糖酵解ppt课件

生物化学 第十章糖代谢 63 1 脂肪 葡萄糖 其它单糖 三羧酸循环 电子传递 氧化 蛋白质 脂肪酸 甘油 多糖 氨基酸 乙酰CoA e 磷酸化 Pi 小分子化合物分解成共同的中间产物 如丙酮酸 乙酰CoA等 共同中间产物进入三羧酸循环 氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O 释放出大量能量 其中一部分通过磷酸化储存在ATP中 大分子降解成基本结构单位 生物氧化的三个阶段 2 重点 酵解途径 三羧酸循环的途径 难点 计算酵解途径中ATP的量及能量利用效率 计算三羧酸循环中ATP的量及能量利用效率 淀粉及糖原的合成 3 一糖的酶水解 三糖的合成代谢 二葡萄糖的分解代谢 4 细胞外的降解是一种水解作用细胞内的降解则是磷酸解 一 糖的酶水解 消化 5 一 淀粉 或糖原 的酶促降解 水解淀粉和糖原的酶称为淀粉酶 6 1 淀粉酶内切酶 从淀粉 或糖原 分子内部随机切断 1 4 糖苷键 生成糊精和麦芽糖 存在 动物的消化液 唾液酶 2 淀粉酶外切酶 从淀粉分子的非还原末端依次切割 1 4 麦芽糖苷键 即两个葡萄糖单位 生成麦芽糖 存在 植物的种子和块根 7 二糖酶 主要有麦芽糖酶 蔗糖酶 乳糖酶等 它们都属于糖苷酶 存在 广泛分布于植物 动物小肠液 微生物中 二 二糖的酶促降解 8 一 葡萄糖的主要代谢途径及细胞定位 二 糖酵解 EMP 三 丙酮酸的去路 无氧降解和有氧降解途径 四 三羧酸循环 TCA 五 乙醛酸循环 9 葡萄糖的主要代谢途径 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 6 磷酸葡萄糖 磷酸戊糖途径 糖酵解 有氧 无氧 有氧或无氧 糖异生 10 动物细胞 植物细胞 丙酮酸氧化 三羧酸循环 磷酸戊糖途径 糖酵解 糖异生 11 1940年三位生物化学家G Embden O Meyerhof J K Parnas提出糖酵解 又叫 EMP 途径 糖酵解作用一般在无氧情况下进行 但是在有氧条件下也可进行 二 糖酵解途径 12 为什么对代谢的详细讨论从酵解开始 1 酵解是最早得到详细研究的代谢途径 2 酵解在所有的活细胞中都存在 3 酵解的调节机制已得到深入研究 13 14 1 糖酵解的过程包含两个阶段 第一阶段 葡萄糖甘油醛 3 磷酸第二阶段 甘油醛 3 磷酸丙酮酸 15 葡萄糖 葡萄糖 6 磷酸 果糖 6 磷酸 果糖 1 6 二磷酸 2 3 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 2 甘油酸 1 3 二磷酸 2 甘油酸 3 磷酸 2 甘油酸 2 磷酸 2 磷酸烯醇丙酮酸 2 丙酮酸 第一阶段 第二阶段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 16 葡萄糖的磷酸化异构化果糖磷酸的磷酸化裂解反应异构化 以葡萄糖为起始物 分成五个过程 第一阶段 糖酵解第一阶段的5步反应 17 己糖激酶 磷酸果糖激酶 磷酸葡萄糖异构酶 醛缩酶 丙糖磷酸异构酶 18 1 葡萄糖的磷酸化 反应机理 ATP的 磷酸基团转移到葡萄糖分子上 凡是催化ATP分子的磷酸基团向代谢物分子转移的酶都叫做 激酶 hexokinase 19 意义 将葡萄糖分子磷酸化成易参加代谢反应的活化形式 磷酸化的葡萄糖分子带有很强的极性基团 不能透过细胞膜 保证葡萄糖浓度低水平 有利于细胞外葡萄糖向内扩散 20 酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后导致酶分子发生构象改变 进而改变酶的活性状态 称为酶的别构调节 具有这种调节作用的酶称别构酶 21 存在于同一种属或不同种属 同一个体的不同组织或同一组织 同一细胞 具有不同分子形式但却能催化相同的化学反应的一组酶 称之为同工酶 22 乳酸脱氢酶同工酶形成示意图 多肽 亚基 mRNA 四聚体 结构基因 ab 23 需要二价金属离子如Mg2 或Mn2 作为辅助因子 己糖激酶才有活性 别构酶 G 6 P和ATP是其别构抑制剂 同工酶 分布很广 动植物及微生物细胞中均有 专一性 不强 能催化许多六碳糖 如D 果糖 D 甘露糖等 但对葡萄糖亲和力较大 糖酵解的第一个调节酶 限速酶 己糖激酶特性 24 己糖激酶能催化一切己糖 存在于细菌 酵母及多种动植物中 葡萄糖激酶只能催化葡萄糖转变为6 磷酸 葡萄糖 只存在于肝脏 己糖激酶与葡萄糖激酶的区别 25 异构化反应是以开链形式进行 异构结束后又转变成环状结构 2 G 6 P的异构化 glucose 6 phosphateisomerase 