生物化学：糖类代谢

第六章第六章 糖类代谢糖类代谢主要内容和要求主要内容和要求： 建立起物质代谢和能量代谢的整体建立起物质代谢和能量代谢的整体概念，进而讨论糖的分解与合成，重点概念，进而讨论糖的分解与合成，重点掌握以葡萄糖为代表的单糖的分解与合掌握以葡萄糖为代表的单糖的分解与合成的主要途径。成的主要途径。思考思考目目 录录第一节第一节 概述概述第二节第二节 糖的无氧分解糖的无氧分解第三节第三节 糖的有氧分解糖的有氧分解第四节第四节 糖的糖的生物合成生物合成一、一、新陈代谢的概述新陈代谢的概述 新陈代谢的研究方法新陈代谢的研究方法 示踪法（化合物示踪、同位素示踪）示踪法（化合物示踪、同位素示踪） 抗代谢物和酶抑制剂的利用抗代谢物和酶抑制剂的利用 体内试验（体内试验（in vivoin vivo）和体外试验（）和体外试验（no vivono vivo） 新陈代谢新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行围环境进行物质交换物质交换和和能量交换能量交换的过程。生物一方面不断地从周围环境中的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用（作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反）；另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异 化 作 用 （应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异 化 作 用 （dissimilation ），通过上述过程不断地进行自我更新。），通过上述过程不断地进行自我更新。 特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行新陈代谢的概念及内涵新陈代谢的概念及内涵 小分子小分子 大分子大分子合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用） 需要能量需要能量 释放能量释放能量分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用） 大分子大分子 小分子小分子物物质质代代谢谢能能量量代代谢谢新新陈陈代代谢谢二、二、 生物体内的主要糖类及生物功能生物体内的主要糖类及生物功能1、单糖的、单糖的链状结构链状结构和和环状结构环状结构2、重要的、重要的单糖单糖及及衍生物衍生物3、重要的、重要的寡糖寡糖4、重要的、重要的多糖多糖5、复合糖复合糖5、糖类的、糖类的生物学作用生物学作用D系醛糖的系醛糖的立体结构立体结构D(+)-阿洛糖阿洛糖 D(+)-阿桌糖阿桌糖D(+)-葡萄糖葡萄糖D(+)-甘露糖甘露糖D(+)-古洛糖古洛糖D(-)-艾杜糖艾杜糖D(+)-半乳糖半乳糖D(+)-塔罗糖塔罗糖(allose)(altrose)(glucose)(mannose)(gulose)(idose)(galactose)(talose)D(-)-赤鲜糖赤鲜糖(erythrose)D(-)-苏糖苏糖(threose)D(+)-甘油醛甘油醛(allose)D(-)-核糖核糖(ribose)D(-)-阿拉伯糖阿拉伯糖(arabinose)D(+)-木糖木糖(xylose)D(-)-米苏糖米苏糖(lysose) D系酮糖的系酮糖的立体结构立体结构D(-)-赤藓酮糖赤藓酮糖(erythrulose)D(-)-核酮糖核酮糖(ribulose)D(+)-核酮糖核酮糖(xylulose)D(+)-阿洛酮糖阿洛酮糖(psicose,allulose)D(-)-果糖果糖(fructose)D(+)-山梨糖山梨糖(sorbose)D(-)-洛格酮糖洛格酮糖(tagalose)二羟丙酮二羟丙酮(dihytroasetone)重要的单糖重要的单糖戊糖戊糖 -D-吡喃木糖吡喃木糖 -D-呋喃核糖呋喃核糖2-脱氧脱氧 -D-呋喃核糖呋喃核糖 -D-芹菜糖芹菜糖 -L-呋喃阿拉伯糖呋喃阿拉伯糖 -D-呋喃阿拉伯糖呋喃阿拉伯糖D-核酮糖核酮糖D-木酮糖木酮糖重要的单糖重要的单糖己糖己糖 -D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖 -L-吡喃山梨糖吡喃山梨糖 -D-吡喃甘露糖吡喃甘露糖 - L -吡喃半乳糖吡喃半乳糖 -D-吡喃半乳糖吡喃半乳糖 -D-呋喃果糖呋喃果糖单糖磷酸酯单糖磷酸酯D-甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 -D-葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸 -D-葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 -D-果糖果糖-6-磷酸磷酸 -D-果糖果糖-1，6-二磷酸二磷酸重要的二糖重要的二糖蔗糖蔗糖 -葡糖葡糖(1-2) -果糖果糖D-麦芽糖（麦芽糖（ -型）型） -葡糖葡糖(1-4)葡糖葡糖乳糖（乳糖（ -型型 ） -半乳糖半乳糖(1-4)葡糖葡糖纤维二糖纤维二糖（ -型）型） -葡糖葡糖(1-4)葡糖葡糖环糊精结构环糊精结构 -环糊精分子结构环糊精分子结构 环糊精分子的空间填充模型环糊精分子的空间填充模型淀粉和糖原结构淀粉和糖原结构NRERE直链淀粉直链淀粉支链淀粉或糖原分支点的结构支链淀粉或糖原分支点的结构RENRE (16)分支点分支点支链淀粉或糖原分子示意图支链淀粉或糖原分子示意图直链淀粉的螺旋结构直链淀粉的螺旋结构0.8nm1.4nm6个残基个残基纤维素片层结构纤维素片层结构纤维素纤维素一级一级结构结构植物细胞壁与纤维素的结构植物细胞壁与纤维素的结构微纤维微纤维纤维素链纤维素链植物细胞中的植物细胞中的纤维素微纤维纤维素微纤维细胞壁细胞壁糖复合物糖复合物糖糖肽链肽链糖糖核酸核酸糖糖脂质脂质肽聚糖肽聚糖(peptidoglycans)脂多糖脂多糖(lipopolysauhards)糖基酰基甘油糖基酰基甘油(glycosylacylglycerols)糖鞘脂糖鞘脂(pglycosphingolipids)糖蛋白糖蛋白(glycproteins)蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycans)(Complex Carbohydrates)细胞膜表面的糖链细胞膜表面的糖链蛋白聚糖蛋白聚糖糖脂糖脂糖蛋白糖蛋白细胞膜细胞膜三、三、糖类的生物学作用糖类的生物学作用 糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，主要的生物学糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，主要的生物学作用如下：作用如下： 作为生物体的结构成分作为生物体的结构成分 作为生物体内的主要能源物质作为生物体内的主要能源物质 作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等 合成的前体合成的前体 作为细胞识别的信息分子作为细胞识别的信息分子四、双糖和多糖的酶促降解四、双糖和多糖的酶促降解（一）双糖的酶促降解（一）双糖的酶促降解 蔗糖蔗糖+H2O 葡萄糖葡萄糖+果糖果糖蔗糖酶蔗糖酶麦芽糖麦芽糖+H2O 2 葡萄葡萄糖糖麦芽糖酶麦芽糖酶乳糖乳糖 +H2O 葡萄糖葡萄糖+半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶（二）多糖的酶促降解（二）多糖的酶促降解1、糖原的分解、糖原的分解 糖原的结构及其连接方式糖原的结构及其连接方式 磷酸化酶磷酸化酶（催化（催化1.4-糖苷键断裂糖苷键断裂） 三种酶协同作用：三种酶协同作用： 转移酶转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）（催化寡聚葡萄糖片段转移） 脱枝酶脱枝酶（催化（催化1.6-糖苷键断裂糖苷键断裂） 糖原的糖原的磷酸解磷酸解 -1，6糖苷键糖苷键 -1，4-糖苷键糖苷键糖糖原原磷磷酸酸解解的的步步骤骤非还原端非还原端还原端还原端磷酸化酶磷酸化酶（释放（释放8个个1-P-G）转移酶转移酶脱枝酶脱枝酶（释放（释放1个葡萄糖个葡萄糖）2、淀粉的分解、淀粉的分解淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶 脱支酶脱支酶淀粉淀粉+nH+nH3 3POPO4 4 nG-1-p+ nG-1-p+少量葡萄糖少量葡萄糖 淀粉的淀粉的磷酸解磷酸解 淀粉的酶促水解淀粉的酶促水解解解 淀粉酶淀粉酶：在淀粉在淀粉分子内部任意水解分子内部任意水解-1.4-1.4糖苷键。（内切酶）糖苷键。（内切酶） 淀粉酶淀粉酶: :从非还原从非还原端开始，水解端开始，水解.4.4糖糖苷键，依次水解下一个苷键，依次水解下一个麦芽糖单位（外切酶）麦芽糖单位（外切酶） 脱支酶（脱支酶（R R酶）酶）: :水解水解淀粉酶和淀粉酶和淀粉酶淀粉酶作用后留下的极限糊精中作用后留下的极限糊精中的的1.6 1.6 糖苷键糖苷键。淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶五、糖的消化吸收和运转五、糖的消化吸收和运转 （一）糖的消化（一）糖的消化 （二）糖的吸收：主动吸收（耗能）（二）糖的吸收：主动吸收（耗能） （三）糖的运转（三）糖的运转 在动物体内，糖以葡萄糖形式运输。