生物化学课件――糖代谢

本章简介本章习题要点回顾掌握内容讲授本章主要介绍生物体内糖的新陈代谢——分解代谢和合成代谢，伴随物质代谢进行能量代谢。重点掌握糖的主要分解代谢途径——糖酵解、三羧酸循环、葡糖异生作用；重点掌握糖原的降解与生物合成；重点掌握糖代谢中的调节酶。了解戊糖磷酸途径、乙醛酸循环。第八章糖代谢一、糖代谢总论二、糖的分解代谢（1）糖酵解作用（2）丙酮酸去路（3）柠檬酸循环（4）戊糖磷酸途径（5）葡糖异生作用（6）乙醛酸途径三、葡聚糖（糖原、淀粉）的代谢（1）糖原的降解（2）糖原的生物合成（3）淀粉的水解（4）淀粉的生物合成新陈代谢的概念:生物体与外界环境进行物质交换和能量交换的全过程.新陈代谢合成代谢（同化作用）分解代谢（异化作用）生物小分子合成为生物大分子需要能量释放能量生物大分子分解为生物小分子能量代谢物质代谢一、糖代谢总论糖代谢包括分解代谢和合成代谢。动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程糖酵解作用——无氧降解Ⅰ.糖酵解概念与反应过程Ⅱ.糖酵解作用的调控Ⅲ.糖酵解作用的能量计算二、糖的分解代谢糖代谢为生物体提供重要的碳源和能源，糖的分解代谢是生物体的取能方式，实质上是糖的氧化作用Ⅰ.糖酵解作用(glycolysis)（EmbdenMeyerhofParnasEMP）概念与反应过程（一）概念：在无氧的条件下，葡萄糖或糖原分解成丙酮酸，并释放少量能量的过程称为糖的无氧分解。这一过程与酵母菌使糖发酵的过程相似，又称为糖酵解，简称EMP途径。（二）反应部位：细胞液（胞浆）（三）EMP途径的生化历程—2个阶段EMP途径的2个阶段丙酮酸葡萄糖耗能阶段产能阶段己糖激酶葡萄糖G葡萄糖-6-磷酸G-6-PATPATPATPADPADPPP1.1葡萄糖磷酸化1.己糖磷酸酯的生成（G→F-1,6-2P）2.磷酸丙糖的生成（F-1,6-2P→2GAP）耗能阶段1.己糖磷酸酯的生成（G→F-1,6-2P）己糖/葡萄糖激酶是EMP途径中第一个调节酶，催化第一个ATP磷酸化反应基本上是不可逆的；这就保证了进入细胞内的G可立即被转化为磷酸化形式；不但为G随后的裂解活化了G分子，还保证了G分子一旦进入细胞就有效地被捕获，不会再透出胞外。1.2己糖磷酸异构化G-6-PF-6-POCH2OHOHOHOHOHHHHHMgOCH2OPO3H2OHOHOHOHHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖6－磷酸葡萄糖HOH磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖H2O3POHOHOHCH2OHCH2OH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OOHHHOHOHCH2OHCH2OHOOHH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖己糖磷酸异构酶（磷酸葡萄糖异构酶）有绝对的底物专一性和立体专一性。P1.31,6-二磷酸果糖的生成ATPATPADPP果糖磷酸激酶是EMP中第二个关键酶,并且是最关键的限速酶，催化此途径中的第二个ATP磷酸化反应；反应不可逆；此步反应是酵解中的关键步骤；糖酵解速度决定于此酶的活性磷酸果糖激酶己糖激酶磷酸己糖异构酶葡萄糖果糖－6－磷酸葡萄糖－6－磷酸果糖－1,6－二磷酸ATPADPATP磷酸化酶糖原葡萄糖-1-磷酸磷酸果糖变位酶ADP己糖激酶果糖磷酸激酶ATPATPCHOCH2OPCCHCH2OCOHOPHOHH果糖-1,6-二磷酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛②.磷酸丙糖的生成。（F-1,6-2P→2GAP）DHAPGAP2.1果糖-1,6-二磷酸的裂解2.2丙糖磷酸的同分异构化相当于果糖-1,6-二磷酸裂解为两分子的甘油醛-3-磷酸。•在丙糖磷酸异构酶的催化作用下,2个三碳化合物之间有同分异构的互变;在正常进行的酶解系统里,易向生成GAP的方向转移.只有转变成GAP才能进入糖酵解途径。•丙糖磷酸异构酶的催化反应是极其迅速的，只要酶与底物分子一旦相互碰撞，反应就即刻完成，因此任何加速丙糖磷酸异构酶催化效率的措施都不能再提高它的反应速度；又由于DHAP和GAP互变异构极其迅速，因此这两种物质总是维持在反应的平衡状态。