王鏡巖-生物化學(xué)-經(jīng)典課件-糖代謝1講課稿

1、王鏡巖-生物化學(xué)-經(jīng)典課件-糖代謝130年代 Embden 和 Meyerhof對(duì)糖的無(wú)氧分解進(jìn)行深入研究，基本搞清了無(wú)氧分解的途徑，故這一途徑也稱作Embden - Meyerhof途徑。二、糖酵解過(guò)程概述 四、糖酵解第一階段的反應(yīng)機(jī)制 (一) 葡萄糖的磷酸化 己糖激酶是調(diào)控酶，受葡萄糖-6-磷酸的抑制。該酶催化的反應(yīng)釋放大量能量，為不可逆反應(yīng)。HexokinaseGlucoseInduced fit 己糖激酶(哺乳動(dòng)物為單體酶,酵母為二聚體)有4種同工酶，同工酶主要存在于腦和腎，葡萄糖-6-磷酸對(duì)該酶有抑制作用，少量的無(wú)機(jī)磷可解除葡萄糖-6-磷酸的抑制作用，同工酶主要存在于骨骼肌和心肌，同

2、工酶主要存在于肝臟和腎臟，同工酶 (葡萄糖激酶)只存在于肝臟，其合成受胰島素的誘導(dǎo)。葡萄糖-6-磷酸的代謝途徑(二) 葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)化形成果糖-6-磷酸 人類的磷酸葡萄糖異構(gòu)酶為二聚體(三) 果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸 磷酸果糖激酶亞基的結(jié)構(gòu)（四個(gè)亞基）白色為ATP，紅色為果糖-6-磷酸 磷酸果糖激酶催化的反應(yīng)不可逆，ATP是別構(gòu)抑制劑, F-2,6-BP是別構(gòu)激活劑。兩次磷酸化使葡萄糖轉(zhuǎn)化為反應(yīng)活性很高的F-1,6-BP，有利于隨后的分解反應(yīng)。 磷酸果糖激酶是關(guān)鍵的調(diào)控酶，有4個(gè)亞基，3種同工酶，同工酶A存在于骨骼肌和心肌，對(duì)磷酸肌酸、檸檬酸、無(wú)機(jī)磷酸的抑制作用最敏感；同工

3、酶B存在于肝臟和紅細(xì)胞，對(duì)2,3-二磷酸甘油酸 (BPG) 的抑制作用最敏感；同工酶C存在于腦中，對(duì)腺嘌呤核苷酸的作用最敏感。(四) 果糖-1，6-二磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸和二羥丙酮磷酸 *23970 = -8.314310lnKK=10-4FBPDHAP+G3P1-X X X若FBP為: 1mol/L10-4= X2 / (1 X) X=10-2若FBP為: 10-5mol/L10-4= X2 / (10-5 X) X=0.92 10-5 醛縮酶有多種同工酶，型醛縮酶存在于高等動(dòng)植物，為四聚體,有3種同工酶，A主要存在于肌肉中，B主要存在于肝臟，C主要存在于腦組織， 3種同工酶均由4中不

4、同的亞基組成。型醛縮酶存在于微生物，相對(duì)分子質(zhì)量只有型醛縮酶的一半，含有二價(jià)金屬離子。果糖-1，6-二磷酸濃度較低時(shí)，容易轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸和二羥丙酮磷酸。 果糖-1，6-二磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸和二羥丙酮磷酸的反應(yīng)機(jī)制(五) 二羥丙酮磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸 丙糖磷酸異構(gòu)酶為四聚體，圖中所示為單體的結(jié)構(gòu)，紅色為二羥丙酮磷酸。反應(yīng)機(jī)制五、酵解第二階段放能階段的反應(yīng)機(jī)制 (一 ) 甘油醛-3-磷酸氧化成1，3-二磷酸甘油酸從兔的肌肉中分離的甘油醛-3-磷酸脫氫酶有4個(gè)相同的亞基砷酸化合物迅速分解，不能生成ATP(二) 1，3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)移高能磷酸基團(tuán)形成ATP (三) 3-磷酸甘油

