復(fù)旦大學(xué)生化-糖代謝4課件

糖代謝

(CarbohydrateMetabolism)糖的消化吸收糖的分解代謝血糖及其調(diào)節(jié)糖元的合成與分解糖元異生糖代謝紊亂

糖酵解EMP糖酵解：一分子葡萄糖通過(guò)一系列的酶促反應(yīng)生成2分子丙酮酸，并生成ATP和NADH的過(guò)程。六碳糖分解為2分子丙酮酸需經(jīng)10步反應(yīng)：前5步反應(yīng)為第一階段/準(zhǔn)備階段(preparatoryphase)，1Glc轉(zhuǎn)變?yōu)?三碳物：磷酸二羥丙酮和3-磷酸甘油醛，消耗2ATP。

第二階段是能量獲得（代償）階段（payoffphase)，3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔?ATP和2NADH+H+。

葡萄糖6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖糖原6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮1,3-二磷酸甘油酸×2磷酸烯醇式丙酮酸×2烯醇式丙酮酸×2丙酮酸×2乳酸×2(胞液)己糖激酶磷酸果糖激酶3-磷酸甘油酸×22-磷酸甘油酸×22ADP2ATP丙酮酸激酶NAD+NADH+H+NADH+H+ADPATPADPATP脫氫酶2ATP2ADP糖酵解NADH+H+NAD+EMP生理意義1)迅速提供能量，尤其對(duì)肌肉收縮。

2）機(jī)體缺氧或肌肉局部血流不暢時(shí)的供能。

3）為強(qiáng)制性酵解組織供能。紅細(xì)胞因?yàn)闆](méi)有線粒體，能量幾乎全部由糖酵解提供。神經(jīng)細(xì)胞、白細(xì)胞、骨髓等代謝極為活躍，耗能多，即使不缺氧也常由EMP提供部分能量。對(duì)于眼角膜，由于血液循環(huán)差，可利用的氧有限，需要EMP提供所需的能量。糖的有氧氧化

(AerobicOxidation)

葡萄糖或糖原在有氧條件下通過(guò)與糖酵解相同的途徑分解為丙酮酸，進(jìn)而徹底氧化成二氧化碳和水，并產(chǎn)生大量ATP的過(guò)程。反應(yīng)部位胞液和線粒體生理意義

1.一般狀況下人體大多數(shù)組織獲能的主要方式，1Glc38ATP；2.是三大類(lèi)能量物質(zhì)共同的分解代謝途徑；3.糖有氧氧化的三羧酸循環(huán)不僅僅是糖、脂肪和氨基酸在體內(nèi)氧化功能的共同通路，也是它們的互變樞扭。糖原或葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA三羧酸循環(huán)CO2+H2O+ATP有氧氧化(胞液)(線粒體)乳酸糖酵解

糖的有氧氧化概況三羧酸循環(huán)

[TricarboxylicAcidCycle-TCA循環(huán)]

有氧條件下大多數(shù)生物共有的物質(zhì)分解代謝途徑。Thunberg(1920),H.

Krebs(1932),AlbertSzent-Gy?rgyi

(1935)發(fā)現(xiàn)代謝現(xiàn)象，CarlMartins(1937)和FrankKnoop闡明了從檸檬酸到琥珀酸的氧化途徑。Krebs(1937)證實(shí)了代謝過(guò)程，并提出環(huán)狀氧化途徑概念。后來(lái)發(fā)現(xiàn)這一途徑在動(dòng)物、植物和微生物中普遍存在，不僅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。Krebs(1953)獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，并被稱(chēng)為ATP循環(huán)之父，這一途徑又被稱(chēng)為Krebs循環(huán)或檸檬酸循環(huán)。HansAdolfKrebs（1990-1981,Germany).Krebs'researchesmainlyconcernedwithvariousaspectsofintermediarymetabolism.Amongthesubjectshehasstudiedarethesynthesisofureainthemammalianliver,thesynthesisofuricacidandpurinebasesinbirds,theintermediarystagesoftheoxidationoffoodstuffs,themechanismoftheactivetransportofelectrolytesandtherelationsbetweencellrespirationandthegenerationofadenosinepolyphosphates.文章被拒也許是科學(xué)家常遭遇的事情，很常見(jiàn)，諾獎(jiǎng)得主的文章遭據(jù)你聽(tīng)過(guò)嗎?近期TheScientist就爆出一件秘辛，1953年諾獎(jiǎng)得主HansKrebs在1937年曾向Nature投稿遭拒。1988年，當(dāng)Krebs已經(jīng)辭世7年，Nature雜志匿名編輯在一篇公開(kāi)信上指出，拒絕Krebs的文章是Nature雜志有史以來(lái)所犯的最大錯(cuò)誤。檸檬酸循環(huán)是“燃料”物質(zhì)氧化分解的中心途徑丙酮酸脫氫酶復(fù)合物

