1、第第22-23章章 糖酵解和柠檬酸循环糖酵解和柠檬酸循环1 糖酵解糖酵解1.1糖酵解糖酵解（glycolysis）：在在无氧无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成条件下，葡萄糖进行分解，形成2分子分子丙酮酸丙酮酸并提供能量并提供能量(ATP)的过程。的过程。它是各种生物细胞中葡萄糖分解产生能量的它是各种生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。共同代谢途径。糖酵解途径糖酵解途径动画动画ADPATPADPATPn糖酵解糖酵解:葡萄糖葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+2丙酮酸丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O两个阶段：两个阶段：n准备阶段准备阶段(前前5 5步步)：葡萄糖葡萄糖2 2个磷酸
2、三碳糖个磷酸三碳糖+消耗消耗2 2ATPATPn实施阶段实施阶段(后后5 5步步)：2 2个磷酸三碳糖个磷酸三碳糖2丙酮酸丙酮酸+产生产生4 4ATPATP n场所：场所：细胞质细胞质n催化酶催化酶：由：由1010种酶催化，关键酶是种酶催化，关键酶是己糖激酶、磷酸果己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶糖激酶和丙酮酸激酶。大部分过程中都需要。大部分过程中都需要MgMg2+2+。准备阶段准备阶段（The preparatory phase of glycolysis）实施阶段（实施阶段（The payoff phase of glycolysis）ADPATPADPATP第第1阶段：阶段：葡萄糖被磷
3、酸化形成葡萄糖被磷酸化形成6-磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖（G-6-P）需需ATP供能，供能，第一个限速步骤第一个限速步骤,不可逆不可逆。由己糖激酶或葡萄糖激酶催化。由己糖激酶或葡萄糖激酶催化。己糖激酶己糖激酶：第一个调节酶，：第一个调节酶，受受6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖的别构抑制。的别构抑制。主要用于糖的合成主要用于糖的合成 主要用于糖的分解主要用于糖的分解 用途用途 不受不受G-6-P抑制抑制 受受G-6-P抑制抑制 抑制抑制 Km高，亲和力低高，亲和力低 Km低，亲和力高低，亲和力高 对对G的亲和力的亲和力 G G、F等等 底物底物 肝脏肝脏 不同组织不同组织 分布分布 葡萄糖激酶葡萄糖激酶 已
4、糖激酶已糖激酶I、II、III 两方面意义：两方面意义：糖经磷酸化后容易参与代谢；糖经磷酸化后容易参与代谢；保糖机制：磷酸化糖不能透过细胞质膜。保糖机制：磷酸化糖不能透过细胞质膜。葡萄糖诱导契合诱导契合由由6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖异构化异构化成成6-磷酸果糖（磷酸果糖（F-6-P）12 6-磷酸果糖磷酸化成磷酸果糖磷酸化成1,6-二磷酸果糖（二磷酸果糖（F-1,6-2P）需需ATP供能，第二个限速步骤供能，第二个限速步骤，不可逆，不可逆，Mg2+参加。参加。F-1,6-2P裂解成裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮1234561234563 21456An aldehyd
5、eA ketone123123 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮异构成异构成3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛123456123456123123第第2阶段：阶段：3-磷酸甘油醛氧化成磷酸甘油醛氧化成1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸（1,3-DPG）n辅酶辅酶NAD+磷酸解作用高能中间产物P753-磷酸甘油醛脱氢酶作用机理第一个底物水平磷酸化第一个底物水平磷酸化 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n底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation):在底物氧化还原过程中，分子内部能量重新在底物氧化还原过程中，分子内部能量重新分布，使无
6、机磷酸酯化形成高能磷酯键，分布，使无机磷酸酯化形成高能磷酯键，后者在酶的作用下将能量转给后者在酶的作用下将能量转给ADP，生成，生成ATP。3-磷酸甘油酸变成磷酸甘油酸变成2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸n需需Mg2+参加。参加。2,3-bisphosphoglycerate:both a coenzyme and an intermediate 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）第三个限速步骤，不可逆第三个限速步骤，不可逆 PEP转变成丙酮酸转变成丙酮酸1.2 糖酵解过程中糖酵解过程中ATP的生成和消耗的生成和消耗 2 ATP+2 NADH2 ATP+
