生物化學(xué)課件第11章糖代謝

生物化學(xué)教材及參考書教科書《PrinciplesofBiochemistry》,H.R.Horton等編著第四版教學(xué)參考書

《生物化學(xué)》,王鏡巖主編,第三版高等教育出版社《Biochemistry》,J.M.Berg等編著《Biochemistry》,C.K.Mathews等編著《PrinciplesofBiochemistry》,A.L.Lehninger等編著《生物化學(xué)》,張曼夫主編中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社《動(dòng)物生物化學(xué)》,周順伍等主編第三版中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社生物化學(xué)教材及參考書教科書1第十一章糖代謝第十一章糖代謝2KeyTerms

glycolysislacticacidfermentationalcoholicfermentationgluconeogenesisobligateanaerobefacultativeanaerobehexokinasekinasephosphofructokinase(PFK)thioesterintermediateKeyTerms

glycolysis3substrate-levelphosphorylationmutaseenolphosphatepyruvatekinasebifunctionalenzymefeedforwardstimulationcommittedsteppyruvatecarboxylasebiotinglucose6-phosphatasesubstratecycleCoricycleII.Transducingsubstrate-levelphosphorylatio4一糖的生理功能構(gòu)成組織和細(xì)胞的成分（核糖，粘多糖，細(xì)胞膜，神經(jīng)組織）氧化供能（1克葡萄糖完全氧化可放出4千卡能量）轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)一糖的生理功能構(gòu)成組織和細(xì)胞的成分（核糖，粘多糖，細(xì)胞膜，5二糖的來(lái)源與去路來(lái)源：消化道吸收；不同動(dòng)物有不同的形式非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變而來(lái)：肝臟中的糖異生去路：小腸吸收→肝：合成糖原

氧化供能

進(jìn)入血液→☆機(jī)體組織細(xì)胞

轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)☆機(jī)體組織細(xì)胞：合成肌糖原氧化供能轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)二糖的來(lái)源與去路來(lái)源：6三糖原的合成與分解

☆糖原的合成☆糖原的分解☆糖原的合成7生物化學(xué)課件第11章糖代謝8生物化學(xué)課件第11章糖代謝9GlycogenStructure.

Inthisstructureoftwoouterbranchesofaglycogenmolecule,theresiduesatthe

nonreducingendsareshowninredandresiduethatstartsabranchisshowningreen.Therestoftheglycogenmolecule

isrepresentedbyR.

GlycogenStructure.

Inthiss10ElectronMicrographofaLiverCell.

Thedenseparticlesinthecytoplasmareglycogengranules.[CourtesyofDr.GeorgePalade.]

ElectronMicrographofaLiver11生物化學(xué)課件第11章糖代謝12FatesofGlucose6-Phosphate.Glucose6-phosphatederivedfromglycogencan(1)beusedasafuelforanaerobicoraerobicmetabolismasin,forinstance,muscle;(2)beconvertedintofreeglucoseintheliverandsubsequentlyreleasedintotheblood;(3)beprocessedbythepentosephosphatepathwaytogenerateNADPHorriboseinavarietyoftissues.

FatesofGlucose6-Phosphate.13AnOverviewofGlycogenMetabolism

Glycogendegradationandsynthesisarerelativelysimplebiochemicalprocesses.Glycogendegradationconsistsofthreesteps:(1)thereleaseofglucose1-phosphatefromglycogen,(2)theremodelingoftheglycogensubstratetopermitfurtherdegradation,and(3)theconversionofglucose1-phosphateintoglucose6-phosphateforfurthermetabolism.Theglucose6-phosphatederivedfromthebreakdownofglycogenhasthreefates(Figure21.3):(1)Itistheinitialsubstrateforglycolysis,(2)itcanbeprocessedbythepentosephosphatepathwaytoyieldNADPHandribosederivatives;and(3)itcanbeconvertedintofreeglucoseforreleaseintothebloodstream.Thisconversiontakesplacemainlyintheliverandtoalesserextentintheintestinesandkidneys.AnOverviewofGlycogenMetabo14Glycogensynthesisrequiresanactivatedformofglucose,uridinediphosphateglucose(UDP-glucose),whichisformedbythereactionofUTPandglucose1-phosphate.UDP-glucoseisaddedtothenonreducingendofglycogenmolecules.Asisthecaseforglycogendegradation,theglycogenmoleculemustberemodeledforcontinuedsynthesis.Theregulationoftheseprocessesisquitecomplex.Severalenzymestakingpartinglycogenmetabolismallostericallyrespondtometabolitesthatsignaltheenergyneedsofthecell.Theseallostericresponsesallowtheadjustmentofenzymeactivitytomeettheneedsofthecellinwhichtheenzymesareexpressed.Glycogenmetabolismisalsoregulatedbyhormonallystimulatedcascadesthatleadtothereversiblephosphorylationofenzymes,whichalterstheirkineticproperties.Regulationbyhormonesallowsglygogenmetabolismtoadjusttotheneedsoftheentireorganism.Byboththesemechanisms,glycogendegradationisintegratedwithglycogensynthesis.Wewillfirstexaminethemetabolism,followedbyenzymeregulationandthentheelaborateintegrationofcontrolmechanisms.Glycogensynthesisrequiresan15（一）糖原合成及參與的酶己糖激酶（Hexokinase）磷酸葡萄糖變位酶UDP-葡萄糖焦磷酸化酶糖原合成酶分支酶（一）糖原合成及參與的酶己糖激酶（Hexokinase）16糖原合成糖原合成17

UDP-葡萄糖焦磷酸化酶6-磷酸葡萄糖+UTP→UDP-葡萄糖+PPiUDP-葡萄糖焦磷酸化酶:二磷酸尿苷葡萄糖焦磷酸化酶UDP-葡18葡萄糖殘基（n）葡萄糖殘基（n+1）糖原合成酶葡萄糖殘基（n）葡萄糖殘基（n+1）糖原合成酶19糖原合成酶糖原合成酶20分支酶分支酶21生物化學(xué)課件第11章糖代謝22

