第6章糖代谢44 .ppt

1、第六章 糖代谢6学时学时 糖类物质是一类多羟基醛或多羟糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物；基酮类化合物或聚合物；糖类物质可以根据其水解情况分糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖；为：单糖、寡糖和多糖；在生物体内，糖类物质主要以在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。聚糖形式存在。第一节第一节 概述概述l提供能量：通过氧化释放大量能量（淀粉、糖提供能量：通过氧化释放大量能量（淀粉、糖原是重要的生物能源）。原是重要的生物能源）。l主要碳源：转化为生命必需的其它物质，如蛋主要碳源：转化为生命必需的其它物质，如蛋白质

2、、脂类、核酸等。白质、脂类、核酸等。l结构成分：纤维素、糖蛋白、糖脂结构成分：纤维素、糖蛋白、糖脂l特殊功能与调节：生物膜中的糖蛋白、糖脂特殊功能与调节：生物膜中的糖蛋白、糖脂（细胞间的相互识别、细胞生长与分化、免疫、（细胞间的相互识别、细胞生长与分化、免疫、先天缺陷等遗传病、药物作用）先天缺陷等遗传病、药物作用）一、糖的主要生物学功能一、糖的主要生物学功能细胞壁细胞壁结构糖结构糖储备储备能源能源 碳源碳源昆虫外昆虫外骨骼骨骼糖糖韧带结构糖韧带结构糖结缔组织结缔组织结构糖结构糖 肌糖原能源肌糖原能源光合光合作用作用糖一切含碳物质一切含碳物质合成合成代谢代谢分解分解代谢代谢COCO2 2糖糖碳来

3、源碳来源 生物活性物质生物活性物质细胞表面细胞表面识别标记识别标记-糖糖糖蛋白、糖脂糖蛋白、糖脂 能源物质、结构物质能源物质、结构物质二、糖的分类二、糖的分类 根据分子大小根据分子大小l单糖：在温和条件下不能水解为更小的单位。单糖：在温和条件下不能水解为更小的单位。l寡糖：水解时每个分子寡糖：水解时每个分子产生产生26个单糖残基。个单糖残基。l多糖多糖:能水解成多个单糖分子，属于高分子能水解成多个单糖分子，属于高分子碳水化合物，分子量可达到数百万。碳水化合物，分子量可达到数百万。-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖1、单糖、单糖-D-呋喃果糖呋喃果糖-D-吡喃半乳糖吡喃半乳糖-D-吡喃甘露糖吡喃甘露糖l

4、重要的戊糖：重要的戊糖：核糖（核糖（ribose）、）、2-脱氧核糖（脱氧核糖（2-deoxyribose）核糖核糖 脱氧核糖脱氧核糖 麦芽糖麦芽糖u葡萄糖葡萄糖-、(14)-葡萄糖苷葡萄糖苷2、寡糖、寡糖最常见的是二糖最常见的是二糖蔗糖蔗糖:植物体内糖的运输形式植物体内糖的运输形式 u葡萄糖葡萄糖-,(12)-果糖苷果糖苷乳糖乳糖:存在乳汁、花粉管及微生物中存在乳汁、花粉管及微生物中半乳糖半乳糖-(14)-葡萄糖葡萄糖1OCH2OHO1OCH2OHOH-型型 -型型 纤维二糖纤维二糖:人体无法利用人体无法利用l葡萄糖葡萄糖-(1 4)葡萄糖苷葡萄糖苷3、多糖 l天然糖类主要存在形式天然糖类主

5、要存在形式l因物种而不同因物种而不同l重要多糖：重要多糖：1）淀粉（淀粉（starch）：）：植物细胞能源的储藏形式植物细胞能源的储藏形式作物名称作物名称（种子）（种子）小麦小麦玉米玉米大米大米土豆土豆红薯红薯淀粉含量淀粉含量6565752016l直链淀粉直链淀粉一级结构一级结构：(14)(14)葡萄糖苷键葡萄糖苷键 可溶于热水可溶于热水 250300个糖分子个糖分子 遇碘呈紫蓝色遇碘呈紫蓝色空间空间结构结构l支链淀粉支链淀粉 不可溶于热水不可溶于热水6000个糖分子个糖分子 遇碘呈紫红色遇碘呈紫红色空间空间结构结构 (14)糖苷键糖苷键(16)糖苷键糖苷键l动物淀粉，动物及细菌的能量储存物质

6、；动物淀粉，动物及细菌的能量储存物质；l结构与支链淀粉类似；结构与支链淀粉类似；l遇碘为红棕色遇碘为红棕色；3）纤维素）纤维素（植物细胞壁结构多糖（植物细胞壁结构多糖）l葡萄糖葡萄糖(14)(14)糖苷键糖苷键连接而成的无分支的多糖连接而成的无分支的多糖一级结构一级结构800010000分子分子2）糖原（糖原（glycogen）4、糖缀合物、糖缀合物糖蛋白糖蛋白:多糖（多为糖的衍生物）以共价键形多糖（多为糖的衍生物）以共价键形式与蛋白质连接形成分支状的生物大分子。式与蛋白质连接形成分支状的生物大分子。糖脂糖脂：分布于细胞膜表面，与细胞识别有关；：分布于细胞膜表面，与细胞识别有关；脂多糖脂多糖：

