糖类分解代谢

糖类分解代谢,第二部分：能量代谢和储藏,1. 新陈代谢概论2. 生物体内的糖类3. 双糖和多糖的酶促降解4. 糖酵解5. 三羧酸循环6. 磷酸戊糖途径7. 糖醛酸途径,糖类分解代谢,基本要求： （1）掌握糖酵解、三羧酸循环，乙酰辅酶A形成的具体过程及调控、 TCA循环的生物学意义、磷酸戊糖途径反应和生物学意义（2）理解TCA循环是葡萄糖、脂肪、蛋白质三大物质的转换枢纽（3）了解生物体内的糖类、糖原的合成与分解教学重点及难点：（1）糖酵解、三羧酸循环，乙酰辅酶A形成的具体过程及调控（2）TCA循环的生物学意义,糖类分解代谢,新陈代谢（metabolism）又称物质代谢，指生物与周围环境进行物质和能量交换的过程。,Metabolism (from Greek: metabol, change or Greek: metabolismos, outthrow) is the set of life-sustaining chemical transformations within the cells of living organisms. These enzyme-catalyzed reactions allow organisms to grow and reproduce, maintain their structures, and respond to their environments.,糖类分解代谢,新陈代谢,同化作用（合成代谢）,异化作用（分解代谢）,环境 生物机体,吸能反应（能量来自光、热及分解代谢）,生物小分子 生物大分子,生物体机体物质降解,放能反应（能量用于合成代谢、生理及运动需能）,生物大分子 生物小分子,释放到环境,重新利用,糖类分解代谢,新陈代谢的特点,在温和条件下，由酶催化进行 相互配合，有条不紊，彼此协调，严格有序 对内外环境条件高度适应和灵敏调节，是一个有规律的代谢网络 每一个代谢都有各自的化学途径 代谢是一个多酶的反应体系 代谢过程是逐步进行的，并伴随着能量吸收和释放,糖类分解代谢,新陈代谢概论,Autotroph(自养) Chemoautotroph PhotoautotrophHeterotroph（异养） Chemoheterotroph Photoheterotroph,糖类分解代谢,新陈代谢的反应类型,氧化还原反应：一般由脱氢酶或氧化酶催化。 碳碳键的形成和断裂：主要发生在分解代谢和合成代谢中 分子重排、异构化和消除反应：如H2O的消除反应可以形成C=C 基团转移反应：主要包括酰基，糖基和磷酸基团的转移等,能量代谢（energetic metabolism）,ATP ADP +Pi 释放能量ADP +Pi ATP 贮存能量,糖类分解代谢,糖类分解代谢,新陈代谢的研究方法,中间代谢体内研究（in vivo study）体外研究（in vitro study）,同位素示踪法追踪代谢物的去向 酶抑制剂和抗代谢物对代谢的阻断和干扰,糖类分解代谢,糖类分解代谢,糖类分解代谢,糖类分解代谢,2. 生物体内的糖类,糖类分解代谢,2. 生物体内的糖类（saccharide）,糖是具有分子式为(CH2O)n的多羟基醛或酮。（n=?）,糖类分解代谢,单糖：不再被水解为更小的单位多糖：2-10个单糖的缩合产物寡糖：多个单糖基以糖苷键链接而形成的高聚物,2. 生物体内的糖类（saccharide）,糖类分解代谢,2.1 单糖（Monosaccharides ）,根据单糖结构特点又分为醛糖（aldose）和酮糖（ketose）。,根据单糖碳原子数目分为丙、丁、戊、已糖等。,凡可视为D-甘油醛衍生物的糖都是D-糖。,凡可视为L-甘油醛衍生物的糖都是L-糖。,水相中，戊糖和己糖都形成环状结构。,任何单糖的构型都是由甘油醛及二羟丙酮派生的。