糖類分解代謝 ppt課件

1、5.1 新陳代謝概論新陳代謝概論5.2 生物體內(nèi)的糖類生物體內(nèi)的糖類5.3 雙糖和多糖的酶促降解雙糖和多糖的酶促降解5.4 糖酵解糖酵解5.5 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)5.6 磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑5.7 糖醛酸途徑糖醛酸途徑5 糖類分解代謝糖類分解代謝5.1 新陳代謝概論新陳代謝概論同化作用同化作用( assimilation )合成代謝合成代謝異化作用異化作用( dissimilation )分解代謝分解代謝新陳代謝是生物與周圍環(huán)境進(jìn)展物質(zhì)和能量交換的過程新陳代謝是生物與周圍環(huán)境進(jìn)展物質(zhì)和能量交換的過程.新陳代謝新陳代謝影響要素影響要素 遺傳主要遺傳主要環(huán)境次要環(huán)境次要絕大多數(shù)代謝反響在溫暖

2、條件下，由酶催化進(jìn)展。絕大多數(shù)代謝反響在溫暖條件下，由酶催化進(jìn)展。繁多的代謝反響相互配合，有條不紊，彼此協(xié)調(diào)且繁多的代謝反響相互配合，有條不紊，彼此協(xié)調(diào)且 有嚴(yán)厲的順序性。有嚴(yán)厲的順序性。新陳代謝是對內(nèi)外環(huán)境條件高度順應(yīng)和靈敏調(diào)理而新陳代謝是對內(nèi)外環(huán)境條件高度順應(yīng)和靈敏調(diào)理而 成的一個有規(guī)律的總過程。成的一個有規(guī)律的總過程。每一代謝都有各自的代謝途徑。每一代謝都有各自的代謝途徑。生物大分子合成和分解都是逐漸進(jìn)展，并伴隨能量生物大分子合成和分解都是逐漸進(jìn)展，并伴隨能量 的吸收和釋放。的吸收和釋放。新陳代謝類型的特點(diǎn)：新陳代謝類型的特點(diǎn)：苯環(huán)化合物示蹤法：苯環(huán)化合物示蹤法：Knoop利用苯甲酸、苯

3、利用苯甲酸、苯乙酸乙酸 標(biāo)志脂肪酸，提出了脂肪酸標(biāo)志脂肪酸，提出了脂肪酸-氧化學(xué)說。氧化學(xué)說。 5.1.2 代謝的研討方法代謝的研討方法放射性同位素示蹤法：卡爾文以放射性同位素示蹤法：卡爾文以14CO2飼喂植物，飼喂植物，再用紙層析分別再用紙層析分別CO2代謝的中間物，提出光協(xié)作用代謝的中間物，提出光協(xié)作用中中CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑目栁难h(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑目栁难h(huán)(Calvin cycle)。 5.1.2.1 示蹤法示蹤法 穩(wěn)定同位素示蹤法：利用穩(wěn)定同位素示蹤法：利用15NH4Cl，標(biāo)志，標(biāo)志DNA分子，分子， 證明了證明了DNA的半保管復(fù)制方式。的半保管復(fù)制方式。5.1.2.2 抗代謝物、酶抑制劑的

4、運(yùn)用抗代謝物、酶抑制劑的運(yùn)用在離體條件下，運(yùn)用抗代謝物和酶抑制劑阻抑、改動在離體條件下，運(yùn)用抗代謝物和酶抑制劑阻抑、改動 反響反響, 察看被抑制或改動后的結(jié)果察看被抑制或改動后的結(jié)果, 推測中間代謝。推測中間代謝。5.1.2.3 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和體外實(shí)驗(yàn)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和體外實(shí)驗(yàn) 體內(nèi)研討體內(nèi)研討(in vivo) 以生物整體進(jìn)展中間代謝研討稱為體內(nèi)研討，包括用以生物整體進(jìn)展中間代謝研討稱為體內(nèi)研討，包括用整體器官或微生物細(xì)胞群進(jìn)展的研討。整體器官或微生物細(xì)胞群進(jìn)展的研討。 Knoop以犬為研討對象，飼喂苯環(huán)標(biāo)志的脂肪酸，再以犬為研討對象，飼喂苯環(huán)標(biāo)志的脂肪酸，再研討犬尿中苯標(biāo)志物形狀。研討犬尿中苯標(biāo)志物形

5、狀。體外研討體外研討(in vitro， no vivo)以組織切片、勻漿、提取液為資料進(jìn)展研討。以組織切片、勻漿、提取液為資料進(jìn)展研討。Krebs以肌肉糜以肌肉糜(勻漿勻漿)為資料，研討抑制劑和反響物為資料，研討抑制劑和反響物參與后對反響中間物和代謝終產(chǎn)物的影響，確定了參與后對反響中間物和代謝終產(chǎn)物的影響，確定了三羧酸循環(huán)的反響歷程。三羧酸循環(huán)的反響歷程。 糖是具有實(shí)驗(yàn)式糖是具有實(shí)驗(yàn)式(CH2O)n的多羥基醛或酮，的多羥基醛或酮， 分為單糖、寡糖、多糖、結(jié)合糖四類。分為單糖、寡糖、多糖、結(jié)合糖四類。 5.2 生物體內(nèi)的糖類生物體內(nèi)的糖類生物體內(nèi)重要能源生物體內(nèi)重要能源, 分解產(chǎn)生分解產(chǎn)生AT

6、P供需能代謝之用。供需能代謝之用。糖的生物學(xué)作用：糖的生物學(xué)作用： 分解代謝的許多中間物是合成分解代謝的許多中間物是合成AA,脂肪脂肪,核苷酸原料。核苷酸原料。 糖與蛋白質(zhì)、脂類結(jié)合成復(fù)合糖，參與細(xì)胞識別、糖與蛋白質(zhì)、脂類結(jié)合成復(fù)合糖，參與細(xì)胞識別、 防御、免疫、粘附、構(gòu)造等多種過程。防御、免疫、粘附、構(gòu)造等多種過程。 非糖代謝底物可經(jīng)過其它途徑非糖代謝底物可經(jīng)過其它途徑, 再轉(zhuǎn)化為糖分解代謝的再轉(zhuǎn)化為糖分解代謝的 中間物，徹底氧化分解或者沿糖異生途徑轉(zhuǎn)化為糖，中間物，徹底氧化分解或者沿糖異生途徑轉(zhuǎn)化為糖，構(gòu)成了以糖為中心的代謝網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)成了以糖為中心的代謝網(wǎng)絡(luò)。 構(gòu)造功能，如纖維素等構(gòu)造功能，

7、如纖維素等 。單糖是最簡單的，不再被水解成更小的糖單位。單糖是最簡單的，不再被水解成更小的糖單位。 ( CH2O )n n = 395.2.1 單糖單糖 ( monosaccharides ) 根據(jù)單糖構(gòu)造特點(diǎn)又分為醛糖和酮糖。根據(jù)單糖構(gòu)造特點(diǎn)又分為醛糖和酮糖。 根據(jù)單糖碳原子數(shù)目分為丙、丁、戊、已糖等。根據(jù)單糖碳原子數(shù)目分為丙、丁、戊、已糖等。 丙糖中的醛糖是甘油醛，有一個不對稱碳原子，故其丙糖中的醛糖是甘油醛，有一個不對稱碳原子，故其 構(gòu)型有構(gòu)型有D-甘油醛和甘油醛和L-甘油醛之分。甘油醛之分。 凡可視為凡可視為D-甘油醛衍生物的糖都是甘油醛衍生物的糖都是D-糖；糖； 凡可視為凡可視為L-

