第8章-糖代谢途径

第8章

糖代谢途径

一、糖酵解概述二、糖酵解的全部反应三、NADH和丙酮酸的命运四、其他物质进入糖酵解五、糖酵解的生理功能六、糖酵解的调节糖酵解提纲糖酵解概述发生在所有的活细胞位于细胞质基质

共有十步反应组成——在所有的细胞都相同，但速率不一定相同。两个阶段：

第一个阶段——准备阶段或引发阶段:葡萄糖→F-1,6-2P（1,6-2磷酸果糖）→2G-3-P（3-磷酸甘油醛）第二个阶段——获利阶段：产生2丙酮酸+2ATP丙酮酸的三种命运糖酵解的两阶段反应能量投资阶段葡萄糖

(6C)

3-磷酸甘油醛

(2-3C)(G3P或GAP)2ATP-消化0ATP-产生0NADH-产生2ATP2ADP+PC-C-C-C-C-CC-C-CC-C-C能量收获阶段

3-磷酸甘油醛

(2-3C)(G3P或GAP)

丙酮酸

(2-3C)

(PYR)0ATP-消耗4ATP-产生2NADH-产生4ATP4ADP+PC-C-CC-C-CC-C-CC-C-CGAPGAP

(PYR)(PYR)一步氧化二部产能反应糖酵解的全部反应休要惊慌!你所要记忆的是总反应、三步限速步骤、三种特异性抑制剂、两步底物磷酸化反应和主要的调控机制。

你不需要记住任何代谢物的结构式反应1：葡萄糖的磷酸化第一步不可逆反应由己糖激酶或葡萄糖激酶催化引发反应——ATP被消耗，以便后面得到更多的ATPATP的消耗使葡萄糖的磷酸化能自发地进行葡萄糖的磷酸化至少有三个意义：一有利于胞外的葡萄糖通过GLUT（葡萄糖转运蛋白）进入胞内；二带上负电荷葡萄糖很难再从细胞中“逃逸”出去；三是葡萄糖由此变得不稳定，有利于它在细胞内的进一步代谢。葡萄糖的磷酸化己糖激酶和葡萄糖激酶的比较亲和力低葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞反应2:磷酸葡糖的异构化6-磷酸葡糖转变成6-磷酸果糖由磷酸己糖异构酶催化这是一步异构化反应，反应的机制牵涉到不稳定的烯二醇中间体。通过此反应，酮基从1号位变到2号，这既为下一步磷酸化反应创造了条件，也有利于后面由醛缩酶催化的C3和C4之间的断裂。2-脱氧6-磷酸葡糖也能够与此酶的活性中心结合，但由于不能形成烯二醇中间物，所以无法完成反应，反而因为占据活性中心而抑制酶的活性。已发现磷酸己糖异构酶是一种兼职蛋白，除了参与糖酵解，它还是一种神经生长因子。磷酸葡糖的异构化酮基从1号位变到2号反应3:磷酸果糖的磷酸化是糖酵解最重要的限速步骤!

是第二步不可逆反应由磷酸果糖激酶-1（PFK-1）催化糖酵解的第二次引发反应有大的自由能降低，受到高度的调控反应4:1,6-二磷酸果糖的裂解C6

被切成2C3

由醛缩酶催化有两类醛缩酶，第一类来源于动物，为共价催化，在反应中，底物与活性中心的赖氨酸残基形成共价的Schiff碱中间物；第二类主要来源于其他生物，其活性中心含有Zn2＋，为金属催化。第一类醛缩酶第二类醛缩酶醛缩酶的催化机制反应5:磷酸丙糖的异构化磷酸二羟丙酮转变成3-磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶（TIM）反应机制涉及烯二醇中间体TIM防止副反应发生的机制TIM具有独特的防止副反应发生的机制：在反应中形成的磷酸烯二醇中间物若离开酶分子，在溶液中很容易释放出磷酸根生成丙二醛，而异构化生成3-磷酸甘油醛的并不多。但在细胞内形成丙二醛的可能性几乎为零，这是因为当烯二醇中间物形成以后，酶分子上一段由10个氨基酸残基组成的环像一个盖子堵住了活性中心，致使烯二醇中间物无法离开酶分子，只能异构化成3-磷酸甘油醛。当3-磷酸甘油醛形成以后，上述环消失，产物得以释放。长期的进化使其成为最完美的酶！糖酵解第二个阶段的反应产生4ATP