,糖类分解代谢,Mutarotation变旋,糖类分解代谢,2.1 单糖（Monosaccharides ）,还原性糖,糖类分解代谢,单糖衍生物,葡萄糖胺（氨基葡萄糖）,乙酰基葡萄糖胺,胞壁酸,乙酰基胞壁酸,半乳糖胺,甘露糖胺,海藻糖,鼠李糖,糖类分解代谢,2.2 寡糖（ oligosaccharides ）,蔗糖( sucrose)麦芽糖( maltose )乳糖( lactose ),是少数单糖（2-10个）的缩合产物，低聚糖通常是指20个以下的单糖的缩合物。,-葡糖（1-2）果糖,-葡糖（1-4）葡萄糖苷,-半乳糖（1-4）D葡糖苷,糖类分解代谢,2.2 寡糖（ oligosaccharides ）,棉子糖（raffinose）：非还原性三糖，水解产物是葡萄糖，果糖和半乳糖各一分子。,糖类分解代谢,2.2 寡糖（ oligosaccharides ）,环糊精（cycloamylose）：有环糊精葡糖转移酶作用于直链淀粉生成的。一般由6、7或8个葡萄糖单位通过1,4糖苷键连接而成，由于无异头羟基，所以属于非还原性糖。,稳定剂，抗氧化剂，抗光解剂，乳化剂和增溶剂,糖类分解代谢,2.3 多糖（ polysaccharides,glycans ）,淀粉（starch）糖原（glucogen）果胶（pectin）纤维素（cellulose）菊粉（inulin）,粘多糖（mucoitin）,是多个单糖基以糖苷键连接而形成的高聚物。,同多糖：由同一种类型的糖基组成,异多糖：由同不同类型的糖基及其衍生物残基组成。,淀粉（starch）,糖原（glycogen）: 动物淀粉,直链淀粉,支链淀粉,糖类分解代谢,2.3 多糖（ polysaccharides,glycans ）,糖类分解代谢,糖原累积病（glycogen storage, GSD）是一种遗传性疾病，主要病因为先天性糖代谢酶缺陷所造成的糖原代谢障碍。,型糖原贮积病全身组织均有糖原沉积，尤其是心肌糖原浸润肥大明显。婴儿型最早于出生后1个月发病，很少生存到1岁，面容似克汀病，舌大、呛咳、呼吸困难，2岁前死于心肺功能衰竭。青少年型主要表现为进行性肌营养不良。成人型表现为骨骼肌无力。,糖类分解代谢,纤维素（cellulose）,纤维素是构成植物躯干主要成分，它由许多-D-葡萄糖分子通过(14)糖苷键缩合生成。纤维素不溶于水，稀酸、稀碱及其他普通有机溶剂。,糖类分解代谢,几丁质（Chitin）,几丁质，也称壳多糖，由N-乙酰葡糖胺通过连接聚合而成的结构同多糖。广泛存在于甲壳类动物的外壳、昆虫的甲壳和真菌的胞壁中。,糖类分解代谢,果胶（pectin）,果胶是聚半乳糖醛酸，存在于相邻细胞壁间的胞间层中，起着将细胞粘在一起的作用,在食品上作胶凝剂，增稠剂，稳定剂，悬浮剂，乳化剂，增香增效剂，并可用于化妆品。,糖类分解代谢,粘多糖（mucoitin）,含氮的不均一多糖，是构成细胞间结缔组织的主要成分，也广泛存在于哺乳动物各种细胞内。化学组成为糖醛酸和酪氨基己糖交替出现，有时含硫键。也称为糖胺聚糖。,已经证实，此类成分具有多种药理活性，包括抗凝血、降血脂、抗病毒、抗肿瘤及抗放射等作用。已引起人们对这类生物高分子的重视。已知粘多糖是动物药的常见活性成分，如在皮（阿胶、海参、蝉蜕、蛇蜕等），角（羧羊角、犀角、鹿茸等），贝壳（石决明、牡蛎、皱红螺等），鳞甲（穿山甲、龟板、鳖甲、玳瑁等），粘液（蜗牛、泥鳅等）及骨（虎骨、狗骨等）等类药材中均含有。粘多糖的比较生化研究已成为无脊椎动物化学分类学的主题之一。,糖类分解代谢,粘多糖（mucoitin）,透明质酸是一种酸性粘多糖，1934年美国哥伦比亚大学眼科教授Meyer等首先从牛眼玻璃体中分离出该物质。透明质酸以其独特的分子结构和理化性质在机体内显示出多种重要的生理功能，如润滑关节，调节血管壁的通透性，调节蛋白质，水电解质扩散及运转，促进创伤愈合等。尤为重要的是，透明质酸具有特殊的保水作用，是目前丽都发现的自然界中保湿性最好的物质，被称为理想的天然保湿因子（Natural moisturizing factor，NMF，例如：2%的纯透明质酸水溶液能牢固地保持98%水分。