7、2 NADH 35ATP葡萄糖葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+2丙酮酸丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O糖酵解途径糖酵解途径ADPATPADPATP1.3 丙酮丙酮酸的去路酸的去路有氧时有氧时 生成乙酰辅酶生成乙酰辅酶A 生成乳酸生成乳酸n厌氧菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时性缺氧等。厌氧菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时性缺氧等。糖酵解中糖酵解中NAD+的再生的再生 生成乙醇生成乙醇 酵母细胞酵母细胞n脱羧，辅酶：脱羧，辅酶：焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)n脱氢，脱氢，NADH含硫的噻唑环和含氨基的嘧啶环。TPP(硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸)糖酵解的能量变化糖酵解的能量变化苹果酸天
8、冬氨酸穿梭系统进入苹果酸天冬氨酸穿梭系统进入甘油磷酸穿梭系统甘油磷酸穿梭系统1.4 糖酵解的调控糖酵解的调控n三个不可逆反应三个不可逆反应:己糖激酶己糖激酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶控制糖酵解的入口控制糖酵解的入口G G-6-P己糖激酶己糖激酶-己糖激酶的调控己糖激酶的调控己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受到己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受到葡萄糖葡萄糖-6-磷酸的抑制磷酸的抑制。磷酸果糖激酶的调控磷酸果糖激酶的调控n磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶(PFK-1,Phosphofructokinase-1)糖酵解中最关键的限速酶。糖酵解中最关键的限速酶。果糖果糖2，6-二磷
9、酸二磷酸果糖果糖6-磷酸磷酸果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸 ATP即是底物，也是别构抑制剂，使酶对即是底物，也是别构抑制剂，使酶对F-6-P 亲和力降低。亲和力降低。AMP是别构激活剂是别构激活剂 柠檬酸柠檬酸酶的抑制剂：酶的抑制剂：反馈抑制反馈抑制(feedback inhibition)被被H+抑制抑制可防止肌肉中形成过量的乳酸而使血液酸中毒。可防止肌肉中形成过量的乳酸而使血液酸中毒。果糖果糖2，6-二磷酸二磷酸别构激活剂，别构激活剂，增加对底物增加对底物的亲和力。的亲和力。F-6-PF-2,6-2P果糖果糖-2，6-二磷酸酶二磷酸酶n磷酸果糖磷酸果糖激酶激酶-2(PFK-2 或或FBPas
10、e-2)n双功能酶双功能酶n受胰高血糖素的调控受胰高血糖素的调控 丙酮酸激酶的调控丙酮酸激酶的调控n果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸:别构激活别构激活起活化作用，与磷酸果糖激酶协调，加速酵解。起活化作用，与磷酸果糖激酶协调，加速酵解。前馈激活（前馈激活（feed-forward activation）nATP:别构抑制别构抑制n丙氨酸丙氨酸控制糖酵解的出口控制糖酵解的出口2 柠檬酸循环柠檬酸循环2.1 柠檬酸循环途径柠檬酸循环途径2.1.1 基本概念基本概念n柠檬酸循环柠檬酸循环:（citrate cycle，三羧酸循环，三羧酸循环tricarboxylic acid cycle，TCA循环，循环
11、，Krebs循环）循环）在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为CO2和水，同时释放能量。和水，同时释放能量。n由英国生化学家由英国生化学家Hans Krebs发现发现柠檬酸合酶柠檬酸合酶2.1.2 丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶A n在线粒体内，不可逆反应在线粒体内，不可逆反应丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体n丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体的组成的组成：丙酮酸脱氢酶（丙酮酸脱氢酶（E E1 1）二氢硫辛酸转乙酰酶（二氢硫辛酸转乙酰酶（E E2 2）二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶 （E E3 3）n酶的辅助因子酶的辅助因子:NADN
