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1、第五节三羧酸循环第五节三羧酸循环tricarboxylicacidcycle,TCA循环循环主要内容主要内容 三三羧酸循酸循环的化学的化学历程程 三三羧循循环及葡萄糖有氧氧化的化学及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量和能 量量计量量 三三羧循循环的生物学意的生物学意义 三三羧酸循酸循环的的调控控 草草酰乙酸的回乙酸的回补反响自学反响自学第一第一阶段：丙段：丙酮酸的生成胞酸的生成胞浆第二第二阶段：丙段：丙酮酸氧化脱酸氧化脱羧生成乙生成乙酰 CoACoA线粒体粒体第三第三阶段：乙段：乙酰CoACoA进入三入三羧酸循酸循环 彻底氧化底氧化线粒体粒体三三 个个 阶 段段葡萄糖的有氧氧化葡萄糖的有氧氧化过程
2、程丙酮酸氧化脱羧生成乙酰丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA：n n丙丙酮酸酸进入入线粒粒体体(mitochondrion)，在在丙丙酮 酸酸 脱脱 氢 酶 系系 (pyruvate dehydrogenase complex)的的 催催 化化 下下 氧氧 化化 脱脱 羧 生生 成成 乙乙 酰CoA(acetyl CoA)。 丙丙酮酸脱酸脱氢酶系系NAD+ NAD+ +HSCoA+HSCoANADH+H+ NADH+H+ +CO2+CO2*E1 E1 丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶。催催化化丙丙酮酮酸酸的的脱脱羧羧及及脱脱氢氢，构构成成二二碳碳单单位位乙乙酰酰基基。具具有有辅辅基基TPPTPP。E2 E2
3、二二氢氢硫硫辛辛酸酸转转乙乙酰酰基基酶酶。催催化化二二碳碳单单位乙位乙酰酰基的基的转转移。具有移。具有辅辅基硫辛酸。基硫辛酸。E3 E3 二二氢氢硫硫辛辛酸酸脱脱氢氢酶酶。催催化化复复原原型型硫硫辛酸辛酸氧化型。具有氧化型。具有辅辅基基FADFAD。有有5 5种辅酶，即种辅酶，即TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸、FADFAD、NADNAD和和CoACoA，分别含有，分别含有B1B1、硫辛酸、硫辛酸、B2B2、PPPP、泛酸、泛酸等维生素。当这些维生素缺乏将导致糖代谢等维生素。当这些维生素缺乏将导致糖代谢妨碍。妨碍。n n三三羧酸酸循循环柠檬檬酸酸循循环或或KrebsKrebs循循环是是指指在在线粒
4、粒体体中中，乙乙酰CoACoA首首先先与与草草酰乙乙酸酸缩合合生生成成柠檬檬酸酸，然然后后经过一一系系列列的的代代谢反反响响，乙乙酰基基被被氧氧化化分分解解，而而草草酰乙乙酸酸再再生生的的循循环反响反响过程。程。n n 1.1.三三羧羧酸循酸循环环的反响的反响历历程程每阅历一次每阅历一次TCA循环循环 有有2个碳原子经过乙酰个碳原子经过乙酰CoA进入循环，以后有进入循环，以后有2个个碳原子经过脱羧反响分开循环。碳原子经过脱羧反响分开循环。 有有4对氢原子经过脱氢反响分开循环，其中对氢原子经过脱氢反响分开循环，其中3对由对由NADH携带，携带，1对由对由FADH2携带。携带。 产生产生1分子高能
5、磷酸化合物分子高能磷酸化合物GTP，经过它可生成，经过它可生成1分子分子ATP。 耗费耗费2分子水，分别用于合成柠檬酸水解柠檬分子水，分别用于合成柠檬酸水解柠檬酰酰CoA和延胡索酸的加水。和延胡索酸的加水。 2.TCA循环的总反响循环的总反响三三羧酸循酸循环的关的关键酶是是柠檬酸合檬酸合酶、异、异柠檬酸脱檬酸脱氢酶和和-酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶系。系。 由由TCATCA循循环环产产生生的的NADHNADH和和FADH2FADH2必必需需经经呼呼吸吸链链将将电电子子交交给给O2O2，才才干干回回复复成成氧氧化化态态，再再去去接接受受TCATCA循循环环脱脱下下的氢。的氢。产物产物NADH和和FAD
