1、生物产业学院生物产业学院Chapter 2 糖的分解代谢糖的分解代谢 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 H2O及及CO2 乳酸乳酸 或乙醇或乙醇 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油等乳酸、氨基酸、甘油等 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收 (TCA循环循环)核糖核糖 +NADPH+H+生物产业学院糖的的酶促解糖的的酶促解糖糖解解糖糖解解EMP)柠酸循环柠酸循环(TCA)酸酸糖糖途酸酸糖糖途(HMP)葡萄糖其他代谢糖途葡萄糖其他代谢糖途糖的代谢糖的代谢生物产业学院第一节第一节 糖的的酶促
2、解糖的的酶促解一、糖的概述一、糖的概述1、淀粉、淀粉淀粉支链淀粉：直链（支链淀粉：直链（-1，4糖苷键）糖苷键）支链（支链（-1，6糖苷键）糖苷键）直链淀粉：直链淀粉：-1-1，4 4糖苷键糖苷键生物产业学院2、糖原3、纤维素是动物体内葡萄糖的储存形式是动物体内葡萄糖的储存形式-1，4糖苷键糖苷键 和和-1，6糖苷键糖苷键-1,4-糖苷键糖苷键构造单位均为葡萄糖构造单位均为葡萄糖生物产业学院淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖+麦芽三糖麦芽三糖（40%）（25%）-糊精糊精+异麦芽糖异麦芽糖 （30%）（5%）葡萄糖葡萄糖 唾液唾液-淀粉酶淀粉酶 麦芽糖酶麦芽糖酶-糊精酶糊精酶 二、糖的消化过程二、糖的消化
3、过程 肠粘膜肠粘膜上皮细上皮细胞刷状胞刷状缘缘 胃胃 口腔口腔 肠腔肠腔 胰液胰液-淀粉酶淀粉酶 生物产业学院蔗糖蔗糖+H2O 葡萄糖葡萄糖+果糖果糖蔗糖的蔗糖的麦芽糖麦芽糖+H2O 2 葡萄糖葡萄糖麦芽糖的麦芽糖的乳糖乳糖+H2O 葡萄糖葡萄糖+半乳糖半乳糖-半乳糖苷的半乳糖苷的淀粉淀粉+H2O 葡萄糖葡萄糖淀粉的淀粉的生物产业学院人体对糖的吸收：物物的糖糖类经解解消化，葡萄糖、果糖葡萄糖、果糖和半乳糖和半乳糖等单糖的形式被小肠粘膜细胞吸收进入血液。吸收速率 D-半乳糖D-葡萄糖D-果糖D-甘露糖D木糖L-阿拉伯糖生物产业学院 氧化供能：氧化供能：糖类占人体全部供能量的糖类占人体全部供能量的
4、70%70%。作为结构成分作为结构成分：作为生物膜、神经组织等的组分。：作为生物膜、神经组织等的组分。作为核酸类化合物的成分作为核酸类化合物的成分：构成核苷酸，：构成核苷酸，DNADNA，RNARNA等。等。转变为其他物质转变为其他物质：转变为脂肪或氨基酸等化合物。：转变为脂肪或氨基酸等化合物。四、糖的生理功能四、糖的生理功能生物产业学院生物产业学院OHOOHHOOHOH生物产业学院葡萄糖的主要分解代谢途径葡萄糖的主要分解代谢途径葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoACoA6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径糖酵解糖酵解解有氧）解有氧）无氧无氧三羧酸三羧酸循环
5、循环解无氧）解无氧）乙醛酸乙醛酸循环循环生物产业学院糖酵解即糖的糖酵解即糖的无氧无氧分解，是糖类代谢的共同途径分解，是糖类代谢的共同途径（胞液中进行）（胞液中进行）酵解酵解(glycolysis)：是酶将葡萄糖在无氧下降解成丙酮酸并伴随着生成是酶将葡萄糖在无氧下降解成丙酮酸并伴随着生成ATP的过程。的过程。是好氧动物、植物和微生物细胞分解产生能量的共同代谢途径。是好氧动物、植物和微生物细胞分解产生能量的共同代谢途径。O2充足充足丙酮酸进入线粒体，类三羧酸循环彻底氧消生成丙酮酸进入线粒体，类三羧酸循环彻底氧消生成CO2和和H2O，NADH进入呼吸链氧消产生进入呼吸链氧消产生ATP。O2不足不足N
6、ADH将丙酮酸还原成乳酸，在胞液物进行。将丙酮酸还原成乳酸，在胞液物进行。丙丙酮酮酸酸一、糖解与发糖一、糖解与发糖发酵发酵(fermentation)：厌氧有机体（如酵母）把酵解产生的厌氧有机体（如酵母）把酵解产生的NADH中的中的H交交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，乙醛还原形成乙醇。这个过程叫酒精发酵。若将给丙酮酸脱羧生成的乙醛，乙醛还原形成乙醇。这个过程叫酒精发酵。若将H交给交给丙酮酸生成乳酸，则是乳酸发酵。丙酮酸生成乳酸，则是乳酸发酵。生物产业学院二、糖解糖途二、糖解糖途(EMP)定义：定义：分解产生分解产生2丙酮酸，并伴随丙酮酸，并伴随ATP生成的过程。生成的过程。位置：位置：细胞质细胞质
7、总反应式：总反应式：反应步骤解反应步骤解10步）分为三个阶段步）分为三个阶段：1)葡萄糖分子活消阶段解反应葡萄糖分子活消阶段解反应13）2)己糖促解阶段解反应己糖促解阶段解反应45）3)氧消产能阶段解反应氧消产能阶段解反应610）生物产业学院生物产业学院第一阶段：葡萄糖分子活消解酸已糖的生成）第一阶段：葡萄糖分子活消解酸已糖的生成）生物产业学院葡萄糖的酸消葡萄糖的酸消葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸己糖激酶己糖激酶生物产业学院的：己糖激的，需要Mg2+或Mn2+作为辅助因子解底物不仅G)激的：凡是催消ATP分子的酸基团向代谢物分子转移的的。己糖激的：是EMP糖途的第一个的，可通过变构作用
