1、本章简介本章简介本章习题本章习题要点回顾要点回顾掌握内容讲授掌握内容讲授本章主要介绍生物体内糖的新陈本章主要介绍生物体内糖的新陈代谢代谢分解代谢和合成代谢，分解代谢和合成代谢，伴随物质代谢进行能量代谢。伴随物质代谢进行能量代谢。重重点掌握糖的主要分解代谢途径点掌握糖的主要分解代谢途径糖酵解、三羧酸循环、葡糖异糖酵解、三羧酸循环、葡糖异生作用；糖原的降解与生物合成；生作用；糖原的降解与生物合成；糖代谢中的调节酶。糖代谢中的调节酶。理解戊糖磷酸途径、乙醛酸循环。理解戊糖磷酸途径、乙醛酸循环。第八章第八章 糖代谢糖代谢一、糖代谢总论一、糖代谢总论二、糖的分解代谢二、糖的分解代谢（1）糖酵解作用糖酵解
2、作用（2）丙酮酸去路丙酮酸去路（3）柠檬酸循环柠檬酸循环（4）戊糖磷酸途径）戊糖磷酸途径（5）葡糖异生作用葡糖异生作用（6）乙醛酸途径）乙醛酸途径三、葡聚糖（糖原、三、葡聚糖（糖原、淀粉）的代谢淀粉）的代谢（1）糖原的降解糖原的降解（2）糖原的生物合成糖原的生物合成（3）淀粉的水解淀粉的水解（4）淀粉的生）淀粉的生物合成物合成 新陈代谢的概念新陈代谢的概念:生物体与外界环境进行生物体与外界环境进行物物质交换质交换和和能量交换能量交换的全过程的全过程.新陈代谢新陈代谢 合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用）分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用）生物小分子合成为生物小分子合成为生物大分子生物大
3、分子需要能量需要能量释放能量释放能量生物大分子分解为生物大分子分解为生物小分子生物小分子能量能量代谢代谢物质代谢物质代谢一、糖代谢总论一、糖代谢总论l糖代谢包括糖代谢包括分解代谢分解代谢和和合成代谢合成代谢。l动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架骨架l植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳植物和某些藻类能够利
4、用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即和水合成糖类化合物，即光合作用光合作用。光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程是自然界规模最大的一种能量转换过程糖酵解作用糖酵解作用无氧降解无氧降解.糖酵解概念与反应过程糖酵解概念与反应过程.糖酵解作用的调控糖酵解作用的调控.EMP的能量计算与的能量计算与意义意义二、糖的二、糖的分解代谢分解代谢糖代谢为生物体提供重要的糖代谢为生物体提供重要的碳源碳源和和能源，能源，糖糖的分解代谢是生物体的的分解代谢是生物体的取能方式取能方式，实质上是，实质上是糖的糖的氧化
5、作用氧化作用糖的分解代谢糖的分解代谢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柠檬酸柠檬酸/三三羧酸循环羧酸循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）（有氧）（有氧）（无氧）（无氧）胞液胞液线粒体线粒体CO2H2OATP.糖酵解糖酵解作用作用(glycolysis)（Embden Meyerhof Parnas EMP）概念与反应过程概念与反应过程（一）概念：在（一）概念：在无氧无氧的条件下，葡萄糖或的条件下，葡萄糖或糖原分解成糖原分解成丙酮酸丙酮酸，并释放少量能量的
6、，并释放少量能量的过程称为糖的无氧分解。这一过程与酵过程称为糖的无氧分解。这一过程与酵母菌使糖发酵的过程相似，又称为糖酵母菌使糖发酵的过程相似，又称为糖酵解，简称解，简称EMP途径。途径。（二）反应部位：（二）反应部位：细胞液（胞浆）细胞液（胞浆）（三）（三）EMP途径的生化历程途径的生化历程2个阶段个阶段 EMPEMP途径的途径的2 2个阶段个阶段丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖耗能阶段耗能阶段产能阶段产能阶段己糖己糖激酶激酶 葡萄糖葡萄糖G 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸G-6-PATPATPATPADPADPP P1.1 葡萄糖磷酸化葡萄糖磷酸化1.己糖磷酸酯的生成（己糖磷酸酯的生成（G F-1,6
7、-2P）2.磷酸丙糖的生成（磷酸丙糖的生成（F-1,6-2P 2GAP）耗能阶段耗能阶段1.己糖磷酸酯的生成（己糖磷酸酯的生成（G F-1,6-2P）己糖激酶己糖激酶是是EMP途径中途径中第一个调节酶第一个调节酶，催化，催化第一个第一个ATP磷酸化磷酸化反应基本上是反应基本上是不可逆不可逆的；这就保证了进入细胞内的的；这就保证了进入细胞内的G可立即被转可立即被转化为磷酸化形式；不但活化了化为磷酸化形式；不但活化了G分子，还保证了分子，还保证了G分子一旦进入分子一旦进入细胞就有效地被捕获，不会再透出胞外。细胞就有效地被捕获，不会再透出胞外。己糖激酶与葡萄糖己糖激酶与葡萄糖结合的诱导契合作用结合的
