1、糖的代谢主题医学知识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 高尔基高尔基体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 糖异生糖异生糖的代谢主题医学知识2一、一、糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作。该途径也称作Embden-M
2、eyethof-Parnas途径，简称途径，简称途径。途径。二、糖酵解作用二、糖酵解作用场所场所:细胞质中（胞浆）细胞质中（胞浆）氧气氧气:不需要不需要葡萄糖酵解的总反应式：葡萄糖酵解的总反应式：Glc+2Pi+2ADP+2NADGlc+2Pi+2ADP+2NAD+2 2丙酮酸丙酮酸2ATP+2NADH+H2ATP+2NADH+H+2H+2H2 2OO糖的代谢主题医学知识3 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖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
3、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 丙酮酸丙酮酸第第一一阶阶段段第第二二阶阶段段葡萄糖葡萄糖糖的代谢主题医学知识4ATP ADPATPADP已糖激酶已糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶磷酸葡磷酸葡糖异构糖异构酶酶 激酶是能够在激酶是能够在ATP和和代谢物之间转移磷酸基团代谢物之间转移磷酸基团的一类酶。的一类酶。糖的代谢主题医学知识5ATPADPglucose(G)HCCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOH已糖激酶已糖激酶Mg2+The first rate-limiting enzymeglucose-6phosphate (G-6-P）HCCCCC
4、CH2OHOHOHOHHHOHHOHOHO-OHOP糖的代谢主题医学知识6fructose-6-phosphate(F-6-P）OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOHPhosphoglucoseisomeraseglucose-6-phosphate(G-6-P）HCCCCCCH2OOHOHOHHHOHHOHPOOHOH糖的代谢主题医学知识7ATPADPfructose-1,6-diphosphateO-CH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOHO-POOHOH phosphofructokinasephosphofructokinase （FPKFPK）Mg2
5、+The second key enzyme (F-6-P）OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶糖的代谢主题医学知识8醛缩酶醛缩酶异构酶异构酶糖的代谢主题医学知识9NAD+NADH+H+PiADP ATPH2OMg或或MnATP ADP 丙酮酸丙酮酸PEP丙酮酸激酶丙酮酸激酶甘油醛甘油醛3-磷磷酸脱氢酶酸脱氢酶磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶激酶变变位位酶酶烯醇化酶烯醇化酶糖的代谢主题医学知识101,3-diphospho-glycerate(1,3-BPG)Glyceraldehyde3 phosphate dehydrogenaseGlyceralde
6、hyde 3-phosphateOHHOCCHCH2OPOOHOH NADH+H+HPO42-+NAD+OHO-OCCHCH2OPOOHOH PO32-甘油醛甘油醛3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶糖的代谢主题医学知识11磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶Phosphoglycerate kinaseHOHOOCCHCH2OPOOHOH3-phosphoglyceratediphosphoglycerate(1,3-BPG)OHO-OCCHCH2OPOOHOHOPO32-ADPATP底物水平的磷酸化（底物水平的磷酸化（Substrate-level phosphorylation）是指是指ATP的形成直接由一
7、个代谢中间的形成直接由一个代谢中间产物上的磷酸基团产物上的磷酸基团转移到转移到ADP分子上的作用。分子上的作用。糖的代谢主题医学知识123-phospho-glycerateHOHOOCCHCH2OPOOHOH变位酶变位酶Phosphoglycerate mutase2-phosphoglycerateOHHO-OOCCHCH2O-POOHOH糖的代谢主题医学知识13 phosphoenolpyruvateO-HOOCCCH2P+OOHOH2-phosphoglycerateHOHHOOOCCCH2POOHOH烯醇化酶烯醇化酶enolase(MgMg2+2+/Mn/Mn2+2+)H2O磷酸烯醇
8、式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）糖的代谢主题医学知识14ADPATPPhosphoenolpyruvateO-HOOCCCH2P+OOHOH丙酮酸激酶丙酮酸激酶PKPKThe third key enzymeenolpyruvateCOO HO HC H2CMgMg2+2+,K,K+糖的代谢主题医学知识15 1 1、整个过程无氧参加；、整个过程无氧参加；2 2、三个限速酶；、三个限速酶；3 3、从葡萄糖开始净生成、从葡萄糖开始净生成2 2分子分子ATPATP，从糖原开始净生成从糖原开始净生成3 3分子分子ATPATP；4 4、一次脱氢辅酶为、一次脱氢辅酶为NADNAD，生成的，生成的NAD
