生物化学教学课件：第六章 糖代谢1

吉林大学杨成君1课间休息吉林大学杨成君2有氧氧化的反应过程细胞液线粒体葡萄糖或糖原丙酮酸乙酰CoA丙酮酸线粒体膜TACCO2HO2NADH+H+FADH2（）呼吸链[O]ATPADPATP（GTP）Ⅳ氧化磷酸化Ⅲ三羧酸循环Ⅱ丙酮酸的氧化脱羧Ⅰ糖酵解途径吉林大学杨成君3（二）三羧酸循环三羧酸循环(TricarboxylicacidCycle,TAC)也称柠檬酸循环，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。由Krebs正式提出此学说，故称为Krebs循环。1953年汉斯.克雷布斯，李普曼因发现柠檬酸循环而获奖。反应部位：所有的反应均在线粒体中进行①柠檬酸合成HO2CHO3SCOAC~OCCH2OCOOCOCH2OCOHOCCH2OCOOCOHSCOA①柠檬酸合酶乙酰辅酶A草酰乙酸柠檬酸吉林大学杨成君4②柠檬酸异构成异柠檬酸CH2OCOHOCCH2OCOOCOCH2OCOHOCCH2OCOOCOCH2OCOHOCCHOCOOCOHHO2②顺乌头酸酶柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸吉林大学杨成君5③异柠檬酸氧化脱羧CH2OCOHOCCHOCOOCOHCH2OCOHOCCHOCOCOH22NAD+NAD++③异檬酸脱氢酶异柠檬酸α-酮戊二酸吉林大学杨成君6④α-酮戊二酸氧化脱羧CH2OCOHOCCHOCOCOH22NAD+NAD++CH2OCOOCCH2SCOA~④α-酮戊二酸脱氢酶体HSCOA琥珀酰CoAα-酮戊二酸吉林大学杨成君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吉林大学杨成君8⑥琥珀酸脱氢成延胡索酸CH2OCOCH2OCOCHOCOCH2OCOFADFADH⑥琥珀酸脱氢酶延胡索酸琥珀酸TAC中唯一掺入线粒体内膜的酶受丙二酸抑制呼吸链吉林大学杨成君9⑦延胡索酸加水成苹果酸HO2CHOCOCHOCO2HO⑦延胡索酸酶苹果酸反式加成具立体异构特异性OH只加入延胡索酸双键的一侧产物只有L-苹果酸CHOCOCHOCO延胡索酸吉林大学杨成君10⑧苹果酸脱氢成草酰乙酸HHNAD+NAD++OCCH2OCOOCO⑧苹果酸脱氢酶苹果酸草酰乙酸CHOCOCHOCO2HO吉林大学杨成君11三羧酸循环NAD+NADH+H+~CH-CO3SCoAHSCoACO2NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CO2HSCoAGDP+PiGTP+HSCoAFAD2FADHHO2HO2HO2①缩合②a脱水②b水和⑧苹果酸脱氢③氧化脱羧⑦水和⑥琥珀酸脱氢④氧化脱羧⑤底物水平磷酸化HO2⑦延胡索酸酶①柠檬酸合酶②顺乌头酸酶③异檬酸脱氢酶④α-酮戊二酸脱氢酶体⑤琥珀酰CoA合成酶⑥琥珀酸脱氢酶⑧苹果酸脱氢酶OCCH2OCOOCO草酰乙酸CH2OCOHOCCH2OCOOCO柠檬酸CH2OCOCCHOCOOCO顺乌头酸CH2OCOHOCCHOCOOCOH异柠檬酸CH2OCOOCCHOCO2α-酮戊二酸CH2OCOOCCH2SCOA~琥珀酰CoACH2OCOCH2OCO琥珀酸CHOCOCHOCO延胡索酸CHOCOCHOCO2HO苹果酸三羧酸循环过程吉林大学杨成君1213Krebs自行车（Krebsbicycle）氨基酸α-KGα酮酸Glu鸟氨酸氨基甲酰磷酸CO22ATP2ADP+Pi瓜氨酸PiNH3H2O-2H苹果酸琥珀酸尿素草酰乙酸天冬氨酸GlnNH3三羧酸循环鸟氨酸循环延胡索酸精氨酸精氨酸代琥珀酸吉林大学杨成君吉林大学杨成君14三羧酸循环的总反应加水缩合为柠檬酸开始,生成草酰乙酸结束：4次脱氢（2次伴有脱羧）—3NAD+、1FAD。1次底物水平磷酸化SCoAC=OCH3乙酰辅酶A2CO2+HSCoA3NADH（H+）FADH23NAD+FADGDP+Pi+2H2OGTP吉林大学杨成君15小结TAC过程的反应部位是线粒体三羧酸循环的要点：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。三个不可逆反应对应三个关键酶：柠檬酸合酶、α-酮戊二酸脱氢酶体、异柠檬酸脱氢酶体分别催化3个不可逆反应使整个循环不可逆三羧酸循环的中间产物TAC中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化但仍然需要不断补充吉林大学杨成君16循环本身不消耗的中间物需要补充的原因转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系CH3CO~SCoAHSCoATAC草酰乙酸（4C）柠檬酸（6C）异柠檬酸（6C）草酰琥珀酸（6C）α酮戊二酸（5C）琥珀酰CoA（4C）琥珀酸（4C）苹果酸（4C）延胡索酸（4C）脂肪酸Asp卟啉Glu丙酮酸机体糖供不足时，缺乏乙酰CoA可能引起TAC运转障碍。这时苹果酸、草酰乙酸可生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解吉林大学杨成君17草酰乙酸补充——回补反应草酰乙酸苹果酸脱氢酶柠檬酸裂解酶柠檬酸丙酮酸*丙酮酸羧化酶谷草转氨酶苹果酸天冬氨酸α-酮戊二酸谷氨酸NADH+H+NAD+乙酰CoACO2吉林大学杨成君18

