葡萄糖的分解代谢.ppt

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1、生物化学,糖代谢,（之二）,糖的分解代谢,糖分解代谢主要途径,糖的无氧分解 糖的有氧氧化 乙醛酸循环 磷酸戊糖途径 其它已糖的代谢,糖的分解代谢,一、糖的无氧分解,Derived from the Greek words：glycos-lysis-,Glycolysis,(一)概念：糖的无氧分解是指：,体内组织在无氧或缺氧情况下，葡萄糖或糖原在细胞质中分解产生乳酸和少量ATP的过程。,sugar(sweet),dissolution,糖的分解代谢,乳酸与 ATP 的结构:,乳 酸（lactate）,A T P(三磷酸腺苷),糖的分解代谢,糖的无氧氧化的过程及产物:,丙酮酸,葡萄糖,乙醇：酵母菌

2、、植物,EMP途径,乳酸：动物肌肉、乳酸菌,无氧,有氧,CO2+H2O,糖酵解,定义：糖酵解是在细胞质中,酶将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随ATP生成的过程。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径。1940年被阐明。(研究历史)Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多，故糖酵解过程一也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。在细胞质中进行,糖酵解途径,（二）糖酵解过程,11个酶催化的12步反应,第一阶段：磷酸已糖的生成(活化),三个阶段,第二阶段：磷酸丙糖的生成(裂解),第三阶段：3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸并 释放能量(氧化、转能),无氧氧化：丙酮酸还原为

3、乳酸(还原),糖 酵 解 过 程:,（1）葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,ATP,glucose(G),已糖激酶,Mg2+,这是酵解过程中的第一个调节酶,ADP,激酶（磷酸化、去磷酸化酶）,能够在ATP、ADP和任何一种底物之间起催化作用，将ATP上的磷酸基团转移给底物(使底物磷酸化）或将底物上的磷酸基团转移给ADP(使底物去磷酸化)的酶。,已糖激酶(hexokinase)：,已糖激酶有4种同功酶，即型,已糖激酶的分型 型 型,中文名称 已糖激酶(HK)葡萄糖激酶(GK)英 文 hexokinase glucokinase,存在范围 在组织细胞中 仅在肝脏和胰腺 广泛存在 细胞存在,与葡萄糖亲

4、和力 高 低 Km:0.01mmol/L Km:10100mmol/L,产物反馈抑制 有 无,激素调控 受激素调控,ATP与Mg2+的相互作用：,A T P(三磷酸腺苷),Mg2+,Mg2+,糖酵解途径,HK与G结合的诱导契合作用：,The conformation of hexokinase changes markedly on binding glucose(shown in red).The two lobes of the enzyme come together and surround the substrate.,葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖的意义：,1.葡萄糖磷酸化后容易参

5、与反应,2.磷酸化后的葡萄糖带负电荷，不能透过 细胞质膜，因此是细胞的一种保糖机制,糖酵解途径,糖 酵 解 过 程:,（2）6-磷酸葡萄糖异构化转变为6-磷酸果糖,fructose-6-phosphate(F-6-P）,glucose-6phosphate(G-6-P）,（3）6-磷酸果糖再磷酸化生成1,6-二磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖(fructose-1,6-diphosphate),ATP,磷酸果糖激酶-1（PK-1）,Mg2+,(F-6-P）,糖酵解过程的第二个调节酶也是酵解中的限速酶,糖 酵 解 过 程:,ADP,限速酶/关键酶(rate-limiting enzyme/key e

6、nzyme),1.催化非可逆反应,特点,2.催化效率低,3.受激素或代谢物的调节,4.常是在整条途径中催化初始反应的酶,5.活性的改变可影响整个反应体系的速度和方向,糖酵解途径,EMP途径的限速酶：磷酸果糖激酶,磷酸果糖激酶(phosphofructokinase),糖酵解途径,AMP、ADP,磷酸果糖激酶 p71,磷酸果糖己酶(PFG)哺乳动物糖酵解途径中最重要的调控酶变构酶（4个亚基构成）受高浓度ATP的抑制PH值可以调解（生物学意义）P71（防止乳酸，酸中毒）3种同工酶磷酸果糖己酶PFG A:磷酸肌酸、柠檬酸、Pi 抑制PFG B:2,3二磷酸甘油酸PFG C:腺嘌呤核苷酸,糖 酵 解

