糖酵解和柠檬酸循环

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,*,第22-23章 糖酵解和柠檬酸循环,1 糖酵解,1.1糖酵解,（glycolysis） ：,在,无氧,条件下，葡萄糖进行分解，形成,2分子丙酮酸,并提供能量(,ATP,)的过程。,它是各种生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。,糖酵解途径,动画,ADP,ATP,ADP,ATP,糖酵解:,葡萄糖,+ 2ADP + 2Pi +2NAD,+,2丙酮酸,+,2ATP +2NADH,+2H,+,+ 2H,2,O,两个阶段：,准备阶段,(前5步)：,葡萄糖,2,个磷酸三碳糖+消耗,2,ATP,实施阶段,(后5步)：,2,个磷酸三碳糖,2,丙酮酸+产生,4,ATP,场所：,细胞质,催化酶,：由10种酶催化，关键酶是,己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶,。大部分过程中都需要Mg,2+,。,准备阶段,（The preparatory phase of glycolysis）,实施阶段（The payoff phase of glycolysis）,ADP,ATP,ADP,ATP,第1阶段：, 葡萄糖被磷酸化形成6-磷酸葡萄糖（G-6-P）,需ATP供能，,第一个限速步骤,不可逆,。,由己糖激酶或葡萄糖激酶催化。,己糖激酶,：第一个调节酶，,受,6-磷酸葡萄糖,的别构抑制。,主要用于糖的合成,主要用于糖的分解,用途,不受G-6-P抑制,受G-6-P抑制,抑制,Km高，亲和力低,Km低，亲和力高,对G的亲和力,G,G、F等,底物,肝脏,不同组织,分布,葡萄糖激酶,已糖激酶I、II、III,两方面意义：,糖经磷酸化后容易参与代谢；,保糖机制：磷酸化糖不能透过细胞质膜。,葡萄糖,诱导契合,由6-磷酸葡萄糖,异构化,成6-磷酸果糖（F-6-P）,磷酸葡萄糖异构酶,1,2, 6-磷酸果糖磷酸化成1,6-二磷酸果糖（F-1,6-2P）,需ATP供能，第二个限速步骤,，不可逆，Mg,2+,参加。,F-1,6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,3,2,1,4,5,6,An aldehyde,A ketone,1,2,3,1,2,3, 磷酸二羟丙酮异构成3-磷酸甘油醛,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,1,2,3,准备阶段,共消耗2分子ATP,，产生,2分子3-磷酸甘油醛,.,原来葡萄糖的,3，4位,3-磷酸甘油醛的,1位,2，5位 2位,1，6位 3位,第2阶段：, 3-磷酸甘油醛氧化成1,3-二磷酸甘油酸,（1,3-DPG,）,辅酶NAD,+,磷酸解作用,高能中间产物,P75,3-磷酸甘油醛脱氢酶作用机理,第一个底物水平磷酸化,1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,底物水平磷酸化,(substrate level phosphorylation):,在底物氧化还原过程中，分子内部能量重新分布，使无机磷酸酯化形成高能磷酯键，后者在酶的作用下将能量转给ADP，生成ATP。, 3-磷酸甘油酸变成2-磷酸甘油酸,需Mg,2+,参加。,2,3-bisphosphoglycerate: both,a coenzyme and an intermediate, 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,（PEP）,第二个底物水平磷酸化,第三个限速步骤，不可逆, PEP转变成丙酮酸,1.2 糖酵解过程中ATP的生成和消耗,2 ATP + 2 NADH,35ATP,葡萄糖,+ 2ADP + 2Pi +2NAD,+,2丙酮酸,+,2ATP +2NADH,+2H,+,+ 2H,2,O,糖酵解途径,ADP,ATP,ADP,ATP,1.3 丙酮酸的去路,有氧时,生成乙酰辅酶A,生成乳酸,厌氧菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时性缺氧等。