生物化学糖代谢

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,糖酵解作用,第22章,一、糖酵解作用的研究历史,1905,年,Harden A,和,Yang W J,发现糖分解过程中生成磷酸酯，随后发现这一过程有辅酶参与。,1897年,Buchner,兄弟发现糖转化为乙醇不需要活细胞。,30,年代,Embden,和,Meyerhof,对糖的无氧分解进行深入研究，基本搞清了无氧分解的途径，故这一途径也称作,Embden - Meyerhof,途径。,二、糖酵解过程概述,四、糖酵解第一阶段的反应机制,(一) 葡萄糖的磷酸化,己糖激酶是调控酶，,受葡萄糖-6-磷酸的抑制,。该酶催化的反应释放大量能量，为,不可逆,反应。,Hexokinase,Glucose,Induced fit,己糖激酶(哺乳动物为单体酶,酵母为二聚体)有,4,种同工酶，同工酶,主要存在于脑和肾，,葡萄糖-6-磷酸,对该酶有抑制作用，少量的无机磷可解除,葡萄糖-6-磷酸的抑制作用，同工酶,主要存在于骨骼肌和心肌，,同工酶,主要存在于肝脏和肾脏，,同工酶, (葡萄糖激酶)只存在于肝脏，其合成受胰岛素的诱导。,葡萄糖-6-磷酸的代谢途径,(二) 葡萄糖-6-磷酸异构化形成果糖-6-磷酸,人类的磷酸葡萄糖异构酶为二聚体,(三) 果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸,磷酸果糖激酶亚基的结构（四个亚基）,白色为,ATP,，红色为果糖-6-磷酸,磷酸果糖激酶催化的反应,不可逆，,ATP,是别构抑制剂,F-2,6-BP,是别构激活剂。,两次磷酸化使葡萄糖转化为反应活性很高的,F-1,6-BP,，有利于随后的分解反应。,磷酸果糖激酶是关键的调控酶，有4个亚基，3种同工酶，同工酶,A,存在于骨骼肌和心肌，对磷酸肌酸、柠檬酸、无机磷酸的抑制作用最敏感；,同工酶,B,存在于肝脏和红细胞，对,2,3-二磷酸甘油酸 (,BPG),的抑制作用最敏感；,同工酶,C,存在于脑中，对腺嘌呤核苷酸的作用最敏感。,(四) 果糖-1，6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸,*,23970 = -8.314,310,lnK,K=10,-4,FBP,DHAP+G3P,1-X X X,若,FBP,为: 1,mol/L,10,-4,=,X,2,/ (1,X),X=10,-2,若,FBP,为:,10,-5,mol/L,10,-4,=,X,2,/ (,10,-5,X),X=0.92,10,-5,醛缩酶有多种同工酶，,型,醛缩酶存在于高等动植物，为四聚体,有3种同工酶，,A,主要存在于肌肉中，,B,主要存在于肝脏，,C,主要存在于脑组织， 3种同工酶均由4中不同的亚基组成。,型,醛缩酶存在于微生物，相对分子质量只有,型,醛缩酶的一半，含有二价金属离子。,果糖-1，6-二磷酸浓度较低时，容易转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸。,果糖-1，6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸的反应机制,(五) 二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸,丙糖磷酸异构酶为四聚体，图中所示为单体的结构，红色为二羟丙酮磷酸。,反应机制,五、酵解第二阶段放能阶段的反应机制,(一 ) 甘油醛-3-磷酸氧化成1，3-二磷酸甘油酸,从兔的肌肉中分离的甘油醛-3-磷酸脱氢酶有4个相同的亚基,砷酸化合物迅速分解，不能生成,ATP,(二) 1，3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成ATP,(三) 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶为二聚体,酵母的反应机制,麦芽的反应机制,(四) 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶为二聚体,(五) 磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生一个ATP分子,丙酮酸激酶为四聚体，反应可以看作2步。,A mechanism for the pyruvate kinase reaction: (a) a water on the Mg,2+,ion coordinated to ADP is replaced by the phosphoryl group of PEP; (b) Mg,2+,dissociates from the,-P of ADP; (c) the,phosphoryl group is transferred;and (d) the enolate of pyruvate is protonated.,六、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算,ATP,的生成数,七、丙酮酸的去路和,NAD,+,的再生,九、其他六碳糖进入糖酵解途径,半乳糖的代谢途径,缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶使晶状体半乳糖增高，引起白内障，严重时引起生长停滞，智力迟钝，甚至引起肝损伤导致死亡。