7、是细菌的结构物质；：是细菌的结构物质；糖糖代谢代谢糖的糖的合成合成糖的糖的分解分解光合作用光合作用糖原异生糖原异生糖糖酵解酵解三羧酸循环三羧酸循环磷酸戊糖途径等磷酸戊糖途径等第二节第二节 蔗糖和多糖的分解蔗糖和多糖的分解一、蔗糖的水解一、蔗糖的水解蔗糖蔗糖+H2O 葡萄糖葡萄糖+果糖果糖蔗糖酶蔗糖酶蔗糖蔗糖+果糖果糖+ADPUDPADPGUDPG蔗糖合成酶蔗糖合成酶UDPG和和ADPG常作为淀粉合成的糖基供体。常作为淀粉合成的糖基供体。l-淀粉酶淀粉酶:淀粉内切酶淀粉内切酶，水解水解-1.4-糖苷键；糖苷键；l-淀粉酶淀粉酶：淀粉外切酶：淀粉外切酶，从非还原端顺次切下，从非还原端顺次切下两分子

8、葡萄糖，两分子葡萄糖，水解水解-1.4糖苷键糖苷键；l脱支酶脱支酶：水解水解 -1,6-糖苷酶糖苷酶，又称为，又称为R酶；酶；l麦芽糖酶：麦芽糖酶：水解水解-1,4-糖苷键糖苷键（一）、淀粉的水解（一）、淀粉的水解能够水解淀粉的酶称为淀粉水解酶能够水解淀粉的酶称为淀粉水解酶二、淀粉的水解和磷酸解二、淀粉的水解和磷酸解l 将淀粉将淀粉非还原末端非还原末端的的G转移给转移给Pi。直链淀粉直链淀粉 G-1-P 支链淀粉支链淀粉 G-1-P+极限糊精极限糊精l 降解支链淀粉时降解支链淀粉时，只能降解到距分支点只能降解到距分支点4个个G为止为止，留下带有留下带有分支的多糖链分支的多糖链-极限糊精极限糊精

9、。1、淀粉磷酸化酶：作用于、淀粉磷酸化酶：作用于-1,4-糖苷键糖苷键（二）淀粉的磷酸解（二）淀粉的磷酸解2、转移酶：、转移酶：3、脱支酶、脱支酶淀粉淀粉（n残基）残基）+Pi 淀粉（淀粉（n-1残基）残基）+G-1-P7 77 7磷酸化酶磷酸化酶+H3PO4-1,4糖苷键糖苷键-1,6糖苷键糖苷键淀粉核心淀粉核心淀粉核心淀粉核心 G-1-P+支链淀粉磷酸解支链淀粉磷酸解脱支酶脱支酶+H3PO41 G-1-P淀粉核心淀粉核心磷酸化酶磷酸化酶+H3PO4G-1-P转移酶转移酶淀粉核心淀粉核心三、糖原的降解三、糖原的降解 肝脏肝脏 G+Pi肌肉肌肉进入糖酵解进入糖酵解糖原的磷酸解具有重要的生物学意

10、义糖原的磷酸解具有重要的生物学意义磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶G-6-PG-1-P糖原糖原（n残基）残基）+Pi 糖原（糖原（n-1残基）残基）+G-1-Pl糖原是肝脏和骨骼肌中的贮能物质糖原是肝脏和骨骼肌中的贮能物质（肌肉肌肉：提供肌肉收缩：提供肌肉收缩的能源，的能源，肝脏肝脏：维持血糖平衡）：维持血糖平衡）l主要由主要由磷酸化酶磷酸化酶、转移酶转移酶、脱支酶脱支酶7 77 7磷酸化酶磷酸化酶+H3PO4-1,4糖苷键糖苷键-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+糖原的磷酸解糖原的磷酸解脱支酶脱支酶+H3PO41 G-1-P糖原核心糖原核心磷酸化酶磷酸化酶+H3

11、PO4G-1-P转移酶转移酶糖原核心糖原核心四、葡萄糖的降解途径四、葡萄糖的降解途径：第一：无氧分解（第一：无氧分解（酵解酵解、发酵发酵）G丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸/乙醇乙醇第二：有氧分解（第二：有氧分解（糖酵解糖酵解、三羧酸循环三羧酸循环）G丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACO2+H2O+ATP第三：其他分解途径，如第三：其他分解途径，如磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径，乙醛酸乙醛酸循环循环第三节第三节 糖酵解（糖酵解（glycolysis）l定义定义：G经一系列经一系列酶的催化作用降解成丙酮酶的催化作用降解成丙酮酸，并伴随生成酸，并伴随生成ATP的过程。的过程。lG分解的共同代谢途径分解的共同代谢途径l研究

