医学2012生化-9-糖代谢

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1、第九章第九章糖代谢糖代谢Metabolism ofMetabolism ofcarbohydratescarbohydrates生物机体主要的能源和碳源生物机体主要的能源和碳源葡萄糖葡萄糖异生作用异生作用贮存贮存消化吸收消化吸收糖原分解糖原分解氧化供能氧化供能转变成其他物质转变成其他物质机体的结构物质机体的结构物质(纤维素纤维素植物胞壁成分植物胞壁成分)、信号、信号传导传导(糖蛋白糖蛋白细胞识别细胞识别)、免疫功能、免疫功能(糖蛋白糖蛋白)多糖、低聚糖多糖、低聚糖单糖单糖分子大分子大, 胞外降解胞外降解酶酶胞内代谢胞内代谢1. 淀粉的酶促水解淀粉的酶促水解构件分子构件分子: -D-G连键连键:

2、 (14) 淀粉淀粉糊精糊精(异异)麦芽糖麦芽糖G9.1 糖的酶促降解糖的酶促降解(16)淀淀粉粉极限糊精极限糊精+麦芽三糖麦芽三糖+G-麦芽糖麦芽糖+极限糊精极限糊精-淀粉酶淀粉酶(任意部位任意部位14苷键苷键)-淀粉酶淀粉酶(非还原端始非还原端始, 14, 16苷键苷键)-淀粉酶淀粉酶(非还原端始非还原端始, 14苷键苷键)脱支酶脱支酶(16苷键苷键)-D-G直链淀粉直链淀粉(糊精糊精)2. 糖原的酶促水解糖原的酶促水解构件分子构件分子: -D-G连键连键: (14) 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶: 非还原端逐个解非还原端逐个解14苷键苷键脱支酶脱支酶: 16苷键苷键(16) 较淀粉支多而短较

3、淀粉支多而短3. 纤维素的酶促水解纤维素的酶促水解构件分子构件分子: -D-G连键连键: (14)天然纤维素天然纤维素 直链纤维素直链纤维素G纤维二糖纤维二糖C1酶酶Cx酶酶-(1,4)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶+脱支酶脱支酶脱支酶脱支酶磷酸化酶磷酸化酶+G-1-PGG-1-P双功能双功能PiPi4. 双糖的酶促水解双糖的酶促水解蔗糖蔗糖: -D-G(14)-D-F麦芽糖麦芽糖: -D-G(14)-D-G异麦芽糖异麦芽糖: -D-G(16)-D-G乳糖乳糖: -D-半乳糖半乳糖(14)-D-G相应的酶降解相应的酶降解单糖单糖肝肝血液血液(循环循环)糖原糖原各种代谢各种代谢经门静脉经门静脉经肝静脉

4、经肝静脉合成合成各种单糖在此转化为各种单糖在此转化为G正常空腹血糖正常空腹血糖3.9-6.1mmol/LG代谢代谢无氧酵解无氧酵解有氧分解有氧分解 戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径G丙酮酸丙酮酸(乳酸乳酸)G丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰COACO2+H2OGCO2+H2O植物植物: 生醇发酵生醇发酵, 乙醛酸循环乙醛酸循环1. 糖的无氧分解糖的无氧分解G丙酮酸丙酮酸甘油甘油乳酸乳酸(酵解酵解)丁酸丁酸乙醇乙醇(发酵发酵)EMP9.2 糖的分解代谢糖的分解代谢 糖酵解糖酵解(glycolysis)(EM or EMP, Embden-Meyerhof-Parnas)希腊语希腊语glykus(甜甜)+lysis(

5、解开解开)为纪念为纪念Gustav Embden, Otto Meyerhof, Jacob Parnas反应历程反应历程3阶段阶段, 10步步甘油酸甘油酸-2-P 丙酮酸丙酮酸F-1,6-2P 丙糖丙糖-PG(糖原糖原/淀粉淀粉) F-1,6-2P(丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸)GG-6-P己糖激酶己糖激酶G = -16.74 kJ/mol 限速限速 耗能耗能 不可逆不可逆ATP+Mg2+Mg2+-ATPGG-6-P+ADP+Mg2+G-6-PF-6-P己糖磷酸异构酶己糖磷酸异构酶G = 1.67 kJ/mol 可逆可逆 快速快速 F-6-PF-1,6-2P果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶G= -14.23