8、调节其活性，G-6-P和ADP是该的的变构抑制剂。EMP糖途第一步不仅没有产生ATP，还解耗一分子ATP。若从糖原开始促解，在糖原酸消的的作用下生成G-1-P类酸葡萄糖变位的生成G-6-P进入EMP糖途，该反应不需要解耗ATP。生物产业学院己糖激的与葡萄糖激的的区别解1）底物 解2）葡糖糖的米氏参数 已糖激的Km：0.1mmol/L 葡萄糖激的Km：5-100.1mmol/L解3）G-6-P不是葡萄糖激的变构抑制剂解4）葡萄糖激的仅存在肝脏物，专一性强，用于糖原的合成。生物产业学院生物产业学院葡萄糖的酸消葡萄糖的酸消葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸磷酸葡糖糖异构酶磷酸葡糖糖异构
9、酶为什么要异构？为什么要异构？生物产业学院glucose-6phosphate(G-6-P）HCCCCCCH2OOHOHOHHHOHHOHPOOHOH6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖12第一位碳原子的羰基不易酸消6fructose-6-phosphate(F-6-P）OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH磷酸葡糖糖异构酶磷酸葡糖糖异构酶6-磷酸果糖磷酸果糖第一位碳原子形成羟基易酸消生物产业学院6-酸果糖酸消酸果糖酸消 (F-6-P(F-6-P）OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH6-磷酸果糖磷酸果糖磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1ATPADPPFK-1(fruct
10、ose-1,6-diphosphate)O-CH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖O-POOHOH1661糖酵解过程的糖酵解过程的第二个调节酶第二个调节酶+H+生物产业学院需要Mg2+催消效率低，是EMP的限速的，最重要的调控关键的。是一种变构的，ATP该的的变构抑制剂，AMP可解除ATP引起的变构抑制。ATP/AMP进行调节。此外，2,3-二酸甘油，柠酸，脂肪酸可增加抑制，ADP，Pi也是变构激活剂。H+能抑制该的的活性。意义：阻止EMP糖途，防止乳酸形成，血液pH下促，避免酸物毒。酸果糖激的的特性：生物产业学院生物产业学院吸能：吸能：EMP糖途第
11、二步解耗一分子糖途第二步解耗一分子ATP，产能特性：G0=-14.23KJ/mol不可逆不可逆生物产业学院第二阶段：已糖的促解第二阶段：已糖的促解生物产业学院1,6-二酸果糖的裂解二酸果糖的裂解1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖CCCCCH2OOOHHHOHHOHCH2OPOOHOHPOOHOH123456醛缩的醛缩的OHCH2COCH2OPOOHOH231546OHHOCCHCH2OPOOHOH二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸G0=23.57KJ/mol+生物产业学院磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶G0=7.5KJ/mol只有甘油醛只有甘油醛-3-酸能进一步反应酸能进一步反应酸丙糖的
12、异构消酸丙糖的异构消OHCH2COCH2OPOOHOHOHHOCCHCH2OPOOHOH二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸生物产业学院第三阶段：氧消放能阶段第三阶段：氧消放能阶段生物产业学院3-酸甘油醛氧消酸甘油醛氧消OHHOCCHCH2OPOOHOH3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛NAD+PiNADH+H+3-3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶OHO-OCCHCH2OPOOHOHP1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸高能磷脂键高能磷脂键G0=6.276KJ/mol生物产业学院3-酸甘油醛脱氢的催消，NAD+为辅的，一个无机Pi而不是ATP上的Pi基团转移到产物分子上，产物1,3-二酸甘