9、HNADHH H中的中的2H2H最后又交给丙酮酸生最后又交给丙酮酸生成了乳酸。成了乳酸。糖的代谢主题医学知识16 总反应式总反应式:C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3+2NADH +2H+2ATP+2H2O 生物学意义生物学意义 是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量；糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量；形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架 为糖异生提供基本途径。为糖异生提供基本途径。能量计算能量计
10、算：氧化一分子葡萄糖净生成氧化一分子葡萄糖净生成 2ATP 2NADH 5ATP 或或 3ATP 糖的代谢主题医学知识17五、丙酮酸的去路五、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乙酰乙酰 CoA三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA糖酵解途径糖酵解途径三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）糖的代谢主题医学知识18葡萄糖葡萄糖EMP NADH+H+NAD+CH2OHCH3乙醇乙醇 NADH+H+NAD+CO2 乳酸乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛乙醛CHOCH3COOHC=OCH
11、3丙酮酸丙酮酸 葡萄糖的无氧分解葡萄糖的无氧分解糖的代谢主题医学知识19 主要通过调节反应途径中几种酶的活性来主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度，被调节的酶为催化反应控制整个途径的速度，被调节的酶为催化反应历程中不可逆反应的三种酶，通过酶的历程中不可逆反应的三种酶，通过酶的别构效别构效应应或或共价修饰共价修饰实现活性的调节，调节物多为本实现活性的调节，调节物多为本 途的中间物或与本途径有关的代谢产物。途的中间物或与本途径有关的代谢产物。糖的代谢主题医学知识20 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖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
12、二磷酸果糖3-磷酸磷酸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磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶己糖激酶己糖激酶AMPAMPG-6-PG-6-PATPATP +-F-2,6-BF-2,6-BP PAMPAMP+-柠檬酸柠檬酸NADHNADHATPATP ATPATPAlaAlaF-1,6-BPF-1,6-BP-+糖的代谢主题医学知识21丙酮酸激酶催化活性控制关系图丙酮酸激酶催化活性控制关系图磷酸化的丙酮酸激酶磷酸化的丙酮酸激酶（低活性）（
13、低活性）去磷酸化的丙酮酸激酶去磷酸化的丙酮酸激酶（高活性）（高活性）H2OPiATPADP果糖果糖-1，6-二磷酸二磷酸ATP丙氨酸丙氨酸+葡萄糖水平下降葡萄糖水平下降Pi+糖的代谢主题医学知识221 1糖酵解途径是单糖分解代谢的一条最糖酵解途径是单糖分解代谢的一条最重要的基本途径重要的基本途径2 2糖酵解途径能提供能量使机体或组织糖酵解途径能提供能量使机体或组织有效地适应缺氧情况有效地适应缺氧情况3 3糖酵解途径是某些组织或细胞的主要糖酵解途径是某些组织或细胞的主要获能方式获能方式4 4糖酵解途径是葡萄糖完全氧化分解成糖酵解途径是葡萄糖完全氧化分解成二氧化碳和水的必要准备阶段二氧化碳和水的必
14、要准备阶段糖的代谢主题医学知识23 1、D-果糖和D-甘露糖：转化为六磷酸果糖进入糖酵解 2、D-半乳糖：在半乳糖激酶的作用下，生成一磷酸半乳糖，在磷酸半乳糖尿苷酰转移酶和尿苷酰半乳糖差向酶的催化下，转化成一磷酸葡萄糖，进入糖酵解途径。糖的代谢主题医学知识24糖的代谢主题医学知识25一、丙酮酸的有氧氧化一、丙酮酸的有氧氧化（EMP）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 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体糖的代谢主题医学知识26 在线粒体膜上由丙酮酸脱氢酶系催化丙酮在线粒体膜上由丙酮酸
15、脱氢酶系催化丙酮酸不可逆的氧化脱羧，并与酸不可逆的氧化脱羧，并与CoA结合形成结合形成乙酰乙酰-CoA和和CO2 包括：包括：3酶酶5因子因子 E1：丙酮酸脱氢酶、：丙酮酸脱氢酶、E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶：二氢硫辛酰转乙酰基酶 E3：二氢硫辛酸脱氢酶：二氢硫辛酸脱氢酶 辅助因子：硫胺素焦磷酸（辅助因子：硫胺素焦磷酸（TPP）、硫辛）、硫辛 酰胺、酰胺、FAD、CoA、和、和NADNAD+(Mg2+)。糖的代谢主题医学知识27丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体NADNAD+H+H+丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶FADFAD二氢硫辛酸二氢硫辛酸转乙酰基酶转乙酰基酶二氢硫辛二氢硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶CO
16、CO2 2乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸NADH+HNADH+H+TPPTPP硫辛酸硫辛酸CoASHCoASHNADNAD+CHCH3 3-C-SCoA-C-SCoAO O糖的代谢主题医学知识28CO2 CoASHNAD+NADH+H+5.NADH+H+的生成的生成1.-羟乙基羟乙基-TPP的生成的生成 2.乙酰硫辛酰乙酰硫辛酰胺的生成胺的生成 3.乙酰乙酰CoA的生成的生成4.硫辛酰胺的生成硫辛酰胺的生成 糖的代谢主题医学知识29 1.产物控制产物控制 NADH和乙酰和乙酰-CoA的竞争性抑制的竞争性抑制 2.磷酸化和去磷酸化的调控磷酸化和去磷酸化的调控 E1的磷酸化和去磷酸化是使
17、丙酮酸脱氢酶的磷酸化和去磷酸化是使丙酮酸脱氢酶复合体失活和激活的重要方式。复合体失活和激活的重要方式。糖的代谢主题医学知识30 OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP二、柠檬酸循环二、柠檬酸循环）草酰乙酸草酰乙酸 再生阶段再生阶段 柠檬酸的柠檬酸的生成阶段生成阶段 氧化脱氧化脱 羧阶段羧阶段柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸 琥珀酰琥珀酰CoA延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+H2O糖的代谢主题医学知识31H2O草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoAS
18、HH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶柠檬酸的生成阶段柠檬酸的生成阶段糖的代谢主题医学知识32氧化脱羧氧化脱羧CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶糖的代谢主题医学知识33草酰乙酸再生草酰乙酸再生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糖的代谢主题医学知识34 a、总反应式、总反应式:CHCH3 3COSCoA+3NADCOSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H+
19、FAD+GDP+Pi+2H2 2O O 2CO 2CO2 2+CoASH+3NADH+3H+CoASH+3NADH+3H+FADH+FADH2 2+GTP+GTP 1 GTP 3 NADH 1 FADH21：2.57.5ATP1：1.51.5ATP1ATP10ATPb、三羧酸循环的能量计量、三羧酸循环的能量计量糖的代谢主题医学知识35酵解阶段：酵解阶段：2 ATP 2 1 NADH1：2.5(或或1.5)2 ATP2 (2.5ATP或或1.5 ATP)三羧酸循环：三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH22 1 ATP2 7.5 ATP2 3 ATP1：2.51：1.5丙
20、酮酸氧化：丙酮酸氧化：2 1NADH1：2.52 2.5ATP总计：总计：32 ATP或或30 ATP糖的代谢主题医学知识36 OCH3-C-SCoACoASH三三羧羧酸酸循循环环的的调调节节柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA延胡索酸延胡索酸 调节位点调节位点 柠檬酸合酶柠檬酸合酶（限速酶限速酶）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ADPADP+NADHNADHATPATP-琥珀酰琥珀酰CoACoANADHNADH-琥珀酰琥珀酰CoACoANADHNADHATPATP-苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸琥珀酰琥珀酰CoA
21、CoA是乙是乙酰酰CoACoA的结构类的结构类似物竞争性抑似物竞争性抑制柠檬酸合成制柠檬酸合成酶的活性酶的活性糖的代谢主题医学知识37产物抑制产物抑制：如乙酰：如乙酰-CoA和和NADH反馈抑制丙酮酸脱反馈抑制丙酮酸脱氢酶系；氢酶系；柠檬酸反馈抑制柠檬酸合酶；柠檬酸反馈抑制柠檬酸合酶；琥珀酰琥珀酰-CoA和和NADH反馈抑制反馈抑制-酮戊酮戊二酸脱氢酶二酸脱氢酶竞争性抑制竞争性抑制：琥珀酰：琥珀酰-CoA 是乙酰是乙酰-CoA结构类似物，结构类似物，竞争性抑制柠檬酸合成酶；竞争性抑制柠檬酸合成酶；Ca2+和和ADP的激活作用与的激活作用与ATP的抑制作用。的抑制作用。糖的代谢主题医学知识38糖
22、的代谢主题医学知识39 是有机体获得生命活动所需能量的主要途径是有机体获得生命活动所需能量的主要途径 是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽 形成多种重要的中间产物形成多种重要的中间产物 糖的代谢主题医学知识40 在动物体内不存在在动物体内不存在,只存在于植物和微生只存在于植物和微生物中物中.催化该途径的酶既存在于线粒体催化该途径的酶既存在于线粒体,也存在也存在于乙醛酸循环体中。于乙醛酸循环体中。糖的代谢主题医学知识41CoASH柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶乙醛酸循环乙醛酸循环反应历程反应历程NAD+NADH苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶草酰
