第八版生物化学与分子生物学糖代谢.ppt

,目录,生物化学与分子生物学,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 六 章,糖的化学,糖,(carbohydrates),即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,糖的概念,糖的主要生理功能,1.,为生命活动提供能源和碳源,如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。,3.,作为机体组织细胞的组成成分,这是糖的主要生理功能。,2.,提供合成体内,其他物质的原料,如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。,糖代谢的概况,分解、储存、合成,葡萄糖,酵解途径,丙酮酸,有氧,无氧,H,2,O,及,CO,2,乳酸,糖异生途径,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,肝糖原分解,糖原合成,磷酸戊糖途径,核糖,+,NADPH+H,+,淀粉,消化与吸收,ATP,第一节,糖的消化吸收与转运,Digestion,absorption and transportation,of Carbohydrates,一、糖消化后以单体形式吸收,糖的消化,人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以,淀粉,为主。,消化部位：主要在小肠，少量在口腔。,食物中含有的大量纤维素，因人体内无,-,糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。,淀粉,麦芽糖,+,麦芽三糖,（,40%,）（,25%,）,-,临界糊精,+,异麦芽糖,（,30%,）（,5%,）,葡萄糖,唾液中的,-,淀粉酶,-,葡萄糖苷酶,-,临界糊精酶,消化过程：,肠粘膜上皮细胞刷状缘,口腔,肠腔,胰液中的,-,淀粉酶,乳糖,蔗糖,葡萄糖,果糖,半乳糖,乳糖酶,蔗糖酶,糖的吸收,吸收部位：,小肠上段,吸收形式：,单糖,ADP+Pi,ATP,G,Na,+,K,+,Na,+,泵,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,吸收机制：,Na,+,依赖型葡萄糖转运体,(Na,+,-dependent glucose transporter,SGLT),刷状缘,细胞内膜,葡萄糖被小肠黏膜细胞吸收后经门静脉进入血循环，供身体各组织利用。肝对于维持血糖稳定发挥关键作用。当血糖较高时，肝通过糖原合成和分解葡萄糖来降低血糖；当血糖较低时，肝通过糖原分解和糖异生来升高血糖。,葡萄糖转运进入细胞,这一过程依赖于葡萄糖转运体,(glucose transporter,，,GLUT),。,二、细胞摄取葡萄糖需要转运体,小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,第二节糖的无氧分解,Glycolysis,一分子葡萄糖在胞液中可裂解为两分子丙酮酸，是葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径，称为,糖酵解（,glycolysis,）,。,在不能利用氧或氧供应不足时，人体将丙酮酸在胞液中还原生成乳酸，称为,乳酸发酵（,lactic,acid fermentation,）,。,在某些植物和微生物中，丙酮酸可转变为乙醇和二氧化碳，称为,乙醇发酵（,ethanol fermentation,）,。,一、糖无氧氧化反应过程分为糖酵解和乳酸生成两个阶段,第一阶段：,糖酵解,第二阶段：,乳酸生成,糖无氧氧化的反应部位：,胞液。,葡萄糖不利用氧的分解过程分为两个阶段：,葡萄糖磷酸化为葡糖,-6-,磷酸,ATP,ADP,Mg,2+,己糖激酶,(hexokinase),Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二,羟丙酮,3-,磷酸,甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,葡萄糖,葡糖,-6-,磷酸,(glucose-6-phosphate,G-6-P),（一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸,哺乳类动物体内已发现有,4,种己糖激酶同工酶，分别称为,至,型。肝细胞中存在的是,型，称为,葡萄糖激酶,(glucokinase),。,它的特点是：,对葡萄糖的亲和力很低；受激素调控，,对葡糖,-6-,磷酸的反馈抑制并不敏感。,它这些特性使葡萄糖激酶对于肝维持血糖稳定至关重要，只有当血糖显著升高时，肝才会加快对葡萄糖的利用，起到缓冲血糖水平的调节作用。