12、历史研究历史：1940年年 首先被阐明的代谢途径首先被阐明的代谢途径 德国科学家德国科学家Embden、Meyerhof、Parnas贡献贡献最大，故又称最大，故又称Embden-Meyerhof-Parnas途径途径（EMP）。）。一、糖酵解的化学历程一、糖酵解的化学历程l三个阶段三个阶段10个反应个反应1）已糖的磷酸化（）已糖的磷酸化（活化活化阶段）阶段）2）磷酸已糖的裂解（）磷酸已糖的裂解（C62C3）3）丙酮酸的生成（产生）丙酮酸的生成（产生ATP）（一）己糖的磷酸化（一）己糖的磷酸化OCH2OHOHOHOHOHHHHHMgOCH2OPO3H2OHOHOHOHHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖

13、6磷酸葡萄糖HOH磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖H2O3POHOHOHCH2OHCH2OH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OOHHHOHOHCH2OHCH2OHOOHH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖己糖激酶己糖激酶1、G磷酸化：消耗磷酸化：消耗ATP，不可逆反应不可逆反应OCH2OHOHOHOHOHHHHHMgOCH2OPO3H2OHOHOHOHHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖6磷酸葡萄糖HOH磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖H2O3POHOHOHCH2OHCH2OH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OOHHHOHOHCH2OHCH

14、2OHOOHH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖己糖激酶己糖激酶2、G-6-P的异构化的异构化OCH2OHOHOHOHOHHHHHMgOCH2OPO3H2OHOHOHOHHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖6磷酸葡萄糖HOH磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖H2O3POHOHOHCH2OHCH2OH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OOHHHOHOHCH2OHCH2OHOOHH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖己糖激酶己糖激酶3、F-6-P再再磷酸化：磷酸化：消耗消耗ATP，不可逆反应不可逆反应，是

15、是EMP的的关键步骤关键步骤（二）磷酸己糖的裂解（二）磷酸己糖的裂解1,6-二磷酸果糖HOHH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OCH2OPO3H2CCH2OHOCH2OPO3H2CHOHCHO磷酸二羟丙酮3磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶964醛缩酶1,6-二磷酸果糖HOHH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OCH2OPO3H2CCH2OHOCH2OPO3H2CHOHCHO磷酸二羟丙酮3磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶964醛缩酶 +654654321321C62 C34、1,6-二磷酸果糖HOHH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OCH2OPO3H2CCH2OHOCH2OPO

16、3H2CHOHCHO磷酸二羟丙酮3磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶964醛缩酶5、（三）（三）ATP和丙酮酸的生成和丙酮酸的生成3磷酸甘油醛CH2OPO3H2CHOHCHOCH2OPO3H2CHOHCOPO3H2ONAD+NADH +H+1,3-二磷酸甘油酸CH2OPO3H2CHOHCOHOADP ATPMg磷酸甘油酸激酶CH2OHCHOPO3H2COHO3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油磷酸甘油醛脱氢酶醛脱氢酶6、唯一一个脱氢反应唯一一个脱氢反应NAD+NADH+H+3磷酸甘油醛CH2OPO3H2CHOHCHOCH2OPO3H2CHOHCOPO3H2ONAD+NADH +H+1

17、,3-二磷酸甘油酸CH2OPO3H2CHOHCOHOADP ATPMg磷酸甘油酸激酶CH2OHCHOPO3H2COHO3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油磷酸甘油醛脱氢酶醛脱氢酶7、底物水平磷酸、底物水平磷酸化（生成化（生成ATP）3磷酸甘油醛CH2OPO3H2CHOHCHOCH2OPO3H2CHOHCOPO3H2ONAD+NADH +H+1,3-二磷酸甘油酸CH2OPO3H2CHOHCOHOADP ATPMg磷酸甘油酸激酶CH2OHCHOPO3H2COHO3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油磷酸甘油醛脱氢酶醛脱氢酶8、3-磷酸甘磷酸甘油酸异构化油酸异构

18、化：2-磷酸甘油酸CH2O HCH O PO3H2CO HOCH2C O PO3H2CO HO烯醇化酶M g+2磷酸烯醇式丙酮酸CO HOCH O HCH2CO O HCCH3OAD P ATP2M g+丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸丙酮酸9、磷酸烯醇式丙酮、磷酸烯醇式丙酮酸（酸（PEP）的生成的生成2-磷酸甘油酸CH2O HCH O PO3H2CO HOCH2C O PO3H2CO HO烯醇化酶M g+2磷酸烯醇式丙酮酸CO HOCH O HCH2CO O HCCH3OAD P ATP2M g+丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸丙酮酸10、丙酮酸生成：、丙酮酸生成：底物水平磷酸化（生底物水平磷酸化（生成成ATP

19、），），不可逆反应不可逆反应 耗能耗能反应：反应：产能产能反应：反应：二、二、EMP的讨论（以葡萄糖为底物）的讨论（以葡萄糖为底物）1 1、细胞定位、细胞定位：在：在细胞质细胞质中进行中进行，2、总反应式：总反应式：C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2CH3COCOOH+2NADH+2H+2ATP+2H2O 、EMP中中ATP的计算的计算 反应反应 ATP的变化的变化 NADH1）G6-P-G -13）6-P-F F-D-P -16）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 7）1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 +210）PE

