1、第五章第五章 糖糖 类类 代代 谢谢 生物体内的糖类生物体内的糖类 双糖和多糖的酶促降解双糖和多糖的酶促降解 糖酵解糖酵解 三羧酸循环三羧酸循环 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 单糖的生物合成单糖的生物合成(糖异生）糖异生）蔗糖和多糖的生物合成蔗糖和多糖的生物合成 第一节第一节 生物体内的糖类（简介）生物体内的糖类（简介）一、糖的主要生物学作用：一、糖的主要生物学作用：作为生物体的主要能源物质作为生物体的主要能源物质：通过氧化释放大量能量，：通过氧化释放大量能量，以满足生命活动的需要（淀粉、糖原是重要生物能源。以满足生命活动的需要（淀粉、糖原是重要生物能源。作为其他物质生物合成的原料作为其他物质生物
2、合成的原料：如作为蛋白质和脂类、：如作为蛋白质和脂类、核酸等大分子物质合成的碳骨架。核酸等大分子物质合成的碳骨架。作为生物体的结构成分作为生物体的结构成分：如纤维素是植物的结构糖。：如纤维素是植物的结构糖。作为细胞识别的信息分子作为细胞识别的信息分子：糖可与蛋白质、脂类以共：糖可与蛋白质、脂类以共价键结合形成肽聚糖（或糖蛋白）或糖脂，存在生物价键结合形成肽聚糖（或糖蛋白）或糖脂，存在生物膜中，担负着大分子及细胞间的相互识别。膜中，担负着大分子及细胞间的相互识别。（glycobiology）吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖呋喃果糖呋喃果糖半乳糖半乳糖12非还原糖非还原糖14半乳糖半乳糖葡萄糖葡萄糖乳糖：是还
3、原糖乳糖：是还原糖存在哺乳动物的乳汁中，及高存在哺乳动物的乳汁中，及高等植物的花粉管及微生物中等植物的花粉管及微生物中 多糖多糖 淀粉（淀粉（starch）糖原糖原(glycogen)是植物体内最重要的贮藏多糖是植物体内最重要的贮藏多糖 。用热水处理淀粉时，可溶的一部分为用热水处理淀粉时，可溶的一部分为“直链淀粉直链淀粉”，另一部分不能溶解的，另一部分不能溶解的为为“支链淀粉支链淀粉”。淀粉淀粉直链淀粉中葡萄糖以直链淀粉中葡萄糖以-1-1，4 4糖苷键缩合而成。糖苷键缩合而成。每个直链淀粉分子只有一个还原端基和一个非还每个直链淀粉分子只有一个还原端基和一个非还原端基。原端基。遇碘显蓝紫色遇碘显
4、蓝紫色分子量在分子量在10000-50000之间。之间。碘与直链淀粉靠范德华力结合碘与直链淀粉靠范德华力结合支链淀粉中葡萄糖主要以支链淀粉中葡萄糖主要以-1-1，4 4糖苷键相连，糖苷键相连，少数以少数以-1-1，6 6糖苷键相连，所以支链淀粉具有糖苷键相连，所以支链淀粉具有很多分支。很多分支。遇碘显紫色或紫红色。遇碘显紫色或紫红色。分子量在分子量在50000-100000 支链淀粉 糖原糖原 糖原是动物体内重要的贮藏多糖，相当糖原是动物体内重要的贮藏多糖，相当于植物体内贮存的淀粉，也叫动物淀粉。于植物体内贮存的淀粉，也叫动物淀粉。高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的高等动物的肝脏和肌肉组织中
5、含有较多的糖原。糖原。其结构与支链淀粉相似。其结构与支链淀粉相似。糖原遇碘显红色遇碘显红色 第二节第二节 双糖和多糖的酶促降解双糖和多糖的酶促降解 蔗糖蔗糖 +H+H2 2O O 葡萄糖葡萄糖 +果糖果糖 66.566.5 -20.4 -20.4 一、蔗糖的一、蔗糖的酶促降解酶促降解转化酶转化酶蔗糖酶蔗糖酶 蔗糖蔗糖+NDP 果糖果糖+NDPG蔗糖合酶蔗糖合酶1 1、蔗糖酶途径、蔗糖酶途径2 2、蔗糖合酶途径、蔗糖合酶途径ADPGGDPGCDPGUDPG作为多糖作为多糖合成的底合成的底物物 R-R-酶酶(脱支酶）脱支酶）麦芽糖酶麦芽糖酶 两种淀粉酶降解的最终产物都有麦芽糖。两种淀粉酶降解的最终
6、产物都有麦芽糖。两种淀粉酶性质的比较两种淀粉酶性质的比较 -淀粉酶淀粉酶不耐酸不耐酸，pH3pH3时失活时失活耐高温耐高温，7070 C C时时1515分分钟仍保持活性钟仍保持活性广泛分布于动植物和广泛分布于动植物和微生物中。微生物中。唾液和胰液中唾液和胰液中 -淀粉酶淀粉酶耐酸耐酸，pH3pH3时仍保持活性时仍保持活性不耐高温不耐高温，7070 C15C15分钟分钟失活失活主要存在植物体中主要存在植物体中 第二节第二节 双糖和多糖的酶促降解双糖和多糖的酶促降解 蔗糖蔗糖 +H+H2 2O O 葡萄糖葡萄糖 +果糖果糖 66.566.5 -20.4 -20.4 一、蔗糖的一、蔗糖的酶促降解酶促
7、降解转化酶转化酶蔗糖酶蔗糖酶 蔗糖蔗糖+NDP 果糖果糖+NDPG蔗糖合酶蔗糖合酶1 1、蔗糖酶途径、蔗糖酶途径2 2、蔗糖合酶途径、蔗糖合酶途径ADPGGDPGCDPGUDPG作为多糖作为多糖合成的底合成的底物物 R-R-酶酶(脱支酶）脱支酶）麦芽糖酶麦芽糖酶 水解水解-1-1，6 6糖苷键，将糖苷键，将及及-淀粉酶作用淀粉酶作用支链淀粉最后留下的极限糊精的分支点水解，产支链淀粉最后留下的极限糊精的分支点水解，产生短的只含生短的只含-1-1，4 4糖苷键的糊精，使之可进一糖苷键的糊精，使之可进一步被淀粉酶降解。步被淀粉酶降解。不能直接水解支链淀粉内部的不能直接水解支链淀粉内部的-1-1，6