,葡糖,-6-,磷酸转变为 果糖,-6-,磷酸,己糖异构酶,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二,羟丙酮,3-,磷酸,甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,葡糖,-6-,磷酸,果糖,-6-,磷酸,(fructose-6-phosphate,F-6-P),果糖,-6-,磷酸转变为果糖,-1,6-,二磷酸,ATP,ADP,Mg,2+,磷酸果糖激酶,-1,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二,羟丙酮,3-,磷酸,甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸果糖激酶,-1,(phosphfructokinase-1),果糖,-6-,磷酸,果糖,-1,6-,二磷酸,(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P,),果糖,-1,6-,二磷酸,果糖,-1,6-,二磷酸裂解成,2,分子磷酸丙糖,醛缩酶,(aldolase),Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二,羟丙酮,3-,磷酸,甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸二羟丙酮,3-,磷酸甘油醛,+,磷酸二羟丙酮转变为,3-,磷酸甘油醛,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二,羟丙酮,3-,磷酸,甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸丙糖异构酶,(phosphotriose isomerase),3-,磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,3-,磷酸甘油醛氧化为,1,3-,二磷酸甘油酸,Pi,、,NAD,+,NADH+H,+,3-,磷酸甘油醛脱氢酶,(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二,羟丙酮,3-,磷酸,甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,3-,磷酸甘油醛,1,3-,二磷酸,甘油酸,1,3-,二磷酸甘油酸转变成,3-,磷酸甘油酸,ADP,ATP,磷酸甘油酸激酶,(phosphoglycerate kinase),Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二,羟丙酮,3-,磷酸,甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,这种,ADP,或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称为,底物水平磷酸化,(substrate level phosphorylation),。,1,3-,二磷酸,甘油酸,3-,磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸转变为,2-,磷酸甘油酸,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二,羟丙酮,3-,磷酸,甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸甘油酸变位酶,(phosphoglycerate mutase),3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,(enolase),Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二,羟丙酮,3-,磷酸,甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,2-,磷酸甘油酸,+,H,2,O,磷酸烯醇式丙酮酸,(phosphoenolpyruvate,PEP),ADP,ATP,K,+,Mg,2+,丙酮酸激酶,(pyruvate kinase),Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二,羟丙酮,3-,磷酸,甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸基转移给,ADP,生成,ATP,和,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,在糖酵解产能阶段的,5,步反应中，,2,分子磷酸丙糖经两次底物水平磷酸化转变成,2,分子丙酮酸，总共生成,4,分子,ATP,。,（二）丙酮酸被还原为乳酸,反应中的,NADH+H,+,来自于上述第,6,步反应中的,3-,磷酸甘油醛脱氢反应。