第10,11章糖酵解和三羧酸循环

第十章糖代谢糖代谢包括分解代谢和合成代谢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。是自然界规模最大的一种能量转换过程。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。糖的消化与吸收人及哺乳动物：食物（淀粉，二糖如蔗糖，麦芽糖和乳糖）口入唾液α-淀粉酶水解α-1，4糖苷链(产物:麦芽糖,麦芽三糖,α-糊精)消化道胰液肠（主要）α-糊精酶（水解α-1，4和α-1，6糖苷键），麦芽糖酶，蔗糖酶，乳糖酶单糖肠粘膜细胞吸收血液循环单糖→肠粘膜细胞吸收→汇入肝---→各组织吸收率D-葡萄糖，100；D-果糖43，D-甘露糖19，L-阿拉伯糖9单糖吸收与Na+同向协同运输，需ATP吸收后其它糖在各种酶的催化下，主要有三个去向：1.以多糖或蔗糖的形式存储2.经糖酵解氧化成为丙酮酸3.氧化脱羧成为磷酸戊糖葡萄糖的代谢葡萄糖进入细胞后，葡萄糖的有氧分解代谢分三步（两步）进行：（1）糖酵解：葡萄糖丙酮酸。此反应过程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。“（2）丙酮酸乙酰CoA”（3）三羧酸循环：乙酰CoACO2+H2O。由于此氧化过程是通过柠檬酸等几种三元羧酸的循环反应来完成的，通常称为三羧酸循环或柠檬酸循环。由于分子氧是此系列反应的最终受氢体，所以又称为有氧分解。第一节糖酵解糖酵解葡萄糖降解成丙酮酸并伴随着生成ATP的酶促反应序列。糖酵解途径发现历史1.1875年法国科学家巴斯得(L.Pasteur)就发现葡萄糖在无氧条件下被酵母菌分解生成乙醇的现象。2.1897年德国的汉斯·巴克纳兄弟(Hansbuchner和Edwardbuchner)发现发酵作用可以在不含细胞的酵母抽提液中进行。糖酵解途径实验依据将酵母液透析后就会失去发酵能力将酵母液加热到50℃也会失去发酵能力由此推断发酵需要两类物质：一是热不稳定的，不可透析的组分即酶；二是热稳定的可透析的组分，如辅酶、ATP、金属离子等。糖酵解途径实验依据酵母抽提液的发酵速度比完整酵母慢，且逐渐缓慢直至停顿如果加入无机磷酸盐，可以恢复发酵速度，但不久又会再次缓慢，同时加入的磷酸盐浓度逐渐下降。上述现象说明在发酵过程中需要磷酸，可能磷酸与葡萄糖代谢中间产物生成了糖磷酸酯。完整细胞可通过ATP水解提供磷酸。糖酵解途径实验依据碘乙酸对酵母生长有抑制作用将葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保温，可以分离出少量的磷酸丙糖（主要是3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的平衡混合物）因此推断磷酸己糖可能裂解为两分子三碳糖，而碘乙酸对三碳糖进一步分解的酶有抑制作用糖酵解途径实验依据氟化钠对酵母生长也有抑制作用将1,6-二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提液以及氟化钠一起保温有磷酸甘油酸积累（3-和2-磷酸甘油酸的平衡混合物）由此推断3-磷酸甘油酸是3-磷酸甘油醛的氧化产物，2-磷酸甘油酸又是前者变位后的产物，氟化钠对2-磷酸甘油酸进一步反应的酶有抑制作用1940年前德国的生物化学家恩伯顿，G(GustarEmbden)和迈耶霍夫，O(OttoMeyerhof)等人的努力完全阐明了糖酵解的整个途径，揭示了生物化学的普遍性。因此糖酵解途径又称Embden-Meyerhof途径(简称EMP)。糖酵解——糖的共同分解途径葡萄糖酵解的总反应式：Glc+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸＋2ATP+2NADH+H++2H2O场所:细胞质中氧气:不需要请单击1、糖酵解EMP途径糖酵解的酶系研究比较透彻部位：全部反应在细胞浆（细胞胞液）中进行10步糖酵解Glucose---→丙酮酸→乳酸可分为两个阶段（1）葡萄糖的磷酸化反应机理：ATP的γ-磷酸基团在葡萄糖催化下，转移到葡萄糖分子上。糖酵解中的限速酶意义：1.将葡萄糖分子磷酸化成了易参加代谢反应的活化形式；2.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，能够防止细胞内的葡萄糖分子向外渗出；3.为以后底物水平磷酸化贮备了磷酸基。