20、P丙酮酸丙酮酸 +2每每mol葡萄糖净增葡萄糖净增ATPmol数数 +2(无氧）无氧）+6或或8（有氧）（有氧）4、EMP的生理意义的生理意义 糖分解代谢的共有途径糖分解代谢的共有途径;释放能量，使机体在释放能量，使机体在缺氧情况下仍能进缺氧情况下仍能进行生命活动；行生命活动；酵解过程的酵解过程的中间产物可为机体其它生物中间产物可为机体其它生物合成提供碳架。合成提供碳架。为糖异生作用提供了基本途径。为糖异生作用提供了基本途径。葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 果糖果糖-6-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛-3-P 二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸 3-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

21、酸 丙酮酸丙酮酸核苷酸核苷酸氨基酸、嘧啶氨基酸、嘧啶氨基糖、糖脂氨基糖、糖脂糖蛋白糖蛋白丙氨酸丙氨酸丝氨酸丝氨酸脂质脂质l磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶(PFK)的调控的调控:最重要的限速最重要的限速酶酶抑制剂：抑制剂：，柠檬酸，柠檬酸，H+；激活剂：激活剂：AMP，F-2,6-Bl己糖激酶的调控己糖激酶的调控 抑制：抑制：G-6-Pl丙酮酸激酶的调控丙酮酸激酶的调控 抑制：抑制：ATP、Ala；激活：激活：FBP、糖酵解的调节、糖酵解的调节已糖激酶，磷酸果糖激酶，丙酮酸激酶，已糖激酶，磷酸果糖激酶，丙酮酸激酶，催化的反应催化的反应不可逆，这三个反应称不可逆，这三个反应称限速反应限速反应，三种酶称，

22、三种酶称限速酶限速酶。第四节、丙酮酸的去路第四节、丙酮酸的去路一、丙酮酸的无氧降解一、丙酮酸的无氧降解 葡萄糖（葡萄糖（G）丙酮酸丙酮酸乳酸或乙醇乳酸或乙醇二、丙酮酸的有氧降解（二、丙酮酸的有氧降解（氧化脱羧成乙酰氧化脱羧成乙酰COA）葡萄糖（葡萄糖（G）丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰COACO2+H2O+能量能量 CCCH3OOOCH CCH3OO HON A D H+H+N A D+L actate D ehydrogenase pyruvate lactate 1、乳酸发酵、乳酸发酵(lactate fermentation)定义：在无氧条件下，把糖酵解中生成的定义：在无氧条件下，把糖酵解中生成的

23、NADH中的中的H交给丙酮酸生成乳酸的过程交给丙酮酸生成乳酸的过程乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸一、丙酮酸的无氧降解一、丙酮酸的无氧降解当氧的量有限时，当氧的量有限时，高等动物剧烈活高等动物剧烈活动的肌肉细胞中，动的肌肉细胞中，丙酮酸被还原为丙酮酸被还原为乳酸；植物体内乳酸；植物体内也可进行乳酸发也可进行乳酸发酵，利用乳酸发酵，利用乳酸发酵还可以制造酸酵还可以制造酸牛奶、泡菜等。牛奶、泡菜等。2、乙醇发酵、乙醇发酵(ethanol fermentation)定义：在无氧条件下，把糖酵解中生成的定义：在无氧条件下，把糖酵解中生成的NADH中的中的H交给丙酮酸脱羧产物乙醛生成乙醇的过程交

24、给丙酮酸脱羧产物乙醛生成乙醇的过程 CCCH3OOOCCH3OHCCH3OHHHNADH+H+NAD+CO2 Pyruvate Alcohol Decarboxylase Dehydrogenase pyruvate acetaldehyde ethanol 丙酮酸丙酮酸 乙醛乙醛 乙醇乙醇丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶(TPP)高等植物如果长高等植物如果长期淹水，供氧不期淹水，供氧不足，体内就产生足，体内就产生乙醇，在有些厌乙醇，在有些厌氧生物如酵母中，氧生物如酵母中，丙酮酸经乙醛转丙酮酸经乙醛转变为变为COCO2 2和乙醇。和乙醇。G无氧降解的无氧降解的ATP计算计算 反反

25、应应 ATP的变化的变化1）GG-6-P 13）F-6-P FBP 16）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 +4/6（）7）1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 +210）PEP丙酮酸丙酮酸 +2 合计：合计：2二、二、丙酮酸的有氧降解丙酮酸的有氧降解氧化脱羧成氧化脱羧成CHCH3 3COCoACOCoAMg2+1、总反应式：、总反应式：2、丙酮酸脱氢酶系组成、丙酮酸脱氢酶系组成1）酶酶：l丙酮酸脱羧酶（丙酮酸脱羧酶（TPPTPP）l二氢硫辛酸转乙酰基酶（硫辛酸，二氢硫辛酸转乙酰基酶（硫辛酸，CoASH）l二氢硫辛酸脱氢酶（二氢硫辛酸脱氢酶（