植物在动物体内，糖以葡萄糖形式运输。植物体内糖以蔗糖的形式运输。体内糖以蔗糖的形式运输。第二节第二节 糖的分解代谢糖的分解代谢一、一、生物体内单糖的主要分解代谢途径生物体内单糖的主要分解代谢途径及及细胞定位细胞定位二、二、糖酵解糖酵解（EMPEMP）( (葡萄糖的无氧氧化葡萄糖的无氧氧化) )三、丙酮酸的三、丙酮酸的去路去路：无氧降解和有氧降解途径：无氧降解和有氧降解途径四、四、葡萄糖的有氧氧化葡萄糖的有氧氧化动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞细胞膜细胞膜细胞质细胞质线粒体线粒体 高尔基体高尔基体细胞核细胞核内质网内质网溶酶体溶酶体细胞壁细胞壁叶绿体叶绿体有色体有色体白色体白色体液体液体晶体晶体分泌物分泌物吞噬吞噬中心体中心体胞饮胞饮细胞膜细胞膜 丙酮酸氧化丙酮酸氧化 三羧酸循环三羧酸循环 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 糖酵解糖酵解一、葡萄糖的主要分解代谢途径一、葡萄糖的主要分解代谢途径葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径糖酵解糖酵解（有氧）（有氧）（无氧）（无氧）三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）二、二、 糖酵解（糖酵解（glycolysis）1、化学历程和催化酶类化学历程和催化酶类2、 化学计量和生物学意义化学计量和生物学意义3、 糖酵解的调控糖酵解的调控 糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATPATP生生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof-ParnasEmbden-Meyethof-Parnas途径，简称途径，简称途径。途径。EMP的化学历程 糖原（或淀粉糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸磷酸甘油甘油醛醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸第第一一阶阶段段第第二二阶阶段段第第三三阶阶段段葡萄糖葡萄糖己糖磷酸酯的生成己糖磷酸酯的生成 丙糖磷酸的生成丙糖磷酸的生成 丙酮酸和丙酮酸和ATP的生成的生成第一阶段：第一阶段：己糖磷酸酯的生成己糖磷酸酯的生成 ATP ADPATPADP已糖激酶已糖激酶 Mg2+磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶 Mg2+异构酶异构酶激酶激酶：催化催化ATPATP分子的磷酸基（分子的磷酸基（r-r-磷酰基）转移到磷酰基）转移到底物上的酶称激酶，一般需要底物上的酶称激酶，一般需要Mg2+Mg2+或或Mn2+Mn2+作为辅因作为辅因子子. . 二个不可逆反应：二个不可逆反应： 已糖激酶：专一性不强，可催化已糖激酶：专一性不强，可催化GlcGlc、FruFru、ManMan（甘露糖）磷酸化。己糖激酶是酵解途径中第一（甘露糖）磷酸化。己糖激酶是酵解途径中第一个调节酶，是一种别构调节酶，被产物个调节酶，是一种别构调节酶，被产物G-6-PG-6-P强烈强烈地别构抑制。地别构抑制。 葡萄糖激酶：对葡萄糖激酶：对GlcGlc有专一活性，存在于肝脏中，有专一活性，存在于肝脏中，不被不被G-6-PG-6-P抑制。抑制。GlcGlc激酶是一个诱导酶，由胰岛激酶是一个诱导酶，由胰岛素促使合成，肌肉细胞中已糖激酶对素促使合成，肌肉细胞中已糖激酶对GlcGlc的的KmKm为为0.1mmol/L0.1mmol/L，而肝中，而肝中GlcGlc激酶对激酶对GlcGlc的的KmKm为为10mmol/L10mmol/L 磷酸果糖激酶：既是酵解途径的限速酶，又是酵磷酸果糖激酶：既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的第二个调节酶解途径的第二个调节酶( (别构调节别构调节) )第二阶段：第二阶段：丙糖磷酸的生成丙糖磷酸的生成 醛缩酶醛缩酶异构酶异构酶注意：原子序号的变化注意：原子序号的变化P222 葡萄糖分子的第葡萄糖分子的第3 3，4 4位碳原子形成了位碳原子形成了2 2分子分子3-3-磷酸甘油醛的醛基碳原子，葡萄糖磷酸甘油醛的醛基碳原子，葡萄糖分子的第分子的第1 1，6 6位碳原子形成了位碳原子形成了3-3-磷酸甘油磷酸甘油醛的第醛的第3 3位碳原子，第位碳原子，第2 2，5 5位碳原子形成位碳原子形成3-3-磷酸甘油醛的第磷酸甘油醛的第2 2位碳原子。