生化2012-2013第九章糖代謝

1、第二篇 物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)第八章 生物氧化與氧化磷酸化第九章 糖代謝第十章 脂類與脂類代謝第十一章 蛋白質(zhì)降解及氨基酸代謝第十二章 核酸的降解與核苷酸代謝第十三章 核酸和蛋白質(zhì)的生物合成第十四章 物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)第一節(jié) 雙糖和多糖的酶促降解一、雙糖的水解二、淀粉（糖原）的降解 第二節(jié) 糖無氧分解（糖酵解）一、糖酵解的概述二、糖酵解過程三、糖酵解中產(chǎn)生的能量四、糖酵解的意義五、糖酵解的調(diào)控六、丙酮酸的去路一、三羧酸循環(huán)的概念二、三羧酸循環(huán)的過程三、三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)四、三羧酸循環(huán)的生物學(xué)意義五、三羧酸循環(huán)的調(diào)控第三節(jié) 糖有氧分解（三羧酸循環(huán)） 一、概 念 二、過 程 三、小 結(jié) 四、生理意義

2、 五、調(diào) 節(jié) 第四節(jié) 磷酸戊糖途徑(單磷酸己糖支路, HMP) 蔗糖 + H2O 葡萄糖 + 果糖 轉(zhuǎn)化酶蔗糖酶第一節(jié) 雙糖和多糖的酶促降解1.轉(zhuǎn)化酶2.蔗糖合成酶 催化蔗糖與UDP反應(yīng)生成果糖和尿苷二磷酸葡萄糖 蔗糖+UDP UDPG+果糖一、雙糖的水解（一）蔗糖的水解112-D-葡萄糖苷-（12）-D-果糖（二）麥芽糖的水解麥芽糖+H2O麥芽糖酶2葡萄糖（三）乳糖的水解乳糖+H2O葡萄糖半乳糖 +乳糖酶-半乳糖苷酶-D-葡萄糖苷-（14）-D-葡萄糖14-D-半乳糖苷-（14）-a-D-葡萄糖14OOCH2OHHOHHOHHHOHHOCH2OHHHOHHHOHHOH二、淀粉（糖原）的降解1

3、.淀粉的水解2.淀粉的磷酸解-淀粉酶-淀粉酶R-酶(脫支酶）麥芽糖酶磷酸化酶轉(zhuǎn)移酶脫支酶*淀粉的分子結(jié)構(gòu) 是淀粉內(nèi)切酶，作用于淀粉分子內(nèi)部的任意的-1，4 糖苷鍵。 極限糊精是指淀粉酶不能再分解的支鏈淀粉殘基。 -極限糊精是指含-1，6糖苷鍵由3個以上葡萄糖基構(gòu)成的極限糊精。（一）淀粉的水解1、-淀粉酶直鏈淀粉 葡萄糖+麥芽糖+麥芽三糖+低聚糖的混合物支鏈淀粉 葡萄糖+麥芽糖+麥芽三糖+ -極限糊精2、-淀粉酶 是淀粉外切酶，水解-1，4糖苷鍵，從淀粉分子外即非還原端開始，每間隔一個糖苷鍵進(jìn)行水解，每次水解出一個麥芽糖分子。直鏈淀粉 麥芽糖支鏈淀粉 麥芽糖+-極限糊精 -極限糊精是指-淀粉酶作

4、用到離分支點(diǎn)2-3個葡萄糖基為止的剩余部分。兩種淀粉酶降解的終產(chǎn)物主要是麥芽糖-淀粉酶及-淀粉酶水解支鏈淀粉的示意圖 -淀粉酶-淀粉酶兩種淀粉酶性質(zhì)的比較 -淀粉酶不耐酸，pH3時失活耐高溫，70C時15分鐘仍保持活性廣泛分布于動植物和微生物中。 -淀粉酶耐酸，pH3時仍保持活性不耐高溫，70C15分鐘失活主要存在植物體中3、R-酶(脫支酶） 水解-1，6糖苷鍵，將及-淀粉酶作用支鏈淀粉最后留下的極限糊精的分支點(diǎn)水解，產(chǎn)生短的只含-1，4-糖苷鍵的糊精，使之可進(jìn)一步被淀粉酶降解。 不能直接水解支鏈淀粉內(nèi)部的-1，6糖苷鍵。 4、麥芽糖酶 催化麥芽糖水解為葡萄糖，是淀粉水解的最后一步。淀粉的徹底

