生化專題糖代謝

生化專題糖代謝第1頁(yè)/共53頁(yè)ATPADPATPADP葡萄糖激酶果糖磷酸激酶異構(gòu)酶1、己糖磷酸酯的生成——從葡萄糖開始經(jīng)過三步--消耗2個(gè)ATP，有2個(gè)不可逆反應(yīng)121211223533354444556666第2頁(yè)/共53頁(yè)果糖-1,6-二磷酸二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸醛縮酶④1123456第3頁(yè)/共53頁(yè)⑤二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸丙糖磷酸異構(gòu)酶3254162、三碳糖的生成——由果糖二磷酸到甘油醛-3-磷酸第4頁(yè)/共53頁(yè)NAD+

NADH+H+PiADP

ATPH2OMg或MnATPADP

丙酮酸PEP丙酮酸激酶脫氫酶激酶變位酶烯醇化酶3.丙酮酸和ATP的生成—生成2個(gè)NADH,4個(gè)ATP444444555555666666第5頁(yè)/共53頁(yè)二、糖酵解的調(diào)節(jié)GG-6-PF-1,6-BP磷酸二羥丙酮F-6-PHK3-PGPFK3-磷酸甘油醛1,3-BPG2-PGPEP丙酮酸PKF-1,6-BPAMPF-2,6-BPATP檸檬酸H+-++Ala乙酰CoA-第6頁(yè)/共53頁(yè)

糖酵解反應(yīng)速度的調(diào)控----3個(gè)關(guān)鍵酶（1）果糖磷酸激酶是最關(guān)鍵的限速酶（2）己糖激酶活性的調(diào)控（3）丙酮酸激酶活性的調(diào)節(jié)第7頁(yè)/共53頁(yè)F-6-PF-2.6-BPF-1.6-BPPFK1FBP-2FBP-2PFK-2PFK-2（非活化）（活化）（活化）（非活化）PP鱗蛋白磷酸酶PiPiPKAATPADPATPcAMP胰高血糖素AMP檸檬酸+—+AMP檸檬酸+—ATPADP—+F-2.6-BP的合成與分解第8頁(yè)/共53頁(yè)F-2,6-BP是PFK1的最強(qiáng)的變構(gòu)激活劑，在生理濃度范圍內(nèi)（μmol水平）內(nèi)即可發(fā)揮效應(yīng)。其作用是與AMP一起取消ATP、檸檬酸對(duì)PFK1的變構(gòu)抑制作用。F-2,6-BP由PFK2催化F-6-P的C2磷酸化生成，F(xiàn)BP2則可水解C2磷酸使其轉(zhuǎn)變成F-6-P。研究發(fā)現(xiàn)，PFK2實(shí)際上是一種雙功能酶，在酶蛋白中具有兩個(gè)分開的催化中心，故同時(shí)具有PFK2與FBP2兩種活性。PFK2/FBP2還可在激素作用下以共價(jià)修飾方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。胰高血糖素通過cAMP及依賴cAMP的蛋白激酶磷酸化其32位絲氨酸，磷酸化后其激酶活性減弱而磷酸酶活性升高。鱗蛋白磷酸酶將其去磷酸后，酶活性變化則相反。第9頁(yè)/共53頁(yè)果糖磷酸激酶是最關(guān)鍵的限速酶ADP、AMP、β-D-果糖-2,6-二磷酸是別構(gòu)激活劑；ATP、H+是別構(gòu)抑制劑ATP／AMP比值對(duì)該酶括性的調(diào)節(jié)對(duì)細(xì)胞有重要的生理意義H+可抑制果糖磷酸激酶活性，它可防止肌肉中形成過量乳酸而使血液酸中毒檸檬酸可增加ATP對(duì)酶的抑制作用β-D-果糖-2,6-二磷酸可消除ATP對(duì)酶的抑制效應(yīng)，使酶活化（控制酶構(gòu)象轉(zhuǎn)換）第10頁(yè)/共53頁(yè)己糖激酶活性的調(diào)控