8、甘油醛衍生物的糖都是甘油醛衍生物的糖都是L-糖。糖。自然界中單糖多為醛糖自然界中單糖多為醛糖, 己糖最普遍己糖最普遍,最重要最重要; 戊糖次之。戊糖次之。己醛糖中葡萄糖分布最廣己醛糖中葡萄糖分布最廣, 是構(gòu)成淀粉、糖原、纖維素是構(gòu)成淀粉、糖原、纖維素 及其他許多糖類物質(zhì)的根本單位。及其他許多糖類物質(zhì)的根本單位。單糖具有旋光性，旋光度可借旋光儀測得，計(jì)算得到單糖具有旋光性，旋光度可借旋光儀測得，計(jì)算得到 旋光率。單糖能與酸、堿起作用，不同條件下氧化旋光率。單糖能與酸、堿起作用，不同條件下氧化 產(chǎn)生不同類型酸。產(chǎn)生不同類型酸。單糖被復(fù)原成醇單糖被復(fù)原成醇, 有成蠟有成蠟, 成糖苷和成腙成糖苷和成腙

9、, 成脎反響，成脎反響， 常借助這些反響分析，鑒定糖。常借助這些反響分析，鑒定糖。葡萄糖是人類血液的正常成分，給機(jī)體提供能量。葡萄糖是人類血液的正常成分，給機(jī)體提供能量。已糖多以較穩(wěn)定的已糖多以較穩(wěn)定的1:5氧橋的六元環(huán)構(gòu)造氧橋的六元環(huán)構(gòu)造( 吡喃型吡喃型 )存在。存在。 單糖中的酮糖，與醛糖一樣，具有環(huán)狀構(gòu)造，五元環(huán)單糖中的酮糖，與醛糖一樣，具有環(huán)狀構(gòu)造，五元環(huán) 呋喃型糖較常見。呋喃型糖較常見。在溶液中，六元環(huán)構(gòu)造己糖常與極少量在溶液中，六元環(huán)構(gòu)造己糖常與極少量1: 4氧橋五元環(huán)氧橋五元環(huán) 構(gòu)造構(gòu)造(呋喃型呋喃型)糖成平衡形狀。戊糖以呋喃型構(gòu)造存在。糖成平衡形狀。戊糖以呋喃型構(gòu)造存在。 在環(huán)

10、狀構(gòu)造中戊糖、己糖分別含有四個、五個不對稱在環(huán)狀構(gòu)造中戊糖、己糖分別含有四個、五個不對稱 碳原子，它們分別有碳原子，它們分別有24，25種同分異構(gòu)體。種同分異構(gòu)體。每種糖根據(jù)第一碳原子上羥基和氫的相對空間位置分為每種糖根據(jù)第一碳原子上羥基和氫的相對空間位置分為 和和型兩類，它們互為異頭物。型兩類，它們互為異頭物。 雙糖中常見的是蔗糖雙糖中常見的是蔗糖( sucrose) 、麥芽糖、麥芽糖( maltose )、 乳糖乳糖( lactose )。5.2.2 寡糖寡糖( oligosaccharides )寡糖是少數(shù)單糖寡糖是少數(shù)單糖( 210 )的縮合產(chǎn)物，最重要的是雙糖。的縮合產(chǎn)物，最重要的是

11、雙糖。麥芽糖和乳糖仍有一個自在醛基半縮醛基，故仍麥芽糖和乳糖仍有一個自在醛基半縮醛基，故仍具有復(fù)原、成脎、變旋等性質(zhì)。具有復(fù)原、成脎、變旋等性質(zhì)。 蔗糖分子由葡萄糖和果糖經(jīng)醛、酮基縮合，是非復(fù)原糖。蔗糖分子由葡萄糖和果糖經(jīng)醛、酮基縮合，是非復(fù)原糖。失去復(fù)原、成腙、變旋等特性。失去復(fù)原、成腙、變旋等特性。麥芽糖分子由兩分子葡萄糖縮合；乳糖分子由葡萄糖和麥芽糖分子由兩分子葡萄糖縮合；乳糖分子由葡萄糖和半乳糖經(jīng)過半乳糖經(jīng)過1,4-糖苷鍵銜接起來。糖苷鍵銜接起來。常見的有由一種類型的糖基組成的淀粉常見的有由一種類型的糖基組成的淀粉( starch )、糖原、糖原( glycogen ) 和纖維素和纖維

12、素( cellulose )等。等。5.2.3 多糖多糖( polysaccharides )多糖是多個單糖基經(jīng)過糖苷鍵銜接而構(gòu)成的高聚物。多糖是多個單糖基經(jīng)過糖苷鍵銜接而構(gòu)成的高聚物。淀粉遇碘液呈紫藍(lán)色反響。能被酸或淀粉酶水解，逐漸淀粉遇碘液呈紫藍(lán)色反響。能被酸或淀粉酶水解，逐漸 降解時遇碘可顯出不同顏色。降解時遇碘可顯出不同顏色。淀粉淀粉紅色糊精紅色糊精無色糊精無色糊精麥芽糖麥芽糖 葡萄糖葡萄糖藍(lán)紫藍(lán)紫 紅色紅色 不顯色不顯色 不顯色不顯色 不顯色不顯色 淀粉是由淀粉是由- D-葡萄糖縮合而成葡萄糖縮合而成, 是植物儲存的養(yǎng)料是植物儲存的養(yǎng)料, 分分為直鏈和支鏈淀粉，葡萄糖分子間多是為直鏈

13、和支鏈淀粉，葡萄糖分子間多是(14)糖苷糖苷健，而分支點(diǎn)上是健，而分支點(diǎn)上是 (16)糖苷健。糖苷健。 直鏈淀粉溶于熱水直鏈淀粉溶于熱水,MD: 1.01042.0106, 含含250300個個葡萄糖殘基葡萄糖殘基, 分子通常卷曲為螺旋形，分子通常卷曲為螺旋形，6 G / 圈。圈。 直鏈淀粉遇碘呈紫蘭色，最大吸收波長直鏈淀粉遇碘呈紫蘭色，最大吸收波長620680 nm。支鏈淀粉不溶于熱水支鏈淀粉不溶于熱水,MD: 5.01044.0108，約含，約含 600個葡萄糖殘基個葡萄糖殘基, 糖鏈分支點(diǎn)以糖鏈分支點(diǎn)以(16)糖苷鍵銜接糖苷鍵銜接, 分支短鏈平均長度為分支短鏈平均長度為2430個葡萄糖殘

14、基。個葡萄糖殘基。支鏈淀粉遇碘顯紫紅色支鏈淀粉遇碘顯紫紅色, 最大吸收波長最大吸收波長530555nm之間。之間。糖原分子量較淀粉略大，分支較支鏈淀粉略多，糖原分子量較淀粉略大，分支較支鏈淀粉略多，單糖銜接方式與支鏈淀粉一樣，分支鏈平均單糖銜接方式與支鏈淀粉一樣，分支鏈平均長度約長度約1218個葡萄糖殘基。個葡萄糖殘基。糖原遇碘顯棕紅色，最大吸收波長糖原遇碘顯棕紅色，最大吸收波長430490nm。較易溶于水，其他性質(zhì)與淀粉類似。較易溶于水，其他性質(zhì)與淀粉類似。 糖原是動物組織內(nèi)糖的儲存方式，如肝和肌肉中儲存糖原是動物組織內(nèi)糖的儲存方式，如肝和肌肉中儲存的營養(yǎng)，有動物淀粉之稱。的營養(yǎng)，有動物淀粉