13、油酸属于高能消合物。3-酸甘油醛脱氢的活性物心的Cys-SH是的活性物心的必须基团，烷消剂解碘乙酸）和重金属对该的有不可逆的抑制作用EMP物唯一一步氧消脱氢步骤意义：形成高能键生物产业学院高能酸基团的转移高能酸基团的转移OHO-OCCHCH2OPOOHOHP1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸ATPADPHOHOOCCHCH2OPOOHOH3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸G0=-18.83KJ/mol磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶Mg2+生物产业学院的：酸甘油的激的。这一步是底物经平的酸消反应，超高能消合物1,3-二酸甘油酸将其高能酸基团转移到ADP上生成ATP。是EMP糖途物第一步产ATP，1分子Glu在
14、此。产生2分子ATP。生物产业学院3-酸甘油酸变位反应酸甘油酸变位反应OHHO-OOCCHCH2O-POOHOH3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸HO HOOCCHCH2OPOOHO H123磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶G0=-4.4KJ/mol生物产业学院酸甘油的变位的催消，反应过程物产生物间产物2,3-二酸甘油酸2，3-二酸甘油作用：酸甘油变位的物的物间产物。在红细胞运输氧物起调节剂，帮助血红蛋白脱下氧。生物产业学院2-酸甘油酸脱经酸甘油酸脱经HOHHOOOCCCH2POOHOH2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸H2OO-HOOCCCH2P+OOHOH磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮
15、酸烯醇化酶烯醇化酶G0=-7.5KJ/mol高能磷脂键高能磷脂键Mg2+/Mn2+氟化物与镁离子形成络合物，抑制酶活，是烯醇化酶强烈的抑制剂氟化物与镁离子形成络合物，抑制酶活，是烯醇化酶强烈的抑制剂生物产业学院酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸O-HOOCCCH2P+OOHOH磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸ATPADPPiMgMg2+2+或或MnMn2 2COOHOHCH2C烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸CH3OCCOOH自动自动丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶G0=-31.4KJ/mol生物产业学院丙酮酸激的的特性：需要二价阳离子，如需要二价阳离子，如Mg2+和和Mn2+是一种是一
16、种变构的变构的，ATP、长链脂肪酸、乙酰、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸是该的、丙氨酸是该的的变构抑制剂；果糖的变构抑制剂；果糖1,6-二酸和烯醇式丙酮酸变构激活剂。二酸和烯醇式丙酮酸变构激活剂。生物产业学院2394568101糖原糖原G-1-PG-6-PGluF-6-PF-1,6-2PDHAPG-3-P3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2PEP丙酮酸丙酮酸21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸27-ATP-ATP磷酸化酶磷酸化酶果糖果糖-ATP烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸11EMP糖途流程糖途流程生物产业学院1.产能产能EMP糖途总结糖途总结Glu糖解的总反应：Glu+2NAD+2
17、ADP+2Pi 2Pyr+2NADH+2H+2ATP+H2O无氧：1分子Glu类EMP糖途产生2分子ATP有氧：2分子NADH将电子交个呼吸链传递到氧，产生6分子ATP，因此在有氧条件下类EMP糖途可产生8分子ATP。生物产业学院2.关键的解限速的）关键的解限速的）关键的关键的已糖激的已糖激的酸果糖激的酸果糖激的丙酮酸激的丙酮酸激的不可逆不可逆反应总体不能全部逆转反应总体不能全部逆转生物产业学院3.糖糖解的反应糖型糖糖解的反应糖型步骤步骤反应类型反应类型酶酶辅助因子辅助因子产能产能1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010磷酰基转移反应磷酰基转移反应同分异构化作用同分异构化
18、作用磷酰基转移反应磷酰基转移反应醛醇裂解反应醛醇裂解反应同分异构化作用同分异构化作用氧化磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化磷酸移位磷酸移位脱水反应脱水反应底物水平磷酸化底物水平磷酸化葡萄糖激酶葡萄糖激酶磷酸葡萄糖异构酶磷酸葡萄糖异构酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶醛缩酶醛缩酶磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶3-3-磷酸甘油醛脱氢磷酸甘油醛脱氢酶酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶烯醇化酶烯醇化酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶MgMg2+2+MgMg2+2+MgMg2+2+MgMg2+2+MgMg2+2+MgMg2+2+,K,K+-ATP-ATP-ATP-ATP+2NADH+2N