位碳原子。第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成的生成NAD+ NADH+H+ PiADP ATPH2OMg2+或或Mn2+ATP ADP 丙酮酸丙酮酸PEP丙酮酸激酶丙酮酸激酶Mg2+脱氢酶脱氢酶激酶激酶Mg2+变变位位酶酶烯醇化酶烯醇化酶应注意：应注意： 1 1）磷酸甘油醛脱氢酶）磷酸甘油醛脱氢酶 磷酸甘油醛脱氢酶所催化的反应既是氧化磷酸甘油醛脱氢酶所催化的反应既是氧化反应（脱氢），又是磷酸化反应，氧化反反应（脱氢），又是磷酸化反应，氧化反应释放的能量驱动磷酸化反应的进行。应释放的能量驱动磷酸化反应的进行。 磷酸甘油醛脱氢酶的活性中心有巯基，碘磷酸甘油醛脱氢酶的活性中心有巯基，碘乙酸可与酶的乙酸可与酶的-SH-SH结合，抑制此酶活性结合，抑制此酶活性. .砷砷酸能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸酸能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸化作用解偶连（生成化作用解偶连（生成3-3-磷酸甘油酸），但磷酸甘油酸），但不影响糖酵解的继续进行。不影响糖酵解的继续进行。 2 2）磷酸甘油酸激酶）磷酸甘油酸激酶催化的反应是酵解过程催化的反应是酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解过程中第一次产生过程中第一次产生ATPATP的反应。一分子的反应。一分子GlcGlc产产生二分子三碳糖，共产生生二分子三碳糖，共产生2ATP2ATP。这样可抵消。这样可抵消GlcGlc在两次磷酸化时消耗的在两次磷酸化时消耗的2ATP2ATP。3 3）烯醇化酶）烯醇化酶的催化的反应，在脱水过程中发的催化的反应，在脱水过程中发生歧化反应，（第生歧化反应，（第2 2个个C C被氧化，第被氧化，第3 3个个C C被还被还原）使分子内能量重新分配，生成高能磷酸原）使分子内能量重新分配，生成高能磷酸化合物。反应需要化合物。反应需要MgMg2+2+或或MnMn2+2+参与，参与，F F- -是该酶是该酶的抑制剂。的抑制剂。4 4）丙酮酸激酶）丙酮酸激酶是酵解途径的第三个调节酶，是酵解途径的第三个调节酶，反应不可逆，是酵解途径中的第二次底物水反应不可逆，是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化反应。长链脂肪酸、乙酰辅酶平磷酸化反应。长链脂肪酸、乙酰辅酶A A、极低浓度的极低浓度的CuCu2+2+是该酶的抑制剂。是该酶的抑制剂。糖酵解途径2 2、途径、途径化学计量和生物学意义化学计量和生物学意义 总反应式总反应式: C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3 +2NADH +2H+2ATP+2H2O 能量计算能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成氧化一分子葡萄糖净生成 2ATP 2NADH 6ATP 或或 4ATP 能量利用率：能量利用率：G G 丙酮酸丙酮酸 2 230.5/17130.5/17135.7%35.7%G G乳酸乳酸2 230.5/19630.5/19631%31%Gn(G)Gn(G)乳酸乳酸3 330.5/18330.5/18349.7%49.7% 生物学意义生物学意义是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径的共同途径, ,通过糖酵解，生物体获得生命通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量；活动所需要的能量； 形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；类合成提供碳骨架； 为糖异生提供基本途径。为糖异生提供基本途径。