15、之稱。纖維素是構(gòu)成植物軀干主要成分，它由許多纖維素是構(gòu)成植物軀干主要成分，它由許多-D-葡萄葡萄糖分子經(jīng)過糖分子經(jīng)過(14)糖苷鍵縮合生成糖苷鍵縮合生成, 其分子甚大，因其分子甚大，因此纖維素不溶于水，稀酸、稀堿及其他普通有機(jī)溶劑。此纖維素不溶于水，稀酸、稀堿及其他普通有機(jī)溶劑。多糖由一種以上類型的糖及其衍生物殘基組成。多糖由一種以上類型的糖及其衍生物殘基組成。糖胺聚糖糖胺聚糖(粘多糖粘多糖)為含氮多糖。透明質(zhì)酸為含氮多糖。透明質(zhì)酸, 硫酸軟骨素硫酸軟骨素, 硫酸皮膚素，硫酸角質(zhì)素、肝素以及硫酸乙酰肝素，硫酸皮膚素，硫酸角質(zhì)素、肝素以及硫酸乙酰肝素，存在于軟骨存在于軟骨, 腱等結(jié)締組織和各種腺

16、體分泌粘液中。腱等結(jié)締組織和各種腺體分泌粘液中。有構(gòu)成組織間質(zhì)，光滑劑、防護(hù)劑等多方面作用。有構(gòu)成組織間質(zhì)，光滑劑、防護(hù)劑等多方面作用。多糖研討近多糖研討近20年來獲得了突破性的進(jìn)展，并已成為近代年來獲得了突破性的進(jìn)展，并已成為近代生物化學(xué)中一個新興的活潑領(lǐng)域。生物化學(xué)中一個新興的活潑領(lǐng)域。 5.3.1 蔗糖、麥芽糖、乳糖的酶促降解蔗糖、麥芽糖、乳糖的酶促降解5.3.1.1 蔗糖的水解蔗糖的水解 蔗糖是植物光協(xié)作用產(chǎn)物的主要運(yùn)輸方式。蔗糖是植物光協(xié)作用產(chǎn)物的主要運(yùn)輸方式。 在蔗糖合成酶作用下水解在蔗糖合成酶作用下水解5.3 雙糖和多糖的酶促降解雙糖和多糖的酶促降解 在蔗糖酶在蔗糖酶( 轉(zhuǎn)化酶轉(zhuǎn)

17、化酶 )作用下水解作用下水解5.3.1.2 麥芽糖的水解麥芽糖的水解麥芽糖酶可催化麥芽糖水解為葡萄糖。麥芽糖酶可催化麥芽糖水解為葡萄糖。 5.3.1.3 乳糖的水解乳糖的水解 乳糖在乳糖在-半乳糖苷酶催化下水解為葡萄糖和半半乳糖苷酶催化下水解為葡萄糖和半乳糖。乳糖。CH2OHOHOHOOHOHOHCH2OHOH14OCH2OHOCH2OHOHO141235.3.2.1 淀粉酶促水解淀粉酶促水解5.3.2 淀粉淀粉(糖原糖原)的酶促降解的酶促降解淀粉淀粉( ( 糖原糖原 ) )有水解和磷酸解兩種酶促降解途徑。有水解和磷酸解兩種酶促降解途徑。 -淀粉酶淀粉酶: 耐熱耐熱(70,15min)不耐酸不

18、耐酸(pH3.3)，在淀粉，在淀粉 分子內(nèi)部隨機(jī)水解分子內(nèi)部隨機(jī)水解 -1, 4糖苷鍵，將直鏈淀粉水解的糖苷鍵，將直鏈淀粉水解的 產(chǎn)物為葡萄糖產(chǎn)物為葡萄糖, 麥芽糖麥芽糖; 支鏈淀粉作用產(chǎn)物為葡萄糖支鏈淀粉作用產(chǎn)物為葡萄糖, 麥芽糖和糊精。麥芽糖和糊精。 -淀粉酶淀粉酶: 耐酸不耐熱耐酸不耐熱,從多糖非復(fù)原端的從多糖非復(fù)原端的 -1, 4 糖苷鍵，將直鏈淀粉水解成麥芽糖；將支鏈淀糖苷鍵，將直鏈淀粉水解成麥芽糖；將支鏈淀粉粉 (或糖原或糖原)水解為麥芽糖和極限糊精。水解為麥芽糖和極限糊精。脫支酶脫支酶(R酶酶)專注水解專注水解-1,6糖苷鍵。支鏈淀粉經(jīng)淀粉糖苷鍵。支鏈淀粉經(jīng)淀粉 酶水解產(chǎn)生極限糊

19、精酶水解產(chǎn)生極限糊精, 由脫支酶水解去除由脫支酶水解去除-1,6鍵銜接鍵銜接 葡萄糖，再在葡萄糖，再在-淀粉酶和淀粉酶和-淀粉酶作用下徹底水解。淀粉酶作用下徹底水解。麥芽糖酶水解麥芽糖和糊精麥芽糖酶水解麥芽糖和糊精-1,4糖苷鍵糖苷鍵,生成葡萄糖生成葡萄糖. 淀粉磷酸化酶廣泛存在于葉片及絕大多數(shù)貯藏器官中淀粉磷酸化酶廣泛存在于葉片及絕大多數(shù)貯藏器官中, 催化催化-1,4葡聚糖非復(fù)原末端的葡萄糖轉(zhuǎn)移給葡聚糖非復(fù)原末端的葡萄糖轉(zhuǎn)移給Pi, 生成生成 G1P, 同時產(chǎn)生一個新非復(fù)原末端同時產(chǎn)生一個新非復(fù)原末端, 繼續(xù)進(jìn)展磷酸化。繼續(xù)進(jìn)展磷酸化。5.3.2.2 淀粉的磷酸解淀粉的磷酸解淀粉淀粉 + n

20、 H3PO4 = n G1P 糖原磷酸化酶主要位于肝臟糖原磷酸化酶主要位于肝臟,分解糖原直接補(bǔ)充分解糖原直接補(bǔ)充血糖。血糖。 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)是糖原降是糖原降 解限速酶，在一定條件下可相互轉(zhuǎn)變的兩種形解限速酶，在一定條件下可相互轉(zhuǎn)變的兩種形狀：狀： 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶a(活化態(tài)活化態(tài))、糖原磷酸化酶、糖原磷酸化酶b(失活失活態(tài)態(tài)) 5.3.2.3 糖原的磷酸解糖原的磷酸解糖原在磷酸化酶糖原在磷酸化酶a作用下作用下,從非復(fù)原端逐個磷酸解下葡萄從非復(fù)原端逐個磷酸解下葡萄 糖基生成糖基生成G1P,切至離分支點(diǎn)切至離分支點(diǎn)4個葡萄糖殘基處停

21、頓，個葡萄糖殘基處停頓， 再由再由-1,4-1,4-寡聚糖基轉(zhuǎn)移酶切下分支點(diǎn)麥芽三糖，寡聚糖基轉(zhuǎn)移酶切下分支點(diǎn)麥芽三糖，同時將它轉(zhuǎn)移到另一鏈上以同時將它轉(zhuǎn)移到另一鏈上以-1,4糖苷鍵銜接，被加長糖苷鍵銜接，被加長 支鏈仍由糖原磷酸化酶支鏈仍由糖原磷酸化酶a磷酸解磷酸解,銜接有銜接有1個葡萄糖殘基個葡萄糖殘基 的的-1,6糖苷鍵由脫支酶水解構(gòu)成葡萄糖。糖苷鍵由脫支酶水解構(gòu)成葡萄糖。糖原糖原纖維素是由纖維素是由100010000個個-D-葡萄糖經(jīng)過葡萄糖經(jīng)過-1,4糖苷糖苷鍵銜接的直鏈分子，是植物細(xì)胞壁的主要組分。鍵銜接的直鏈分子，是植物細(xì)胞壁的主要組分。纖維素可在酸或纖維素酶作用下水解為纖維素可

