1、糖类代谢糖类代谢糖代谢糖代谢Metabolism of Carbohydrates第第 五五 章章内容提要：内容提要：第一节第一节 新陈代谢概述新陈代谢概述第二节第二节 生物体内的糖类生物体内的糖类第三节第三节 双糖和多糖的酶促降解双糖和多糖的酶促降解第四节第四节 糖酵解糖酵解第五节第五节 柠檬酸循环柠檬酸循环第六节第六节磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径第七节第七节 糖的生物合成糖的生物合成第第 一一 节节 新陈代谢概述新陈代谢概述Introduction of Metabolism新陈代谢的概念新陈代谢的概念 新陈代谢新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之是生命最基本的特征之一，泛指生
2、物与周围环境进行一，泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换物质交换和能量交换的的过程。过程。 生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用（同化作用（assimilation）；）；另一方面，将原有的组成另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓用或排出体外，即所谓异化作用（异化作用（dissimilation），），通过上述过程不断地进行自我更新。通过上述过程不
3、断地进行自我更新。 示踪法（化合物示踪、同位素示踪）示踪法（化合物示踪、同位素示踪） 抗代谢物和酶抑制剂的利用抗代谢物和酶抑制剂的利用 体内试验（体内试验（in vivo）和体外试验（）和体外试验（in vitro）新陈代谢的研究方法新陈代谢的研究方法新陈代谢的概念及内涵新陈代谢的概念及内涵 小分子小分子 大分子大分子合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用） 需要能量需要能量 释放能量释放能量分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用） 大分子大分子 小分子小分子物物质质代代谢谢能能量量代代谢谢新新陈陈代代谢谢第第 二二 节节 单糖、寡糖、多糖单糖、寡糖、多糖Monosaccharide、olig
4、osaccharide & polysaccharide糖的概念糖的概念糖糖(carbohydrates)(carbohydrates)即即碳水化合物碳水化合物，其化学本质为其化学本质为多羟醛多羟醛（葡萄糖）或（葡萄糖）或多羟多羟酮类酮类（果糖）及其衍生物或多聚物。（果糖）及其衍生物或多聚物。 人类食物中的糖主要有植物淀粉、动人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以糖等，其中以淀粉淀粉为主。为主。单糖、寡糖、多糖单糖、寡糖、多糖 单糖单糖(Monosaccharide)(Monosaccharide)是最简单的糖，不再被水
5、是最简单的糖，不再被水解成更小的糖单位。根据其所含碳原子数目分为丙解成更小的糖单位。根据其所含碳原子数目分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖。根据其结构特点又分为醛糖、丁糖、戊糖和己糖。根据其结构特点又分为醛糖和酮糖。糖和酮糖。 寡糖寡糖(Oligosaccharide)(Oligosaccharide)是少数单糖（是少数单糖（2-102-10个）的个）的缩合产物，低聚糖通常指缩合产物，低聚糖通常指2020个以下的单糖的缩合产个以下的单糖的缩合产物。物。 多糖多糖(Polysaccharide)(Polysaccharide)是多个单糖以是多个单糖以糖苷键糖苷键连接连接而形成的高聚物。常见的多糖有淀粉、
6、糖原、纤维而形成的高聚物。常见的多糖有淀粉、糖原、纤维素等。素等。葡萄糖（葡萄糖（glucose）结构）结构CHOOHHOHHOHHOHHHOCHOCOHCHHOCOHHCOHHCH2OHHOHOHHOHHOHHOHCH2HHO123456123456123456开 链 型环 型开 链 型OHOHHOHHOHHOHCH2HHOOHCH2OHHCH2OHHHOHOHO葡萄糖（glucose ）果糖（fructose）123456123456葡萄糖葡萄糖果糖果糖蔗糖蔗糖棉籽糖棉籽糖麦芽糖麦芽糖乳糖乳糖蔗糖蔗糖纤维素纤维素淀粉淀粉糖的生理功能糖的生理功能1. 提供能源提供能源 人体内人体内70%70
7、%能量来源于糖的分解代谢，能量来源于糖的分解代谢，1 1克葡萄糖在体内彻底氧化，可释放克葡萄糖在体内彻底氧化，可释放16.7KJ16.7KJ能量。能量。 糖代谢的某些中间产物，可用来合成糖代谢的某些中间产物，可用来合成脂肪、氨基酸、胆固醇、核苷酸等。脂肪、氨基酸、胆固醇、核苷酸等。3. 构成细胞的成分构成细胞的成分 糖脂：神经组织和生物膜的主要成分糖脂：神经组织和生物膜的主要成分 糖蛋白：可作为抗体、酶、激素等糖蛋白：可作为抗体、酶、激素等4. 构成某些生物活性物质构成某些生物活性物质 糖的磷酸衍生物可以形成体内许多重糖的磷酸衍生物可以形成体内许多重要的活性物质，如：要的活性物质，如：NADN
