第八章糖代谢PPT课件

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1、第八章糖代谢 本章简介 本章习题 要点回顾 掌握内容讲授 第八章糖代谢 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 糖原的降解与生物合成 糖代谢中的调节酶 理解戊糖磷酸途径 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

2、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 糖酵解概念与反应过程 糖酵解作用的调控 EMP的能量计算与意义 二

3、 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 糖的分解代谢 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 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 CO2 H2O ATP 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

4、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 P ATP ATP ATP ADP ADP P P 1 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 己糖激酶与葡萄糖结合的诱导契合作用 Theconfo

5、rmationofhexokinasechangesmarkedlyonbindingglucose showninred Thetwolobesoftheenzymecometogetherandsurroundthesubstrate p69 1 2己糖磷酸异构化G 6 PF 6 P 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 P 1 31 6 二磷酸果糖的生成 ATP ATP ADP P 果糖磷酸激酶PFK是EMP中第二个调节酶 并且是最关键的限速酶 糖酵解速度决定于此酶的活性 催化此途径中的第二个ATP磷酸化反应 反应不可逆 PFK是一种别 变构酶 ATP结合到此

6、酶的调控部位 降低该酶对F 6 P的亲和力 ATP对该酶的变构抑制效应可被AMP解除 因此 ATP AMP的比例关系对此酶有明显的调节作用PFK活性受H 的影响 当pH下降时H 对该酶有抑制作用 可以阻止整个糖酵解途径的继续进行 从而防止乳酸的继续形成 可防止血液pH的下降 有利于避免酸中毒 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 ATP ADP ATP 磷酸化酶 糖原 葡萄糖 1 磷酸 磷酸果糖变位酶 ADP 果糖 1 6 二磷酸 磷酸二羟丙酮 3 磷酸甘油醛 磷酸丙糖的生成 F 1 6 2P 2GAP DHAP GAP 2 1

7、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 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 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 GAP的氧化是EMP中唯一一次遇到的氧化作用 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

8、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 P NAD Pi NADH H 3 磷酸甘油醛 1 3 二磷酸甘油酸 产能阶段 1 3 BPG GAP 丙酮酸的生成 2GAP 2Pyr 甘油醛 3 磷酸脱氢酶GAPDH具有4个亚基可以和4个NAD 结合 但结合常数不一样 结合NAD 后会引起酶构象变化 酶结合了2个NAD 后再要结合第3 4个NAD 就不容易了 实验发现此酶只能结合2个NAD 即此酶只有一半位点能与NAD 结合并起反应 半位反应性 砷酸盐破坏甘油醛 3 磷酸脱氢酶催化产物1 3 二磷酸甘油酸的形成 砷酸盐代替磷酸与GAP结

9、合并氧化 所得1 砷酸 3 磷酸甘油酸化合物不稳定 迅速水解生成3 磷酸甘油酸在砷酸盐存在下 虽然酵解过程照样进行 但是却没有形成高能磷酸键 由甘油醛 3 磷酸氧化释放的能量未能与磷酸化偶联 因此 砷酸盐起着解偶联的作用 即解除了氧化和磷酸化的偶联作用 3 2高能磷酸基团的转移 ADP ATP ATP 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 BPG 3 PG 3 33 磷酸甘油酸异构为2 磷酸甘油酸 3 PG 2 PG 3 4磷酸烯醇式丙酮酸的生成 P

10、EP 2 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 烯醇化酶在与底物结合前 要先与2价阳离子如Mg2 或Mn2 结合形成一个复合物 才有活性 氟化物是此酶的强烈抑制剂 因为氟与镁和无机磷酸形成复合物 取代天然情况下酶分子上镁离子的位置 从而使酶失活 3 5丙酮酸的生成 ADP ATP ATP 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 丙酮酸激酶是EMP途径中的第三个调节酶 丙酮酸激酶的催化活性需要2价阳离子参与

11、如镁离子 锰离子等 ATP 长链脂肪酸 乙酰 CoA等都对该酶有抑制作用 而果糖 1 6 二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用 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 Pyr 糖代谢障碍 丙酮酸激酶 PK 缺乏病PK缺乏时 ATP生成减少 ATP缺乏是PK缺乏症导致溶血的主要因素 因为ATP缺乏时 引起红细胞内K 和水丢失 红细胞皱缩变形破坏 导致溶血性贫血发生 糖代谢障碍 丙酮酸激酶 PK 缺乏病是发生频率仅次于G 6 PD缺乏症 蚕豆病 的一种红细胞酶病 现已证实PK缺乏症是由PK基因异常所致 主要是PK基因点突变 小部分患者表现为缺失或插入 2AT

12、P 2ATP 3 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 Pi NADH H 2ATP 2ADP 2ATP 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 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 己糖 葡糖激酶活性的调控 葡萄糖葡萄糖 6 磷酸 丙酮酸激酶活性的调控 烯醇丙酮酸磷酸丙酮酸 糖酵解的能量计算 总反应式 G 2NAD 2ADP 2Pi 2丙酮酸 2N

13、ADH 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ATP EMP途径中能量计算 见p80表22 1 1mol葡萄糖 糖原经无氧酵解成2mol丙酮酸 产生 molATP 糖酵解途径的意义 糖酵解生成的Pyr在氧供应不足时主要转变为乳酸 由乳酸脱氢酶 同工酶 催化 有时可转变为乙醇 糖酵解途径最主要生理意义在于迅速提供能量 对高原环境 肌肉收缩更为重要 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

14、乏 葡萄糖进行有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 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 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 严重贫血大量失血呼吸障碍肺及心血管等疾病 丙酮酸的去路 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 有氧

15、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 CO2 H2O ATP 生成乳酸 NADH H 乳酸脱氢酶 NAD Pyr Lac 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 的再生是由乳酸脱氢酶催化丙酮酸转变成乳酸的反应来完成的 糖的无氧降解及厌氧发酵总图 生成乙醇 丙酮酸脱羧酶 CO2 NADH H 乙醇脱氢酶 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 在丙酮酸脱氢酶系催化下 生

16、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 丙酮酸脱氢酶复合物的活性调节 1 产物抑制 丙酮酸氧化脱羧的二个产物乙酰CoA 抑制E2 和NADH 抑制E3 都作为底物的竞争性抑制剂 竞争抑制丙酮酸脱氢酶复合物的活性 2 核苷酸的反馈调节 丙酮酸脱氢酶复合物的活性受细胞的能量负荷 能荷 控制 一般来说高的能荷抑制产生ATP的途径 ATP水平高时丙酮酸脱氢酶复合物活性 丙酮酸氧化脱羧减慢 特别是E1 丙酮酸脱氢酶 受GTP抑制 被AMP活化 3 可逆磷酸化作用的共价调节 细胞内 的比值增高时 激活了激酶 丙酮酸脱氢酶活性 丙酮酸氧化脱羧 而丙酮酸抑制了激酶 使丙酮酸脱氢酶活性 丙酮酸氧