7、过 程:,（4）磷酸丙糖的生成 p72,fructose-1,6-diphosphate(F-1,6-2P）,醛缩酶,醛缩酶的作用机理,糖 酵 解 过 程:,（5）磷酸丙糖的互换 p72,磷酸二羟丙酮(dihydroxyacetone phosphate),3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde 3-phosphate),糖 酵 解 过 程:,（6）3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸 p74,3-磷酸甘油醛脱氢酶,3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde 3-phosphate),糖酵解中唯一的脱氢反应,1,3-二磷酸甘油酸1,3-diphospho-glycerae(1,3-

8、DPG),P,NADH3PO4,NADH+H+,生物氧化（氧化磷酸化和底物水平磷酸化：,生物体内有机物质氧化而产生大量能量的过程称为生物氧化。在底物脱氢被氧化时，电子或氢原子在呼吸链上的传递过程中伴随ADP磷酸化生成ATP的作用，称为氧化磷酸化。在底物被氧化的过程中，底物分子内部能量重新分布产生高能磷酸键（或高能硫酯键），由此高能键提供能量使ADP（或GDP）磷酸化生成ATP（或GTP）的过程称为底物水平磷酸化。,3-磷酸甘油醛脱氢酶作用机理：p75,此酶含巯基，碘乙酸可强烈抑制其活性,NAD+,糖 酵 解 过 程:,（7）1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸 p76,3-磷酸甘油酸激酶,

9、这是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反应,ADP,ATP,1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)(1,3-DPG),P,糖 酵 解 过 程:,（8）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 p77,3-磷酸甘油(3-phosphoglycerate),磷酸甘油酸变位酶,糖 酵 解 过 程:,（9）2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate),氟化物能与Mg2+络合而抑制此酶活性 p79,P,H2O,p79,糖 酵 解 过 程:,丙酮酸激酶PK,糖酵解过程的第三个调节酶，也是第二次底物水平磷酸化反应,Mg2+或Mn2+,P,（1

10、0）磷酸烯醇式丙酮酸转变为烯醇式丙酮酸 p79,糖 酵 解 过 程:,（11）烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸,烯醇式丙酮酸(enolpyruvate),无氧化氧化,丙酮酸还原为乳酸,糖酵解小结：,1、糖酵解过程的11个酶,注:磷酸化酶、磷酸葡萄糖变位酶在糖原分解中存在。,糖酵解途径,2、糖酵解过程的11步反应：,糖酵解途径,(醛缩酶),(磷酸丙糖异构酶),(3-磷酸甘油醛脱氢酶),(磷酸果糖激酶),(磷酸已糖异构酶),(已糖激酶/葡萄糖激酶),(3-磷酸甘油酸激酶),2、糖酵解过程的12步反应：,糖酵解途径,(磷酸甘油酸变位酶),(烯醇化酶),(丙酮酸激酶),(乳酸脱氢酶),葡萄糖,葡萄糖转变为乳酸

11、,糖酵解途径,p81,葡萄糖,葡萄糖转变为乙醇,糖酵解途径,2乙醛,丙酮酸脱羧酶,2乙醇,2CO2,2 2-磷酸甘油酸,p82,糖酵解过程小结：,葡萄糖转变为乳酸：,反应的条件：,无氧或缺氧,反应的部位：,细胞质,反应的底物：,葡萄糖/糖原,反应的产物：,反应的特点：,乳酸、ATP,一次脱氢、二次底物磷酸化,反应中间物：,在葡萄糖与丙酮酸之间均为磷 酸化合物,糖原分解生成6-磷酸葡萄糖,糖酵解途径,糖原转变为乳酸,糖原(Gn),糖酵解过程中ATP的生成：p81,2,葡萄糖 6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖,1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸 丙 酮 酸,-1

12、,1,-1,2,1,1 mol 葡萄糖 2 mol 乳酸+？mol ATP,糖原中的1mol葡萄糖2mol 乳酸+？mol ATP,2 mol ATP,3 mol ATP,糖酵解途径,糖酵解中能量利用的效率：,从葡萄糖开始：2 30.5/196=61/196=31(%)从糖原开始：2 51.6/196=103.2/196=52.6(%),G0=-196kJ,ATP储存能量:G0=-30.5 kJ/mol(体外标准状态下)G0=-51.6 kJ/mol(体内生理状态下),糖酵解中能量的利用率：,糖酵解途径,乙醇发酵中能量利用的效率：,2 30.5/217.6=28(%),G0=-217.6 kJ