26、FADFAD、NADNAD+)2）辅助因子辅助因子：TPP、硫辛酸、硫辛酸、CoASH、NAD+、FAD、Mg2+l外型：圆球状多面体外型：圆球状多面体l 8个个二氢硫辛酸转乙酰酶的三聚体二氢硫辛酸转乙酰酶的三聚体+6个个二氢硫辛酸脱氢二氢硫辛酸脱氢酶二聚体酶二聚体+12个个丙酮酸脱羧酶的二聚体丙酮酸脱羧酶的二聚体丙酮酸氧化脱羧机理E2E3E1三种酶60条肽链形成的复合体CO2CH3OCOOCTPPCH3CHOHTPPS(CH2)4COOSOCH3CS(CH2)4COOSH-SH(CH2)4COOSH-FADH2FADNADNADH+H+SCoACH3CSCoAOHH乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛

27、酸硫辛酸硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA 第五节、三羧酸循环（第五节、三羧酸循环（TCA）w TCA循环循环(tricarboxylic acid cycle)也称柠檬酸也称柠檬酸循环循环(citric acid cycle)，1937年由德国科学家年由德国科学家Hans Krebs提出，所以又称提出，所以又称Krebs循环循环(1953年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖)。wTCATCA循环：指从乙酰循环：指从乙酰C CO OA A与草酰乙酸与草酰乙酸(OAA)OAA)缩合成柠檬酸，再经一系列氧化、脱羧，缩合成柠檬酸，再经一系列氧化、脱羧，重新产生重新产生OAAOAA的循环过程。的

28、循环过程。线粒体膜线粒体膜第三个第三个碳以碳以COCO2 2形式失形式失去去四碳二羧酸四碳二羧酸第二个碳以第二个碳以COCO2 2形式失去形式失去三羧酸？循环？五碳二羧酸五碳二羧酸基质中基质中丙酮酸丙酮酸基基质中质中六碳三羧酸六碳三羧酸三种羧酸！三种羧酸！草酰乙酸打循环！草酰乙酸打循环！第一个碳以第一个碳以COCO2 2形式失去形式失去重新加入到重新加入到草酰乙酸库草酰乙酸库一、一、TCA循环的化学历程循环的化学历程1、柠檬酸的合成、柠檬酸的合成(该反应不可逆）该反应不可逆）柠檬酸合酶柠檬酸合酶关键酶2、异柠檬酸的形成顺乌头酸顺乌头酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶顺

29、乌头酸酶3、异柠檬酸氧化脱羧生成、异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸酮戊二酸第一次脱氢、脱羧第一次脱氢、脱羧 异柠檬酸脱氢酶兼有脱氢和脱羧的作用；异柠檬酸脱氢酶兼有脱氢和脱羧的作用；异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶：变构酶，一种以：变构酶，一种以NAD+为辅酶为辅酶(线粒体线粒体)，另一，另一种以种以NADP+为辅酶为辅酶(线粒体、细胞质线粒体、细胞质)该反应不可逆，是该反应不可逆，是TCA循环中的限速反应循环中的限速反应；该反应是该反应是TCA的分界点，前为三羧酸反应，后为二羧酸反应。的分界点，前为三羧酸反应，后为二羧酸反应。异柠檬酸异柠檬酸草酰琥珀酸草酰琥珀酸酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸

30、脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶4、-酮戊二酸氧化脱羧酮戊二酸氧化脱羧 第二次脱羧、脱氢第二次脱羧、脱氢 该反应不可逆，该反应不可逆，并释放大量能量并释放大量能量，产生产生NADH及及CO2各一份各一份及一个及一个硫酯型高能化合物琥珀酰硫酯型高能化合物琥珀酰CoA酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系5、琥珀酸的生成、琥珀酸的生成产生产生GTP TCA循环中唯一的底物水平磷酸化循环中唯一的底物水平磷酸化琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoACoA合成酶合成酶6、琥珀酸生成延胡索酸、琥珀酸生成延胡索酸 第三次脱氢第三次脱氢 脱氢酶的辅酶为脱氢酶的

31、辅酶为FAD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7、苹果酸的生成、苹果酸的生成 延胡索酸酶延胡索酸酶L-L-苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸8、OAA（草酰乙酸）的再生草酰乙酸）的再生 第四次脱氢第四次脱氢至此为止，至此为止，OAA又重新生成，又可进入又重新生成，又可进入TCA循环。循环。L-L-苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸L-L-苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶L-L-苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸三羧酸循环总图:O C COOHCH2COOH草酰乙酸CH2COSoA(乙酰辅酶A)OHCHCOOHCH2COOH苹果酸CH2COOHCH2COOH琥珀酸CH2COOHCH2COSCoA琥珀酰C

32、oACOOHCH2COOHCH2O=C-酮戊二酸COOHCOOHCH2COOHCHHO-C异柠檬酸COOHCOOHCH2COOHHO-CH2C柠檬酸CO2 22 2H HCO2 22 2H HGTPGTPCHHOOCCHCOOH延胡索酸O C COOHCH2COOH2H2HH H返回返回二、二、TCA循环的回补反应循环的回补反应 TCA循环的中间产物是生物合成的前体，如：循环的中间产物是生物合成的前体，如：-KG Glu OAA Asp 琥珀琥珀酰酰CoA 卟啉环卟啉环 上述过程均可导致上述过程均可导致OAA浓度下降浓度下降，从而影响，从而影响TCA循环的运转，必须不断补充才能维持其正常循环的