8、AD、FADFAD等等糖代谢的概况糖代谢的概况v糖代谢主要涉及单糖和多聚糖在生物体内糖代谢主要涉及单糖和多聚糖在生物体内如何被利用和储存的过程，即如何被利用和储存的过程，即糖的分解和糖的分解和糖原的合成糖原的合成。 淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖+麦芽三糖麦芽三糖 （40%） （25%）-临界糊精临界糊精+异麦芽糖异麦芽糖 （30%） （5%）葡萄糖葡萄糖 唾液中的唾液中的- -淀粉酶淀粉酶 - -葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 - -临界糊精酶临界糊精酶 消化吸收过程消化吸收过程 肠粘膜上肠粘膜上皮细胞刷皮细胞刷状缘状缘 胃胃 口腔口腔 肠腔肠腔 胰液中的胰液中的- -淀粉酶淀粉酶 主动吸收主动吸收血液血液或
9、易化扩散或易化扩散糖代谢的概况糖代谢的概况 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径有氧有氧/无氧无氧丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 乳酸乳酸乙醇乙醇 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊糖途径磷酸核糖磷酸核糖 + NADPH+H+淀粉淀粉消化与吸收消化与吸收 H2OCO2 ATP 动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞细胞膜细胞膜细胞质细胞质线粒体线粒体 高尔基体高尔基体细胞核细胞核内质网内质网溶酶体溶酶体细胞壁细胞壁叶绿体叶绿体有色体有色体白色体白色体液体液体晶体晶体分泌物分泌物吞噬吞噬中心体中心体胞饮胞饮细胞膜细胞膜 丙酮
10、酸氧化丙酮酸氧化 三羧酸循环三羧酸循环 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 糖酵解糖酵解第第 三三 节节 糖酵解糖酵解Glycolysis一一. .糖酵解定义糖酵解定义糖酵解是将糖酵解是将葡萄糖葡萄糖降解为降解为丙酮酸丙酮酸并伴随着并伴随着ATP生成生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称途径，简称EMP途径途径。葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸 ATP反应部位：反应部位：细胞质细胞质6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸磷酸
11、甘油甘油醛醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖（一）（一）葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化（二）（二）磷酸己糖的裂解磷酸己糖的裂解（三）（三）丙酮酸和丙酮酸和ATP的生成的生成二二. .糖酵解反应历程糖酵解反应历程大体分三个阶段大体分三个阶段（一）葡萄糖磷酸化（一）葡萄糖磷酸化（3 3步反应）步反应）1. 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖（G-6-P)消耗消耗1 1分子分子ATPATP，反应，反应不可逆不可逆。OHOHHOHHOHHOHCH2HHO葡萄糖葡萄糖G
12、ATPADPMg+OHOHHOHHOHHOHCH2HOP6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖G-6-P己糖激酶己糖激酶已糖激酶：已糖激酶：催化从催化从ATPATP转移磷酸基团至各种六碳糖上转移磷酸基团至各种六碳糖上去的酶。去的酶。激酶：激酶：一类从高能供体分子（如一类从高能供体分子（如ATPATP）转移磷酸基团）转移磷酸基团到特定靶分子（底物）的酶；这一过程谓之磷酸化。到特定靶分子（底物）的酶；这一过程谓之磷酸化。激酶都需要激酶都需要MgMg2+2+作为辅助因子。作为辅助因子。v葡萄糖的磷酸化使葡萄糖带上负电荷，不能自葡萄糖的磷酸化使葡萄糖带上负电荷，不能自由逸出细胞；由逸出细胞；v葡萄糖由此变得不稳定，
13、有利于它在细胞内的葡萄糖由此变得不稳定，有利于它在细胞内的进一步代谢。进一步代谢。2. 6-磷酸葡萄糖异构化，生成6-磷酸果糖磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶反应可逆反应可逆 ，反应方向由底物与产物含量，反应方向由底物与产物含量水平来控制水平来控制CH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OPOHOHHOHHOHHOHCH2HOP6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖G-6-P6-磷酸果糖磷酸果糖F-6-P磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶醛糖醛糖-酮糖同分异构化反应酮糖同分异构化反应酶具有绝对的立体专一性酶具有绝对的立体专一性3. 6-磷酸果糖磷酸化，生成1,6-二磷酸果糖v消耗消耗1 1分子分子ATPATP，反