8、6糖苷键。糖苷键。3、R-酶酶(脱支酶脱支酶-debranching enzyme）催化麦芽糖水解为葡萄糖，是淀粉水解的最催化麦芽糖水解为葡萄糖，是淀粉水解的最后一步。后一步。淀粉的彻底水解需要上述淀粉的彻底水解需要上述4种水解种水解酶酶的共同作用，其最终产物是的共同作用，其最终产物是葡萄葡萄糖。糖。4、麦芽糖酶、麦芽糖酶（-葡萄糖苷酶）葡萄糖苷酶）（二）淀粉的磷酸解（二）淀粉的磷酸解 磷酸化酶磷酸化酶 转移酶与脱支酶转移酶与脱支酶 催化淀粉催化淀粉非还原末端非还原末端的葡萄糖残基转移给的葡萄糖残基转移给P P，生成，生成G-1-P,G-1-P,同时产生一个新的非还原末端，重复上述过程。同时产
9、生一个新的非还原末端，重复上述过程。直链淀粉直链淀粉 G-1-P G-1-P 支链淀粉支链淀粉 G-1-P+G-1-P+磷酸化酶极限糊精磷酸化酶极限糊精 磷酸化酶不能将支链淀粉完全降解，只能降解到距分支磷酸化酶不能将支链淀粉完全降解，只能降解到距分支点点4 4个葡萄糖残基为止，留下一个大而有分支的多糖链，称为个葡萄糖残基为止，留下一个大而有分支的多糖链，称为磷酸化酶极限糊精磷酸化酶极限糊精。1 1、磷酸化酶、磷酸化酶 磷酸化酶、转移酶、脱支酶磷酸化酶、转移酶、脱支酶共同作用将支共同作用将支链淀粉彻底降解为链淀粉彻底降解为G-1-PG-1-P。转移酶转移酶磷酸化酶磷酸化酶G-1-P2、转移酶与脱
10、支酶转移酶与脱支酶脱支酶脱支酶三、糖原的降解三、糖原的降解糖原主要为动物肝脏和骨骼肌中的贮能物质，且易动员。糖原主要为动物肝脏和骨骼肌中的贮能物质，且易动员。在肌肉中在肌肉中贮存糖原是为了肌肉收缩提供能源，而在肝脏中贮存糖原是为了维持血糖平衡。贮存糖原是为了肌肉收缩提供能源，而在肝脏中贮存糖原是为了维持血糖平衡。糖原降解糖原降解主要有主要有糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶和和转移酶、脱支酶转移酶、脱支酶催化进行。催化进行。糖原糖原+Pi 糖原糖原+G-1-P （n残基）残基）（n-1残基）残基）糖原以颗粒状存在细胞质中，颗粒中除了有糖原外还有催化其合成与分解的酶及调节蛋白。脑在正常情况下每天需要葡萄糖
11、140g。转移酶、脱支酶在同转移酶、脱支酶在同一个肽链上的两个催化酶。一个肽链上的两个催化酶。G-1-P糖的分类及糖的分类及降解降解蔗糖的降解蔗糖的降解（蔗糖酶或转化酶）（蔗糖酶或转化酶）淀粉的降解淀粉的降解：淀粉的水解：淀粉的水解 R-R-酶酶(脱支酶）脱支酶）麦芽糖酶麦芽糖酶 淀粉的磷酸解淀粉的磷酸解淀粉磷酸化酶、转移酶、淀粉磷酸化酶、转移酶、脱支酶。脱支酶。糖原的糖原的磷酸解磷酸解：磷酸化酶和转移酶、脱支酶：磷酸化酶和转移酶、脱支酶 单糖的降解单糖的降解小结小结 第三节第三节 糖酵解糖酵解定义：定义：糖酵解是酶将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随糖酵解是酶将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随ATPATP生成
12、的过程。是一切有机体中普遍存在的生成的过程。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降葡萄糖降解途径解途径。19401940年被阐明。年被阐明。(研究历史研究历史)Embden,Meyerhof,Parnas Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多，故糖酵解等人贡献最多，故糖酵解过程一也叫过程一也叫Embdem-Meyerhof-ParnasEmbdem-Meyerhof-Parnas途径，简称途径，简称EMPEMP途径。途径。糖酵解糖酵解二、糖酵解中产生的能量二、糖酵解中产生的能量三、糖酵解的意义三、糖酵解的意义四、糖酵解的控制四、糖酵解的控制五、丙酮酸的去路五、丙酮酸的去路2+2+
13、1232+2+ATP提高糖的能量水平提高糖的能量水平糖磷酸化后不能穿膜糖磷酸化后不能穿膜底物底物2+2+123在所有细胞内都有己糖激酶,对六碳糖均起作用.在肝脏中有葡萄糖激酶,调节G水平.磷酸果糖激酶是变构酶。从兔子中分离出三种同工酶。其他二价阳离子也可作为激活剂，但体内选择镁离子。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45但在体内反应朝向3-磷酸甘油醛方向进行.异构酶催化的反应是很快的.（3）第三阶段：）第三阶段：3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 2-磷
14、酸甘油酸磷酸甘油酸 （氧化和磷酸化偶连）（氧化和磷酸化偶连）3磷酸甘油醛CH2OPO3H2CHOHCHOCH2OPO3H2CHOHCOPO3H2ONAD+NADH +H+1,3-二磷酸甘油酸CH2OPO3H2CHOHCOHOADP A TPMg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672+2+8ATPNADH+H+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢酶脱氢酶碘乙酸碘乙酸通过与通过与3-3-磷酸甘油醛脱氢酶的巯基结合而抑制其活性磷酸甘油醛脱氢酶的巯基结合而抑制其活性砷酸盐（砷酸盐（AsOAsO3-3-4 4）破坏）破坏1 1，3-3-二磷酸甘油酸的形