糖原合成葡萄糖首先在己糖激酶的作用下轉(zhuǎn)變成6-磷酸葡萄糖，再經(jīng)幾步反應(yīng)轉(zhuǎn)變成UDP-葡萄糖，在少量葡萄糖殘基（n＞4）存在下，由n個(gè)葡萄糖殘基轉(zhuǎn)變成n+1個(gè)葡萄糖殘基。當(dāng)α-1,4糖苷鍵延長(zhǎng)6個(gè)殘基以上時(shí)，分支酶催化一部分殘基脫落，以α-1,6糖苷鍵與原分子中的另一個(gè)殘基相連，形成分支。然后再延長(zhǎng)，再分支，形成具有很多分支的糖原。糖原合成23

（二）糖原分解及參與的酶磷酸化酶（Phosphorylase）關(guān)鍵酶變位酶6-磷酸葡萄糖酶（只在肝，腎中存在）轉(zhuǎn)移酶脫支酶☆轉(zhuǎn)移酶和脫支酶是16萬(wàn)kd的酶的多肽鏈上的兩個(gè)活性位點(diǎn)（二）糖原分解及參與的酶磷酸化酶（Phosphorylas24

磷酸化酶磷酸化酶25糖原(n)+磷酸→1-磷酸葡萄糖+糖原(n-1)1-磷酸葡萄糖→6-磷酸葡萄糖

6-磷酸葡萄糖酶（肝，腎）

6-磷酸葡萄糖→

葡萄糖磷酸化酶糖原(n)+磷酸→1-磷酸葡萄糖+糖原(n-1)磷酸化酶26生物化學(xué)課件第11章糖代謝27生物化學(xué)課件第11章糖代謝28PhosphoglucomutaseConvertsGlucose1-phosphateintoGlucose6-phosphateLiverContainsGlucose6-phosphatase,aHydrolyticEnzymeAbsentfromMusclePhosphoglucomutaseConvertsGl29轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶30生物化學(xué)課件第11章糖代謝31脫支酶磷酸化酶轉(zhuǎn)移酶脫支酶磷酸化酶轉(zhuǎn)移酶32

糖原分解

糖原分解的關(guān)鍵酶是磷酸化酶。該酶與糖原分子非還原性末端結(jié)合，形成1-磷酸葡萄糖。然后轉(zhuǎn)變成6-磷酸葡萄糖。6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖酶的作用下生成葡萄糖。此酶只在肝，腎中存在。然后轉(zhuǎn)移酶的作用使分支減少，分支點(diǎn)α-1,6糖苷鍵脫支酶分解。轉(zhuǎn)移酶和脫支酶是一個(gè)酶的不同部分。

轉(zhuǎn)移酶把三個(gè)葡萄糖殘基作為一組從外面的分支轉(zhuǎn)移到另一個(gè)分支上。脫支酶又稱α-1,6葡萄糖苷酶，水解α-1,6糖苷鍵。糖原分解

糖原33GlycogenRemodeling.First,a-1,4-glycosidicbondsoneachbrancharecleavedbyphosphorylase,

leavingfourresiduesalongeachbranch.Thetransferaseshiftsablockofthreeglycosylresiduesfromoneouterbranch

totheother.Inthisreaction,thea-1,4-glycosidiclinkbetweentheblueandthegreenresiduesisbrokenandanewa-1,4

linkbetweentheblueandtheyellowresiduesisformed.Thegreenresidueisthenremovedbya-1,6-glucosidase,

leavingalinearchainwithalla-1,4linkages,suitableforfurthercleavagebyphosphorylase.GlycogenRemodeling.First,a-134生物化學(xué)課件第11章糖代謝35缺乏糖原合成和分解的哪一種酶時(shí)會(huì)出現(xiàn)如下情況？☆

糖原量大，結(jié)構(gòu)正常，肝增大，嚴(yán)重低血糖，酮病等☆糖原量大，外面的分支短，肝增大，低血糖，酮病等?！钐窃空?，分支特長(zhǎng)，肝逐漸硬化在2歲前肝功能喪失致死。缺乏糖原合成和分解的哪一種酶時(shí)會(huì)出現(xiàn)如下情況？☆糖原量36四由遺傳病決定的糖原儲(chǔ)藏病☆缺乏6-磷酸葡萄糖酶的病

