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1、Chapter 3 Glycolysis and catabolism of hexoses 糖酵解和己糖的分解代谢 （糖代谢）,3.1 糖代谢概述 3.2 糖的消化、吸收和运输 3.3 糖酵解途径和已糖的分解代谢 3.4 戊糖磷酸途径,3.1 糖代谢概述 糖的生理功能 糖最主要的生理功能是提供能量。葡萄糖完全氧化为CO2和H2O，标准自由能为 2840KJ/mol（相当于679kcal/mol）。 糖是机体重要的碳源，糖代谢的中间产物（作为前体，precursor）可转变成其他的含碳化合物，如氨基酸、脂肪酸、核苷等。,糖是组成生物体组织结构的重要成分之一。例如，蛋白聚糖和糖蛋白构成结缔组织、
2、软骨和骨的基质；糖蛋白和糖脂是细胞膜的构成成分。 糖还有其他的一些特殊功能：体内有一些具有特殊生理功能的糖蛋白；糖的磷酸衍生物可以形成许多重要的生物活性物质，如NAD+、FAD、 ATP等。,血糖,高等动物糖代谢概况,食物糖,消 化,葡萄糖,吸收,肝脏,葡萄糖,肝糖原,合成,分解,乳酸,糖异生,血液,肌糖原,葡萄糖,合成,有氧氧化,CO2+H2O+ATP,糖酵解,乳酸+ATP,血乳酸,肌肉,转变为 其他物质,(大量),(少量),戊糖磷酸途径 糖醛酸途径等,3.2 糖的消化、吸收和运输,淀粉的消化,-amylase,-glucosidase,-dextrinase,二糖的消化,乳糖不耐受综合症
3、（Lactose intolerance syndrome） 有些成年人由于乳糖酶（Lactase deficiency）缺乏，在食用牛奶后乳糖不能在小肠内完全消化吸收，进入大肠后由细菌转化为有害物质，引起腹胀、腹泻等症状。,糖的吸收 糖的吸收是以单糖形式通过肠壁细胞吸收进入血液的过程，吸收的部位是小肠上段。 糖的运输 小肠内主要是Na+ 单糖协同运输。由小肠上皮细胞进入进入血液通过促进扩散。（见物质运输）,Glucose transport in intestinal epithelial cells,3.3 糖酵解和已糖的分解代谢 （Glycolysis and Catabolism of
4、 Hexoses) Glycolysis, from the Greek glykys meaning “sweet”, and lysis meaning “splitting”. 糖酵解途径 最早被阐明的代谢途径,The Development of Biochemistry and the Delineation of Glycolysis Went Hand by Hand,1897, Hans Buchner and Eduard Buchner (Germany), accidental observation : sucrose (as a preservative) was r
5、apidly fermented into alcohol by cell-free yeast extract. The accepted view that fermentation is inextricably tied to living cells (i.e., the vitalistic dogma) was shaken and Biochemistry was born: Metabolism became chemistry!,1900s, Arthur Harden and William Young Pi is needed for yeast juice to fe
6、rment glucose, a hexose diphosphate (fructose 1,6-bisphosphate) was isolated. 1900s, Arthur Harden and William Young (Great Britain) separated the yeast juice into two fractions: one heat-labile, nondialyzable zymase (enzymes) and the other heat-stable, dialyzable cozymase (metal ions, ATP, ADP, NAD
7、+).,1910s-1930s, Gustav Embden and Otto Meyerhof (Germany), studied muscle and its extracts: Reconstructed all the transformation steps from glycogen to lactic acid in vitro; revealed that many reactions of lactic acid (muscle) and alcohol (yeast) fermentations were the same! Discovered that lactic
8、acid is reconverted to carbohydrate in the presence of O2 (gluconeogenesis); observed that some phosphorylated compounds are energy-rich. (Glycolysis was also known as Embden-Meyerhof pathway , EMP).,The whole pathway of glycolysis (Glucose to pyruvate) was elucidated by the 1940s.,3.3.1 糖酵解途径 糖酵解：葡