,糖酵解中NAD,+,的再生, 生成乙醇 酵母细胞,脱羧，辅酶：,焦磷酸硫胺素(TPP),脱氢，NADH,含硫的噻唑环和含氨基的嘧啶环。,TPP(硫胺素焦磷酸),无氧时,：生成乳酸或乙醇，,只产生2个ATP,糖酵解的能量变化,有氧时,：,2个NADH经,苹果酸天冬氨酸穿梭系统进入,呼吸链可产生5个ATP，共产生,7个ATP,；,骨骼肌和脑组织中,:,NADH要进入线粒体经过,甘油磷酸穿梭系统,共产生,5个ATP。,1.4 糖酵解的调控,三个不可逆反应:,己糖激酶,磷酸果糖激酶,丙酮酸激酶,控制糖酵解的入口,G G-6-P,己糖激酶,-, 己糖激酶的调控,己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受到,葡萄糖-6-磷酸的抑制,。, 磷酸果糖激酶的调控,磷酸果糖激酶(PFK-1 ,Phosphofructokinase-1 )糖酵解中最关键的限速酶。,果糖2，6-二磷酸,果糖6-磷酸,果糖1，6-二磷酸,ATP,即是底物，也是别构抑制剂，,使酶对F-6-P 亲和力降低,。,AMP是别构激活剂, 柠檬酸,酶的抑制剂：,反馈抑制 (feedback inhibition),被H,+,抑制,可防止肌肉中形成过量的乳酸而使血液酸中毒。,果糖2，6-二磷酸,别构激活剂，,增加对底物,的亲和力。,F-6-P,F-2,6-2P,PFK2,果糖-2，6-二磷酸酶,磷酸果糖激酶-2(PFK-2 或,FBPase-2),双功能酶,受胰高血糖素的调控,丙酮酸激酶的调控,果糖1，6-二磷酸:,别构激活,起活化作用，与磷酸果糖激酶协调，加速酵解。,前馈激活（feed-forward activation）,ATP:,别构抑制,丙氨酸,:,别构抑制,丙酮酸转氨生成，表示生物合成过剩。,控制糖酵解的出口,2 柠檬酸循环,2.1 柠檬酸循环途径,2.1.1 基本概念,柠檬酸循环:（citrate cycle，三羧酸循环tricarboxylic acid cycle，TCA循环，Krebs循环）,在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为CO,2,和水，同时释放能量。,由英国生化学家,Hans,Krebs,发现,柠檬酸合酶,2.1.2 丙酮酸,乙酰辅酶A,在线粒体内，不可逆反应,丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸脱氢酶复合体的组成：,丙酮酸脱氢酶（E,1,）,二氢硫辛酸转乙酰酶（E,2,）,二氢硫辛酸脱氢酶 （E,3,）,酶的辅助因子:,NAD,+,VPP,FAD VB,2,辅酶A（CoA）泛酸,硫胺素焦磷酸（TPP）VB,1,硫辛酰胺硫辛酸,Mg,2+,缩写,辅基,催化反应,丙酮酸脱氢酶,E1,TPP,丙酮酸氧化脱羧,二氢硫辛酰胺乙酰转移酶,E2,硫辛酰胺,将乙酰基转移到CoA,二氢硫辛酰胺脱氢酶,E3,FAD,将还原型,硫辛酰胺转变为氧化型,大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成,二氢硫辛酸转乙酰酶：24个亚基（3个8聚体）,(Science,1992),4个亚基,反应过程,1.脱羧，生成,羟乙基TPP,，由,E1,催化。,丙酮酸脱氢酶,羟乙基-TPP,2.羟乙基被氧化成乙酰基，转移给,硫辛酰胺,。由,E2,催化。,E,2,E,2,乙酰-二氢硫辛酰胺,羟乙基-TPP,3.乙酰基转给辅酶A形成,乙酰辅酶A,。由,E2,催化。,E,2,E,2,乙酰辅酶A,二氢硫辛酰胺乙酰转移酶,Mg,2+,4.氧化硫辛酰胺，生成,FADH,2,。由,E3,催化。,E,2,E,2,二氢硫辛酰胺脱氢酶,5.氧化FADH,2,，生成NADH。,FADH,2,-,E3,+ NAD,+,FAD-,E3,+,NADH,+ H,+,反应过程,丙酮酸脱氢酶复合体的调节,a.,变构调节,：乙酰CoA抑制E2, NADH抑制E3,磷酸化失活；胰岛素和,Ca,2+,促进其失去磷酸化，使其活性增加。