5、水解需要上述水解酶的共同作用，其最終產(chǎn)物是葡萄糖（二）淀粉的磷酸解1、磷酸化酶 催化淀粉非還原末端的葡萄糖殘基轉(zhuǎn)移給P，生成G-1-P,同時產(chǎn)生一個新的非還原末端，重復(fù)上述過程。 直鏈淀粉 G-1-P支鏈淀粉 G-1-P + 磷酸化酶極限糊精 磷酸化酶不能將支鏈淀粉完全降解，只能降解到距分支點(diǎn)4個葡萄糖殘基為止，留下一個大而有分支的多糖鏈，稱為磷酸化酶極限糊精。* 淀粉（或糖原）降解 1. 到分枝前4個G時，淀粉磷酸化酶停止降解2.由轉(zhuǎn)移酶切下前3個G，轉(zhuǎn)移到另一個鏈上3.脫支酶水解-1，6糖苷鍵形成直鏈淀粉。脫下的Z是一個游離葡萄糖4.最后由磷酸化酶降解形成G-1-PG1P脫支酶磷酸化酶 （

6、三）糖原的降解肝臟肌肉G+Pi（葡萄糖-6-磷酸酶）進(jìn)入糖酵解糖原磷酸化酶：從非還原端催化1-4糖苷鍵的磷酸解。磷酸葡萄糖變位酶G-6-PG-1-P糖原 +Pi 糖原 + G-1-P（ n殘基） （n-1殘基） 糖原降解主要有糖原磷酸化酶和糖原脫支酶催化進(jìn)行。三、糖代謝的概況第二節(jié) 酵 解一、酵解與發(fā)酵1、酵解葡萄糖經(jīng)酶催化降解，生成丙酮酸，并產(chǎn)ATP的代謝過程。是生物體內(nèi)葡萄糖分解產(chǎn)能的共同代謝途徑。2、發(fā)酵生化中的發(fā)酵概念：指微生物的進(jìn)行無氧代謝并積累還原產(chǎn)物的過程。發(fā)酵工業(yè)中的發(fā)酵概念：泛指通過微生物的工業(yè)培養(yǎng)，利用其新陳代謝實(shí)現(xiàn)積累發(fā)酵產(chǎn)品的過程（包括有氧和無氧過程）。二、糖酵解途徑（

7、EMP途徑）(glycolytic pathway) Glc EMP途徑Pyr共包括10步反應(yīng)。根據(jù)底物分子的變化情況可分三個階段1) 葡萄糖分子活化階段（反應(yīng)13）2) 己糖降解階段（反應(yīng)45）3) 氧化產(chǎn)能階段（反應(yīng)610）+ ADP（一）葡萄糖分子的活化階段 葡萄糖的磷酸化己糖激酶該反應(yīng)消耗1分子ATP，為放能反應(yīng)，不可逆。反應(yīng)由己糖激酶催化，該酶需要Mg2+ 或Mn2+ 作為輔助因子。激酶凡是催化ATP分子的磷酸基團(tuán)向代 謝物分子轉(zhuǎn)移的酶。己糖激酶是糖酵解途徑的第一個調(diào)節(jié)酶，可通過變構(gòu)作用調(diào)節(jié)其活性，G-6-P和ATP是該酶的變構(gòu)抑制劑。糖酵解途徑的第一步不僅沒有ATP生成，還消耗了一

8、分子ATP。若從糖原開始降解，在糖原磷酸化酶的作用下生成的G-1-P經(jīng)磷酸葡萄糖變位酶的作用生成G-6-P而進(jìn)入EMP途徑，該反應(yīng)不需要消耗ATP。（1）專一性不強(qiáng) (mannose/fructose)（2）受葡萄糖-6-磷酸和ATP抑制（變構(gòu)抑制劑）葡萄糖激酶（肝臟）：（1）只作用于葡萄糖（2）對葡萄糖的Km較大（與己糖激酶相比）（3）不受產(chǎn)物葡萄糖-6-磷酸的抑制己糖激酶：G G6P意義：活化葡萄糖； 磷酸化后葡萄糖無法出細(xì)胞， 是細(xì)胞的保糖機(jī)制。6-磷酸葡萄糖的異構(gòu)化是一步同分異構(gòu)化反應(yīng)，該反應(yīng)可逆。意義：使羰基從1位C上轉(zhuǎn)移到2位C上，1位C上-OH游離 為第二次磷酸化打基礎(chǔ) 6-磷酸