导致糖酵解净产生2ATP涉及两个高能磷酸化合物1,3BPG（1,3-二磷酸甘油酸）PEP反应6:3-磷酸甘油醛的脱氢3-磷酸甘油醛被氧化成1,3-二磷酸甘油酸这是整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应由3-磷酸甘油醛脱氢酶催化产生1,3-BPG和NADH为巯基酶，使用共价催化，碘代乙酸和有机汞能够抑制此酶活性。砷酸在化学结构和化学性质与Pi极为相似，因此可以代替无机磷酸参加反应，形成1-砷酸-3-磷酸甘油酸，但这样的产物很容易自发地水解成为3-磷酸甘油酸并产生热，无法进入下一步底物水平磷酸化反应。3-磷酸甘油醛脱氢酶催化的反应及其作用机理碘代乙酸和甲基汞抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶的机理反应7:第一步底物水平的磷酸化从高能磷酸化合物合成ATP由磷酸甘油酸激酶催化反应8:磷酸甘油酸的变位磷酸基团从C-3转移到C-2

由磷酸甘油酸变位酶催化不同来源的变位酶具有不同的催化机制，一类需要2,3-BPG作为辅助因子，并需要活性中心的一个His残基；另一类则不需要2,3-BPG，其变位实际上是3-磷酸甘油酸分子内的磷酸基团的转移。磷酸甘油酸变位酶催化的反应及其作用机理反应9:PEP的形成2-磷酸甘油酸转变成PEP

由烯醇化酶催化烯醇化酶的作用在于促进2-磷酸甘油酸上某些原子的重排从而形成具有高能键的高能分子。氟化物能够与Mg2＋和磷酸基团形成络合物，而干扰2-磷酸甘油酸与烯醇化的结合从而抑制该酶的活性。PEP的合成反应10:第二步底物水平的磷酸化PEP转化成丙酮酸，同时产生ATP

是第三步不可逆反应由丙酮酸激酶催化产生两个ATP，可被视为糖酵解途径最后的能量回报。ΔG为大的负值——受到调控!第二次底物水平的磷酸化非酶促反应NADH和丙酮酸的去向取决于细胞有氧还是无氧？？

在有氧状态下NADH和丙酮酸的命运NADH的命运：NADH在呼吸链被彻底氧化成H2O并产生更多的ATP丙酮酸的命运：丙酮酸经过线粒体内膜上丙酮酸运输体与质子一起进入线粒体基质，被基质内的丙酮酸脱氢酶系氧化成乙酰-CoA

缺氧状态或无氧下NADH和丙酮酸的命运乳酸发酵酒精发酵线粒体内膜上的3-磷酸甘油穿梭系统

磷酸二羟丙酮氢和电子交给FAD只产生1.5个ATP损失1ATP苹果酸-天冬氨酸穿梭系统丙酮酸的代谢去向需硫胺素焦磷酸作为辅酶丙酮酸转变成乙酰-CoA的四步反应(1)丙酮酸脱羧硫胺素焦磷酸(2)碳单位的转移与氧化(3)碳单位的再次转移(4)氧化型硫辛酰胺的再生砒霜的毒性机理丙酮酸转变成乙酰-CoA的第二步反应中糖酵解的能量学调控的有力证据!

标准的

G值分散分布细胞内多数

G接近0，10步反应中有3步具有较大的自由能降低

G为较大负值的反应是调控位点!