8、诱导契合作用 The conformation of hexokinase changes markedly on binding glucose(shown in red).The two lobes of the enzyme come together and surround the substrate.p691.2 己糖磷酸异构化己糖磷酸异构化G-6-P F-6-POC H2O HO HO HO HO HHHHHMgOC H2O PO3H2O HO HO HO HHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖6磷酸葡萄糖HO H磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖H2O3POHO HO HC H2O HC H2O
9、H2O3POHO HO HC H2O PO3H2C H2OO HHHO HO HC H2O HC H2OH OO HH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖己糖磷酸异构酶（磷酸葡萄糖异构酶）己糖磷酸异构酶（磷酸葡萄糖异构酶）有绝对的底物专一性和立体专一性。有绝对的底物专一性和立体专一性。P1.3 1,6-二磷酸果糖的生成二磷酸果糖的生成ATPATPADPP果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶PFK是是EMP中中第二个调节酶第二个调节酶,并且是并且是最最关键关键的的限速酶限速酶，糖酵解，糖酵解速度速度决定于决定于此酶的活性；此酶的活性；催化催化此途径中的此途径
10、中的第二个第二个ATP磷酸化反应磷酸化反应；反应不可逆反应不可逆；PFK是一种别是一种别/变构酶变构酶，ATP结合到此酶的调控部位，结合到此酶的调控部位，降低该酶对降低该酶对F-6-P的亲和力，的亲和力，ATP对该酶的变构抑制对该酶的变构抑制效应可被效应可被AMP解除解除，因此，因此，ATP/AMP的比例关系的比例关系对此酶有明显的调节作用对此酶有明显的调节作用PFK活性受活性受H+的影响的影响，当，当pH下降时下降时H+对该酶有抑对该酶有抑制作用，可以阻止整个糖酵解途径的继续进行，从制作用，可以阻止整个糖酵解途径的继续进行，从而防止乳酸的继续形成，可防止血液而防止乳酸的继续形成，可防止血液p
11、H的下降，有的下降，有利于避免酸中毒。利于避免酸中毒。磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶己糖激酶己糖激酶磷酸己糖磷酸己糖异异 构构 酶酶葡葡萄萄糖糖果糖果糖6 磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖6磷酸磷酸果糖果糖 1,6二磷酸二磷酸ATP ADPATP磷酸化酶磷酸化酶糖糖 原原葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸磷酸果糖磷酸果糖变变 位位 酶酶ADP己糖激酶己糖激酶果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶ATPATPCHOCH2OPCCHCH2OCOHOPHOHH果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛.磷酸丙糖的生成。（磷酸丙糖的生成。（F-1,6-2P 2GAP）DHAPGAP2.1 果糖果糖-1,6
12、-二磷酸的裂解二磷酸的裂解2.2 丙糖磷酸的同分异构化丙糖磷酸的同分异构化相当于果糖相当于果糖-1,6-二磷酸裂解二磷酸裂解为为两分子两分子的甘油醛的甘油醛-3-磷酸。磷酸。丙糖磷酸异构酶的催化反应是极其迅速丙糖磷酸异构酶的催化反应是极其迅速的，的，只要酶与底物分子一旦相互碰撞，只要酶与底物分子一旦相互碰撞，反应就即刻完成反应就即刻完成，因此任何加速丙糖磷，因此任何加速丙糖磷酸异构酶催化效率的措施都不能再提高酸异构酶催化效率的措施都不能再提高它的反应速度；又由于它的反应速度；又由于DHAP和和GAP互互变异构极其迅速变异构极其迅速，因此这两种物质总是，因此这两种物质总是维持在反应的平衡状态维持
13、在反应的平衡状态。在正常进行的。在正常进行的酶解系统里酶解系统里,易向生成易向生成GAP的方向转移的方向转移.只只有转变成有转变成GAP 才能才能进入糖酵解途径进入糖酵解途径。GAP的氧化的氧化是是EMP中中唯一一次唯一一次遇到的遇到的氧化作用氧化作用，GAP的醛基氧化为羧基时，同时进行的醛基氧化为羧基时，同时进行脱氢脱氢和和磷酸化磷酸化作用，并作用，并引起分子内部能量重新分配，生成高能磷酸化合物引起分子内部能量重新分配，生成高能磷酸化合物1,3-BPG，脱下的氢为脱下的氢为NAD+接受。接受。甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶的磷酸脱氢酶的作用是负协同效应作用是负协同效应3.1 3-磷酸甘油醛氧化