14、应，反应不可逆不可逆。CH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OP6-磷酸果糖磷酸果糖F-6-PATPADPMg2+CH2OCOCHHOCOHHCOHHCH2OPP1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖F-1,6-2P磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-PFK-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶关键反应步骤，决定酵解速度，关键反应步骤，决定酵解速度，该步反应再消耗一分子该步反应再消耗一分子ATP4. F-1,6-2P裂解成裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮(DHAP）（二）磷酸己糖裂解（二）磷酸己糖裂解（2 2步反应）步反应）产生二个三碳糖，即一个醛糖和一个酮糖，产生二个三碳糖，即一个醛糖和一个酮糖，反应可逆。反应可逆
15、。CH2OCOCHHOCOHHCOHHCH2OPPCH2OCOCH2OHCHOCOHHCH2OPP磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮DHAP3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛GAP5. 磷酸丙糖磷酸丙糖的异构化的异构化磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛#CH2OCOCH2OHPCHOCOHHCH2OP磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮DHAP3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛GAP6. 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛氧化为氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 醛基脱氢氧化成羧基，并加入一分子磷酸，形成混合酸酐。醛基脱氢氧化成羧基，并加入一分子磷酸，形成混合酸酐。脱下的氢由脱下的氢由NADNAD+ +接受。此步为糖酵解中接受
16、。此步为糖酵解中唯一一步脱氢反应唯一一步脱氢反应。（三）丙酮酸的生成（三）丙酮酸的生成（5步反应）步反应）CHOCHOHCH2OPCCHOHCH2OPOPO3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛GAPNAD+NADH+H+Pi1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸1,3-BPG7. 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸转变成转变成3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸v底物水平磷酸化底物水平磷酸化：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATPATP或或GTPGTP的合成，的合成，这种产生这种产生ATPATP等高能分子的方
17、式称为底物水平磷酸化。等高能分子的方式称为底物水平磷酸化。v反应可逆反应可逆CCHOHCH2OPOPOCOOHCHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸3-PGADPATP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸1,3-BPG8. 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸转变为转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸COOHCHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸3-PGCOOHCHCH2OHOP2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-PG变位酶上结合一个磷酸基团，将之转移至底物形成二磷酸化合物，变位酶上结合一个磷酸基团，将之转移至底物形成二磷酸化合物，将底物上原有磷酸基团转移回变位酶。将底物上原有磷酸基团转移回变位酶。9. 2-磷酸甘
18、油酸磷酸甘油酸转变成转变成磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸分子内脱水形成双键，引起分子内能量重分子内脱水形成双键，引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键。新分布，形成高能磷酸键。COOHCHCH2OHOP2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-PGCOOHCCH2OPH2OMg2+磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)10. PEP转变成丙酮酸（转变成丙酮酸（pyruvate)v第二个第二个底物水平磷酸化底物水平磷酸化，反应，反应不可逆不可逆。v烯醇式立即自发转变为酮式。烯醇式立即自发转变为酮式。磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 + ATP丙酮酸丙酮酸COOHCCH