糖酵解的其他底物甘油、果糖、甘露糖和半乳糖甘油转变成DHAP（3-磷酸甘油）果糖和甘露糖通过比较常规的途径进入糖酵解

半乳糖通过Leloir途径进入甘油和其他单糖进入糖酵解的途径糖酵解的生理意义产生ATP提供生物合成的原料糖酵解与肿瘤：缺氧与缺氧诱导的转录因子参与糖酵解途径的一些酶的兼职功能糖酵解某些中间物的代谢流向糖酵解的调节糖酵解活性与细胞的能量状态有关当ATP水平较高，糖酵解活性降低

己糖激酶受到过量6-磷酸葡糖的抑制PFK-1受到ATP和柠檬酸抑制丙酮酸激酶受到ATP抑制当ATP不足时，糖酵解被激活ATP解除ATP对PFK-1的抑制F-2,6-BP解除ATP对PFK-1的抑制F-1,6-BP激活丙酮酸激酶磷酸果糖激酶1果糖-2,6-二磷酸果糖-1,6-二磷酸需氧细胞中糖酵解最主要的功能是什么?从葡萄糖获得脂肪许可碳水化合物进入三羧酸循环从葡萄糖逐步讲解获得能量把葡萄糖分子分成两个片段ABCD提交单选题5分思考题1、什么是糖酵解途径？其生理意义是什么？2、糖酵解最主要的调节位点是哪步反应？催化该反应的酶是什么？有哪些效应物对该酶有调节作用？3、糖酵解途径的产物在有氧和无氧的情况下的代谢去路是怎样的？4、如果Mg2+缺乏对糖酵解途径会有什么影响？II三羧酸循环、磷酸己糖旁路三羧酸循环提纲一、三羧酸循环概述二、三羧酸循环的全部反应三、三羧酸循环的生理功能四、乙醛酸循环五、三羧酸循环的调控六、TCA循环的起源和进化TCA循环概述也称为柠檬酸循环循环

发生在有氧生物体内（真核细胞的线粒体基质，原核细胞的细胞质基质）是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酰-CoA）被降解成CO2

产生一些ATP、产生更多的NADHNADH进入呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多的ATP完整的三羧酸循环三羧酸循环的原料——乙酰CoA的形成脂肪酸的β氧化氨基酸的氧化分解丙酮酸的氧化脱羧——由丙酮酸脱氢酶系催化反应1：柠檬酸的合成这是一步不可逆反应由柠檬酸合酶催化柠檬酸合酶由两个相同的亚基组成，它被视为酶“诱导契合”学说又一代表性的例子:在无底物结合时，酶两个亚基的构象呈开放型；当结合底物以后，则被诱导为紧密型。在反应中，OAA（草酰乙酸）首先与酶活性中心结合，这种结合迅速诱导活性中心的构象发生变化，从而创造出乙酰-CoA的结合位点。随后，乙酰-CoA结合到酶活性中心，并与OAA形成柠檬酰-CoA。这时，酶的构象再次发生变化，远离活性中心的一个关键的Asp残基被拉入到柠檬酰-CoA上的硫酯键，很快硫酯键被切开，终产物辅酶A和柠檬酸被依次释放。柠檬酸合酶在催化过程中先后发生的两次构象变化既防止了乙酰-CoA的提前释放，也大大降低了乙酰-CoA在活性中心被Asp残基水解成乙酸的可能性。柠檬酸的合成

首先与酶活性中心结合，这种结合迅速诱导活性中心的构象发生变化，从而创造出乙酰-CoA的结合位点。随后，乙酰-CoA结合到酶活性中心，并与OAA形成柠檬酰-CoA。这时，酶的构象再次发生变化，远离活性中心的一个关键的Asp残基被拉入到柠檬酰-CoA上的硫酯键，很快硫酯键被切开，终产物辅酶A和柠檬酸被依次释放。柠檬酸合酶的两种构象

在无底物结合时，酶两个亚基的构象呈开放型；当结合底物以后，则被诱导为紧密型。氟代乙酸在细胞内的代谢转变及其对TCA循环的影响反应2：柠檬酸的异构化柠檬酸异构化成异柠檬酸