14、为磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸CHOHCH2OCHOPCHOHCH2OCOOPP+NAD+Pi+NADH+H+H H3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸产产能能阶阶段段1,3-BPGGAP.丙酮酸的生成。（丙酮酸的生成。（2GAP 2Pyr）甘油醛甘油醛-3-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶GAPDHGAPDH具有具有4 4个亚基可以和个亚基可以和4 4个个NADNAD+结合，但结合常数不一样，结合结合，但结合常数不一样，结合NADNAD+后会引起酶构象变后会引起酶构象变化，酶结合了化，酶结合了2 2个个NADNAD+后再要结合第后再要结合第3 3、4 4个个N
15、ADNAD+就不容就不容易了，实验发现此酶只能结合易了，实验发现此酶只能结合2 2个个NADNAD+，即此酶只有，即此酶只有一一半位点能与半位点能与NADNAD+结合并起反应结合并起反应半位反应性半位反应性。砷酸盐砷酸盐破坏甘油醛破坏甘油醛-3-3-磷酸脱氢酶催化产物磷酸脱氢酶催化产物 1 1，3-3-二磷酸甘油酸的形成，砷酸盐代替磷酸与二磷酸甘油酸的形成，砷酸盐代替磷酸与GAPGAP结合并氧化，所得结合并氧化，所得1-1-砷酸砷酸-3-3-磷酸甘油酸化磷酸甘油酸化合物不稳定合物不稳定，迅速水解生成，迅速水解生成3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸在砷酸盐存在下，虽然酵解过程照样进行，但在砷酸盐存在下
16、，虽然酵解过程照样进行，但是却是却没有形成高能磷酸键没有形成高能磷酸键，由甘油醛，由甘油醛-3-3-磷酸磷酸氧化释放的能量未能与磷酸化偶联，因此，氧化释放的能量未能与磷酸化偶联，因此，砷砷酸盐起着解偶联的作用，即解除了氧化和磷酸酸盐起着解偶联的作用，即解除了氧化和磷酸化的偶联作用化的偶联作用3.2 高能磷酸基团的转移高能磷酸基团的转移+ADP+ATPATP高能磷酸化合物高能磷酸化合物1，3-BPG在在磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶作用作用下，通过下，通过底物水平磷酸化底物水平磷酸化转变为转变为ATP；因为每；因为每1mol己糖己糖代谢后生成代谢后生成2mol丙糖丙糖，所以在这个反应及随后，所以在
17、这个反应及随后的放能反应中有的放能反应中有2倍倍ATP产生产生1,3-BPG3-PG3.3 3-磷酸甘油酸异构为磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸3-PG2-PG3.4 磷酸烯醇式丙酮酸的生成磷酸烯醇式丙酮酸的生成PEP2-PG烯醇化酶烯醇化酶催化催化2-PG在第二和第三碳原子上在第二和第三碳原子上脱下一分脱下一分子水子水；在脱水的化学反应中，；在脱水的化学反应中，2-PG分子内部的分子内部的能量能量重新分配，重新分配，产生了产生了高能磷酸化合物高能磷酸化合物烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸磷酸（磷酸（PEP）烯醇化酶在与底物结合前，要先与烯醇化酶在与底物结合前，要先与2 2价阳离价阳离子如子如Mg
18、Mg2+2+或或MnMn2+2+结合形成一个复合物，才有活结合形成一个复合物，才有活性。性。氟化物氟化物是此酶的强烈抑制剂，因为氟与是此酶的强烈抑制剂，因为氟与镁和无机磷酸形成复合物，取代天然情况下镁和无机磷酸形成复合物，取代天然情况下酶分子上镁离子的位置，从而使酶失活。酶分子上镁离子的位置，从而使酶失活。3.5 丙酮酸的生成丙酮酸的生成ADPATPATP在在丙酮酸激酶丙酮酸激酶催化下，将催化下，将PEP的的C2上的磷酰基团转移到上的磷酰基团转移到ADP上形成上形成ATP底物水平磷酸化底物水平磷酸化；且此反应是；且此反应是不可不可逆反应逆反应，丙酮酸激酶丙酮酸激酶是是EMP途径中的途径中的第三
19、个调节酶第三个调节酶。丙酮酸激酶的催化活性需要丙酮酸激酶的催化活性需要2 2价阳离子价阳离子参与，如镁离子、锰离子等。参与，如镁离子、锰离子等。ATPATP、长、长链脂肪酸、乙酰链脂肪酸、乙酰-CoA-CoA等都对该酶有抑制等都对该酶有抑制作用；而果糖作用；而果糖-1-1，6-6-二磷酸和磷酸烯醇二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用。式丙酮酸对该酶有激活作用。自发反应自发反应烯醇丙酮酸极不稳定烯醇丙酮酸极不稳定,很容易很容易自动自动变为变为比较稳定的丙酮酸比较稳定的丙酮酸,且且不需酶催化不需酶催化.Pyr糖糖 代代 谢谢 障障 碍碍l丙酮酸激酶丙酮酸激酶(PK)缺乏病缺乏病lPK缺乏时，缺