13、,ATP储存能量:G0=-30.5 kJ/mol,乙醇发酵中能量的利用率：,糖酵解途径,糖酵解过程的限速/调节酶：p83,酶 的 名 称已糖激酶葡萄糖激酶(肝)*磷酸果糖激酶丙酮酸激酶,变构激活剂Mg2+,Mn2+Mg2+,Mn2+Mg2+,AMP,ADP,F-1,6-2P,F-2,6-2P Mg2+,K+,F-1,6-2P,变构抑制剂G-6-P-ATP，柠檬酸，长链脂肪酸ATP,糖酵解途径,糖酵解与发酵的比较,糖酵解途径,肌肉收缩与糖酵解供能：,、肌肉内ATP含量很低；,结论：糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量,、肌肉中磷酸肌酸储存的能量可 供肌肉收缩所急需的化学能;,、即使氧不缺乏，葡萄糖进行有

14、氧氧化的过程比糖 酵解长得多,来不及满足需要;,背景：剧烈运动时：,、肌肉局部血流不足，处于相对缺氧状态。,糖酵解途径,糖酵解意义：,4.在无氧条件下迅速提供能量,供机体需要。,如:剧烈运动、人到高原,5.是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源。,6.是某些病理情况下机体获得能量的方式。,7.是糖的有氧氧化的前过程，亦是糖异生作用 大部分逆过程。,9.若糖酵解过度，可因乳酸生成过多而导致乳酸 酸中毒。,8.糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径。,糖酵解途径,初到高原与糖酵解供能：,人初到高原，高原大气压低，易缺氧,机体加强糖酵解以适应高原缺氧环境,海拔 5000米,背景：,结论：,糖酵解途径

15、,某些组织细胞与糖酵解供能：,代谢极为活跃，即使不缺氧,也常由糖酵解提供部分能量。,成熟红细胞：,视网膜、神经、白细胞、骨髓、肿瘤细胞等:,无线粒体，无法通过氧化磷酸化获得能量，只能通过糖酵解获得能量。,某些病理状态 与糖酵解供能：,某些病理情况下机体主要通过糖酵解获得能量.,糖酵解途径,糖的有氧氧化,二、糖的有氧氧化(aerobic oxidation),概念 过程 意义 糖酵解和有氧氧化的调节,（一）糖有氧氧化的概念,糖的有氧氧化：是指体内组织在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化分解生成CO2和 H2O的过程。,有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多数组织细胞都通过有氧氧化获得能量。,糖的有氧氧化,葡

16、萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA,CO2+H2O+ATP,三羧酸循环,线粒体内,细胞质,糖有氧氧化概况,糖的有氧氧化,丙酮酸可以自由穿过线粒体,三羧酸循环,概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程，称为柠檬酸循环，亦称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle),简称TCA循环。由于它是由（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环。三羧酸循环在线粒体基质中进行。,糖的有氧氧化与糖酵解：,葡萄糖丙酮酸 乳酸,糖的有氧氧化,生物氧化？,（糖酵解),无氧,线粒体的超微结构,外膜(outer

17、membrane）：含孔蛋白(porin)，其上有小孔.通透性较高。标志酶为单胺氧化酶 内膜（inner membrane）：高度不通透性，向内折叠形成嵴（cristae）。含有与能量转换相关的蛋白线粒体氧化磷酸化的电子传递链位于内膜，因此从能量转换角度来说，内膜起主要的作用。内膜的标志酶为细胞色素C氧化酶.内膜向线粒体基质褶入形成嵴（cristae），嵴能显著扩大内膜表面积（达510倍），嵴有两种类型：板层状、管状但多呈板层状。,线粒体的超微结构,膜间隙（intermembrane space）：内、外膜之间的封闭的腔隙。含许多可溶性酶、底物及辅助因子。标志酶为腺苷酸激酶。基质（matrix

18、）：内膜所包围的嵴外空间。含三 羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶系等以及线粒体DNA,RNA，核糖体。其标志酶为苹果酸脱氢酶,生物体内高能磷酸化合物ATP的生成,主要由三种方式：氧化磷酸化 底物水平磷酸化 光合磷酸化,底物水平磷酸化指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。,1、底物水平磷酸化,特点：ATP的形成直接与中间代谢物进行的反应相偶联；在有 O2或无O2条件下均可发生底物水平的磷酸化。,是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。即伴随电子从底物到O2的传递，ADP被磷酸化生成ATP的酶促过程，这种氧化与磷酸化相偶联的作用称为氧化磷酸化。这是需氧生物合成ATP的