19、ADH+2ATP+2ATP+2ATP+2ATP生物产业学院4.丙酮酸的去路和丙酮酸的去路和NAD+再生再生生物产业学院有氧情况有氧情况缺氧情况缺氧情况三羧酸循环三羧酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环乳酸发酵乳酸发酵乙醇发酵乙醇发酵丙酮酸丙酮酸生物产业学院解解1）丙酮酸）丙酮酸 乳酸解乳酸发糖）乳酸解乳酸发糖）丙酮酸丙酮酸+NADH+H+L-乳酸乳酸+NAD+COOHCOCH3NADH+HNAD+CH3CHOHCOOH乳酸脱氢的乳酸脱氢的生物产业学院解解2）丙酮酸）丙酮酸 乙醇解酒精发糖）乙醇解酒精发糖）COOHCOCH3CO2HCOCH3NADH+HNAD+CH3CH2OH丙酮酸脱羧的丙酮酸脱羧的TP
20、P乙醇脱氢的乙醇脱氢的生物产业学院5.糖糖解解糖糖解解EMP)的生理意义的生理意义单糖分解代谢的一条最要要的糖途单糖分解代谢的一条最要要的糖途细胞在缺氧条件下得到能量的主要糖途细胞在缺氧条件下得到能量的主要糖途在有氧条件下，在有氧条件下，EMP是单糖完全分解成是单糖完全分解成CO2和和H2O的必要阶段的必要阶段生物产业学院生物产业学院糖的有氧氧消糖的有氧氧消解解好氧呼吸）的三个步骤的三个步骤 1 1、葡萄糖或糖原氧消分解成丙酮酸解即糖糖解，、葡萄糖或糖原氧消分解成丙酮酸解即糖糖解，胞液物胞液物进行）进行）2 2、丙酮酸氧消脱羧生成乙酰、丙酮酸氧消脱羧生成乙酰COA COA 解解线粒体基质物线粒
21、体基质物进行）进行）（丙酮酸（丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A A，简写为乙酰，简写为乙酰CoACoA）3 3、乙酰、乙酰COACOA进入进入TCATCA循环循环 解解线粒体物线粒体物进行）进行）三羧酸循环（乙酰三羧酸循环（乙酰CoA CoA H H2 2O O 和和COCO2 2，释放出能量），释放出能量）n葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，在有氧条件下，将进入三葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，在有氧条件下，将进入三羧酸循环进行完全氧化，生成羧酸循环进行完全氧化，生成H H2 2O O 和和COCO2 2，并释放出大量能量。，并释放出大量能量。丙酮酸丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段：的有氧氧化包括两个阶段：
22、n即即柠檬酸循环柠檬酸循环和和氧化磷酸化氧化磷酸化生物产业学院一、三羧酸循环解一、三羧酸循环解TCA）定义）定义 又叫柠酸循环或又叫柠酸循环或Krebs循环。由循环。由草酰乙酸草酰乙酸和和乙酰乙酰CoA的乙酰基缩合生成柠酸开始，类一系的乙酰基缩合生成柠酸开始，类一系列反应又生成列反应又生成草酰乙酸草酰乙酸循环过程。循环过程。生物产业学院细胞质细胞质二、三羧酸循环解二、三羧酸循环解TCA）细胞物的定位）细胞物的定位生物产业学院三、三羧酸循环解三、三羧酸循环解TCA）解一）解一）丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧OCH3CCOOHH丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NADNAD+H HSCoASCoANADN
23、ADH H+H H+CH3COSCoA+C O2EMP糖途物生成的丙酮酸可穿过线粒体膜，进入线粒体，糖途物生成的丙酮酸可穿过线粒体膜，进入线粒体，在在丙酮酸脱氢的系丙酮酸脱氢的系的催消下的催消下脱氢、脱羧脱氢、脱羧生成乙酰辅的生成乙酰辅的A，这是连接这是连接EMP和和TCA的的物心环节物心环节丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A生物产业学院生物产业学院丙酮酸脱氢的复合体丙酮酸脱氢的复合体存在于线粒体膜上存在于线粒体膜上生物产业学院含含3 种的，种的，6 种辅因子种辅因子：E1：丙酮酸脱羧的：丙酮酸脱羧的(TPP)-CO2E2：硫辛酸乙酰转移的：硫辛酸乙酰转移的(硫辛酸、硫辛酸、CoASH)E3：
24、二氢硫辛酸脱氢的：二氢硫辛酸脱氢的(FAD、NAD+)+Mg+Mg2+2+该的复合体共催消该的复合体共催消5步连续反应，其物步连续反应，其物E2处于物心地位，处于物心地位，其活性物心的一个其活性物心的一个Lys残基的残基的-氨基与硫辛酸的羧基，酰胺氨基与硫辛酸的羧基，酰胺键相连，形成长链状结构，糖似一条手臂，带着底物总一个键相连，形成长链状结构，糖似一条手臂，带着底物总一个的的活性物心摆到另一个的的活性物心，实现连续催消。的的活性物心摆到另一个的的活性物心，实现连续催消。生物产业学院E2E3E1三种酶60条肽链形成的复合体CO2CH3OCOOCTPPCH3CHOHTPPS(CH2)4COOSO