6、 kJ/mol 限速限速 耗能耗能 不可逆不可逆F-1,6-2P二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸醛缩酶醛缩酶裂解裂解 6C3C G= 23.85 kJ/mol 可逆可逆 丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸互变异构互变异构 体外体外96%体内体内G= 7.53 kJ/mol甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸-1,3-二磷酸二磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶G= 6.28 kJ/mol脱氢脱氢 氧化磷酸化氧化磷酸化 获能获能 NAD+SHB:CHOCHOH CH2OPNAD+SHB:C=OHRNAD+SCO-B+H R H

7、NADHSCRB+= OHNAD+NADHNAD+SCB+=ORH-OPOH= OO-O=COPO3=R4个相同亚基个相同亚基,每个亚每个亚基结合基结合1分子分子NDA+,HS-Cys149为活性位为活性位甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶甘油酸甘油酸-1,3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸-3-磷酸磷酸甘油酸磷酸激酶甘油酸磷酸激酶底物磷酸化底物磷酸化 获能获能 Mg+G= -18.83 kJ/mol甘油酸甘油酸-3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸-2-磷酸磷酸甘油酸磷酸变位酶甘油酸磷酸变位酶 变位变位 G= 4.60 kJ/mol变位机理变位机理 + 酶酶-PiPi + 酶酶-PiPi + 酶酶Pi P

8、i Pi + 酶酶+ 酶酶-PiPi + 酶酶酵母酵母/兔肌肉兔肌肉麦芽麦芽甘油酸甘油酸-2-磷酸磷酸烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸-2-磷酸磷酸(PEP)烯醇化酶烯醇化酶脱水脱水 重新分配能量重新分配能量 G= 1.67 kJ/mol烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸-2-磷酸磷酸烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶COOHCOHCH2G= -31.38 kJ/molMg+底物磷酸化底物磷酸化 不可逆不可逆 限速限速 丙酮酸丙酮酸COOHCOHCH2烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸互变异构互变异构 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸PA乳酸乳酸LA加氢加氢 耗能耗能糖原糖原(淀粉淀粉)葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸葡萄糖磷酸变位

9、酶葡萄糖磷酸变位酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖果糖果糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸磷酸化酶磷酸化酶己糖激酶己糖激酶丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶醛缩酶醛缩酶己糖磷酸异构酶己糖磷酸异构酶甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸-1,3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸-3-磷酸磷酸甘油酸磷酸变位酶甘油酸磷酸变位酶甘油酸甘油酸-2-磷酸磷酸烯醇化酶烯醇化酶烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸磷酸丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸甘油醛磷酸脱氢酶甘油醛磷酸脱氢酶甘油酸磷酸激酶甘油酸磷酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶H3PO4

10、总结总结有关酶有关酶a.四个激酶四个激酶G激酶激酶(限速限速)F-P-激酶激酶(限速限速)甘油酸甘油酸-P-激酶激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶(限速限速)醇羟基磷酸化醇羟基磷酸化(激活获能激活获能)磷酸酯酶磷酸酯酶高能键转移高能键转移(储能储能)ATP ADPADP ATPb.变位酶变位酶 甘油酸磷酸变位酶甘油酸磷酸变位酶c.醛缩酶醛缩酶d.甘油醛甘油醛-3-P脱氢酶脱氢酶/乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶e.异构酶异构酶 己糖磷酸异构酶己糖磷酸异构酶/丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶f.烯醇化酶烯醇化酶能量变化能量变化G G-6-P F-6-P F-1,6-2P 二羟丙酮二羟丙酮-P甘油醛甘油醛-3-P甘油酸甘油

11、酸-1,3-2P 甘油酸甘油酸-3-P 甘油酸甘油酸-2-P 烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸-2-P 烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 ATP ADPATP ADPADP ATPADP ATPNAD+ NADH2NADH2 NAD+G 丙酮酸丙酮酸+7ATPG 乳酸乳酸 +2ATP糖原糖原(淀粉淀粉)G-1-P丙酮酸的无氧降解丙酮酸的无氧降解 丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸a.酵解酵解 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶反应反应: C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2O净得：净得：2ATP体外：体外： G= -196 kJ/mol 能捕获率能捕获率： 30.522196 =