19、主要途径。真核生物的电子传递和氧化磷酸化均在线粒体内膜上进行。原核生物则在质膜上进行。,2、氧化磷酸化,释放的能量转化成ATP被利用 转换为光和热，散失,生物氧化的特点,生物氧化和有机物在体外氧化（燃烧）的实质相同，都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧气，都生成C2O和H2O，所释放的能量也相同。但二者进行的方式和历程却不同：,生物氧化 体外燃烧,细胞内温和条件 高温或高压、干燥条件（常温、常压、中性pH、水溶液）,一系列酶促反应 无机催化剂逐步氧化放能，能量利用率高 能量爆发释放,脱羧：放能反应,简单脱羧：不需要NAD+辅助因子氧化脱羧：氧化还原反应和脱羧，需 要NAD+等辅助因子,（二）糖有

20、氧氧化的过程：,第一阶段：丙酮酸的生成（细胞质）第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA（线粒体基质）第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化（线粒体基质）,三个 阶段,糖的有氧氧化,动、植物细胞,丙酮酸的生成（细胞质）：,2丙酮酸,进入线粒体进一步氧化,2(NADH+H+),2H2O+5 ATP,糖的有氧氧化,第一阶段：,丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A:,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸+辅酶A+NAD+乙酰COA+CO2+NADH+H+,糖的有氧氧化,第二阶段：,3C,2C,多酶复合体,单体酶：只有一条多肽链的酶称为单体酶，它们不能解离为更小的单位。寡聚酶：有几个或多个亚基组成的酶（变构酶是一种寡聚酶

21、）多酶体系：由几个酶彼此嵌合形成的复合体称为多酶体系。多酶复合体有利于细胞中一系列反应的连续进行，以提高酶的催化效率，同时便于机体对酶的调控。优越性：中间产物都不需要离开酶的复合体,丙酮酸脱氢酶系（或氧化脱羧酶系）:,丙酮酸脱羧酶(TPP、Mg2+)二氢硫辛酸乙酰基转移酶(硫辛酸、辅酶A)二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+),3种酶：,6种辅助因子：,TPP、Mg2+、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD+（含B1、泛酸、B2、PP、硫辛酸五种维生素）,糖的有氧氧化,大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体的内容,缩写 肽链数 辅基 催化反应丙酮酸脱氢（羧）酶 E1 24 TPP（B1）丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酰转

22、乙 E2 24 硫辛酰胺 将乙酰基转移到CoA 酰基酶（硫辛酸）（泛酸）二氢硫辛酸脱氢酶 E3 12 FAD 将还原型硫辛酰胺（B2)转变为氧化型,NAD维生素pp,丙酮酸氧化脱羧反应:,丙酮酸脱羧酶Mg2+,硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA+C O2+NADH+H+,丙酮酸氧化脱羧的调控,由丙酮酸到乙酰CoA是一个重要步骤，处于代谢途径的分支点，所以此体系受到严密的调节控制：1、产物抑制：乙酰CoA抑制乙酰转移酶E2组分，NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效应被CoA和NAD+逆转。2、核苷酸反馈调节：丙酮酸脱氢酶E1受GTP抑制，被AMP

23、活化。3、砷化物与E2中的辅基硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。4、可逆磷酸化作用的调节：丙酮酸脱氢酶E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。5、Ca2+激活(Ca2+通过激活磷酸酶的作用，使丙酮酸脱氢酶活化）,乙酰辅酶A进入三羧酸循环:,三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle TCA循环)又称柠檬酸循环(citric acid cycle)或Krebs循环(Krebs cycle)。,乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成六碳三羧酸即柠檬酸，经过一系列代谢反应，乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程称为三羧酸循环。,糖的有氧氧化,三羧酸循环,三羧酸循环:,反应过程反应特点,C-CH3,

24、S-COA,O,CH2,COO-,HO-C-COO-,COO-,CH2,柠檬酸合酶,+,+HS-COA+H+,H2O,COA,1、乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,单向不可逆 可调控的限速步骤 氟乙酰CoA导致致死合成 常作为杀虫药,柠檬酸 三羧酸,乙酰COA,草酰乙酸,柠檬酰CoA,柠檬酸异构化生成异柠檬酸:,TCA循环,柠檬酸(citrate),异柠檬酸氧化、脱羧生成-酮戊二酸,TCA循环,异柠檬酸,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸+NAD+-酮戊二酸+CO2+NADH+H+,调节酶,4、-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰COA（-酮戊二酸脱氢酶复合体）,+COASH+NAD+,+NADH+H+CO2