Pyruvatedehydrogenasecomplex

丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA的反應(yīng)由丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化完成，反應(yīng)發(fā)生于真核生物的線粒體中，是連接糖酵解與三羧酸循環(huán)的中心環(huán)節(jié)。酶復(fù)合物是一個(gè)多酶體系，由三種酶蛋白和六種輔助因子組成，分別是丙酮酸脫氫[羧]酶[E1]、二氫硫辛酸(酰胺）轉(zhuǎn)乙酰酶[E2]和二氫硫辛酸（酰胺）脫氫酶[E3]。輔助因子包括硫胺素焦磷酸[TPP]、硫辛酰胺、FAD、NAD+、CoA和Mg2+。PyruvatedHEComplex丙酮酸脫氫酶二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶二氫硫辛酸脫氫酶硫胺素焦磷酸硫辛酰胺PydHE復(fù)合物催化5步反應(yīng)1)

Py脫羧生成羥乙基-TPP；2)

二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶催化羥乙基TPP氧化為乙?；?，并轉(zhuǎn)移給硫辛酰胺形成乙酰硫辛酰胺；3)二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶催化乙酰硫辛酰胺上的乙?；D(zhuǎn)移給CoA生成乙酰CoA；4)二氫硫辛酸dHE催化還原的硫辛酸再氧化，并將氫交給FAD生成FADH2-E；5)

FADH2使NAD+還原。

丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化丙酮酸氧化脫羧丙酮酸脫氫酶復(fù)合物

催化丙酮酸氧化脫羧Mg2+反應(yīng)不可逆輔酶A[CoenzymeA,CoA]活性乙酸PydHE復(fù)合物的調(diào)節(jié)II

3)可逆磷酸化作用的共價(jià)調(diào)節(jié)（covalentregulation），ATP存在時(shí)，Py脫氫酶(E1）酶分子上的Ser-OH被蛋白激酶催化磷酸化而失去活性，一旦磷酸基團(tuán)被磷酸酯酶催化水解[去磷酸化]可恢復(fù)活性。

細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP、AcetylCoA/CoA、NADH/NAD+高時(shí)，磷酸化作用加強(qiáng)；Ca2+促進(jìn)去磷酸化作用，insulin也可刺激去磷酸化作用。

PydHE復(fù)合物的調(diào)節(jié)III砷化物與E2中的輔基硫辛酰胺形成無(wú)催化能力的砷化物。Ca2+激活：Ca2+通過(guò)激活磷酸酶的作用，使丙酮酸脫氫酶活化。檸檬酸[三羧酸]循環(huán)

CitricAcidCycle[Tricarboxylic

Acid

Cycle(TCA),KrebsCycle]

乙酰CoA經(jīng)一系列（8步反應(yīng)）的氧化、脫羧，最終生成CO2、還原電子和部分能量的過(guò)程。乙酰CoA與草酰乙酸縮合生成檸檬酸，再經(jīng)一系列的氧化、脫羧，循環(huán)后再生草酰乙酸，其中生成2CO2,3[NADH+H+],1GTP[ATP],1FADH2。

TCA循環(huán)的底物和產(chǎn)物(1)______________________C2C6C4C4C5NADH+H+CO2NADH+H+CO2GTPFADH2NADH+H+TCA示意圖檸檬酸合成酶空的酶構(gòu)象結(jié)合草酰乙酸的構(gòu)象草酰乙酸CoA烏頭酸酶作用于檸檬酸