12、31%b. 生醇发酵生醇发酵CHOCH3CH2OHCH3脱羧酶脱羧酶,Mg2+TTP乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇乙醇反应反应: C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CH2OH+2ATP+2H2O+2CO2NADH2 NAD+CO2酒精中毒酒精中毒净得：净得：2ATPc.甘油发酵甘油发酵d.丁酸发酵丁酸发酵 糖酵解的调控糖酵解的调控反应场所反应场所: 胞质胞质(胞液胞液)果糖果糖-6-磷酸激酶磷酸激酶己糖激酶己糖激酶(G激酶激酶)丙酮酸激酶丙酮酸激酶限速酶限速酶()ATP,H+,柠檬酸柠檬酸(+)ADP,AMP,F-1,6-2P,Pi ()G-6-P(抑制抑制/)()Ala

13、,ATP,CH3COSCOA(+)F-1,6-2P关键的限速酶关键的限速酶别构酶别构酶同工酶同工酶(/)别构酶别构酶为什么为什么G激酶、丙酮酸激酶不是最关键的激酶、丙酮酸激酶不是最关键的? 糖原糖原G-6-P 酵解酵解 HMP 烯醇丙酮酸磷酸丙酮酸烯醇丙酮酸磷酸丙酮酸 丙氨酸丙氨酸G G激酶激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 () 有去路有去路, 不会积累不会积累 无氧释能供机体进行生命活动需要无氧释能供机体进行生命活动需要: 应急应急(短时急需短时急需);红细胞没有线粒体红细胞没有线粒体, 完全依赖糖酵解供能完全依赖糖酵解供能;神经、白神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃细胞、骨髓等代谢极为活跃, 也常

14、由糖酵解提供部也常由糖酵解提供部分能量分能量糖酵解的生物学意义糖酵解的生物学意义糖分解不彻底糖分解不彻底, 能利用率低能利用率低人体一天需能人体一天需能7500-9200kJ, 全由全由G提供需提供需46mol (约约7.8 kg) . 实际实际G供能不及供能不及2% 供碳架供碳架,工业发酵应用工业发酵应用 无氧是有氧降解的前提无氧是有氧降解的前提要求掌握掌握糖酵解的概念、反应的亚细胞部位、糖酵解的概念、反应的亚细胞部位、反应过程、产能耗能步骤、限速酶及其生反应过程、产能耗能步骤、限速酶及其生物学意义；物学意义；熟悉熟悉糖酵解的调节糖酵解的调节O O2 2O O2 2O O2 2H H2 2O

15、 OH H+ +e+eCOCO2 2丙丙酮酮酸酸G G乙酰乙酰CoACoA丙丙酮酮酸酸G-6-PG-6-PG G线线 粒粒 体体（第一阶段）（第一阶段） （第二、三阶段）（第二、三阶段）2. 糖的有氧分解糖的有氧分解G 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰COA CO2 + H2OEMPTCA胞胞 液液丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系丙酮酸丙酮酸(PA)乙酰乙酰CoA反应历程反应历程反应场所反应场所: 线粒体线粒体氧化氧化(脱氢脱氢), 脱羧与脱羧与CoA结合结合, 不可逆不可逆, 限速限速()ATP, 乙酰乙酰CoA, NADH辅酶辅酶A(HSCoA)巯基乙胺巯基乙胺腺嘌呤腺嘌呤核糖核糖-3-磷酸磷酸泛酸泛酸

16、焦焦磷磷酸酸丙酮酸丙酮酸脱氢酶系脱氢酶系酶酶丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶(E1)-依赖依赖TPP二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶(E3)二氢硫辛酸转乙酰基酶二氢硫辛酸转乙酰基酶(E2)辅酶辅酶FAD 载载H+TPP 羧化羧化 硫辛酸硫辛酸 载酰基载酰基, H+NAD+ 载载H+CoA 载酰基载酰基Mg2+3酶酶6辅辅反应机理反应机理丙酮酸丙酮酸 TPP CO2E1, Mg2+E1, Mg2+TPP羟乙基羟乙基-TPP 乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸-E2乙酰乙酰CoA CoASHHSHSLE2E3FAD FADH2FADC=OCH3COOHCH3CTPPHOHCH3C SOLE2HS= CH3C SCoA

