质氧化分解的共同途径2 TCA循环为生物合成提供原料循环为生物合成提供原料-酮戊二酸酮戊二酸柠檬柠檬酸酸谷氨酸谷氨酸嘌呤嘌呤脂肪酸脂肪酸琥珀酰琥珀酰CoA卟啉卟啉苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖葡萄糖天冬酰氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸嘧啶嘧啶各种氨基酸各种氨基酸三三 回补反应回补反应 当柠檬酸循环的中间物因用于其他物质合成时，当柠檬酸循环的中间物因用于其他物质合成时，尤其当蛋白质合成旺盛时，其中间物的浓度会减少，尤其当蛋白质合成旺盛时，其中间物的浓度会减少，从而导致该循

38、环的终端产物草酰乙酸不能重复生成从而导致该循环的终端产物草酰乙酸不能重复生成影响影响TCA循环正常进行。在这种情况下，为确保循环正常进行。在这种情况下，为确保TCA循环，必须有相应补充中间物的途径，即循环，必须有相应补充中间物的途径，即回补回补途径途径v1.丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路v2.乙醛酸途径乙醛酸途径v3.其他途径其他途径回补反应回补反应1. 丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路植物和微生物植物和微生物动物动物乙醛酸循环乙醛酸循环使乙酰使乙酰CoA转变为草酰乙酸而转变为草酰乙酸而进入柠檬酸循环。进入柠檬酸循环。植物（植物（plants）、微生物和酵母通过乙醛酸循环途）、微生物和酵母通过乙醛酸

39、循环途径可以利用乙酸作为唯一碳源径可以利用乙酸作为唯一碳源动物组织没有乙醛酸循环，不能将脂肪酸转变为糖动物组织没有乙醛酸循环，不能将脂肪酸转变为糖类类异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶和和苹果酸合酶苹果酸合酶是乙醛酸循环特是乙醛酸循环特有的两种酶有的两种酶2. 乙醛酸循环乙醛酸循环 -The Glyoxylate Cycle柠檬酸循环柠檬酸循环支路支路异柠檬酸柠檬酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸CoASH乙酰CoA乙醛酸乙酰CoACoASH2乙酰乙酰-CoA2NAD+FAD 草酰乙酸草酰乙酸+2NADH+FADH2+2H+2CoA-SH油料植物种子油料植物种子3. 其他途径其他途径l某些氨基酸通过转氨基作用生

40、成草酰乙酸或某些氨基酸通过转氨基作用生成草酰乙酸或 -酮酮戊二酸等戊二酸等NH2NH2v柠檬酸循环中起关键调节作用的酶柠檬酸循环中起关键调节作用的酶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v丙酮酸脱氢酶复合体的调节丙酮酸脱氢酶复合体的调节 1.别构抑制别构抑制（产物）：抑制剂乙酰CoA和NADH，乙酰 CoA抑制E2，NADH抑制E3，抑制作用可被 CoASH和NAD+逆转，底物和产物竞争酶的活性部位。 2.共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶的磷酸化和去磷酸化四四 三羧酸循环的调节三羧酸循环的调节柠檬酸合酶柠檬酸合酶抑制剂：抑制剂： ATP， NADH

41、 和琥珀酰和琥珀酰CoA激活剂：激活剂： NAD+，草酰乙酸和乙酰，草酰乙酸和乙酰CoA异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶抑制剂：抑制剂： ATP， NADH激活剂：激活剂： ADP， NAD+ ，Ca2+-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体抑制剂抑制剂 ： ATP， NADH和琥珀酰和琥珀酰CoA激活剂：激活剂： AMP三羧酸循环的调节三羧酸循环的调节FADH2NADH葡萄糖葡萄糖己糖磷酸己糖磷酸丙糖磷酸丙糖磷酸丙丙 酮酮 酸酸乙酰乙酰CoA无无O2乙醇乙醇酒精发酵酒精发酵乳酸乳酸 乳酸发酵乳酸发酵有有O2糖糖酵酵解解三羧酸循环三羧酸循环电子传递和电子传递和氧化磷酸化氧化磷酸化总结与提示总结

42、与提示CO2CO2ATPH2O2022-5-29乳酸、乳酸、丙酮酸、丙酮酸、甘油、甘油、一些一些氨基酸氨基酸糖异生糖异生脂质、脂质、蛋白质蛋白质糖异生糖异生乙酸乙酸丙酸丙酸乳酸乳酸糖异生糖异生糖异生的前体物质糖异生的前体物质1)凡可生成凡可生成丙酮酸丙酮酸的物质，例如肌肉剧烈运动的物质，例如肌肉剧烈运动产生的大量产生的大量乳酸。乳酸。2）TCA的中间产物的中间产物，但，但乙酰乙酰CoA不能作为糖异不能作为糖异生的前体；生的前体；3)大多氨基酸是大多氨基酸是生糖氨基酸生糖氨基酸，分别变为，分别变为丙酮酸丙酮酸、草酰乙酸草酰乙酸、 -酮戊二酸酮戊二酸等进入糖异生；等进入糖异生；4）反刍动物分解纤维