6、H2的去路的去路: 所所以以，TCATCA循循环环需需求求在在有有氧氧的的条条件件下下进进展展。否否那那么么NADHNADH和和FADH2FADH2携携带带的的H H无无法法交交给给氧氧，即即呼呼吸吸链链氧氧化化磷磷酸酸化化无无法法进进展展，NAD+NAD+及及FADFAD不不能能被被再再生生，使使TCATCA循循环中的脱氢反响因缺乏氢的受体而无法进展。环中的脱氢反响因缺乏氢的受体而无法进展。2.TCA循环的总反响循环的总反响3 3 三羧循环的化学计量和能量计量三羧循环的化学计量和能量计量 a、总反响式反响式: CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH
7、+3NADH+3H+ +FADH2+GTP12ATP 1 GTP 3 NADH 1 FADH21：39ATP1：22ATP1ATPb、三、三羧羧酸循酸循环环的能量的能量计计量量4 三羧酸循环的调控位点及相应调理物三羧酸循环的调控位点及相应调理物abc 调控位点控位点 激活激活剂 抑制抑制剂a 柠檬酸合成檬酸合成酶 NAD+ ATP 限速限速酶 NADH 琥珀琥珀酰CoA 脂脂酰CoAb 异异柠檬酸檬酸 ADP ATP 脱脱氢酶 NAD+ NADHc -酮戊二酸戊二酸 ADP NADH 脱脱氢酶 NAD+ 琥珀琥珀酰CoA 关关关关键键要素：要素：要素：要素： NADH/NAD+ NADH/NA
8、D+ NADH/NAD+ NADH/NAD+ ATP/ADP ATP/ADP ATP/ADP ATP/ADP5 三羧循环的生物学意义三羧循环的生物学意义l是有机体是有机体获得生命活得生命活动所需能量的主要途径所需能量的主要途径l是糖、脂、蛋白是糖、脂、蛋白质等物等物质代代谢和和转化的中心化的中心 l 枢枢纽l循环中的中间物为生物合成提供原料；循环中的中间物为生物合成提供原料； 如如草草酰酰乙乙酸酸、a-a-酮酮戊戊二二酸酸可可转转变变为为氨氨基基酸酸Asp,AlaAsp,Ala，琥琥珀珀酰酰CoACoA可可用用于于合合成成叶叶绿素及血红素分子中的卟啉。绿素及血红素分子中的卟啉。第六第六节 磷酸
9、戊糖途径磷酸戊糖途径pentose phosphate pathway, pentose phosphate pathway, pppppp一、磷酸戊糖途径的反响一、磷酸戊糖途径的反响历程程二、磷酸戊糖途径的意二、磷酸戊糖途径的意义主要内容主要内容n n磷磷 酸酸 戊戊 糖糖 途途 径径 (pentose phosphate pathway，HMS)是是指指从从G-6-P脱脱氢反反响响开开场，经一一系系列列代代谢反反响响生生成成磷磷酸酸戊戊糖糖等等中中间代代谢物物，然然后后再再重重新新进入入糖糖氧氧化化分分解解代代谢途途径径的的一一条条旁旁路路代代谢途途径。径。第一第一阶段：段： 氧化反响氧化
10、反响 生成生成NADPHNADPH和和CO2CO2第二第二阶段：段： 非氧化反响非氧化反响 一系列基一系列基团转移反响移反响 ( (生成生成3-3-磷酸甘油磷酸甘油醛和和6-6-磷酸果糖磷酸果糖) )磷酸戊糖途径的过程磷酸戊糖途径的过程化学计量化学计量氧化阶段氧化阶段6 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+12NADP+6H2O 6 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖+6CO2+12NADPH+12H+非氧化重排阶段非氧化重排阶段6 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖+H2O 5 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖总反响式总反响式6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+12NADP+7H2O 6CO2+12NADPH+12H+H3PO41. 1.