糖原量大，結(jié)構(gòu)正常，肝增大，嚴(yán)重低血糖，酮病等☆缺乏脫支酶的病糖原量大，外面的分支短，肝增大，低血糖，酮病等?！钊狈Ψ种傅牟√窃空＃种亻L(zhǎng)，肝逐漸硬化，在2歲前肝功能喪失而致死。四由遺傳病決定的糖原儲(chǔ)藏病☆缺乏6-磷酸葡萄糖酶的病37生物化學(xué)課件第11章糖代謝38生物化學(xué)課件第11章糖代謝39生物化學(xué)課件第11章糖代謝40生物化學(xué)課件第11章糖代謝41生物化學(xué)課件第11章糖代謝42生物化學(xué)課件第11章糖代謝43SummaryGlycolysisIsanEnergy-ConversionPathwayinManyOrganismsGlycolysisisthesetofreactionsthatconvertsglucoseintopyruvate.The10reactionsofglycolysistakeplaceinthecytosol.Inthefirststage,glucoseisconvertedintofructose1,6-bisphosphatebyaphosphorylation,anisomerization,andasecondphosphorylationreaction.TwomoleculesofATPareconsumedpermoleculeofglucoseinthesereactions,whicharethepreludetothenetsynthesisofATP.Inthesecondstage,fructose1,6-bisphosphateiscleavedbyaldolaseintodihydroxyacetonephosphateandglyceraldehyde3-phosphate,whicharereadilyinterconvertible.Inthethirdstage,ATPisgenerated.Glyceraldehyde3-phosphateisoxidizedandphosphorylatedtoform1,3-bisphosphoglycerate,anacylphosphatewithahighphosphoryl-transferpotential.ThismoleculetransfersaphosphorylgrouptoADPtoformATPand3-phosphoglycerate.Aphosphorylshiftandadehydrationformphosphoenolpyruvate,asecondintermediatewithahighphosphoryltransferpotential.AnothermoleculeofATPisgeneratedasphosphoenolpyruvateisconvertedintopyruvate.ThereisanetgainoftwomoleculesofATPintheformationoftwomoleculesofpyruvatefromonemoleculeofglucose.Theelectronacceptorintheoxidationofglyceraldehyde3-phosphateisNAD+,whichmustberegeneratedforglycolysistocontinue.Inaerobicorganisms,theNADHformedinglycolysistransfersitselectronstoO2throughtheelectrontransportchain,whichtherebyregeneratesNAD+.Underanaerobicconditionsandinsomemicroorganisms,NAD+isregeneratedbythereductionofpyruvatetolactate.Inothermicroorganisms,NAD+isregeneratedbythereductionofpyruvatetoethanol.Thesetwoprocessesareexamplesoffermentations.Summary44TheGlycolyticPathwayIsTightlyControlledTheglycolyticpathwayhasadualrole:itdegradesglucosetogenerateATP,anditprovidesbuildingblocksforthesynthesisofcellularcomponents.Therateofconversionofglucoseintopyruvateisregulatedtomeetthesetwomajorcellularneeds.Underphysiologicconditions,thereactionsofglycolysisarereadilyreversibleexceptfortheonescatalyzedbyhexokinase,phosphofructokinase,andpyruvatekinase.Phosphofructokinase,themostimportantcontrolelementinglycolysis,isinhibitedbyhighlevelsofATPandcitrate,anditisactivatedbyAMPandfructose2,6-bisphosphate.Intheliver,thisbisphosphatesignalsthatglucoseisabundant.Hence,phosphofructokinaseisactivewheneitherenergyorbuildingblocksareneeded.Hexokinaseisinhibitedbyglucose6-phosphate,whichaccumulateswhenphosphofructokinaseisinactive.ATPandalanineallostericallyinhibitpyruvatekinase,theothercontrolsite,andfructose1,6-bisphosphateactivatestheenzyme.Consequently,pyruvatekinaseismaximallyactivewhentheenergychargeislowandglycolyticintermediatesaccumulate.TheGlycolyticPathwayIsTigh45GlucoseCanBeSynthesizedfromNoncarbohydratePrecursors

Gluconeogenesisisthesynthesisofglucosefromnoncarbohydratesources,suchaslactate,aminoacids,andglycerol.Severalofthereactionsthatconvertpyruvateintoglucosearecommontoglycolysis.Gluconeogenesis,however,requiresfournewreactionstobypasstheessentialirreversibilityofthreereactionsinglycolysis.Intwoofthenewreactions,pyruvateiscarboxylatedinmitochondriatooxaloacetate,whichinturnisdecarboxylatedandphosphorylatedinthecytosoltophosphoenolpyruvate.Twohigh-energyphosphatebondsareconsumedinthesereactions,whicharecatalyzedbypyruvatecarboxylaseandphosphoenolpyruvatecarboxykinase.Pyruvatecarboxylasecontainsabiotinprostheticgroup.Theotherdistinctivereactionsofgluconeogenesisarethehydrolysesoffructose1,6-bisphosphateandglucose6-phosphate,whicharecatalyzedbyspecificphosphatases.Themajorrawmaterialsforgluconeogenesisbytheliverarelactateandalanineproducedfrompyruvatebyactiveskeletalmuscle.Theformationoflactateduringintensemuscularactivitybuystimeandshiftspartofthemetabolicburdenfrommuscletotheliver.GlucoseCanBeSynthesizedfro46GluconeogenesisandGlycolysisAreReciprocallyRegulated

Gluconeogenesisandglycolysisarereciprocallyregulatedsothatonepathwayisrelativelyinactivewhiletheotherishighlyactive.Phosphofructokinaseandfructose1,6-bisphosphatasearekeycontrolpoints.Fructose2,6-bisphosphate,anintracellularsignalmoleculepresentathigherlevelswhenglucoseisabundant,activatesglycolysisandinhibitsgluconeogenesisbyregulatingtheseenzymes.Pyruvatekinaseandpyruvatecarboxylaseareregulatedbyothereffectorssothatbotharenotmaximallyactiveatthesametime.Allostericregulationandreversiblephosphorylation,whicharerapid,arecomplementedbytranscriptionalcontrol,whichtakesplaceinhoursordays.GluconeogenesisandGlycolysis47

糖酵解是在無(wú)氧條件下，一個(gè)分子葡萄糖降解成二個(gè)分子乳酸，同時(shí)產(chǎn)生ATP的過程。糖酵解在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，分四大部分12步反應(yīng)。

五糖酵解（Glycolysis）五糖酵解48生物化學(xué)課件第11章糖代謝49糖酵解的概況葡萄糖可被需氧和厭氧的兩類有機(jī)體利用，起始階段的代謝途徑是相同的：無(wú)氧條件下發(fā)酵，使葡萄糖降解為小分子化合物供應(yīng)機(jī)體能量，小分子化合物成了代謝廢物，到生物由厭氧進(jìn)化到需氧有機(jī)體后才將小分子化合物徹底氧化成CO2和H2O，獲得更多的能量。需氧生物是厭氧生物之后出現(xiàn)的。無(wú)氧的葡萄糖降解過程稱為糖酵解，嚴(yán)格的說(shuō)是1摩爾葡萄糖產(chǎn)生2摩爾乳酸，無(wú)氧酵解共12部反應(yīng)，分四大階段。糖酵解的概況葡萄糖可被需氧和厭氧的兩類有機(jī)體利用，起始階段的50Ⅰ1，6二磷酸果糖生成：Ⅱ