17、O=LSSE2LSSE2LSSE2+NAD+NADH2脱羧脱羧/脱脱氢氢/获能获能CH3COCOOH+HS-CoA+NAD+ CH3COS-CoA+CO2+NADH+H+脱氢脱氢 脱羧脱羧 获能获能 3C2C糖原糖原G三脂酰甘油三脂酰甘油FA 甘油甘油蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸三羧酸循环三羧酸循环胆固醇胆固醇 FA酮体酮体乙酰乙酰CoA乙酰乙酰CoA的来源和去路的来源和去路*COOH*C = OCOOH CH2三羧酸循环三羧酸循环 tricarboxylic acid cycle, TCA 柠檬酸循环或柠檬酸循环或Krebs循环循环草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸+= O*C

18、H3*C SCoA乙酰乙酰CoA柠檬酸合酶柠檬酸合酶*CH2*COOH HOCCOOH CH2COOH柠檬酸柠檬酸缩合缩合 水解水解 2C+4C6C= O*CH3*C SCoA = O*CH2*C SCoA-+H+*COOH*C = OCOOH CH2 COOH*C = OCOOH CH2HO*CH2*C SCoAO=H2O COOH*C = OCOOH CH2HO*CH2*COHO=+ HSCoA柠檬酰柠檬酰CoA 柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸(水合水合)酶酶顺乌头酸顺乌头酸 HOH异柠檬酸异柠檬酸异构异构(脱水脱水/水合水合)叔醇叔醇仲醇仲醇 HOH异柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱

19、氢酶NAD+ NADH+H+ H O = C COOH 草酰琥珀酸草酰琥珀酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2*COOH*CH2C = O CH2COOH-酮戊二酸酮戊二酸脱氢脱氢/脱羧脱羧/获能获能 6C5C脱脱羧*COOH*CH2C = O CH2COOH-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoA*COOH*CH2CO SCoA CH2HOOCCH2CH2COCOOH+HS-CoA+NAD+ 琥珀酰琥珀酰CoA -酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系HSCoA+NAD+CO2+NADH+ +H+HOOCCH2CH2COS-CoA+CO2+NADH+H+脱氢脱氢 脱羧脱羧 获能获能

20、 5C4C脱脱羧 -酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶系脱氢酶系酶酶 -酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶(E1)-依赖依赖TPP二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶(E3)二氢硫辛酸二氢硫辛酸琥珀酰基琥珀酰基转移酶转移酶(E2)辅酶辅酶FAD 载载H+TPP 羧化羧化 硫辛酸硫辛酸 载酰基载酰基, H+NAD+ 载载H+CoA 载酰基载酰基Mg2+3酶酶6辅辅琥珀酰琥珀酰CoA 琥珀酸琥珀酸*COOH*CH2CO SCoA CH2琥珀酰琥珀酰CoAGDP+PiGTP+HS-CoA 琥珀酸硫激酶琥珀酸硫激酶,Mg2+*COOH*CH2COOH CH2琥珀酸琥珀酸底物水平磷酸化底物水平磷酸化 获能获能GTP+ADPG

21、DP+ATP琥珀酸琥珀酸 草酰乙酸草酰乙酸*COOH*CH2COOH CH2琥珀酸琥珀酸延胡索酸水合酶延胡索酸水合酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FAD FADH2延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸*COOH*CH=COOHHC*COOH*CHOHCOOH CH2苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶NAD+ NADH+H+*COOH*C = OCOOH CH2脱氢脱氢 水合水合 脱氢脱氢 获能获能-CH3COSCoA -3H2O -HSCoA -(GDP+Pi) -3NAD+ -FAD +2CO2 +2HSCoA +GTP +3NADH+H+ +FADH2 +H2O CH3COSCoA+3NAD+FA

22、D+GDP+Pi+2H2O 2CO2+HSCoA+3NADH2+FADH2+GTP 总结总结a.有关酶有关酶合成合成异构异构脱氢脱氢、脱羧、脱羧脱氢脱氢、脱羧、脱羧底物水平底物水平磷酸化磷酸化脱氢脱氢水合水合脱氢脱氢循环一周耗循环一周耗1mol乙酰乙酰CoA, 生成生成2mol CO2(非进入的非进入的2C), 4次脱氢次脱氢, 生成生成3mol NADH2, 1mol FADH2, 1次底物次底物水平磷酸化水平磷酸化, 共生成共生成10mol ATP, 循环中三羧酸、二羧酸循环中三羧酸、二羧酸没有增减没有增减, 故只需微量就可不息循环故只需微量就可不息循环b.总反应总反应CH3COSCoA+