11、 产生生大大量量的的NADPHNADPH，为细胞胞的的各各种种合合成成反反响响提提供供复原力复原力 NADPHNADPH作作为主主要要供供氢体体，为脂脂肪肪酸酸、固固醇醇、四四氢叶酸等的合成、氨的同化等反响所必需。叶酸等的合成、氨的同化等反响所必需。2. 2. 途径中的中途径中的中间物物为许多化合物的合成提供原料多化合物的合成提供原料 可以可以产生各种磷酸生各种磷酸单糖。如磷酸核糖是合成核糖。如磷酸核糖是合成核苷酸的原料，苷酸的原料，4-4-磷酸赤磷酸赤藓糖与糖与PEPPEP可合成莽草酸，可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸。莽草酸途径可合成芳香族氨基酸。二、二、HMP途径的生物学意义
12、途径的生物学意义HMPHMP途径在生物体中普遍存在，其中动物、微生物中途径在生物体中普遍存在，其中动物、微生物中占糖降解的占糖降解的30%30%，植物中占，植物中占50%50%。3. HMP3. HMP定位于细胞质，和定位于细胞质，和EMPEMP等途径相通等途径相通 4. 4. HMPHMP在在植植物物胁胁迫迫( (如如干干旱旱、病病害害、损损伤伤等等) )时时被被高高速启动速启动 磷酸戊糖途径的磷酸戊糖途径的总反响式反响式6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+ 磷酸戊糖途径的生理意磷酸戊糖途径的生理意义产生大量生大量NA
13、DPH, 主要用于复原加主要用于复原加氢反响，反响，为细胞提供复原力胞提供复原力产生大量的磷酸核糖和其它重要中生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物物与光与光协作用作用联络，实现某些某些单糖糖间的的转变第七第七节 糖的生物合成糖的生物合成一、单糖的生物合成一、单糖的生物合成二、双糖的生物合成二、双糖的生物合成三、多糖的生物合成三、多糖的生物合成一、单糖的生物合成一、单糖的生物合成1 1、葡萄糖生物合成的最根本途径：光协作用、葡萄糖生物合成的最根本途径：光协作用2 2、糖异生作用、糖异生作用 糖异生作用的主要途径和关键反响糖异生作用的主要途径和关键反响 糖酵解与糖异生作用的关系糖酵解与糖异生作用的关
14、系 糖分解与糖异生作用的关系糖分解与糖异生作用的关系糖异生主要途径和糖异生主要途径和关键反响关键反响 非非非非糖糖糖糖物物物物质质转转化化化化成成成成糖糖糖糖代代代代谢谢的的的的中中中中间间产产物物物物后后后后，在在在在相相相相应应的的的的酶酶催催催催化化化化下下下下, , , ,绕绕过过糖糖糖糖酵酵酵酵解解解解途途途途径径径径的的的的三三三三个个个个不不不不可可可可逆逆逆逆反反反反响响响响, , , ,利利利利用用用用糖糖糖糖酵酵酵酵解解解解途途途途径径径径其其其其它它它它酶酶生生生生成成成成葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖的途径称的途径称的途径称的途径称为为糖异生。糖异生。糖异生。糖异生。 糖原或
15、淀粉糖原或淀粉1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激己糖激己糖激己糖激酶酶果糖果糖激酶激酶二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸磷酸酯酶丙酮酸丙酮酸激酶激酶丙丙丙丙酮酮酸酸酸酸羧羧化化化化酶酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸磷酸葡萄糖磷酸磷酸葡萄糖磷酸磷酸葡萄糖磷酸酯酯酯酯酶酶酶酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 2草草草草酰酰酰酰乙酸乙酸乙酸乙酸PEPPEP羧羧羧羧激激激激酶酶酶酶糖异生途径关键反响之一糖异生途径关键反响之一+ H2O+Pi6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖磷酸糖磷酸酯酯