15、成二磷酸甘油酸的形成Pi2、3-二磷酸甘油酸是辅助因子2、3-二磷酸甘油酸是辅助因子。是辅助因子2.3-二磷酸甘油酸是变位酶的辅助因子。砷砷酸盐（酸盐（AsO3-4）是解偶联剂。有砷酸盐存）是解偶联剂。有砷酸盐存在是反应照常进行，但不能形成高能磷酸键。在是反应照常进行，但不能形成高能磷酸键。（4）第四阶段：）第四阶段：2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸2-磷酸甘油酸C H2O HC H O PO3H2C O HOC H2C O PO3H2C O HO烯醇化酶M g+2磷酸烯醇式丙酮酸C O HOC H O HC H2C O O HCC H3OA D P AT P2M g+丙酮酸激酶烯醇式丙
16、酮酸丙酮酸910ATPMg2+Mg2+与烯醇化酶紧密结合，与烯醇化酶紧密结合，而而F-F-与与Mg2+Mg2+结合，则结合，则氟化物氟化物是该酶的抑制剂是该酶的抑制剂H2OpH=711底物水平磷酸化底物水平磷酸化 ：高能磷酸化合物在酶：高能磷酸化合物在酶的作用下将高能磷酸基团转移给的作用下将高能磷酸基团转移给ADPADP合成合成ATPATP的过程。的过程。葡萄糖葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2Pi+2ADP+2NAD+2 2丙酮酸丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2ATP+2NADH+2H+2H+2H2 2O O 有氧时，有氧时，2NADH2NADH进入线粒体（苹果酸穿梭）经呼吸链进入
17、线粒体（苹果酸穿梭）经呼吸链氧化又可产生氧化又可产生5 5分子分子ATP,ATP,再加上由底物水平的磷酸化形再加上由底物水平的磷酸化形成的成的2 2个个ATPATP，故共可产生，故共可产生2+5=72+5=7分子分子ATPATP（沈同第三版沈同第三版）无氧时，无氧时，2NADH2NADH还原丙酮酸，生成还原丙酮酸，生成2 2分子乳酸或乙醇，分子乳酸或乙醇，故净产生故净产生2 2分子分子ATP ATP 二、糖酵解中产生的能量二、糖酵解中产生的能量 1 1、糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的普遍途径、糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的普遍途径 2 2、通过糖酵解使葡萄糖降解生成、通过糖酵解使葡
18、萄糖降解生成ATPATP，为生命活动提供，为生命活动提供部分能量，尤其对厌氧生物是获得能量的主要方式部分能量，尤其对厌氧生物是获得能量的主要方式 3 3、糖酵解途径为其他代谢途径提供中间产物（提供、糖酵解途径为其他代谢途径提供中间产物（提供碳骨碳骨架架），如），如6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖是磷酸戊糖途径的底物；是磷酸戊糖途径的底物；磷酸磷酸二羟丙酮二羟丙酮 -磷酸甘油磷酸甘油合成脂肪合成脂肪 4 4、是糖有氧分解的准备阶段、是糖有氧分解的准备阶段 5 5、由非糖物质转变为糖的异生途径基本为之逆过程、由非糖物质转变为糖的异生途径基本为之逆过程三、糖酵解的意义三、糖酵解的意义 细胞对酵解速度的调
19、控是为了满足细胞对能量及碳骨细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。架的需求。在代谢途径中，催化在代谢途径中，催化不可逆反应的酶不可逆反应的酶所处的部位是控所处的部位是控制代谢反应的有力部位。制代谢反应的有力部位。糖酵解中有三步反应不可逆，分别由糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己糖激酶、磷酸己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此这三种酶对酵解速度催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。起调节作用。限速酶限速酶：在系列代谢反应中，若其中一个反应进行的：在系列代谢反应中，若其中一个反应进行的比较慢，则其后的反应也随之减慢，将前面这一反应较比较慢，则其后的反
20、应也随之减慢，将前面这一反应较慢的步骤称为限速步骤，催化该反应的酶称为限速酶。慢的步骤称为限速步骤，催化该反应的酶称为限速酶。四、糖酵解的调控四、糖酵解的调控激活剂：F-1.6-2P激活剂：AMP、ADP激活剂：AMP、ADP、F-2.62PF-2.62P（1980年发现）抑制剂：Ala、ATP、乙酰CoA、长链脂肪酸抑制剂：G-6P、ATP抑制剂：ATP、柠檬酸、长链脂肪酸、NADH丙酮酸激酶丙酮酸激酶己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 （限速酶？）（限速酶？）糖酵解的控制糖酵解的控制磷酸果糖激酶：磷酸果糖激酶是酵解过程中最重要的调节酶，酵解速度主要取决于该酶活性，因此它是一个限速酶。
