生物化學教學課件：第六章 糖代謝1

吉林大學楊成君1課間休息吉林大學楊成君2有氧氧化的反應過程細胞液線粒體葡萄糖或糖原丙酮酸乙酰CoA丙酮酸線粒體膜TACCO2HO2NADH+H+FADH2（）呼吸鏈[O]ATPADPATP（GTP）Ⅳ氧化磷酸化Ⅲ三羧酸循環(huán)Ⅱ丙酮酸的氧化脫羧Ⅰ糖酵解途徑吉林大學楊成君3（二）三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)(TricarboxylicacidCycle,TAC)也稱檸檬酸循環(huán)，這是因為循環(huán)反應中的第一個中間產(chǎn)物是一個含三個羧基的檸檬酸。由Krebs正式提出此學說，故稱為Krebs循環(huán)。1953年漢斯.克雷布斯，李普曼因發(fā)現(xiàn)檸檬酸循環(huán)而獲獎。反應部位：所有的反應均在線粒體中進行①檸檬酸合成HO2CHO3SCOAC~OCCH2OCOOCOCH2OCOHOCCH2OCOOCOHSCOA①檸檬酸合酶乙酰輔酶A草酰乙酸檸檬酸吉林大學楊成君4②檸檬酸異構成異檸檬酸CH2OCOHOCCH2OCOOCOCH2OCOHOCCH2OCOOCOCH2OCOHOCCHOCOOCOHHO2②順烏頭酸酶檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸吉林大學楊成君5③異檸檬酸氧化脫羧CH2OCOHOCCHOCOOCOHCH2OCOHOCCHOCOCOH22NAD+NAD++③異檬酸脫氫酶異檸檬酸α-酮戊二酸吉林大學楊成君6④α-酮戊二酸氧化脫羧CH2OCOHOCCHOCOCOH22NAD+NAD++CH2OCOOCCH2SCOA~④α-酮戊二酸脫氫酶體HSCOA琥珀酰CoAα-酮戊二酸吉林大學楊成君7⑤底物水平磷酸化HSCOACH2OCOCH2OCOPiGDPGTP+ADPATP⑤琥珀酰CoA合成酶琥珀酸CH2OCOOCCH2SCOA~琥珀酰CoA吉林大學楊成君8⑥琥珀酸脫氫成延胡索酸CH2OCOCH2OCOCHOCOCH2OCOFADFADH⑥琥珀酸脫氫酶延胡索酸琥珀酸TAC中唯一摻入線粒體內膜的酶受丙二酸抑制呼吸鏈吉林大學楊成君9⑦延胡索酸加水成蘋果酸HO2CHOCOCHOCO2HO⑦延胡索酸酶蘋果酸反式加成具立體異構特異性OH只加入延胡索酸雙鍵的一側產(chǎn)物只有L-蘋果酸CHOCOCHOCO延胡索酸吉林大學楊成君10⑧蘋果酸脫氫成草酰乙酸HHNAD+NAD++OCCH2OCOOCO⑧蘋果酸脫氫酶蘋果酸草酰乙酸CHOCOCHOCO2HO吉林大學楊成君11三羧酸循環(huán)NAD+NADH+H+~CH-CO3SCoAHSCoACO2NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CO2HSCoAGDP+PiGTP+HSCoAFAD2FADHHO2HO2HO2①縮合②a脫水②b水和⑧蘋果酸脫氫③氧化脫羧⑦水和⑥琥珀酸脫氫④氧化脫羧⑤底物水平磷酸化HO2⑦延胡索酸酶①檸檬酸合酶②順烏頭酸酶③異檬酸脫氫酶④α-酮戊二酸脫氫酶體⑤琥珀酰CoA合成酶⑥琥珀酸脫氫酶⑧蘋果酸脫氫酶OCCH2OCOOCO草酰乙酸CH2OCOHOCCH2OCOOCO檸檬酸CH2OCOCCHOCOOCO順烏頭酸CH2OCOHOCCHOCOOCOH異檸檬酸CH2OCOOCCHOCO2α-酮戊二酸CH2OCOOCCH2SCOA~琥珀酰CoACH2OCOCH2OCO琥珀酸CHOCOCHOCO延胡索酸CHOCOCHOCO2HO蘋果酸三羧酸循環(huán)過程吉林大學楊成君1213Krebs自行車（Krebsbicycle）氨基酸α-KGα酮酸Glu鳥氨酸氨基甲酰磷酸CO22ATP2ADP+Pi瓜氨酸PiNH3H2O-2H蘋果酸琥珀酸尿素草酰乙酸天冬氨酸GlnNH3三羧酸循環(huán)鳥氨酸循環(huán)延胡索酸精氨酸精氨酸代琥珀酸吉林大學楊成君吉林大學楊成君14三羧酸循環(huán)的總反應加水縮合為檸檬酸開始,生成草酰乙酸結束：4次脫氫（2次伴有脫羧）—3NAD+、1FAD。1次底物水平磷酸化SCoAC=OCH3乙酰輔酶A2CO2+HSCoA3NADH（H+）FADH23NAD+FADGDP+Pi+2H2OGTP吉林大學楊成君15小結TAC過程的反應部位是線粒體三羧酸循環(huán)的要點：一次TAC，消耗一分子乙酰CoA，生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2，1分子GTP。三個不可逆反應對應三個關鍵酶：檸檬酸合酶、α-酮戊二酸脫氫酶體、異檸檬酸脫氫酶體分別催化3個不可逆反應使整個循環(huán)不可逆三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物TAC中間產(chǎn)物起催化劑的作用，本身無量的變化但仍然需要不斷補充吉林大學楊成君16循環(huán)本身不消耗的中間物需要補充的原因轉變合成其他物質，借以溝通糖和其他物質代謝之間的聯(lián)系CH3CO~SCoAHSCoATAC草酰乙酸（4C）檸檬酸（6C）異檸檬酸（6C）草酰琥珀酸（6C）α酮戊二酸（5C）琥珀酰CoA（4C）琥珀酸（4C）蘋果酸（4C）延胡索酸（4C）脂肪酸Asp卟啉Glu丙酮酸機體糖供不足時，缺乏乙酰CoA可能引起TAC運轉障礙。這時蘋果酸、草酰乙酸可生成丙酮酸，再進一步生成乙酰CoA進入TAC氧化分解吉林大學楊成君17草酰乙酸補充——回補反應草酰乙酸蘋果酸脫氫酶檸檬酸裂解酶檸檬酸丙酮酸*丙酮酸羧化酶谷草轉氨酶蘋果酸天冬氨酸α-酮戊二酸谷氨酸NADH+H+NAD+乙酰CoACO2吉林大學楊成君18