43、素产生的）反刍动物分解纤维素产生的乙酸、丙酸、丁乙酸、丙酸、丁酸酸等等5）奇数脂肪酸分解产生的）奇数脂肪酸分解产生的琥珀酰琥珀酰CoA等。等。糖酵解与糖异生糖酵解与糖异生糖异糖异生生丙酮丙酮酸酸葡萄葡萄糖糖糖酵糖酵解解异生过程似乎是酵解过程的逆转反应，但实际异生过程似乎是酵解过程的逆转反应，但实际过程也不完全可逆，因为两者尽管享有过程也不完全可逆，因为两者尽管享有七步共七步共同同的反应步骤（可逆反应），但还有的反应步骤（可逆反应），但还有三步反应三步反应是不可逆的。是不可逆的。 酵解过程的三步不可逆反应在体内不能被用于异生，酵解过程的三步不可逆反应在体内不能被用于异生，必需有不同的酶催化反应来

44、逾越三步不可逆反应。必需有不同的酶催化反应来逾越三步不可逆反应。糖酵解的三步不可逆反应：糖酵解的三步不可逆反应：l 己糖激酶己糖激酶l1. Glucose+ATPG-6-P+ADPl 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶l2. F-6-P+ATP F-1,6-dip+ADPl 丙酮酸激酶丙酮酸激酶l3. PEP+ADP Pyruvate+ATP2022-5-2993丙酮酸激酶丙酮酸激酶葡糖糖葡糖糖-6-磷酸酶磷酸酶从丙酮酸到磷酸烯醇式丙酮酸（从丙酮酸到磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）不能通过酵解的逆反应实现，需不能通过酵解的逆反应实现，需胞质胞质和和线粒体酶线粒体酶的相互协作完成。的相互协作完成。1） 丙酮酸进

45、入丙酮酸进入线粒体线粒体，在，在羧化酶羧化酶的作用下生成的作用下生成草酰草酰乙酸乙酸；2） 草酰乙酸不能过线粒体内膜，在草酰乙酸不能过线粒体内膜，在苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶作作用下生成用下生成苹果酸苹果酸；3） 苹果酸苹果酸进入进入胞质胞质，在，在苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶作用下转变回作用下转变回草酰乙酸草酰乙酸；4） 草酰乙酸草酰乙酸在在PEP羧激酶羧激酶作用下生成作用下生成PEP。果糖果糖-1，6-二磷酸酶二磷酸酶F-1,6-dip + H2O F-6-P + Pi 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶葡萄糖葡萄糖-6-p + H2O 葡萄糖葡萄糖 + Piv葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶（磷酸酶（gl

46、ucose-6-phosphatase)存在于存在于肝肝和和肾肾细胞的内质网膜上细胞的内质网膜上肌肉肌肉和和脑脑细胞中不存在这种酶细胞中不存在这种酶v特殊意义特殊意义：避开避开了糖酵解过程不可能进行的了糖酵解过程不可能进行的直接逆反直接逆反应应，将其改变成，将其改变成释放释放无机磷酸的放能反应。无机磷酸的放能反应。2022-5-29糖异生过程的能量消耗糖异生过程的能量消耗糖酵解过糖酵解过程释放能量。程释放能量。葡萄糖异生葡萄糖异生作用需要消作用需要消耗额外的能耗额外的能量。量。整个过程整个过程消耗消耗6个高个高能磷酸基，能磷酸基，并用去两分并用去两分子的子的NADH2丙酮酸丙酮酸 + 4ATP

47、 + 2GTP +2NADH + 2H+ + 6H2O 葡萄糖葡萄糖+ 2NAD + + 4ADP + 2GDP + 6Pi 糖异生的生理意义糖异生的生理意义1 在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定2 回收乳酸分子中的能量回收乳酸分子中的能量3 维持酸碱平衡维持酸碱平衡乳酸的再利用和可立氏循环乳酸的再利用和可立氏循环Cori循环循环（乳酸（乳酸葡萄糖的循环）葡萄糖的循环）剧烈运动时产生的大量剧烈运动时产生的大量乳乳酸酸会迅速扩散到血液，随会迅速扩散到血液，随血流流至肝脏，先氧化成血流流至肝脏，先氧化成丙酮酸丙酮酸，再经过糖异生作，再经过糖异生作用转变为用转变为葡萄糖葡萄糖，进而补，进而补充血糖，也可重新合成肌充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来。糖原被贮存起来。Cori夫妇夫妇Self-study (重要重要)l戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径l糖原分解和糖原合成糖原分解和糖原合成