26 3 F 6 P磷酸化反应 phosphofructokinase I PFK I 27 1 需要二价金属离子Mg2 或Mn2 作为辅助因子 2 别构酶 ATP是其别构抑制剂 柠檬酸 脂肪酸可增强其抑制作用 ADP AMP是其别构激活剂 果糖 2 6 二磷酸是强烈激动剂 3 限速酶 糖酵解中最重要的限速酶 磷酸果糖激酶特性 28 醛缩酶 4 果糖 1 6 二磷酸的裂解 aldolase 29 5 丙糖磷酸的异构 triosephosphateisomerase 30 第二阶段 ATP的生成 甘油醛3 磷酸脱氢酶 磷酸甘油酸激酶 磷酸甘油酸变位酶 PEP Mg或Mn 烯醇化酶 丙酮酸 丙酮酸激酶 31 6 甘油醛 3 磷酸氧化成1 3 二磷酸甘油酸这是酵解中唯一的一步氧化反应 glyceraldehyde 3 phosphatedehydrogenase 32 甘油醛 3 磷酸 NAD H2O 3 磷酸甘油酸 NADH 2H 33 7 1 3 二磷酸甘油酸生成3 磷酸甘油酸 这步反应是酵解中第一次产生ATP的反应 phosphoglyceratekinase 34 底物水平磷酸化 是指ATP的形成直接与一个代谢中间物 如PEP 上的磷酸基团转移相偶联的作用 35 8 3 磷酸甘油酸转变为2 磷酸甘油酸 phosphoglyceratemutase 36 烯醇化酶特性 需要Mg2 或Mn2 作为激活剂 氟化物是烯醇化酶的不可逆抑制剂 氟与镁和无机磷酸形成氟磷酸镁复盐 强烈抑制酶活性 9 2 磷酸甘油酸脱水形成磷酸烯醇式丙酮酸 enolase 37 10 磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸丙酮酸激酶 pyruvatekinase 特性 需要Mg2 Mn2 或K 作为激活剂 别构酶 长链脂肪酸 乙酰辅酶A ATP 丙氨酸是别构抑制剂 1 6 二磷酸果糖是别构激活剂 同工酶 分布于肝 肌肉 肾髓质及红细胞 38 Glycolysis Glucose Glucose 6 phosphate Fructose 6 phosphate Fructose 1 6 bisphosphate Dihydroxyacetonephosphate Glyceraldehyde3 phosphate 1 3Bisphosphoglycerate 3 Phosphoglycerate 2 Phosphoglycerate Phosphoenolopyruvate Pyruvate Hexokinase Phosphoglucoseisomerase Phosphofructokinase Aldolase Triosephosphateisomerase Glyceraldehyde3 phosphatedehydrogenase Phosphoglyceratekinase Phosphoglyceratemutase Enolase Pyruvatekinase NADHNAD ATP ATP ATP ATP ADP ADP ADP ADP 39 Glycolysis Glucose Glucose 6 phosphate Fructose 6 phosphate Fructose 1 6 bisphosphate Dihydroxyacetonephosphate Glyceraldehyde3 phosphate 1 3Bisphosphoglycerate 3 Phosphoglycerate 2 Phosphoglycerate Phosphoenolopyruvate Pyruvate 己糖激酶 异构酶 磷酸果糖激酶 醛缩酶 丙糖磷酸异构酶 甘油醛3磷酸脱氢酶 磷酸甘油酸激酶 变位酶 烯醇化酶 丙酮酸激酶 NADHNAD ATP ATP ATP ATP ADP ADP ADP ADP 40 葡萄糖 2ADP 2NAD 2Pi 2丙酮酸 2ATP 2NADH 2H 2H2O 2 糖酵解过程中能量的产生 41 提供能量 厌氧生物 剧烈运动 组织细胞 病理条件等 酵解途径是单糖分解代谢的一条重要途径 提供生物合成所需的物质 3 糖酵解的生理意义 42 酵解的3个主要调控部位是己糖激酶 磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反应 4 糖酵解的调控 325 43 44 1 己糖激酶此酶催化的产物6 磷酸葡萄糖是它的变构抑制剂 45 2 磷酸果糖激酶ATP和柠檬酸是此酶的变构抑制剂 这个酶所催化的反应需要ATP 但随着糖酵解的进行 ATP逐渐积累 高浓度的ATP对此酶活性又有抑制作用 AMP