,糖类分解代谢,粘多糖贮积症是由于人体细胞的溶酶体内降解粘多糖的水解酶发生突变导致其活性丧失，粘多糖不能被降解代谢，最终贮积在体内而发生的疾病,粘多糖贮积症（mucoitin storage disease）,1.粗糙面容：头大，舟型头，前额突出，眉毛浓密，眼睛突出，眼睑肿胀，鼻梁低平，鼻孔 上翻。嘴唇大而厚；舌大，易突出口外。牙龈增生，牙齿细小且间距宽。皮肤厚，汗毛 多，头发浓密粗糙，发际线低。2.角膜混浊：随着疾病的进展，角膜混浊逐渐明显严重，可致失明。3.关节僵硬：累及大关节，如肘关节，肩关节及膝关节，使这些关节的活动度受限；手关节 受累，显示出“爪形手”的特征。4.身材矮小：患者脖子短，脊柱后凸，23岁左右生长几乎停止。5.肝脾增大：腹部膨隆，腹腔压力大导致脐疝和腹股沟疝，手术修复后仍易复发,症状:,糖类分解代谢,糖的生物学作用,生物体内重要能源,代谢中间物是合成氨基酸、脂肪、核苷酸原料。,细胞识别、防御、免疫、粘附等多种过程。,结构和储能,糖类分解代谢,The sugar code:,Carbohydrates as Informational Molecules.,(1-2), (1-3), (1-4)(1-6), (2-3), (2-6),糖类分解代谢,3 双糖和多糖的酶促降解,3.1 蔗糖的水解：蔗糖是植物光合作用产物的主要运输形式,在蔗糖合成酶（sucrose synthetase）作用下水解：,在蔗糖酶( sucrase ,转化酶 invertase)作用下水解：,糖类分解代谢,3.2 麦芽糖的水解:麦芽糖酶（maltase）,糖类分解代谢,3.2 乳糖的水解:半乳糖苷酶（galactosidase）,糖类分解代谢,乳糖不耐受症(Lactose intolerance disease),当未分解吸收的乳糖进入结肠后，被肠道存在的细菌发酵成为小分子的有机酸如 醋酸、丙酸、丁酸等，并产生一些气体如甲烷、H2、CO2等,这些产物大部分可被 结肠重吸收，而未被吸收者或仍未被分解的乳糖可引起肠鸣、腹胀、腹痛、排 气、不舒服、腹泻等症状，有的人还会发生嗳气、恶心等。,糖类分解代谢,3.3 淀粉（糖原）的酶促降解：水解和磷酸解,淀粉水解,- 淀粉酶（ - amylase）,- 淀粉酶（ - amylase）,麦芽糖酶（maltase）,脱支酶（ debranching enzyme ）,淀粉磷酸解：淀粉磷酸化酶（amylophosphorylase）,糖原的磷酸解：糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase）,糖类分解代谢,- 淀粉酶（ - amylase）,-淀粉酶: 耐热(70,15min)不耐酸，在淀粉分子内部随机水解-1, 4糖苷键，将直链淀粉水解的产物为葡萄糖和麦芽糖; 支链淀粉作用产物为葡萄糖、麦芽糖和糊精。,糖类分解代谢,- 淀粉酶（ - amylase）,-淀粉酶: 耐酸不耐热，从多糖非还原端的-1, 4糖苷键，将直链淀粉水解成麦芽糖；将支链淀粉(或糖原)水解为麦芽糖和极限糊精。,糖类分解代谢,脱支酶（ debranching enzyme）和麦芽糖酶（maltase）,脱支酶(R酶)专一水解-1,6糖苷键。支链淀粉经淀粉酶水解产生极限糊精, 由脱支酶水解去除-1,6键连接葡萄糖，再在-淀粉酶和-淀粉酶作用下彻底水解。 麦芽糖酶水解麦芽糖和糊精-1,4糖苷键，生成葡萄糖。,糖类分解代谢,淀粉磷酸化酶（amylophosphorylase）,淀粉磷酸化酶广泛存在于叶片及绝大多数贮藏器官中，催化-1,4葡聚糖非还原末端的葡萄糖转移给Pi，生成G1P，同时产生一个新非还原末端，继续进行磷酸化。,糖类分解代谢,糖原磷酸化酶主要位于肝脏，分解糖原直接补充血糖，是糖原降解限速酶。在一定条件下可相互转变的两种形态：糖原磷酸化酶a(活化态)、糖原磷酸化酶b(失活态)。,糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase）,糖类分解代谢,3.4 细胞壁多糖的酶促降解：纤维素和降解和果胶的降解,纤维素的降解：纤维素酶（cellulase）,纤维素是由100010000个-D-葡萄糖通过-1,4糖苷键连接的直链分子，是植物细胞壁的主要组分。纤维素可在酸或纤维素酶(cellulase)作用下水解为-葡萄糖。,糖类分解代谢,糖类分解代谢,单糖的分解代谢,糖类分解代谢,4 糖酵解（glycolysis）,糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是一切生物有机体中普遍存在的葡萄糖降解的途径。又称为EMP途径。,Otto Meyerhof,,糖类分解代谢,4 糖酵解（glycolysis）,研究历史：,1897年，德国生化学家 E.毕希纳发现离开活体的酿酶具有活性以后，极大地促进了生物体内糖代谢的研究。酿酶发现后的几年之内，就揭示了糖酵解是动植物和微生物体内普遍存在的过程。英国的F.G.霍普金斯等于1907年发现肌肉收缩同乳酸生成有直接关系。英国生理学家A.V.希尔，德国的生物化学家O.迈尔霍夫、O.瓦尔堡等许多科学家经历了约20年，从每一个具体的化学变化及其所需用的酶、辅酶以及化学能的传递等各方面进行探讨，于1935年终于阐明了从葡萄糖（6碳）转变其中乳酸（3碳）或酒精（2碳）经历的12个中间步骤，并且阐明在这过程中有几种酶、辅酶和ATP等参加反应。,糖类分解代谢,4 糖酵解（glycolysis）,C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 H3PO4 2 NADH + 2 C3H4O3 + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+,糖类分解代谢,4 糖酵解（glycolysis）,己糖的磷酸化 (1-3),磷酸己糖的裂解(4-5),丙酮酸的生成 (6-10),需要的关键酶：,己糖激酶（ hexokinase ，HK）6-磷酸果糖激酶（ phosphofructokinase, PFK ）丙酮酸激酶（ pyruvate kinase, PK ）,三个反应阶段,糖类分解代谢,4.1 己糖的磷酸化（ phosphorylation of hexose ）,己糖通过两次磷酸化反应，将葡萄糖活化为1,6-二磷酸果糖，为裂解为2分子磷酸丙糖作准备。此阶段为耗能阶段，共消耗2分子ATP.,三步反应：,葡萄糖的磷酸化6-磷酸果糖的生成1,6-二磷酸果糖的生成,糖类分解代谢,G在己糖激酶(HK)作用下消耗ATP，生成 G6P，也有利于进一步参与合成与分解代谢，同时还能使进入细胞的G不再逸出细胞。Mg2+是HK的激活剂，己糖激酶HK是第1个限速酶。,葡萄糖的磷酸化（ phosphorylation of glucose ）,糖类分解代谢,G6P异构化反应（ isomerization of glucose-6-phosphate ）,磷酸己糖异构酶 ( phosphohexose isomerase )催化6-磷酸葡萄糖(G6P)转变为 6-磷酸果糖 (F6P) 。,糖类分解代谢,F6P的磷酸化（ phosphorylation of F6P ）,磷酸果糖激酶(PFK)催化F6P再次磷酸化生成1,6-FP, 磷酸根由ATP供给。Mg2+是PFK的激活剂；己糖激酶PFK是第2个限速酶。,糖类分解代谢,4.2 磷酸己糖的裂解,这一阶段是将FBP裂解为二分子磷酸丙糖，以及磷酸丙糖的相互转化。