,丙酮酸,乳酸,乳酸脱氢酶,(,Lactate dehydrogenase,LDH),NADH+H,+,NAD,+,E,1,:,己糖激酶,E,2,:,磷酸果糖激酶,-1,E,3,:,丙酮酸激酶,NAD,+,乳 酸,糖的无氧氧化,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二羟丙酮,3-,磷酸甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,NADH+H,+,图,6-1,糖的无氧氧化,糖酵解小结,反应部位：胞浆；,糖酵解是一个不需氧的产能过程；,反应全过程中有三步不可逆的反应：,G,G-6-P,ATP,ADP,己糖激酶,ATP,ADP,F-6-P,F-1,6-2P,磷酸果糖激酶,-1,ADP,ATP,PEP,丙酮酸,丙酮酸激酶,产能的方式和数量,方式：,底物水平磷酸化,净生成,ATP,数量：,从,G,开始,22-2=2ATP,从,Gn,开始,22-1=3ATP,终产物乳酸的去路,释放入血，进入肝脏再进一步代谢：,分解利用,乳酸循环（糖异生）,二、糖酵解的调控是对,3,个关键酶活性的调节,关键酶,己糖激酶,果糖,-6-,磷酸激酶,-1,丙酮酸激酶,调节方式,别构调节,共价修饰调节,（一）,磷酸果糖激酶,-1,对调节糖酵解,速率最重要,别构调节,别构激活剂,：,AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P,别构抑制剂,：,柠檬酸,;ATP,（高浓度）,ATP,对磷酸果糖激酶,-1,的调节：,ATP,结合位点,调节效应,活性中心底物结合部位（低浓度时）,激活,活性中心外别构调节部位（高浓度时）,抑制,果糖,-2,6-,二磷酸是磷酸果糖激酶,-1,最强的别构激活剂；,其作用是与,AMP,一起取消,ATP,、柠檬酸对磷酸果糖激酶,-1,的变构抑制作用。,果糖,-2,6-,二磷酸对磷酸果糖激酶,-1,的调节,：,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,Pi,PKA,ATP,ADP,Pi,胰高血糖素,ATP,cAMP,活化,F-2,6-2P,+,+,+,/,+,AMP,+,柠檬酸,AMP,+,柠檬酸,PFK-2,（有活性）,FBP-2,（无活性）,磷酸果糖激酶,-2,PFK-2,（无活性）,FBP-2,（有活性）,P,P,果糖双磷酸酶,-2,（二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点,别构调节,别构抑制剂：,ATP,丙氨酸,别构激活剂：,1,6-,双磷酸果糖,共价修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（,无活性,）,（,有活性,）,胰高血糖素,PKA,CaM,激酶,P,PKA,：,蛋白激酶,A(protein kinase A,),CaM,：,钙调蛋白,（三）己糖激酶受到反馈抑制调节,葡糖,-6-,磷酸,可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。,长链脂肪酰,CoA,可别构抑制肝葡萄糖激酶。,胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进酶的合成。,三、糖无氧氧化的主要生理意义是机体不利用氧快速供能,糖无氧氧化最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌收缩更为重要。,是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。,无线粒体的细胞，如：红细胞,代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞,乳酸酵解时，,1mol,葡萄糖可经底物水平磷酸化生成,4molATP,，在葡萄糖和果糖,-6-,磷酸磷酸化时消耗,2molATP,，故净生成,2molATP,。,四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物,除葡萄糖外，其他己糖如果糖、半乳糖和甘露糖也都是重要的能源物质，它们可转变成糖酵解的中间产物磷酸己糖而进入糖酵解提供能量,果糖,(,肌肉,),己糖激酶,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,丙酮酸,半乳糖*,1-,磷酸半乳糖,葡糖,-1-,磷酸,半乳糖激酶,变位酶,甘露糖,甘露糖,-6-,磷酸,己糖激酶,变位酶,除葡萄糖外，其它己糖也可转变成,磷酸己糖,而进入酵解途径。,半乳糖血症,果糖,(,肝,),*,果糖激酶,（一）果糖被磷酸化后进入糖酵解,果糖是膳食中一个重要的燃料来源。,果糖的代谢一部分在肝，一部分被周围组织主要为肌和脂肪组织摄取。但这两部分代谢的途径不同。,果糖在肌和脂肪组织中的代谢,果糖,果糖,-6-,磷酸,己糖激酶,循糖酵解途径分解,合成糖原（肌）,果糖在肝中的代谢,果糖,1-,磷酸果糖,果糖激酶,1-,磷酸果糖醛缩酶,磷酸二羟丙酮,甘油醛,丙糖激酶,3-,磷酸甘油醛,循糖酵解途径分解或合成糖原,果糖不耐症（,fructose intolerance,）是一种遗传病。