22、在酸或纖維素酶作用下水解為-葡萄糖。葡萄糖。5.3.3 細(xì)胞壁多糖的酶促降解細(xì)胞壁多糖的酶促降解在生物體內(nèi)首先要將多糖在生物體內(nèi)首先要將多糖水解為單糖才干為生命水解為單糖才干為生命活動提供能源或碳源?；顒犹峁┠茉椿蛱荚?。葡萄糖是大多數(shù)有機(jī)體生葡萄糖是大多數(shù)有機(jī)體生命活動的主要能源，細(xì)命活動的主要能源，細(xì)胞經(jīng)過分解葡萄糖將其胞經(jīng)過分解葡萄糖將其中所含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成中所含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成細(xì)胞可以利用的方式細(xì)胞可以利用的方式(ATP)。單糖的分解代謝單糖的分解代謝G徹底氧化分解成CO2、H2O閱歷EMP-TCA、 電子傳送、氧化磷酸化階段將氧化釋放能量轉(zhuǎn)變成ATP糖酵解是指葡萄糖在酶作用下，在細(xì)胞質(zhì)中

23、經(jīng)一系列糖酵解是指葡萄糖在酶作用下，在細(xì)胞質(zhì)中經(jīng)一系列脫氫氧化分解成丙酮酸的過程。由于氧化分解沒有脫氫氧化分解成丙酮酸的過程。由于氧化分解沒有氧氣參與，故稱為糖酵解。氧氣參與，故稱為糖酵解。G. Embden, O. Meyerhof, J. K. Parnas在研討糖酵解在研討糖酵解途徑中作出了艱苦奉獻(xiàn)，簡稱為途徑中作出了艱苦奉獻(xiàn)，簡稱為EMP途徑。途徑。EMP 細(xì)胞學(xué)定位：細(xì)胞學(xué)定位： 細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)5.4 糖酵解糖酵解( glycolysis )EMP5.4.1 糖酵解的概念糖酵解的概念5.4.2 EMP的生化歷程的生化歷程EMP 己糖的磷酸化己糖的磷酸化 (1-3)磷酸己糖的裂解磷酸己糖

24、的裂解(4-5)丙酮酸的生成丙酮酸的生成 (6-10)第一階段：葡萄糖第一階段：葡萄糖 1,6- 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖OCH2OHOHOHOHOHHHHHMgOCH2OPO3H2OHOHOHOHHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖6磷酸葡萄糖HOH磷酸己糖異構(gòu)酶6-磷酸果糖H2O3POHOHOHCH2OHCH2OH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OOHHHOHOHCH2OHCH2OHOOHH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖第二階段：第二階段：1, 6-二磷酸果糖二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1,6-二磷酸果糖HOHH2O3P

25、OHOHOHCH2OPO3H2CH2OCH2OPO3H2CCH2OHOCH2OPO3H2CHOHCHO磷酸二羥丙酮3磷酸甘油醛磷酸丙糖異構(gòu)酶964醛縮酶第三階段：第三階段：3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 丙酮酸丙酮酸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變位酶2-磷酸甘油酸C H2O HC H O P O3H2C O HOC H2C O P O3H2C O HO烯醇

26、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酮酸丙酮酸第三階段：第三階段：3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 丙酮酸丙酮酸5.4.2.1 己糖的磷酸化己糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化(phosphorylation of glucose) G在己糖激酶在己糖激酶(HK)作用下耗費(fèi)作用下耗費(fèi)ATP，生成，生成 G6P，這不僅活化了這不僅活化了G，也有利于進(jìn)一步參與合成與，也有利于進(jìn)一步參與合成與分解代謝，分解代謝， 同時還能使進(jìn)入細(xì)胞的同時還能使進(jìn)入細(xì)胞的G不再逸出細(xì)胞。不再逸出細(xì)胞。Mg2+是是HK的激

27、活劑，己糖激酶的激活劑，己糖激酶HK是第是第1個限速個限速酶。酶。6-磷酸葡萄糖的異構(gòu)反響磷酸葡萄糖的異構(gòu)反響(isomerization of glucose-6-phosphate) 磷酸己糖異構(gòu)酶磷酸己糖異構(gòu)酶 ( phosphohexose isomerase )催催化化 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(G6P)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?6-磷酸果糖磷酸果糖 (F6P) 。 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶(phosphofructokinase, PFK)催化催化F6P第一第一位位C上磷酸化生成上磷酸化生成 FBP, 磷酸根由磷酸根由ATP供應(yīng)。供應(yīng)。 Mg2+是是PFK的激活劑的激活劑, 己糖激酶己糖激酶P

28、FK是第是第2個限速酶。個限速酶。6-磷酸果糖的磷酸化磷酸果糖的磷酸化(phosphorylation of fructose-6-phosphate) 1.6-二磷酸果糖的裂解二磷酸果糖的裂解(cleavage of fructose 1,6 di/bis phosphate) 5.4.2.2 磷酸己糖的裂解磷酸己糖的裂解醛縮酶醛縮酶(aldolase)催化催化FBP生成生成 DHAP 和和 GAP。磷酸二羥丙酮的異構(gòu)反響磷酸二羥丙酮的異構(gòu)反響(isomerization of dihydroxyacetonephosphate)磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸丙糖異構(gòu)酶(triose phosphate

29、 isomerase) 催化催化 DHAP 轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?GAP。1分子葡萄糖生成分子葡萄糖生成2分子分子3-磷酸甘油醛，經(jīng)過兩次磷酸化磷酸甘油醛，經(jīng)過兩次磷酸化作用耗費(fèi)作用耗費(fèi) 2 分子分子ATP。 3-磷酸甘油醛的氧化磷酸甘油醛的氧化(oxidation of glyceraldehyde-3-phosphate 3-磷酸甘油醛脫氫酶催化磷酸甘油醛脫氫酶催化 GAP 氧化脫氫并磷酸化氧化脫氫并磷酸化 生成含有生成含有1個高能磷酸鍵的個高能磷酸鍵的BPGA，反響脫下的氫，反響脫下的氫 和電子轉(zhuǎn)給和電子轉(zhuǎn)給NAD生成生成NADH,磷酸根來自無機(jī)磷酸。磷酸根來自無機(jī)磷酸。 5.4.2.3 丙酮酸

30、的生成丙酮酸的生成磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶(phosphaglycerate kinase,PGK)催化催化BPGA生成生成 3-PGA,同時其同時其C1上高能磷酸根轉(zhuǎn)移給上高能磷酸根轉(zhuǎn)移給ADP生成生成ATP。1.3-二磷酸甘油酸的高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移反響二磷酸甘油酸的高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移反響 此步反響為第一次底物程度磷酸化過程。此步反響為第一次底物程度磷酸化過程。在底物氧化過程中，將底物分子中高能磷酸基團(tuán)直接在底物氧化過程中，將底物分子中高能磷酸基團(tuán)直接 轉(zhuǎn)移給轉(zhuǎn)移給ADP，偶聯(lián)生成，偶聯(lián)生成ATP的反響的反響, 稱此類反響為稱此類反響為 底物程度磷酸化底物程度磷酸化(substrate leve