23、3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+HSCoA+3NADH2+FADH2+GTP 回补反应回补反应(补充三羧酸循环的中间物质补充三羧酸循环的中间物质)TCA的中间产物可以参与合成其他物质，需补充的中间产物可以参与合成其他物质，需补充回补反应回补反应丙酮酸丙酮酸烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸-2-磷酸磷酸回补反应回补反应丙酮酸磷酸羧化酶丙酮酸磷酸羧化酶CO2+GDP GTP*COOH*C = OCOOH CH2草酰乙酸草酰乙酸能量能量3NADH2+FADH2+GDP=10ATP有氧分解有氧分解:G 丙酮酸丙酮酸 CH3COSCoA CO2+H2OEMPTCA2ATP+2NADH2NADH2

24、210ATP232ATP储能储能=30.52322867.48=34%C6H12O6+6O2+32ADP+32Pi6CO2+6H2O+32ATP总反应总反应生物学意义生物学意义为生命活动提供能量为生命活动提供能量为合成其它有机物提供原料为合成其它有机物提供原料(C架架)是糖、脂肪、蛋白质相互转化的枢纽是糖、脂肪、蛋白质相互转化的枢纽是糖、脂肪、蛋白质最终氧化的通道是糖、脂肪、蛋白质最终氧化的通道工业利用工业利用(生产柠檬酸、谷氨酸等生产柠檬酸、谷氨酸等)调控调控柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶关键的限速酶关键的限速酶()ATP、NADH、琥珀酰、琥珀酰CoA(+)草酰乙酸、乙酰草酰乙酸、乙酰CoA异柠

25、檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶()ATP、NADH(+)ADP、Ca2+-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系()ATP、NADH(+)Ca2+丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系()ATP、NADH、乙酰、乙酰CoA(+)Ca2+乙酰乙酰CoA脂肪脂肪脂肪酸脂肪酸 甘油甘油糖原糖原葡萄糖葡萄糖蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸TCA营养物分解代谢的三个阶段营养物分解代谢的三个阶段要求掌握掌握糖有氧氧化的概念、反应的亚细胞部位、糖有氧氧化的概念、反应的亚细胞部位、反应过程、反应过程、ATP生成、生理意义生成、生理意义; 了解了解糖有氧糖有氧氧化的调控氧化的调控掌握掌握三羧酸循环反应的亚细胞部位、反应过程、三羧酸循环反应的

26、亚细胞部位、反应过程、限速酶、特点及生理意义限速酶、特点及生理意义, 了解了解其调控其调控3.乙醛酸循环乙醛酸循环TCA支路支路HOH异柠檬酸异柠檬酸植物、微生物存在此循环植物、微生物存在此循环异柠檬酸裂合酶异柠檬酸裂合酶*COOH*CH2COOH CH2琥珀酸琥珀酸HCCOH + O= O乙醛酸乙醛酸苹果酸苹果酸合成酶合成酶*COOH*CHOHCOOH CH2*COOH*C = OCOOH CH2苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CH3COSCoA+H2OHSCoA2CH3COSCoA+2H2O+NAD+ HOOCCH2CH2COOH+2HSCoA+NADH2循环一周耗循环一周耗2mol CH3C

27、OSCoA得得1mol 琥珀酸和琥珀酸和1mol NADH2有些微生物可利用乙酸作为碳源有些微生物可利用乙酸作为碳源, 合成乙酰合成乙酰CoA而进入而进入乙醛酸循环乙醛酸循环CH3COOHCH3COSCoA乙酰乙酰CoA合成酶合成酶HSCoA+ATPH2O+AMP+PPi生物学意义生物学意义:a.实现植物、细菌对糖的需求实现植物、细菌对糖的需求b.提高了生物体利用乙酰提高了生物体利用乙酰CoA的能力的能力草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸糖糖脱脱CO2脂酸脂酸乙酰乙酰CoA-氧化氧化乙醛酸循环乙醛酸循环 以以2C为起始物合为起始物合成成TCA中的二羧酸和三羧酸中的二羧酸和三羧酸, 只需少量只需少量4