ADP 6 磷酸果糖和2 6 二磷酸果糖是磷酸果糖激酶的变构激活剂 46 3 丙酮酸激酶6 磷酸果糖和1 6 二磷酸果糖是丙酮酸激酶的变构激活剂而ATP是它的变构抑制剂 丙氨酸 乙酰CoA和脂肪酸也是它的抑制剂 47 三 丙酮酸的去路 48 有氧 无氧 糖异生 49 丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解 葡萄糖 EMP 50 绝大多数细胞中丙酮酸可以转化为乳酸绝大多数生物可以通过乳酸脱氢酶催化的一个可逆反应使丙酮酸还原为乳酸 葡萄糖降解为乳酸的总反应为 葡萄糖 2Pi 2ADP2乳酸 2ATP 2H2O 51 在厌氧状态下 酵母细胞将丙酮酸转化为乙醇和CO2 同时NADH被氧化为NAD 葡萄糖 2Pi 2ADP 2H 2乙醇 2CO2 2ATP 2H2O 酵母于厌氧条件下可将丙酮酸转化成乙醇 一分子葡萄糖经酵解和丙酮酸转化为乙醇的总反应为 52 丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解 EPM 葡萄糖 丙酮酸脱氢酶系 53 54 丙酮酸脱氢酶系pyruvatedehydrogenasecomplex 55 56 六种辅助因子TPP 硫辛酸 CoASH FAD NAD Mg2 丙酮酸脱氢酶系 丙酮酸脱氢酶复合体 特性 由三种酶组成 E1 丙酮酸脱氢酶pyruvatedecarboxylaseE2 二氢硫辛酰转乙酰基酶dihydrolipoyltransacetylaseE3 二氢硫辛酰脱氢酶dihydrolipoyldehydrogenase 57 58 59 糖的有氧分解在有氧条件下 葡萄糖或糖原的葡萄糖单位彻底氧化分解为CO2和H2O 并释放出大量能量的过程 有氧分解是糖氧化分解的主要方式 60 1由葡萄糖丙酮酸2由丙酮酸乙酰CoA3由乙酰CoA经三羧酸循环 tricarboxylicacidcycle TCAC 氧化分解生成CO2和H2O 糖的有氧分解的过程 细胞液 线粒体 线粒体 61 三羧酸循环是由德国科学家HansKrebs于1937年提出 生物化学领域的重大成就 Krebs于1953年获得诺贝尔奖 62 三羧酸循环 又叫柠檬酸循环或Krebs循环 由草酰乙酸和乙酰CoA的乙酰基缩合生成柠檬酸开始 经一系列反应又生成草酰乙酸循环过程 三羧酸酶循环一周进行两次脱羧反应和四次脱氢反应 分子的乙酰基被氧化生成 分子CO2 生成10摩尔ATP 63 柠檬酸循环的两个基本特征碳原子的流向富含能量分子的生成 64 CoASH CO2 CO2 三羧酸循环 TCA 柠檬酸 异柠檬酸 顺乌头酸 酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 NAD NAD FAD NAD 缩合 脱水 水合 水合 氧化脱羧 氧化脱羧 脱氢 脱氢 65 一 草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸 柠檬酸循环的第一个反应反应不可逆 66 二 柠檬酸异构化形成异柠檬酸 顺乌头酸酶 顺乌头酸酶 aconitase 67 非洲的南部有一种植物 Dichapetalumcymosum 可以产生出氟乙酸 fluoroacetate 氟乙酸有剧毒 68 三 异柠檬酸氧化形成 酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶 isocitratedehydrogenase 这一步反应是柠檬酸循环中四个氧化还原反应的第一个反应是不可逆的 69 四 酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰CoA 70 酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 反应是由 酮戊二酸脱氢酶复合物催化 ketoglutaratedehydrogenasecomplex 产物琥珀酰CoA是一个高能的硫酯 这步反应是柠檬酸循环中第二个氧化还原反应 反应不可逆 71 酮戊二酸脱氢酶复合物包括 酮戊二酸脱氢酶 E1二氢硫辛酰转琥珀酸酶 E2二氢硫辛酰脱氢酶 E3 72 哺乳动物中合成GTP 植物和一些细菌中合成ATP 是柠檬酸循环中唯一的一步底物水平磷酸化反应 五 琥珀酰CoA转化为琥珀酸 succinatedehydrogenase 73 是柠檬酸循环中的第三步氧化还原反应琥珀酸脱氢酶是TCA循环中唯一嵌入线粒体内膜的酶 六 琥珀酸脱氢形成延胡索酸 琥珀酸脱氢酶 succinatedehydrogenase 74 