31、l phosphorylation)。 磷酸甘油酸變位酶磷酸甘油酸變位酶(phosphoglycerate mutase)催化催化 3-PGA的的C3位上的磷酸基轉(zhuǎn)變到位上的磷酸基轉(zhuǎn)變到C2位上生成位上生成2-PGA。3-磷酸甘油酸的變位反響磷酸甘油酸的變位反響 由烯醇化酶由烯醇化酶(enolase)催化，催化，2-PGA脫水的同時，脫水的同時，能量重新分配，生成含高能磷酸鍵的磷酸烯能量重新分配，生成含高能磷酸鍵的磷酸烯醇式丙酮酸醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate , PEP )。2-磷酸甘油酸的脫水反響磷酸甘油酸的脫水反響 在丙酮酸激酶在丙酮酸激酶(pyruvate kina

32、se, PK)催化下，催化下，PEP上的上的高能磷酸根轉(zhuǎn)移至高能磷酸根轉(zhuǎn)移至ADP生成生成ATP。 此步是第二次底物程度的磷酸化過程。此步是第二次底物程度的磷酸化過程。磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸轉(zhuǎn)移磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸轉(zhuǎn)移Mg2+是PK的激活劑, 丙酮酸激酶PK是第3個限速酶。GlycolysisGG6PF6 PFBPDHAPGAPBPGA3-PGA2PGAPEP PyrLacHexokinasePhosphoglucoseisomerasePhosphofructokinaseAldolaseTriosephosphateisomeraseGlyceraldehyde3-phosphatede

33、hydrogenasePhosphoglyceratekinasePhosphoglyceratemutaseEnolasePyruvate kinaseLactate dehydrogenaseNADH NADNADH NADATPATPATPATPADPADPADPADPEMP總結(jié)3階段10步反響3步不可逆2步耗能2步產(chǎn)能2步底物程度磷酸化1步脫水G+2Pi+2NAD+2ADP2Pyr+2ATP+2NADH+2H+2H2O 1分子分子 G 經(jīng)過經(jīng)過 EMP 氧化分解產(chǎn)生氧化分解產(chǎn)生 2個個Pyr，2個個ATP, 2個個 NADH。 2個個NADH假設(shè)進(jìn)入有氧徹底氧化途徑假設(shè)進(jìn)入有氧徹底氧化

34、途徑, 可產(chǎn)生可產(chǎn)生5個個 ATP。 因此：因此： EMP 共生成共生成7個個ATP。G+2Pi+2NAD+2ADP2Pyr+2ATP+2NADH+2H+2H2O5.4.3 糖酵解的化學(xué)計(jì)量于生物學(xué)意義糖酵解的化學(xué)計(jì)量于生物學(xué)意義EMP是糖的有氧氧化和無氧氧化的一段共同途是糖的有氧氧化和無氧氧化的一段共同途徑。徑。EMP是有機(jī)體無氧條件下獲得能量的一種順應(yīng)是有機(jī)體無氧條件下獲得能量的一種順應(yīng)方式。方式。EMP一些中間產(chǎn)物可作為合成其它重要生命一些中間產(chǎn)物可作為合成其它重要生命 物物質(zhì)原料質(zhì)原料.EMP在糖與非糖物質(zhì)相互轉(zhuǎn)變過程中起著重要在糖與非糖物質(zhì)相互轉(zhuǎn)變過程中起著重要作用。作用。EMP的生

35、物學(xué)意義5.4.4 糖酵解的其它底物糖酵解的其它底物5.4.5 丙酮酸的去路丙酮酸的去路丙酮酸丙酮酸有氧氧化有氧氧化無氧復(fù)原無氧復(fù)原乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶乳酸乳酸乙醛乙醛乙醇乙醇TCA循環(huán) CO2 + ATP乳酸的生成乳酸的生成乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase)催催化化 Pyr 脫氫生成脫氫生成 Lac。Pyr作為氫接受體將作為氫接受體將GAP脫氫生成的脫氫生成的NADH氧化為氧化為NAD，使糖酵解繼續(xù)進(jìn)展。使糖酵解繼續(xù)進(jìn)展。 在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸脫羧酶催化丙酮酸在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸脫羧酶催化丙酮酸 脫羧變成乙醛，乙醛在

36、醇脫氫酶催化下被脫羧變成乙醛，乙醛在醇脫氫酶催化下被NADH復(fù)原復(fù)原構(gòu)成乙醇。構(gòu)成乙醇。乙醇發(fā)酵存在于真菌和缺氧的植物器官乙醇發(fā)酵存在于真菌和缺氧的植物器官(如淹水的根如淹水的根)中中.乙醇發(fā)酵可用于釀酒、面包制造等。乙醇發(fā)酵可用于釀酒、面包制造等。在有氧條件下乙醛可被氧化生成乙酸。在有氧條件下乙醛可被氧化生成乙酸。 生成乙醇生成乙醇代謝遭到嚴(yán)厲而準(zhǔn)確的調(diào)理代謝遭到嚴(yán)厲而準(zhǔn)確的調(diào)理, 以滿足機(jī)體需求以滿足機(jī)體需求, 堅(jiān)持內(nèi)堅(jiān)持內(nèi) 環(huán)境穩(wěn)定。這種控制主要是經(jīng)過調(diào)理酶活性環(huán)境穩(wěn)定。這種控制主要是經(jīng)過調(diào)理酶活性來實(shí)現(xiàn)的。來實(shí)現(xiàn)的。在一個代謝過程中往往催化不可逆反響的酶限在一個代謝過程中往往催化不可逆

37、反響的酶限制代謝制代謝 反響速度，這種酶稱為限速酶。反響速度，這種酶稱為限速酶。5.4.6 糖酵解的調(diào)理糖酵解的調(diào)理糖酵解途徑中己糖激酶糖酵解途徑中己糖激酶(HK)，磷酸果糖激酶，磷酸果糖激酶(PFK)和丙和丙酮酸激酶酮酸激酶(PK)是主要限速酶，調(diào)理著糖酵解速度，以是主要限速酶，調(diào)理著糖酵解速度，以滿足細(xì)胞對滿足細(xì)胞對ATP和合成原料的需求。和合成原料的需求。三個限速酶中起決議作用的是催化效率最低的酶三個限速酶中起決議作用的是催化效率最低的酶PFK。因此它是一個限速酶，酵解速度主要決議于其活性。因此它是一個限速酶，酵解速度主要決議于其活性。 F6P、FBP、ADP、AMP是磷酸果糖激酶是磷酸

38、果糖激酶(PFK) 別構(gòu)激活劑。別構(gòu)激活劑。 ATP、檸檬酸等是、檸檬酸等是 PFK 的別構(gòu)抑制劑。的別構(gòu)抑制劑。5.4.6.1 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 ( PFK )ATP 既是 PFK作用的底物，又起抑制造用。酶活性中心對ATP的Km值低,別構(gòu)中心對ATP的Km高。當(dāng)ATP濃度低時, ATP和酶的活性中心結(jié)協(xié)作為底物，酶發(fā)揚(yáng)正常的催化功能；當(dāng)ATP濃度高時，ATP可被酶的別構(gòu)中心結(jié)合，引起酶構(gòu)象改動而失活，ATP是別構(gòu)抑制劑。ATP經(jīng)過濃度變化影響 PFK 活性，調(diào)理EMP 速度。檸檬酸和脂肪酸分別是糖有氧分解中間物和以糖分解檸檬酸和脂肪酸分別是糖有氧分解中間物和以糖分解中間物為原料合成