28、C二酸作二酸作“引物引物”, 即补充即补充TCA的的C4、 C6化合物的消耗化合物的消耗, 维持维持TCATCA中中, 1mol柠檬酸只产生柠檬酸只产生1mol 4C化合物化合物, 乙醛酸循乙醛酸循环中环中, 1mol柠檬酸可产生柠檬酸可产生1.5mol 4C化合物化合物故乙醛酸循环可弥补故乙醛酸循环可弥补TCA中中, 由于由于4C化合物不足而化合物不足而造成造成2C不能被充分利用的缺陷不能被充分利用的缺陷反应历程反应历程需氧代谢需氧代谢, 植物普遍存在植物普遍存在, 微生物、动物也有微生物、动物也有一阶段一阶段: G-6-PG酸酸-6-P核酮糖核酮糖-5P脱氢脱氢脱氢脱羧脱氢脱羧二阶段二阶段

29、: 戊糖戊糖-P分子间相互转化分子间相互转化4.戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径(HMP或或HMS)pentose phosphate pathway3-P-甘油醛甘油醛脱氢酶脱氢酶1,3-2P-甘油酸甘油酸碘乙酸抑制碘乙酸抑制, 酵解终止酵解终止, 但但不影响不影响G消耗消耗, 说明有支路说明有支路三阶段三阶段: 戊糖戊糖-P分子间基团转移分子间基团转移 C3C7糖的磷酸酯糖的磷酸酯 H H-C-O-C-OH H H-C-OH H-C-OHHO-C-H OHO-C-H O H-C-OH H-C-OH H-C H-C CH CH2 2O-O- P P C=O C=O H-C-OH H-C-OHHO-C

30、-H OHO-C-H O H-C-OH H-C-OH H-C H-C CH CH2 2O- O- P PNADPNADP+ + NADPH+H NADPH+H+ +G-6-P脱氢酶脱氢酶G-6-PG-6-P内酯内酯脱氢脱氢MgMg2+2+ C=O C=O H-C-OH H-C-OHHO-C-H OHO-C-H O H-C-OH H-C-OH H-C H-C CH CH2 2O- O- P P COOH COOH H-C-OH H-C-OHHO-C-H HO-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P PH H2 2O O内酯酶内酯酶G-6-P内

31、酯内酯葡萄糖酸葡萄糖酸-6-PMgMg2+2+ COOCOOH H H-C-OH H-C-OHH HO-C-O-C-H H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P CH CH2 2OHOH C=O C=O H-C-OH + H-C-OH + COCO2 2 H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P核酮糖核酮糖-5-PNADPNADP+ + NADPH+H NADPH+H+ +葡萄糖酸葡萄糖酸-6-P脱氢酶脱氢酶脱氢脱羧脱氢脱羧葡萄糖酸葡萄糖酸-6-P CH CH2 2OHOH C=O C=O H-C-OH H-C-OH H-

32、C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P CH CH2 2OHOH C=O C=O HO-C-HHO-C-H H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P核酮糖核酮糖-5-P CHO CHO H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P表异构酶表异构酶异构酶异构酶异构酶异构酶木酮糖木酮糖-5-P核糖核糖-5-P五碳糖五碳糖-P-P相互转化相互转化 CHO CHO H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P CHCH2

33、2OHOH C=O C=OH HO-C-HO-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P基团转移反应-转酮醇酶(转2C)TPPTPP木酮糖木酮糖-5-P核糖核糖-5-P 甘油醛甘油醛-3-P景天糖景天糖-7-P CHCH2 2OHOH C=OC=O H HO-C-H O-C-H H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P+ + CHO CHO H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P+ +景天糖景天糖-7-P CHCH2 2OHOH C=O C=OHO-C-HHO-C-H H

34、-C-O H-C-OH H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P CHO CHO H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P+ + CHCH2 2OHOH H-C=O H-C=OHO-C-H HO-C-H H H-C-OH-C-OH H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P+ + CHO CHO H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P甘油醛甘油醛-3-P赤藓糖赤藓糖-4-P果糖果糖-6-P基团转移反应-转醛醇酶(转3C)转醛醇酶转醛醇酶 CHO CHO H

35、-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P CHCH2 2OHOH C=O C=OH HO-C-HO-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P四碳糖的转变-转酮醇酶(转2C)TPPTPP木酮糖木酮糖-5-P甘油醛甘油醛-3-P果糖果糖-6-P CHCH2 2OHOH C=OC=O H HO-C-H O-C-H H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P+ + CHO CHO H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P+ +赤藓糖赤藓糖-4-PG-6-PG-6-