,反应的乒乓动力学机制,甘油分解的途径,基本要求,1.,熟悉糖酵解作用的研究历史。,2.,掌握糖酵解过程的概况。,（重点）,3.,熟悉糖酵解作用的反应过程。,（难点）,4.,掌握糖酵解过程的能量计算。,（重点）,5.,掌握丙酮酸的去路。,（重点）,6.,掌握糖酵解作用的调节。,（重点）,7.,熟悉其他六碳糖进入糖酵解的途径。,柠檬酸循环,第23章,一、柠檬酸循环概貌,又称三羧酸循环（,Tricarboxylic acid cycle,TCA,），或,Krebs,循环，是物质代谢的枢纽。,二、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段:形成乙酰-CoA,E,1,：丙酮酸脱氢酶，,E,2,：二氢硫辛酸转乙酰基酶，,E,3,：二氢硫辛酸脱氢酶。有,5,种辅酶参与反应。,催化丙酮酸转变为乙酰-,CoA,的反应步骤,丙酮酸脱氢酶复合体的结构,12个丙酮酸脱氢酶二聚体 (,PDH, E,1,黄色)构成立方体，8个二氢硫辛酸转乙酰基酶三聚体 (,TA, E,2,粉色,),构成另一个立方体，6个二氢硫辛酸脱氢酶二聚体,(DLD, E,3,蓝色,),与上述两个立方体相互嵌合，构成一个由,60,个亚基组成的复杂的复合体。,丙酮酸脱氢酶复合体的调控,E,1,被磷酸化活力降低，脱磷酸活力增高，乙酰-,CoA,竞争性抑制,E,2, NADH,竞争性抑制,E,3,。,亚砷酸盐及有机砷化合物抑制作用的机制之一是使还原型硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。,同样的机制还可抑制,-,酮戊二酸脱氢酶复合体。,活力降低,三、柠檬酸循环的反应机制,(一) 草酰乙酸(,oxaloacetate),与乙酰-,CoA,缩合(,condense),形成柠檬酸,反应不可逆.,柠檬酸合酶为二聚体，图中所示为亚基的结构。草酰乙酸为黄色，,CoA,为红色。,ATP,，,NADH,，琥珀酰-,CoA,， 酯酰-,CoA,抑制该酶的活性。,(二) 柠檬酸异构化形成异柠檬酸,乌头酸酶为二聚体，图中所示为活性部位的结构。铁硫串为红色，半胱氨酸为黄色，异柠檬酸为白色。,乌头酸酶的铁-硫串在反应中的作用,氟乙酸形成的氟柠檬酸对乌头酸酶有抑制作用,(三) 异柠檬酸氧化形成-酮戊二酸,异柠檬酸脱氢酶为四聚体（,2,）,图中所示的活性部位。异柠檬酸为绿色，,NADP,+,为金色,Ca,2+,为红色。,ADP，NAD,是该酶的别构激活剂，,ATP，NADH,是该酶的别构抑制剂。,(四) -酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA,该酶的结构，催化及调控机制与丙酮酸脱氢酶相似。,(五) 琥珀酰-CoA转化成琥珀酸并产生一个高能磷酸键,琥珀酰-,CoA,合成酶为,二聚体，反应的,G,大约为0，,反应可逆。,Succinyl-CoA,Synthetase from,E. coli,Coenzyme A,His246-Pi,(六) 琥珀酸脱氢形成延胡索酸,琥珀酸脱氢酶为,二聚体，活性部位有铁硫串。,琥珀酸脱氢的抑制剂,(七) 延胡索酸水合形成L-苹果酸,延胡索酸酶为四聚体，有两种可能的反应机制。反应的,G,大约为0，,反应可逆。,(八) L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶为二聚体，反应的,G,大约为0，,反应可逆。,L-,苹果酸脱氢酶的结构苹果酸为红色，,NAD,+,为蓝色。,脱氢酶的作用,脱氢酶的活性中心,乙酰-,CoA,碳原子在柠檬酸循环中的命运,四、柠檬酸循环的化学总结算,柠檬酸循环有4个脱氢步骤,其中3对电子经,NADH,传递给氧,每对电子产生2.5个,ATP,一对电子经,FADH,2,传递给氧,产生1.5个,ATP,柠檬酸循环本身产生1个,ATP,每次循环产生,7.5+1.5+1=10个,ATP.,过去的计算是9+2+1=12个,ATP.,五、柠檬酸循环的调控,六. 乙醛酸途径,苹果酸合成酶的反应,异柠檬酸裂解酶的反应,七、柠檬酸循环的双重作用,柠檬酸循环提供多种合成代谢的中间物,柠檬酸循环中间产物的补充,此外，乙醛酸途径 和氨基酸脱氨基均可生成柠檬酸循环的中间产物。,八、柠檬酸循环的发现历史,1937年,Hans Krebs,提出柠檬酸循环的反应机制,其主要的依据有:,Krebs,于1932年发现乙酸，琥珀酸，延胡索酸，苹果酸，柠檬酸，草酰乙酸可以促进组织匀浆或切片的氧化作用；,Albert Szent-Gyoryi,发现少量的四碳二羧酸可以加快糖类氧化反应的速度，提出可能存在一个酶促的系列反应。他还发现了丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用；,Carl Martius,和,Franz Knoop,发现柠檬酸可以转化为图示的其他有机酸；,Krebs,发现草酰乙酸可以和活性乙酸反应生成柠檬酸，在反映体系中过量加入其中的任意一种有机酸可以很快转化为其他的有机酸，因而提出反应体系构成一个循环。