其病因为缺乏,B,型醛缩酶，进食果糖会引起,1-,磷酸果糖堆积，大量消耗肝中磷酸的储备，进而使,ATP,浓度下降，从而加速糖无氧氧化，导致乳酸酸中毒和餐后低血糖。这种病症常表现为自我限制，强烈地厌恶甜食,。,（二）半乳糖转变为,葡萄,-1-,磷酸,进入糖酵解,图,6-3,半乳糖的代谢,半乳糖血症（,galactosemia,）是一种遗传性疾病，表现为半乳糖不能转变成葡萄糖。其原因是缺乏半乳糖,-1-,磷酸尿苷酰转移酶，使,1-,磷酸半乳糖生成,UDP-,半乳糖的过程受阻，导致有毒副产物的积累。例如，血液中高浓度的半乳糖使眼睛晶状体中半乳糖含量增加，并还原为半乳糖醇，晶状体中这种糖醇的存在最终导致白内障的形成（晶状体混浊）。,（三）甘露糖转变为,果糖,-6-,磷酸,进入糖酵解,图,6-4,甘露糖的代谢,第三节糖的有氧氧化,Aerobic Oxidation of,Carbohydrate,机体利用氧将葡萄糖彻底氧化成,H,2,O,和,CO,2,的反应过程，称为,糖的有氧氧化,(aerobic oxidation),。是体内糖分解供能的主要方式。,部位：,胞液及线粒体,概念,葡萄糖有氧氧化概况,一、糖的有氧氧化分为三个阶段,第一阶段：糖酵解,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：柠檬酸循环,G,（,Gn,）,氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰,CoA,CO,2,NADH+H,+,FADH,2,H,2,O,O,ATP,ADP,TAC,循环,胞液,线粒体,（一）葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸,丙酮酸,乙酰,CoA,NAD,+,HSCoA CO,2,NADH+H,+,丙酮酸脱氢酶复合体,总反应式,:,（,二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰,CoA,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,E,1,：丙酮酸脱氢酶,E,2,：二氢硫辛酰胺转乙酰酶,E,3,：二氢硫辛酰胺脱氢酶,HSCoA,NAD,+,TPP,硫辛酸（,),HSCoA,FAD,NAD,+,S,S,L,酶,辅酶,在哺乳类动物细胞中，丙酮酸脱氢酶复合体由,60,个转乙酰酶组成核心，周围排列着,12,个丙酮酸脱氢酶和,6,个二氢硫辛酰胺脱氢酶。,参与反应的辅酶有硫胺素焦磷酸酯（,TPP,）、硫辛酸、,FAD,、,NAD+,和,CoA,。,其中硫辛酸是带有二硫键的八碳羧酸，通过与转乙酰酶的赖氨酸残基的,-,氨基相连，形成与酶结合的硫辛酰胺而成为酶的柔性长臂，可将乙酰基从酶复合体的一个活性部位转到另一个活性部位。,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：,1.,丙酮酸脱羧形成羟乙基,-TPP,，由,丙酮酸脱氢酶催化,(E,1,),。,2.,由,二氢硫辛酰胺转乙酰酶,(E,2,),催化形成乙酰硫辛酰胺,-E,2,。,3.,二氢硫辛酰胺转乙酰酶,(E,2,),催化生成乙酰,CoA,同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为,2,个巯基。,4.,二氢硫辛酰胺脱氢酶,(E,3,),使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给,FAD,。,5.,在二氢硫辛酰胺脱氢酶,(E,3,),催化下，将,FADH,2,上的,H,转移给,NAD,+,，形成,NADH+H,+,。,CO,2,CoASH,NAD,+,NADH+H,+,5.,NADH+H,+,的生成,1.,-,羟乙基,-TPP,的生成,2.,乙酰硫辛酰胺的生成,3.,乙酰,CoA,的生成,4.,硫辛酰胺的生成,（三）乙酰,CoA,进入柠檬酸循环以及氧化磷酸化生成,ATP,柠檬酸循环的第一步是乙酰,CoA,与草酰乙酸缩合成,6,个碳原子的柠檬酸，然后柠檬酸经过一系列反应重新生成草酰乙酸，完成一轮循环。,经过一轮循环，乙酰,CoA,的,2,个碳原子被氧化成,CO,2,；在循环中有,1,次底物水平磷酸化，可生成,1,分子,ATP,；有,4,次脱氢反应，氢的接受体分别为,NAD,+,或,FAD,，生成,3,分子,NADH+H,+,和,1,分子,FADH,2,。,它们既是柠檬酸循环中的脱氢酶的辅酶，又是电子传递链的第一个环节。,电子传递链是由一系列氧化还原体系组成，它们的功能是将,H,+,或电子依次传递至氧，生成水。,在,H,+,/,电子沿电子传递链传递过程中能量逐步释放，同时伴有,ADP,磷酸化成,ATP,，即氧化与磷酸化反应是偶联在一起的，称为氧化磷酸化。,柠檬酸循环,也称为,三羧酸循环,(Tricarboxylic acid Cycle,TCA cycle),，是由线粒体内一系列酶促反应构成的循环反应系统。因为该学说由,Krebs,正式提出，亦称为,Krebs,循环,。