9、果糖的磷酸化6-磷酸果糖(F-6-P) 1,6-二磷酸果糖(F-1,6-2P)該反應(yīng)消耗1分子ATP，為放能反應(yīng)，不可逆。催化該反應(yīng)的磷酸果糖激酶（PFK）是糖酵解途徑中的第二個調(diào)節(jié)酶，也是糖酵解中最重要的限速酶。 ATP是變構(gòu)抑制劑，檸檬酸、脂肪酸可增強(qiáng)抑制；ADP、AMP、無機(jī)磷酸是變構(gòu)激活劑。調(diào)節(jié)磷酸果糖激酶-1（1）ATP抑制 ATP既是底物又是變構(gòu)抑制劑 怎么實(shí)現(xiàn)？結(jié)合部位不同（2） AMP去除ATP抑制作用 實(shí)際上， AMP/ATP 比值調(diào)節(jié)酶活性（3） H+過高抑制酶活性避免酸中毒1，6-二磷酸果糖的裂解（二）己糖降解階段醛縮酶1,6-二磷酸果糖 (F-1,6-2P) 磷酸二羥丙

10、酮 3-磷酸甘油醛反應(yīng)可逆，由1，6-二磷酸果糖醛縮酶（簡稱醛縮酶）催化，一個己糖分子裂解生成兩個丙糖分子。磷酸丙糖的異構(gòu)化磷酸丙糖異構(gòu)酶生理狀況下：磷酸甘油醛不斷被消耗磷酸二羥丙酮不斷地被異構(gòu)化至此，一分子葡萄糖轉(zhuǎn)化為兩分子3-磷酸甘油醛，并消耗了2分子ATP。3-磷酸甘油醛氧化（三）氧化產(chǎn)能階段3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸反應(yīng)由3-磷酸甘油醛脫氫酶催化，NAD為輔酶，一個無機(jī)Pi而不是ATP上的Pi基團(tuán)轉(zhuǎn)移到產(chǎn)物分子上，產(chǎn)物1，3-二磷酸甘油酸屬于高能化合物。 3-磷酸甘油醛脫氫酶活性中心的Cys-SH是酶活性中心的必需基團(tuán)，烷化劑(如碘乙酸)和重金屬對該酶有不可逆抑制作用。 EMP

11、中唯一一步氧化脫氫步驟。高能磷酸基轉(zhuǎn)移反應(yīng)1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶催化這步反應(yīng)。這是一步底物水平的磷酸化反應(yīng)，超高能化合物1，3-二磷酸甘油酸將其高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到ADP上生成ATP。這是酵解過程中第一步產(chǎn)生ATP的反應(yīng)，1分子Glc在此產(chǎn)生2分子ATP。磷酸甘油酸變位反應(yīng)3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸2,3-二磷酸甘油酸cofactor烯醇化反應(yīng)2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)烯醇化酶反應(yīng)由烯醇化酶催化，可逆，但分子內(nèi)能重新分布變化很大，產(chǎn)物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）是高能化合物。烯醇化酶在與底物結(jié)合之前先與Mg2 +結(jié)合形成復(fù)合鹽而被激活。氟化物（F）是該酶的

12、不可逆抑制劑。丙酮酸生成 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)烯醇式丙酮酸 丙酮酸pyruvate kinase反應(yīng)由丙酮酸激酶催化，是不可逆反應(yīng)，同時是一步底物水平磷酸化反應(yīng)，PEP將其高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到ADP合成ATP。丙酮酸激酶-糖酵解途徑中的第三個調(diào)節(jié)酶。是有四個亞基的變構(gòu)酶。長鏈脂肪酸、乙酰CoA、ATP和丙氨酸是其變構(gòu)抑制劑，1，6-二磷酸果糖激活此酶。P3PPOOHOHCH2CH2OO12546P磷酸二羥丙酮123+P異構(gòu)6-磷酸果糖P564磷酸甘油醛PP1，3-二磷酸甘油酸PCOHCOHH2COOH3-磷酸甘油酸P2-磷酸甘油酸P磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸6-磷酸葡萄糖PG葡萄糖活化裂解脫氫