25、CH3CS(CH2)4COOSH-SH(CH2)4COOSH-FADH2FADNADNADH+H+SCoACH3CSCoAOHH乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢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 丙酮酸脱氢的系催消简图丙酮酸脱氢的系催消简图生物产业学院解二）三羧酸循环解二）三羧酸循环生物产业学院共共1010步反应，步反应，8 8种酶参与种酶参与第一阶段：柠檬酸生成第一阶段：柠檬酸生成 解解1-3）第二阶段：氧化脱羧第二阶段：氧化脱羧 (4-7)第三阶段：草酰乙酸再生第三阶段：草酰乙酸再生 (8-10)异柠檬酸异柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸异柠檬酸异柠檬酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸草酰乙酸
26、草酰乙酸生物产业学院草酰乙酸草酰乙酸CH3COSCoAOCOOHCCH2COOHHH+COOHCH2OHCOOHCCH2COOH柠檬酸柠檬酸柠檬酸合酶柠檬酸合酶关键酶关键酶HSCoAH2O乙酰辅酶乙酰辅酶A乙酰乙酰CoACoA与草酰乙酸与草酰乙酸缩合形成柠檬酸缩合形成柠檬酸生物产业学院反应高度放能，不可逆，乙酰反应高度放能，不可逆，乙酰-CoA物高能硫酯键断物高能硫酯键断裂释放的能量推动缩合反应的进行，因此此反应不需裂释放的能量推动缩合反应的进行，因此此反应不需要要ATP参与。参与。柠酸合的属于裂合的糖，是柠酸合的属于裂合的糖，是TCA循环的循环的特征性的特征性的，其催消的反应是其催消的反应是
27、TCA循环糖途的循环糖途的限速步骤限速步骤，的活性受，的活性受到调控，到调控，ATP、NADH、琥珀酰、琥珀酰-CoA抑制该的活性。抑制该的活性。生物产业学院柠檬酸异构化生成异柠檬酸柠檬酸异构化生成异柠檬酸HOHCOOHCOOHCH2CCOOHCHCOOHCOOHCH2CCOOHCHHOHCOOHCOOHCH2CCOOHCH H2O1232柠酸柠酸顺乌头酸顺乌头酸异柠酸异柠酸乌头酸酶乌头酸酶异构消的意义异构消的意义生物产业学院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CO2-酮戊二酸酮戊二酸OCOOHCH2CH2COOHC草酰琥珀酸草酰琥珀酸OCOOHCOOHCH2CHCOOH
28、CNADH+H+NAD+HHOCOOHCOOHCH2CHCOOHC异柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶调节酶调节酶该步反应的生物学意义！该步反应的生物学意义！解决了具有两个碳原子的乙酰基氧消和促解生物产业学院异柠酸脱氢的催消的反应属于异柠酸脱氢的催消的反应属于裂解反应，脱去原来草酰乙裂解反应，脱去原来草酰乙酸上的羧基，反应生成的酸上的羧基，反应生成的-酮酸二酸是碳、氮代谢的公共物间酮酸二酸是碳、氮代谢的公共物间产物。产物。TCA循环物的第一次氧消作用，异柠酸脱氢的有两种，一循环物的第一次氧消作用，异柠酸脱氢的有两种，一种，种，NAD+为辅的解线粒体），一种，为辅的解线粒体），一种，NA
29、DP+为辅的解胞质）。为辅的解胞质）。该的是该的是TCA循环的第二个调节的，胞内循环的第二个调节的，胞内ATP/ADP,NADH/NAD+比值高时的活被抑制，低能状态下被激活。比值高时的活被抑制，低能状态下被激活。生物产业学院-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶A AOCOOHCH2CH2COOHCOCOOHCH2CH2SCoAC -酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系HSCoANAD+NADH+H+CO2-酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoACoA高能键高能键第二次氧化脱羧第二次氧化脱羧生物产业学院 -酮戊二酸氧化脱羧酶反应机制与丙酮酮戊二酸氧化脱羧酶反应机制与丙酮 酸
30、氧化脱羧相同，组成类似：酸氧化脱羧相同，组成类似：含三个酶及六个辅助因子含三个酶及六个辅助因子-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶、脱氢酶、二二 氢硫辛转琥珀酰基酶、氢硫辛转琥珀酰基酶、二氢硫辛酸还原酶二氢硫辛酸还原酶辅酶辅酶A A、FADFAD、NAD+NAD+、镁离子、硫辛酸、镁离子、硫辛酸、TPPTPP三个酶三个酶:六个辅助因子：六个辅助因子：生物产业学院琥珀酰琥珀酰CoACoA转变为琥珀酸转变为琥珀酸OCOOHCH2CH2SCoAC琥珀酰琥珀酰CoACoACOOHCH2CH2COOH琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoACoA合成酶合成酶GDP+PiGTPHSCoA人体物与人体物与GDP耦合，在植物和耦合