三羧酸循环的生理意义是三大营养物质氧化分解最终的共同途径糖、脂肪、氨基酸的氧化都产生乙酰CoA进入TAC降解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（4次脱氢）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中间物→草酰乙酸→糖葡萄糖→丙酮酸→草酰乙酸等→氨基酸琥珀酰CoA→血红素吉林大学杨成君19二、有氧氧化的生理意义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，能量的利用率也高。因为产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP。简言之，有氧氧化的意义即“供能”储能效率：30.5kJ/mol×38÷2840kJ/mol≈40.8%葡萄糖有氧氧化生成的ATP此表按最新方式计算ATP。传统计算方法与之有所不同阶段反应辅酶或能量形式ATP数量一葡萄糖→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→乙酰辅酶A×2NAD+2.5×2三异柠檬酸→α-酮戊二酸×2NAD+2.5×2α-酮戊二酸→琥珀酰辅酶A×2NAD+2.5×2琥珀酰辅酶A→琥珀酸×2GTP1×2琥珀酸→延胡索酸×2FAD1.5×2苹果酸→草酰乙酸×2NAD+2.5×2总过程G+38ADP+38Pi+6O2→38ATP+6CO2+44H2OATP32或30吉林大学杨成君20外膜膜间腔内膜1、α-磷酸甘油穿梭

——存在于脑和骨骼肌NADH+H+NAD+CH2OHC=OCH2O-PCH2OHCHOHCH2O-PP甘油脱氢酶P甘油脱氢酶P二羟丙酮α-P-甘油FADFADH2胞液侧基质侧入呼吸链1.5ATP物质氧化CH2OHC=OCH2O-PCH2OHCHOHCH2O-P吉林大学杨成君212、苹果酸-天冬氨酸穿梭