三羧酸循環(huán)的生理意義是三大營養(yǎng)物質氧化分解最終的共同途徑糖、脂肪、氨基酸的氧化都產(chǎn)生乙酰CoA進入TAC降解是三大營養(yǎng)物質代謝聯(lián)系的樞紐為其它物質代謝提供小分子前體為呼吸鏈提供H++e（4次脫氫）ATP生成1次底物水平磷酸化GTP→ATP糖→丙酮酸→乙酰CoA→→脂肪酸→脂肪氨基酸→TAC中間物→草酰乙酸→糖葡萄糖→丙酮酸→草酰乙酸等→氨基酸琥珀酰CoA→血紅素吉林大學楊成君19二、有氧氧化的生理意義糖的有氧氧化是機體產(chǎn)能最主要的途徑它不僅產(chǎn)能效率高，能量的利用率也高。因為產(chǎn)生的能量逐步分次釋放，相當一部分形成ATP。簡言之，有氧氧化的意義即“供能”儲能效率：30.5kJ/mol×38÷2840kJ/mol≈40.8%葡萄糖有氧氧化生成的ATP此表按最新方式計算ATP。傳統(tǒng)計算方法與之有所不同階段反應輔酶或能量形式ATP數(shù)量一葡萄糖→G-6-PATP-1F-6-P→F-1，6-PATP-13-P甘油醛→1，3-DPG×2NAD+2.5或1.5*×21，3-DPG→3-P甘油酸×2ATP1×2PEP→丙酮酸×2ATP1×2二丙酮酸→乙酰輔酶A×2NAD+2.5×2三異檸檬酸→α-酮戊二酸×2NAD+2.5×2α-酮戊二酸→琥珀酰輔酶A×2NAD+2.5×2琥珀酰輔酶A→琥珀酸×2GTP1×2琥珀酸→延胡索酸×2FAD1.5×2蘋果酸→草酰乙酸×2NAD+2.5×2總過程G+38ADP+38Pi+6O2→38ATP+6CO2+44H2OATP32或30吉林大學楊成君20外膜膜間腔內膜1、α-磷酸甘油穿梭