G-6-P是該酶的別構(gòu)抑制劑（反饋抑制）丙酮酸激酶活性的調(diào)節(jié)

果糖-1,6-二磷酸是該酶的激活劑（前饋激活）丙氨酸是該酶的別構(gòu)抑制劑。酵解產(chǎn)物丙酮酸為丙氨酸的生成提供了碳骨架。丙氨酸抑制丙酮酸激酶的活性，可避免丙酮酸的過剩（反饋抑制）ATP、乙酰CoA等也可抑制該酶活性，減弱酵解作用（反饋抑制）第11頁(yè)/共53頁(yè)EMP的中毒反應(yīng)1、碘乙酸、碘乙酰胺、對(duì)氯汞苯甲酸能抑制3-磷酸甘油醛脫氫酶。2、氟化物能抑制烯醇化酶。3、砷酸鹽能破壞1,3-BPG的形成，起解偶聯(lián)的作用。

紅細(xì)胞的EMP存在2，3-BPG支路EMP1,3-BPG3-PG2-PG2,3-BPGBPG變位酶BPG磷酸酶第12頁(yè)/共53頁(yè)E1E2E3E1E2E3E1E2E3E1E2E3E1E2E3TPPFADSSSSCH3-C-SHSTPPTPPTPPTPPFADFADH2FADFADFADSSHSHSSCH3-C-HOHOCO2CH3-C-COOHOOHSCoACH3CO~SCoANAD+NADH+H+E1：丙酮酸脫氫酶E2：二氫硫鋅酰轉(zhuǎn)乙酰酶E3：二氫硫鋅酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶復(fù)合體作用機(jī)制第13頁(yè)/共53頁(yè)

OCH3-C-SCoA11111111112222222222第二節(jié)、TCA循環(huán)第14頁(yè)/共53頁(yè)第15頁(yè)/共53頁(yè)三羧酸循環(huán)的代謝調(diào)節(jié)abc