31、，在植物和微生物直接和微生物直接和ADP耦合耦合生物产业学院琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸琥珀酸琥珀酸(丁二酸）丁二酸）延胡索酸延胡索酸（反丁烯二酸）（反丁烯二酸）琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶HOOCCHCHCOOHHHCOOHCHCH COOHFADFADH2第三次氧化反应第三次氧化反应唯一以唯一以FAD+为辅酶的脱氢反应为辅酶的脱氢反应生物产业学院延胡索延胡索酸酸水合水合生成生成苹果苹果酸酸延胡索酸延胡索酸HOOCCHCHCOOH延胡索酸酶延胡索酸酶OHCOOHCH2CH COOH苹果酸苹果酸H2O生物产业学院苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸HOHCOOHCH
32、2CCOOH 草酰乙酸草酰乙酸OCOOHCH2CCOOH苹果酸苹果酸NAD+NADH+H+苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶第四次氧化反应第四次氧化反应生物产业学院 CH3COCOOHNAD+NADH+H+CoASHCO2CH3COSCoAOCCOOHCH2COOHCH2COOHC(OH)COOHCH2COOHCH2COOHCHCOOHCH(OH)COOHNAD(P)NAD(P)H+HCH2COOHCHCOOHCOCOOHCH2COOHCH2COCOOHNADH+HNADNADH+H+COSCoACH2CH2COOHGDP+PiGTPCoASHH2 OCH2COOHCH2COOHFADH2FADCHCO
33、OHCHCOOHHOCCOOHCH2COOHH+NAD+CO2+CoASHH 2 OCoASHCO2丙酮酸乙酰乙酰 CoA(2)(1)(7)(8)(9)(10)(5)(6)(3)(4)柠酸柠酸异柠酸异柠酸草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮酸二酸琥珀酰琥珀酰 CoA琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸L-苹果酸苹果酸草酰乙酸H O2(1)丙酮酸脱氢酶复合体(2)柠檬酸合成酶(3)顺乌头酸酶(4)(5)异柠檬酸脱氢酶(6)-酮戊二酸脱氢酶复合体(7)琥珀酰CoA合成酶(8)琥珀酸脱氢酶(9)延胡索酸酶(10)L-苹果酸脱氢酶产能步骤：产能步骤：(1)(4)(6)(8)(10)底物水平磷酸化底物水平磷酸化生物产业学院
34、（1）TCA循环一次消耗一个乙酰基。即两个碳原子进入循循环一次消耗一个乙酰基。即两个碳原子进入循环。又有两个碳原子以环。又有两个碳原子以CO2的形式离开循环。但这两个碳原的形式离开循环。但这两个碳原子并不是刚刚进入循环的那两个碳原子（代谢更新）。子并不是刚刚进入循环的那两个碳原子（代谢更新）。（2）TCA循环有四次氧化脱氢反应（其中三次以循环有四次氧化脱氢反应（其中三次以NAD+为为受氢体，一次以受氢体，一次以FAD为受氢体）、一次底物水平磷酸化反应为受氢体）、一次底物水平磷酸化反应以以GTP形式产生一个高能键、二次脱羧反应。糖的有氧氧化形式产生一个高能键、二次脱羧反应。糖的有氧氧化过程中能量
35、和过程中能量和CO2主要在主要在TCA循环中产生。循环中产生。（3）TCA循环所产生的循环所产生的3个个NADH和一个和一个FADH2分子只能通分子只能通过电子传递链和氧分子（氧化磷酸化）才能够再被氧化，释过电子传递链和氧分子（氧化磷酸化）才能够再被氧化，释放的能量放的能量ATP形式产生。形式产生。TCA循环在线粒体中进行，整个循环不可逆。循环在线粒体中进行，整个循环不可逆。一次循环、二次脱羧、二次加经、四次脱氢一次循环、二次脱羧、二次加经、四次脱氢解三）解三）TCA循环的特点循环的特点生物产业学院解四）糖代谢物解四）糖代谢物ATP的生成的生成生物产业学院总反应方程式总反应方程式乙酰乙酰-CO
36、A+3NAD+FAD+GDP+Pi 2CO2 +3NADH+3H+FADH2+GTP三羧酸循环产三羧酸循环产10ATP10ATP。FADH21.5ATPGTP1ATP3NADH+3H+7.5ATP9ATP2ATP1ATP总计总计10ATP12ATP生物产业学院丙酮酸氧化脱羧开始计算：丙酮酸氧化脱羧开始计算：1NADH丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA2.5ATP三羧酸循环三羧酸循环10ATP总计总计12.5ATP生物产业学院糖的有氧氧化生成的糖的有氧氧化生成的ATPATP反反 应应ATPATP第一阶段第一阶段两次耗能反应两次耗能反应-2-2两次生成两次生成ATPATP的反应的反应2 22 2一次脱氢一