23、乙酸草酰乙酸 OCH3-CSCoACoASH OCH3-CSCoACOOCOO-CH2CH2CH2CH2COOCOO-琥珀酸琥珀酸异柠檬酸裂异柠檬酸裂合酶合酶苹果酸苹果酸合酶合酶 O OH-C-C OH乙醛酸乙醛酸NAD+草酰乙酸草酰乙酸糖的代谢主题医学知识42 OCH3-C-SCoACoASH乙乙醛醛酸酸循循环环和和三三羧羧酸酸循循环环反反应应历历程程的的 比比较较柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA草酰乙酸草酰乙酸 O OH-C-C OH乙醛酸乙醛酸 OCH3-C-SCoA苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸糖的代谢主题医学知识43例如：例如
24、：草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 柠檬酸柠檬酸 脂肪酸脂肪酸 琥珀酰琥珀酰CoA 卟啉卟啉 机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，互配合的，TAC中的某些中间代谢物能够中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。质代谢之间的联系。糖的代谢主题医学知识44 机体糖供不足时，可能引起机体糖供不足时，可能引起TAC运转障碍，运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰再进一步生成乙酰CoA进入进入
25、TAC氧化分解。氧化分解。草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸脱羧酶草酰乙酸脱羧酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 苹果酸苹果酸 苹果酸酶苹果酸酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 NAD+NADH+H+糖的代谢主题医学知识45乙酰乙酰CoA CO2 NADH+H+NAD+-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 其来源如下：其来源如下：糖的代谢主题医学知识46定义定义代谢物脱下的成对氢原子（代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链呼吸链(respiratory chain
26、)又称又称电子传递链电子传递链(electron transfer chain)。组成组成递氢体和电子传递体（递氢体和电子传递体（2H 2H+2e）一、呼吸链氧化磷酸化和光合磷酸化糖的代谢主题医学知识47（一）呼吸链的组成四种具有传递电子功能的酶复合体四种具有传递电子功能的酶复合体(complex)*泛醌泛醌 和和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。均不包含在上述四种复合体中。人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体复合体复合体酶名称酶名称复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原
27、酶细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 多肽链数多肽链数394 1013 复合体复合体酶名称酶名称复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 多肽链数多肽链数394 1013 糖的代谢主题医学知识48呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置糖的代谢主题医学知识49 Cytc Q NADH+H
28、+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 e-e-e-e-e-糖的代谢主题医学知识501.复合体:NADH-泛醌还原酶u 功能功能:将电子从将电子从NADH传递给泛醌传递给泛醌(ubiquinone)复合体复合体NADH CoQ FMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2 糖的代谢主题医学知识51NAD+和和NADP+的结构的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+糖的代谢主题医学知识52NAD+（NADP+）和）和NADH（NADPH）相互转变）相互转变氧化还原反应时变化发生
29、在五价氮和三价氮之间。氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。糖的代谢主题医学知识53FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN。糖的代谢主题医学知识54铁硫蛋白中辅基铁硫簇铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+Fe3+e 反应传递电子。反应传递电子。表示无机硫表示无机硫 糖的代谢主题医学知识55 铁硫蛋白铁硫蛋白 无机硫无机硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫糖的代谢主题医学知识56泛醌（辅酶泛醌（辅酶Q,C
30、oQ,Q）由多个异戊二烯连接）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。时可生成中间产物半醌型泛醌。糖的代谢主题医学知识57复合体复合体的功能的功能 NADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2糖的代谢主题医学知识582.复合体:琥珀酸-泛醌还原酶u 功能功能 将电子从琥珀酸传递给泛醌将电子从琥珀酸传递给泛醌 复合体复合体琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1;b560;FAD;Fe-S2;Fe-S3 糖的代谢主题医学知识59细 胞 色 素细胞色素是一类以铁卟啉为辅