——存在于腦和骨骼肌NADH+H+NAD+CH2OHC=OCH2O-PCH2OHCHOHCH2O-PP甘油脫氫酶P甘油脫氫酶P二羥丙酮α-P-甘油FADFADH2胞液側基質側入呼吸鏈1.5ATP物質氧化CH2OHC=OCH2O-PCH2OHCHOHCH2O-P吉林大學楊成君212、蘋果酸-天冬氨酸穿梭

——存在于肝臟和心肌胞液側內膜基質側載體載體NAD+

蘋果酸NADH+H+

草酰乙酸

蘋果酸

NAD+草酰乙酸NADH+H+α酮戊二酸AspGluα酮戊二酸AspGlu物質氧化入呼吸鏈蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶GOTGOT2.5ATP吉林大學楊成君22三、有氧氧化的調節(jié)特點ATP/ADP或ATP/AMP比值全程調節(jié)該比值升高，所有關鍵酶均被抑制。ATP/AMP效果更顯著氧化磷酸化速率影響三羧酸循環(huán)前者速率降低，則后者速率也減慢三羧酸循環(huán)與酵解途徑互相協(xié)調三羧酸循環(huán)需要多少乙酰CoA，則酵解途徑相應產(chǎn)生多少丙酮酸以生成乙酰CoA七個關鍵酶：HK（GK）、PFK-1、PK\丙酮酸脫氫酶系\檸檬酸合酶\異檸檬酸脫氫酶\α-酮戊二酸脫氫酶復合體吉林大學楊成君23（一）丙酮酸脫氫酶系的別構調節(jié)丙酮酸乙酰輔酶A脂肪酸酮體HSCoACO2NADH+H+NAD+PDH反饋抑制ATPADP、AMP激活劑抑制劑吉林大學楊成君24別構抑制劑：乙酰CoA；NADH；ATP別構激活劑：AMP；ADP；NAD+乙酰CoA/HSCoA或NADH/NAD+時，其活性受到抑制（二）丙酮酸脫氫酶系的共價修飾調節(jié)丙酮酸乙酰輔酶ANAD+HSCoANADH+H+CO2TPPTPPPPTPPTPP2ATP2ADP22HO2Pi磷蛋白磷酸酶PDH激酶（脂肪組織）胰島素Ca2+Mg2+有活性（PDHa）無活性（PDH-b）Ca2+二氯醋酸吉林大學楊成君25PDH磷酸酶使PDH-b脫磷酸激活PDH激酶使PDHa磷酸化失活受多種因素的調節(jié)：ATP／ADP、NADH／NAD+、乙酰CoA／CoA增加可激動此酶Ca2+、二氯乙酸、丙酮酸等抑制此酶ATP乙酰CoA檸檬酸異檸檬酸草酰乙酸蘋果酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA異檸檬酸脫氫酶檸檬酸合酶α-酮戊二酸脫氫酶復合體琥珀酸ATPADPCa2+Ca2+琥珀酰CoANADH檸檬酸ATP琥珀酰CoANADHADPNADHFADH2GTPATP（三）三羧酸循環(huán)的調節(jié)吉林大學楊成君26三羧酸循環(huán)調節(jié)規(guī)律循環(huán)中后續(xù)反應中間產(chǎn)物別位抑制前面關鍵酶NADH、檸檬酸、琥珀酰輔酶AATP/ADP比率，DNAH/NAD+比率比率增高抑制異檸檬酸脫氫酶(ADP變構激活)\α-酮戊二酸脫氫酶產(chǎn)物堆積引起抑制\氧化磷酸化的速率也影響TAC的運轉Ca2+可激活許多酶降低其對底物的Km\激活異檸檬酸脫氫酶\α-酮戊二酸脫氫酶系底物供應也是影響TAC的重要因素乙酰輔酶A、草酰乙酸吉林大學楊成君27四、巴斯德效應巴斯德效應（Pastuereffect）有氧氧化抑制糖酵解的現(xiàn)象有氧時NADH+H+可以進入線粒體氧化，丙酮酸也不轉變?yōu)槿樗幔沁M一步氧化、進入TAC反巴斯德效應糖無氧酵解抑制糖有氧氧化的現(xiàn)象缺氧時NADH+H+不能進入線粒體氧化，丙酮酸成為受氫體轉變?yōu)槿樗峒执髮W楊成君28吉林大學楊成君29第四節(jié)