20、乏时，ATP生成减生成减少。少。ATP缺乏缺乏是是PK缺乏缺乏症导致溶血的主要因素症导致溶血的主要因素.因为因为ATP缺乏时，引起缺乏时，引起红细胞内红细胞内K+和水丢失，和水丢失，红细胞皱缩变形破坏，红细胞皱缩变形破坏，导致导致溶血性贫血溶血性贫血发生。发生。糖糖 代代 谢谢 障障 碍碍l丙酮酸激酶（丙酮酸激酶（PK）缺乏病）缺乏病是发生频率是发生频率仅次于仅次于G-6-P D缺乏症（蚕豆病）的一缺乏症（蚕豆病）的一种红细胞酶病。现已证实种红细胞酶病。现已证实PK缺乏症是缺乏症是由由PK基因异常所致，主要是基因异常所致，主要是PK基因点基因点突变突变，小部分患者表现为缺失或插入。，小部分患者
21、表现为缺失或插入。2ATP2ATP3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙丙酮酮酸酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶2ADP烯醇化酶烯醇化酶磷酸甘油磷酸甘油酸变位酶酸变位酶磷酸甘油磷酸甘油酸酸 激激 酶酶磷酸甘油磷酸甘油酸脱氢酸脱氢 酶酶NAD+PiNADH+H+2ATP2ADP2ATP.糖酵解（糖酵解（EMP）的调控）的调控 EMP途径中反应速度主要受过程中催化途径中反应速度主要受过程中催化不不可逆反应的可逆反应的3种酶活性种酶活性的调控的调控 果糖磷酸激酶果糖磷
22、酸激酶是最关键的限速酶：是最关键的限速酶：果糖果糖-6-6-磷酸磷酸 果糖果糖-1-1，6-6-二磷酸二磷酸 己糖己糖/葡糖激酶葡糖激酶活性的调控：活性的调控：葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶活性的调控：活性的调控：烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸磷酸 丙酮酸丙酮酸.糖酵解的能量计算糖酵解的能量计算总反应式总反应式:G+2NAD+2ADP+2Pi 2丙酮酸丙酮酸+2NADH+2H+2ATP+2H2O整个过程无氧参加；三个调速酶；一次脱氢，辅整个过程无氧参加；三个调速酶；一次脱氢，辅酶为酶为NAD，生成，生成NADHH从葡萄糖开始净生成从葡萄糖开始净生成2分子分子ATP
23、从糖原开始净生成从糖原开始净生成3分子分子ATPEMP途径中能量计途径中能量计算：见算：见p80表表22-11mol葡萄糖葡萄糖/糖原糖原经经无氧酵解无氧酵解成成2mol丙酮酸，产生丙酮酸，产生？molATP糖酵解途径的意义糖酵解途径的意义.糖酵解生成的糖酵解生成的PyrPyr在氧供应不足在氧供应不足时主要转变为乳酸时主要转变为乳酸由乳酸脱氢酶由乳酸脱氢酶(同工酶同工酶)催化催化,有时可转变为乙醇有时可转变为乙醇.糖酵解途径最主要生理意义在于糖酵解途径最主要生理意义在于迅速提供能量迅速提供能量,对高原环境、肌肉收对高原环境、肌肉收缩更为重要缩更为重要肌肉收缩与肌肉收缩与糖酵解供能糖酵解供能、肌
24、肉内ATP含量很低；结论：结论：糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量、肌肉中磷酸肌酸储存的能量可 供肌肉收缩所急需的化学能;、即使氧不缺乏，葡萄糖进行有氧氧化的过程比糖 酵解长得多,来不及满足需要;背景：背景：剧烈运动时：剧烈运动时：、肌肉局部血流不足，处于相对缺氧状态。初到高原与初到高原与糖酵解供能糖酵解供能人初到高原，高原大气人初到高原，高原大气压低，易缺氧压低，易缺氧机体加强糖酵解以适机体加强糖酵解以适应高原缺氧环境应高原缺氧环境海拔海拔 5000米米背景：背景：结论：结论：某些组织细胞与某些组织细胞与糖酵解供能糖酵解供能 代谢极为活跃，即使不缺氧,也常由糖酵解提供部
25、分能量。成熟红细胞：视网膜、神经、白细胞、骨髓、肿瘤细胞等:无线粒体，无法通过氧化磷酸化获得能量，只能通过糖酵解获得能量。某些病理状态某些病理状态与与糖酵解供能糖酵解供能某些病理情况下某些病理情况下机体主要通过糖机体主要通过糖酵解获得能量酵解获得能量严重贫血严重贫血大量失血大量失血呼吸障碍呼吸障碍肺及心血管肺及心血管等疾病等疾病丙酮酸的去路丙酮酸的去路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柠檬酸柠檬酸/三三羧酸循环羧酸循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）（有
26、氧）（有氧）（无氧）（无氧）胞液胞液线粒体线粒体CO2H2OATPCOOH C=OCH3生成乳酸生成乳酸+NADH+H+乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶COOH CHOHCH3+NAD+PyrLac在前面反应的在前面反应的甘油醛甘油醛-3-3-磷酸脱氢时磷酸脱氢时,NAD,NAD+被还原成被还原成NADH+HNADH+H+；在此反应中，；在此反应中，NADH+HNADH+H+重新被氧化重新被氧化，以保，以保证辅酶的周转；即在证辅酶的周转；即在无氧无氧条件下，条件下，NADNAD+的再生的再生是由是由乳酸脱氢酶催化丙酮酸转变成乳酸的反应乳酸脱氢酶催化丙酮酸转变成乳酸的反应来完成的来完成的糖的无氧降解及糖的无