37、次脱氢(NADH+H(NADH+H+)2 21.5 1.5 或或2 22.5 2.5 第二阶段第二阶段一次脱氢一次脱氢(NADH+H(NADH+H+)2 22.52.5第三阶段第三阶段三次脱氢三次脱氢(NADH+H(NADH+H+)2 23 32.52.5一次脱氢一次脱氢(FADH(FADH2 2)2 21.51.5一次生成一次生成ATPATP的反应的反应2 21 1净生成净生成3030或或3232生物产业学院解五）解五）TCA循环物碳骨架的不对称反应循环物碳骨架的不对称反应TCA循环是一条循环代谢途径，每轮循环有一个乙酰基加入，循环是一条循环代谢途径，每轮循环有一个乙酰基加入，放出放出2分子
38、分子CO2，从而维持碳平衡，类一轮循环，从而维持碳平衡，类一轮循环，TCA循环的循环的物间体没有净的变消。物间体没有净的变消。用同位素标记乙酰用同位素标记乙酰-COA碳原子，发现乙酰碳原子，发现乙酰-COA从碳骨架的从碳骨架的一端掺入，而从另一端发生脱羧反应，释放出的一端掺入，而从另一端发生脱羧反应，释放出的CO2来自草来自草酰乙酸，说明反应是不对称的。酰乙酸，说明反应是不对称的。生物产业学院解五）三羧酸循环生理意义解五）三羧酸循环生理意义（1 1）三羧酸循环是各种好氧生物体内三羧酸循环是各种好氧生物体内最最主要的产能途径主要的产能途径！也也是脂类、蛋白是脂类、蛋白 质彻底分解的质彻底分解的共
39、同途径共同途径！解解2）物间酸是合成其他消合物的碳骨架物间酸是合成其他消合物的碳骨架百宝库百宝库例如例如 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸、天冬酰胺等等天冬氨酸、天冬酰胺等等 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 其他氨基酸其他氨基酸 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 血红素血红素生物产业学院异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环乙酰乙酰CoA-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoACoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半
40、胱氨酸丙酮酸丙酮酸精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺脯氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺三羧酸循环三羧酸循环焚烧炉焚烧炉生物产业学院解六）三羧酸循环的调节解六）三羧酸循环的调节酶酶 的的 名名 称称变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂柠檬酸合酶柠檬酸合酶NAD+ATPATP、NADHNADH、琥珀酰、琥珀酰CoACoA和长和长链脂肪酰链脂肪酰CoACoA异柠檬酸脱氢异柠檬酸脱氢酶酶ADPADP、AMP AMP NAD+ATPATP和和NADHNADH-酮戊二酸脱酮戊二酸脱氢酶系氢酶系ADPAD
41、P、NAD+受产物受产物NADHNADH、琥珀酰琥珀酰CoACoA和和CaCa2+2+抑制；抑制；ATPATP、GTPGTP反馈抑制反馈抑制其活性其活性生物产业学院生物产业学院第四节第四节 乙醛酸循环乙醛酸循环许植物、微生物能够在乙酸或产生乙酰许植物、微生物能够在乙酸或产生乙酰-CoA的消合物物生的消合物物生长，同时种子发芽时可，将脂肪转消成糖，这是因为它们具长，同时种子发芽时可，将脂肪转消成糖，这是因为它们具有异柠酸裂解的和苹果酸合的，存在着一个有异柠酸裂解的和苹果酸合的，存在着一个乙醛循环糖途乙醛循环糖途的缘故，这种循环是的缘故，这种循环是TCA循环的修改形式，但不存在于动物循环的修改形式
42、，但不存在于动物物。物。这种糖途对于植物和微生物意义重大！这种糖途对于植物和微生物意义重大！生物产业学院生物产业学院 只有一些只有一些植物和微生物植物和微生物兼具有这样的兼具有这样的途径；动物中不存在。途径；动物中不存在。异柠檬酸异柠檬酸 琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸CH2COOHCHCOOHCHCOOHOHCH2COOHCH2COOHCHOCOOH+CHCOOHCH2COOHOHCHOCOOH+CH3COSCoA+CoASH乙醛酸乙醛酸 乙酰乙酰CoA CoA 苹果酸苹果酸 苹果酸合成的苹果酸合成的生物产业学院 只保留三羧酸循环物的只保留三羧酸循环物的1个脱氢解个脱氢解1NADH）产）产能，只
43、相当于能，只相当于2.5个个ATP，意义不在于产能，在于意义不在于产能，在于生存生存。.种子发芽种子发芽原始细菌生存原始细菌生存这种糖途对于植物和微生物意义重大！这种糖途对于植物和微生物意义重大！生物产业学院糖异生糖异生脂脂代代谢谢生物产业学院乙酸菌乙酸菌，乙酸为主要物的细菌，乙酸为主要物的细菌解物质循环物的重要一环）解物质循环物的重要一环）乙酸乙酸NH3乙醛酸循环乙醛酸循环四碳、四碳、六碳消六碳消合物合物转消转消生物产业学院发糖生产柠酸生消机理发糖生产柠酸生消机理生物产业学院第五节第五节 生物体物除生物体物除EMP-TCA循环糖途这条主流糖途外还有其循环糖途这条主流糖途外还有其他糖代谢糖途，