,二步反应：,1,6-二磷酸果糖的裂解：醛羧酶磷酸丙糖的同分异构化：磷酸丙糖异构酶,糖类分解代谢,1,6-二磷酸果糖的裂解（ cleavage of F6P ）,醛缩酶(aldolase)催化FBP生成 二羟基丙酮 (dihydroxyacetone phosphate， DHAP) 和 3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde 3-phosphate，GAP)。,糖类分解代谢,磷酸丙糖异构酶(triosephosphate isomerase) 催化DHAP 转变为 GAP。,DHAP的异构化反应（ isomerization of DHAP）,the preparatory (or investment) phase：consuming 2ATPs to convert one glucose into two G3P.,糖类分解代谢,4.3 丙酮酸的生成,在此阶段有一步氧化反应和二步产能反应，3-磷酸甘油醛最终生成丙酮酸，释放的能量可由ADP转变成ATP储存。,四步反应：,3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸的生成3-磷酸甘油酸的异构磷酸烯醇式丙酮酸的生成丙酮酸和ATP的生成,糖类分解代谢,3-磷酸甘油醛的氧化,3-磷酸甘油醛脱氢酶催化 GAP 氧化脱氢并磷酸化，生成含有1个高能磷酸键的1,3-二磷酸甘油酸（1,3-bisphosphoglyceric acid，BPGA），反应脱下的氢和电子转给NAD+生成NADH。,糖类分解代谢,磷酸甘油酸激酶(phosphaglycerate kinase,PGK)催化BPGA生成 3-PGA，同时其C1上高能磷酸根转移给ADP生成ATP。,1, 3-磷酸甘油酸的高能磷酸键转移反应,底物水平磷酸化（substrate level phosphorlation）：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成，这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸化。,糖类分解代谢,3-磷酸甘油酸的变位反应,磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)催化3-PGA的C3位上的磷酸基转变到C2位上生成2-PGA。,糖类分解代谢,由烯醇化酶(enolase)催化，2-PGA脱水，生成含高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate , PEP )。,2-磷酸甘油酸的脱水反应,糖类分解代谢,磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移,在丙酮酸激酶(pyruvate kinase, PK)催化下，PEP上的高能磷酸根转移至ADP生成ATP。此步是第二次底物水平的磷酸化过程。,the pay-off phase, leading to a net gain of 2 NADH molecules and 2 ATP molecules from the glycolytic pathway per glucose.,糖类分解代谢,4.3 糖酵解途径的总结,糖类分解代谢,4.3 糖酵解途径的总结,糖类分解代谢,4.4 糖酵解途径的总结,糖酵解的生物学意义： 在生物体中普遍存在，是葡萄糖进行有氧或无氧分解的共同代谢途径 生物体获得生命活动所需的能量的来源 对于厌氧生物或供氧不足的组织来说，糖酵解是糖分解的主要途径，是获 得能量的主要方式中间产物可作为合成其他物质的原料存在可逆反应，为糖异生作用提供了基本途径,糖类分解代谢,4.5 糖酵解 的其他底物,糖类分解代谢,4.5 丙酮酸的去路,丙酮酸,糖类分解代谢,乳酸的生成（Lactic acid fermentation）,乳酸脱氢酶 (lactate dehydrogenase) 催化Pyr 脱氢生成 Lac。