16、酶酶P6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖H葡萄糖葡萄糖糖异生途径关键反响之二糖异生途径关键反响之二二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸酯酶磷酸酯酶+ H2O+ Pi1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖磷酸果糖POH2COHOOHHHH糖异生途径关键反响之三糖异生途径关键反响之三PEP羧激酶羧激酶ATP+H2O ADP+Pi丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸PEPGTPGDP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸CO2CO2胞液胞液线粒体线粒体糖分解和糖糖分解和糖异生的关系异生的关系PEP丙酮酸丙酮酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸转氨基作用转氨基作用二
17、、双糖的生物合成二、双糖的生物合成1 1 、单单糖糖基基的的活活化化糖糖核核苷苷酸酸 UDPGUDPG、ADPGADPG、GDPGGDPG等等 的合成的合成 糖糖核核苷苷二二磷磷酸酸在在不不同同聚聚糖糖构构成成时时，提提供供糖糖基基和和能能量量。植植物物细细胞胞中中蔗蔗糖糖合合成成时时需需UDPGUDPG，淀淀粉粉合合成成时时需需ADPGADPG，纤纤维维素素合合成成时时需需GDPGGDPG和和UDPGUDPG；动动物物细细胞胞中中糖糖元元合成合成时时需需UDPGUDPG。UDPG的构造的构造GUDP糖核苷酸的生成糖核苷酸的生成+PPi1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖UTPUDPGUDPG焦磷酸焦磷酸
18、化酶化酶二、蔗糖的生物合成二、蔗糖的生物合成有三条途径：有三条途径： 1 1、蔗糖磷酸化、蔗糖磷酸化酶途径微生物途径微生物 1-P 1-P葡萄糖葡萄糖+ +果糖果糖 蔗糖蔗糖+Pi+Pi 2 2、蔗糖合、蔗糖合酶( (植物植物 UDPG+ UDPG+果糖果糖 UDP+ UDP+蔗糖蔗糖该酶也可利用也可利用ADPG,GDPG,TDPG,CDPGADPG,GDPG,TDPG,CDPG作作为葡葡萄糖基供体。在萄糖基供体。在发育的谷育的谷类籽粒非光籽粒非光合合组织中主要是分解反响。中主要是分解反响。蔗糖磷酸化蔗糖磷酸化酶蔗糖合蔗糖合酶3 3、蔗糖磷酸合、蔗糖磷酸合酶酶途径途径 植物光合植物光合组织组织
19、 UDPG+6-PUDPG+6-P果糖果糖 磷酸蔗糖磷酸蔗糖+UDP+UDP 磷酸蔗糖磷酸蔗糖 + + 水水 蔗糖蔗糖+Pi+Pi蔗糖磷酸合蔗糖磷酸合酶蔗糖磷酸磷脂蔗糖磷酸磷脂酶植物光合植物光合植物光合植物光合组织组织中蔗糖磷酸合中蔗糖磷酸合中蔗糖磷酸合中蔗糖磷酸合酶酶的活性的活性的活性的活性较较高，而在高，而在高，而在高，而在非光合非光合非光合非光合组织组织中蔗糖合中蔗糖合中蔗糖合中蔗糖合酶酶的活性的活性的活性的活性较较高。高。高。高。三、多糖的生物合成三、多糖的生物合成1 1、 淀粉的生物合成淀粉的生物合成2 2、糖原的生物合成、糖原的生物合成 3 3、纤维纤维素的生物合成素的生物合成 自