GAP的氧化是EMP中唯一一次遇到的氧化作用，生物体通过此反应可以获得能量，GAP的醛基氧化为羧基时，同时进行脱氢和磷酸化作用，并引起分子内部能量重新分配，生成高能磷酸化合物1,3-BPG，脱下的氢为NAD+接受。甘油醛-3-磷酸脱氢酶的作用是负协同效应3.13-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸CHOHCH2OCHOPCHOHCH2OCOO～PP+NAD++Pi+NADH+H+HH3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸产能阶段1,3-BPGGAP③.丙酮酸的生成。（2GAP→2Pyr）3.2高能磷酸基团的转移+ADP+ATPATP高能磷酸化合物1，3-BPG在磷酸甘油酸激酶作用下，通过底物水平磷酸化转变为ATP；因为每1mol己糖代谢后生成2mol丙糖，所以在这个反应及随后的放能反应中有2倍ATP产生1,3-BPG3-PG3.33-磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸3-PG2-PG3.4磷酸烯醇式丙酮酸的生成~PEP2-PG烯醇化酶催化2-PG在第二和第三碳原子上脱下一分子水；在脱水的化学反应中，2-PG分子内部的能量重新分配，产生了高能磷酸化合物——烯醇丙酮酸磷酸（PEP）3.5丙酮酸的生成ADPATPATP~在丙酮酸激酶催化下，将PEP的C2上的磷酰基团转移到ADP上形成ATP——底物水平磷酸化；且此反应是不可逆反应，是调节糖酵解过程的另一重要步骤；所以，丙酮酸激酶是EMP途径中的另一个调节限速酶。自发反应烯醇丙酮酸极不稳定,很容易自动变为比较稳定的丙酮酸,且不需酶催化.Pyr2ATP2ATP3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶2ADP烯醇化酶磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸脱氢酶NAD++PiNADH+H+2ATP2ADP2ATPⅡ.糖酵解（EMP）的调控•EMP途径中反应速度主要受过程中催化不可逆反应的3种酶活性的调控•①果糖磷酸激酶是最关键的限速酶：•果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸•②己糖/葡糖激酶活性的调控：•葡萄糖葡萄糖-6-磷酸•③丙酮酸激酶活性的调控：•烯醇丙酮酸磷酸丙酮酸Ⅲ.糖酵解的能量计算总反应式:G+2NAD+2ADP+2Pi2丙酮酸+2NADH+2H+2ATP+2H2O整个过程无氧参加；三个调速酶；一次脱氢，辅酶为NAD＋，生成NADH＋H＋从葡萄糖开始净生成2分子ATP从糖原开始净生成3分子ATPEMP途径中能量计算：见p80表22-11mol葡萄糖/糖原经无氧酵解成2mol丙酮酸，产生？molATP1mol葡萄糖/糖原经有氧酵解成2mol丙酮酸，产生？molATP丙酮酸的去路葡萄糖葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA三羧酸循环（有氧或无氧）丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA糖酵解途径柠檬酸/三羧酸循环（有氧或无氧）（有氧）（无氧）胞液线粒体COOHC=OCH3生成乳酸+NADH+H+乳酸脱氢酶COOHCHOHCH3+NAD+PyrLac在前面反应的甘油醛-3-磷酸脱氢时,NAD+被还原成NADH+H+；在此反应中，NADH+H+重新被氧化，以保证辅酶的周转；即在无氧条件下，NAD+的再生是由LDH催化丙酮酸转变成乳酸的反应来完成的；乳酸是EMP途径的最终产物。糖的无氧降解及厌氧发酵总图生成乙醇COOHC=OCH3丙酮酸脱羧酶CHOCH3+CO2CH2OHCH3+NADH+H+乙醇脱氢酶CHOCH3+NAD+丙酮酸的氧化脱羧—乙酰CoA的生成糖酵解生成的Pyr可穿过线粒体膜进入线粒体基质，在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅酶A。细胞呼吸最早释放的CO2丙酮酸脱氢酶复合体:位于线粒体内膜上，原核细胞则在胞液中丙酮酸脱氢酶复合体包括3种酶和6种辅因子E.coli丙酮酸脱氢酶系/复合体：分子量：4.5×106，直径45nm，比核糖体稍大。