25、,TCA中第二次氧化作用、脱羧过程-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似 p103-酮戊二酸脱氢酶E1、琥珀酰转移酶E2、二氢硫辛酸脱氢酶 E3 TPP、硫辛酸、COA、FAD、NAD+、Mg2+,-酮戊二酸,琥珀酰COA,-酮戊二酸氧化、脱羧生成琥珀酰辅酶A,TCA循环,-酮戊二酸脱氢酶系,-酮戊二酸+CoA-SH+NAD+琥珀酰CoA+CO2+NADH+H+,调节酶,-酮戊二酸氧化脱羧酶反应机制与丙酮 酸氧化脱羧相同，组成类似：,含三个酶及六个辅助因子,-酮戊二酸脱羧酶、二 氢硫辛转琥珀酰基酶、二氢硫辛酸还原酶,辅酶A、FAD、NAD+、镁离子、硫辛酸、TPP,三个酶:,六个辅助因

26、子：,三羧酸循环,5、琥珀酰COA转化成琥珀酸，并产生GTP（琥珀酰COA 合成酶）,GDP+Pi,GTP+HSCOA,TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤 GTP+ADP GDP+ATP,琥珀酰COA,琥珀酸,6、琥珀酸脱氢生成延胡索酸,+FAD,+FADH2,TCA中第三次氧化的步骤 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂 开始四碳酸之间的转变,琥珀酸脱氢酶,HC,COOHCH2COOH,唯一嵌入线粒体内膜,琥珀酸,延胡索酸,TCA循环,延胡索酸水合生成苹果酸,延胡索酸(fumarate),延胡索酸酶,延胡索酸+H2O 苹果酸,TCA循环,苹果酸脱氢生成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶,苹果酸

27、(malate),NAD+,NADH+H+,TCA中第四次氧化的步骤，最后一步。,三羧酸循环总图:,草酰乙酸,CH2COSoA(乙酰辅酶A),2H,2H,H,返回,三羧酸循环的特点,CO2的生成，循环中有两次脱羧基反应，两次都同时有脱氢作用，三羧酸循环的4次脱氢，其中3对氢原子以NAD+为受氢体，1对以FAD为受氢体，分别还原生成NADH+H+和FADH2。它们又经线粒体内递氢体系传递，最终与氧结合生成水，在此过程中释放出来的能量使ADP和Pi结合生成ATP.NADH+H+参与的递氢体系，每2H氧化成一分子H2O，生成2.5分子ATP，3 X2.57.5 ATPFADH2参与的递氢体系则生成1

28、.5分子ATP。1.5 ATP三羧酸循环中有一次底物磷酸化产生一分子ATP，那么，一分子CH2COSCoA参与三羧酸循环，直至循环终末共生成10分子ATP。（7.5 ATP 1.5 ATP1ATP=10ATP),三羧酸循环特点:,一次底物水平磷酸化 二次脱羧 三个不可逆反应 四次脱氢 1 mol乙酰CoA经三羧酸循环彻 底氧化净生成10 molATP。,三羧酸循环,（三）糖有氧氧化的生理意义,三羧酸循环,TCA是机体获取能量的主要方式。1分子G经无氧酵解仅净生成2ATP，而有氧氧化可净生成32个ATP.其中TCA生成20个ATP，在一般生理条件下，许多组织细胞皆从糖的有氧氧化获得能量。糖的有氧

29、氧化不但释能效率高，而且逐步释能，并逐步储存于ATP分子中，因此能的利用率也很高。TCA是糖，脂肪和蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径，TCA的起始物乙酰辅酶A，不但是糖氧化分解产物，它也可来自脂肪的甘油、脂肪酸和来自蛋白质的某些氨基酸代谢，TCA是三种主要有机物在体内氧化供能的共同通路，估计人体内2/3的有机物是通过三羧酸循环而被分解的。TCA是体内三种主要有机物互变的联结机构，糖和甘油在体内代谢可生成-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循环的中间产物，这些中间产物可以转变成为某些氨基酸；而有些氨基酸又可通过不同途径变成-酮戊二酸和草酰乙酸，再经糖异生的途径生成糖或转变成甘油，因此TC

30、A不仅是三种主要的有机物分解代谢的最终共同途径，而且也是它们互变的联络机构,若从丙酮酸开始，加上纽带生成的1个NADH，则共产生10+2.5=12.5个ATP。若从葡萄糖开始，共可产生12.52+7=32个ATP。(二版及其他教材为38个ATP，NADH3ATP，FADH2 2ATP)可见由糖酵解和TCA循环相连构成的糖的有氧氧化途径，是机体利用糖氧化获得能量的最有效的方式，也是机体产生能量的主要方式。,糖与氨基酸、脂肪代谢的联系,返回,三羧酸循环的调节酶及其调节:,酶 的 名 称柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系,变构激活剂ADP,变构抑制剂ATPNADH ATP、NADH、琥珀酰C