生成異檸檬酸氟檸檬酸致死合成（Lethalsynthesis)

氟乙酰CoA(氟乙酸、氟乙酸鈉、氟乙酰胺）在酶的作用下與草酰乙酸生成氟檸檬酸，順烏頭酸酶只識(shí)別檸檬酸，對(duì)氟檸檬酸沒(méi)有作用，致使TCA中斷，這種由外來(lái)底物經(jīng)生物體合成代謝為一類(lèi)對(duì)生物體有毒性或可以致死產(chǎn)物的合成為致死合成(lethalsynthesis)。在代謝研究的應(yīng)用上，被廣泛用于殺蟲(chóng)劑或滅鼠藥的生產(chǎn)。

異檸檬酸氧化脫羧生成-酮戊二酸

TCA的第一次氧化脫羧，產(chǎn)物為-酮戊二酸。細(xì)胞內(nèi)有兩種異檸檬酸dHE，線粒體中只以NAD+為氫受體；另一種以NADP+為氫受體（胞質(zhì)及線粒體中都有存在），前者為Mg2+及Mn2+所活化，是別構(gòu)酶，正調(diào)控物是ADP，缺乏ADP時(shí)沒(méi)有活力，ATP及NADH對(duì)酶有抑制作用。羥酸酮酸-裂解?-酮戊二酸氧化脫羧氧化釋放的能量貯存于硫酯鍵中-酮戊二酸dHE

Complex

與PydHE復(fù)合物的組成及作用相似，包括三個(gè)酶組分:1）-酮戊二酸dHE(E1’) 2）琥珀酰轉(zhuǎn)移酶(E2’)3）二氫硫辛酸dHE(E3’)

還有六種輔助因子：TPP、CoA、FAD、NAD+、Lipoicacid(Lipoamide)及Mg2+。是調(diào)節(jié)酶，受產(chǎn)物NADH、succinylCoA和Ca2+抑制；ATP、GTP對(duì)酶有反饋抑制；不受可逆磷酸化的共價(jià)調(diào)節(jié)。

琥珀酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁徵牾oA合成酶（也稱(chēng)琥珀酸硫激酶）

琥珀酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁?，產(chǎn)生1GTP(ATP)，由琥珀酰CoA合成酶催化。反應(yīng)循環(huán)至此，碳原子數(shù)恢復(fù)4個(gè)。在隨后的4步反應(yīng)中，琥珀酰基被轉(zhuǎn)換回草酰乙酸。TCA的底物水平磷酸化

琥珀酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁幔a(chǎn)生1GTP(ATP)，由琥珀酰CoA合成酶（琥珀酸硫激酶）催化。琥珀酸脫氫生成延胡索酸丙二酸琥珀酸脫氫酶(SuccinatedHE)

催化琥珀酸脫氫生成延胡索酸，H受體是FAD。琥珀酸dHE是真核生物TCA中唯一一個(gè)摻入線粒體內(nèi)膜的酶[原核生物參入質(zhì)膜]，直接與呼吸鏈相連。產(chǎn)物延胡索酸（反丁烯二酸），順丁烯二酸（馬來(lái)酸，maleicacid）不能參加代謝，對(duì)機(jī)體有毒。丙二酸(malonate)是酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。延胡索酸水化生成L-蘋(píng)果酸

L-蘋(píng)果酸脫氫再生草酰乙酸

延胡索酸

H2O

蘋(píng)果酸

延胡索酸酶(延胡索酸水化酶)

TCA循環(huán)反應(yīng)TCA流程圖TCA各步反應(yīng)表TCA小結(jié)

循環(huán)從C4物與乙酰CoA縮合生成C6物開(kāi)始；每一次循環(huán)經(jīng)歷兩次脫羧，放出2CO2;每一循環(huán)經(jīng)歷四次脫氫，其中3次以NAD+為氫受體，1次以FAD為氫受體；每循環(huán)一次，底物水平磷酸化一次生成1GTP(ATP)。TCA小結(jié)（續(xù)）循環(huán)一次結(jié)束以C4物（草酰乙酸）重新生成為標(biāo)志?？偡磻?yīng)：