9、萄糖分解为丙酮酸并伴随着生成ATP的过程。 存在于所有生物。在真核细胞中，其反应部位在胞液中。,Glucose,2 Pyruvate,2ATP,糖酵解概况,preparatory phase,payoff phase,Releases energy,丙酮酸的去向（fate of pyruvate）,糖酵解反应过程,糖酵解反应过程,己糖激酶,Group transfer Irreversible in cells,已糖激酶（hexokinase）的作用机制： ATP以Mg2+ATP复合物参与反应。 Substrate-induced cleft closing is a general feat
10、ure of most kinase. ( is also a striking example of the role of induced fit in enzyme action.),Glucose,Hexokinase,诱导契合（induced fit）,己糖激酶存在于所有细胞，通常可以磷酸化葡萄糖，也可以磷酸化果糖、甘露糖等。 己糖激酶是一种调节酶，ADP和反应产物葡萄糖-6-磷酸是该酶的变构抑制剂。 另一种己糖激酶同工酶葡萄糖激酶（glucokinase, or hexokinase D）是肝细胞所特有的。两者的酶动力学和调节特性不同。葡萄糖激酶对葡萄糖有特异活性，对于肝脏调节血糖
11、具有重要意义。（糖酵解调节部分）,An aldose,An ketose,isomerization reversible,磷酸己糖异构酶,Group transfer Irreversible,磷酸果糖激酶1 PFK-1,这步反应是酵解中的关键步骤（committed step）， PFK-1因此也称之为限速酶。 PFK-1是最复杂的一种调节酶。（见3.3.4）,aldol cleavage reversible,醛缩酶,aldose,ketose,DHAP,GAP,isomerization reversible,磷酸丙糖异构酶(TIM),葡萄糖C原子顺序变化,redox and phos
12、phorylation reversible,high energy,3-磷酸甘油醛脱氢酶,Proposed mechanism of glyceraldehyde 3-P dehydrogenase,Proposed mechanism of glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase: The reaction proceeds through a thioester intermediate, which allows the oxidation of glyceraldehyde to be coupled to the phosphorylati
13、on of 3-phosphoglycerate.,Iodoacetate（碘乙酸） as an inhibitor of glyceraldehyde 3-P dehydrogenase,Group transfer reversible,The first substrate-level phosphorylation step!,磷酸甘油酸激酶,isomerization reversible,磷酸甘油酸变位酶,Proposed mechanism of phosphoglycerate mutase,dehydration reversible,烯醇化酶, G 0 61.9 kJ/mo
14、l, G 0 17.6 kJ/mol,high energy,low energy,Group transfer irreversible,丙酮酸激酶,The second substrate-level phosphorylation step!,糖酵解小结,preparatory phase,payoff phase,hexokinase,phospho-fructokinase-1,pyruvate kinase,2X,糖酵解小结： 反应可分为两个阶段，净获能量2ATP和2NADH。 共10步反应，其中3步为不可逆反应，同时也是代谢途径的三个调控点。 所有中间物都以磷酸化合物形式实现。
15、Q: 意义是什么？ 捕获底物; 酶的信号作用; 能量储存等。,丙酮酸继续反应的目的:维持氧化还原的平衡(redox balance)。,3.3.2 发酵（fermentation）,3.3.2.1 乳酸发酵（lactate fermentation） 在一些微生物和高等生物中，无氧条件下，丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下还原为乳酸。,Lactate fermentation,乳酸脱氢酶 LDH,高等动物糖酵解乳酸发酵途径的生理意义： 缺氧条件下迅速为生命活动提供能量的途径，尤其对肌肉收缩更为重要。 是机体某些组织获能或主要获能的方式，如视网膜、神经、癌组织等。成熟红细胞几乎完全依赖糖酵解供应能量。
16、乳酸的利用：可通过乳酸循环（Cori cycle）在肝脏经糖异生途径转化为糖。（见糖异生）,How to make cheese or yogurt?,同工酶（Isozymes） 催化同一反应的不同蛋白质（酶） 同工酶具有相似的氨基酸序列，可存在于同一组织，甚至同一细胞，但它们在酶动力学、调控活性、辅助因子、细胞分布等方面可能会有所差异。,乳酸脱氢酶 （lactate dehydrogenase, LDH） LDH是由两种肽链A和B按不同比例组成的四聚体。五种同工酶（A4，A3B，A2B2，AB3，B4）分别存在于不同的组织，如A4存在于骨骼肌细胞中， B4存在于心肌细胞中。五种同工酶的酶活性有差异，如A4易于与丙酮酸结合，把丙酮酸还原为乳酸，而B4易于把乳酸氧化为丙酮酸。,同工酶在代谢调节中的调节方式： 在不同的组织器官表现不同的代谢作用。 在同一细胞不同位置代