Pyr作为氢受体将生成的NADH氧化为NAD+，使糖酵解继续进行。,糖类分解代谢,乙醇的生成（Ethanol fermentation）,在微生物中，丙酮酸脱羧酶催化丙酮酸脱羧变成乙醛，乙醛在醇脱氢酶催化下被NADH还原形成乙醇。乙醇发酵存在于真菌和缺氧的植物器官。在有氧条件下乙醛可被氧化生成乙酸。,糖类分解代谢,4.5 糖酵解的调节,限速酶调节:在一个代谢过程中，往往催化不可逆反应的酶限制代谢反应速度，这种酶称为限速酶。,三个限速酶中起决定作用的是催化效率最低的酶PFK-1。,糖类分解代谢,磷酸果糖激酶 (phosphofructokinase, PFK )的调节,F6P、FBP、ADP、AMP是磷酸果糖激酶(PFK-1) 别构激活剂。 ATP、柠檬酸等是PFK-1的别构抑制剂。 ATP 既是PFK-1作用的底物，又起抑制作用。 ATP通过浓度变化影响 PFK-1活性，调节EMP 速度。 PFK-1被H+抑制，在pH明显下降时糖酵解速率降低。这防止在缺氧条件下 形成过量乳酸而导致酸毒症。,糖类分解代谢,磷酸果糖激酶 (phosphofructokinase, PFK )的调节,糖类分解代谢,果糖-2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶(PFK-1)的调节,果糖-2,6-二磷酸激酶(PFK2)催化 F6P磷酸化形成FBP，而果糖-2,6-二磷酸酯酶(FBPase2)催化FBP水解去磷酸形成 F6P。,糖类分解代谢,果糖-2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶(PFK-1)的调节,糖类分解代谢,果糖-2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶(PFK-1)的调节,糖类分解代谢,己糖激酶(HK)的调节,己糖激酶(HK)的别构抑制剂为其产物G6P。当磷酸果糖激酶(PFK)活性被抑制时，底物 F6P积累，进而使G6P浓度升高，从而引起HK活性下降。,糖类分解代谢,丙酮酸激酶 ( PK )的调节,糖类分解代谢,5. 三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle TCA）,Hans Adolf Krebs,TCA 循环:又称为柠檬酸循环或Krebs循环，是糖类、脂类、氨基酸的最终代谢通路，又是糖类、脂类、氨基酸代谢联系的枢纽。,糖类分解代谢,5. 三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）,研究历史：,1900 Born in Germany1918 Began medical school1923 Graduated from medical school1925 Graduated with Ph.D. from University of Hamburg1932 Identification of Urea Cycle1933 Emigration to the United Kingdom1935 Appointed Lecturer in Pharmacology at University of Sheffield1937 Identification of Citric Acid Cycle or Krebs Cycle1945 Became a Professor at University of Sheffield1953 Won the Nobel Prize in Medicine1958 Knighted1981 Died in the United Kingdom,克雷布斯生于下萨克森希尔德斯海姆的犹太家庭，父亲是一名耳鼻喉科的医生，1918年至1923间于哥廷根和弗莱堡学习医学，1925年获汉堡大学哲学博士学位，后又赴柏林大学学习化学一年，并成为奥托海因里希瓦尔堡的助手从事研究工作至1930年。 