33、运转，必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为进行，这种补充称为回补反应回补反应丙酮酸羧化丙酮酸羧化OAA/循环中循环中任何一种中任何一种中间产物不足间产物不足TCA循环循环速度降低速度降低乙酰乙酰CoA浓度增加浓度增加激活激活丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶产生更多的产生更多的OAA辅助因子：辅助因子：生物素、生物素、Mg2+（动物体内的主要回补反应）（动物体内的主要回补反应）在线粒体内进行在线粒体内进行丙酮酸羧化酶PiADPCO2ATPOCOOHCCH2COOHOCH3CCOOH苹果酸脱氢苹果酸脱氢苹果酸苹果酸NADHNAD+苹果酸脱氢酶OCOOHCCH2COOH苹果酸酶NADP+CO2NAD

34、PHOCH3CCOOHHOHCCH2COOHCOOH苹果酸酶苹果酸酶CO2NADH+H+NAD+PEP羧化羧化v反应在胞液中进行反应在胞液中进行（在植物、细菌、脑、心（在植物、细菌、脑、心）PEPPEP羧激酶羧激酶氨基酸转化氨基酸转化-KGAspGluOAA1、细胞定位：、细胞定位：线粒体基质中线粒体基质中，整个循环单向进行。整个循环单向进行。三、三、TCA循环总结循环总结糖有氧氧化的过程：糖有氧氧化的过程：丙酮酸的生成（胞浆）丙酮酸的生成（胞浆）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA （线粒体）线粒体）乙酰乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化进入三羧酸循环彻底氧化 （线粒体）（线粒体

35、）2、总反应式：总反应式：CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+3H+FADH2+GTP TCA循环以乙酰循环以乙酰C oA为底物，循环进行一为底物，循环进行一 周，周，消耗一分子乙酰消耗一分子乙酰C oA，经过经过二次脱羧二次脱羧，四次脱四次脱氢氢，一次底物水平磷酸化一次底物水平磷酸化被完全分解；被完全分解；、TCA循环的能量计算循环的能量计算 乙酰乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2 +3NADH+3H+FADH2+GTP+CoASHl3NADH+3H+3*3 ATPl FADH2 2 ATPl ADP ATPl GT

36、P GDP 1 ATPll 12 ATP氧化磷酸化氧化磷酸化O2、葡萄糖彻底氧化的能量计算、葡萄糖彻底氧化的能量计算 过程过程 产生产生ATP数数 1G 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 2 2（NADH+H+）22（3）=4或或6 2丙酮酸丙酮酸 2（NADH+H+）23=6 2乙酰乙酰CoA 212=24 2CO2 +4H2O 合计：合计：36或或38 是有机体获得生命活动所需能量的最主要途径是有机体获得生命活动所需能量的最主要途径lG有氧分解所产生的有氧分解所产生的ATP数远超过数远超过EMP或或G无氧降解无氧降解;l脂肪、脂肪、Aa等彻底分解氧化也主要通过等彻底分解氧化也主要通过TCA循环

37、循环。是物质代谢的枢纽是物质代谢的枢纽lTCA循环是糖、脂肪、循环是糖、脂肪、Aa等彻底分解的共同途径等彻底分解的共同途径;l中间产物是合成其他化合物的碳骨架中间产物是合成其他化合物的碳骨架 TCA循环是发酵产物重新氧化的途径循环是发酵产物重新氧化的途径5、TCA循环的生物学意义循环的生物学意义线粒体线粒体细胞质细胞质三羧酸循环三羧酸循环-焚烧炉焚烧炉脂肪酸、脂肪酸、胆固醇胆固醇卟啉类、卟啉类、血红素、叶绿素血红素、叶绿素其他其他Aa、嘌呤、嘌呤、嘧啶嘧啶谷氨酸谷氨酸嘌呤嘌呤天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸琥珀酰琥珀酰CoA氨酸氨酸-酮戊二酸酮戊二酸乙酰乙酰CoA酸酸丙酮酸丙酮酸三羧酸循环三羧

38、酸循环-百宝箱百宝箱、三羧酸循环的调控、三羧酸循环的调控 1）、）、柠檬酸合酶柠檬酸合酶（最重要的限速酶）（最重要的限速酶）抑制：抑制：ATP、NADH、琥珀酰琥珀酰CoA、柠檬酸柠檬酸激活：激活：ADP 2）、）、异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶抑制：抑制：ATP、NADH激活：激活：ADP、NAD+、Ca2+3）、）、-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系抑制：抑制：ATP、琥珀酰琥珀酰CoA、NADH激活：激活：ADP、NAD+、Ca2+第五节第五节 葡萄糖直接氧化途径葡萄糖直接氧化途径 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径（磷酸戊糖途径（PPPPPP）又称磷酸已又称磷酸已糖旁路（糖旁路（HMS