磷酸丙糖生成過程：Ⅲ

丙酮酸生成過程：有一步脫氫反應(yīng)是糖酵解途徑中唯一的，主要是釋放能量使ADP→ATP.有兩步底物磷酸化反應(yīng)。Ⅳ

乳酸的生成：這是NADH轉(zhuǎn)變?yōu)镹AD+(為3-磷酸甘油醛脫氫反應(yīng)提供)的過程無(wú)氧條件下NADH→NAD+是靠丙酮酸還原為乳酸來(lái)完成的Ⅰ1，6二磷酸果糖生成：51生物化學(xué)課件第11章糖代謝52生物化學(xué)課件第11章糖代謝53生物化學(xué)課件第11章糖代謝54生物化學(xué)課件第11章糖代謝55生物化學(xué)課件第11章糖代謝56生物化學(xué)課件第11章糖代謝57生物化學(xué)課件第11章糖代謝58Figure18.37.Glycerol3-PhosphateShuttle.ElectronsfromNADHcanenterthemitochondrialelectrontransportchainbybeingusedtoreducedihydroxyacetonephosphatetoglycerol3-phosphate.Glycerol3-phosphateisreoxidizedbyelectrontransfertoanFADprostheticgroupinamembrane-boundglycerol3-phosphatedehydrogenase.SubsequentelectrontransfertoQtoformQH2allowstheseelectronstoentertheelectron-transportchain.Figure18.37.Glycerol3-Phosp59生物化學(xué)課件第11章糖代謝60生物化學(xué)課件第11章糖代謝61生物化學(xué)課件第11章糖代謝62生物化學(xué)課件第11章糖代謝63生物化學(xué)課件第11章糖代謝64生物化學(xué)課件第11章糖代謝65生物化學(xué)課件第11章糖代謝66生物化學(xué)課件第11章糖代謝67

乳酸發(fā)酵乳酸發(fā)酵68生物化學(xué)課件第11章糖代謝69

總反應(yīng)式：

Glc+2Pi+2ADP+2NAD+

2丙酮酸+2ATP+2(NADH+H+)+2H2O

葡萄糖磷酸化-2ATP-2底物磷酸化22ATP4糖酵解過程中ATP的形成凈生成2ATP

葡萄糖磷酸化-2ATP70

糖酵解的生理意義在無(wú)氧或缺氧條件下（劇烈運(yùn)動(dòng)，重役及病理性休克等）為機(jī)體提供生命活動(dòng)所需的能量，但是能量有限。成熟的紅細(xì)胞僅靠糖酵解來(lái)獲得能量糖酵解的生理意義在無(wú)氧或缺氧條件下（劇烈71葡萄糖→丙酮酸(與糖酵解過程基本相同，但是由于在有氧條件下進(jìn)行，NADH的去向不同，胞質(zhì)中進(jìn)行）丙酮酸→乙酰輔酶A（線粒體）三羧酸循環(huán)（線粒體）六葡萄糖有氧氧化葡萄糖→丙酮酸(與糖酵解過程基本相同，但是由于在有氧條件下進(jìn)72生物化學(xué)課件第11章糖代謝73（一）葡萄糖→丙酮酸（一）葡萄糖→丙酮酸74生物化學(xué)課件第11章糖代謝75葡萄糖→丙酮酸ATP的形成

總反應(yīng)式：

Glc+2Pi+2ADP+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2(NADH+H+)+2H2O

葡萄糖磷酸化-2ATP-2底物磷酸化22ATP42NADH23ATP6/42FADH222ATP-------------------------------------------

凈生成8/6ATP

葡萄糖→丙酮酸ATP的形成總反應(yīng)式：葡萄糖磷酸化76（二）丙酮酸→乙酰輔酶A

丙酮酸脫氫酶系（含三種酶,六種輔助因子）（二）丙酮酸→乙酰輔酶A

丙酮酸脫氫酶系77丙酮酸脫氫酶系

☆三種酶

丙酮酸脫羧酶硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶二氫硫辛酸脫氫酶☆六種輔助因子NAD+

，F(xiàn)AD+，輔酶A，硫辛酸，硫氨素焦磷酸（TPP），鎂離子

丙酮酸脫氫酶系

☆三種酶78

Beriberi-(腳氣?。?/p>

Avitamin-deficiencydiseasefirstdescribedin1630byJacobBonitus,aDutchphysicianworkinginJava:"Acertainverytroublesomeaffliction,whichattacksmen,iscalledbytheinhabitantsBeriberi(whichmeanssheep).Ibelievethose,whomthissamediseaseattacks,withtheirkneesshakingandthelegsraisedup,walklikesheep.Itisakindofparalysis,orratherTremor:foritpenetratesthemotionandsensationofthehandsandfeetindeedsometimesofthewholebody."

Beriberi-(腳氣病）

Avitamin-defi79TheDisruptionofPyruvateMetabolismIstheCauseofBeriberiandPoisoningbyMercuryandArsenic

Beriberi,aneurologicandcardiovasculardisorder,iscausedbyadietarydeficiencyofthiamine(alsocalledvitaminB)1).ThediseasehasbeenandcontinuestobeaserioushealthproblemintheFarEastbecauserice,themajorfood,hasaratherlowcontentofthiamine.Thisdeficiencyispartlyamelioratedifthewholericegrainissoakedinwaterbeforemillingsomeofthethiamineinthehuskthenleachesintothericekernel.Theproblemisexacerbatedifthericeispolished,becauseonlytheouterlayercontainssignificantamountsofthiamine.Beriberiisalsooccasionallyseeninalcoholicswhoareseverelymalnourishedandthusthiaminedeficient.Thediseaseischaracterizedbyneurologicandcardiacsymptoms.Damagetotheperipheralnervoussystemisexpressedaspaininthelimbs,weaknessofthemusculature,anddistortedskinsensation.Theheartmaybeenlargedandthecardiacoutputinadequate.TheDisruptionofPyruvateMet80Whichbiochemicalprocessesmightbeaffectedbyadeficiencyofthiamine?Thiaminepyrophosphateistheprostheticgroupofthreeimportantenzymes:pyruvatedehydrogenase,a-ketoglutaratedehydrogenase,andtransketolase.Transketolasefunctionsinthepentosephosphatepathway,whichwillbediscussedinChapter20.ThecommonfeatureofenzymaticreactionsutilizingTPPisthetransferofanactivatedaldehydeunit.Inberiberi,thelevelsofpyruvateanda-ketoglutarateinthebloodarehigherthannormal.Theincreaseinthelevelofpyruvateinthebloodisespeciallypronouncedaftertheingestionofglucose.Arelatedfindingisthattheactivitiesofthepyruvateanda-ketoglutaratedehydrogenasecomplexesinvivoareabnormallylow.Thelowtransketolaseactivityofredcellsinberiberiisaneasilymeasuredandreliablediagnosticindicatorofthedisease.WhydoesTPPdeficiencyleadprimarilytoneurologicaldisorders?Thenervoussystemreliesessentiallyonglucoseasitsonlyfuel.Incontrast,mostothertissuescanusefatsasasourceoffuelforthecitricacidcycle.Theproductofaerobicglycolysis,pyruvate,canenterthecitricacidcycleonlythroughthepyruvatedehydrogenasecomplex.Whichbiochemicalprocessesmi81生物化學(xué)課件第11章糖代謝82生物化學(xué)課件第11章糖代謝83生物化學(xué)課件第11章糖代謝84生物化學(xué)課件第11章糖代謝85（三）三羧酸循環(huán)