31、oA,三羧酸循环,P,丙酮酸氧化和三羧酸循环的调节,琥珀酰CoA,草酰乙酸,苹果酸,琥珀酸,-酮戊二酸,异柠檬酸,柠檬酸,延胡索酸,乙酰辅酶A,丙酮酸,（四）糖酵解和有氧氧化的调节,1、细胞内代谢物的调节,2、激素的调节作用,底物供应的调节2)腺苷酸的调节3)脂肪酸氧化对糖分解代谢的影响,1)胰岛素2)糖皮质激素3)胰高血糖素,三羧酸循环,糖酵解和有氧氧化的调节：,1、细胞内代谢物的调节,葡萄糖进入肌肉细胞和脂肪细胞是通过膜上载体转运的，这是葡萄糖利用的限速过程，受胰岛素的促进。,1）底物供应的调节,肝细胞及大脑等神经组织中葡萄糖的进入不受胰岛素的控制。,三羧酸循环,2)腺苷酸的调节,AMP和

32、ADP是多种酶的别构激活剂。ADP和AMP是FPK-1的别构激活剂，能强烈促进糖酵解的进行；AMP还能激活丙酮酸脱氢酶、柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶，促进有氧氧化和三羧酸循环，加强ATP的生成。,ATP是FPK-1、丙酮酸激酶、异柠檬酸脱氢酶的别构抑制剂，细胞内ATP大量积聚时能有效地抑制糖酵解和有氧氧化。,三羧酸循环,胰岛素,胰岛素是促进合成代谢的激素，在调节机体糖代谢、脂肪代谢和蛋白质代谢方面都有重要作用，是维持血糖在正常水平的主要激素之一。胰岛素一方面能促进血液中的葡萄糖进入肝、肌肉和脂肪等组织细胞，并在细胞内合成糖元或转变成其他营养物质贮存起来；另一方面又能促进葡萄糖氧化分解释放能量，供

33、机体利用。胰岛素既能增加血糖的去路，又能减少血糖的来源，其最明显的效应是降低血糖。当胰岛B细胞破坏或功能减退时，胰岛素分泌不足或缺乏，使糖进入组织细胞和在细胞内的氧化利用发生障碍，从而引起高血糖；由于血糖水平超过了肾小管吸收葡萄糖的能力，部分血糖随尿排出，从而形成糖尿病。糖尿病患者可用注射胰岛素的方法治疗。但并非所有糖尿病患者都是因胰岛分泌胰岛素缺乏或不足引起的。近来采用放射免疫测定证明，有部分患者血液中具有正常或超常量的胰岛素，这说明其他因素也会使胰岛素不能发挥正常生理功能，从而引起人的糖尿病。如人体血浆内有胰岛素原存在，分解后可转变为胰岛素，故推测胰岛素原激活失常，也可能是糖尿病发病的一个

34、因素。中国已于1965年第一次人工合成牛胰岛素.,如何区分I型糖尿病和II型糖尿病,1型2型发病原因免疫与遗传遗传与生活方式发病年龄青少年中老年发病方式急缓慢或无症状体重情况多偏瘦多偏胖胰岛素分泌绝对缺乏相对缺乏酮症酸中毒容易发生不易发生一般治疗注射胰岛素口服降糖药,胰高血糖素,人的胰高血糖素是含28个氨基酸残基的多肽，分子量为3485。它的生物学作用与胰岛素相反，是一种促进分解代谢的激素。它促进肝脏糖原分解和葡萄糖异生作用，使血糖明显升高。它还能促进脂肪分解，使酮体增多。血糖浓度也是调节胰高血糖素分泌的重要因素。血糖浓度降低时，胰高血糖素的分泌增加；而升高时，则分泌减少。而氨基酸的作用和血糖

35、相反，前者升高时也促进胰高血糖素的分泌。胰岛素可以由于使血糖浓度降低而促进胰高血糖素的分泌，但胰岛素可以直接作用于邻近的细胞，抑制胰高血糖素的分泌。,巴斯德效应(Pasteur effect),巴斯德效应(Pasteur effect)：法国的科学家巴斯德(L.Pasture)最早发现从有氧条件转入无氧条件时酵毋菌的发酵作用增强，反之,从无氧转入有氧时酵毋菌的发酵作用受到抑制，这种氧气抑制酒精发酵的现象叫做巴斯德效应 Pasteur效应：糖的有氧氧化对糖酵解的抑制作用,三羧酸循环,己糖,磷酸己糖,丙酮酸,乙酰CoA,NADH2、FADH2、CO2,H2O,乙醇（植物）,乳酸（动物）,6-P-G