磷酸戊糖途徑Pentosephosphatepathway磷酸戊糖途徑的反應過程磷酸戊糖途徑的調節(jié)磷酸戊糖途徑的生理意義吉林大學楊成君30一、磷酸戊糖途徑的反應過程部位：胞漿過程：氧化—異構互變—基團轉移6-磷酸葡萄糖酸內酯6-磷酸葡萄糖酸磷酸戊糖GG-6-PF-6-P3-P甘油醛酵解途徑磷酸戊糖旁路此途徑盡管是糖的分解途徑，但主要意義不是產(chǎn)生ATP（一）氧化階段此階段3分子G-6-P生成三種產(chǎn)物：3分子磷酸戊糖（有3種異構體）5-P核酮糖5-P木酮糖（5-P核酮糖的差向異構體）5-P核糖（5-P核酮糖的醛酮異構體）6分子NADPH+H+；3分子CO2。吉林大學楊成君311、第一次脫氫NADP+NADPH+H+6-磷酸葡萄糖脫氫酶6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸內酯吉林大學楊成君322、水解6-磷酸葡萄糖酸內酯酶H2O6-磷酸葡萄糖酸內酯6-磷酸葡萄糖酸吉林大學楊成君333、第二次脫氫伴脫羧NADP+CO2NADPH+H+6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖吉林大學楊成君344、磷酸戊糖互變3-表構酶異構酶差向異構酶（3-表異構酶）催化5-磷酸核酮糖C3上的羥基與氫對調位置即為5-磷酸木酮糖異構酶催化5-磷酸核酮糖與5-磷酸核糖醛酮異構體互變吉林大學楊成君35（二）基團轉移反應1分子G6P產(chǎn)生不同碳原子數(shù)的單糖最終可以轉變?yōu)?分子6-磷酸果糖1分子3-磷酸甘油醛二者都進入糖酵解途徑中間有4P赤蘚糖和7P景天糖生成吉林大學楊成君36

CH2-OHC=OH-C-OHH-C-OHCH2O5-磷酸木酮糖—P

CHOH-C-OHH-C-OHH-C-OHCH2O

5-磷酸核糖（醛糖）—PCHOH-C-OHCH2O

3-磷酸甘油醛—P

CH2-OHC=OHO-C-HH-C-OHH-C-OHH-C-OHCH2O7-磷酸景天糖—P2C單位（羥乙醛）轉酮醇酶轉移二碳基團（羥乙醛）給醛糖吉林大學楊成君37

CHOH-C-OHCH2O3-磷酸甘油醛—PCH2-OHC=OHO-C-HH-C-OHH-C-OHH-C-OHCH2O7-磷酸景天糖—P轉醛醇酶CH2-OHC=OHO-C-H

H-C-OHH-C-OHCH2O6-磷酸果糖—PCHOH-C-OHH-C-OHCH2O4-磷酸赤蘚糖—P3C（二羥丙酮基）轉移三碳單位（二羥丙酮）給醛糖吉林大學楊成君38

CH2-OHC=OH-C-OHH-C-OHCH2O5-磷酸木酮糖—P

CHOH-C-OHH-C-OHCH2O4-磷酸赤蘚糖—P轉酮醇酶

CH2-OHC=OHO-C-HH-C-OHH-C-OHCH2O6-磷酸果糖—PCHOH-C-OHCH2O3-磷酸甘油醛—P吉林大學楊成君39吉林大學楊成君40磷酸戊糖途徑的總反應3×G-6-P2×F-6-P3-P甘油醛6NADP+6×NADPH+H+3H2O