12、AD+VPPVPP FAD FAD VBVB2 2 辅酶辅酶A A（CoACoA）泛酸泛酸 硫胺素焦磷酸（硫胺素焦磷酸（TPPTPP）VBVB1 1 硫辛酰胺硫辛酰胺硫辛酸硫辛酸 MgMg2+2+缩写缩写辅基辅基催化反应催化反应丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶TPP二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺乙酰转移酶乙酰转移酶将乙酰基转移到将乙酰基转移到CoA二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺脱氢酶脱氢酶FAD将还原型将还原型大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成 二氢硫辛酸转乙酰酶：二氢硫辛酸转乙酰酶：2424个亚基（个亚基（3 3个个8 8聚体）聚体）(Science,1992)4 4个亚基个亚基1
13、.脱羧，生成脱羧，生成羟乙基羟乙基TPP，由，由E1催化。催化。丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶羟乙基羟乙基-TPP2.羟乙基被氧化成乙酰基，转移给羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺硫辛酰胺。由。由E2催化。催化。E2E2乙酰乙酰-二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺羟乙基羟乙基-TPP3.乙酰基转给辅酶乙酰基转给辅酶A形成形成乙酰辅酶乙酰辅酶A。由。由E2催化。催化。E2E2乙酰辅酶乙酰辅酶A二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺乙酰转移酶乙酰转移酶Mg2+4.氧化硫辛酰胺，生成氧化硫辛酰胺，生成FADH2。由。由E3催化。催化。E2E2二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶5.氧化氧化FADH2，生成，生成NADH。FAD
14、H2-E3+NAD+FAD-E3+NADH+H+反应过程反应过程 丙酮酸脱氢酶复合体的调节丙酮酸脱氢酶复合体的调节a.变构调节变构调节：乙酰：乙酰CoA抑制抑制E2,NADH抑制抑制E3 磷酸化失活；胰岛素和磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其失去磷促进其失去磷酸化，使其活性增加。酸化，使其活性增加。b.b.共价修饰调节：共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶激酶丙酮酸脱氢酶激酶2.1.3 柠檬酸循环途径柠檬酸循环途径 n线粒体基质线粒体基质n由由8种酶种酶催化完成。催化完成。n由乙酰辅酶由乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合开始，经过一连串反和草酰乙酸缩合开始，经过一连串反应使一分子乙酰基完全氧化应使一分子乙酰基完全
15、氧化,再生成草酰乙酸而完成再生成草酰乙酸而完成一个循环。一个循环。每循环一次，经历每循环一次，经历两次脱羧两次脱羧，使乙酰辅酶，使乙酰辅酶A氧化生氧化生成成CO2和水。和水。柠檬酸合酶柠檬酸合酶 柠檬酸的合成柠檬酸的合成 反应不可逆反应不可逆,第一个调节酶。第一个调节酶。柠檬酸合酶柠檬酸合酶二聚体草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰-CoA构象改变异柠檬酸的生成：异柠檬酸的生成：两步均为可逆反应两步均为可逆反应反应不可逆，第二个调节酶。反应不可逆，第二个调节酶。第一个氧化脱羧第一个氧化脱羧 异柠檬酸被异柠檬酸被氧化脱羧氧化脱羧生成生成-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸酮戊二酸氧化脱羧氧化脱羧生成琥珀酰生成琥珀酰
16、CoAn反应不可逆反应不可逆n第二个氧化脱羧第二个氧化脱羧n-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶复合体脱氢酶复合体的组成的组成：-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶（脱氢酶（E E1 1）转琥珀酰酶转琥珀酰酶（E E2 2）核心核心 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶 （E E3 3）n酶的辅助因子酶的辅助因子:NADNAD+VPPVPP FAD FAD VBVB2 2 辅酶辅酶A A（CoACoA）泛酸泛酸 硫胺素焦磷酸（硫胺素焦磷酸（TPPTPP）VBVB1 1 硫辛酰胺硫辛酰胺硫辛酸硫辛酸 MgMg2+2+琥珀酰琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸n唯一直接产生高能磷酸键的反应（唯一直接产生高能磷酸键的反应（底物磷酸化底物磷