5、酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶為二聚體酵母的反應(yīng)機(jī)制麥芽的反應(yīng)機(jī)制(四) 2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶為二聚體(五) 磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸岵a(chǎn)生一個(gè)ATP分子 丙酮酸激酶為四聚體，反應(yīng)可以看作2步。A mechanism for the pyruvate kinase reaction: (a) a water on the Mg2+ ion coordinated to ADP is replaced by the phosphoryl group of PEP; (b) Mg2+ dissociates from the -P of ADP; (c) t

6、he phosphoryl group is transferred;and (d) the enolate of pyruvate is protonated.六、由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿颖崮芰哭D(zhuǎn)變的估算 ATP的生成數(shù)七、丙酮酸的去路和NAD+ 的再生九、其他六碳糖進(jìn)入糖酵解途徑 半乳糖的代謝途徑缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶使晶狀體半乳糖增高，引起白內(nèi)障，嚴(yán)重時(shí)引起生長(zhǎng)停滯，智力遲鈍，甚至引起肝損傷導(dǎo)致死亡。反應(yīng)的乒乓動(dòng)力學(xué)機(jī)制甘油分解的途徑基本要求1.熟悉糖酵解作用的研究歷史。2.掌握糖酵解過(guò)程的概況。（重點(diǎn)）3.熟悉糖酵解作用的反應(yīng)過(guò)程。（難點(diǎn)）4.掌握糖酵解過(guò)程的能量計(jì)算。（重點(diǎn)

7、）5.掌握丙酮酸的去路。（重點(diǎn)）6.掌握糖酵解作用的調(diào)節(jié)。（重點(diǎn)）7.熟悉其他六碳糖進(jìn)入糖酵解的途徑。檸檸檬檬酸酸循循環(huán)環(huán) 第23章一、檸檬酸循環(huán)概貌 又稱三羧酸循環(huán)（Tricarboxylic acid cycle,TCA ），或Krebs循環(huán)，是物質(zhì)代謝的樞紐。二、丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的準(zhǔn)備階段:形成乙酰-CoA E1：丙酮酸脫氫酶， E2：二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；福?E3：二氫硫辛酸脫氫酶。有5種輔酶參與反應(yīng)。催化丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴?CoA的反應(yīng)步驟 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的結(jié)構(gòu) 12個(gè)丙酮酸脫氫酶二聚體 (PDH, E1,黃色)構(gòu)成立方體，8個(gè)二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；溉垠w (TA, E2 ,粉色)

8、構(gòu)成另一個(gè)立方體，6個(gè)二氫硫辛酸脫氫酶二聚體 (DLD, E3 ,藍(lán)色)與上述兩個(gè)立方體相互嵌合，構(gòu)成一個(gè)由60個(gè)亞基組成的復(fù)雜的復(fù)合體。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控 E1被磷酸化活力降低，脫磷酸活力增高，乙酰-CoA競(jìng)爭(zhēng)性抑制E2, NADH競(jìng)爭(zhēng)性抑制E3。 亞砷酸鹽及有機(jī)砷化合物抑制作用的機(jī)制之一是使還原型硫辛酰胺形成無(wú)催化能力的砷化物。同樣的機(jī)制還可抑制-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體。 活力降低活力降低三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機(jī)制 (一) 草酰乙酸(oxaloacetate)與乙酰-CoA縮合(condense)形成檸檬酸 反應(yīng)不可逆.檸檬酸合酶為二聚體，圖中所示為亞基的結(jié)構(gòu)。草酰乙酸為黃色，CoA為紅

9、色。ATP，NADH，琥珀酰- CoA， 酯酰-CoA抑制該酶的活性。(二) 檸檬酸異構(gòu)化形成異檸檬酸 烏頭酸酶為二聚體，圖中所示為活性部位的結(jié)構(gòu)。鐵硫串為紅色，半胱氨酸為黃色，異檸檬酸為白色。烏頭酸酶的鐵-硫串在反應(yīng)中的作用氟乙酸形成的氟檸檬酸對(duì)烏頭酸酶有抑制作用(三) 異檸檬酸氧化形成-酮戊二酸 異檸檬酸脫氫酶為四聚體（2）,圖中所示的活性部位。異檸檬酸為綠色，NADP+為金色, Ca2+為紅色。ADP，NAD是該酶的別構(gòu)激活劑，ATP，NADH是該酶的別構(gòu)抑制劑。(四) -酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰-CoA 該酶的結(jié)構(gòu)，催化及調(diào)控機(jī)制與丙酮酸脫氫酶相似。(五) 琥珀酰-CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸

10、并產(chǎn)生一個(gè)高能磷酸鍵琥珀酰-CoA合成酶為二聚體，反應(yīng)的G大約為0，反應(yīng)可逆。Succinyl-CoASynthetase fromE. coliCoenzyme AHis246-Pi(六) 琥珀酸脫氫形成延胡索酸 琥珀酸脫氫酶為二聚體，活性部位有鐵硫串。琥珀酸脫氫的抑制劑(七) 延胡索酸水合形成L-蘋(píng)果酸 延胡索酸酶為四聚體，有兩種可能的反應(yīng)機(jī)制。反應(yīng)的G大約為0，反應(yīng)可逆。(八) L-蘋(píng)果酸脫氫形成草酰乙酸 蘋(píng)果酸脫氫酶為二聚體，反應(yīng)的G大約為0，反應(yīng)可逆。L-蘋(píng)果酸脫氫酶的結(jié)構(gòu)蘋(píng)果酸為紅色，NAD+為藍(lán)色。脫氫酶的作用脫氫酶的活性中心乙酰-CoA碳原子在檸檬酸循環(huán)中的命運(yùn)四、檸檬酸循環(huán)的

11、化學(xué)總結(jié)算 檸檬酸循環(huán)有4個(gè)脫氫步驟,其中3對(duì)電子經(jīng)NADH傳遞給氧,每對(duì)電子產(chǎn)生2.5個(gè)ATP,一對(duì)電子經(jīng)FADH2傳遞給氧,產(chǎn)生1.5個(gè)ATP,檸檬酸循環(huán)本身產(chǎn)生1個(gè)ATP,每次循環(huán)產(chǎn)生 7.5+1.5+1=10個(gè)ATP. 過(guò)去的計(jì)算是9+2+1=12個(gè)ATP. 五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控 六. 乙醛酸途徑 蘋(píng)果酸合成酶的反應(yīng)異檸檬酸裂解酶的反應(yīng)七、檸檬酸循環(huán)的雙重作用檸檬酸循環(huán)提供多種合成代謝的中間物檸檬酸循環(huán)中間產(chǎn)物的補(bǔ)充此外，乙醛酸途徑 和氨基酸脫氨基均可生成檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物。八、檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)歷史 1937年Hans Krebs 提出檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機(jī)制,其主要的依據(jù)有: Kreb

12、s 于1932年發(fā)現(xiàn)乙酸，琥珀酸，延胡索酸，蘋(píng)果酸，檸檬酸，草酰乙酸可以促進(jìn)組織勻漿或切片的氧化作用；Albert Szent-Gyoryi發(fā)現(xiàn)少量的四碳二羧酸可以加快糖類氧化反應(yīng)的速度，提出可能存在一個(gè)酶促的系列反應(yīng)。他還發(fā)現(xiàn)了丙二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制作用；Carl Martius 和Franz Knoop發(fā)現(xiàn)檸檬酸可以轉(zhuǎn)化為圖示的其他有機(jī)酸； Krebs發(fā)現(xiàn)草酰乙酸可以和活性乙酸反應(yīng)生成檸檬酸，在反映體系中過(guò)量加入其中的任意一種有機(jī)酸可以很快轉(zhuǎn)化為其他的有機(jī)酸，因而提出反應(yīng)體系構(gòu)成一個(gè)循環(huán)?；疽?.熟悉形成乙酰-CoA 的過(guò)程。（難點(diǎn)）2.掌握檸檬酸循環(huán)的概況。（重點(diǎn)）3.熟悉檸檬酸