1937年美國(guó)著名生物學(xué)家Hanskrebs提出，1953年獲諾貝爾獎(jiǎng)。

☆乙酰CoA氧化成二氧化碳和水，產(chǎn)生12分子ATP。（三）三羧酸循環(huán)86生物化學(xué)課件第11章糖代謝87生物化學(xué)課件第11章糖代謝88生物化學(xué)課件第11章糖代謝89生物化學(xué)課件第11章糖代謝90生物化學(xué)課件第11章糖代謝91生物化學(xué)課件第11章糖代謝92生物化學(xué)課件第11章糖代謝93生物化學(xué)課件第11章糖代謝94檸檬酸合成酶乙酰輔酶A草酰乙酸檸檬酸檸檬酸合成酶乙酰輔酶A草酰乙酸檸檬酸95檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸酶檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸酶96異檸檬酸脫氫酶脫氫脫羧異檸檬酸a-酮戊二酸異檸檬酸脫氫酶脫氫脫羧異檸檬酸a-酮戊二酸97a-酮戊二酸a-酮戊二酸脫氫酶系琥珀酰輔酶Aa-酮戊二酸a-酮戊二酸脫氫酶系琥珀酰輔酶A98琥珀酰輔酶A琥珀酸琥珀酰輔酶A合成酶底物磷酸化琥珀酰輔酶A琥珀酸琥珀酰輔酶A合成酶底物磷酸化99Figure17.13.ReactionMechanismofSuccinylCoASynthetase.TheformationofGTPattheexpenseofsuccinyl

CoAisanexampleofsubstrate-levelphosphorylation.Thereactionproceedsthroughaphosphorylatedenzyme

intermediate.

Figure17.13.ReactionMechani100琥珀酸琥珀酸脫氫酶延胡索酸琥珀酸琥珀酸脫氫酶延胡索酸101生物化學(xué)課件第11章糖代謝102生物化學(xué)課件第11章糖代謝103生物化學(xué)課件第11章糖代謝104蘋果酸延胡索酸酶延胡索酸蘋果酸延胡索酸酶延胡索酸105蘋果酸脫氫酶蘋果酸草酰乙酸蘋果酸脫氫酶蘋果酸草酰乙酸106生物化學(xué)課件第11章糖代謝107

三羧酸循環(huán)總反應(yīng)式乙酰CoA+3NAD++FAD++2H2O+ADP+Pi→2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+ATP+CoA-SH

三羧酸循環(huán)總反應(yīng)式108

★三羧酸循環(huán)總結(jié)少數(shù)反應(yīng)不可逆，按上述單方向進(jìn)行。整個(gè)反應(yīng)生成2分子CO2，4對(duì)氫原子經(jīng)呼吸鏈產(chǎn)生4分子水，但循環(huán)中消耗2分子水（檸檬酸合成，蘋果酸合成各消耗1分子水）凈剩2分子水。檸檬酸循環(huán)凈反應(yīng)為乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→2CO2+3NADH+FADH+GTP+2H+CoA-SH

★三羧酸循環(huán)總結(jié)少數(shù)反應(yīng)不可逆，按上109一個(gè)分子乙酰CoA在三羧酸循環(huán)中生成12分子ATP該循環(huán)不僅是糖徹底氧化分解的途徑，也是脂肪，氨基酸及其他物質(zhì)徹底氧化的必經(jīng)途徑。此循環(huán)產(chǎn)生ATP很多，在提供機(jī)體能量方面起著重要的作用。循環(huán)中各成員從理論上是不消耗的，但是它們參與其他反應(yīng)，也是不斷消耗和產(chǎn)生的。一個(gè)分子乙酰CoA在三羧酸循環(huán)中生成12分子ATP110葡萄糖有氧氧化ATP的生成

葡萄糖有氧氧化ATP的生成

111生物化學(xué)課件第11章糖代謝112

☆糖有氧氧化的生理意義

一分子葡萄糖徹底氧化為CO2和水時(shí)總共生成36或38個(gè)ATP分子，糖有氧分解產(chǎn)生的ATP為無(wú)氧酵解的19倍，因此一般情況下動(dòng)物體內(nèi)各組織細(xì)胞（除紅細(xì)胞等少數(shù)外）都主要由糖的有氧分解獲得能量。有氧分解的能量利用率高：

真核生物：38.3%

原核生物：40.4%☆糖有氧氧化的生理意義

一分子葡萄糖徹底氧113

七三羧酸循環(huán)的填補(bǔ)反應(yīng)☆天冬氨酸脫氨基→草酰乙酸動(dòng)物中最重要！七三羧酸循環(huán)的填補(bǔ)反應(yīng)☆天冬氨酸脫氨基→草酰乙酸動(dòng)114

115生物化學(xué)課件第11章糖代謝116克隆狼2007年3月26日克隆狼117

八磷酸戊糖途徑該途徑由實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，用碘乙酸和氟化物抑制3-磷酸甘油醛生成1,3-二磷酸甘油酸的反應(yīng)，但葡萄糖仍能分解成CO2和水。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)葡萄糖的第一個(gè)碳原子較第六位碳原子更易氧化生成CO2。說(shuō)明還有其他途徑的存在，這條途徑就是磷酸戊糖途徑。生成類固醇和脂肪的骨髓，乳腺，肝臟和脂肪組織中活躍。八磷酸戊糖途徑該途徑由實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，用碘118