酶辅酶每个复合物亚基数丙酮酸脱氢酶（E1）TPP24二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）硫辛酸、CoA24二氢硫辛酸脱氢酶（E3）FAD、NAD+12此外，还需要CoA、Mg2+作为辅因子丙酮酸脱氢酶二氢硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶糖的无氧氧化与有氧氧化的关系葡萄糖（或糖原、淀粉）丙酮酸乳酸乙酰辅酶A三羧酸循环CO2+H2O线粒体内膜线粒体基质细胞液柠檬酸循环——有氧氧化Ⅰ.TCA概念与反应过程Ⅱ.TCA作用特点、意义与调控Ⅲ.TCA作用的能量计算柠檬酸/三羧酸循环:反应从乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成含有三个羧基的柠檬酸开始，所以称为柠檬酸循环，又称为TCA循环或Krebs循环OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP草酰乙酸再生阶段柠檬酸的生成阶段氧化脱羧阶段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+FADNAD+柠檬酸/三羧酸循环TCATCA第一阶段：柠檬酸生成H2O草酰乙酸OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合成酶乌头酸酶CH3—C～SCoA+OOC—COOHCH2COOH柠檬酸合成酶HO—C—COOHCH2COOHCH2COOHHSCoAH2O柠檬酸合酶乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸HSCoA（1）缩合反应H2O柠檬酸合酶是TCA关键的第一个限速酶。其活性受ATP、NADH、琥珀酰CoA的抑制；草酰乙酸和乙酰CoA的浓度较高时，可激活该酶的活性。氟乙酸——氟乙酰CoA——草酰乙酸——氟柠檬酸——杀虫剂乙酰CoA和草酰乙酸缩合然后再水解成一分子柠檬酸（2）柠檬酸异构化为异柠檬酸HO——C—COOHCHCOOHCH2COOHHC—COOHCHCOOHCHCOOHCHCOOHCH2COOHCH2COOHHOH2OH2O乌头酸酶乌头酸酶HOHH2OHOHH2O柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸TCA第二阶段：氧化脱羧CO2GDP＋PiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶CO2－酮戊二酸脱氢酶琥珀酸硫激酶HOH（3）异柠檬酸氧化生成α-酮戊二酸CHCOOHCHCOOHCH2COOHCCOOHCHCOOHCH2COOHHO异柠檬酸HOCH2CHCOOHCH2COOHOHCOONAD+NADH+H+异柠檬酸脱氢酶CO2CO2草酰琥珀酸α-酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶是第二个限速酶,这是三羧酸循环的第一次氧化脱羧反应，产生NADH和CO2。此次反应是TCA的一分界点，在此之前都是三羧酸的转化，在此之后则是二羧酸的转化。异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶HH（4）α-酮戊二酸氧化脱羧反应CH2CCOOHCH2COOHOα-酮戊二酸CH2CH2COOH+HSCoACO～SCoA琥珀酰CoANAD+NADH+H+CO2α-酮戊二酸脱氢酶复合体α-酮戊二酸脱氢酶复合体COOCO2HHHHα-酮戊二酸脱氢酶（复合体）系是TCA途径中的第三个限速酶，需TPP、硫辛酸、FAD、Mg2+参加，与丙酮酸脱氢酶系相似；此反应不可逆，氧化释放的能量既可驱使NAD+还原，又可产生高能化合物琥珀酰辅酶A，是TCA途径中的第二次氧化脱羧，又产生NADH和CO2；α-酮戊二酸的前后各脱下一分子CO2。（5）琥珀酸的生成CH2CH2COOHCO～SCoA琥珀酰CoAGDP+Pi+GTPCoASHCH2COOHCH2COOH琥珀酸琥珀酰CoA合成酶～GTP+ADPATPGTP琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶/琥珀酰CoA合成酶催化下，转移其硫酯键至GDP生成GTP，同时生成琥珀酸，需Mg2+；所以此反应是TCA途径中唯一直接产生ATP的反应——底物水平磷酸化。TCA第三阶段：草酰乙酸再生FADFADH2H2ONAD+NADH+H+草