27、氧降解及厌氧发酵总图厌氧发酵总图生成乙醇生成乙醇COOH C=OCH3丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶CHOCH3+CO2CH2OHCH3+NADH+H+乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶CHOCH3+NAD+丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸的氧化脱羧乙酰乙酰CoA的生成的生成 糖酵解生成的糖酵解生成的PyrPyr可穿过线粒体膜进入线粒体基可穿过线粒体膜进入线粒体基质，在丙酮酸脱氢酶系催化下，生成乙酰辅酶质，在丙酮酸脱氢酶系催化下，生成乙酰辅酶A A细胞呼吸最早释放的细胞呼吸最早释放的COCO2 2 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体:位于线粒体内位于线粒体内膜上，原核细胞则在胞液中膜上，原核细胞则在胞液中丙酮酸脱氢酶复合
28、体包括丙酮酸脱氢酶复合体包括3种酶和种酶和6种种辅因子辅因子E.coli丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系/复合体：复合体：分子量：分子量：4.5106，直径，直径45nm，比核糖体稍大。，比核糖体稍大。酶酶 辅酶辅酶 每个复合物亚基数每个复合物亚基数 丙酮酸脱氢酶（丙酮酸脱氢酶（E1）TPP 24 二氢硫辛酸乙酰转移酶（二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）硫辛酸、硫辛酸、CoA 24 二氢硫辛酸脱氢酶（二氢硫辛酸脱氢酶（E3）FAD、NAD+12 此外，还需要此外，还需要Mg2+作为辅因子作为辅因子丙酮酸脱丙酮酸脱氢酶氢酶二氢硫辛二氢硫辛酸乙酰转酸乙酰转移酶移酶二氢硫辛二氢硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶
29、复合物的活性调节丙酮酸脱氢酶复合物的活性调节 （1）产物抑制：）产物抑制：丙酮酸氧化脱丙酮酸氧化脱羧的二个产物羧的二个产物乙酰乙酰CoA（抑制（抑制E2）和和NADH（抑制（抑制E3）都作为底物都作为底物的竞争性抑制剂，竞争抑制丙酮的竞争性抑制剂，竞争抑制丙酮酸脱氢酶复合物的活性。酸脱氢酶复合物的活性。（2 2）核苷酸的反馈调节：）核苷酸的反馈调节：丙酮酸脱氢酶复丙酮酸脱氢酶复合物的活性受细胞的能量负荷（能荷）控制合物的活性受细胞的能量负荷（能荷）控制 一般来说一般来说高的能荷抑制产生高的能荷抑制产生ATP的途径的途径，ATP水平高水平高时丙酮酸脱氢酶复合物活性时丙酮酸脱氢酶复合物活性，丙酮酸
30、氧化脱羧减慢，特别是丙酮酸氧化脱羧减慢，特别是E1（丙酮酸脱（丙酮酸脱氢酶）受氢酶）受GTP抑制，被抑制，被AMP活化活化（3 3）可逆磷酸化作用的共价调节）可逆磷酸化作用的共价调节 细胞内细胞内 、的比值增高时，激活了激的比值增高时，激活了激酶，丙酮酸脱氢酶活性酶，丙酮酸脱氢酶活性，丙酮酸氧化脱羧，丙酮酸氧化脱羧。而丙酮酸抑制了而丙酮酸抑制了激酶，使丙酮酸脱氢酶活性激酶，使丙酮酸脱氢酶活性，丙酮酸氧化脱羧，丙酮酸氧化脱羧。Ca2+激活磷激活磷酸酶使丙酮酸脱氢酶脱磷酸而活化酸酶使丙酮酸脱氢酶脱磷酸而活化。CoACoA乙乙酰酰ADPATP NADNADH丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶3ATP3ATP
31、丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶-3P3P3ADP3ADP 磷酸酶磷酸酶（有活性有活性）（无活性无活性）激酶激酶糖的无氧氧化与有氧氧化的关系糖的无氧氧化与有氧氧化的关系 葡萄糖葡萄糖（或糖原、淀粉）（或糖原、淀粉）丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙酰辅酶乙酰辅酶A三羧酸循环三羧酸循环CO2+H2O线粒体内膜线粒体内膜线粒体基质线粒体基质细胞液细胞液柠檬酸循环柠檬酸循环有氧氧化有氧氧化.TCA.TCA概念与反应过程概念与反应过程.TCA.TCA作用特点、意义与调控作用特点、意义与调控.TCA.TCA作用的能量计算作用的能量计算柠檬酸柠檬酸/三羧酸循环三羧酸循环:反应从反应从乙酰乙酰辅酶辅酶A与草酰乙酸缩合成含有与草
32、酰乙酸缩合成含有三三个羧基个羧基的的柠檬酸柠檬酸开始，所以开始，所以称为称为柠檬酸循环，又称为柠檬酸循环，又称为TCA循环或循环或Krebs循环循环 OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP 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+柠檬酸柠檬酸/三羧酸循三羧酸循环环TCATCATCA第一阶段：柠檬酸生成第一阶段：柠檬酸生成