底物类似物丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂 75 七 延胡索酸水合形成L 苹果酸 延胡索酸酶 fumarase 76 是柠檬酸循环的最后一个反应是循环中的第4步氧化还原反应 八 苹果酸氧化重新形成草酰乙酸 malatedehydrogenase 77 三羧酸循环的各步反应 78 三羧循环的化学计量和能量计量 a 总反应式 CH3COSCoA 3NAD FAD GDP Pi 2H2O 2CO2 CoASH 3NADH 3H FADH2 GTP 能量 现金 1GTP能量 支票 3NADH1FADH2 7 5ATP 1 5ATP 1ATP 10ATP b 三羧酸循环的能量计量 79 能量变化 1 葡萄糖 2丙酮酸Glc 2NAD 2ADP 2Pi 2Pyr 2H2O 2NADH 2H 2ATP 糖酵解途径 细胞质 80 三羧酸循环 2乙酰CoA 4CO2 线粒体基质 2CH3CO SCoA 4H2O 6NAD 2FAD 2GDP 2Pi 4CO2 2CoA SH 6NADH 6H 2FADH2 2GTP 2丙酮酸 2乙酰CoA 线粒体基质 2Pyr 2CoA SH 2NAD 2CH3CO SCoA 2CO2 2NADH 2H 能量变化 2 81 有氧氧化能量变化 以每分子葡萄糖计2ATP和2GTP 底物水平磷酸化反应形成 胞浆中2 NADH H 线粒体中8 NADH H 和2FADH2还原型辅酶或辅基必须通过电子传递系统和氧化磷酸化系统被分子氧氧化成水 能量变化 3 82 P O比值指每消耗一原子O 掺入有机物的无机P的摩尔数 常作为氧化磷酸化的指标 当电子进入呼吸链的复合物I 1 2O2还原为H2O时 ATP合成的比率 P O 为2 5 所以 能量变化 4 83 FADH2 1 5个ATP 氧化 当电子进入呼吸链的CoQ 1 2O2还原为H2O时 ATP合成的比率 P O 为1 5 所以 能量变化 5 84 其反应方程式为 GTP ADP GDP ATP 能量变化 6 85 每分子葡萄糖氧化成CO2 H2O时合成的ATP 86 葡萄糖完全氧化产生的ATP 总计 32ATP或30ATP 87 调节位点 柠檬酸合成酶 限速酶 异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶 三羧酸循环的调节 88 1 代谢产物的反馈抑制作用 乙酰辅酶A和琥珀酰CoA含量较多时 反馈抑制脱氢酶系活性 影响糖有氧氧化酶活性的因素主要有三方面 89 2 ATP和ADP影响 糖有氧分解代谢速度主要决定于细胞对ATP的需求 90 3 NADH和NAD 的影响 糖有氧分解调节酶中的脱氢酶 其辅酶都含有NAD 91 共价调节 丙酮酸脱氢酶激酶催化复合物中的丙酮酸脱氢酶 E1 磷酸化 导致该酶复合物失去活性 而丙酮酸脱氢酶磷酸酶催化脱磷酸 激活丙酮酸复合物 丙酮酸脱氢酶复合物的调节 丙酮酸脱氢酶复合物存在别构和共价修饰两种调控机制 乙酰CoA和NADH是丙酮酸脱氢酶复合物的抑制剂 NAD 和CoASH则是丙酮酸脱氢酶复合物的激活剂 92 糖的有氧代谢是生物机体获得能量的主要途径三羧酸循环是有机物质完全氧化的共同途径三羧酸循环是分解代谢和合成代谢途径的枢纽 糖的有氧分解的意义 93 三羧酸循环的回补反应 anapleroticreactions 回补反应是补充用于生物合成的三羧酸循环中间物 94 Otheraminoacidspurines 某些三羧酸循环中间物的主要生物合成作用循环中间物再补充的回补途径用红色表示 丙酮酸 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 血红素 叶绿素 脂肪酸 固醇 谷氨酸 天冬氨酸 95 五 乙醛酸循环 glyoxylatecycle 1 乙醛酸循环的生化历程 3 乙醛酸循环的生理意义 2 乙醛酸循环与糖异生的关系 96 CoASH 柠檬酸合成酶 顺乌头酸酶 乙醛酸循环 NAD NADH 苹果酸脱氢酶 草酰乙酸 CoASH OCH3 C SCoA 异柠檬酸裂解酶 苹果酸合成酶 OOH C C OH 乙醛酸 NAD 草酰乙酸 97 总反应 2乙酰CoA NAD 2H2O 琥珀酸 2CoA NADH 2H 98 CoASH 柠檬酸 异柠檬酸 顺乌头酸 酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酰CoA 草酰乙酸 苹果酸 延胡索酸 99 乙醛酸循环与糖异生的关系 100 生理意义 乙醛酸循环提高了生物体利用乙酰CoA的能力乙醛酸循环开辟了一条从脂肪变成糖的途径 101