21、ATP：ATP是该酶的变构抑制剂，细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号，柠檬酸通过增加ATP对该酶的抑制作用而起抑制作用.丙酮酸激酶的调控：抑制剂：Ala、ATP、乙酰CoA、长链脂肪酸激活剂：F-1.6-2P ATP：变构抑制该酶活性。Ala：变构抑制该酶活性。丙氨酸是丙酮酸接受一个氨基形成的，丙氨酸浓度增加意味着丙酮酸作为丙氨酸的前体过量。F-2.62P由6-磷酸果糖来,所以又称之为前馈激活.别构调节 非竞争性抑制和能荷调节 变构调节半乳糖半乳糖半乳糖半乳糖-1-P-1-PUDP-UDP-半乳糖半乳糖UDP-UDP-葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-1
22、-1-磷酸磷酸糖原或淀粉糖原或淀粉葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖蔗糖蔗糖果糖果糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖-1-1、6-6-磷酸磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-3-磷酸甘油磷酸甘油甘油甘油3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛进入糖酵解进入糖酵解甘露糖甘露糖甘露糖甘露糖-6-6-磷酸磷酸ATPATPADPADPATPATP ADPADPATPATPADPADPATPATPADPADPATPATPADPADPATPATPADPADPNADH+HNADH+H+NADNAD+PiPiUTPUTPPPiPPi其它糖进入糖酵解途径其它糖进入糖酵解途径五、丙酮酸去路五、丙酮酸去路（有氧有氧）（无
23、氧无氧）1、酵母等微生物将丙酮酸转化为酵母等微生物将丙酮酸转化为 乙醇和乙醇和C C2 2OO由葡萄糖转变为乙醇的过程称为由葡萄糖转变为乙醇的过程称为酒精发酵酒精发酵:葡萄糖葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2Pi+2ADP+2H+2 2乙醇乙醇+2C+2C2 2O+2ATP+2HO+2ATP+2H2 2O O丙酮酸脱羧酶 TPPH+CO2乙醇脱氢酶NADH+H+NAD+丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇乙醇C=OCOO-CH3C=OHCH3C OHHCH3H五、丙酮酸的去路五、丙酮酸的去路无氧条件下动物细胞中不存在丙酮酸脱羧酶。2 2、丙酮酸生成乳酸、丙酮酸生成乳酸 葡萄糖葡萄糖+2Pi+2ADP 2+
24、2Pi+2ADP 2乳酸乳酸+2ATP+2H2O+2ATP+2H2O动物在激烈运动时或由于呼吸、循环系统障动物在激烈运动时或由于呼吸、循环系统障碍而发生供氧不足时。碍而发生供氧不足时。生长在厌氧或相对厌氧条件下的许多细菌生长在厌氧或相对厌氧条件下的许多细菌丙酮酸丙酮酸L-乳酸乳酸乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶C=OCOO-CH3C HCOO-CH3HO+NADH+H+NAD+无氧条件下乳酸脱氢酶有绝对立体异构的选择性。3 3、在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成乙酰、在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成乙酰CoACoA，参加参加TCATCA循环（柠檬酸循环）循环（柠檬酸循环），被彻底氧，被彻底氧化成化成CO
25、CO2 2和和H H2 2O O。4 4、转化为脂肪酸或酮体。当细胞、转化为脂肪酸或酮体。当细胞ATPATP水平较高时，水平较高时，柠檬酸循环的速率下降，乙酰柠檬酸循环的速率下降，乙酰CoACoA开始积累，开始积累，可用作脂肪的合成或酮体的合成。可用作脂肪的合成或酮体的合成。丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解（EPM）葡萄糖葡萄糖COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰乙酰CoACoA三羧酸三羧酸循环循环 NAD+NADH+H+CO2CoASH 葡萄糖的有氧分解葡萄糖的有氧分解 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系 丙酮酸的去路丙酮酸的去路（有氧）（
26、有氧）（无氧无氧）葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇+C2O乙酰乙酰 CoA三羧酸三羧酸循环循环丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙酰乙酰 CoA糖酵解途径糖酵解途径（有氧或无氧）（有氧或无氧）脂肪酸或酮体脂肪酸或酮体 糖酵解（糖酵解（EMP）二、糖酵解中产生的能量二、糖酵解中产生的能量三、糖酵解的意义三、糖酵解的意义四、糖酵解的控制四、糖酵解的控制五、丙酮酸的去路五、丙酮酸的去路 复复 习习磷酸丙糖磷酸丙糖生成阶段生成阶段丙酮酸生丙酮酸生成阶段成阶段 第四节第四节 三羧酸循环三羧酸循环 概念：概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱
27、羧形成乙酰形成乙酰CoACoA。乙酰乙酰CoACoA与草酰乙酸合成柠檬酸，而后经一系列氧化、脱羧生与草酰乙酸合成柠檬酸，而后经一系列氧化、脱羧生成成COCO2 2并再生草酰乙酸的循环反应过程，称为柠檬酸循环，亦并再生草酰乙酸的循环反应过程，称为柠檬酸循环，亦称为三羧酸循环称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle),(tricarboxylic acid cycle),简称简称TCATCA循环循环。由于它是由由于它是由H.A.KrebsH.A.Krebs（德国）正式提出的，所以又称（德国）正式提出的，所以又称KrebsKrebs循环。循环。三羧酸循环在线粒体基质中进行。三
28、羧酸循环在线粒体基质中进行。三羧酸循环三羧酸循环一一.由丙酮酸形成乙酰由丙酮酸形成乙酰CoACoA二二.三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程三三.三羧酸循环的化学计量三羧酸循环的化学计量四四.三羧酸循环的回补反应三羧酸循环的回补反应五五.三羧酸循环的调控三羧酸循环的调控六六.三羧酸循环的生物学意义三羧酸循环的生物学意义大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体的内容大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体的内容 缩写缩写 肽链数肽链数 辅基辅基 催化反应催化反应丙酮酸脱氢（羧）酶丙酮酸脱氢（羧）酶 E1 24 TPP 丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酸乙二氢硫辛酸乙 E2 24 硫辛酸硫辛酸 将乙酰基转移到将乙酰基转移到C
29、oA 酰转移酶酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶 E3 12 FAD 将还原型硫辛酰胺将还原型硫辛酰胺 转变为氧化型转变为氧化型丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体NADNAD+H+H+丙酮酸丙酮酸脱羧酶脱羧酶FADFAD硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰转移酶转移酶二氢硫辛二氢硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶COCO2 2乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸NADHNADH+H+H+TPPTPP硫辛酸硫辛酸CoASHCoASHNADNAD+CHCH3 3-C-SCoA-C-SCoAO O丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体E2E3E1三种酶60条肽链形成的复合体CO2CH3OCOOCTPPCH3CHOHTP
30、PS(CH2)4COOSOCH3CS(CH2)4COOSH-SH(CH2)4COOSH-FADH2FADNADNADH+H+SCoACH3CSCoAOHH乙酰二氢硫辛酰胺硫辛酰胺二氢硫辛酰胺丙酮酸丙酮酸乙酰CoA 形成酶复合体有什么好处呢？形成酶复合体有什么好处呢？CO2CH3OCOOCTPPCH3CHOHTPPS(CH2)4COSOCH3CS(CH2)4COSHSH(CH2)4COSHFADH2FADNADNADH+H+SCoACH3CSCoAOHH乙酰二氢硫辛酸硫辛酸二氢硫辛酸丙酮酸丙酮酸乙酰CoA NHNHNH中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中心中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中心快
31、速准快速准确确！（硫辛酰赖氨酰臂）！（硫辛酰赖氨酰臂）19921992年，年，sciencescience杂志上报道了杂志上报道了E2E2立体结构立体结构丙酮酸氧化脱羧的调控丙酮酸氧化脱羧的调控 由丙酮酸到丙酮酸到丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸（二）（二）乙酰酰CoACoA彻底氧化彻底氧化三羧酸循环三羧酸循环柠檬酸的柠檬酸的生成阶段生成阶段 草酰乙酸草酰乙酸 再生阶段再生阶段 氧化脱氧化脱 羧阶段羧阶段 复复 习习磷酸丙糖磷酸丙糖生成阶段生成阶段丙酮酸生丙酮酸生成阶段成阶段 丙酮酸的去路丙酮酸的去路（有氧）（有氧）（无氧无氧）葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇+C2O乙
32、酰乙酰 CoA三羧酸三羧酸循环循环丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙酰乙酰 CoA糖酵解途径糖酵解途径（有氧或无氧）（有氧或无氧）脂肪酸或酮体脂肪酸或酮体糖酵解的控制糖酵解的控制丙酮酸氧化脱羧的调控丙酮酸氧化脱羧的调控 由丙酮酸到丙酮酸到丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸TCATCA第一阶段：柠檬酸生成第一阶段：柠檬酸生成 C-CH3S-COAOCH2COO-HO-C -COO-COO-CH2柠檬酸柠檬酸合酶合酶+H2OCOA 单向不可逆单向不可逆 可调控的限速步骤可调控的限速步骤 氟乙酰氟乙酰CoA导致致死合成导致致死合成 常作为杀虫药常作为杀虫药三羧酸三羧酸HO-CHCOO-CH-COO-COO-C