13、異構(gòu)PP1，6-二磷酸果糖活化產(chǎn)能脫水異構(gòu)產(chǎn)能HHOH糖酵解中間產(chǎn)物都是磷酸化合物意義：（1）帶有極性，不易隨便出入細(xì)胞（2）被酶識別，與酶結(jié)合（3）傳遞能量Glc酵解的總反應(yīng)式為：Glc 2Pi 2ADP 2NAD 2Pyr 2ATP 2NADH 2H 2H2O 1分子Glc無氧條件經(jīng)酵解產(chǎn)生2分子ATP； 1分子Glc在有氧條件下經(jīng)酵解可產(chǎn)生8分子ATP。三，酮酸的去路和NAD的再生在不同條件下和不同生物體中： 丙酮酸的去路和NAD實(shí)現(xiàn)再生的方式各不相同。有氧情況缺氧情況“三羧酸循環(huán)”“乙醛酸循環(huán)” CO2 + H2O“乳酸發(fā)酵”、“乙醇發(fā)酵”乳酸或乙醇丙酮酸（一）有氧條件下有氧條件下，P

14、yr進(jìn)入線粒體，在丙酮酸脫氫酶作用下生成乙酰CoA，后者進(jìn)入TCA循環(huán)完全氧化。NADH則經(jīng)電子傳遞和氧化磷酸化作用將電子傳到氧，生成ATP，同時NAD得到再生。（二）無氧條件下無氧條件下，不同的生物由于酶系不同，去路也不同。NADH將某種代謝產(chǎn)物還原而實(shí)現(xiàn)NAD的再生，同時積累還原產(chǎn)物，此過程稱為發(fā)酵。如：1 酵母菌的酒精發(fā)酵2 甘油發(fā)酵3 乳酸菌的同型乳酸發(fā)酵1、酵母菌的酒精發(fā)酵丙酮酸脫羧酶TPP乙醇脫氫酶乙醇發(fā)酵2、乳酸菌的同型乳酸發(fā)酵乳酸脫氫酶厭氧乳酸菌以Pyr為電子受體來實(shí)現(xiàn)NAD的再生，同時生成乳酸。總反應(yīng)式為：Glc2ADP2Pi 2乳酸2ATP2H2O 厭氧下，這種利用EMP途

15、徑發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的方式稱為同型乳酸發(fā)酵特點(diǎn): 乳酸產(chǎn)率高(1molGlc產(chǎn)生1.8mol以上乳酸); 另有少量乙醇、乙酸、CO2等生成。哺乳動物和人體內(nèi)也存在乳酸脫氫酶。 3、甘油發(fā)酵 酵母菌厭氧下進(jìn)行酒精發(fā)酵時，若設(shè)法移去乙醛，NADH就須尋找其它電子受體，以實(shí)現(xiàn)NAD的再生，這個電子受體可以是磷酸二羥丙酮。-磷酸甘油脫氫酶H+ Glc生成甘油的途徑可表示為： 磷酸二羥丙酮 -磷酸甘油 甘油GlcF2P 3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 Pyr 乙醛 （除去） 甘油發(fā)酵時，1分子Glc最多只能生成1分子甘油，且沒有凈的ATP生成，不能滿足酵母生長需要。因此在甘油發(fā)酵時酵母須生成少量的乙醇，

16、以合成ATP。NADHH NADH2O PiNAD NADHH四、糖酵解的生理意義(1) 單糖分解代謝的一條最重要的途徑；(2) 細(xì)胞在缺氧條件下得到能量的主要途徑；(3) 在有氧條件下，糖酵解是單糖完全分解成 CO2 和H2O的必要準(zhǔn)備階段。其他發(fā)酵第三節(jié) 糖有氧分解（三羧酸循環(huán)）一.三羧酸循環(huán)的概念二.三羧酸循環(huán)的過程三.三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)四.三羧酸循環(huán)的生物學(xué)意義五.三羧酸循環(huán)的調(diào)控六.發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的生化機(jī)理一. 三羧酸循環(huán)(Citrate acid cycle)的概念 概念：在有氧的情況下，葡萄糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA。乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成C2O和