31、基的催化电子细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。糖的代谢主题医学知识60糖的代谢主题医学知识61糖的代谢主题医学知识623.复合体:泛醌-细胞色素c还原酶 u 功能：将电子从泛醌传递给细胞色素功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c 复合体复合体QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c1糖的代谢主题医学知识63糖的代谢主题医学知识644.复合体:细胞色素c氧化酶u 功能：将电子从细胞色素功能：将电子从细胞色素c传递给氧传递给氧 复合体复合体还原型还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中其中Cyt a3
32、 和和CuB形成的活性部位将电子交给形成的活性部位将电子交给O2。糖的代谢主题医学知识65糖的代谢主题医学知识66 由以下实验确定由以下实验确定 标准氧化还原电位标准氧化还原电位 拆开和重组拆开和重组 特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧还原状态呼吸链缓慢给氧（二）呼吸链成分的排列顺序糖的代谢主题医学知识671.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O22.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2糖的代谢主题医学知识68NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧
33、化呼吸链氧化呼吸链糖的代谢主题医学知识69氧氧化化还还原原对对E(V)NAD+/NADH+H+-0.32FMN/FMNH2-0.30FAD/FADH2-0.06Cyt b Fe3+/Fe2+0.04（或或0.10）Q10/Q10H20.07Cyt c1 Fe3+/Fe2+0.22Cyt c Fe3+/Fe2+0.25Cyt a Fe3+/Fe2+0.29Cyt a3 Fe3+/Fe2+0.551/2 O2/H2O 0.82呼呼吸吸链链中中各各种种氧氧化化还还原原对对的的标标准准氧氧化化还还原原电电位位糖的代谢主题医学知识70电子传递链电子传递链糖的代谢主题医学知识71 二、氧化磷酸化*定义定义
34、氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸磷酸化，生成化，生成ATP，又称为，又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)是底物分子内部能量重新分是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使布，生成高能键，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的的过程。过程。糖的代谢主题医学知识72（一）氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位：氧化磷酸化偶联部位：复合体复合体、根据自由能变化和根据自由能变化和P/O比值比值G=-nFE 糖的
35、代谢主题医学知识73线线粒粒体体离离体体实实验验测测得得的的一一些些底底物物的的P/O比比值值底底 物物呼呼吸吸链链的的组组成成P/O比比值值可可能能生生成成的的 ATP数数-羟羟丁丁酸酸NAD+复复合合体体CoQ复复合合体体2.42.8 3Cyt c复复合合体体O2琥琥珀珀酸酸复复合合体体CoQ复复合合体体1.7 2Cyt c复复合合体体O2抗抗坏坏血血酸酸Cyt c复复合合体体O20.88 1细细胞胞色色素素c(Fe2+)复复合合体体O20.61-0.68 1糖的代谢主题医学知识74ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位电子传递链自由能变化电子传递链自由能变化区段区段电
36、位变化电位变化(E)自由能变化自由能变化G=-nFE能否生成能否生成ATP(G是否大于是否大于30.5KJ)Cyt aa3O2 0.53V 102.3KJ/mol 能能NAD+CoQ0.36V 69.5KJ/mol 能能CoQCyt c 0.21V 40.5KJ/mol 能能糖的代谢主题医学知识75（二）氧化磷酸化的偶联机理1.化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)电子经呼吸链传递时，可将质子（电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量
37、。当质子顺浓度梯度回流时驱动储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。糖的代谢主题医学知识76线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜+-H+O2 H2O H+e-ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图化学渗透假说简单示意图糖的代谢主题医学知识77化学渗透假说化学渗透假说目目 录录糖的代谢主题医学知识78 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP H+H+H+胞液侧胞液侧 基质侧基质侧+-化学渗透假说详细示意图化学渗透假说详细示意图糖的代谢主题医学知识792.ATP合酶合酶由