33、H2 柠檬酸柠檬酸异构化异构化成异柠檬酸（顺乌头酸酶）成异柠檬酸（顺乌头酸酶）H2OH2O顺乌头酸顺乌头酸在在pH7.0，25 C的平衡态时，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸的平衡态时，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：4：6柠檬酸异柠檬酸TCATCA第二阶段：氧化脱羧第二阶段：氧化脱羧CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸脱酮戊二酸脱氢酶复氢酶复合体合体琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶由异柠檬酸氧化脱羧生成由异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸（异酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）柠檬酸脱氢酶）NAD+NADH+H+H+CO2 TC
34、A中第一次氧化作用、脱羧过程中第一次氧化作用、脱羧过程 异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶（存在线粒体中的酶对（存在线粒体中的酶对NAD+NAD+专一性高；专一性高；而对而对NADP+NADP+专一性强的酶即在线粒体中也在细胞质中）专一性强的酶即在线粒体中也在细胞质中）三羧酸到二羧酸的转变三羧酸到二羧酸的转变草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸Mg 2+-酮戊二酸氧化脱羧成为酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰琥珀酰COA（-酮戊二酸脱氢酶复合体）酮戊二酸脱氢酶复合体）+COASH+NAD+NADH+H+CO2 TCA中第二次氧化作用、脱羧过程中第二次氧化作用、脱羧过程 -酮戊二
35、酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似与丙酮酸脱氢酶复合体相似-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶E1琥珀酰转移酶琥珀酰转移酶E2 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶E3 TPP、硫辛酸、硫辛酸、COACOA、FADFAD、NADNAD+、Mg2+Mg2+-酮戊二酸氧化脱羧的调控酮戊二酸氧化脱羧的调控产物抑制：产物抑制：-酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰COACOA和和NADHNADH抑制；抑制；高能荷抑制高能荷抑制CaCa2+2+激活激活不受磷酸化影响不受磷酸化影响琥珀酰琥珀酰COA转化成琥珀酸，并产生转化成琥珀酸，并产生GTP（琥珀酰琥珀酰COA 合成酶
36、合成酶）GDP+PiGTP+HSCOA TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤 GTP+ADP GDP+ATPTCA第三阶段：草酰乙酸再生第三阶段：草酰乙酸再生FAD FADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸草酰乙酸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苹果酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢生成延胡索酸+FAD+FADH2 TCA TCA中第三次氧化的步骤中第三次氧化的步骤 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂丙二酸为该酶的竞争性抑制剂 开始四碳酸之间的转变开始四碳酸之间的转变琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶HCCOO
37、HCH2COOH嵌入线粒体内膜嵌入线粒体内膜呼吸链组分呼吸链组分柠檬柠檬 酸酸草酰乙酸草酰乙酸 H2O顺乌头酸顺乌头酸 琥珀酰琥珀酰CoA 异柠檬酸异柠檬酸 H2OH2ONAD+NADH+H+CO2乙酰CoACoA延胡索酸延胡索酸 苹果酸苹果酸 FADFADH2H2O草酰琥珀酸草酰琥珀酸 CO2NAD+NADH+H+三羧酸循环三羧酸循环琥珀酸琥珀酸 GDPGTPATPNADH+H+NAD+-酮戊二酮戊二 酸酸CO2CO2H HH HH2H HNAD+NAD+NAD+FADATPGTP是在哺乳动物，是在哺乳动物，ATP在植物体中。在植物体中。草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸a-a-酮