,二、柠檬酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统,概述,反应部位：,线粒体,（一）柠檬酸循环由八步反应组成,乙酰,CoA,与草酰乙酸缩合成柠檬酸,柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸,异柠檬酸氧化脱羧转变为,-,酮戊二酸,-,酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰,CoA,琥珀酰,CoA,合成酶催化底物水平磷酸化反应,琥珀酸脱氢生成延胡索酸,延胡索酸加水生成苹果酸,苹果酸脱氢生成草酰乙酸,1.,乙酰,CoA,与草酰乙酸缩合成柠檬酸,乙酰辅酶,A,（,acetyl CoA,）与草酰乙酸（,oxaloacetate,）缩合成柠檬酸（,citrate,）,反应由,柠檬酸合酶（,citrate synthase,）,催化,2.,柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸,此反应是由,顺乌头酸酶,催化的异构化反应,由两步反应构成，（,1,）：脱水反应,（,2,）：水合反应,3.,异柠檬酸氧化脱羧转变为,-,酮戊二酸,异柠檬酸,在,异柠檬酸脱氢酶,（,Isocitrate dehydrogenase,）,作用下，氧化脱羧而转变成,-,酮戊二酸,（,-Ketoglutarate,）,4.-,酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰,CoA,在,-,酮戊二酸脱氢酶复合体,催化下,-,酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰,CoA(succinyl-CoA),；,该脱氢酶复合体的组成及催化过程与丙酮酸脱氢酶复合体类似。,5.,琥珀酰,CoA,合成酶催化底物水平磷酸化反应,在,琥珀酰,CoA,合成酶,催化下，琥珀酰,CoA,的高能硫酯键水解与,GDP,磷酸化偶联，生成琥珀酸、,GTP,和辅酶,A,。,这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。,6.,琥珀酸脱氢生成延胡索酸,此步反应由,琥珀酸脱氢酶,催化，其辅酶是,FAD,，是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。,7.,延胡索酸加水生成苹果酸,8.,苹果酸脱氢生成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶,催化此步反应，辅酶是,NAD,+,。,CoASH,NADH+H,+,NAD,+,CO,2,NAD,+,NADH+H,+,CO,2,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH,2,NADH+H,+,NAD,+,H,2,O,H,2,O,H,2,O,CoASH,CoASH,H,2,O,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,异柠檬酸脱氢酶,-,酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰,CoA,合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,GTP,GDP,ATP,ADP,核苷二磷酸激酶,经过一次柠檬酸循环，,消耗一分子乙酰,CoA,；,经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化；,生成,1,分子,FADH,2,，,3,分子,NADH+H,+,，,2,分子,CO,2,，,1,分子,GTP,；,关键酶有：,柠檬酸合酶，,-,酮戊二酸脱氢酶复合体，异柠檬酸脱氢酶。,整个循环反应为不可逆反应。,柠檬酸循环的要点：,柠檬酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过柠檬酸循环直接从乙酰,CoA,合成草酰乙酸或柠檬酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在柠檬酸循环中被氧化为,CO,2,及,H,2,O,。,柠檬酸循环的中间产物,：,表面上看来，柠檬酸循环运转必不可少的草酰乙酸在柠檬酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。实际上：,例如：,草酰乙酸,天冬氨酸,-,酮戊二酸,谷氨酸,柠檬酸,脂肪酸,琥珀酰,CoA,卟啉,.,机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，,TCA,循环中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。