20、学自学 淀粉的构造特点淀粉的构造特点淀粉的构造特点淀粉的构造特点 直直直直链链淀粉合成淀粉合成淀粉合成淀粉合成 由由由由淀淀淀淀粉粉粉粉合合合合成成成成酶酶催催催催化化化化，需需需需引引引引物物物物GnGnGnGn,ADPG,ADPG,ADPG,ADPG供糖基，构成供糖基，构成供糖基，构成供糖基，构成1.41.41.41.4糖苷糖苷糖苷糖苷键键。 支支支支链链淀粉合成淀粉合成淀粉合成淀粉合成 淀粉合成淀粉合成淀粉合成淀粉合成酶酶: : : :催化构成催化构成催化构成催化构成-1.4-1.4-1.4-1.4糖苷糖苷糖苷糖苷键键 Q Q Q Q酶酶分分分分支支支支酶酶: : : :既既既既能能能能
21、催催催催化化化化-1.4-1.4-1.4-1.4糖糖糖糖苷苷苷苷键键的的的的断断断断裂，又能催化裂，又能催化裂，又能催化裂，又能催化-1-1-1-1、6 6 6 6糖苷糖苷糖苷糖苷键键的构成的构成的构成的构成淀粉的生物合成淀粉的生物合成淀粉的分枝构造淀粉的分枝构造开场分枝的残基开场分枝的残基非复原端非复原端残基残基两个葡萄糖单位之两个葡萄糖单位之间的间的1，6-糖苷键糖苷键两个葡萄糖单位之两个葡萄糖单位之间的间的1，4-糖苷键糖苷键1. 淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶 淀粉磷酸化酶催化淀粉磷酸化酶催化1-磷酸葡萄糖与引子合成淀粉。磷酸葡萄糖与引子合成淀粉。动物、植物、酵母和某些微生物细菌中都有淀粉磷
22、酸动物、植物、酵母和某些微生物细菌中都有淀粉磷酸化酶存在，该酶在离体条件下催化可逆反响：化酶存在，该酶在离体条件下催化可逆反响： 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 引子引子n 引子引子n+1 Pi淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶直链淀粉的合成直链淀粉的合成2. 淀粉合成酶淀粉合成酶淀粉合成酶催化淀粉合成酶催化UDPG 或或ADPG 与引子合成淀粉。与引子合成淀粉。UDPG或或ADPG在此作为葡萄糖的供体，此途在此作为葡萄糖的供体，此途径是淀粉合成的主要途径。径是淀粉合成的主要途径。UDPG 引子引子n 引子引子n+1 UDP或或 ADPG 引子引子n 引子引子n+1 ADP淀粉合成酶利用淀粉合成酶利用ADPG
23、 比利用比利用UDPG 的效率高近的效率高近10 倍。倍。3. D-酶酶 D-酶酶 D-enzyme 是一种糖苷是一种糖苷转转移移酶酶，它可作用，它可作用于于-1,4-糖苷糖苷键键，将一个麦芽多糖的剩余，将一个麦芽多糖的剩余键键段段转转移移到受体上。受体可以是葡萄糖、麦芽糖，或其它醎到受体上。受体可以是葡萄糖、麦芽糖，或其它醎-1,4-键键的多糖。例如将麦芽三糖中的的多糖。例如将麦芽三糖中的2 个葡萄糖个葡萄糖单单位位转转移移给给另另1 个麦芽三糖，生成麦芽五糖，反响个麦芽三糖，生成麦芽五糖，反响继续进继续进展，便可使淀粉展，便可使淀粉链链延伸。延伸。在在Q Q酶作用下的支链淀粉的合成酶作用下的支链淀粉的合成+Q酶酶1Q酶酶2BAAABBnmmmnn糖原的生物合成糖原的生物合成 糖原生物合成过程与植物支链淀粉合成过程类似，但参与合成的引物、酶、糖基供体等是不一样的。 引物：结合有一个寡糖链的多糖 酶：糖原合成酶，分支酶 糖基供体：UDPG