19、2OP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸PEPCOOHCOCH3丙酮酸丙酮酸PAADPATP1. 1. 三步不可逆反应：己糖激酶、磷酸果三步不可逆反应：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶糖激酶、丙酮酸激酶2. 2. 两步耗能反应：两步耗能反应： G GG-6-P;G-6-P; F-6-PF-6-PF-1,6-F-1,6-二二P P3. 3. 两步产能反应：两步产能反应： 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； PEPPEP丙酮酸丙酮酸4. 4. 一步脱氢反应：一步脱氢反应：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； 一步加氢反应：丙酮
20、酸一步加氢反应：丙酮酸乳酸乳酸5. 5. 净生成能量净生成能量2 2分子分子ATPATP糖酵解的全过程糖酵解的全过程关键酶（关键酶（key enzymekey enzyme）: : 在一条代谢途径的多酶系统在一条代谢途径的多酶系统中，通常存在一种或少数几种中，通常存在一种或少数几种催化不可逆反应的酶催化不可逆反应的酶，这些酶这些酶决定代谢途径反应方向决定代谢途径反应方向。如己糖激酶、磷酸果。如己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶。糖激酶、丙酮酸激酶。限速酶（限速酶（rate-limiting enzymerate-limiting enzyme）: : 一条代谢途径中一条代谢途径中，催化活力最低
21、，米氏常数最大，也就是，催化活力最低，米氏常数最大，也就是催化反应速催化反应速度最慢的酶度最慢的酶，它，它决定整个代谢途径的速度决定整个代谢途径的速度。如磷酸果。如磷酸果糖激酶。糖激酶。调节酶（调节酶（regulatory enzymeregulatory enzyme）: : 酶的活性受到细胞酶的活性受到细胞内各种信号的调节，是代谢调节的作用点。内各种信号的调节，是代谢调节的作用点。 总反应总反应： 葡萄糖葡萄糖 + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O ATP的生成：的生成： 糖酵解时，糖酵解时，1 1分子葡萄糖共生成
22、分子葡萄糖共生成4 4分子分子 ATPATP，净净生成生成2 2分子分子ATPATP和和2 2分子分子NADH+HNADH+H+ +。能量支票能量支票4 4或或6 6分子分子ATPATP其它单糖的酵解其它单糖的酵解二、糖酵解的调节二、糖酵解的调节（一）（一）6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1（PFK-1）最重要最重要（二）丙酮酸激酶（二）丙酮酸激酶v变构调节：变构调节： F-1,6-F-1,6-二二P P和和PEPPEP是丙酮酸激酶的变构激活剂；是丙酮酸激酶的变构激活剂；ATPATP、柠檬酸和长链脂肪酸是丙酮酸激酶的变构抑制、柠檬酸和长链脂肪酸是丙酮酸激酶的变构抑制剂。剂。v共价修饰调节：共价修
23、饰调节： 胰高血糖素通过胰高血糖素通过cAMPcAMP和和PKAPKA使其磷酸化而抑制其活性。使其磷酸化而抑制其活性。（三）葡萄糖激酶与己糖激酶（三）葡萄糖激酶与己糖激酶v己糖激酶是别构酶，有四种同工酶，存在于己糖激酶是别构酶，有四种同工酶，存在于不同组织中，可催化多种己糖磷酸化，不同组织中，可催化多种己糖磷酸化，G-6-PG-6-P可反馈抑制己糖激酶可反馈抑制己糖激酶；v葡萄糖激酶不是别构酶，为己糖激酶同工酶葡萄糖激酶不是别构酶，为己糖激酶同工酶IVIV型，存在与肝细胞内，只催化葡萄糖磷酸型，存在与肝细胞内，只催化葡萄糖磷酸化，化，胰岛素胰岛素可诱导葡萄糖激酶的合成。可诱导葡萄糖激酶的合成。
24、 己糖激酶己糖激酶 葡萄糖激酶葡萄糖激酶存在部位存在部位 肝外组织肝外组织 肝肝Km 值值 0.1mmol/L 10mmol/L底物底物 G, 果糖果糖, 甘露糖甘露糖 G调节调节 G-6-P反馈抑制反馈抑制 胰岛素诱导胰岛素诱导己糖激酶和葡萄糖激酶的比较己糖激酶和葡萄糖激酶的比较 三、丙酮酸的去路三、丙酮酸的去路 有氧条件下，进入线粒体变成乙酰有氧条件下，进入线粒体变成乙酰CoACoA参加三羧酸参加三羧酸循环，彻底氧化产生循环，彻底氧化产生COCO2 2和和H H2 2O O。 无氧条件下，加氢还原生成乳酸。无氧条件下，加氢还原生成乳酸。 在酵母等微生物中，丙酮酸脱羧生成乙醛，再加在酵母等微
25、生物中，丙酮酸脱羧生成乙醛，再加氢还原生成乙醇。氢还原生成乙醇。COO- -CCH3NAD+NADH+H +O丙酮酸CH3C丙酮酸脱氢酶 复合体乙酰OSCoACoA+ HSCoA+ CO2CO2+H2OCOO- -CCH3NAD+NADH+H +O丙酮酸COO- -CHOHCH3乳酸脱氢酶乳酸CH2OHCH3乙醇乙醇 NADH+H+ NAD+CO2乙醛乙醛CHOCH3COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸u机体缺氧时的主要供能方式。机体缺氧时的主要供能方式。u机体供氧充足情况下少数组织的能量来源。机体供氧充足情况下少数组织的能量来源。如成熟红细胞、神经、骨髓、皮肤、视网如成熟红细胞、神经、骨髓、皮肤