,.,机体糖供不足时，可能引起,TCA,循环运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰,CoA,进入,TAC,氧化分解。,草酰乙酸,草酰乙酸脱羧酶,丙酮酸,CO,2,苹果酸,苹果酸酶,丙酮酸,CO,2,NAD,+,NADH+H,+,所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。,草酰乙酸,柠檬酸,柠檬酸裂解酶,乙酰,CoA,丙酮酸,丙酮酸羧化酶,CO,2,苹果酸,苹果酸脱氢酶,NADH+H,+,NAD,+,天冬氨酸,谷草转氨酶,-,酮戊二酸,谷氨酸,草酰乙酸的来源如下：,（三）柠檬酸循环在三大营养物质代谢中具有重要生理意义,柠檬酸循环是三大营养物质分解产能的共同通路。,柠檬酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽,。,H,+,+e,进入,呼吸链,彻底氧化生成,H,2,O,的同时,ADP,偶联磷酸化生成,ATP,。,NADH+H,+,H,2,O,、,2.5,ATP,O,H,2,O,、,1.5,ATP,FADH,2,O,三、糖有氧氧化是,糖分解生成,ATP,的主要方式,反 应,辅 酶,最终获得,ATP,第一阶段（胞浆）,葡萄糖葡糖,-6-,磷酸,-1,果糖,-6-,磷酸果糖,-1,6-,二磷酸,-1,23-,磷酸甘油醛,21,3-,二磷酸甘油酸,2NADH,3,或,5*,21,3-,二磷酸甘油酸,23-,磷酸甘油酸,2,2,磷酸烯醇式丙酮酸,2,丙酮酸,2,第二阶段（线粒体基质）,2,丙酮酸,2,乙酰,CoA,2NADH,5,第三阶段（线粒体基质）,2,异柠檬酸,2-,酮戊二酸,2-,酮戊二酸,2,琥珀酰,CoA,2,琥珀酰,CoA2,琥珀酸,2,琥珀酸,2,延胡索酸,2,苹果酸,2,草酰乙酸,2NADH,2NADH,2FADH,2,2NADH,5,5,2,3,5,由一个葡糖糖总共获得,30,或,32,*获得,ATP,的数量取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制,糖的有氧氧化是机体,产能最主要的途径,。它不仅,产能效率高,，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成,ATP,，所以,能量的利用率也高,。,四、糖有氧氧化的调节,关键酶,酵解途径：,丙酮酸的氧化脱羧：,丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环：,己糖激酶,丙酮酸激酶,磷酸果糖激酶,-1,柠檬酸合酶,-,酮戊二酸脱氢酶复合体,异柠檬酸脱氢酶,（一）,丙酮酸脱氢酶复合体的调节,别构调节,别构抑制剂：乙酰,CoA,；,NADH,；,ATP,别构激活剂：,AMP,；,ADP,；,NAD,+,乙酰,CoA/HSCoA,或,NADH/NAD,+,时，其活性也受到抑制。这两种情况见于饥饿、大量脂酸被动员利用时，这时糖的有氧氧化被抑制，大多数组织器官利用脂酸作为能量来源以确保脑等重要组织对葡萄糖的需要。,共价修饰调节,乙酰,CoA,柠檬酸,草酰乙酸,琥珀酰,CoA,-,酮戊二酸,异柠檬酸,苹果酸,NADH,FADH,2,GTP,ATP,异柠檬酸,脱氢酶,柠檬酸合酶,-,酮戊二酸,脱氢酶复合体,ATP,+,ADP,ADP,+,ATP,柠檬酸,琥珀酰,CoA,NADH,琥珀酰,CoA,NADH,+,Ca,2+,Ca,2+,ATP,、,ADP,的影响,产物堆积引起抑制,循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶,其他，如,Ca,2+,可激活许多酶,（二）柠檬酸循环的调节,2,柠檬酸循环与上游和下游反应协调,在正常情况下，（糖）酵解途径和柠檬酸循环的速度是相协调的。这种协调不仅通过高浓度的,ATP,、,NADH,的抑制作用，亦通过柠檬酸对磷酸果糖激酶,-1,的别构抑制作用而实现。,氧化磷酸化的速率对柠檬酸循环的运转也起着非常重要的作用。,有氧氧化的调节特点,有氧氧化的调节通过对其,关键酶,的调节实现。,ATP/ADP,或,ATP/AMP,比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。,氧化磷酸化速率影响柠檬酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。,柠檬酸循环与酵解途径互相协调。柠檬酸循环需要多少乙酰,CoA,，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰,CoA,。,2ADP,ATP+AMP,腺苷酸激酶,体内,ATP,浓度是,AMP,的,50,倍，经上述反应后，,ATP/AMP,变动比,ATP,变动大，有信号放大作用，从而发挥有效的调节作用。,有氧氧化全过程中许多酶的活性都受细胞内,ATP/ADP,或,ATP/AMP,比率的影响，因而能得以协调。