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第九章 糖代谢 Metabolism of Carbohydrates,主讲：赵伟 生物化学与分子生物学 教研室,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。,* 部位：胞液及线粒体,* 概念,二、糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,： 1.糖酵解途径,2.丙酮酸的氧化脱羧,3. 三羧酸循环,葡萄糖,4.氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC cycle,胞液,线粒体,（一）、有氧氧化的反应过程,1、丙酮酸的氧化脱羧(Pyruvate is oxidatively decarboxylated),丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。,丙酮酸脱氢酶复合体的组成 Pyruvate Dehydrogenase Complex (PDH),酶 E1：丙酮酸脱氢酶 Pyruvate dehydrogenase E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 Dihydrolipoyl transacetylase E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶 Dihydrolipoyl dehydrogenase,TPP（VB1）,FAD（VB2） NAD+ （VPP）,硫辛酸 HSCoA（泛酸）,辅 酶,CO2,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,目 录,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环（Citrate Cycle），这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。,线粒体,2.三羧酸循环,* 概述,* 反应部位,Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981),C2,C6,C4,C4,C5,NADH+H+ CO2,NADH+H+ CO2,GTP,FADH2,NADH+H+,Tricarboxylic Acid Cycle,柠檬酸的生成,关键酶一:柠檬酸合酶,乙酰辅酶A,草酰乙酸,柠檬酸合酶,异柠檬酸的生成,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶,第一次氧化脱羧,第一次生成NADH+H+ ,CO2 关键酶二:异柠檬酸脱氢酶,第二次氧化脱羧,第二次生成CO2, NADH+H+ 关键酶3:-酮戊二酸脱氢酶复合体 高能化合物的生成,-酮戊二酸,琥珀酰辅酶A,-酮戊二酸脱氢酶复合体,反应物类似,底物水平磷酸化反应,底物水平磷酸化 生成1分子GTP(ATP),琥珀酸,琥珀酰辅酶A合成酶,琥珀酰辅酶A,琥珀酸脱氢生成延胡索酸,生成FADH2,琥珀酸,延胡索酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸加水生成苹果酸,延胡索酸,延胡索酸酶,苹果酸,苹果酸脱氢生成草酰乙酸,第三次生成NADH+H+,苹果酸,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,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,目 录,小 结, 三羧酸循环的概念 反应部位：线粒体 关键酶有： 柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体 整个循环反应为不可逆反应 三羧酸循环的要点：经过一次三羧酸循环， 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FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP。 一次TAC,生成12分子的ATP,三羧酸循环的生理意义,是三大营养物质氧化分解的共同途径； 是三大营养物质代谢联系的枢纽； 为其它物质代谢提供小分子前体； 为呼吸链提供H+ + e。,H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。,有氧氧化生成的ATP,葡萄糖6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖1,6-二磷酸果糖,1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸,3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸,丙酮酸乙酰CoA,异柠檬酸-酮戊二酸,一,三,二,2,32,122,32或22,总36或38,NAD+,NAD+,-酮戊二酸琥珀酰CoA,琥珀酰CoA琥珀酸,琥珀酸延胡索酸,苹果酸草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,1分子葡萄糖氧化分解，生成36或38分子ATP,GTP,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。,简言之，即“供能”,（二）、糖有氧氧化的生理意义 Physiological importance of aerobic oxidation,三、有氧氧化的调节,关键酶, 酵解途径：己糖激酶, 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体, 三羧酸循环：柠檬酸合酶,丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1,-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶,1. 丙酮酸脱氢酶复合体, 别构调节,蛋白激酶,磷酸酶,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸 脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+, 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构反馈抑制前面反应中的酶, 其他，如Ca2+可激活许多酶,2. 三羧酸循环的调节,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 信号放大作用 四大阶段反应速度互相影响,第 三 节 磷酸戊糖途径 Pentose Phosphate Pathway,* 细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途径的反应过程,* 反应过程可分为二个阶段,第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。,磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。,* 概念,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,1. 磷酸戊糖生成,5-磷酸核糖,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖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+,CO2,5-磷酸核酮糖(C5) 3,5-磷酸核糖 C5,2. 基团转移反应,每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。,3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt)。,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,总反应式,36-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2,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CO2和2分子NADPH+H+。,二、磷酸戊糖途径的调节,* 6-磷酸葡萄糖脱氢酶,此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡萄糖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。,三、磷酸戊糖途径的生理意义,（一）为核苷酸的生成提供核糖,（二）提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,1. NADPH是体内许多合成代谢的供氢体,2. NADPH参与体内的羟化反应，与生物合成或生物转化有关,3. NADPH可维持GSH的还原性,2G-SH G-S-S-G,NADP+ NADPH+H+,A AH2,What is favism? (蚕豆病),Favism is anemia caused by hemolysis or the destruction of healthy erythrocytes (red blood cells, RBC). The victim, usually a male, feels tired, nauseous, dizzy, and has dark orange urine indicating the passage of blood. The anemia is usually transient (short-lived), but if severe enough, it is fatal. The anemia is caused by a deficiency in an enzyme, glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD). 如NADPH生成障碍（如缺乏6磷酸葡萄糖脱氢酶）谷胱甘肽则不能维持于还原状态，可引起溶血。这种溶血现象可因服用蚕豆及某些药物如磺胺药、阿司匹林而引起，称为蚕豆病。,蚕豆病 :,蚕豆病的症状是： 吃蚕豆几小时或12天后，突然感到精神疲倦、头晕、恶心、畏寒发热、全身酸痛、萎靡不振，并伴有黄疸、肝脾肿大、呼吸困难、肾功能衰竭，甚至死亡。,蚕豆病，俗称蚕豆黄。,机理: 蚕豆中有3种物质：裂解素、锁未尔和多巴胺。前两种使谷胱甘肽氧化，后一种能激发红细胞的自身破坏，遗传性D6PD缺乏者，使红细胞大量溶解而发生蚕豆病。,血像检查: 红细胞明显减少，黄疸指数明显升高。,磷酸戊糖途径,掌 握,三羧酸循环概念，关键酶，生理意义，反应要点 有氧氧化