若以糖原为起始物：糖原先经磷酸化酶作用，磷酸解为1-磷酸葡萄糖，再由磷酸葡萄糖变位酶催化转变为6-磷酸葡萄糖，从而进入共同分解途径。不需要ATP（能量）（2）G-6-P的异构化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。己醛糖变成己酮糖。（3）F-6-P磷酸化反应磷酸果糖激酶（PFK）特性：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、无机磷是其别构激活剂；3）限速酶：糖酵解中最重要的限速酶。（4）裂解反应1，6-二磷酸果糖在第3与第四碳原子之间裂解为两个三碳化合物。（5）1,6-二磷酸果糖两分子3-磷酸甘油醛糖的裂解——EMP途径第一阶段是耗能的Glucose2*3磷酸-甘油醛Glucose通过磷酸化作用为分解代谢作好准备，然后裂解为丙糖（3磷酸-甘油醛）共5步第一阶段有两个调节酶，消耗两分子ATPb.第二阶段—醛氧化成酸3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3－磷酸甘油醛CH2OPO3H2CHOHCHOCH2OPO3H2CHOHCOPO3H2O1,3-二磷酸甘油酸甘油醛3-磷酸脱氢酶NAD+NADH+H++1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸CH2OPO3H2CHOHCOPO3H2O1,3-二磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶CH2OPO3H2CHOHCOHO3-磷酸甘油酸2Mg+3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶CH2OPO3H2CHOHCOHO3-磷酸甘油酸CH2OHCHOPO3H2COHO2-磷酸甘油酸2Mg+2-二磷酸甘油酸磷酸烯丙酮酸2-磷酸甘油酸CH2OHCHOPO3H2COHOCH2COPO3H2COHO磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸CH2COPO3H2COHO磷酸烯醇式丙酮酸ADPATP2Mg+丙酮酸激酶COHOCHOHCH2烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸COHOCHOHCH2烯醇式丙酮酸COOHCCH3O丙酮酸糖酵解中的能量变化糖酵解——糖的共同分解途径酵解（glycolysis)是酶将葡萄糖降解成丙酮酸并伴随着生成ATP的反应序列。葡萄糖酵解的总反应式：Glc+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸＋2ATP+2NADH+H++2H2O场所:细胞质中氧气:不需要请单击（1）乳酸发酵（同型乳酸发酵）lacticfermation动物乳酸菌（乳杆菌、乳链球菌）G+2ADP+2Pi2乳酸＋2ATP+2水c.第三阶段——丙酮酸的去向，有氧和无氧条件下产物不同（2）酒精发酵（酵母的第Ⅰ型发酵）alcoholicfermationGlucose+2H3PO4+2ADP2乳酸+2ATP+2H2O（2乙醇）糖酵解无氧途径的产能氧化一个Glucose，净得2个ATP若从糖原开始氧化，净得3个ATP糖酵解的作用化学反应历程（10步反应）糖酵解有二重作用：一是降解产生ATP，二是产生含碳的中间物为合成反应提供原料。在酵解过程中有三个不可逆反应，也就是说有三个调控步骤，分别被三个酶多点调节：己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。己糖激酶可以控制葡萄糖的进入，丙酮酸激酶调节酵解的出口。a.磷酸果糖激酶的调节磷酸果糖激酶（6-磷酸果糖激酶-1）是糖酵解途径最重要的调节酶（四聚体）ATP和柠檬酸（TCA循环）是其抑制剂磷酸果糖激酶2，6-二磷酸果糖、AMP是其激活剂2，6-二磷酸果糖的作用在于增加6-磷酸果糖激酶对6-磷酸果糖的亲和力和取消ATP的抑制作用。6-FP有促进2，6-二磷酸果糖的合成并抑制其水解的作用。当F-6-P浓度升高时，即可引起2，6-二磷酸果糖浓度加大，进而激活F-6-P激酶，这种过程为正反馈激活作用。糖酵解的调节OPCH2OHHPOH2CHOHHOHOCH2OHHPOH2CHOHHOHOOH6-磷酸果糖（+）磷酸果糖激酶-2果糖二磷酸酶6-磷酸果糖（-）b．