☆第一階段：不可逆的氧化階段生成

5-磷酸核酮糖，NADPH和CO2☆第二階段：可逆的非氧化階段磷酸己糖的再生3個(gè)五碳糖→2個(gè)6碳糖和+1個(gè)3碳糖磷酸戊糖途徑

119磷酸戊糖途徑參與的酶己糖激酶6-磷酸葡萄糖脫氫酶（對(duì)NADP+親和性很高）6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶磷酸戊糖異構(gòu)酶磷酸戊糖差向異構(gòu)酶轉(zhuǎn)酮醇酶轉(zhuǎn)醛醇酶轉(zhuǎn)酮醇酶磷酸戊糖途徑參與的酶己糖激酶120

121PPP途徑第一階段6-磷酸葡萄糖脫氫酶PPP途徑第一階段6-磷酸葡萄糖脫氫酶122五碳糖的互變異構(gòu)5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖五碳糖的互變異構(gòu)5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖123生物化學(xué)課件第11章糖代謝124生物化學(xué)課件第11章糖代謝125

磷酸戊糖途徑總反應(yīng)式：

6-P-G+7H2O+12NADP+6CO2+12(NADPH+H+)+pi磷酸戊糖途徑126磷酸戊糖途徑的生理意義

☆

5-磷酸核糖為合成DNA和RNA等生物合成提供原料?！盍姿嵛焯峭緩疆a(chǎn)生的NADPH用于還原性的生物合成（合成脂肪，維持還原型谷胱甘肽等）?！罴禾呛臀焯堑南嗷マD(zhuǎn)變，磷酸戊糖途徑與糖的有氧和無(wú)氧分解是相聯(lián)系的?！盍姿嵛焯峭緩脚c光合作用有密切關(guān)系

磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的3碳糖，5碳糖，7碳糖都是光合作用的中間產(chǎn)物。磷酸戊糖途徑的生理意義

☆5-磷酸核糖為合成DNA和RNA127生物化學(xué)課件第11章糖代謝128

129生物化學(xué)課件第11章糖代謝130生物化學(xué)課件第11章糖代謝1316-磷酸葡萄糖的去向取決于體NADPH，

5-磷酸核糖及ATP的需要量?！铙w內(nèi)需要5-磷酸核糖比NADPH多得多

生成的6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛→5-磷酸核糖☆體內(nèi)5-磷酸核糖和NADPH需要大致相等時(shí)反應(yīng)向右進(jìn)行☆體內(nèi)需要NADPH比5-磷酸核糖多得多5-磷酸核糖→6-磷酸葡萄糖☆體內(nèi)ATP需要比5-磷酸核糖多得多

5-磷酸核糖→丙酮酸進(jìn)一步進(jìn)入TCA

6-磷酸葡萄糖的去向取決于體NADPH，

5-磷酸核糖及AT132生物化學(xué)課件第11章糖代謝133

九葡萄糖異生作用

★在肝臟中由非糖物質(zhì)合成葡萄糖的過程

★主要的非糖前體：

乳酸、氨基酸類、甘油，丙酮酸

★主要的進(jìn)入點(diǎn)：丙酮酸、草酰乙酸、磷酸二羥丙酮九葡萄糖異生作用134葡萄糖異生參與得主要酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶1，6二磷酸果糖酶6-磷酸葡萄糖酶葡萄糖異生參與得主要酶丙酮酸羧化酶135☆糖異生☆糖異生136不可逆反應(yīng)不可逆反應(yīng)137二磷酸果糖酶二磷酸果糖酶138不可逆反應(yīng)不可逆反應(yīng)139生物化學(xué)課件第11章糖代謝140生物化學(xué)課件第11章糖代謝141丙酮酸→草酰乙酸反應(yīng)在線粒體中草酰乙酸→蘋果酸穿過線粒體膜細(xì)胞質(zhì)中蘋果酸→草酰乙酸草酰乙酸→→→→葡萄糖細(xì)胞質(zhì)中丙酮酸→草酰乙酸反應(yīng)在線粒體中142Figure18.38.Malate-AspartateShuttle.Figure18.38.Malate-Aspartate143生物化學(xué)課件第11章糖代謝144生物化學(xué)課件第11章糖代謝145生物化學(xué)課件第11章糖代謝146☆☆丙酮酸生成葡萄糖

消耗6個(gè)高能磷酸鍵丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸在丙酮酸羧化酶的作用下生成草酰乙酸（線粒體內(nèi)），草酰乙酸再轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸。此過程消耗2分子的ATP。磷酸烯醇式丙酮酸生成1,6-二磷酸果糖過程中3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成1,3-二磷酸甘油醛時(shí)消耗ATP。而糖酵解時(shí)1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸時(shí)底物磷酸化生成ATP。

1,6-二磷酸果糖生成6-磷酸果糖此反應(yīng)由1，6-二磷酸果糖酶催化，而糖酵解時(shí)是6-磷酸果糖激酶催化消耗ATP。6-磷酸果糖生成葡萄糖反應(yīng)由6-磷酸葡萄糖酶催化。而糖酵解時(shí)是己糖激酶催化消耗ATP?！睢畋嵘善咸烟?/p>

消耗6個(gè)高能磷酸鍵丙酮酸147☆☆☆糖異生的生理意義

a.非糖物質(zhì)為機(jī)體提供糖牛羊等動(dòng)物體內(nèi)糖主要靠糖異生作用馬驢兔等體內(nèi)糖相當(dāng)大的程度上靠糖異生作用所有家畜饑餓或糖攝入不足時(shí)，靠糖異生作用獲得萄糖，首先用于維持血糖濃度恒定。b.清除家畜重役后產(chǎn)生的大量乳酸——防止酸中毒.c.同時(shí)還可使不能直接補(bǔ)充血糖的肌糖原能夠轉(zhuǎn)變成血糖?！畹湫统赡耆四X日需120g，整個(gè)軀體需160g葡萄糖?！睢睢钐钱惿纳硪饬x