38、亲水部分由亲水部分 F1（33亚亚基基）和疏水部）和疏水部分分 F0（a1b2c912亚基）组成。亚基）组成。ATP合酶结构模式图合酶结构模式图糖的代谢主题医学知识80当当H+顺浓度递度经顺浓度递度经F0中中a亚基和亚基和c亚基之间亚基之间回流时，回流时，亚基发生旋转，亚基发生旋转，3个个亚基的构象发生亚基的构象发生改变。改变。ATP合酶的工作机制合酶的工作机制糖的代谢主题医学知识81三、影响氧化磷酸化的因素1.呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。阻断呼吸链中某些部位电子传递。2.解偶联剂解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白如：解偶
39、联蛋白 3.氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素如：寡霉素 （一）抑制剂（一）抑制剂糖的代谢主题医学知识82鱼藤酮鱼藤酮杀粉蝶霉素杀粉蝶霉素A A安密妥安密妥抗霉素抗霉素A A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S各种呼吸链抑制剂的阻断位点各种呼吸链抑制剂的阻断位点糖的代谢主题医学知识83解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）Cyt cQ胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 解偶联解偶联 蛋白蛋白热能热能 ADP+Pi ATP 糖的代谢主题医学知识84 寡霉素寡霉素(ol
40、igomycin)可阻止质子从可阻止质子从F0质子通道回流，抑制质子通道回流，抑制ATP生成生成ATP合酶结构模式图合酶结构模式图糖的代谢主题医学知识85（二）（二）ADP的调节作用的调节作用呼吸控制率呼吸控制率(respiratory control ratio,RCR)（三）甲状腺激素（三）甲状腺激素Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。酶和解偶联蛋白基因表达均增加。（四）线粒体（四）线粒体DNA突变突变 与线粒体与线粒体DNA病及衰老有关。病及衰老有关。糖的代谢主题医学知识86电子传递链及氧化 磷酸化系统概貌H+跨膜跨膜质子电化学质子电化学梯度；梯度；H+m内膜基质侧内膜基质侧
41、H+；H+c 内内膜胞液侧膜胞液侧H+目目 录录糖的代谢主题医学知识87四、ATP高能磷酸键与高能磷酸化合物 u高能磷酸键高能磷酸键水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键，的磷酸酯键，常表示为常表示为 P。u高能磷酸化合物高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物含有高能磷酸键的化合物糖的代谢主题医学知识88糖的代谢主题医学知识89 核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDP ADP+UTPATP+CDP ADP+CTPATP+GDP ADP+GTP腺苷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用 ADP+ADP ATP+AMP糖的代谢主题医学知识90肌酸激酶的作用肌酸激酶的
42、作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。糖的代谢主题医学知识91 ATP的生成和利用ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 机械能机械能(肌肉收缩肌肉收缩)渗透能渗透能(物质主动转运物质主动转运)化学能化学能(合成代谢合成代谢)电能电能(生物电生物电)热能热能(维持体温维持体温)生物体内能量的储存和利生物体内能量的储存和利用都以用都以ATP为中心。为中心。糖的代谢主题医学知识92五、通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性
43、主要依赖于内膜中不同转运蛋白过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。对各种物质的转运。糖的代谢主题医学知识93 线粒体内膜的主要转运蛋白线粒体内膜的主要转运蛋白 胞胞 浆浆线粒体基质线粒体基质磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4H+H2PO4H+酸性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸转运蛋白酮戊二酸转运蛋白苹果酸苹果酸-酮戊二酸酮戊二酸腺苷酸转运蛋白腺苷酸转运蛋白ADPATP 丙酮酸转运蛋白丙酮酸转运蛋白丙酮酸丙酮酸OH-三羧酸转运蛋白三羧酸转运蛋白苹果酸苹果酸柠檬酸柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸
44、鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸肉碱转运蛋白肉碱转运蛋白脂酰肉碱脂酰肉碱肉肉碱碱胞胞 浆浆线粒体基质线粒体基质磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4H+H2PO4H+磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4H+H2PO4H+酸性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸酸性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸转运蛋白酮戊二酸转运蛋白苹果酸苹果酸-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸转运蛋白酮戊二酸转运蛋白苹果酸苹果酸-酮戊二酸酮戊二酸腺苷酸转运蛋白腺苷酸转运蛋白ADPATP 腺苷酸转运蛋白腺苷酸转运蛋白ADPATP 丙酮酸转运蛋白丙酮酸转运蛋白丙酮酸丙酮酸OH-丙酮酸