33、H2O草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶乌头酸酶乌头酸酶CH3 CSCoA+OOCCOOHCH2COOH柠檬酸柠檬酸合成酶合成酶HOCCOOHCH2COOHCH2COOHHSCoAH2O柠檬酸柠檬酸合酶合酶乙酰乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸HSCoA（1）缩）缩 合合 反反 应应H2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶是是TCA的的第一个调节酶第一个调节酶。其活性受。其活性受ATP、NADH、琥珀酰、琥珀酰CoA的抑制；草酰乙酸和乙酰的抑制；草酰乙酸和乙酰CoA的浓度的浓度较高时，可激活该酶的活性。较高时，可激活该酶的活性。氟乙酸氟乙酸氟乙酰氟乙酰CoA草酰
34、乙酸草酰乙酸氟柠檬酸氟柠檬酸杀虫剂杀虫剂乙酰乙酰CoA和和草酰乙酸草酰乙酸缩合缩合然后再然后再水解水解成一分子成一分子柠檬酸柠檬酸（2）柠檬酸异构化为异柠檬酸）柠檬酸异构化为异柠檬酸HOCCOOHCHCOOHCH2COOHHCCOOHCHCOOHCHCOOHCHCOOHCH2COOHCH2COOHHOH2OH2O乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶HOHH2OHOHH2O柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸 TCA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 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥
35、珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶HOH（3）异柠檬酸氧化生成）异柠檬酸氧化生成-酮戊二酸酮戊二酸CHCOOHCHCOOHCH2COOHCCOOHCHCOOHCH2COOHHO异柠檬酸异柠檬酸HOCH2CHCOOHCH2COOHOHCOONAD+NADH+H+异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2CO2草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶是是第二个调节酶第二个调节酶,这是三羧酸循环这是三羧酸循环的的第一次氧化脱羧第一次氧化脱羧反应，产生反应，产生NADH和和CO2。此次此次反应是反应是TCA的一的一分界点分界点，在此之前都是三羧酸的，在此之前都是三羧酸的转化，在此之后则是二羧酸的
36、转化。转化，在此之后则是二羧酸的转化。异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶HH（4）-酮戊二酸氧化脱羧反应酮戊二酸氧化脱羧反应CH2CCOOHCH2COOHO-酮戊二酸酮戊二酸CH2CH2COOH+HSCoACOSCoA琥珀酰琥珀酰CoANAD+NADH+H+CO2-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体COOCO2H HHH -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 酸氧化脱羧相同，组成类似，含三个酶及六酸氧化脱羧相同，组成类似，含三个酶及六个辅助因子：个辅助因子：-酮戊二酸酮戊二酸脱羧酶脱羧酶二氢硫辛
37、酸转琥珀酰基酶二氢硫辛酸转琥珀酰基酶二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶辅酶辅酶A A、FADFAD、NADNAD+、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-酮戊二酸脱氢酶（复合体）系酮戊二酸脱氢酶（复合体）系是是TCATCA途径中的途径中的第三个调节酶第三个调节酶，需，需TPPTPP、硫辛、硫辛酸、酸、FADFAD、MgMg2+2+参加，与丙酮酸脱氢酶系参加，与丙酮酸脱氢酶系相似；相似；此反应此反应不可逆不可逆，氧化释放的能量既可驱，氧化释放的能量既可驱使使NAD+还原，又可产生还原，又可产生高能化合物琥高能化合物琥珀酰辅酶珀酰辅酶A，是，是TCA途径中