由于其犹太人身份，克雷布斯于1933年前往英国，在剑桥大学随弗雷德里克霍普金斯工作，1945年成为雪菲尔大学教授，1954年转往牛津大学担任生物化学教授并于当地退休。 刚开始选择课题时，仅仅出于对食物在体内究竟是如何变成水和二氧化碳的现象充满了兴趣，他毫不犹豫地选择了这个课题，并且着手调查前人研究这一课题的各种材料。有的学者报告说：“A物质经过氧化变成了B物质。”有的学者说：“C物质经过氧化变成了D物质，然后又进一步变成E物质。”还有的学者认为：“C物质是从B物质中得到的。或者可以说，是F物质变成了G物质。”另外一些学者则认为，是“G物质经过氧化变成A物质”等等。发现食物在体内是按F、G、A、B、C、D、E这样一个顺序变化的。再仔细了解从A到F这些化学物质，发现E和F之间断了链。如果E和F之间存在一种X物质，那么，这条食物循环反应链就完整了。马上集中精力，全力寻找X物质。4年后终于查明，X物质就是如今放在饮料中作为酸味添加剂的柠檬酸。他完成了食物的循环链，并且将它命名为柠檬酸循环。克雷布斯的循环理论解释了食物在体内进入柠檬酸循环后，按照A、B、C、D、E、X、F、G的顺序循环反应，最终氧化成二氧化碳和水。,乙酰-CoA+3NAD+FAD+ADP+Pi2Co2+3NADH+FADH2+ATP+2H+CoA-SH,糖类分解代谢,乙酰辅酶A的生成,三羧酸循环,二个反应阶段,5. 三羧酸循环,糖类分解代谢,5.1 乙酰辅酶A（乙酰 CoA）的生成:,丙酮酸氧化为乙酰辅酶A,硫辛酸通过赖氨酸和硫辛酸乙酰转移酶E2的多肽链连接。硫辛酰赖氨酰部分是E2的辅基部分。硫辛酸部分由氧化态和还原态，并且可以作为乙酰基和氢的载体。,糖类分解代谢,5.2 三羧酸循环,反应历程： 乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合形成柠檬酸柠檬酸异构化形成异柠檬酸异柠檬酸氧化脱羧形成-酮戊二酸-酮戊二酸氧化脱羧反应琥珀酸的形成延胡索酸的生成苹果酸的生成草酰乙酸的再生,糖类分解代谢,乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合形成柠檬酸,在柠檬酸合成酶(citrate synthetase)催化下，乙酰CoA与草酰乙酸 (oxaloacetate, OAA) 缩合成柠檬酸(citrate )。,糖类分解代谢,在顺乌头酸酶（aconitase）催化下，柠檬酸脱水生成顺乌头酸（cis-aconitate），加水生成异柠檬酸。,柠檬酸异构化形成异柠檬酸,糖类分解代谢,异柠檬酸氧化脱羧生成 -酮戊二酸,在异柠檬酸脱氢酶作用下，异柠檬酸氧化脱氢生成为草酰琥珀酸(oxalosuccinate) 中间产物，再脱羧生成-酮戊二酸(-ketoglutarate)、NADH和CO2。,糖类分解代谢, -酮戊二酸氧化脱羧,在-酮戊二酸脱氢酶系作用下，-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA、NADH、CO2，氧化产生能量中一部分储存于琥珀酰CoA的高能硫酯键中。,糖类分解代谢,琥珀酸（succinate）的生成,在琥珀酸硫激酶(succinate thiokinase)作用下，琥珀酰CoA硫酯键水解，生成琥珀酸，释放自由能合成GTP。此步反应为底物水平磷酸化过程。,糖类分解代谢,延胡索酸（ fumarate ）的生成,琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)催化琥珀酸氧化成为延胡索酸(反丁烯二酸)。琥珀酸脱氢酶结合在线粒体内膜上；其他TCA酶都存在于线粒体基质中。,糖类分解代谢,苹果酸（L-malate）的生成,延胡索酸(fumarate)在延胡索酸酶（fumarase）作用下水化生成苹果酸(L-Malate)。