39、的產(chǎn)物。中間物為原料合成的產(chǎn)物。PFK被H+抑制，在pH明顯下降時糖酵解速率降低。 這防止在缺氧條件下構(gòu)成過量乳酸而導(dǎo)致酸毒癥。檸檬酸和脂肪酸對磷酸果糖激酶的別構(gòu)抑制檸檬酸和脂肪酸對磷酸果糖激酶的別構(gòu)抑制 H+對磷酸果糖激酶的調(diào)理對磷酸果糖激酶的調(diào)理果糖果糖-2,6-二磷酸激酶二磷酸激酶(PFK2)催化催化 F6P磷酸化構(gòu)成磷酸化構(gòu)成 F-2,6-BP;而果糖而果糖-2,6-二磷酸酯酶二磷酸酯酶(FBPase2)催化催化F-2,6-BP 水解去磷酸構(gòu)成水解去磷酸構(gòu)成 F6P。果糖果糖-2,6-二磷酸對磷酸果糖激酶的調(diào)理二磷酸對磷酸果糖激酶的調(diào)理但這兩個相反催化活性酶是集兩種活性為同一多肽鏈但這

40、兩個相反催化活性酶是集兩種活性為同一多肽鏈 的雙功能酶。的雙功能酶。N端一半為端一半為PFK2的活性中心的活性中心,C端一半端一半 為為FBPase2活性中心活性中心, 普通寫作普通寫作:PPK2 / FBPase2。當(dāng)血液中葡萄糖當(dāng)血液中葡萄糖G程度降低時程度降低時, 激活胰高血糖素釋放于激活胰高血糖素釋放于 血液中血液中,啟動啟動cAMP級聯(lián)絡(luò)統(tǒng)使級聯(lián)絡(luò)統(tǒng)使PFK2/PBPase2多肽上多肽上 特定的一個特定的一個Ser殘基磷酸化，使殘基磷酸化，使FBPase2活化、活化、PFK2 抑制抑制, 使使FBP程度降低程度降低, 降低了糖酵解程度。降低了糖酵解程度。F6P激活其PFK2活性而抑制

41、其FBPase2活性,而FBP 劇烈激活PFK，F(xiàn)6P高時促進(jìn)糖酵解進(jìn)展。 反之反之,當(dāng)當(dāng)G程度高時，蛋白磷酸酶水解程度高時，蛋白磷酸酶水解PFK2/FBPase2上上的磷酸導(dǎo)致的磷酸導(dǎo)致FBP升高，提高糖酵解速率。升高，提高糖酵解速率。己糖激酶己糖激酶(HK)的別構(gòu)抑制劑為其產(chǎn)物的別構(gòu)抑制劑為其產(chǎn)物 G6P。當(dāng)磷酸。當(dāng)磷酸 果糖激酶果糖激酶(PFK)活性被抑制時活性被抑制時,底物底物 F6P積累積累,進(jìn)而使進(jìn)而使 G6P濃度升高，從而引起濃度升高，從而引起HK活性下降?；钚韵陆怠?5.4.6.2 己糖激酶己糖激酶(HK)5.4.6.3 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 ( PK )丙酮酸激酶具有變構(gòu)酶性

42、質(zhì)，高濃度丙酮酸激酶具有變構(gòu)酶性質(zhì)，高濃度ATP、Ala、乙酰、乙酰CoA等代謝物反響抑制其活性。等代謝物反響抑制其活性。當(dāng)當(dāng)ATP生成量超越細(xì)胞需求時生成量超越細(xì)胞需求時, 經(jīng)過經(jīng)過PK別構(gòu)抑制使別構(gòu)抑制使EMP速度減低。速度減低。cAMP激活蛋白激酶也使激活蛋白激酶也使PK磷酸化而失活磷酸化而失活.ADP是變構(gòu)激活劑，Mg2+或K+可激活PK活性。1937年，年，H.A.Krebs以鴿胸肌為資料以鴿胸肌為資料, 研討研討丙酮酸在有氧條件下在線粒體中被氧化丙酮酸在有氧條件下在線粒體中被氧化分解為分解為CO2, 整個氧化分解過程構(gòu)成一個整個氧化分解過程構(gòu)成一個循環(huán)循環(huán),且反響中有三個羧基的有機(jī)

43、酸且反響中有三個羧基的有機(jī)酸, 稱三稱三羧酸循環(huán)、檸檬酸循環(huán)、羧酸循環(huán)、檸檬酸循環(huán)、Krebs循環(huán)。循環(huán)。5.5 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) (tricarboxylic acid cycle，TCA)TCA 循環(huán)：EMP的終產(chǎn)物丙酮酸在有氧條件下進(jìn)入 線粒體，氧化分解為CO2的過程。TCA 循環(huán)在動植物、微生物細(xì)胞中普遍存在，不僅是 糖分解代謝的主要途徑，也是脂肪、蛋白質(zhì)分解代謝的最終途徑，具有重要的生理意義。突出性奉獻(xiàn)，經(jīng)典性成就，突出性奉獻(xiàn)，經(jīng)典性成就，19531953年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸異檸檬酸異檸檬酸a-a-酮戊二酸酮戊二

44、酸琥珀酸琥珀酸輔酶輔酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸蘋果酸蘋果酸乙酰輔酶乙酰輔酶A A5.5.1 丙酮酸氧化為乙酰丙酮酸氧化為乙酰CoA Pyr脫氫酶系(pyruvate dehydrogenase system): 多酶復(fù)合體, 位于線粒體內(nèi)膜上, 催化Pyr氧化脫羧生成乙酰CoA。多酶復(fù)合體構(gòu)成嚴(yán)密相連的連鎖反響多酶復(fù)合體構(gòu)成嚴(yán)密相連的連鎖反響,提高了催化效率。提高了催化效率。酶系催化酶系催化5步反響步反響, 涉及焦磷酸硫胺素涉及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸、硫辛酸、FAD、NAD+、HS-CoA、Mg2+等等6種輔因子。種輔因子。Pyr脫氫酶系3種酶E1丙酮酸脫羧酶E2硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)

45、移酶E3二氫硫辛酸脫氫酶 Pyr Pyr氧化脫羧過程第一步脫羧反響不可逆，這一反響氧化脫羧過程第一步脫羧反響不可逆，這一反響 體系遭到產(chǎn)物和能量物質(zhì)的調(diào)理。體系遭到產(chǎn)物和能量物質(zhì)的調(diào)理。 乙酰乙酰CoACoA抑制硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶E2E2， NADH NADH抑制二氫硫辛酸脫氫酶抑制二氫硫辛酸脫氫酶E3E3。 抑制效應(yīng)可被抑制效應(yīng)可被CoA-SHCoA-SH和和NAD+NAD+逆轉(zhuǎn)。逆轉(zhuǎn)。 產(chǎn)物抑制產(chǎn)物抑制核苷酸調(diào)理核苷酸調(diào)理丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶E1受受GTP抑制抑制, 為為AMP活化，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)活化，當(dāng)細(xì)胞內(nèi) 富有活潑的化學(xué)能時，丙酮酸脫氫酶系活性降低。富有活潑的化學(xué)能時