3、影响酵解的、影响酵解的调控位点调控位点及相应及相应调节物调节物 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸磷酸甘油甘油醛醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖a ab bc c 调控位点调控位点 激活剂激活剂 抑制剂抑制剂a a 己糖激酶己糖激酶 ATP G-6-P ATP G-6-P ADP ADPb b 磷酸果糖磷酸果糖 ADP ATP ADP ATP 激酶激酶 AMP AMP 柠檬酸柠檬酸（限速酶）（限速酶） 果糖果糖-2,6-2,6-二磷酸二磷酸 NADHNADHc c 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸 ATP ATP 乙酰乙酰CoACoA 规律：规律：主要通过调节反应途径中几种酶的活主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度，被调节的酶多数为性来控制整个途径的速度，被调节的酶多数为催化反应历程中不可逆反应的酶，通过酶的变催化反应历程中不可逆反应的酶，通过酶的变构效应实现活性的调节，调节物多为本途的中构效应实现活性的调节，调节物多为本途的中间物或与本途径有关的代谢产物。间物或与本途径有关的代谢产物。糖酵解的三个调节酶糖酵解的三个调节酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1( (磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2 -2 催化催化F-6-P F-6-P 生成生成F-2,6-BPF-2,6-BP） 别构调节酶：别构调节酶： 别构抑制剂：柠檬酸别构抑制剂：柠檬酸 ATP(ATP(高浓度高浓度) ) 别构激活剂：别构激活剂：AMP ADP F-6-P F-2,6-BPAMP ADP F-6-P F-2,6-BP 此酶有二个此酶有二个ATPATP结合部位：结合部位： 活性中心部位（低浓度时）活性中心部位（低浓度时） 别构中心部位（高浓度时）别构中心部位（高浓度时） AMP ADPAMP ADP与与ATPATP竞争性地与别构中心结合竞争性地与别构中心结合丙酮酸激酶丙酮酸激酶： 别构调节酶别构调节酶： 别构抑制剂：别构抑制剂：ATPATP 别构激活剂：别构激活剂：F-6-P F-1,6-BPF-6-P F-1,6-BP此外此外Ala Ala 乙酰乙酰CoACoA脂肪酸也是此酶的抑制剂脂肪酸也是此酶的抑制剂 供价调节酶供价调节酶：磷酸化后失去活性。：磷酸化后失去活性。 聚合解聚调节酶聚合解聚调节酶： 二聚体四聚体二聚体四聚体 活性低活性高活性低活性高已糖激酶已糖激酶 已糖激酶：已糖激酶： 别构调节酶别构调节酶： 别构抑制剂：别构抑制剂：G-6-PG-6-P 别构激活剂：别构激活剂： ATPATP 乙酰乙酰CoACoA脂肪酸也是此酶的抑制剂脂肪酸也是此酶的抑制剂。糖酵解小结糖酵解小结 1 1）反应部位：胞浆）反应部位：胞浆 2 2）酵解过程是一个不需氧的产能过程。）酵解过程是一个不需氧的产能过程。 3 3）三个不可逆反应。）三个不可逆反应。 4 4）产能的方式和数量）产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化方式：底物水平磷酸化 数量：从数量：从G G开始，净生成开始，净生成2ATP2ATP 从糖原开始，净生成从糖原开始，净生成3ATP3ATP三、丙酮酸的去路三、丙酮酸的去路（有氧有氧）（无氧无氧）葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA糖酵解途径糖酵解途径三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解葡萄糖葡萄糖EMP NADH+H+ NAD+CH2OHCH3乙醇乙醇 NADH+H+ NAD+CO2 乳酸乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛乙醛CHOCH3COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸 葡萄糖的无氧分葡萄糖的无氧分解解丙酮酸的有氧氧化及丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解葡萄糖的有氧分解（EPM）葡萄糖葡萄糖COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰乙酰CoACoA三羧酸三羧酸循环循环 NAD+ NADH+H+CO2CoASH 葡萄糖的有氧分葡萄糖的有氧分解解 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系四、糖的需氧分解四、糖的需氧分解 反应历程反应历程 一、葡萄糖一、葡萄糖 丙酮酸丙酮酸二、丙酮酸二、丙酮酸 乙酰乙酰CoACoA三、乙酰三、乙酰CoACoACOCO2 2+H+H2 2O O线粒体基质线粒体基质胞浆胞浆二、丙酮酸转变成乙酰二、丙酮酸转变成乙酰CoACoA丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NADNAD+ + +H+H+ +丙酮酸丙酮酸脱羧酶脱羧酶FADFAD硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰转移酶转移酶二氢硫辛二氢硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶COCO2 2乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸NADNAD+ + +H+H+ +TPPTPP硫辛酸硫辛酸CoASHCoASHNADNAD+ +CHCH3 3-C-SCoA-C-SCoAO O焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脱羧中的作用在丙酮酸脱羧中的作用C-H+C-CH3-C-COOHOHCO2丙酮酸丙酮酸硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用氧化型硫辛酸氧化型硫辛酸SSCCC(CH2)4COO-SHSCCC(CH2)4COO-乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸+2H-2H二氢硫辛酸二氢硫辛酸HSHSCCC(CH2)4COO-三、三羧酸循环三、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, tricarboxylic acid cycle, TCATCA 循环）循环）1 1、三羧酸循环三羧酸循环的化学历程的化学历程2 2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量3、 三羧循环的三羧循环的生物学意义生物学意义4、 三羧酸循环的三羧酸循环的调控调控5、草酰乙酸的回补反应（自学）、草酰乙酸的回补反应（自学） OCH3-C-SCoACoASHNADH +CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP1、三羧酸循环、三羧酸循环 （TCA）历程）历程 草酰乙酸草酰乙酸 再生阶段再生阶段 柠檬酸的柠檬酸的生成阶段生成阶段 氧化脱氧化脱 羧阶段羧阶段柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸酸草酰乙酸酸NAD+NAD+FADNAD+TCA第一阶段：异柠檬酸生成第一阶段：异柠檬酸生成H2O草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶H2OTCA第二阶段：氧化脱羧第二阶段：氧化脱羧CO2GDPPiGTPNAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶Mn+CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶系脱氢酶系琥珀酸琥珀酸脱氢酶脱氢酶Mg+琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶是柠檬是柠檬酸循环中唯一嵌入线酸循环中唯一嵌入线粒体内膜中的酶，其粒体内膜中的酶，其它酶都处于线粒体基它酶都处于线粒体基质中质中TCA第三阶段：草酰乙酸再生第三阶段：草酰乙酸再生FAD FADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸草酰乙酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶2、柠檬酸循环的特征、柠檬酸循环的特征P2381 1）是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心）是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽枢纽2 2）一次循环进入）一次循环进入2 2个个C C，又离开，又离开2 2个个C C，但进入和，但进入和离开的离开的2 2个个C C是不同的。是不同的。3 3）一次循环，通过底物水平磷酸化产生）一次循环，通过底物水平磷酸化产生1 1分子分子GTPGTP，消耗，消耗2 2分子水。分子水。4 4）真核细胞中，此循环在线粒体中进行。）真核细胞中，此循环在线粒体中进行。5 5）循环中的中间物是合成其他物质的前体。）循环中的中间物是合成其他物质的前体。6 6）虽然没有氧分子直接参与循环，但必须在有）虽然没有氧分子直接参与循环，但必须在有氧的条件下才能完成循环。氧的条件下才能完成循环。