26、、视网膜等。膜等。u糖无氧分解不仅提供能量，还能提供碳源糖无氧分解不仅提供能量，还能提供碳源物质，参与物质，参与PrPr、脂肪酸的生物合成，如、脂肪酸的生物合成，如丙酮酸。丙酮酸。四、糖酵解的生理意义四、糖酵解的生理意义三羧酸循环三羧酸循环Tricarboxylic Acid Cycle第第 四四 节节柠檬酸循环柠檬酸循环Citric Acid cycle一、一、三羧酸循环（三羧酸循环（TCA）丙酮酸胞液线粒体第一阶段 （同酵解）第二阶段第三阶段三羧酸循环氧化磷酸化CO2+ H2O+ATP丙酮酸乙酰CoAG（一）（一） 丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸的氧化脱羧v经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰经脱氢、脱羧、
27、酰化生成乙酰CoA，这，这是不可逆反应。在是不可逆反应。在线粒体线粒体内进行。内进行。COO- -CCH3NAD+NADH+H +O丙酮酸CH3C丙酮酸脱氢酶 复合体乙酰OSCoACoA+ HSCoA+ CO2丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 硫辛酸乙酰转移酶（硫辛酸乙酰转移酶（E2）由由三种酶三种酶组成组成 丙酮酸脱羧酶（丙酮酸脱羧酶（E1） 二氢硫辛酸脱氢酶（二氢硫辛酸脱氢酶（E3）六种辅助因子六种辅助因子：TPP（VB1）、）、NAD+（Vpp）、）、硫辛酸、硫辛酸、FAD（VB2）、）、HSCoA（泛酸）、（泛酸）、Mg2+丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体HSCoANAD+硫辛
28、酸硫辛酸焦磷酸硫胺素（焦磷酸硫胺素（TPPTPP）是糖代谢中）是糖代谢中羰基碳羰基碳（醛和酮）合成与裂解（醛和酮）合成与裂解的辅酶。的辅酶。焦焦磷磷酸酸辅酶辅酶A A（CoACoA）是许多酰基转移酶类的辅酶，参与糖、脂类、氨）是许多酰基转移酶类的辅酶，参与糖、脂类、氨基酸的代谢，主要起基酸的代谢，主要起传递酰基传递酰基的作用。的作用。辅酶辅酶A结构结构黄黄素素腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸黄素腺嘌呤二核苷酸（黄素腺嘌呤二核苷酸（FADFAD）在生物体内氧化还原反应中其）在生物体内氧化还原反应中其传递氢和电传递氢和电子子作用，对糖、脂肪、蛋白代谢有影响。作用，对糖、脂肪、蛋白代谢有影响。烟酰胺腺嘌
29、呤二烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶核苷酸（辅酶I I）在反应中起到在反应中起到传传递电子和氢递电子和氢的作的作用。用。E1E2E3SHSCOFADTPPE1E2E3SSFADTPPE1E2E3SSFADTPPCH3CHOHCH3E1E2E3SSFADH2TPPE1E2E3HSHSFADTPPCH3COCOO- -CO2CoA-SHS CoACOCH3NAD+NADH + H+硫辛酸硫辛酸 TPP TPP使羰基使羰基碳的裂解碳的裂解硫辛酸作为硫辛酸作为氢载体和酰基氢载体和酰基载体载体 CoACoA作为酰基作为酰基载体接受酰基载体接受酰基 FAD FAD作为氢载作为氢载体接受体接受H H NAD NA
30、D作为氢载作为氢载体传递体传递H H丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶系系v由由乙酰乙酰CoACoA与与草酰乙酸草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，经反复缩合成柠檬酸开始，经反复脱氢、脱羧再生成草酰乙酸的循环反应过程。又称脱氢、脱羧再生成草酰乙酸的循环反应过程。又称柠檬酸循环和柠檬酸循环和KrebsKrebs循环。循环。v动植物、微生物普遍存在，动植物、微生物普遍存在，糖糖代谢主要途径，代谢主要途径，脂肪脂肪、蛋白质蛋白质分解最终途径。分解最终途径。19531953年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。v部位：部位：线粒体基质线粒体基质（二）（二） 三羧酸循环（三羧酸循环（TCA）乙酰乙酰CoACoA草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸
31、柠檬酸合酶合酶柠檬酸柠檬酸1. 三羧酸循环的反应过程三羧酸循环的反应过程（1 1）柠檬酸的生成）柠檬酸的生成 该步反应不可逆。该步反应不可逆。 柠檬酸合酶是柠檬酸合酶是TCATCA循环的限速酶循环的限速酶。其活性受。其活性受ATPATP、NADHNADH、琥珀酰、琥珀酰CoACoA、脂酰、脂酰CoACoA等抑制。等抑制。2C4C6C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乌头酸酶顺乌头酸顺乌头酸（2 2）柠檬酸生成异柠檬酸）柠檬酸生成异柠檬酸6C6C6C异柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶脱氢酶- -酮戊二酸酮戊二酸（3 3）异柠檬酸生成）异柠檬酸生成-酮戊二酸酮戊二酸