148糖異生的不能直接補(bǔ)充血糖的肌糖原能夠轉(zhuǎn)變成血糖。糖異生的不能直接補(bǔ)充血糖的肌糖原能夠轉(zhuǎn)變成血糖。149生物化學(xué)課件第11章糖代謝150糖異生糖酵解代謝產(chǎn)物負(fù)反饋抑制代謝底物正反饋糖異生糖酵解代謝產(chǎn)物代謝底物151生物化學(xué)課件第11章糖代謝152蜂鳥

蜂鳥飛行的速度是90公里/小時(shí)，如果是俯沖的話，時(shí)速可以達(dá)到100公里。大部分專家認(rèn)為蜂鳥的平均壽命為3～4年。在人工飼養(yǎng)下，蜂鳥壽命可達(dá)10年，野外記錄的藍(lán)胸蜂

雄鳥不參與筑巢，由雌鳥單獨(dú)作巢，蜂鳥的巢是杯狀的織物，通常懸掛在樹枝上、洞穴里、巖石表面或大型的樹葉上。蜂鳥一次產(chǎn)兩個(gè)非常小的白色的卵，但是與鳥的身材比起來(lái)還是比較大的。卵的孵化期通常為15-19天。鳥的壽命僅有7年。

蜂鳥在阿茲特克的神話中被當(dāng)作修茲羅皮契里(也稱為呼茲洛波奇特里)——太陽(yáng)神,也是戰(zhàn)爭(zhēng)之神。

舊金山土著民族Ohlone講述了關(guān)于蜂鳥如何把火種帶到人間的故事。蜂鳥(hummingbird)是雨燕目蜂鳥科動(dòng)物的統(tǒng)稱，是世界上已知最小的鳥類。蜂鳥身體很小，能夠通過快速拍打翅膀（每秒15次到80次，取決于蜂鳥的大?。┒鴳彝Ｔ诳罩?。蜂鳥因拍打翅膀的嗡嗡聲(humming)而得名。蜂鳥是唯一可以向后飛行的鳥。蜂鳥也可以在空中懸停以及向左和向右飛行。

蜂鳥

蜂鳥飛行的速度是90公里/小時(shí)，如果是俯沖的話，時(shí)速可153

在所有動(dòng)物當(dāng)中，蜂鳥的體態(tài)最妍美，色彩最艷麗。精雕和玉琢的精品也無(wú)法同這大自然的瑰寶媲美,蜂鳥是世界上最小的鳥，“以其微未博得盛譽(yù)”。小蜂鳥是大自然的杰作：輕盈、迅疾、敏捷，優(yōu)雅、華麗的羽毛－－這小小的寵兒應(yīng)有盡有。它身上閃爍著綠寶石、紅寶石、黃寶石般的光芒，它從來(lái)不讓地上的塵土玷污它的衣裳，而且它終日在空中飛翔，只不過偶爾擦過草地；它在花朵之間穿梭，以花蜜為食.盡管蜂鳥的大腦最多只有一粒米大小，但它們的記憶能力卻相當(dāng)驚人。來(lái)自英國(guó)和加拿大的科研人員最近發(fā)現(xiàn)，蜂鳥不但能記住自己剛剛吃過的食物種類，甚至還能記住自己大約在什么時(shí)候吃的東西，因此可以輕松地吃那些還沒有被自己“品嘗”的東西。

在所有動(dòng)物當(dāng)中，蜂鳥的體態(tài)最妍美，色彩最艷麗。精雕和玉琢的154

路透社報(bào)道，自然界中的蜂鳥都擁有自己的勢(shì)力范圍，它們不但能清楚記住自己曾采過哪些鮮花的蜜，甚至能判斷光顧這些花朵的“大概時(shí)間”，進(jìn)而根據(jù)不同植物的重新分泌花蜜的規(guī)律來(lái)尋找新的食物。這樣，當(dāng)蜂鳥再次出動(dòng)的時(shí)候，就能做到不去“騷擾”那些花蜜已經(jīng)被自己采空的植物了。研究人員指出，這些驚人的舉動(dòng)讓蜂鳥成為唯一一種能記住“吃東西地點(diǎn)和時(shí)間”的野生動(dòng)物。此前，科學(xué)家認(rèn)為，只有人類才會(huì)具有類似的判斷能力。

據(jù)悉，這種加拿大蜂鳥每年冬天都要從寒冷的落基山脈飛行數(shù)千公里抵達(dá)溫暖的墨西哥地區(qū)越冬，等到了來(lái)年春天，它們還要再次千里迢迢地返回落基山繁育后代?？茖W(xué)家因此推測(cè)，蜂鳥擁有驚人記憶力的原因是，由于自身個(gè)體太小，年復(fù)一年的長(zhǎng)途跋涉又需要很長(zhǎng)時(shí)間，它們不能將寶貴的時(shí)間花費(fèi)在尋找食物的工作上。研究人員宣稱，小小的蜂鳥最多能分清楚八種不同類別鮮花的花蜜分泌規(guī)律。上述成果發(fā)表在一本名為“CurrentBiology”的生物學(xué)期刊上。

路透社報(bào)道，自然界中的蜂鳥都擁有自己的155

十

血糖★血糖來(lái)源與去路血糖的三個(gè)來(lái)源是消化道吸收，肝糖原分解及糖異生。血糖的二個(gè)去路是組織細(xì)胞利用和肝糖原合成?！镅菨舛仁呛愣ǖ倪M(jìn)食時(shí)血糖濃度上升，糖原合成加快，糖貯存饑餓時(shí)血糖濃度下降，糖原分解加快，補(bǔ)充血糖體內(nèi)缺糖時(shí)肝中糖異生加快，補(bǔ)充血糖。★人的血糖濃度是80-120mg/100ml(4.4-6.7mM)十血糖★血糖來(lái)源與去路156

★激素的調(diào)控

胰島素：主要是促血糖進(jìn)入組織細(xì)胞；此外促糖的氧化分解；促糖原合成；抑制糖原分解；抑制糖異生，從而使血糖下降。腎上腺素、胰高血糖素、腎上腺皮質(zhì)激素、生長(zhǎng)激素等起抗胰島素的作用，促血糖升高。交感神經(jīng)興奮可促進(jìn)血糖升高。★激素的調(diào)控