——存在于肝脏和心肌胞液侧内膜基质侧载体载体NAD+

苹果酸NADH+H+

草酰乙酸

苹果酸

NAD+草酰乙酸NADH+H+α酮戊二酸AspGluα酮戊二酸AspGlu物质氧化入呼吸链苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶GOTGOT2.5ATP吉林大学杨成君22三、有氧氧化的调节特点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。ATP/AMP效果更显著氧化磷酸化速率影响三羧酸循环前者速率降低，则后者速率也减慢三羧酸循环与酵解途径互相协调三羧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七个关键酶：HK（GK）、PFK-1、PK\丙酮酸脱氢酶系\柠檬酸合酶\异柠檬酸脱氢酶\α-酮戊二酸脱氢酶复合体吉林大学杨成君23（一）丙酮酸脱氢酶系的别构调节丙酮酸乙酰辅酶A脂肪酸酮体HSCoACO2NADH+H+NAD+PDH反馈抑制ATPADP、AMP激活剂抑制剂吉林大学杨成君24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，其活性受到抑制（二）丙酮酸脱氢酶系的共价修饰调节丙酮酸乙酰辅酶ANAD+HSCoANADH+H+CO2TPPTPPPPTPPTPP2ATP2ADP22HO2Pi磷蛋白磷酸酶PDH激酶（脂肪组织）胰岛素Ca2+Mg2+有活性（PDHa）无活性（PDH-b）Ca2+二氯醋酸吉林大学杨成君25PDH磷酸酶使PDH-b脱磷酸激活PDH激酶使PDHa磷酸化失活受多种因素的调节：ATP／ADP、NADH／NAD+、乙酰CoA／CoA增加可激动此酶Ca2+、二氯乙酸、丙酮酸等抑制此酶ATP乙酰CoA柠檬酸异柠檬酸草酰乙酸苹果酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA异柠檬酸脱氢酶柠檬酸合酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体琥珀酸ATPADPCa2+Ca2+琥珀酰CoANADH柠檬酸ATP琥珀酰CoANADHADPNADHFADH2GTPATP（三）三羧酸循环的调节吉林大学杨成君26三羧酸循环调节规律循环中后续反应中间产物别位抑制前面关键酶NADH、柠檬酸、琥珀酰辅酶AATP/ADP比率，DNAH/NAD+比率比率增高抑制异柠檬酸脱氢酶(ADP变构激活)\α-酮戊二酸脱氢酶产物堆积引起抑制\氧化磷酸化的速率也影响TAC的运转Ca2+可激活许多酶降低其对底物的Km\激活异柠檬酸脱氢酶\α-酮戊二酸脱氢酶系底物供应也是影响TAC的重要因素乙酰辅酶A、草酰乙酸吉林大学杨成君27四、巴斯德效应巴斯德效应（Pastuereffect）有氧氧化抑制糖酵解的现象有氧时NADH+H+可以进入线粒体氧化，丙酮酸也不转变为乳酸，而是进一步氧化、进入TAC反巴斯德效应糖无氧酵解抑制糖有氧氧化的现象缺氧时NADH+H+不能进入线粒体氧化，丙酮酸成为受氢体转变为乳酸吉林大学杨成君28吉林大学杨成君29第四节

磷酸戊糖途径Pentosephosphatepathway磷酸戊糖途径的反应过程磷酸戊糖途径的调节磷酸戊糖途径的生理意义吉林大学杨成君30一、磷酸戊糖途径的反应过程部位：胞浆过程：氧化—异构互变—基团转移6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸磷酸戊糖GG-6-PF-6-P3-P甘油醛酵解途径磷酸戊糖旁路此途径尽管是糖的分解途径，但主要意义不是产生ATP（一）氧化阶段此阶段3分子G-6-P生成三种产物：3分子磷酸戊糖（有3种异构体）5-P核酮糖5-P木酮糖（5-P核酮糖的差向异构体）5-P核糖（5-P核酮糖的醛酮异构体）6分子NADPH+H+；3分子CO2。吉林大学杨成君311、第一次脱氢NADP+NADPH+H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯吉林大学杨成君322、水解6-磷酸葡萄糖酸内酯酶H2O6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸吉林大学杨成君333、第二次脱氢伴脱羧NADP+CO2NADPH+H+6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖吉林大学杨成君344、磷酸戊糖互变3-表构酶异构酶差向异构酶（3-表异构酶）催化5-磷酸核酮糖C3上的羟基与氢对调位置即为5-磷酸木酮糖异构酶催化5-磷酸核酮糖与5-磷酸核糖醛酮异构体互变吉林大学杨成君35（二）基团转移反应1分子G6P产生不同碳原子数的单糖最终可以转变为2分子6-磷酸果糖1分子3-磷酸甘油醛二者都进入糖酵解途径中间有4P赤藓糖和7P景天糖生成吉林大学杨成君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单位（羟乙醛）转酮醇酶转移二碳基团（羟乙醛）给醛糖吉林大学杨成君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转醛醇酶CH2-OHC=OHO-C-H

H-C-OHH-C-OHCH2O6-磷酸果糖—PCHOH-C-OHH-C-OHCH2O4-磷酸赤藓糖—P3C（二羟丙酮基）转移三碳单位（二羟丙酮）给醛糖吉林大学杨成君38

CH2-OHC=OH-C-OHH-C-OHCH2O5-磷酸木酮糖—P

CHOH-C-OHH-C-OHCH2O4-磷酸赤藓糖—P转酮醇酶

CH2-OHC=OHO-C-HH-C-OHH-C-OHCH2O6-磷酸果糖—PCHOH-C-OHCH2O3-磷酸甘油醛—P吉林大学杨成君39吉林大学杨成君40磷酸戊糖途径的总反应3×G-6-P2×F-6-P3-P甘油醛6NADP+6×NADPH+H+3H2O