38、戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰辅酶辅酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程 TCATCA经四次氧化，经四次氧化，二次脱羧，通过一个二次脱羧，通过一个循环，可以认为乙酰循环，可以认为乙酰COACOA 乙酰乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+1 1、乙酰乙酰CoACoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C C原子进原子进入循环。以后有两个入循环。以后有两个C C原子以原子以COCO2 2的形式离开循环，相当于的形式离开循环，相当于乙酰乙
39、酰CoACoA的的2 2个个C C原子形成原子形成COCO2 2。2 2、在循环中有在循环中有4 4对对H H原子通过原子通过4 4步氧化反应脱下，其中步氧化反应脱下，其中3 3对对用以还原用以还原NADNAD+生成生成3 3个个NADH+HNADH+H+,1,1对用以还原对用以还原FAD,FAD,生成生成1 1个个FADHFADH2 2。3 3、由琥珀酰由琥珀酰CoACoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成成1 1个个GTP GTP。4 4、循环中消耗两分子水。循环中消耗两分子水。5 5、单向进行单向进行6 6、整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。整个
40、循环不需要氧，但离开氧无法进行。循环特点：循环特点：三、三羧酸循环的化学计量三、三羧酸循环的化学计量 乙酰乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+3NADH 7.5 ATP ，1FADH2 1.5ATP，再加上，再加上1个个GTP 1 1分子乙酰分子乙酰CoACoA通过通过TCATCA循环被氧化，可生成循环被氧化，可生成1010分子分子ATPATP。若从丙酮酸开始，加上纽带若从丙酮酸开始，加上纽带 生成的生成的1 1个个NADHNADH，则共产生，则共产生10+2.5=12.510+2.5=12.5个个ATPATP。若从葡萄
41、糖开始，共可产生若从葡萄糖开始，共可产生12.512.52+7=322+7=32个个ATPATP。可见由糖酵解和可见由糖酵解和TCATCA循环相连构成的糖的循环相连构成的糖的有氧氧化途径，是机体利用糖氧化获得能量有氧氧化途径，是机体利用糖氧化获得能量的最有效的方式，也是机体产生能量的主要的最有效的方式，也是机体产生能量的主要方式。方式。-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 卟啉环卟啉环 上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种
42、补环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为充称为回补反应回补反应(anaplerotic reaction)。四、三羧酸循环的回补反应四、三羧酸循环的回补反应三羧酸循环不仅是产生三羧酸循环不仅是产生ATPATP的途径，它的中间产物也的途径，它的中间产物也是生物合成的前体，如是生物合成的前体，如 丙酮酸羧化丙酮酸羧化 PEP PEP的羧化的羧化 由氨基酸形成由氨基酸形成 苹果酸脱氢苹果酸脱氢草酰乙酸的回补反应主要通过草酰乙酸的回补反应主要通过4 4个途径：个途径：丙酮酸羧化丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应动物体内的主要回补反应)草酰乙酸或循草酰乙酸或循环中任何一种环中任何一种
43、中间产物不足中间产物不足TCATCA循环循环速度降低速度降低乙酰乙酰-CoA-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草酰乙酸产生更多的草酰乙酸生物素生物素Mg2+Mg2+在线粒体内进行在线粒体内进行对草酰乙酸对草酰乙酸需求的信号需求的信号+CO2 PEP羧化羧化（在脑和心肌中）（在脑和心肌中）（在植物、酵母、细菌）（在植物、酵母、细菌）CH2羧化激酶对羧化激酶对CO2的亲和力较小，的亲和力较小，对草酰乙酸亲和力较大，所以对草酰乙酸亲和力较大，所以反应利于向生成丙酮酸的方向进行反应在胞液中进行反应利于向生成丙酮酸的方向进行反应在胞液中进行 氨基酸转化-酮戊二酸酮戊二酸天
44、冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸 AspAsp、GluGlu转氨可生成草酰乙酸和转氨可生成草酰乙酸和-酮戊二酸酮戊二酸IleIle、ValVal、ThrThr、MetMet也会形成琥珀酰也会形成琥珀酰CoACoA，最后生成草酰乙酸。，最后生成草酰乙酸。（广泛存在广泛存在）五、五、三羧酸循环的调控三羧酸循环的的速度主要取决于细胞对三羧酸循环的的速度主要取决于细胞对ATPATP的需的需求量，另外也受细胞对于中间产物需求的影响。求量，另外也受细胞对于中间产物需求的影响。有有 3 3个调控部位。个调控部位。Ca2+激活六、三羧酸循环的生物学意义六、三羧酸循环的生物学意义 与糖酵解构成糖的有氧
