EMP TCA

第九章糖代谢糖的生物学功能1.糖类作为能源物质生物细胞的各种代谢活动，包括物质分解和合成都需要有足够的能量，其中ATP是糖类降解时通过氧化磷酸化作用而形成的最重要的能量载体物质。生物细胞只能利用高能化合物（主要是ATP）水解时释放的化学能来做功，以满足生长发育等所需要的能量消耗。前言：新陈代谢的概念2.作为合成生物体内重要代谢物质的碳架和前体葡萄糖、果糖等在降解过程中除了能提供大量能量外，其分解过程中还能形成许多中间产物或前体，生物细胞通过这些前体产物再去合成一系列其它重要的物质，包括：(1)乙酰辅酶A、氨基酸、核苷酸等，它们分别是合成脂肪、蛋白质和核酸等大分子物质的前体。(2)生物体内许多重要的次生代谢物、抗性物质，如生物碱、黄酮类等物质，它们对提高植物的抗逆性起着重要的作用。前言：新陈代谢的概念3.细胞中结构物质细胞中的结构物质如植物细胞壁等是由纤维素、半纤维素、果胶质等物质组成；甲壳质或几丁质为N-乙酰葡萄糖胺的同聚物，是组成虾、蟹、昆虫等外骨骼的结构物质。这些物质都是由糖类转化物聚合而成。前言：新陈代谢的概念4.参与分子和细胞特异性识别由寡糖或多糖组成的糖链常存在于细胞表面，形成糖脂和糖蛋白，参与分子或细胞间的特异性识别和结合，如抗体和抗原、激素和受体、病原体和宿主细胞、蛋白质和抑制剂等常通过糖链识别后再进行结合。淀粉分解有两条途径：四、淀粉的降解水解→产生葡萄糖磷酸解→产生磷酸葡萄糖第一节多糖和低聚糖的酶促降解1.淀粉的水解参与淀粉水解的酶主要有三种：淀粉酶、脱支酶、麦芽糖酶淀粉酶是指参与淀粉a-1,4-糖苷键水解的酶。有a-淀粉酶和b-淀粉酶两种。(1)淀粉酶：四、淀粉的降解其产物为：若直链淀粉→葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+低聚糖若支链淀粉→葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+极限糊精a-淀粉酶：（a-1,4-葡聚糖水解酶）可水解任何部位的a-1,4-糖苷键，所以又称为内切淀粉酶。该酶对非还原末端的5个葡萄糖基不发生作用。Ca2+需要。(1)淀粉酶：1.淀粉的水解四、淀粉的降解也水解a-1,4-糖苷键，但须从非还原末端开始切，每次切下两个葡萄糖基。又称为外切淀粉酶。β-淀粉酶：其产物为：若直链淀粉→麦芽糖若支链淀粉→麦芽糖+极限糊精（P140）(1)淀粉酶：1.淀粉的水解四、淀粉的降解(2)脱支酶(R-酶)：（a-1,6-葡萄糖苷酶）水解a-1,6-糖苷键，但只能作用于外围的这种键，而不能水解内部的分支。植物体内的麦芽糖酶通常与淀粉酶同时存在，并配合使用，从而使淀粉彻底水解成葡萄糖。(3)麦芽糖酶：1.淀粉的水解四、淀粉的降解2.淀粉的磷酸解其中，淀粉磷酸化酶又叫P-酶。此反应为可逆反应，但在植物体内，由于（1）[Pi]很高（如施肥）（2）[G-1-P]低（因不断被利用）所以，反应向正方向进行。四、淀粉的降解2.淀粉的磷酸解淀粉磷酸化酶从淀粉的非还原端开始，一个一个地磷酸解a-1,4-糖苷键，直到距分支点4个葡萄糖基为止。所以，如果是支链淀粉，还需要另外两个酶的参与，即转移酶和脱支酶。四、淀粉的降解2.淀粉的磷酸解四、淀粉的降解2.淀粉的磷酸解淀粉的磷酸解与水解相比，其优越性有：1.耗能少2.产物不易扩散到胞外,而水解产物葡萄糖会因扩散而流失四、淀粉的降解五、糖原的降解糖原的磷酸解糖原磷酸化酶（glycogenphosphorylase）是降解糖原的磷酸化的限速酶，有活性和非活性两种形式，分别称为糖原磷酸化酶a（活化态）和糖原磷酸化酶b（非活化态），两者在一定条件下可以相互转变。糖原磷酸解时，在磷酸化酶a作用下，从糖原非还原端开始逐个加磷酸切下葡萄糖生成1-磷酸葡萄糖，切至糖原分支点4个葡萄糖残基处为止。五、糖原的降解糖原的磷酸解转移酶（transferase）又称1,41,4葡聚糖转移酶，它主要作用是将连接与分支点上4个葡萄糖基的葡聚三糖转移至同一个分支点的另一个葡聚四糖链的末端，使分支点仅留下一个α（16）糖苷键连接的葡萄糖残基。五、糖原的降解糖原的磷酸解脱支酶，即水解α（16）糖苷键的酶，再将这个葡萄糖水解下来，使支链淀粉的分支结构变成直链结构，磷酸化酶再进一步将其降解为1-磷酸葡萄糖。