胰島素：主要是促血糖進(jìn)入157

十一糖代謝總結(jié)消化吸收和糖異生是動(dòng)物體內(nèi)糖的來(lái)源；合成糖原是糖在體內(nèi)的貯存方式；氧化分解是糖供給機(jī)體能量的代謝途徑；血糖是糖在體內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)形式；此外糖可在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)。十一糖代謝總結(jié)消化吸收和糖異生是動(dòng)物體內(nèi)158十二糖代謝的三個(gè)交匯點(diǎn)☆6-磷酸葡萄糖☆3-磷酸甘油醛☆丙酮酸十二糖代謝的三個(gè)交匯點(diǎn)☆6-磷酸葡萄糖159十三

丙酮酸可以轉(zhuǎn)變成乳酸，乙酰CoA和乙醇十三丙酮酸可以轉(zhuǎn)變成乳酸，乙酰CoA和乙醇160

乳酸發(fā)酵乳酸發(fā)酵161丙酮酸轉(zhuǎn)變成乙酰CoA丙酮酸轉(zhuǎn)變成乙酰CoA162

乙醇發(fā)酵乙醇發(fā)酵163十四二磷酸果糖激酶是糖酵解的調(diào)控元件ATP和檸檬酸抑制二磷酸果糖激酶AMP（ADP）激活二磷酸果糖激酶為什么己糖激酶不作為糖酵解的調(diào)控元件？？？？十四二磷酸果糖激酶是糖酵解的調(diào)控元件ATP和檸檬164直接和間接的代謝產(chǎn)物負(fù)反饋抑制直接和間接的代謝產(chǎn)物負(fù)反饋抑制直接和間接的代謝產(chǎn)物負(fù)反饋抑制直接和間接的代謝產(chǎn)物負(fù)反饋抑制直接和間接的代謝產(chǎn)物直接和間接的代謝產(chǎn)物直接和間接的代謝產(chǎn)物165生物化學(xué)課件第11章糖代謝166思考題

有氧和無(wú)氧的條件下3-磷酸甘油醛脫下的氫的去向是不同的，其意義是什么？思考題

有氧和無(wú)氧的條件下3-磷酸甘油醛脫下的氫167Problems

1.Kitchenchemistry.Sucroseiscommonlyusedtopreservefruits.Whyisglucosenotsuitableforpreservingfoods?2.TracingcarbonatomsI.Glucoselabeledwith14CatC-1isincubatedwiththeglycolyticenzymesandnecessarycofactors.(a)Whatisthedistributionof14Cinthepyruvatethatisformed?(Assumethattheinterconversionofglyceraldehyde3-phosphateanddihydroxyacetonephosphateisveryrapidcomparedwiththesubsequentstep.)(b)Ifthespecificactivityoftheglucosesubstrateis10mCimM-1,whatisthespecificactivityofthepyruvatethatisformed?Problems

1.Kitchenchemistry.168Distinctivesugars.Theintravenousinfusionoffructoseintohealthyvolunteersleadstoatwo-tofivefoldincreaseintheleveloflactateintheblood,afargreaterincreasethanthatobservedaftertheinfusionofthesameamountofglucose.(a)Whyisglycolysismorerapidaftertheinfusionoffructose?(b)Fructosehasbeenusedinplaceofglucoseforintravenousfeeding.Whyisthisuseoffructoseunwise?Distinctivesugars.Theintrav169生物化學(xué)課件第11章糖代謝170生物化學(xué)課件第11章糖代謝171生物化學(xué)課件第11章糖代謝172生物化學(xué)課件第11章糖代謝173生物化學(xué)課件第11章糖代謝174生物化學(xué)課件第11章糖代謝175生物化學(xué)課件第11章糖代謝176生物化學(xué)課件第11章糖代謝177生物化學(xué)課件第11章糖代謝178生物化學(xué)課件第11章糖代謝179生物化學(xué)課件第11章糖代謝180生物化學(xué)課件第11章糖代謝181生物化學(xué)課件第11章糖代謝182生物化學(xué)課件第11章糖代謝183生物化學(xué)課件第11章糖代謝184生物化學(xué)課件第11章糖代謝185生物化學(xué)課件第11章糖代謝186生物化學(xué)課件第11章糖代謝187生物化學(xué)課件第11章糖代謝188生物化學(xué)課件第11章糖代謝189生物化學(xué)課件第11章糖代謝190生物化學(xué)課件第11章糖代謝191生物化學(xué)課件第11章糖代謝192生物化學(xué)課件第11章糖代謝193生物化學(xué)課件第11章糖代謝194生物化學(xué)課件第11章糖代謝195生物化學(xué)課件第11章糖代謝196生物化學(xué)課件第11章糖代謝197

生物化學(xué)教材及參考書教科書《PrinciplesofBiochemistry》,H.R.Horton等編著第四版教學(xué)參考書

《生物化學(xué)》,王鏡巖主編,第三版高等教育出版社《Biochemistry》,J.M.Berg等編著《Biochemistry》,C.K.Mathews等編著《PrinciplesofBiochemistry》,A.L.Lehninger等編著《生物化學(xué)》,張曼夫主編中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社《動(dòng)物生物化學(xué)》,周順伍等主編第三版中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社生物化學(xué)教材及參考書教科書198第十一章糖代謝第十一章糖代謝199KeyTerms

glycolysislacticacidfermentationalcoholicfermentationgluconeogenesisobligateanaerobefacultativeanaerobehexokinasekinasephosphofructokinase(PFK)thioesterintermediateKeyTerms

glycolysis200substrate-levelphosphorylationmutaseenolphosphatepyruvatekinasebifunctionalenzymefeedforwardstimulationcommittedsteppyruvatecarboxylasebiotinglucose6-phosphatasesubstratecycleCoricycleII.Transducingsubstrate-levelphosphorylatio201一糖的生理功能構(gòu)成組織和細(xì)胞的成分（核糖，粘多糖，細(xì)胞膜，神經(jīng)組織）氧化供能（1克葡萄糖完全氧化可放出4千卡能量）轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)一糖的生理功能構(gòu)成組織和細(xì)胞的成分（核糖，粘多糖，細(xì)胞膜，202二