45、代谢途径，为机体提供大量与糖酵解构成糖的有氧代谢途径，为机体提供大量的能量，一分子葡萄糖经的能量，一分子葡萄糖经EMPEMP、TCATCA循环和呼吸链氧化共可循环和呼吸链氧化共可产生产生3232个个ATPATP。TCATCA循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络的枢纽。循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络的枢纽。TCATCA循环循环中间产物中间产物脂肪酸、氨基酸脂肪酸、氨基酸合成代谢合成代谢分解代谢产物分解代谢产物COCO2 2+H+H2 2O+O+能量能量 TCATCA循环既是物质分解代谢的组成部分，亦是物质合成循环既是物质分解代谢的组成部分，亦是物质合成的重要步骤，为其他生物合成提供原料。的重要步骤，为
46、其他生物合成提供原料。糖代谢小结丙酮酸丙酮酸 第五节第五节 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径在组织中添加酵解抑制剂在组织中添加酵解抑制剂碘乙酸碘乙酸（抑制（抑制3-P-3-P-甘油醛脱甘油醛脱氢酶）或氢酶）或氟化物氟化物（抑制烯醇化酶）等，葡萄糖仍可被（抑制烯醇化酶）等，葡萄糖仍可被消耗；并且消耗；并且C C1 1更容易氧化成更容易氧化成COCO2 2；发现了；发现了6-P-6-P-葡萄糖脱葡萄糖脱氢酶和氢酶和6-P-6-P-葡萄糖酸脱氢酶及葡萄糖酸脱氢酶及NADPNADP+；发现了五碳糖、；发现了五碳糖、六碳糖和七碳糖；说明葡萄糖还有其他代谢途径六碳糖和七碳糖；说明葡萄糖还有其他代谢途径（1931-
47、19511931-1951）。）。19531953年阐述了磷酸戊糖途径（年阐述了磷酸戊糖途径（pentose phosphate pentose phosphate pathway)pathway)，简称，简称PPPPPP途径途径，也叫磷酸己糖支路（，也叫磷酸己糖支路（HMPHMP）；）；亦称戊糖磷酸循环；亦称亦称戊糖磷酸循环；亦称Warburg-DickensWarburg-Dickens戊糖磷酸戊糖磷酸途径。途径。PPPPPP途径广泛存在动、植物细胞内，在途径广泛存在动、植物细胞内，在细胞质细胞质中进行。中进行。磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径二、磷酸戊糖途径的二、磷酸戊糖途径的意义意义三、三、磷
48、酸戊糖途径磷酸戊糖途径调控调控6-P6-P葡萄葡萄糖脱氢酶糖脱氢酶6-P6-P葡萄糖葡萄糖酸内酯酶酸内酯酶6-P6-P葡萄糖葡萄糖酸脱氢酶酸脱氢酶H20H20NADP+NADP+NADPHNADPH+H+H+NADP+NADP+NADPHNADPH+H+H+COCO2 2a.a.6-P葡萄糖脱氢酶葡萄糖脱氢酶6-P葡萄糖酸内酯酶葡萄糖酸内酯酶6-P葡萄糖酸脱氢酶葡萄糖酸脱氢酶H20H20（二）非氧化的分子重排阶段 （之一5-磷酸核酮糖异构化）非氧化阶段之二（基团转移）基团转移（续前）P戊糖异构酶戊糖异构酶P戊糖差向酶戊糖差向酶转酮酶转酮酶转醛酶转醛酶转酮酶转酮酶 其中其中1 1分子转变为分子转
49、变为 P-P-二羟丙酮二羟丙酮1 1，6-6-二二P P果糖果糖1 1X6-PX6-P果糖果糖醛缩酶醛缩酶二二P P果糖酯酶果糖酯酶H H2 2O OPiPi故反应带有循环机制故反应带有循环机制表明表明1个个6-P葡萄糖经葡萄糖经6次循环被彻底氧化为次循环被彻底氧化为6个个CO2二、磷酸戊糖途径的意义二、磷酸戊糖途径的意义 1、产生大量的产生大量的NADPHNADPH，为细胞的各种合成反应提供，为细胞的各种合成反应提供还原还原剂（力）剂（力），比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成。，比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成。2 2、在红细胞中保证、在红细胞中保证谷胱甘肽谷胱甘肽的还原状态。（防止膜脂的还原
50、状态。（防止膜脂过氧化；过氧化；维持血红素中的维持血红素中的FeFe2+2+;）（）（6-6-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖 脱氢酶缺陷症脱氢酶缺陷症贫血病）贫血病）3 3、该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料，如：、该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料，如：5-P-5-P-核糖核糖 核苷酸核苷酸 4-P-4-P-赤藓糖赤藓糖 芳香族氨基酸芳香族氨基酸 4 4、非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作、非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同，因而用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同，因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些磷酸戊糖途径可