由顺乌头酸酶催化柠檬酸不是氧化的好底物，但异柠檬酸却不同，经过异构化，三级羟基变成了易氧化的二级羟基在形成的异柠檬酸分子中，羟基只会与来源于草酰乙酸的β-碳原子而绝对不会与来源于乙酰-CoA的β-碳原子相连!这可以通过“三点附着”模型来解释。顺乌头酸酶使用铁硫蛋白为辅助因子柠檬酸的异构化铁硫蛋白在顺乌头酸酶反应中的作用反应3：异柠檬酸的脱氢

异柠檬酸氧化脱羧产生α-酮戊二酸

由异柠檬酸脱氢酶（IDH）催化先是脱氢，然后是β-脱羧有两种形式的异柠檬酸脱氢酶，分别使用辅酶I和辅酶II作为氢的受体异柠檬酸的脱氢反应4：α-酮戊二酸的氧化脱羧第二次氧化脱羧反应

由α-酮戊二酸的脱氢酶系催化在结构上或者机制上，酶几乎等同于丙酮酸脱氢酶系5种辅酶——TPP/Mg2+、CoA、硫辛酸、NAD+、FAD也是亚砷酸作用的对象α-酮戊二酸的氧化脱羧反应5：底物水平的磷酸化TCA循环唯一的一步底物水平磷酸化反应由琥珀酰-CoA合成酶催化ATP或GTP被合成

它的催化过程牵涉到一系列高能分子的形成，因此能量的损失微乎其微反应机制涉及一个磷酸化的组氨酸

底物水平的磷酸化反应6：琥珀酸的脱氢产生FADH2

由琥珀酸脱氢酶催化此酶实际上是呼吸链复合体II的主要成分琥珀酸的类似物丙二酸是该酶的竞争性抑制剂反应7：富马酸的形成

双键的水合

由富马酸酶催化水分子加成反式的双键反应机制还不清楚反应8：草酰乙酸的再生依赖于NAD+-的氧化还原反应

这是三羧酸循环的最后一步反应，也是三羧酸循环中的第四次氧化还原反应由苹果酸脱氢酶催化ΔGo′=+30kJ/mol，意味着在热力学上极不利于正反应，但在体内，反应产物草酰乙酸可以迅速被下一步不可逆反应消耗，NADH则进入呼吸链被彻底氧化，故整个反应被“强行拉向”正反应。草酰乙酸的再生TCA循环总结

TCA循环中C的命运：乙酰CoA的羰基C只有在第2轮循环转变成CO2

，乙酰CoA的甲基C能完全留在两轮循环中，但是以后每一轮循环有一半离开。总反应：乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H＋+CoA1个乙酰-CoA通过三羧酸循环产生：2CO2,1ATP,3NADH,1FADH22H2O被使用作为底物，绝对需要O2TCA循环的功能产生更多的ATP提供生物合成的原料

是糖、氨基酸和脂肪酸最后的共同分解途径某些代谢中间物作为其他代谢途径的别构效应物产生CO2一分子葡萄糖彻底氧化过程中的ATP收支情况三羧酸循环中间物的去向草酰乙酸的回补反应三羧酸循环最重要的生理意义在于作为糖、脂肪、氨基酸互变的枢纽使糖、脂肪、氨基酸彻底氧化供能消除物质代谢产生的乙酰CoA消除糖酵解产生的乳酸，以防产生酸中毒ABCD提交产生CO，供机体生物合成E单选题5分乙醛酸循环植物和微生物的三羧酸循环的变化形式在每一轮循环中，前者有两分子乙酰-CoA进入只产生NADH，但不产生FADH2无底物水平磷酸化反应，因此不产生ATP不生成CO2，无碳单位的损失，净合成了糖异生的前体——苹果酸乙醛酸循环与三羧酸循环的比较植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构三羧酸循环的调控为了适应细胞对能量的需求，细胞内的TCA循环受到严格的调控。对TCA循环本身的调控集中在柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶，其中最重要的调控位点是异柠