36、,NADPH2、CO2,RH2,O2,呼吸链,PPP途径,EMP途径,丙酮酸氧化脱羧,TCA环,发酵,R,NADP+,NAD+/FAD,细胞质,线粒体基质,线粒体基质,线粒体内膜,细胞质,糖的分解途径,乙醛酸循环,三、乙醛酸循环,乙醛酸循环,返回,乙醛酸循环的意义,乙醛酸循环的意义,乙醛酸循环的意义,乙醛酸循环的意义,乙醛酸循环的生物学意义,可看成TCA循环的一条支路（琥珀酸可进入TCA）苹果酸进入细胞质可进行再氧化草酰乙酸 糖异生 糖（油料种子萌发时脂肪转变成糖）对于某些植物、微生物，乙酸、乙酸盐、乙酰COA等成为赖以生存的细胞原料,磷酸戊糖途径,四、磷酸戊糖途径（pentose phosp

37、hate pathway）,概 念过 程小 结调 节生理意义相关疾病,磷酸戊糖途径,在组织中添加酵解抑制剂碘乙酸（抑制3-P-甘油醛脱氢酶）或氟化物（抑制烯醇化酶）等，葡萄糖仍可被消耗；并且C1更容易氧化成CO2；发现了6-P-葡萄糖脱氢酶和6-P-葡萄糖酸脱氢酶及NADP+；发现了五碳糖、六碳糖和七碳糖；说明葡萄糖还有其他代谢途径（1931-1951）。1953年阐述了磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway)，简称PPP途径，也叫磷酸己糖支路；亦称戊糖磷酸循环；亦称Warburg-Dickens戊糖磷酸途径。PPP途径广泛存在动、植物细胞内，在细胞质中进行。,己糖,

38、磷酸己糖,丙酮酸,乙酰CoA,NADH2、FADH2、CO2,H2O,乙醇（植物）,乳酸（动物）,6-P-G,NADPH2、CO2,RH2,O2,呼吸链,PPP途径,EMP途径,丙酮酸氧化脱羧,TCA环,发酵,R,NADP+,NAD+/FAD,细胞质,线粒体基质,线粒体基质,线粒体内膜,细胞质,糖的分解途径,乙醛酸循环,（一）磷酸戊糖途径的概念,以6-葡萄糖开始，在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，进而代谢生成磷酸戊糖为中间代谢物的过程，称为磷酸戊糖途径。,磷酸戊糖途径(phosphopentose pathway PPP)又称磷酸已糖旁路(hexose monophosphat

39、e shunt(逃避）,HMS)或Warburg-Dikens途径。,磷酸戊糖途径,（二）磷酸戊糖途径的过程,第一阶段（氧化阶段）：6分子的6磷酸葡萄 糖经脱氢、水合、氧化脱羧生成6分 子5磷酸核酮糖、6NADPH和6CO2,第二阶段（异构阶段）：6分子5磷酸核酮糖 经一系列基团转移反应异构成5分 子6磷酸葡萄糖回到下一个循环。,磷酸戊糖途径,（1）6-磷酸葡萄糖 转变为6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖glucose 6-phosphate,6-磷酸葡萄糖脱氢酶glucose 6-phosphate dehydrogenase(G6PD),限速酶，对NADP+有高度特异性,磷酸戊糖途径,(

40、2)6-磷酸葡萄糖酸内酯转变为6-磷酸葡萄糖酸,6-磷酸葡萄糖酸内酯6-phosphoglucono-lactone,6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate,H2O,内酯酶lactonase,磷酸戊糖途径,(3)6-磷酸葡萄糖酸转变为5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate,磷酸戊糖途径,6-P葡萄糖脱氢酶,6-P葡萄糖酸内酯酶,6-P葡萄糖酸脱氢酶,H20,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,6-P葡萄糖酸内酯,6-P葡萄糖酸,5-P-核酮糖,6-P葡萄糖,葡萄糖的氧化脱羧阶段 6-P葡萄糖+NADP+6-P葡萄糖酸内

41、酯+NADPH+H+6-P葡萄糖酸内酯 6-P葡萄糖酸（容易进行）6-P葡萄糖酸+NADP+5-P核酮糖+C2O+NADPH+H+本阶段总反应：6-P葡萄糖+2NADP+H2O 5-P-核酮糖+CO2+2NADPH+2H+,6-P葡萄糖脱氢酶,6-P葡萄糖酸内酯酶,6-P葡萄糖酸脱氢酶,H20,H+,(4)三种五碳糖的互换：,5-磷酸核酮糖ribulose 5-phosphate,磷酸戊糖途径,转酮醇酶与转醛缩酶：,转酮醇酶(transketolase)就是催化含有一个酮基、一个醇基的二碳基团转移的酶。其接受体是醛，辅酶是TPP。,转醛基酶(transaldolase)是催化含有一个酮基、二个