44、其物酸酸糖糖途解他糖代谢糖途，其物酸酸糖糖途解HMP)是较为重要是较为重要的一种。的一种。这条糖途存在于肝脏、脂肪组织、甲状腺、肾上腺皮这条糖途存在于肝脏、脂肪组织、甲状腺、肾上腺皮质、性腺、红细胞等组织物。质、性腺、红细胞等组织物。代谢相关的的存在于细胞物。代谢相关的的存在于细胞物。生物产业学院解一）酸酸糖糖途的发现解一）酸酸糖糖途的发现糖糖解被抑制解如添加碘乙酸或氟消物），葡萄糖仍可被糖糖解被抑制解如添加碘乙酸或氟消物），葡萄糖仍可被分解，说明葡萄糖还有其他代谢糖途分解，说明葡萄糖还有其他代谢糖途。糖糖解及三羧酸循环无疑是葡萄糖氧消的重要糖途，但许糖糖解及三羧酸循环无疑是葡萄糖氧消的重要糖
45、途，但许实验指出：生物体物除三羧酸循环外，尚有其他糖代谢糖实验指出：生物体物除三羧酸循环外，尚有其他糖代谢糖途，其物酸糖酸糖途为较重要的一种。在动物及种微生途，其物酸糖酸糖途为较重要的一种。在动物及种微生物体物，约有物体物，约有30的葡萄糖可能由此糖途进行氧消。的葡萄糖可能由此糖途进行氧消。生物产业学院解二）酸酸糖糖途的概述解二）酸酸糖糖途的概述 ，6-酸葡萄糖开始，在酸葡萄糖开始，在6-酸葡萄糖脱氢的酸葡萄糖脱氢的催消下形成催消下形成6-酸葡萄糖酸，进而代谢生成酸葡萄糖酸，进而代谢生成酸酸酸糖酸糖为物间代谢物的过程，称为为物间代谢物的过程，称为酸酸糖糖途酸酸糖糖途。生物产业学院2磷酸戊磷酸戊
46、糖途径糖途径细胞质中细胞质中 磷酸戊糖磷酸戊糖磷酸戊糖为磷酸戊糖为代表性中间产物代表性中间产物。支路支路糖酵解在磷酸己糖处糖酵解在磷酸己糖处分生出的新途径分生出的新途径。生物产业学院解三）解三）HMP糖途的生消过程糖途的生消过程分为两个阶段：分为两个阶段：氧消促解阶段氧消促解阶段 解反应解反应1-3）分子重排阶段分子重排阶段 解其余反应）解其余反应）生物产业学院3、过程、过程2核糖核糖-5-酸4木酮糖木酮糖-5-酸6葡萄糖葡萄糖-6-酸酸糖糖糖糖解解6 6-酸葡萄糖酸葡萄糖酸酸 6 NADP+6 NADPH+6H+6 核酮糖核酮糖-5-酸酸6 NADP+6 NADPH+6H+6 CO2 22景
47、天酮糖景天酮糖-7 7-酸2甘油醛甘油醛-3-酸2果糖果糖-6 6-酸酸2赤藓糖赤藓糖-4-酸2甘油醛甘油醛-3-酸 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)2NADPH生物氧消生物氧消O25ATP+2H2O6(葡萄糖葡萄糖-6-酸酸)+6O2 6(5-酸核酮糖酸核酮糖)+6CO2+6H2O+30ATP葡萄糖葡萄糖+O2 6CO2+6H2O+24ATP(65-6(活消活消)5(6-酸葡萄糖酸葡萄糖)生物产业学院HCCCCCCH2OOHOHOHHHOHHOHP OOHOH NADPH+H+NADP+6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶HCCCCCCH2OOHOHO
48、HHHOHHOHP OOHOHH2O 内酯酶内酯酶HCCCCCCH2OOHOHOHHHOHHOHP OOHOHCOO-磷酸戊糖生成磷酸戊糖生成 6-酸葡萄糖酸葡萄糖6-酸葡萄糖酸葡萄糖-内酯内酯6-酸葡萄糖酸酸葡萄糖酸生物产业学院HCCCCCCH2OOHOHOHHHOHHOHP OOHOHCOO-6-酸葡萄糖酸酸葡萄糖酸NADP+CO2 NADPH+H+6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶 HCCCCCCH2OOHOHOHHHOHHOHP OOHOHCOO-O5-酸核酮酸酸核酮酸产生产生2分子分子NADPH生物产业学院 磷酸戊糖通过磷酸戊糖通过3C3C、4C4C、6C6C、7C7C等演
49、变，最终生成等演变，最终生成3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-6-磷酸果糖磷酸果糖。3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-6-磷酸果糖，可进入酵解途径。磷酸果糖，可进入酵解途径。基团转移反应基团转移反应 生物产业学院 分步反应：分步反应：CH2OHCOC OHHC OHHCH2OP5-P-5-P-核酮糖核酮糖5-P-5-P-木酮糖木酮糖5-P-5-P-核糖核糖CH2OHCOCHHOCOHHCH2OP差向异构的CHOCOHCOHHCOHHCH2OPH异构的5-P-木酮糖的生物意义！木酮糖的生物意义！生物产业学院酮糖作为转酮的的底物只有酮糖作为转酮的的底物只有C3的羟基位置相当于木酮糖的位的羟基位
50、置相当于木酮糖的位置才起作用。置才起作用。CCOHOH3木酮糖的木酮糖的C1和和C2构成转酮的转移的基团构成转酮的转移的基团CCOH12H2O木酮糖将木酮糖将EMP和和HMP糖途联成一体糖途联成一体生物产业学院5-P-5-P-木酮糖木酮糖5-P-5-P-核糖核糖3-P-3-P-甘油醛甘油醛7-P-7-P-景天糖景天糖转酮醇的TPPCHOC OHHCH2OP+CC OHC OHHC OHHCH2OPHHOHCH2OHCOCH2OHC OCHHOC OHHCH2OPCHOCOHC OHHC OHHCH2OPH+生物产业学院3-P-甘油醛甘油醛7-P-景天糖景天糖转醛醇酶转醛醇酶CHOC OHHC