39、HMS）（）（HMPHMP），），该途径特该途径特点是点是G G从从G-6-PG-6-P出发经脱氢生成出发经脱氢生成6-6-P-P-葡萄糖酸葡萄糖酸 COCO2 2+磷酸戊糖。磷酸戊糖。磷酸戊糖途径的发现磷酸戊糖途径的发现 G3-P-甘油醛甘油醛 1.3二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸 3-P-甘油醛脱氢酶（甘油醛脱氢酶（SH）失活失活(EMP中断中断)按理按理EMP中断中断,G不被消耗不被消耗,可可G仍被消耗仍被消耗,证明证明G还有其他代谢还有其他代谢途径。途径。碘乙酸或氟化物碘乙酸或氟化物一、磷酸戊糖途径的化学历程一、磷酸戊糖途径的化学历程1、磷酸葡萄糖氧化脱羧磷酸葡萄糖氧化脱羧1）

40、6磷酸葡萄糖脱氢（磷酸葡萄糖脱氢（NADP+为为H受体）受体）2）6磷酸葡萄糖酸的生成磷酸葡萄糖酸的生成3）5磷酸核酮糖的生成（磷酸核酮糖的生成（NADP+为为H受体）受体）1、磷酸葡萄糖氧化脱羧磷酸葡萄糖氧化脱羧 磷酸葡萄糖脱氢酶，磷酸葡萄糖脱氢酶，磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶6NADP+6NADPH+6H+G6P 5-磷酸核酮磷酸核酮+6CO2 6NADP+6NADPH+6H+相当于一个葡萄糖被彻底氧化放出相当于一个葡萄糖被彻底氧化放出6个个CO2同时生成同时生成12个（个（NADPH+H）。）。2、磷酸已糖的再生磷酸已糖的再生6 6 分子分子 5-5-磷酸核酮糖通过异构化、转酮基

41、、磷酸核酮糖通过异构化、转酮基、转醛基等反应再生转醛基等反应再生5 5分子分子6 6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1）磷酸戊糖的相互转化磷酸戊糖的相互转化4 6 2 2 2）转酮反应）转酮反应 2 2 2 23 3）转醛反应）转醛反应 生成生成4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖 2 2 2 24 4）转酮反应）转酮反应:生成生成6 6磷酸果糖及磷酸果糖及3 3磷酸甘油醛磷酸甘油醛 2 2 2 25-磷酸核糖磷酸核糖5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖糖酵酵解解6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 NADP+NADPH+H+5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 NADP+NADPH+H+CO2 27 7-磷酸景天酮糖磷酸

42、景天酮糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛6 6-磷酸果糖磷酸果糖4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 氧化阶段氧化阶段(脱碳产能脱碳产能)非氧化阶段非氧化阶段(重组重组)C5C5C3C7C6C4C3C6+C3C7+C5C42NADPH生物氧化生物氧化O26ATP+2H2O6(6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖)+6O2+7H2O 6(5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖)+6CO2+36ATP葡萄糖葡萄糖+O2+6H2O 6CO2+30ATP(66-6(活化活化)5(6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖)3 3、PPPPPP途径的特点：途径的特点：1）G直接脱氢和脱羧直接脱氢和脱羧2）脱氢酶的辅酶为）脱氢酶的辅酶为NADP

43、+4 4、PPP途径的细胞定位途径的细胞定位细胞质中细胞质中5 5、PPPPPP途径的生物学意义途径的生物学意义1 1）NADPHNADPH为为细胞各种合成反应提供主要还原力。细胞各种合成反应提供主要还原力。2 2）PPPPPP中的某些中间物是其它物质合成的原料中的某些中间物是其它物质合成的原料3 3）PPPPPP可与光合作用联系起来，实现某些单糖可与光合作用联系起来，实现某些单糖间的互变。间的互变。4 4）NADPH+HNADPH+H+有时也可经呼吸链氧化供能有时也可经呼吸链氧化供能NADPH生物氧化生物氧化3ATP第六节第六节 糖类的合成糖类的合成高等植物葡萄糖的合成途径高等植物葡萄糖的合

44、成途径:卡尔文循环（光合作用）卡尔文循环（光合作用）蔗糖、淀粉的降解蔗糖、淀粉的降解糖异生糖异生 动物体内葡萄糖的合成途径：动物体内葡萄糖的合成途径：糖原的降解糖原的降解 糖异生糖异生一、糖异生（一、糖异生（gluconeogenesis）作用）作用（一）概念l定义：定义：非糖物质转变成葡萄糖非糖物质转变成葡萄糖的过程。的过程。l证据证据：大鼠禁食：大鼠禁食24小时，肝糖原从小时，肝糖原从7%1%，若喂乳酸、丙酮酸等糖原的量会增加。若喂乳酸、丙酮酸等糖原的量会增加。l糖异生前体：糖异生前体：丙酮酸丙酮酸、乳酸；甘油；某些氨、乳酸；甘油；某些氨基酸（能转变成基酸（能转变成OAA、-KG、丙酮酸）