32、该步反应不可逆。该步反应不可逆。 异柠檬酸脱氢酶是一种变构调节酶，活性受异柠檬酸脱氢酶是一种变构调节酶，活性受NADHNADH和和ATPATP抑制，但被抑制，但被NADNAD+ +、ADPADP和和AMPAMP激活。激活。6C5C-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶系脱氢酶系琥珀酰琥珀酰CoACoA（4 4）-酮戊二酸生成琥珀酰酮戊二酸生成琥珀酰CoACoA 琥珀酰琥珀酰CoACoA含有含有高能硫酯键高能硫酯键，反应不可逆。，反应不可逆。 -酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系类似，由酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系类似，由3 3种酶和种酶和6 6种辅助因子组成。种辅助因子组成。 -酮戊二酸
33、脱氢酶系是酮戊二酸脱氢酶系是TCATCA循环的调节点，反应受循环的调节点，反应受产物产物NADHNADH、琥珀酰、琥珀酰CoACoA、ATPATP、GTPGTP的反馈抑制。的反馈抑制。5C4C（5 5）琥珀酰）琥珀酰CoACoA生成琥珀酸生成琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoACoA琥珀酰琥珀酰CoACoA合成酶合成酶琥珀酸琥珀酸 琥珀酰琥珀酰CoACoA的的高能硫酯键断裂，释放能量生成高能硫酯键断裂，释放能量生成GTPGTP。 GTPGTP可以将高能磷酸键转给可以将高能磷酸键转给ADPADP，生成，生成ATPATP。 此步反应为此步反应为TCATCA中唯一一步中唯一一步底物水平磷酸化反应底物水平磷酸化反
34、应。4C4C琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸延胡索酸（6 6）琥珀酸生成延胡索酸）琥珀酸生成延胡索酸4C4C延胡索酸延胡索酸延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸（7 7）延胡索酸生成苹果酸）延胡索酸生成苹果酸4C4C苹果酸苹果酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶草酰乙酸草酰乙酸（8 8）苹果酸生成草酰乙酸）苹果酸生成草酰乙酸4C4CCOCH2COOCOOCH3COSCoACCH2COOCOOCH2HOCOOCCHCOOCOOCH2COOCHCHCOOCOOCH2COOH2OH2OHOCO2CH2CH2COCOOCOOCH2CH2COOCOSCoACO2NAD+NADH+H+CH2CH2COOCO
35、OGDP+PiGTPCHCH2COOCOOOOC CHCCOOHHONAD+NADH+H+FADFADH2H2Oacetyl CoAH2Ooxaloacetatecitrate synthasecitrateaconitasecis-aconitateaconitaseisocitrateNAD+NADH+H+isocitrate dehydrogenase-keto-glutarate-ketoglutaratedehydrogenase complexsuccinyl-CoAADPATPCoASH succinyl CoA syntetasesuccinate dehydrogenasef
36、umaratesuccinatefumarasemalatemalate dehydrogenaseHSCoAHSCoATCA草酰草酰乙酸乙酸4C乙酰乙酰CoA 2C柠檬酸柠檬酸 6C顺乌顺乌头酸头酸 6C柠檬酸合柠檬酸合成酶成酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶异柠异柠檬酸檬酸 6C异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊酮戊二酸二酸 5C-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶系脱氢酶系琥珀酰琥珀酰CoA 4C琥珀酰琥珀酰CoA合合成酶成酶琥珀酸琥珀酸 4C琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸延胡索酸 4C延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸 4C苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶乙酰乙酰CoACoA柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异
37、柠檬酸-酮酮戊二酸戊二酸琥珀酰琥珀酰CoACoA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三羧酸循环小结：三羧酸循环小结： 1 1分子乙酰分子乙酰CoACoA经两次经两次脱羧生成脱羧生成2 2分子分子COCO2 2。 共发生共发生4 4次脱氢，次脱氢，3 3次次以以NADNAD+ +为受体，为受体，1 1次以次以FADFAD为受体。为受体。 发生一次底物水平磷发生一次底物水平磷酸化，生成酸化，生成1 1分子分子ATPATP。 TCA TCA中三个关键酶（催化中三个关键酶（催化不可逆反应）：柠檬酸合酶不可逆反应）：柠檬酸合酶（限速酶）、异柠檬酸脱氢（限速酶）、异柠檬酸脱氢酶和酶和-