由于磷酸化酶、转移酶和脱支酶的协同作用，将糖原（或支链淀粉）彻底降解。糖原磷酸化酶主要存在于动物肝脏中，通过糖原分解直接补充血糖。第二节糖酵解glycolysisLouisPasteurinhislaboratory一.糖酵解的概念指葡萄糖通过一系列步骤，降解成三碳化合物（丙酮酸）后还原为乳酸的过程。糖酵解途径又称EMP途径(Embden-MeyerhofParnaspathway)定义二.糖酵解的过程第一步：葡萄糖的磷酸化第一阶段二.糖酵解的过程二.糖酵解的过程第二步：6-磷酸果糖的生成第一阶段二.糖酵解的过程第三步：1,6-二磷酸果糖的生成第一阶段磷酸果糖激酶(PFK)是EMP途径的关键酶，其活性大小控制着整个途径的进程。二.糖酵解的过程第一阶段碳链不变，但两头接上了磷酸基团，为断裂作好准备。消耗两个ATP。二.糖酵解的过程第二阶段第四步：1,6-二磷酸果糖的裂解1个己糖分裂成2个丙糖——丙酮糖和丙醛糖，它们为同分异构体。二.糖酵解的过程第二阶段第五步：磷酸丙糖的同分异构化1分子二磷酸已糖裂解成2分子3-磷酸甘油醛。二.糖酵解的过程第三阶段第六步：3-磷酸甘油醛氧化糖酵解过程中第一次产生高能磷酸键，并且产生了还原剂NADH。催化此反应的酶是巯基酶，所以它可被碘乙酸(ICH2COOH)不可逆地抑制。故碘乙酸能抑制糖酵解。二.糖酵解的过程第三阶段第七步：3-磷酸甘油酸和ATP的生成糖酵解过程中第一次产生ATP。二.糖酵解的过程第三阶段醛氧化成羧酸NAD+还原成NADH糖酵解中第一次产生ATP二.糖酵解的过程第四阶段第八步：3-磷酸甘油酸异构Mg2+二.糖酵解的过程第四阶段第九步：PEP的生成这一步其实是分子内的氧化还原，使分子中的能量重新分布，使能量集中，第二次产生了高能磷酸键。Mg2+二.糖酵解的过程第四阶段第十步：丙酮酸的生成糖酵解过程中第二次产生ATP。Mg2+或K+三.糖酵解的能量计算要点：4.定位：细胞质5.意义：产生少许能量，产生一些中简产物如，丙酮酸和甘油等6.底物水平的磷酸化四.糖酵解产物的去路1.丙酮酸的去路(1)在无氧或相对缺氧时——发酵有两种发酵：酒精发酵、乳酸发酵酒精发酵：由葡萄糖→乙醇的过程丙酮酸脱羧酶需要TPP作为辅酶。四.糖酵解产物的去路1.丙酮酸的去路(2)在无氧或相对缺氧时——乳酸发酵乳酸发酵：由葡萄糖→乳酸的过程乳酸脱氢酶在动物体内有5种同工酶：H4、H3M、H2M2、HM3、M4四.糖酵解产物的去路1.丙酮酸的去路(3)在有氧条件下——丙酮酸有氧氧化丙酮酸被彻底氧化成CO2。这一过程在线粒体中进行。通过此过程可以使葡萄糖彻底降解、氧化成CO2。第三节丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环Chapter3Thepyruvateoxidizationandcitricacidcycle在有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA，后者可进入三羧酸循环彻底氧化。一、丙酮酸氧化脱羧丙酮酸的氧化脱羧的部位：线粒体Theoxidativedecarboxylationofpyruvateinmitochondria:theoverallchemicaltransformation,involvingfivecofactorsandthreeenzymes.一、丙酮酸氧化脱羧三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle)，又叫做TCA循环，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸，它含有三个羧基，故此得名。该循环的提出的主要贡献者是英国生化学家Krebs，所以又称Krebs循环。该循环还叫做柠檬酸循环。1.化学反应过程二、TCA循环Step1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸1.化学反应过程二、TCA循环Step1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸反应的能量由乙酰CoA的高能硫酯键提供，所以使反应不可逆。