42、醇基的三碳基团转移的酶。其接受体是亦是醛，但不需要TPP。,磷酸戊糖途径,(5)二分子五碳糖的基团转移反应,转酮醇酶,(TPP),磷酸戊糖途径,(6)七碳糖与三碳糖的基团转移反应,转醛醇酶,Mg2+或Mn2+,糖的分解代谢,(7)四碳糖与五碳糖的基团转移反应,转酮醇酶,(TPP),磷酸戊糖途径的小结：,转酮醇酶与转醛缩酶比较,磷酸戊糖途径,反 应 式,总反应图,特 点,磷酸戊糖途径：,糖酵解途径,葡萄糖,磷酸戊糖途径特点：,反应部位：细胞质反应底物：6-磷酸葡萄糖重要反应产物：NADPH、5-磷酸核糖限速酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD),磷酸戊糖途径,二、磷酸戊糖途径的意义 1、产生大

43、量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原剂（力），比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成。2、在红细胞中保证谷胱甘肽的还原状态。（防止膜脂过氧化；维持血红素中的Fe2+;）（6-P-葡萄糖脱氢酶遗传缺陷症溶血性贫血病）3、该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料，如：5-P-核糖 核苷酸 4-P-赤藓糖 芳香族氨基酸,4、非氧化重排阶段的一系列中间产物及 酶类与光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同，因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些单糖间的互变。5、PPP途径是由葡萄糖直接氧化起始的可单独进行氧化分解的途径。因此可以和EMP、TCA相互补充、相互配合，增加机体的适应能力。,

44、二、磷酸戊糖途径的意义,5-磷酸核糖作用：,合成原料,磷酸戊糖途径,NADPH的主要功能：,1、作为供氢体-参与体内多种生物合成反应,2、是谷胱甘肽还原酶的辅酶-对维持细胞中还原型谷胱甘肽的正常 含量起重要作用,3、作为加单氧酶的辅酶-参与肝脏对激素、药物和毒物的生物 转化作用,4、清除自由基的作用,磷酸戊糖途径,NADPH作为体内多种物质生物合成的供氢体,脂肪酸、胆固醇和类固醇化合物的生物合成，均需要大量的NADPH。,NADPH+H+,磷酸戊糖途径,谷胱甘肽的功能：,(1)解毒功能(2)保护巯基酶/蛋白质(3)可消除自由基(4)协肋氨基酸的吸收,磷酸戊糖途径,NADPH作为羟化酶的辅酶：,

45、羟化反应：(1)与某些生物合成(胆固醇、胆汁酸、类固醇激素等)有关；(2)与肝脏的生物转化(激素、药物、毒物的生物转化)有关。,磷酸戊糖途径,磷酸戊糖途径与疾病:,神经精神病(neuropsychiatric disorder),药物诱导的溶血性贫血(a drug-induced hemolytic amemia),磷酸戊糖途径,磷酸戊糖途径与神经精神病:,与VitB1缺乏有关,VitB1缺乏,磷酸戊糖途径,PPP途径受阻,蚕豆病:,蚕豆病的症状是：吃蚕豆几小时或12天后，突然感到精神疲倦、头晕、恶心、畏寒发热、全身酸痛、萎靡不振，并伴有黄疸、肝脾肿大、呼吸困难、肾功能衰竭，甚至死亡。,蚕豆病

46、，俗称蚕豆黄。,机理:蚕豆中有3种物质：裂解素、锁未尔和多巴胺。前两种GSH氧化，后一种能激发红细胞的自身破坏，遗传性6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏者，使红细胞大量溶解而发生蚕豆病。,血像检查:红细胞明显减少，黄疸指数明显升高。,磷酸戊糖途径,磷酸戊糖途径与溶血性贫血:,一些具有氧化作用的外源性物质如蚕豆、抗疟药、磺胺药等,G6PD缺乏,GSSH,磷酸戊糖途径,己糖,磷酸己糖,丙酮酸,乙酰CoA,NADH2、FADH2、CO2,H2O,乙醇（植物）,乳酸（动物）,6-P-G,NADPH2、CO2,RH2,O2,呼吸链,PPP途径,EMP途径,丙酮酸氧化脱羧,TCA环,发酵,R,NADP+,NAD+/FAD,细胞质,线粒体基质,线粒体基质,线粒体内膜,细胞质,糖的分解途径,乙醛酸循环,