,五、糖有氧氧化可抑制糖无氧氧化,*,概念,*,机制,有氧时，,NADH+H,+,进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线立体进一步氧化而不生成乳酸,;,缺氧时，酵解途径加强，,NADH+H,+,在胞浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。,巴斯德效应,(Pastuer effect),指有氧氧化抑制生醇发酵（或无氧氧化）的现象。,第 四 节,磷酸戊糖途径,pentose phosphate pathway,磷酸戊糖途径（,pentose phosphate pathway,）,是指从糖酵解的中间产物,6-,磷酸,-,葡萄糖,开始形成旁路，通过氧化、基团转移两个阶段生成,果糖,-6-,磷酸和,3-,磷酸甘油醛,，从而返回糖酵解的代谢途径，亦称为,磷酸戊糖旁路（,pentose phosphate shunt,）,。,磷酸戊糖途径不能产生,ATP,，其主要意义是生成,NADPH,和磷酸核糖，,细胞定位：,胞液,第一阶段：氧化反应,一、磷酸戊糖途径的分为两个反阶段,反应过程可分为二个阶段,:,第二阶段：非氧化反应,生成,磷酸戊糖，,NADPH+H,+,及,CO,2,。,包括一系列基团转移。,葡糖,-6-,磷酸,核酮糖,-5-,磷酸,NADPH+H,+,NADP,+,H,2,O,NADP,+,CO,2,NADPH+H,+,葡糖,-6-,磷酸,脱氢酶,葡糖,-6-,磷酸脱氢酶,H,CO,H,CH,2,OH,C,O,葡糖,-6-,磷酸,葡糖,-6-,磷酸内酯,（一）第一阶段是氧化反应,5-,磷酸核糖,催化第一步脱氢反应的,葡糖,-6-,磷酸脱氢酶,是此代谢途径的关键酶。,两次脱氢脱下的氢均由,NADP,+,接受生成,NADPH+H,+,。,反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,G-6-P,5-,磷酸核糖,NADP,+,NADPH+H,+,NADP,+,NADPH+H,+,CO,2,经过第二阶段的一系列基团转移反应，,5-,磷酸核糖最终转变为果糖,-6-,磷酸和,3-,磷酸甘油醛。,这一阶段非常重要，因为细胞对,NADPH,的消耗量远大于磷酸戊糖，多余的戊糖需要通过此反应返回糖酵解的代谢途径再次利用。,（二）第二阶段是一系列基团转移反应,核酮糖,-5-,磷酸,(C,5,),3,5-,磷酸核糖,C,5,木酮糖,-5-,磷酸,C,5,木酮糖,-5-,磷酸,C,5,景天糖,-7-,磷酸,C,7,3-,磷酸甘油醛,C,3,赤藓糖,-4-,磷酸,C,4,果糖,-6-,磷酸,C,6,果糖,-6-,磷酸,C,6,3-,磷酸甘油醛,C,3,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,木酮糖,-5-,磷酸,C,5,木酮糖,-5-,磷酸,C,5,景天糖,-7-,磷酸,C,7,3-,磷酸甘油醛,C,3,赤藓糖,-4-,磷酸,C,4,果糖,-6-,磷酸,C,6,果糖,-6-,磷酸,C,6,3-,磷酸甘油醛,C,3,葡糖,-6-,磷酸,(C,6,),3,葡糖,-6-,磷酸内酯,(C,6,),3,葡糖,-6-,磷酸,(C,6,),3,核酮糖,-5-,磷酸,(C,5,),3,5-,磷酸核糖,C,5,3NADP,+,3NADP+3H,+,葡糖,-6-,磷酸脱氢酶,3NADP,+,3NADP+3H,+,葡糖,-6-,磷酸脱氢酶,CO,2,总反应式,:,3,葡糖,-6-,磷酸,+6,NADP,+,2,果糖,-6-,磷酸,+,3-,磷酸甘油醛,+6,NADPH+H,+,+3,CO,2,磷酸戊糖途径的特点,:,脱氢反应以,NADP,+,为受氢体，生成,NADPH+H,+,。,反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了,3,、,4,、,5,、,6,、,7,碳糖,的演变过程。,反应中生成了重要的中间代谢物,5-,磷酸核糖,。,一分子,G-6-P,经过反应，只能发生,一次脱羧,和,二次脱氢,反应，生成一分子,CO,2,和,2,分子,NADPH+H,+,。,二、磷酸戊糖途径主要受,NADPH/NADP,+,比值的调节,葡糖,-6-,磷酸脱氢酶,此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定葡糖,-6-,磷酸进入磷酸戊糖途径的流量。,此酶活性主要受,NADPH/NADP,+,比值,的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外,NADPH,对该酶有强烈抑制作用。,因此，磷酸戊糖途径的流量取决于,NADPH,的需求。,三、磷酸戊糖途径的生理意义是生成,NADPH,和磷酸戊糖,（二）提供,NADPH,作为供氢体参与多种代谢反应,（一）为核酸的生物合成提供核糖,1.NADPH,是许多合成代谢的供氢体；,2.NADPH,参与体内羟化反应；,3.NADPH,可维持谷胱甘肽,(GSH),的还原状态。,氧化型谷胱甘肽,还原型谷胱甘肽,还原型谷胱甘肽是体内重要的抗氧化剂，可以保护一些含,-SH,基的蛋白质或酶免受氧化剂尤其是过氧化物的损害。,在红细胞中还原型谷胱甘肽更具有重要作用。