38、酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系。 有氧氧化的有氧氧化的4 4个调节点个调节点：除上述三个酶，外加丙：除上述三个酶，外加丙酮酸脱氢酶系。酮酸脱氢酶系。v总反应式：总反应式：乙酰乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+3H+FADH2+GTP+ HSCoA 三羧酸循环的特点三羧酸循环的特点 在有氧条件下进行，产生的还原当量在有氧条件下进行，产生的还原当量（NADHNADH和和FADHFADH2 2）经氧化磷酸化可产生）经氧化磷酸化可产生ATPATP，是产生是产生ATPATP的主要途径的主要途径。 不可逆。不可逆。 草酰乙酸的回补反应：草酰乙酸的回补反应：TCAT
39、CA循环主要依靠草循环主要依靠草酰乙酸接受乙酰酰乙酸接受乙酰CoACoA，中间产物不会因参与，中间产物不会因参与循环而被消耗，但可以参加其他代谢而被循环而被消耗，但可以参加其他代谢而被消耗。需要通过其他途径对草酰乙酸进行消耗。需要通过其他途径对草酰乙酸进行补充。补充。 主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸( (动物体主要回补反应动物体主要回补反应) )； 其次为丙酮酸羧化成苹果酸其次为丙酮酸羧化成苹果酸, ,再脱氢生成草酰乙酸。再脱氢生成草酰乙酸。 再次为天冬氨酸和再次为天冬氨酸和-酮戊二酸转氨基作用生成草酰乙酮戊二酸转氨基作用生成草酰乙酸和谷氨酸。酸和谷氨酸。草酰乙酸回补反应
40、：草酰乙酸回补反应：丙酮酸丙酮酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸2. 三羧酸循环的生理意义三羧酸循环的生理意义 是动物生理活动所是动物生理活动所需能源的主要来源。需能源的主要来源。 三大营养物质的三大营养物质的共同氧化途径。共同氧化途径。 物质代谢联系的枢纽物质代谢联系的枢纽二、二、 有氧氧化生成的有氧氧化生成的ATPG酵 解 途 径2NADH+H+2ATP2丙 酮 酸2乳 酸入 线 粒 体 氧 化无 氧有 氧 葡萄糖在氧化过程中，除了直接产生葡萄糖在氧化过程中，除了直接产生ATPATP或或GTPGTP外，还伴随着外，还伴随着H H+
41、+的传递，可以将的传递，可以将H H+ +传递给传递给NADNAD+ +或者或者FADFAD+ +，从而产生，从而产生NADH+HNADH+H+ +或或FADHFADH2 2。 生成的生成的NADHNADH及及FADHFADH2 2在以后被电子传递链氧在以后被电子传递链氧化，当电子或化，当电子或H H通过电子传递体传给通过电子传递体传给O O2 2时偶联时偶联生成生成ATPATP，每个，每个NADHNADH生成生成2.52.5（3 3）个个ATPATP，每，每个个FADHFADH2 2生成生成1.51.5（2 2）个个ATPATP。vG 2G 2丙酮酸：净产生丙酮酸：净产生2 2分子分子ATP
42、ATP和和2 2分子分子NADHNADH。v丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA：产生：产生1 1分子分子NADHNADH。vTCA: TCA: 一分子乙酰一分子乙酰CoACoA经经TCATCA产生产生3 3分子分子NADHNADH和和1 1分子分子FADHFADH2 2，加上底物水平磷酸化生成加上底物水平磷酸化生成1 1分子分子GTPGTP（能量转移生成（能量转移生成ATPATP）。）。v结论结论：1 1分子葡萄糖彻底氧化成分子葡萄糖彻底氧化成COCO2 2和和H H2 2O O，可生成，可生成2 2分子分子ATPATP，1010分子分子NADHNADH，2 2分子分子FADHFADH2 2和和
43、2 2分子分子GTPGTP；经电子传递链氧化最终净生成经电子传递链氧化最终净生成3030或或3232（3636或或3838）分）分子子ATPATP。 糖酵解中，从糖酵解中，从3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1,3-1,3-二磷酸甘油酸的过二磷酸甘油酸的过程在程在胞液胞液中产生中产生1 1分子分子NADHNADH，胞，胞液中的液中的NADH+HNADH+H+ +必须进入必须进入线粒体才能转化成线粒体才能转化成ATPATP。但。但NADHNADH不能通过线粒体内膜，不能通过线粒体内膜，需要有个电子载体进行线粒体内外的穿梭搬运。需要有个电子载体进行线粒体内外的穿梭搬运。 在在肌肉和神经组织细胞肌肉和神经
44、组织细胞中，存在中，存在-磷酸甘油穿梭系磷酸甘油穿梭系统，在这一系统的细胞质中，统，在这一系统的细胞质中，NADH+HNADH+H+ +传给传给线粒体内的线粒体内的FADFAD+ +FADHFADH2 2系统系统，最终经氧化磷酸化产生，最终经氧化磷酸化产生1.51.5分子分子ATPATP。 在在肝脏和心肌组织细胞肝脏和心肌组织细胞中，存在苹果酸穿梭系统，在中，存在苹果酸穿梭系统，在这一系统的细胞质中，这一系统的细胞质中，NADH+HNADH+H+ +传给传给线粒体内的线粒体内的NADH+HNADH+H+ +系统系统，最终经氧化磷酸化产生，最终经氧化磷酸化产生2.52.5分子分子ATPATP。