38、的途径中的第二次氧第二次氧化脱羧化脱羧，又产生，又产生NADH和和CO2；-酮戊二酸酮戊二酸的的前后前后各脱下一分子各脱下一分子COCO2 2。（5）琥珀酸的生成）琥珀酸的生成CH2CH2COOHCOSCoA琥珀酰琥珀酰CoAGDP+Pi+GTPCoASHCH2COOHCH2COOH琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶GTP +ADPATPGTP琥珀酰琥珀酰CoA在琥珀酰在琥珀酰CoA合成酶催化下，转移其合成酶催化下，转移其硫酯硫酯键键至至GDP生成生成GTP，需，需Mg2+；所以此反应是；所以此反应是TCA途径途径中中唯一直接产生唯一直接产生ATP的反应的反应底物水平磷酸化。底物水平磷
39、酸化。哺哺乳动物生成乳动物生成GTP而植物微生物直接生成而植物微生物直接生成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HH（6）延胡索酸的生成）延胡索酸的生成CHCOOHCHCOOH琥珀酸琥珀酸+FADCHCOOHCHCOOHHHHH+FADH2H2延胡索酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶是是TCA途径中的途径中的第三次氧化第三次氧化，产生，产生FADH2。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的强抑制剂。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的强抑制剂。HOHH2O（7）苹果酸的生成）
40、苹果酸的生成CHCOOHCHCOOH延胡索酸延胡索酸H2OCHCOOHCHCOOHHOH延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸+这是一个加水反应，该酶具有严格这是一个加水反应，该酶具有严格的立体专一性，只产生的立体专一性，只产生L苹果酸苹果酸（8）草酰乙酸的再生）草酰乙酸的再生CHCOOHCCOOH苹果酸苹果酸OCCOOHCH2COOH草酰乙酸草酰乙酸NAD+NADH+H+HHOH苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶HOHH H此反应是此反应是TCA途径中的途径中的第四次氧化第四次氧化，产生，产生NADH和和H+至此，又重新生成至此，又重新生成了了草酰乙酸草酰乙酸；因此，；因此，TCA循环完循环完成一周。成一周
41、。柠檬柠檬 酸酸草酰乙酸草酰乙酸 乙酰CoACoAH2O琥珀酰琥珀酰CoA 异柠檬酸异柠檬酸 NAD+NADH+H+CO2延胡索酸延胡索酸 苹果酸苹果酸 FADFADH2H2OCO2NAD+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 HATPTCA的总反应式：的总反应式：CH3COSCoA+2H2O+3NAD+FAD+ADP+Pi2CO2+3NADH+3H+FADH2+CoASH+ATPTCATCA的特点：的特点：TCATCA一周，一周，消耗一分子乙酰消耗一分子乙酰CoACoA（2C2C化合物）化合
42、物）；其中的三羧酸，二羧酸并不因参加循环而有所增其中的三羧酸，二羧酸并不因参加循环而有所增减；因此，在理论上，这些羧酸只要微量，就可减；因此，在理论上，这些羧酸只要微量，就可不息地循环，促使乙酰不息地循环，促使乙酰CoACoA氧化；氧化；但实际上需要但实际上需要不断补充不断补充：TCA的多个反应是可逆的，但由于的多个反应是可逆的，但由于柠檬酸的合成柠檬酸的合成及及-酮戊二酸的氧化脱羧酮戊二酸的氧化脱羧是是不可逆不可逆的，故此循环是的，故此循环是单方向进行单方向进行的，的，在细胞的在细胞的线粒体内线粒体内进行；进行；TCATCA中有中有1 1次底物磷酸化次底物磷酸化产生产生ATPATP。TCAT
43、CA的的双重作用双重作用（分解代谢和合成代谢）（分解代谢和合成代谢）p110p110。丙酮酸丙酮酸所含的所含的3 3个个C C被被氧化氧化成成3CO3CO2 2：第一个第一个COCO2 2是在是在形成乙酰形成乙酰CoACoA时产生的；时产生的；第第2 2个个COCO2 2是在是在生成生成-酮戊二酸酮戊二酸时产生的；时产生的；第第3 3个个COCO2 2是在生成是在生成琥珀酰琥珀酰CoACoA时产生的；但时产生的；但第第2 2及第及第3 3个个COCO2 2的碳原子来的碳原子来自于草酰乙酸而不是乙酰自于草酰乙酸而不是乙酰CoACoA。丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧形成乙酰形成乙酰CoA时产生时产生
44、1次次NADH和和H+；TCATCA中中产生产生3 3次次NADHNADH和和H H+和和1次次FADH2；它们分别经；它们分别经呼吸链呼吸链交给交给氧氧而生而生成成水水同时同时产生产生ATP；三羧酸循环的生理意义三羧酸循环的生理意义（1 1）氧化供能）氧化供能(线粒体内线粒体内/外外NADHNADH、FADHFADH2 2)（2 2）为生物合成提供了中间物）为生物合成提供了中间物,是三大营养是三大营养素相互转变的联系素相互转变的联系枢纽枢纽TCATCA不仅是糖代谢的重要途径，而且也是不仅是糖代谢的重要途径，而且也是脂类化合物和蛋白质最终氧化成脂类化合物和蛋白质最终氧化成COCO2 2和和H