7 7）三羧循环的化学计量和能量计量）三羧循环的化学计量和能量计量 a、总反应式、总反应式: CHCH3 3COSCoACOSCoA+3NAD+3NAD+ +FAD+GDP+Pi+2H+FAD+GDP+Pi+2H2 2O O 2CO 2CO2 2+CoASH+CoASH+3NADH3NADH+3H+3H+ + + +FADHFADH2 2+ +GTPGTP能量能量“现金现金” : 1 GTP 能 量能 量 “ 支 票支 票” : 3 NADH 1 FADH2兑换率兑换率 1：39ATP兑换率兑换率 1：22ATP1ATP12ATPb、三羧酸循环的能量计量、三羧酸循环的能量计量葡萄糖完全氧化产生的葡萄糖完全氧化产生的ATP酵解阶段：酵解阶段： 2 ATP 2 1 NADH兑换率兑换率 1：3 (或或2)2 ATP2 (3ATP或或2 ATP )三羧酸循环：三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH22 1 ATP2 9 ATP2 4 ATP兑换率兑换率 1：3兑换率兑换率 1：3丙酮酸氧化：丙酮酸氧化：2 1NADH兑换率兑换率 1：32 3 ATP总计：总计：38 ATP或或36 ATP3、三羧酸循环的、三羧酸循环的调控位点调控位点及相应及相应调节物调节物abc 调控位点调控位点 激活剂激活剂 抑制剂抑制剂a a 柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶 NADNAD+ + ATPATP （限速酶）（限速酶） NADHNADH 琥珀酰琥珀酰CoACoA 脂酰脂酰CoACoAb b 异柠檬酸异柠檬酸 ADP ATPADP ATP 脱氢酶脱氢酶 NADNAD+ + NADHNADH ATP ATPc c -酮戊二酸酮戊二酸 ADP NADHADP NADH 脱氢酶脱氢酶 NADNAD+ + 琥珀酰琥珀酰CoACoA 关键因素：关键因素： NADH/NADNADH/NAD+ + ATP/ADP ATP/ADP三羧酸循环的调控三羧酸循环的调控关键酶是柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢关键酶是柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和酶和 - 酮戊二酸脱氢酶。其中柠檬酸合成酶是柠檬酸循环的酮戊二酸脱氢酶。其中柠檬酸合成酶是柠檬酸循环的限速酶。最关键的物质是乙酰限速酶。最关键的物质是乙酰-CoA、草酰乙酸和产物、草酰乙酸和产物NADH。产物抑制：产物抑制：如乙酰如乙酰-CoA和和NADH反馈抑制丙酮酸脱氢酶系；反馈抑制丙酮酸脱氢酶系； 柠檬酸反馈抑制柠檬酸合成酶；柠檬酸反馈抑制柠檬酸合成酶； 琥珀酰琥珀酰-CoA和和NADH反馈抑制反馈抑制- 酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶竞争性抑制：竞争性抑制：琥珀酰琥珀酰-CoA 是乙酰是乙酰-CoA结构类似物，竞争性抑结构类似物，竞争性抑制柠檬酸合成酶；制柠檬酸合成酶；Ca2+和和ADP的激活作用与的激活作用与ATP的抑制作用。的抑制作用。柠檬酸循环的填补反应柠檬酸循环的填补反应丙酮酸羧化反应。需丙酮酸羧化反应。需CO2ATP和丙和丙酮酸羧化酶。酮酸羧化酶。4、三羧循环的生物学意义、三羧循环的生物学意义 是有机体获得生命活动所需能量的主要途径是有机体获得生命活动所需能量的主要途径 是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽 形成多种重要的中间产物为合成其它物质提供形成多种重要的中间产物为合成其它物质提供C架架 是发酵产物重新氧化的途径是发酵产物重新氧化的途径四、四、TCA的回补反应的回补反应 三羧酸循环的一个重要作用是它的中间物可以三羧酸循环的一个重要作用是它的中间物可以为生物合成提供原料，但这些中间物必须得到补充为生物合成提供原料，但这些中间物必须得到补充，以保证，以保证TCATCA循环运转。尤其是起始物循环运转。尤其是起始物草酰乙酸草酰乙酸，缺，缺乏它乙酰乏它乙酰CoACoA就不能进入循环。就不能进入循环。 生物体中存在着及时补充生物体中存在着及时补充草酰乙酸草酰乙酸的反应，称的反应，称为为回补反应回补反应。1.回补反应含义：1. 丙酮酸羧化丙酮酸羧化2. 回补反应的途径：丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶需要需要生物素生物素作为其辅酶。作为其辅酶。这是动物中最重要的回补反应，在这是动物中最重要的回补反应，在线粒体线粒体中中进行。进行。2. PEP PEP羧化酶（细胞质）羧化酶（细胞质）3 3、苹果酸酶（细胞质）苹果酸酶（细胞质）