它可以保护红细胞膜蛋白的完整性。,葡糖,-6-,磷酸脱氢酶缺陷者，其红细胞不能经磷酸戊糖途径获得充足的,NADPH,，难以使谷胱甘肽保持还原状态，因而表现出红细胞（尤其是较老的红细胞）易于破裂，发生溶血性黄疸。这种溶血现象常在食用蚕豆（是强氧化剂）后出现，故称为,蚕豆病,。,第 五 节 糖原的合成与分解,Glycogenesis and Glycogenolysis,糖 原,(glycogen),是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。,肌肉：肌糖原，,180 300g,，,主要供肌肉收缩所需,肝脏：肝糖原，,70 100g,，,维持血糖水平,糖原的定义：,糖原储存的主要器官及其生理意义：,1.,葡萄糖单元以,-1,4-,糖苷键形成长链。,2.,约,10,个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以,-1,6-,糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。,3.,每条链都终止于一个非还原端,.,非还原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的结构特点及其意义：,一、,糖原合成是由葡萄糖连接成多聚体,合成部位：,糖原的合成,(glycogenesis),指由葡萄糖合成糖原的过程。,糖原合成时，葡萄糖先活化，再连接形成直链和支链,。,组织定位：主要在肝脏、肌肉,细胞定位：胞浆,糖原的合成与分解总图,UDPG,焦磷酸化酶,G-1-P,UTP,UDPG,PPi,糖原,n+1,UDP,G-6-P,G,糖原合酶,磷酸葡萄糖变位酶,己糖,(,葡萄糖,),激酶,糖原,n,Pi,磷酸化酶,葡萄糖,-6-,磷酸酶（肝）,糖原,n,1.,葡萄糖磷酸化生成葡糖,-6-,磷酸,葡萄糖,葡糖,-6-,磷酸,ATP,ADP,己糖激酶,;,葡萄糖激酶（肝）,糖原合成途径,：,（一）葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖,葡萄糖,-1-,磷酸,磷酸葡萄糖变位酶,葡糖,-6-,磷酸,2.,葡糖,-6-,磷酸转变成葡萄糖,-1-,磷酸,此反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成,-1,4-,糖苷键，所以,葡萄糖分子,C,1,上的半缩醛羟基必须活化,，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离,C,4,羟基缩合。半缩醛羟基与磷酸基之间形成的,O-P,键具有较高的能量。,UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,3.,葡糖,-1-,磷酸转变成尿苷二磷酸葡萄糖,+,UTP,尿苷,P,P,P,PPi,UDPG,焦磷酸化酶,2Pi+,能量,1-,磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖,(uridine diphosphate glucose,UDPG),糖原,n,+,UDPG,糖原,n+1,+,UDP,糖原合酶,(glycogen synthase),UDP,UTP,ADP,ATP,核苷二磷酸激酶,4.-1,4-,糖苷键式结合,（二）尿苷二磷酸葡萄糖连接形成直链和支链,糖原,n,为原有的细胞内的较小糖原分子，称为,糖原引物,(primer),，作为,UDPG,上葡萄糖基的接受体。,糖原,n,+,UDPG,糖原,n+1,+,UDP,糖原合酶,(glycogen synthase,),.,糖原分枝酶的作用及分枝的形成,分支酶,(branching enzyme,),-1,6-,糖苷键,-1,4-,糖苷键,二、糖原分解从非还原末端进行磷酸解,亚细胞定位：胞 浆,肝糖原的分解过程,:,糖原分解,(glycogenolysis),习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,（一）糖原磷酸化酶分解,-1,4-,糖苷键,1.,糖原的磷酸解,糖原磷酸化酶,(,Glycogen phosphorylase),糖原,n+1,糖原,n,+,葡糖,-1-,磷酸,2.,脱枝酶的作用,转移葡萄糖残基,水解,-1,6-,糖苷键,脱枝酶,(debranching enzyme),磷酸化酶,转移酶活性,-1,6,糖苷酶活性,在几个酶的共同作用下，最终产物中约,85%,为葡糖,-1-,磷酸，,15%,为游离葡萄糖。,葡糖,-1-,磷酸,葡糖,-6-,磷酸,磷酸葡萄糖变位酶,3.,葡糖,-1-,磷酸转变成葡糖,-6-,磷酸,4.,葡糖,-6-,磷酸水解生成葡萄糖,葡萄糖,-6-,磷酸酶（肝，肾）,葡萄糖,葡糖,-6-,磷酸,葡萄糖,-6-,磷酸酶只存在于肝、肾中，而不存在于肌中。所以只有肝和肾可补充血糖；而肌糖原不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解