45、丙酮酸）l部位：肝、肾部位：肝、肾（二）糖异生的途径l糖异生途径的大部分反应与糖酵解的逆反应相糖异生途径的大部分反应与糖酵解的逆反应相同同l关键关键：克服糖酵解的三步不可逆反应。：克服糖酵解的三步不可逆反应。l区别区别：糖酵解在细胞液中进行，糖异生则跨越：糖酵解在细胞液中进行，糖异生则跨越线粒体和细胞液。线粒体和细胞液。OAA丙丙酮酮酸酸丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶CO2 ATP ADP+PiGTP GDP CO2PEP羧激酶羧激酶PEP1、丙酮酸、丙酮酸 PEP 丙酮酸羧化酶位于丙酮酸羧化酶位于线粒体线粒体，PEP羧激酶存在于羧激酶存在于胞液胞液 丙酮酸（胞液）丙酮酸（胞液）丙酮酸（线粒体）丙酮

46、酸（线粒体）OAA（线（线粒体）粒体）苹果酸（线粒体）苹果酸（线粒体）苹果酸（胞液）苹果酸（胞液）OAA（胞液）（胞液）CH2OCOCHHOCOHHCOHHCH2OPPFBP1,6-二磷酸果糖酶二磷酸果糖酶+H2OCH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OPF-6-P+Pi2、FBP F-6-PG-6-P+H2O6-磷酸葡萄糖酶磷酸葡萄糖酶G+Pi3、G-6-P G1）糖异生对人类及动物（脑、红细胞）是）糖异生对人类及动物（脑、红细胞）是绝对需要绝对需要的途径；的途径；2）饥饿、剧烈运动时，需要非糖物质重新生成葡萄）饥饿、剧烈运动时，需要非糖物质重新生成葡萄糖，以维持血糖水平；糖，以维持血

47、糖水平；3）油料种子萌发时，脂肪酸）油料种子萌发时，脂肪酸乙酰乙酰CoA 乙醛酸乙醛酸循环循环合成琥珀酸合成琥珀酸 TCA循环循环OAA 糖异生糖异生 G供种子萌发使用供种子萌发使用 生物学意义：生物学意义：（三）糖异生途径的讨论（三）糖异生途径的讨论l糖酵解和糖异生是相互协调的；糖酵解和糖异生是相互协调的；1、1,6-二磷酸果糖酶二磷酸果糖酶 抑制：抑制：ADP、AMP、FBP 激活：柠檬酸、激活：柠檬酸、ATP2、丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 抑制：抑制：ADP 激活：丙酮酸、乙酰激活：丙酮酸、乙酰CoA 调节：常用于蔗糖和淀粉合成中葡萄糖的活化体是常用于蔗糖和淀粉合成中葡萄糖的活化体是 UD

48、PG(UDPG(尿二苷葡萄糖尿二苷葡萄糖)，ADPG(ADPG(腺二苷葡萄糖腺二苷葡萄糖)G-1-P+UTP G-1-P+UTP UDPG+PPiUDPG+PPi G-1-P+ATP G-1-P+ATP ADPG+PPiADPG+PPiUDPGUDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶ADPGADPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶二、葡萄糖核苷酸的合成二、葡萄糖核苷酸的合成植物细胞中植物细胞中:蔗糖合成活化体蔗糖合成活化体UDPG淀粉合成活化体淀粉合成活化体ADPG（主）主）,UDPG（少）少）纤维素合成活化体纤维素合成活化体GDPG和和UDPGUDPGUDPG三、蔗糖的生物合成三、蔗糖的生物合成 1、蔗糖合成酶途径

49、蔗糖合成酶途径植物植物非光合组织非光合组织 蔗糖合成酶蔗糖合成酶 UDPG +果糖果糖 蔗糖蔗糖 +UDP 2、磷酸蔗糖合成酶途径磷酸蔗糖合成酶途径植物植物非光合组织非光合组织 UDPG +F6P 磷酸蔗糖磷酸蔗糖 +UDP 磷酸蔗糖磷酸蔗糖+H2O 蔗糖蔗糖+Pi蔗糖磷酸酯酶蔗糖磷酸酯酶磷酸蔗糖合成酶磷酸蔗糖合成酶磷酸蔗糖合成酶途径是蔗糖合成的主要途径磷酸蔗糖合成酶途径是蔗糖合成的主要途径四、淀粉的合成四、淀粉的合成（一）、直链淀粉的合成直链淀粉的合成1.淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶G-1-P+引物引物(nG)淀粉淀粉(n+1)G+Pi（n3)淀粉磷酸化酶主要用于淀粉的水解。淀粉磷酸化酶主要用于

50、淀粉的水解。2.D 酶：糖苷转移酶，形成淀粉合成的酶：糖苷转移酶，形成淀粉合成的“引物引物”+D酶酶 3.淀粉合成酶的作用淀粉合成酶的作用(主要途径）主要途径）ADPG转葡萄糖苷酶转葡萄糖苷酶 ADPG+“引物引物”ADP+Gn+1 （Gn)（n3）UDPG转葡萄糖苷酶转葡萄糖苷酶 UDPG+“引物引物”UDP+Gn+1 （Gn）（n3）4.蔗糖转化为淀粉蔗糖转化为淀粉l蔗糖蔗糖UDPG 1-P-G ADPG 淀粉淀粉(支链支链)6-P-F6-P-G 1-P-GF蔗糖合成酶蔗糖合成酶UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶ADPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶淀粉合成酶淀粉合成酶己糖激酶己糖激酶磷酸己糖异构酶磷酸己