17、酸化）n哺乳动物：哺乳动物：GTP；植物和细菌：；植物和细菌：ATP琥珀酸氧化成延胡索酸琥珀酸氧化成延胡索酸丙二酸是很强的竞争性抑制丙二酸是很强的竞争性抑制剂剂第三个氧化还原反应第三个氧化还原反应反丁烯二酸反丁烯二酸n反式加成，生成反式加成，生成L型苹果酸。型苹果酸。延胡索酸生成延胡索酸生成L-苹果酸苹果酸 L-苹果酸生成草酰乙酸苹果酸生成草酰乙酸第四个氧化还原反应第四个氧化还原反应柠檬酸循环柠檬酸循环 柠檬酸合酶柠檬酸合酶三羧酸循环的总反应式三羧酸循环的总反应式 CH3COSCoA3NADFADGDPPi2H2O 2CO23NADH3HFADH2GTPCoASH 2.1.4 柠檬酸循环的特点
18、柠檬酸循环的特点n线粒体基质。线粒体基质。n加入加入2C以以2个个CO2释放，释放，参与反应的物质没减少。参与反应的物质没减少。n消耗了两个水。消耗了两个水。n共有共有4步脱氢反应步脱氢反应,生成生成3个个NADH 和和1个个FADH2 进进入入呼吸链。呼吸链。n柠檬酸循环柠檬酸循环严格需氧严格需氧。从从乙酰乙酰CoA开始开始（7）GTP 1ATP（4），（），（6），（），（10）3NADH 32.5ATP（8）1FADH2 1.5ATP10ATP从从丙酮酸丙酮酸开始开始 2.5+10=12.5ATP从从葡萄糖葡萄糖开始开始 7ATP(or 5ATP)+12.5ATP2=32ATP(or 3
19、0ATP)P107 2.2能量计算-葡萄糖葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量彻底氧化分解所释放的能量NADH 1.5或或2.5 +3 或或5NADH 2.5 +5NADH 2.5 +5NADH 2.5 +5NADH 2.5 +5FADH2 1.5 +330或或321.5或或2.56C3C1 ATP1 ATP1 GTP(ATP)2 细胞液细胞液线粒体线粒体线粒体线粒体1 ATP1 ATPn柠檬酸合酶：柠檬酸合酶：抑制：抑制：ATP和和NADH，琥珀酰，琥珀酰CoA，柠檬酸，柠檬酸激活：激活：ADPn异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶：抑制：抑制：ATP激活：激活：ADP，Ca2+n-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸
20、脱氢酶抑制：抑制：NADH，琥珀酰，琥珀酰CoA激活：激活：Ca2+2.3 柠檬酸循环的调控柠檬酸循环的调控柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶2.4 柠檬酸循环的生理意义柠檬酸循环的生理意义 n主要：供能主要：供能n为生物合成提供中间物。为生物合成提供中间物。n三大营养物质的最终代谢通路。三大营养物质的最终代谢通路。n是是CO2的重要来源之一。的重要来源之一。两用代谢途径两用代谢途径 代谢枢纽代谢枢纽两用代谢途径两用代谢途径n回补反应：回补反应：酶催化的补充酶催化的补充TCA循环中间代谢物的供给的循环中间代谢物的供给的反应。反应。丙酮酸丙酮酸+CO2
21、+ATP+H2O 草酰乙酸草酰乙酸+ADP+Pi+2H+丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶:激活剂激活剂乙酰乙酰-CoA3 乙醛酸循环乙醛酸循环存在于存在于植物和微植物和微生物生物中。中。P159n草酰乙酸草酰乙酸+乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸 异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶 琥珀酸琥珀酸+乙醛酸乙醛酸 +乙酰乙酰CoA 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 2乙酰乙酰CoA+NAD+2H2O 琥珀酸琥珀酸+2CoASH+NADH+2H+名词解释名词解释n糖酵解（糖酵解（glycolysisglycolysis）n柠檬酸循环（柠檬酸循环（citrate cyclecitrate cycle，三羧酸循环三羧酸循环tricarboxylictricarboxylic acid cycleacid cycle，TCATCA循环，循环，KrebsKrebs循环循环）n底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation(substrate level phosphorylation)作业题作业题下册90页:2 112页:2，3思考题思考题n尽管尽管O2没有直接参与柠檬酸循环没有直接参与柠檬酸循环,但没有但没有O2的存在的存在,柠檬酸循环就不能进行柠檬酸循环就不能进行,为什么为什么?