45、三三 、有氧氧化的调节、有氧氧化的调节 v除对酵解途径三个关键酶的调节外，还对除对酵解途径三个关键酶的调节外，还对丙酮丙酮酸脱氢酶复合体酸脱氢酶复合体、柠檬酸合酶柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢异柠檬酸脱氢酶酶和和 - -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体四个关键酶存在四个关键酶存在调节。调节。 1. 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体v 变构调节：变构调节：v 共价修饰调节：共价修饰调节：磷酸化失活；胰岛素和磷酸化失活；胰岛素和CaCa2+2+促进其去磷酸化，促进其去磷酸化，使其活性增加使其活性增加。丙酮酸丙酮酸脱氢酶复合体乙酰CoAAMP、NAD+、CoA、Ca2+ATP、NADH、脂肪酸
46、2. 柠檬酸合酶（限速酶）柠檬酸合酶（限速酶）v变构激活剂：变构激活剂：ADPADPv变构抑制剂：变构抑制剂：NADHNADH、琥珀酰、琥珀酰CoACoA、柠檬酸、柠檬酸、ATPATP3. 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶v变构激活剂：变构激活剂：ADPADP、AMPAMP、NADNAD+ +、CaCa2+2+v变构抑制剂：变构抑制剂：ATPATP、NADHNADH4. 酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体v与丙酮酸脱氢酶复合体相似。与丙酮酸脱氢酶复合体相似。v产物产生反馈抑制，受产物产生反馈抑制，受NADHNADH、琥珀酰、琥珀酰CoACoA、ATPATP抑制。抑制。总体说，总体说，v氧化磷
47、酸化促进氧化磷酸化促进TCATCA。vATP/ADPATP/ADP，抑制，抑制TCATCA，氧化磷酸化，氧化磷酸化； vATP/ADPATP/ADP，促进，促进TCATCA，氧化磷酸化，氧化磷酸化。 第第 五五 节节磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径pentose phosphate pathway磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway or (pentose phosphate pathway or phosphogluconate pqthwayphosphogluconate pqthway) )，又叫做，又叫做PPPPPP，是由于，是由于该途径中有许多中间物
48、是磷酸戊糖。该途径中有许多中间物是磷酸戊糖。该途径又叫做磷酸己糖支路途径该途径又叫做磷酸己糖支路途径 (hexose (hexose monophosphatemonophosphate shunt pathway HMP) shunt pathway HMP)，是由于从磷酸，是由于从磷酸己糖开始该途径与己糖开始该途径与EMPEMP途径分支。途径分支。概念概念一、戊糖磷酸途径的反应过程一、戊糖磷酸途径的反应过程 由一个循环的反应体系构成。该反应体系由一个循环的反应体系构成。该反应体系的起始物为葡萄糖的起始物为葡萄糖-6-6-磷酸，经过氧化分解磷酸，经过氧化分解后产生五碳糖，后产生五碳糖，COC
49、O2 2，无机磷酸，无机磷酸，NADPHNADPH。总反应式：总反应式：6 6 G-6-P G-6-P + 12 NADP + 12 NADP+ + +7 H +7 H2 2O O 5 5 G-6-PG-6-P + + 6 6 COCO2 2 + + 12 12 NADPHNADPH + + 12H12H+ +磷酸戊糖途径的两个阶段磷酸戊糖途径的两个阶段 2、非氧化分子重排阶段非氧化分子重排阶段 6 核酮糖核酮糖-5-P 5 果糖果糖-6-P 5 葡萄糖葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段、氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖核酮糖-P 6 NADP+ 6 NADP
50、H+6H+ 6 NADP+ 6 NADPH+6H+6CO26H2O发生部位：发生部位：细胞液细胞液不可逆不可逆可逆可逆磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段NADP+ NADPH+H+ H2O NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 5C6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6C6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 6C6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 6CCO26-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶内酯酶内酯酶6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸脱氢酶糖酸脱氢酶6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸葡萄糖脱氢酶是PPPPPP途径的限速酶途径的限速酶，反应，反应不可逆。反应速率受不可逆。反应速率受NADP