46、，丙酮酸脫氫酶系活性降低。Pyr到乙酰CoA是處于各代謝途徑分支點(diǎn)的重要步驟。丙酮酸脫羧酶分子上特殊的丙酮酸脫羧酶分子上特殊的Ser殘基可被專注磷酸激酶殘基可被專注磷酸激酶 磷酸化磷酸化, 失去活性失去活性, 當(dāng)酶上磷酸基團(tuán)被專注的磷酸酶當(dāng)酶上磷酸基團(tuán)被專注的磷酸酶 水解時水解時, 活性恢復(fù)?；钚曰謴?fù)。共價修飾調(diào)理共價修飾調(diào)理ATP/ADPNADH/NAD+乙酰CoA/CoA-SH比值高時，比值高時，在檸檬酸合成酶在檸檬酸合成酶(citrate synthetase)催化下，乙酰催化下，乙酰CoA與草酰乙酸與草酰乙酸(oxaloacetate,OAA)縮合成檸檬縮合成檸檬酸酸(citrate

47、)。5.5.2 三羧酸循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)三羧酸循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)乙酰乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸與草酰乙酸縮合成檸檬酸此反響釋放能量，不可逆。此反響釋放能量，不可逆。乙酰乙酰CoA具有硫酯鍵，乙?；凶銐蚰芰颗c草酰乙酸的具有硫酯鍵，乙?；凶銐蚰芰颗c草酰乙酸的羧基進(jìn)展醛醇型縮合。先從羧基進(jìn)展醛醇型縮合。先從CH3CO基上除去一個基上除去一個H+,生成的陰離子對草酰乙酸羰基碳進(jìn)展親核攻擊，生成生成的陰離子對草酰乙酸羰基碳進(jìn)展親核攻擊，生成檸檬酰檸檬酰CoA中間體中間體,高能硫酯鍵水解放出游離檸檬酸。高能硫酯鍵水解放出游離檸檬酸。 變構(gòu)激活劑：變構(gòu)激活劑：AMP草酰乙酸和乙酰草酰乙酸和乙酰CoACoA合成檸檬

48、酸是合成檸檬酸是TCATCA的重要調(diào)理點(diǎn)。的重要調(diào)理點(diǎn)。 檸檬酸合成酶是變構(gòu)酶。檸檬酸合成酶是變構(gòu)酶。 變構(gòu)抑制劑：變構(gòu)抑制劑：ATP、 -酮戊二酸、酮戊二酸、NADH在順烏頭酸酶催化下，檸檬酸脫水生成順烏頭酸，在順烏頭酸酶催化下，檸檬酸脫水生成順烏頭酸， 加水生成異檸檬酸。加水生成異檸檬酸。 異檸檬酸構(gòu)成異檸檬酸構(gòu)成在異檸檬酸脫氫酶作用下，異檸檬酸氧化脫氫生成為在異檸檬酸脫氫酶作用下，異檸檬酸氧化脫氫生成為 草酰琥珀酸草酰琥珀酸(oxalosuccinate) 中間產(chǎn)物，再脫羧生成中間產(chǎn)物，再脫羧生成-酮戊二酸酮戊二酸(-ketoglutarate)、NADH、CO2。異檸檬酸氧化脫酸生成異

49、檸檬酸氧化脫酸生成-酮戊二酸酮戊二酸此反響為此反響為-氧化脫羧，此酶需求氧化脫羧，此酶需求Mg2+作為激活劑。作為激活劑。在在-酮戊二酸脫氫酶系作用下，酮戊二酸脫氫酶系作用下，-酮戊二酸氧化脫酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰羧生成琥珀酰CoA、NADH、CO2，氧化產(chǎn)生能量，氧化產(chǎn)生能量中一部分儲存于琥珀酰中一部分儲存于琥珀酰CoA的高能硫酯鍵中。的高能硫酯鍵中。 -酮戊二酸氧化脫羧酮戊二酸氧化脫羧硫辛酸硫辛酸-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體, 受受ATP、GTP、NADH、 琥珀酰琥珀酰CoA抑制抑制, 但不受磷酸化但不受磷酸化/去磷酸化的調(diào)控。去磷酸化的調(diào)控。 -酮酮戊戊二二酸酸脫脫氫

50、氫酶酶系系 -酮戊二酸脫羧酶酮戊二酸脫羧酶 硫辛酸琥珀?；D(zhuǎn)移酶硫辛酸琥珀?；D(zhuǎn)移酶二氫硫辛酸脫氫酶二氫硫辛酸脫氫酶3個酶6個輔酶TPPHS-CoANADFADMg 2+在琥珀酸硫激酶在琥珀酸硫激酶(succinate thiokinase)作用下，作用下，琥珀酰琥珀酰CoA硫酯鍵水解硫酯鍵水解, 生成琥珀酸生成琥珀酸, 釋放自在釋放自在能合成能合成GTP。琥珀酸的生成琥珀酸的生成細(xì)菌和高等生物可直接生成細(xì)菌和高等生物可直接生成ATP，在哺乳動物中，在哺乳動物中先生成先生成GTP, 再生成再生成ATP, 琥珀酰琥珀酰CoA生成琥珀生成琥珀酸和輔酶酸和輔酶A。 此步反響為底物程度磷酸化過程。此步

51、反響為底物程度磷酸化過程。琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶(succinate dehydrogenase)催化琥催化琥珀酸氧化成為延胡索酸珀酸氧化成為延胡索酸( 反丁烯二酸反丁烯二酸 )。琥珀酸脫氫生成延胡索酸琥珀酸脫氫生成延胡索酸 琥珀酸脫氫酶結(jié)合在線粒體內(nèi)膜上，琥珀酸脫氫酶結(jié)合在線粒體內(nèi)膜上，琥珀酸脫氫酶含有鐵硫中心和共價結(jié)合的琥珀酸脫氫酶含有鐵硫中心和共價結(jié)合的FAD，來自，來自 琥珀酸的電子經(jīng)過琥珀酸的電子經(jīng)過FAD和鐵硫中心，然后進(jìn)入電子和鐵硫中心，然后進(jìn)入電子 傳送鏈傳送鏈(ETC)到到O2。 其他其他TCA酶都存在于線粒體基質(zhì)中。酶都存在于線粒體基質(zhì)中。丙二酸是琥珀酸的類似物，是琥珀酸

52、脫氫酶強(qiáng)有力的丙二酸是琥珀酸的類似物，是琥珀酸脫氫酶強(qiáng)有力的競爭性抑制物，所以可以阻斷競爭性抑制物，所以可以阻斷TCA。 延胡索酸酶具有立體異構(gòu)專注性，僅對反丁烯二酸延胡索酸酶具有立體異構(gòu)專注性，僅對反丁烯二酸 ( 延胡索酸延胡索酸 )起作用，而對順丁烯二酸起作用，而對順丁烯二酸( 馬來酸馬來酸 )那么那么 無催化作用。無催化作用。蘋果酸的生成蘋果酸的生成延胡索酸在延胡索酸酶作用下水化生成蘋果酸延胡索酸在延胡索酸酶作用下水化生成蘋果酸(Mal)。在蘋果酸脫氫酶在蘋果酸脫氫酶(malic dehydrogenase)作用下作用下, 蘋果酸脫氫氧化生成草酰乙酸蘋果酸脫氫氧化生成草酰乙酸(OAA)。

53、草酰乙酸再生草酰乙酸再生NAD是蘋果酸脫氫酶的輔酶，接受氫成為NADH。Citric acid cycleCitrateSuccinyl-CoAsynthetaseAconitaseCitrate synthaseSuccinatedehydrogenaseGTPGDPOxaloacetatePyruvateAconitaseIs ocitratedehydrogenaseIs ocitratedehydrogenase -KetoglutaratedehydrogenaseSuccinyl-CoA-KetoglutarateMalatedehydrogenasePyruvatedehydro