己糖激酶的调节己糖激酶—别构酶骨骼肌己糖激酶受产物的反馈抑制调节肝的葡萄糖激酶不受产物浓度调节，保证Glucose在肝内转化(如糖原合成)c.丙酮酸激酶的调节别构酶ATP是其别构抑制剂1，6-二磷酸果糖是其别构激活剂，有利于酵解的进行利用糖酵解途径进行甘油发酵酒精发酵之初：即：α-磷酸甘油脱氢酶磷酸二羟丙酮+NADH+H+α-磷酸甘油+NAD+磷酯酶α-磷酸甘油+H2O甘油+Pi当有了足够的乙醛作为受氢体，代谢途径的流向就不再朝甘油方向了。将受氢体乙醛除去，则势必造成发酵液中甘油的积累。（导致）α-磷酸甘油CNADH+H+两种方法:将亚硫酸氢钠(NaHSO3)加入发酵液中，能与乙醛发生加成反应，生成难溶的结晶状产物，使乙醛不能再作为受氢体，迫使NADH+H+用于磷酸二羟丙酮的还原，生成甘油。酵母酒精发酵的发酵液pH值调至碱性，保持在pH7.6以上，则2分子乙醛之间发生歧化反应，1分子被还原成乙醇，1分子被氧化成乙酸。乙醛失去了作为受氢体的作用，NADH+H+只好用于还原磷酸二羟丙酮，并生成甘油。亚硫酸盐法:碱法甘油发酵:节首上一页下一页问题人血浆中的葡萄糖大约维持在5mM。而在肌肉细胞中的游离葡萄糖浓度要低得多。细胞内的葡萄糖浓度为什么如此之低？临床上常用静脉注射葡萄糖来补充病人食物来源，由于葡萄糖转换为葡萄糖-6-磷酸要消耗ATP的，那么临床上却不能直接静脉注射葡萄糖-6-磷酸呢？答:因为进入肌肉细胞的葡萄糖常常被磷酸化，葡萄糖一旦磷酸化就不能从细胞内逃掉。在pH7时，葡萄糖-6-磷酸的磷酸基团解离，分子带净的负电荷。由于膜通常对带电荷的分子是不通透的，所以葡萄糖-6-磷酸就不能从血流中进入细胞，因此也就不能进入酵解途径生成ATP。磷酸己糖旁路、HMS途径（HexoseMonophosphateshunt）糖酵解是机体内糖分解代谢的主要途径，但不是唯一途径。实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway,PPP），也称为磷酸己糖旁路（hexosemonophosphatepathway/shunt,HMP）。参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。磷酸戊糖途径的两个阶段2、非氧化分子重排阶段6核酮糖-5-P5果糖-6-P5葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段6G-6-P6葡萄糖酸-6-P6核酮糖-５-P6NADP+6NADPH+6H+6NADP+6NADPH+6H+6CO26H2O磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段NADP+NADPH+H+H2ONADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脱氢酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一（5-磷酸核酮糖异构化）差向异构酶异构酶5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸核酮糖磷酸戊糖途径的非氧化阶段之二（基团转移）+24-磷酸赤藓糖+25-磷酸核糖23-磷酸甘油醛转酮酶转醛酶26-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖基团转移（续前）+24-磷酸赤藓糖+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖转酮酶25-磷酸木酮糖1,6-二磷酸果糖23-磷酸甘油醛6-磷酸果糖醛缩酶H2OPi二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）异构酶磷酸戊糖途径的总反应式磷酸戊糖途径的生理意义产生大量NADPH,主要用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力产生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物与光合作用联系，实现某些单糖间的转变非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。5-磷酸核糖过多时，可转化成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醇进行酵解。6葡萄糖-6-磷酸+7H2O+12