17、H2O并產(chǎn)生能量的過程. 因?yàn)樵谘h(huán)的一系列反應(yīng)中,關(guān)鍵的化合物是檸檬酸,所以稱為檸檬酸循環(huán),又因?yàn)樗腥齻€羧基,所以亦稱為三羧酸循環(huán), 簡稱TCA循環(huán)。由于它是由H.A.Krebs（德國）正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)。C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP 三羧酸循環(huán)在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行的。丙酮酸通過檸檬酸循環(huán)進(jìn)行脫羧和脫氫反應(yīng);羧基形成CO2,氫原子則隨著載體(NAD+、FAD）進(jìn)入電子傳遞鏈經(jīng)過氧化磷酸化作用，形成水分子并將釋放出的能量合成ATP。 有氧氧化是糖氧化的主要方式，絕大多數(shù)組織細(xì)胞都通過有氧氧化獲得能量。有氧氧化的反應(yīng)過程 糖的有氧氧化代

18、謝途徑可分為：葡萄糖酵解、丙酮酸氧化脫羧和三羧酸循環(huán)三個階段。TAC循環(huán) G（Glc） 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP 胞液 線粒體 糖有氧氧化概況葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoACO2+H2O+ATP三羧酸循環(huán)糖的有氧氧化乳酸糖酵解線粒體內(nèi)胞漿細(xì)胞質(zhì)糖的有氧氧化與糖酵解細(xì)胞胞漿線粒體葡萄糖丙酮酸乳酸(糖酵解)葡萄糖丙酮酸CO2+H2O+ATP(糖的有氧氧化）丙酮酸第一階段：丙酮酸的生成（胞質(zhì)）第二階段：丙酮酸氧化脫羧生成乙酰 CoA（線粒體）第三階段：乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán) 徹底氧化（線粒體）三 個 階 段二. 三羧酸循環(huán)的過程(一) 丙酮酸的

19、生成（胞質(zhì)）葡萄糖 + 2NAD+ + 2ADP +2Pi 2（丙酮酸+ ATP + NADH+ H+ ）2丙酮酸進(jìn)入線粒體進(jìn)一步氧化2(NADH+ H+ )2H2O + 6 ATP線粒體內(nèi)膜上特異載體穿梭系統(tǒng)氧化呼吸鏈(二) 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A NAD+ NADH+H+ 丙酮酸乙酰CoA+ CoA-SH輔酶A+ CO2丙酮酸脫氫酶系 多酶復(fù)合體：是催化功能上有聯(lián)系的幾種酶通過非共價鍵連接彼此嵌合形成的復(fù)合體。其中每一個酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的輔酶。丙酮酸脫氫酶系3 種 酶： 丙酮酸脫羧酶(TPP、Mg2+) 催化丙酮酸氧化脫羧反應(yīng) 二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶(硫辛酸、

20、輔酶A) 催化將乙?；D(zhuǎn)移到CoA反應(yīng) 二氫硫辛酸脫氫酶(FAD、NAD+) 催化將還原型硫辛酰胺轉(zhuǎn)變成為氧化型反應(yīng)6 種輔助因子： TPP、 Mg2+、硫辛酸、 輔酶A、FAD、NAD+ FADFADH2TPPCO2TPPHSCoACH3COSCoANAD+NADH+H+E1: 丙酮酸脫羧酶(Mg2+)E2: 二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶E3: 二氫硫辛酸脫氫酶硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶丙酮酸+ CoA-SH+ NAD+ 乙酰CoA + CO2 + NADH+H+ 丙酮酸氧化脫羧反應(yīng)Hydroethyl TPP(HETPP)乙酰二氫硫辛酰胺羥乙基TPP二氫硫辛酰胺E1E2E3乙酰CoA生成的調(diào)節(jié)產(chǎn)物抑制和共價

21、修飾高濃度的乙酰CoA和NADH激酶(有活性的丙酮酸脫氫酶轉(zhuǎn)化為無活性的酶)NAD+(三) 乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化（線粒體） 反應(yīng)過程 反應(yīng)特點(diǎn) 意 義 乙酰CoA與草酰乙酸 縮合形成檸檬酸TCA循環(huán)檸檬酸合成酶草酰乙酸CH3COSCoA乙酰輔酶A檸檬酸(citrate)HSCoA乙酰CoA+草酰乙酸 檸檬酸 + CoA-SH關(guān)鍵酶H2O1st Rate-limited E 檸檬酸異構(gòu)化生成異檸檬酸TCA循環(huán)異檸檬酸H2O檸檬酸順烏頭酸檸檬酸 異檸檬酸順烏頭酸酶123 異檸檬酸氧化脫羧 生成-酮戊二酸CO2NAD+異檸檬酸-酮戊二酸草酰琥珀酸NADH+H+異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸+NA