36、P内酯内酯葡萄糖酸葡萄糖酸-6-P3核酮糖核酮糖-5-P核糖核糖-5-P景天糖景天糖-7-P赤藓糖赤藓糖-4-PF-6-P木酮糖木酮糖-5-P3NADP3NADP+ + 3NADPH+3H 3NADPH+3H+ +3NADPH+3H3NADPH+3H+ +3CO+3CO2 2 甘油醛甘油醛-3-P木酮糖木酮糖-5-P甘油醛甘油醛-3-PF-6-P磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径333NADP3NADP+ +3实际上实际上, 五碳糖相互转化五碳糖相互转化C5 + C5 C7 + C3 C4 + C6C5 + C4 C3 + C63C5 C3 + 2C6总反应总反应:两边同时两边同时2得得6 (G-6-P

37、) 6 C5 + 6 CO2 12NADP+6H2O 12NADPH+H+6 C5 2 C3 + 4 C6 5 C6 6 (G-6-P) 5 C612NADP+6H2O+H2O 12NADPH+H+6CO2+Pi 甘油醛甘油醛-3-P +二羟丙酮二羟丙酮-P F-1,6-2P H2OPi F-6-P G-6-P6 (G-6-P) 5 C612NADP+6H2O+H2O 12NADPH+H+6CO2+PiG-6-P+7H2O+12NADP+6CO2+Pi+12NADPH2即即能量能量12NADPH2 = 36mol ATP从从G开始净得开始净得 35mol ATP反应场所反应场所胞液胞液生物学意

38、义生物学意义a.产生大量的产生大量的NADPH2可供合成代谢需要可供合成代谢需要b.沟通了糖与核酸的代谢沟通了糖与核酸的代谢(核糖核糖-5-P)c.沟通了植物体内的光合作用沟通了植物体内的光合作用d.HMP可以和可以和EMP、TCA相互补充配合相互补充配合赤藓糖赤藓糖-4-P、甘油醛、甘油醛-3-P莽草酸莽草酸酚酚枢纽枢纽:甘油醛甘油醛-3-P若若HMP受阻受阻, 可通过甘油醛可通过甘油醛-3-P进入进入EMP/TCA5.G降解途径的相互关系降解途径的相互关系EMPEMP+TCAHMP乙醛酸循环乙醛酸循环有氧有氧/无氧无氧 枢纽枢纽: 丙酮酸丙酮酸HMP与与 EMP: G-6-P, 甘油醛甘油

39、醛-3-P6.其他单糖的分解代谢其他单糖的分解代谢8.2 糖的合成代谢糖的合成代谢2.蔗糖的合成蔗糖的合成蔗糖不仅是光合作用的产物和高等植物的主要蔗糖不仅是光合作用的产物和高等植物的主要成分成分, 而且是糖类在植物体中运输的主要形式而且是糖类在植物体中运输的主要形式其合成有两途径其合成有两途径蔗糖合成酶催化蔗糖合成酶催化(次要途径次要途径)蔗糖磷酸合成酶催化蔗糖磷酸合成酶催化(主要途径主要途径)尿苷二磷酸葡糖尿苷二磷酸葡糖(UDPG)作为糖基供体作为糖基供体1.光合作用光合作用 UDPG + F G-F 蔗糖合成酶蔗糖合成酶 机理机理: UDPGG-1-P UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 蔗糖合

40、成酶蔗糖合成酶 G-F UTP PPiF UDP UDPG 蔗糖磷酸合成酶蔗糖磷酸合成酶 G-F-P G-F 磷酸酯酶磷酸酯酶F-6-P UDPH2O Pi2.淀粉和糖原的合成淀粉和糖原的合成 G G-6-P G-1-PATP ADP 激酶激酶 ADPG(UDPG) (-1,4-G)n变位酶变位酶ADPG(UDPG)焦焦磷酸化酶磷酸化酶淀粉淀粉(糖原糖原)合酶合酶分枝酶分枝酶 淀粉淀粉(糖原糖原)ADPADPATPATPPPi(引物引物)引物引物: G受体受体(麦芽糖麦芽糖/麦芽三糖麦芽三糖/麦芽四糖麦芽四糖/淀粉淀粉)糖糖 原原淀淀 粉粉G供体供体UDPGUDPG/ADPG链延伸链延伸糖原合