,糖类分解代谢,草酰乙酸（oxaloacetate）的再生,在苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase)作用下, 苹果酸脱氢氧化生成草酰乙酸(OAA)。,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,-同戊二酸脱氢酶系,琥珀酰酸硫激酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸酸脱氢酶,糖类分解代谢,-酮戊二酸和草酰乙酸是Glu和Asp合成的碳架，琥珀酰CoA是卟啉环合成的前体，柠檬酸转运至胞液后裂解成乙酰CoA用于脂肪酸合成，均导致草酰乙酸浓度下降而影响三羧酸循环的运行。,5.3 草酰乙酸的回补反应,糖类分解代谢,草酰乙酸的回补反应,-酮戊二酸和草酰乙酸是Glu和Asp合成的碳架，琥珀酰CoA是卟啉环合成的前体，柠檬酸转运至胞液后裂解成乙酰CoA用于脂肪酸合成，均导致草酰乙酸浓度下降而影响三羧酸循环的运行。,糖类分解代谢,草酰乙酸的回补反应-丙酮酸的羧化,丙酮酸在丙酮酸羧化酶(Pyruvate carboxylase)催化下形成草酰乙酸。,糖类分解代谢,PEP在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEP carboxykinase)作用下形成草酰乙酸。反应在胞液中进行，生成的草酰乙酸需转变成苹果酸后穿梭进入线粒体，再脱氢生成草酰乙酸。,草酰乙酸的回补反应-PEP的羧化,糖类分解代谢,草酰乙酸的回补反应-天冬氨酸和谷氨酸的转氨作用,Asp和Glu经转氨作用可形成草酰乙酸和-酮戊二酸。Ile, Val, Thr, Met 也可形成琥珀酰CoA。,糖类分解代谢,5.4 TCA化学计量和特点- CO2的生成,TCA中有3次脱羧基反应，通过脱羧作用生成CO2，是有机体内产生CO2的普遍规律。以CO2方式失去的碳并非来自乙酰基，而是来自草酰乙酸。,糖类分解代谢,糖类分解代谢,TCA有5次脱氢, 生成 4NADH和1FADH2，经氧化磷酸化分别能产生10个和1.5个共11.5个ATP，加上TCA本身生成的1个GTP，共12.5个ATP。1G 产生2Pyr，经 TCA 产生12.5225ATP，远多于EMP所产生的7ATP。,5.4 TCA化学计量和特点- CO2的生成,糖类分解代谢,5.5 TCA循环的生理意义,机体获取能量的主要方式。（1G=32ATP）,物质代谢的枢纽。（糖、脂肪、蛋白质、核酸）,中间产物是某些植物的贮藏物质。（柠檬酸、苹果酸）,糖类分解代谢,糖类分解代谢,5.5 TCA循环的调控,主要调控部位 柠檬酸合酶：NADH, ATP抑制该酶活性，高浓度草酰乙酸和乙酰CoA激活该酶异柠檬酸脱氢酶：ADP激活该酶，而琥珀酸CoA和NADH抑制该酶活性-酮戊二酸脱氢酶：NADH和琥珀酰CoA抑制该酶活性,ATP /ADPNADH /NAD+草酰乙酸和乙酰CoA的浓度,糖类分解代谢,6. 磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway),磷酸戊糖途径，亦称为己糖磷酸旁路，是在动物组织中降解代谢的重要途径之一，是葡萄糖氧化分解的一种方式。主要特点是葡萄糖直接氧化脱氢和脱羧，不必经过糖酵解和三羧酸循环。,Efriam Racker,Irwin Gunsalus,糖类分解代谢,6. 磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway),糖类分解代谢,6. 磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway),葡萄糖的氧化脱羧阶段,非氧化的分子重组合阶段,二个反应阶段，8步反应过程,脱氢反应水解反应脱氢脱羧反应,异构