22、D+ -酮戊二酸 +CO2+NADH+H+關(guān)鍵酶TCA循環(huán)2nd rate-limited E -酮戊二酸氧化脫羧 生成琥珀酰輔酶ATCA循環(huán)CO2 -酮戊二酸脫氫酶系HSCoANAD+NADH+H+琥珀酰CoA-酮戊二酸-酮戊二酸 + CoA-SH+ NAD+ 琥珀酰CoA + CO2 + NADH+H+ 關(guān)鍵酶3rd rate-limited E 琥珀酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁徵牾oA合成酶琥珀酰CoAATPADP琥珀酸GDP+PiGTPHSCoA琥珀酰CoA + GDP + Pi 琥珀酸+ GTP + CoA-SHTCA循環(huán) 琥珀酸氧化脫氫生成延胡索酸TCA循環(huán)延胡索酸(fumarate)

23、琥珀酸脫氫酶FADFADH2琥珀酸 + FAD 延胡索酸 +FADH2琥珀酸(succinate) 延胡索酸水化生成蘋果酸TCA循環(huán)延胡索酸(fumarate)蘋果酸(malate)延胡索酸酶H2O延胡索酸 + H2O 蘋果酸 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸TCA循環(huán) 蘋果酸脫氫酶 草酰乙酸(oxaloacetate)NAD+NADH+H+蘋果酸 + NAD+ 草酰乙酸 + NADH+H+ 蘋果酸(malate)P草酰乙酸CH2COSoA (乙酰輔酶A)蘋果酸琥珀酸琥珀酰CoA-酮戊二酸異檸檬酸檸檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸2H2HNAD+NAD+FADNAD+三羧酸循環(huán)總圖 循環(huán)反應(yīng)在線粒

24、體(mitochondria)中進(jìn)行，為不可逆反應(yīng)。 三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵酶是檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶系。 循環(huán)的中間產(chǎn)物既不能通過此循環(huán)反應(yīng)生成，也不被此循環(huán)反應(yīng)所消耗。 三羧酸循環(huán)特點(diǎn) 三羧酸循環(huán)中有兩次脫羧反應(yīng)，生成兩分子CO2。 循環(huán)中有四次脫氫反應(yīng)，生成三分子NADH和一分子FADH2。 循環(huán)中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP。 每完成一次循環(huán)，氧化分解掉一分子乙?；?，可生成12分子ATP。三羧酸循環(huán)小結(jié) TCA運(yùn)轉(zhuǎn)一周的凈結(jié)果是氧化1分子乙酰CoA，草酰乙酸僅起載體作用，反應(yīng)前后無改變。乙酰輔酶A+3NAD+ +FAD+Pi+2 H2O+GDP2 CO2+3(

25、NADH+H+ )+FADH2+ HSCoA+GTPTCA中的一些反應(yīng)在生理?xiàng)l件下是不可逆的，所以整個三羧酸循環(huán)是一個不可逆的系統(tǒng)TCA的中間產(chǎn)物可轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，故需不 斷補(bǔ)充乙醛酸循環(huán)三羧酸循環(huán)支路CoASH乙醛酸循環(huán)檸檬酸琥珀酸蘋果酸草酰乙酸三羧酸循環(huán)乙酰CoA乙醛酸乙酰CoACoASH乙醛酸循環(huán)在異檸檬酸與蘋果酸間搭了一條捷徑。（省了6步）異檸檬酸異檸檬酸裂解酶蘋果酸合成酶異檸檬酸裂解酶異檸檬酸 琥珀酸 乙醛酸乙醛酸 乙酰CoA 蘋果酸 蘋果酸合成酶只有一些植物和微生物兼具這兩種代謝途徑。表面上看來，三羧酸循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的草酰乙酸在三羧酸循環(huán)中是不會消耗的，它可被反復(fù)利用。但是，例如