AcetylCoA+2H2O+3NAD++FAD+GDP+Pi

2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+GTP+CoA-SH

葡萄糖分解的能量代謝

Glucose（胞液）

-2ATP

+4ATP,+2(NADH+H+)

（經(jīng)穿梭系統(tǒng)進(jìn)入線粒體）

2Py（線粒體）

+2(NADH+H++2CO2）TCA

+2[2CO2+3(NADH+H+)

+FADH2+GTP]

氧化磷酸化，36or38ATP葡萄糖+2ADP+2Pi→2乳酸（2乙醇+2CO2

）+2ATP糖的無(wú)氧氧化能量利用率：葡萄糖徹底氧化-2870.22kJ/mol，利用60.1kJ/mol(30.5×2)利用率2.1%葡萄糖+10NAD++2ADP+2GDP+4Pi+2FAD→6CO2+6H2O+10NADH+10H++2ATP+2GTP+2FADH2糖的有氧氧化葡萄糖糖酵解三羧酸循環(huán)丙酮酸乙酰CoA丙酮酸脫氫酶系2ATP2NADH2NADH2GTP6NADH2FADH26~8ATP6ATP24ATP36~38ATP能量利用率：葡萄糖徹底氧化-2870.22kJ/mol，38個(gè)ATP貯存1159.0kJ/mol(30.5×38)。能量利用率40.4%三羧循環(huán)的生物學(xué)意義是生命有機(jī)體獲得生命活動(dòng)所需能量的主要分解代謝途徑；是糖、脂、蛋白質(zhì)等物質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)化的中心樞紐；為生物體的生物合成提供多種重要的中間產(chǎn)物。TCA及其功能TCA作為兩用代謝途徑卟啉TCA循環(huán)在合成

代謝中的作用厭氧細(xì)菌不完整TCA

用于生物合成的前體回補(bǔ)反應(yīng)(anapleroticreaction)：

酶催化的，補(bǔ)充檸檬酸循環(huán)中間代謝物供給的反應(yīng)。

回補(bǔ)反應(yīng)含義：

TCA循環(huán)中某些中間產(chǎn)物是合成許多重要有機(jī)物的前體。例如草酰乙酸和α酮戊二酸分別是天冬氨酸和谷氨酸合成的碳架，延胡索酸是苯丙氨酸和酪氨酸合成的前體，琥珀酰CoA是卟啉環(huán)合成的碳架。如果TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物大量消耗于有機(jī)物的合成，就會(huì)影響TCA循環(huán)的正常運(yùn)行，因此必須有其他的途徑不斷地補(bǔ)充，以保證TCA循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)?；?添)補(bǔ)反應(yīng)(1)

動(dòng)物肝臟和腎臟的線粒體中，丙酮酸羧化酶催化

OCCOOH

CH3COCOOH+CO2+ATP+H2OCH2COOH+ADP+Pi

Mg2+,biotin

(2)

植物、細(xì)菌等，PEP羧化酶催化

CH2CCOOH+H2O+CO2

O=CCOOH+Pi|

O~PCH2COOHPyruvateCarboxylasePEPCarboxylase回(添)補(bǔ)反應(yīng)(3)

心臟、骨骼肌中，PEP羧激酶催化

PEP+CO2+GDPoxaloacetate+GTP

(4)

原核、真核中廣泛存在的蘋(píng)果酸酶催化

CH3COCOOH+CO2+NADPH+H+

Malate+NADP+

(5)Asp和Glu轉(zhuǎn)氨形成草酰乙酸和-酮戊二酸；Ile,Val,Thr及Met形成琥珀酰CoA，實(shí)現(xiàn)添補(bǔ)。PEPCarboxykinase(體外!)MalicEnzyme回補(bǔ)反應(yīng)總表乙醛酸循環(huán)(GlyoxylateCycle)