41、酶糖原合酶淀粉合酶淀粉合酶1,41,6分枝酶分枝酶Q酶酶供能供能ATP/UTPATP/UTP 合成非分解的逆反应合成非分解的逆反应合成合成糖原糖原n + UDPG = 糖原糖原n+1 + UDP分解分解 糖原糖原n+1 + Pi = 糖原糖原n + G-1-P合酶合酶磷酸化酶磷酸化酶分枝酶分枝酶分枝酶的作用分枝酶的作用(1,41,6转转 葡萄糖基酶葡萄糖基酶)(12-18)(6-7)O OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO

42、OO OO OO OO OO OO OO OO OO OO O3.糖异生作用糖异生作用非糖物质非糖物质(甘油、丙酮酸、乳酸以及个别氨基甘油、丙酮酸、乳酸以及个别氨基酸酸)转变为糖转变为糖糖异生作用糖异生作用基本上按基本上按EMP逆途径进行逆途径进行, 但三步不可逆但三步不可逆, 需需绕行绕行GG-6-PF-6-PF-1,6-2P烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸-P丙酮酸丙酮酸激酶激酶,Mg2+ATP ADPATP ADPADP ATP激酶激酶,Mg2+激酶激酶,Mg2+限速限速不可逆不可逆丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸-PCOOHCOOHC=OC=OCHCH3 3COOHCOOHC=OC

43、=OCHCH2 2COOHCOOHCOOHCOOH C-O-PC-O-PCHCH2 2 ADP+Pi 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶生物素生物素,Mg2+CO2+ATP 烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸-P羧羧激酶激酶GTPGDP+CO2F-1,6-2PF-6-PG-6-PG磷酸酯酶磷酸酯酶H2O Pi磷酸酯酶磷酸酯酶H2O Pi糖异生前体糖异生前体a. 凡能生成丙酮酸的物质均可转变为糖凡能生成丙酮酸的物质均可转变为糖(如如: 乳乳酸、酸、TCA中间物、草酰乙酸等中间物、草酰乙酸等)b. 生糖氨基酸生糖氨基酸(凡能转变为凡能转变为-酮戊二酸、草酰酮戊二酸、草酰乙酸、丙酮酸的氨基酸乙酸、丙酮酸的氨基酸)c. 脂水

44、解产物脂水解产物(甘油甘油二羟丙酮二羟丙酮-PG)d. 反刍动物反刍动物糖异生的调控糖异生的调控饥饿饥饿 原料供应的影响原料供应的影响脂肪动员加强脂肪动员加强组织蛋白质分解加强组织蛋白质分解加强甘油甘油 氨基酸氨基酸糖糖异异生生作作用用加加强强剧烈运动剧烈运动乳酸乳酸 变构调节变构调节 激素调节激素调节F-1,6-2P酶酶关关键键酶酶(+)ATP丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(+)乙酰乙酰COA/ATP()ADP()F-2,6-2P ATP/(AMP+ADP)ATP/(AMP+ADP)比值的变化对糖异生和糖酵解的比值的变化对糖异生和糖酵解的影响：影响： a. 当体内当体内ATP积聚较多时积聚较多时,

45、 可抑制糖的分解可抑制糖的分解, 促进促进糖的异生糖的异生, 以积累能源以积累能源 b. 当耗能增加时当耗能增加时, ATP不足不足, 可促进糖的分解而抑可促进糖的分解而抑制糖的异生以产生更多的制糖的异生以产生更多的ATP, 供机体需要供机体需要促进糖异生作用的激素：促进糖异生作用的激素： 肾上腺素、胰高血糖素、糖皮质激素肾上腺素、胰高血糖素、糖皮质激素抑制糖的异生作用的激素是：抑制糖的异生作用的激素是：胰岛素胰岛素糖酵解与糖异生是两个相反的代谢途径糖酵解与糖异生是两个相反的代谢途径, 两者两者协调控制协调控制, 对不同生理条件对不同生理条件, 满足机体对能量满足机体对能量的需求和对糖的需求的需求和对糖的需求, 维持血糖的恒定有重要维持血糖的恒定有重要意义意义作业作业:1.动物缺乏动物缺乏B族维生素供应时族维生素供应时, 会直接影响对糖的利用会直接影响对糖的利用. 举举2个个例子予以说明例子予以说明.P380 题题2P353 题题1