26、： 草酰乙酸 天冬氨酸 -酮戊二酸 谷氨酸 檸檬酸 脂肪酸 琥珀酰CoA 卟啉 機(jī)體內(nèi)各種物質(zhì)代謝之間是彼此聯(lián)系、相互配合的，TCA中的某些中間代謝物能夠轉(zhuǎn)變合成其他物質(zhì)，借以溝通糖和其他物質(zhì)代謝之間的聯(lián)系。 三. 三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng) 三羧酸循環(huán)中的任何一種中間產(chǎn)物被抽走,都會影響三羧酸循環(huán)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),如果缺少草酰乙酸,乙酰CoA就不能形成檸檬酸而進(jìn)入三羧酸循環(huán),所以草酰乙酸必須不斷地得以補(bǔ)充.這種補(bǔ)充反應(yīng)就稱為回補(bǔ)反應(yīng).回補(bǔ)反應(yīng) 機(jī)體糖供不足時，可能引起TCA運(yùn)轉(zhuǎn)障礙，這時蘋果酸、草酰乙酸可脫羧生成丙酮酸，再進(jìn)一步生成乙酰CoA進(jìn)入TCA氧化分解。 草酰乙酸 草酰乙酸脫羧酶 丙酮酸 CO2

27、 蘋果酸 蘋果酸酶 丙酮酸 CO2 NAD+ NADH + H+ * 所以，草酰乙酸必須不斷被更新補(bǔ)充。 草酰乙酸 檸檬酸 檸檬酸裂解酶 乙酰CoA 丙酮酸 丙酮酸羧化酶 CO2 蘋果酸 蘋果酸脫氫酶 NADH+H+ NAD+ 天冬氨酸 谷草轉(zhuǎn)氨酶 -酮戊二酸 谷氨酸 其來源如下： PEPPEP羧化酶GDPGTP高水平的乙酰CoA激活在線粒體內(nèi)進(jìn)行草酰乙酸或循環(huán)中任何一種中間產(chǎn)物不足TCA循環(huán)速度降低乙酰-CoA濃度增加丙酮酸羧化酶產(chǎn)生更多的草酰乙酸四. TCA中ATP的形成及其生物學(xué)意義1分子乙酰輔酶A經(jīng)三羧酸循環(huán)可生成1分子 GTP(可轉(zhuǎn)變成ATP)，共有4次脫氫，生成3分子 NADH和1

28、分子 FADH2。當(dāng)經(jīng)呼吸鏈氧化生成H2O時，前者每對電子可生成 3分子ATP，3對電子共生成9分子ATP；后者則生 成2分子ATP。因此，每分子乙酰輔酶A經(jīng)三羧酸循環(huán)可產(chǎn)生12分 子ATP。若從丙酮酸開始計算，則1分子丙酮酸可 產(chǎn)生15分子ATP。1分子葡萄糖可以產(chǎn)生2分子丙酮酸，因此，原核細(xì) 胞每分子葡萄糖經(jīng)糖酵解、三羧酸循環(huán)及氧化磷 酸化三個階段共產(chǎn)生821538個ATP分子。反 應(yīng)ATP第一階段兩次耗能反應(yīng)-2兩次生成ATP的反應(yīng)22一次脫氫(NADH+H+)23 第二階段一次脫氫(NADH+H+)23第三階段三次脫氫(NADH+H+)233一次脫氫(FADH2)22一次生成ATP的反

29、應(yīng)21凈生成38糖有氧氧化過程中ATP的生成 糖的有氧分解代謝產(chǎn)生的能量最多，是機(jī)體利用糖或其他物質(zhì)氧化而獲得能量的最有效方式。 三羧酸循環(huán)之所以重要在于它不僅為生命活動提供能量，而且還是聯(lián)系糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)代謝的紐帶。 三羧酸循環(huán)所產(chǎn)生的多種中間產(chǎn)物是生物體內(nèi)許多重要物質(zhì)生物合成的原料。在細(xì)胞迅速生長時期，三羧酸循環(huán)可提供多種化合物的碳架，以供細(xì)胞生物合成使用。發(fā)酵工業(yè)上利用微生物三羧酸循環(huán)生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物.TCA生物學(xué)意義五、有氧氧化的調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶 酵解途徑：己糖激酶 丙酮酸的氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 三羧酸循環(huán)：檸檬酸合酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體