,基本要求,1.,熟悉形成乙酰,-CoA,的过程。,（难点）,2.,掌握柠檬酸循环的概况。,（重点）,3.,熟悉柠檬酸循环的反应机制。,（难点）,4.,掌握柠檬酸循环的能量计算。,（重点）,5.,熟悉柠檬酸循环的调控和双重作用。,（难点）,6.,熟悉柠檬酸循环的研究历史。,第24章 电子传递和氧化磷酸化作用,一、氧化-还原电势,(一) 氧化-还原电势,生物氧化是通过加氧、脱氢或失电子而进行的，加氧反应较少见，氧原子通常是通过加水再脱氢引入代谢物的。代谢物中生成的羧基，可通过脱羧基作用生成二氧化碳。脱氢或失电子反应是生物氧化的主要方式，反应过程中伴随着氧化-还原电势的变化。,= E,正极,-,E,负极,(二) 生物体中某些重要的氧化-还原电势,(三,),电势和自由能的关系,G,0,= -n,F,E,0,(四)标准电动势和平衡常数的关系,E,0,= (RT / nF)lnk,= E,0,+(RT/nF)lnox/red,二、电子传递和氧化呼吸链,（一）呼吸链的概念,（二）呼吸链的各个成员,1.NAD,2.FAD,3.CoQ,4.,细胞色素,5.,铁硫蛋白,（三）呼吸链的结构,1.,氧化还原电位,2.,阻断剂实验,3.,亚组分重组实验,电子传递链的氧化还原电位,黑线表示,E,0,红线表示,E,复合体,的电子传递途径,4.,线粒体内膜的,电子传递途径,复合体,的结构和电子传递途径,复合体,的结构,*,*,黏噻唑菌醇,复合体,的电子传递途径,复合体,的结构,复合体,的电子传递,The electron transfer pathway for cytochrome oxidase.,The CuA site of cytochrome oxdase.,The binuclear center of cytochrome oxdase,A model for the mechanism of O,2,reduction by cytochrome oxdase,三、氧化磷酸化作用,（一）线粒体的结构,（二）氧化磷酸化作用机制,对三氟甲氧基苯腙羰基氰基化物,二环己基羰二亚胺,双香豆素,2-,噻吩甲酰三氟丙酮,杀粉蝶菌素,汞制剂,（三）质子梯度的形式,（,四 ）,ATP,合成机制,A model of the F,1,and f,0,components of the ATP synthase .a rotation molecular motor.The a,b,and subunits constiture the stator of the motor,and the c,and subunits form the rotor.Flow of protons through the structure turns the rotor and drive the cycle of conformation changes in and that synthesize ATP.,Molecular graphic images (a) side view and (b) top view of F1-ATP synthase.The,-subunit is the pink structure visible in the center of view (b).,The binding change mechanism for ATP synthesis by ATP synthase,实验证明3个质子通过离子通道可以合成一个,ATP,Outward trasport of ATP(via the ATP/ADP translocase) is favored by the membrane electrochemical potential,(五）氧化磷酸化的解偶联和抑制剂,鱼藤酮,安密妥,二环己基羰二亚胺,电子传递链的抑制剂,2-,噻吩甲酰三氟丙酮,双香豆素,解偶联剂,对三氟甲氧基苯腙羰基氰化物,The rotary motion of the bacterial flagella is energized directly by the proton gradient across the inner plasma membrane.,（六）细胞溶胶内NADH的再氧化,甘油-3-磷酸穿梭,主要存在于肌肉和神经组织,苹果酸-天冬氨酸穿梭,主要存在于肝、肾、心等组织,(七)氧化磷酸化的调控,杀黑星菌素,(八) 葡萄糖彻底氧化的总结算,(九) 氧的不完全还原,氧的彻底还原需要,4,个电子，,1,个电子使氧还原成超氧化物负离子，,2,个电子使氧还原成过氧化氢，,3,个电子使氧还原成羟自由基。,超氧化物歧化酶可清除超氧化物自由基，可能的机制如图,24-33,所示。,过氧化氢可被过氧化氢酶或谷胱甘肽过氧化物酶清除。,清除超氧化物自由基和过氧化氢可防止羟自由基的生成。,抗氧化剂有助于预防疾病和延缓衰老。,基本要求,1.,熟悉氧化,-,还原电势的基本概念。,（难点）,2.,掌握呼吸链的结构和有关抑制剂。,（重点、难点）,3.,掌握氧化磷酸化作用的机制。,（重点、难点）,