45、H2 2O O重重要途径要途径,是三大营养素分解的是三大营养素分解的最终代谢通路最终代谢通路（3 3）TCA TCA 也是也是COCO2 2的重要来源之一的重要来源之一 三羧酸循环的调节酶及其调节三羧酸循环的调节酶及其调节酶酶 的的 名名 称称柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系变构激活剂变构激活剂乙酰乙酰CoACoAADPADPAMPAMP变构抑制剂变构抑制剂ATPATPNADH NADH ATPATP、NADHNADH、琥珀酰琥珀酰CoACoA-酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸延胡索酸延胡索酸柠檬酸柠檬酸琥珀酰琥珀酰CoATyrGlnHisPr
46、oGluIleMetSerThrValPheTyr 葡萄糖葡萄糖磷酸烯醇型丙酮酸磷酸烯醇型丙酮酸 丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoAAsnAsp脂肪酸脂肪酸酮体酮体三羧酸循环三羧酸循环糖类、蛋白质、脂类通过糖类、蛋白质、脂类通过TCA的联系示意的联系示意图图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乙酰乙酰CoAH2OSHCoAH2OH2ONADH +H+CO2GDP+PiGTP琥珀酸琥珀酸NADH +H+CO2SHCoASHCoAFADH2H2ONADH+H+三羧酸循环三羧酸循环特点三羧酸循环特点能量能量v 一次底
47、物水平磷酸化一次底物水平磷酸化v 二次脱羧二次脱羧v 三个调节限速酶三个调节限速酶/不可逆反应不可逆反应v 四次氧化脱氢四次氧化脱氢12341234v 1 mol1 mol乙酰乙酰CoACoA经三羧酸循环彻经三羧酸循环彻 底氧化净生成底氧化净生成10 molATP10 molATP。能量能量“现金现金”:1 GTP 能量能量“支票支票”:3 NADH 1 FADH2兑换率兑换率 1：2.57.5ATP兑换率兑换率 1：1.51.5ATP1ATP10ATP三羧酸循环的能量计量三羧酸循环的能量计量葡萄糖彻底氧化生成葡萄糖彻底氧化生成ATP的数目的数目-p142表表24-5葡萄糖的有氧氧化包括葡萄糖
48、的有氧氧化包括四个四个阶段：阶段：糖酵解产生丙酮酸糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、丙酮酸、2ATP、2NADH）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA、NADH 三羧酸循环三羧酸循环（CO2、H2O、GTP、NADH、FADH2）呼吸链氧化磷酸化呼吸链氧化磷酸化（NADH、FADH2-ATP）原核生物：原核生物：阶段在胞质中阶段在胞质中 真核生物：在胞质中，真核生物：在胞质中，在线粒体中在线粒体中葡萄糖完全氧化产生的葡萄糖完全氧化产生的ATPATP酵解阶段：酵解阶段：2 ATP 2 1 NADH兑换率兑换率 1：2.5/1.52 ATP2 (2.5/1.5ATP)三羧酸循环：三羧酸循环
49、：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH22 1 ATP2 7.5ATP2 1.5ATP兑换率兑换率 1：2.5兑换率兑换率 1：1.5丙酮酸氧化：丙酮酸氧化：2 1NADH兑换率兑换率 1：2.52 2.5ATP总计：总计：32ATP 或或 30ATP糖有氧分解的能量变化：糖有氧分解的能量变化：C6H12O6+6H2O+10NAD+2FAD+4ADP+4Pi6CO2+10NADH+10H+2FADH2+4ATP1molG CO2+H2O 产生产生？molATP32/30mol1molGn CO2+H2O 产生产生？molATP33/31mol戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径糖代谢的第糖代
50、谢的第2条重要途径条重要途径.戊糖磷酸途径的概念戊糖磷酸途径的概念.戊糖磷酸途径的反应过程戊糖磷酸途径的反应过程.戊糖磷酸途径特点与生物学意义戊糖磷酸途径特点与生物学意义戊糖磷酸途径（戊糖磷酸途径（PPP）/己糖单磷酸途径己糖单磷酸途径（HMP）概念：从概念：从葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸开始，不经糖酵开始，不经糖酵解和柠檬酸循环，直接将其脱氢脱羧分解和柠檬酸循环，直接将其脱氢脱羧分解为解为磷酸戊糖磷酸戊糖，磷酸戊糖分子再经重排，磷酸戊糖分子再经重排最终又生成最终又生成6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖的过程的过程(简称简称HMP途径途径)。由于此途径是以葡糖。由于此途径是以葡糖-6-磷磷酸酸（G-6-P）