微生物和植物可以在產(chǎn)乙酸或產(chǎn)生acetylCoA的化合物中生長(zhǎng)，因?yàn)樗鼈兇嬖趦煞N酶：異檸檬酸裂解酶（isocitratelyase）和蘋(píng)果酸合成酶（malatesynthetase），這樣可使TCA循環(huán)中的異檸檬酸不經(jīng)脫羧而被酶裂解為琥珀酸和乙醛酸，乙醛酸與另一分子acetylCoA在蘋(píng)果酸合成酶作用下縮合形成蘋(píng)果酸。意義：連接糖與脂的相互轉(zhuǎn)變；協(xié)同TCA，造成C4的贏余，實(shí)現(xiàn)回補(bǔ)或生糖。乙醛酸(Glyoxylate)循環(huán)TCAATP乙醛酸循環(huán)和TCA循環(huán)的關(guān)系異檸檬酸脫氫酶活性的調(diào)節(jié)決定異檸檬酸向乙醛酸循環(huán)還是TCA循環(huán)TCA的調(diào)節(jié)1.底物的有效性2.產(chǎn)物的反饋抑制3.變構(gòu)反饋抑制TCA循環(huán)的調(diào)節(jié)1.NAD+/NADH2.產(chǎn)物3.Ca2+葡萄糖代謝的調(diào)節(jié),2,6二磷酸果糖,1,6二磷酸果糖Ala,Ca++糖代謝調(diào)節(jié)1糖代謝調(diào)節(jié)2葡萄糖的主要代謝命運(yùn)戊糖磷酸途徑(PPP）PentosePhosphatePathway己糖單磷酸途徑(HMP)HexoseMonophosphatePathway己糖單磷酸支路(HexoseMonophosphateshunt)戊糖(磷酸)支路(pentosephosphateshunt)磷酸己糖旁路(Phosphohexosebypass)磷酸葡萄糖酸途徑(phosphogluconatepathway)戊糖磷酸途徑(PPP）Racker(1954)、Gunsalus(1955)發(fā)現(xiàn)，組織中添加酵解抑制劑，Glc仍可被消耗，即Glc還有其他的代謝支路。整個(gè)途徑分為兩個(gè)階段:

氧化階段：Glc經(jīng)脫氫、脫羧變?yōu)榱姿嵛焯?/p>

非氧化階段：戊糖經(jīng)幾種不同碳數(shù)的糖的轉(zhuǎn)化，最終重新合成己糖。兩個(gè)關(guān)鍵酶催化其中的反應(yīng)，即轉(zhuǎn)羥乙醛基[轉(zhuǎn)酮]酶[transketolase]和轉(zhuǎn)二羥丙酮基[轉(zhuǎn)醛]酶[transaldolase]。戊糖磷酸途徑二個(gè)階段的反應(yīng)式：(1)3×6-磷酸葡萄糖

+6NADP+

3×

5-磷酸核糖+6(NADPH+H+)+3CO2(2)3×5-磷酸核糖

2×6-磷酸果糖3×6-磷酸葡萄糖

+6NADP+

2×

6-磷酸果糖+6（NADPH+H+)+3CO2

6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G-6-PD)戊糖磷酸途徑：糖酵解途徑3×6-磷酸葡萄糖5-磷酸核糖5-磷酸木酮糖7-磷酸景天糖3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛5-磷酸木酮糖4-磷酸赤蘚糖6-磷酸果糖6-磷酸果糖3×6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯3NADPH3×6-磷酸葡萄糖酸3H2O3×5-磷酸核酮糖3NADPH3CO2葡萄糖戊糖磷酸途徑特點(diǎn)：反應(yīng)部位：反應(yīng)底物：重要反應(yīng)產(chǎn)物：限速酶：胞漿6-磷酸葡萄糖NADPH、5-磷酸核糖6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G-6-PD)戊糖磷酸支路的

氧化反應(yīng)5-P-核酮糖生成5-P-核糖p-木酮糖HMP的兩個(gè)關(guān)鍵酶轉(zhuǎn)酮酶或轉(zhuǎn)羥乙醛基酶轉(zhuǎn)醛酶或轉(zhuǎn)二羥丙酮基酶轉(zhuǎn)醛酶的作用轉(zhuǎn)酮酶的作用戊糖磷酸支路的非氧化反應(yīng)HMP的碳數(shù)變化戊糖磷酸支路的

碳架轉(zhuǎn)變

HMP途徑的調(diào)節(jié)

1）最重要的調(diào)節(jié)酶是6-磷酸葡萄