,b.,共价修饰调节：,丙酮酸脱氢酶激酶,2.1.3 柠檬酸循环途径,线粒体基质,由,8种酶,催化完成。,由乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合开始，经过一连串反应使一分子乙酰基完全氧化,再生成草酰乙酸而完成一个循环。,每循环一次，经历,两次脱羧,，使乙酰辅酶A氧化生成CO,2,和水。,柠檬酸合酶, 柠檬酸的合成,反应不可逆,第一个调节酶。,柠檬酸合酶,二聚体,草酰乙酸,乙酰-CoA,构象改变,异柠檬酸的生成：,两步均为可逆反应,反应不可逆，第二个调节酶。,第一个氧化脱羧, 异柠檬酸被,氧化脱羧,生成-酮戊二酸,-酮戊二酸,氧化脱羧,生成琥珀酰CoA,反应不可逆,第二个氧化脱羧,-,酮戊二酸脱氢酶复合体的组成：,-酮戊二酸,脱氢酶（E,1,）,转琥珀酰酶,（E,2,）核心,二氢硫辛酸脱氢酶 （E,3,）,酶的辅助因子:,NAD,+,VPP,FAD VB,2,辅酶A（CoA）泛酸,硫胺素焦磷酸（TPP）VB,1,硫辛酰胺硫辛酸,Mg,2+,琥珀酰CoA,琥珀酸,唯一直接产生高能磷酸键的反应（,底物磷酸化,）,哺乳动物：GTP；植物和细菌：ATP,琥珀酸氧化成延胡索酸,丙二酸是很强的竞争性抑制剂,第三个氧化还原反应,反丁烯二酸,反式加成，生成L型苹果酸。,延胡索酸生成L-苹果酸,L-苹果酸生成草酰乙酸,第四个氧化还原反应,柠檬酸循环,柠檬酸合酶,三羧酸循环的总反应式,CH,3,COSCoA3NAD,FADGDPPi2H,2,O,2CO,2,3NADH,3H,FADH,2,GTP,CoASH,2.1.4 柠檬酸循环的特点,线粒体基质。,加入2C以2个CO,2,释放，,参与反应的物质没减少。,消耗了两个水。,共有,4步脱氢反应,生成3个NADH 和,1个,FADH,2,进入呼吸链。,柠檬酸循环,严格需氧,。,从,乙酰CoA,开始,（7）,GTP,1ATP,（4），（6），（10）,3NADH 32.5ATP,（8）,1FADH,2,1.5ATP,10ATP,从,丙酮酸,开始,2.5+10=12.5ATP,从,葡萄糖,开始,7ATP(or 5ATP)+ 12.5ATP2=,32,ATP(or,30,ATP),P,107,2.2,能量计算-,葡萄糖,彻底氧化分解所释放的能量,NADH 1.5或2.5 +3 或5,NADH 2.5,+ 5,NADH 2.5 +5,NADH 2.5 +5,NADH 2.5 +5,FADH,2,1.5 +3,30或32,1.5或2.5,6C,3C,1 ATP,1 ATP,1 GTP(ATP,),2 ,细胞液,线粒体,线粒体,1 ATP,1 ATP,柠檬酸合酶：,抑制： ATP和NADH ，琥珀酰CoA，柠檬酸,激活： ADP,异柠檬酸脱氢酶,：,抑制： ATP,激活： ADP，Ca,2+,-酮戊二酸脱氢酶,抑制： NADH ，琥珀酰CoA,激活： Ca,2+,2.3,柠檬酸循环的调控,柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶,2.4 柠檬酸循环的生理意义,主要：供能,为生物合成提供中间物。,三大营养物质的最终代谢通路。,是CO,2,的重要来源之一。,两用代谢途径,代谢枢纽,两用代谢途径,回补反应：,酶催化的补充TCA循环中间代谢物的供给的反应。,丙酮酸+CO,2,+ATP+H,2,O,草酰乙酸+ADP+Pi+2H,+,丙酮酸羧化酶:,激活剂乙酰-CoA,3 乙醛酸循环,存在于,植物和微生物,中。,P159,草酰乙酸+乙酰CoA 柠檬酸 异柠檬酸,异柠檬酸裂解酶,琥珀酸+,乙醛酸,+,乙酰CoA,苹果酸,草酰乙酸,2乙酰CoA+NAD,+,+2H,2,O 琥珀酸+2CoASH+NADH+2H,+,名词解释,糖酵解（glycolysis）,柠檬酸循环（citrate cycle，,三羧酸循环tricarboxylic,acid cycle，TCA循环，,Krebs循环,）,底物水平磷酸化,(substrate level phosphorylation),作业题,下册90页: 2,112页: 2，3,思考题,尽管O,2,没有直接参与柠檬酸循环,但没有O,2,的存在,柠檬酸循环就不能进行,为什么?,