13、循環(huán)的反應(yīng)機(jī)制。（難點(diǎn)）4.掌握檸檬酸循環(huán)的能量計(jì)算。（重點(diǎn)）5.熟悉檸檬酸循環(huán)的調(diào)控和雙重作用。（難點(diǎn)）6.熟悉檸檬酸循環(huán)的研究歷史。第第2424章章 電子傳遞和電子傳遞和氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用 一、氧化-還原電勢(shì)(一) 氧化-還原電勢(shì) 生物氧化是通過(guò)加氧、脫氫或失電子而進(jìn)行的，加氧反應(yīng)較少見(jiàn)，氧原子通常是通過(guò)加水再脫氫引入代謝物的。代謝物中生成的羧基，可通過(guò)脫羧基作用生成二氧化碳。脫氫或失電子反應(yīng)是生物氧化的主要方式，反應(yīng)過(guò)程中伴隨著氧化-還原電勢(shì)的變化。= E= E正極正極- - E E負(fù)極負(fù)極(二) 生物體中某些重要的氧化-還原電勢(shì)(三 )電勢(shì)和自由能的關(guān)系 G0= -nFE0(

14、四)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)和平衡常數(shù)的關(guān)系 E0 = (RT / nF)lnk = E0+(RT/nF)lnox/red二、電子傳遞和氧化呼吸鏈（一）呼吸鏈的概念（二）呼吸鏈的各個(gè)成員1.NAD2.FAD3.CoQ4.細(xì)胞色素5.鐵硫蛋白（三）呼吸鏈的結(jié)構(gòu)1.氧化還原電位2.阻斷劑實(shí)驗(yàn)3.亞組分重組實(shí)驗(yàn)電子傳遞鏈的氧化還原電位黑線表示E0 ,紅線表示E復(fù)合體的電子傳遞途徑4.線粒體內(nèi)膜的電子傳遞途徑復(fù)合體的結(jié)構(gòu)和電子傳遞途徑復(fù)合體的結(jié)構(gòu)*黏噻唑菌醇黏噻唑菌醇復(fù)合體的電子傳遞途徑復(fù)合體的結(jié)構(gòu)復(fù)合體的電子傳遞The electron transfer pathway for cytochrome oxidas

15、e.The CuA site of cytochrome oxdase.The binuclear center of cytochrome oxdaseA model for the mechanism of O2 reduction by cytochrome oxdase三、氧化磷酸化作用 （一）線粒體的結(jié)構(gòu) （二）氧化磷酸化作用機(jī)制 對(duì)三氟甲氧基苯腙羰基氰基化物對(duì)三氟甲氧基苯腙羰基氰基化物二環(huán)己基羰二亞胺二環(huán)己基羰二亞胺雙香豆素雙香豆素2-噻吩甲酰噻吩甲酰三氟丙酮三氟丙酮?dú)⒎鄣貧⒎鄣毓苿┕苿ㄈ┵|(zhì)子梯度的形式（四 ）ATP合成機(jī)制A model of the F1and

16、f0 components of the ATP synthase .a rotation molecular motor.The a,b,and subunits constiture the stator of the motor,and the c,and subunits form the rotor.Flow of protons through the structure turns the rotor and drive the cycle of conformation changes in and that synthesize ATP.Molecular graphic i

17、mages (a) side view and (b) top view of F1-ATP synthase.The -subunit is the pink structure visible in the center of view (b).The binding change mechanism for ATP synthesis by ATP synthase實(shí)驗(yàn)證明3個(gè)質(zhì)子通過(guò)離子通道可以合成一個(gè)ATPOutward trasport of ATP(via the ATP/ADP translocase) is favored by the membrane electroche

18、mical potential(五）氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制劑魚(yú)藤酮安密妥二環(huán)己基羰二亞胺電子傳遞鏈的抑制劑2-噻吩甲酰三氟丙酮雙香豆素雙香豆素解偶聯(lián)劑對(duì)三氟甲氧基苯腙羰基氰化物對(duì)三氟甲氧基苯腙羰基氰化物The rotary motion of the bacterial flagella is energized directly by the proton gradient across the inner plasma membrane.（六）細(xì)胞溶膠內(nèi)NADH的再氧化 甘油-3-磷酸穿梭主要存在于肌肉和神經(jīng)組織蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于肝、腎、心等組織(七)氧化磷酸化的調(diào)控殺黑星菌素殺黑星菌素(八) 葡萄糖徹底氧化的總結(jié)算(九) 氧的不完全還原 氧的徹底還原需要4個(gè)電子，1個(gè)電子使