此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬酰CoA，然后水解。这步反应由C4→C6。1.化学反应过程二、TCA循环Step2.柠檬酸异构化成异柠檬酸1.化学反应过程Iron-sulfur(red),cysteines(yellow)andisocitrate(white)二、TCA循环Step3.异柠檬酸氧化脱羧1.化学反应过程二、TCA循环a-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体非常相似，也包含三种酶、五六种辅因子。Step4.a-酮戊二酸氧化脱羧1.化学反应过程二、TCA循环这阶段合成了1分子高能磷酸化合物GTPStep5.由琥珀酰CoA生成高能磷酸键1.化学反应过程Malonate(丙二酸)isastrongcompetitiveinhibitor二、TCA循环Step6.琥珀酸氧化成延胡索酸这一阶段的反应为C4的变化；产生1分子FADH2、1分子NADH。1.化学反应过程二、TCA循环这阶段需要经历三步反应——脱氢、加水、脱氢Step7.延胡索酸至苹果酸这一阶段的反应为C4的变化；产生1分子FADH2、1分子NADH。1.化学反应过程二、TCA循环Step8.苹果酸至草酰乙酸（再生）1.化学反应过程Oxaloacetateisregenerated!二、TCA循环每经历一次TCA循环有2个碳原子通过乙酰CoA进入循环，以后有2个碳原子通过脱羧反应离开循环。有4对氢原子通过脱氢反应离开循环，其中3对由NADH携带，1对由FADH2携带。产生1分子高能磷酸化合物GTP，通过它可生成1分子ATP。消耗2分子水，分别用于合成柠檬酸（水解柠檬酰CoA）和延胡索酸的加水。2.TCA循环的总反应二、TCA循环由TCA循环产生的NADH和FADH2必须经呼吸链将电子交给O2，才能回复成氧化态，再去接受TCA循环脱下的氢。产物NADH和FADH2的去路:所以，TCA循环需要在有氧的条件下进行。否则NADH和FADH2携带的H无法交给氧，即呼吸链氧化磷酸化无法进行，NAD+及FAD不能被再生，使TCA循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进行。2.TCA循环的总反应二、TCA循环乙酰CoA通过TCA循环脱下的氢由NADH及FADH2经呼吸链传递给O2，由此而形成大量ATP碳源乙酰CoA→2CO2能量1GTP→1ATP共12ATP3NADH→3ATP×3=9ATP1FADH2→2ATP×1=2ATP由乙酰CoA氧化产生的ATP中，只有1/12来自底物水平的磷酸化，其余都是由氧化磷酸化间接产生3.能量的化学计量二、TCA循环碳源丙酮酸→乙酰CoA+CO2→3CO2能量丙酮酸氧化脱羧：1NADH→3ATP共15ATPTCA循环：12ATP3.能量的化学计量二、TCA循环碳源葡萄糖→2丙酮酸→6CO2能量葡萄糖有氧酵解：2ATP+2NADH→8ATP共38ATP丙酮酸有氧氧化：15×2=30ATP葡萄糖彻底氧化经由的途径：EMP途径、丙酮酸氧化脱羧、TCA循环、呼吸链氧化磷酸化。对于原核生物：3.能量的化学计量二、TCA循环1.为生物体提供能量，是体内主要产生ATP的途径；2.循环中的中间物为生物合成提供原料；如草酰乙酸、a-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。3.糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽。5.TCA循环的生物学意义二、TCA循环葡萄糖异生作用（gluconeogenesis）是指以非糖有机物作为前体合成为葡萄糖的过程。这是植物、动物体内一种重要的单糖合成途径。非糖物质包括乳酸、丙酮酸、甘油、草酰乙酸、乙酰CoA以及生糖氨基酸（如丙氨酸）等。植物果实成熟期间，有机酸含量下降，糖份含量增加，就是葡糖异生作用的结果。动物机体内葡萄糖异生作用是必不可少的。它对维持血糖浓度的恒定，为大脑、肌肉、眼晶状体、中枢神经系统等组织利用葡糖分解供能提供了保障。五、糖异生作用葡萄糖异生途径几乎是EMP途径的逆转，但要绕过EMP途径三处不可逆反应，采用葡萄糖异生作用特有的酶催化、转移，才能完成非糖有