54、genaseFumaraseC is-AconitateIsocitrateO xalosuccinateSuccinateFumarateMalateFADFADH2NADNADHCO2NADNADHCO2NADNADHH2OH2OH2ONADNADHCO2TCA循環(huán)總結(jié) 4NAD5步氧化復(fù)原 1FAD4步不可逆3步脫羧2步加水1步底物程度磷酸化(GDP)TCA中間產(chǎn)物處于不斷更新之中,可參與合成其他物質(zhì)，而其他物質(zhì)也可不斷經(jīng)過多種途徑而生成中間產(chǎn)物。5.5.2.2 草酰乙酸的回補(bǔ)反響草酰乙酸的回補(bǔ)反響 -酮戊二酸和草酰乙酸是酮戊二酸和草酰乙酸是Glu和和Asp合成的碳架，琥珀合成的碳架，琥

55、珀 酰酰CoA是卟啉環(huán)合成的前體，檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)至胞液后是卟啉環(huán)合成的前體，檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)至胞液后 裂解成乙酰裂解成乙酰CoA用于脂肪酸合成，均導(dǎo)致草酰乙酸用于脂肪酸合成，均導(dǎo)致草酰乙酸 濃度下降而影響三羧酸循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)。濃度下降而影響三羧酸循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 經(jīng)過經(jīng)過Pyr的羧化、的羧化、PEP的羧化、的羧化、Asp轉(zhuǎn)氨、轉(zhuǎn)氨、Glu轉(zhuǎn)氨等轉(zhuǎn)氨等 回補(bǔ)反響可維持草酰乙酸濃度，使回補(bǔ)反響可維持草酰乙酸濃度，使TCA正常運(yùn)轉(zhuǎn)。正常運(yùn)轉(zhuǎn)。丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下構(gòu)成草酰乙酸。丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下構(gòu)成草酰乙酸。草酰乙酸的回補(bǔ)主要途徑草酰乙酸的回補(bǔ)主要途徑丙酮酸的羧化丙酮酸的羧化在動植物和微生物中，還存在由蘋

56、果酸酶和蘋果酸在動植物和微生物中，還存在由蘋果酸酶和蘋果酸 脫氫酶結(jié)合催化，由丙酮酸合成草酰乙酸。脫氫酶結(jié)合催化，由丙酮酸合成草酰乙酸。PEP在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶作用下構(gòu)成草酰乙酸。 反響在胞液中進(jìn)展，生成的草酰乙酸需轉(zhuǎn)變成蘋果酸 后穿越進(jìn)入線粒體，再脫氫生成草酰乙酸。 PEP的羧化的羧化天冬氨酸和谷氨酸轉(zhuǎn)氨作用天冬氨酸和谷氨酸轉(zhuǎn)氨作用Asp和Glu經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用可構(gòu)成草酰乙酸和-酮戊二酸。Ile、Val、Thr、Met 也可構(gòu)成琥珀酰CoA。TCA中有 3次脫羧基反響，經(jīng)過脫羧作用生成CO2， 是機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生CO2的普遍規(guī)律。5.5.2.3 TCA中的化學(xué)計(jì)量和特點(diǎn)中的化學(xué)計(jì)量和特點(diǎn) CO2的

57、生成的生成Pyr經(jīng)Pyr脫氫酶系催化, 釋放1CO2轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA， 乙酰CoA進(jìn)入TCA與草酰乙酸縮合成檸檬酸, 在TCA 中有2次脫羧, 生成 2CO2與進(jìn)入TCA的二碳乙?；?的碳原子數(shù)相等。 以以CO2CO2方式失去的碳并非來自乙?；绞绞サ奶疾⒎莵碜砸阴；? ,而是來自草酰乙酸。而是來自草酰乙酸。1分子分子Pyr經(jīng)經(jīng)TCA脫氫構(gòu)成脫氫構(gòu)成4NADH和和1FADH2，經(jīng)，經(jīng) 氧化磷酸化分別能產(chǎn)生氧化磷酸化分別能產(chǎn)生10個和個和1.5個共個共11.5個個ATP， 加上加上TCA本身生成的本身生成的1個個GTP，共，共12.5個個ATP。脫氫反響脫氫反響TCA有5次脫氫, 4對H復(fù)原N

58、AD生成 4NADH, 1對H 復(fù)原FAD生成1FADH2 , 它們經(jīng)線粒體內(nèi)遞氫體系 傳送H ，最終與O2結(jié)合生成H2O，在此過程中釋放 能量使ADP和Pi 結(jié)合生成ATP (氧化磷酸化) 。1G 產(chǎn)生產(chǎn)生2Pyr，經(jīng)，經(jīng) TCA 產(chǎn)生產(chǎn)生12.5225ATP， 這遠(yuǎn)多于這遠(yuǎn)多于EMP所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的7ATP。5.5.3 三羧酸循環(huán)的調(diào)控三羧酸循環(huán)的調(diào)控4步不可逆反響琥珀酰琥珀酰CoA合成合成 -酮戊二酸合成酮戊二酸合成TCA只能向一方向進(jìn)展，產(chǎn)物反響抑制限速酶：4個限速酶檸檬酸合酶檸檬酸合酶( 關(guān)鍵限速酶關(guān)鍵限速酶 )異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 -酮戊二酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶 乙酰乙酰C

59、oA合成合成檸檬酸合成檸檬酸合成 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體丙酮酸脫氫酶復(fù)合體TCA是機(jī)體產(chǎn)能的主要方式，ATP/ADP與NADH/NAD 兩者的比值是主要調(diào)理物。ATP/ADP比值升高，抑制檸檬酸合成酶和異檸檬酶 脫氫酶活性，反之ATP/ADP比值下降那么可激活。NADH/NAD比值升高抑制檸檬酸合成酶和-酮戊二酸脫氫酶活性。此外，檸檬酸抑制檸檬酸合成酶活性，而琥珀酰此外，檸檬酸抑制檸檬酸合成酶活性，而琥珀酰CoA 抑制抑制-酮戊二酸脫氫酶活性。酮戊二酸脫氫酶活性。組織中代謝產(chǎn)物決議循環(huán)反響的速度，以便調(diào)理機(jī)體組織中代謝產(chǎn)物決議循環(huán)反響的速度，以便調(diào)理機(jī)體ATP和和NADH濃度，保證機(jī)體能量供應(yīng)。濃

60、度，保證機(jī)體能量供應(yīng)。TCA是生物體產(chǎn)能最有效的方式。1分子G經(jīng)無氧酵解 凈生成2個ATP,經(jīng)TCA徹底氧化分解共生成32個ATP。不但釋能效率高，且逐漸釋能并逐漸儲存于ATP中。5.5.4 TCA的生理意義的生理意義 TCA TCA是機(jī)體獲取能量的主要方式。是機(jī)體獲取能量的主要方式。 TCA TCA是物質(zhì)代謝的樞紐。是物質(zhì)代謝的樞紐。TCA是糖、脂肪、蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)徹底氧化分解的 共同途徑,同時也是幾大類物質(zhì)相互轉(zhuǎn)變的中心環(huán)節(jié), 因此具有代謝的樞紐作用。TCATCA的一些中間產(chǎn)物也是某些植物的貯藏物質(zhì)。的一些中間產(chǎn)物也是某些植物的貯藏物質(zhì)。檸檬酸、蘋果酸等既是生物氧化基質(zhì)，又是積累物質(zhì)。