45、转运蛋白丙酮酸转运蛋白丙酮酸丙酮酸OH-三羧酸转运蛋白三羧酸转运蛋白苹果酸苹果酸柠檬酸柠檬酸三羧酸转运蛋白三羧酸转运蛋白苹果酸苹果酸柠檬酸柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸肉碱转运蛋白肉碱转运蛋白脂酰肉碱脂酰肉碱肉肉碱碱肉碱转运蛋白肉碱转运蛋白脂酰肉碱脂酰肉碱肉肉碱碱转运蛋白转运蛋白功功 能能糖的代谢主题医学知识94（一）胞浆中NADH的氧化胞浆中胞浆中NADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制转运机制主要有主要有-磷
46、酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle)苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭(malate-asparate shuttle)糖的代谢主题医学知识951.-磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制 昆虫飞行肌细胞溶胶昆虫飞行肌细胞溶胶NADH利用此穿梭利用此穿梭糖的代谢主题医学知识96 NADH+H+FADH2 NAD+FAD 线粒体线粒体 内膜内膜 线粒体线粒体 外膜外膜膜间隙膜间隙 线线粒粒体体 基基质质-磷酸甘油磷酸甘油 脱氢酶脱氢酶 呼吸链呼吸链 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油磷酸甘油
47、PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2OH CHOH糖的代谢主题医学知识972.苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭机制天冬氨酸穿梭机制动物心脏及肝脏动物心脏及肝脏胞质溶胶内胞质溶胶内NADH利用此穿梭利用此穿梭糖的代谢主题医学知识98NADH+H+NAD+-OOC-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-C-COO-OHHNADH+H+NAD+谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 转运体转运体苹果酸苹果酸-酮酮 戊二酸转运体戊二酸转运体 -OOC-CH2-C-COO-OHH苹果酸苹果酸-OOC-CH2-C-COO-O草酰乙酸草酰乙酸-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-C
48、H2-C-COO-O-酮戊二酸酮戊二酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H谷氨酸谷氨酸 苹果酸苹果酸 脱氢酶脱氢酶 谷草转谷草转 氨酶氨酶 胞液胞液 线线粒粒体体内内膜膜 基质基质 呼吸链呼吸链-OOC-CH2-C-COO-H3N+H天冬氨酸天冬氨酸 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H-OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H糖的代谢主题医学知识99 定义：从定义：从6 6磷酸葡萄糖开始，不经糖酵解磷酸葡萄糖开始，不经糖酵解和柠檬酸循环，直接将其脱氢脱羧分解为和柠檬酸循环，直接将其脱氢脱羧分解为磷酸戊糖，磷酸戊糖磷酸戊糖，磷酸戊糖分子再经重排最终又分子再经重排最终又生
49、成生成6 6磷酸葡萄糖的过程，或称为磷酸己磷酸葡萄糖的过程，或称为磷酸己糖旁路，简称糖旁路，简称HMPHMP途径。途径。分成两个阶段分成两个阶段 氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段 在细胞溶胶内进行，广泛存在于动植物细胞内。在细胞溶胶内进行，广泛存在于动植物细胞内。糖的代谢主题医学知识100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6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 脱氢酶脱氢酶内酯酶内酯
50、酶6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸糖酸 脱氢酶脱氢酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 脱氢酶催脱氢酶催化的反应实质上是不可化的反应实质上是不可逆的，在生理条件下属逆的，在生理条件下属于限速反应，是一个重于限速反应，是一个重要的调控点。其活性受要的调控点。其活性受NADP+的水平调控。的水平调控。糖的代谢主题医学知识101差向异差向异构酶构酶异构酶异构酶5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖5-磷酸核糖磷酸核糖5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖糖的代谢主题医学知识102磷酸戊糖途径的磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二非氧化阶段之二（基团转移）（基团转移）+24-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+25-磷酸核糖磷酸核糖23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛转酮酶转