30、丙酮酸脫氫酶系Pyruvate dehydrogenase complex乙酰CoA、ATPNADH+H+-+AMP、ADPNAD+ * 乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+時，其活性也受到抑制。1、 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 乙酰CoA 檸檬酸 草酰乙酸 琥珀酰CoA -酮戊二酸 異檸檬酸 蘋果酸 NADH FADH2 GTP ATP 異檸檬酸 脫氫酶檸檬酸合酶 -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 ATP +ADP ADP +ATP 檸檬酸 琥珀酰CoA NADH 琥珀酰CoA NADH ATP、ADP的影響 產(chǎn)物堆積引起抑制 循環(huán)中后續(xù)反應(yīng)中間產(chǎn)物反饋抑制前面反應(yīng)中的酶2、檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)檸檬酸合酶

31、citrate synthaseATP檸檬酸、琥珀酰CoANADH+H+-+ADP異檸檬酸脫氫酶isocitrate dehydrogenaseATP-+AMP，ADP-酮戊二酸脫氫酶系-ketoglutarate dehydrogenase complex琥珀酰CoANADH+H+-3、有氧氧化的調(diào)節(jié)特點(diǎn) 有氧氧化的調(diào)節(jié)通過對其關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。 ATP/ADP或ATP/AMP比值全程調(diào)節(jié)。該比值升高，所有關(guān)鍵酶均被抑制。 氧化磷酸化速率影響三羧酸循環(huán)。前者速率降低，則后者速率也減慢。 三羧酸循環(huán)與酵解途徑互相協(xié)調(diào)。三羧酸循環(huán)需要多少乙酰CoA，則酵解途徑相應(yīng)產(chǎn)生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。

32、六、發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的生化機(jī)理三羧酸循環(huán)的概念二.三羧酸循環(huán)的過程三.三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)四.三羧酸循環(huán)的生物學(xué)意義五.三羧酸循環(huán)的調(diào)控六. 發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的生化機(jī)理小結(jié) 概 念 過 程 小 結(jié) 生理意義 調(diào) 節(jié) 第四節(jié) 磷酸戊糖途徑一、磷酸戊糖途徑的概念1.概念：以6-磷酸葡萄糖開始，在6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，進(jìn)而代謝生成以磷酸戊糖為中間代謝物的過程，稱為磷酸戊糖途徑，簡稱HMP途徑。又稱磷酸已糖旁路36-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+ 2 6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+ ) + 3CO2 2.反應(yīng)部位：胞漿第一階段： 氧化反應(yīng) 生成NADPH和

33、CO2第二階段： 非氧化反應(yīng)(分子內(nèi)重排-異構(gòu),轉(zhuǎn)酮,轉(zhuǎn)醛) 一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng) (生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖)二、磷酸戊糖途徑的過程(1)6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯NADP+NADPH+H+6-磷酸葡萄糖glucose 6-phosphate6-磷酸葡萄糖酸-內(nèi)酯6-phosphoglucono-lactone6-磷酸葡萄糖脫氫酶限速酶，對NADP+有高度特異性(2) 6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯 轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖酸-內(nèi)酯6-phosphoglucono-lactone6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconateH2O內(nèi)酯酶(3) 6-磷酸葡萄糖酸

34、轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸核酮糖CO2NADP+NADPH+H+6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate5-磷酸核酮糖ribulose 5-phosphate6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(4)三種五碳糖的互換5-磷酸核酮糖ribulose 5-phosphate5-磷酸核糖ribose 5-phosphate異構(gòu)酶5-磷酸木酮糖xylulose 5-phosphate差向酶 許多細(xì)胞中合成代謝消耗的NADPH遠(yuǎn)比核糖需要量大，因此，葡萄糖經(jīng)此途徑生成了多余的核糖。 第二階段反應(yīng)的意義就在于能通過一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將核糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而與糖酵解過程聯(lián)系起來，因此磷酸戊糖途徑亦稱為磷酸已糖旁路。(5)二分子五碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖7-磷酸景天庚酮糖3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)酮酶(6)七碳糖與三碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)7-磷酸景天庚酮糖sedoheptulose 7-phosphate3-磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate轉(zhuǎn)醛酶4-磷酸赤蘚糖erythrose 4-phosphate6-磷酸果