關(guān)鍵酶激活劑抑制劑a檸檬酸合成酶

NAD+

ATP

（限速酶）

草酰乙酸NADH

乙酰CoA琥珀酰CoA

b異檸檬酸

ADPATP

脫氫酶

NAD+NADHcα-酮戊二酸

ADPNADH

脫氫酶系

NAD+

琥珀酰CoA最關(guān)鍵物質(zhì)：

底物－乙酰CoA

、草酰乙酸

產(chǎn)物－NADH第16頁(yè)/共53頁(yè)第17頁(yè)/共53頁(yè)乙醛酸循環(huán)第18頁(yè)/共53頁(yè)第三節(jié)、戊糖磷酸途徑第19頁(yè)/共53頁(yè)第20頁(yè)/共53頁(yè)第21頁(yè)/共53頁(yè)P(yáng)PP（HMS）總結(jié)PPP能與EMP配合，滿足細(xì)胞對(duì)NADPH或R-5-P或ATP的各種需要（四種模式）模式A：當(dāng)快速分裂的細(xì)胞需要過多得R-5-P時(shí)（走EMP與PPP的基團(tuán)轉(zhuǎn)移）G-6-PF-6-PF-1,6-BP3C3CR-5-P即4G-6-P→4F-6-P1G-6-P→F-6-P→F-1,6-BP→2甘油醛-3-PATP按PPP非氧化階段進(jìn)行：2×6C2×3C2×5C2×4C2×6C2×7C2×3C2×5C2×5C總：5G-6-P+ATP→6R-5-P+ADP第22頁(yè)/共53頁(yè)模式B：當(dāng)細(xì)胞需要等量的NADPH和R-5-P時(shí)（基本上只走PPP的氧化階段）G-6-P核酮糖-5-PR-5-P2NADP2NADPHCO2總：G-6-P+2NADP+H2O→R-5-P+2NADPH+2H++CO2第23頁(yè)/共53頁(yè)模式C：當(dāng)細(xì)胞需要更多的NADPH用于脂酸與生物合成時(shí)，PPP的兩相均要同時(shí)進(jìn)行，且要與EMP逆行配合。F-6-PF-1,6-BPR-5-P3C3C即：6G-6-P+12NADP++6H2O→6R-5-P+12NADPH+12H++6CO26R-5-P→4F-6-P+2甘油醛-3-P4F-6-P+2甘-3-P+H2O→5G-6-P+Pi總：G-6-P+12NADP++7H2O→6CO2+12NADPH+12H++Pi第24頁(yè)/共53頁(yè)模式D：當(dāng)細(xì)胞既需要NADPH又需要ATP時(shí)，PPP兩相均需進(jìn)行，且要與EMP配合。R-5-P丙酮酸ATPG-6-PF-6-P3G-6-P3R-5-P2F-6-P甘-3-P丙酮酸4丙酮酸2ATPNADH4NADH6ATP6NADPH3CO23H2O總：3G-6-P+6NADP+5NAD+5Pi+8ADP→5丙酮酸+3CO2+6NADPH+5NADH+8ATP+2H2O+11H+第25頁(yè)/共53頁(yè)第四節(jié)、糖三條分解途徑的相互聯(lián)系GG-6-PF-6-P磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛GA-6-PR-5-PFBP1,3-BPG3-PG丙酮酸乙酰CoATCA循環(huán)2,3-BPG第26頁(yè)/共53頁(yè)二磷酸果糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶PEP羧激酶2草酰乙酸丙酮酸羧化酶第27頁(yè)/共53頁(yè)第28頁(yè)/共53頁(yè)第29頁(yè)/共53頁(yè)第30頁(yè)/共53頁(yè)葡萄糖葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸PEP丙酮酸草酰乙酸PFK-1FBP酶PK丙酮酸羧化酶PEPCK+F-2,6-2P+AMP-ATP-檸檬酸-質(zhì)子+F-1,6-2P-ATP-Ala+乙酰CoA-ADP-ADP-F-2,6-2P-AMP+檸檬酸糖異生的調(diào)節(jié)第31頁(yè)/共53頁(yè)GG-6-PF-6-PF-1,6-2PPEP丙酮酸草酰乙酸檸檬酸乙酰CoAFAFADHNADH2H呼吸鏈水ATPPFK1PKE1E2E3羧化酶++糖代謝與脂代謝的協(xié)調(diào)第32頁(yè)/共53頁(yè)第33頁(yè)/共53頁(yè)第34頁(yè)/共53頁(yè)四、糖原合成與分解的調(diào)節(jié)糖原合成和分解由一系列調(diào)控機(jī)制進(jìn)行調(diào)控。磷酸化酶和糖原合酶的作用受嚴(yán)格調(diào)控。包括激素（胰島素、腎上腺素）水平的調(diào)節(jié)和別構(gòu)效應(yīng)調(diào)節(jié)。ATP、G-6-P、AMP等均為別構(gòu)效應(yīng)物肌肉中：糖原磷酸化酶受AMP活化，ATP、G-6-P、Glc抑制；糖原合酶受G-6-P、Glc的活化。肌肉需要ATP時(shí)，ATP、G-6-P濃度低，AMP高，糖原磷酸化酶活性提高，糖原合酶處于抑制狀態(tài)；相反，ATP、G-6-P濃度高，糖原合酶被激活而糖原磷酸化酶受抑制。第35頁(yè)/共53頁(yè)（一）共價(jià)修飾調(diào)節(jié)糖原合酶與糖原磷酸化酶均受磷酸化與去磷酸化的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)。酶分子中的某些基團(tuán)，在其它酶的催化下，可以共價(jià)結(jié)合或脫去，引起酶分子構(gòu)象的改變，使其活性得到調(diào)節(jié)，這種方式稱為酶的共價(jià)修飾（Covalentmoldification）。目前已知有7種修飾方式：磷酸化/去磷酸化，乙?；?去乙?；佘挣；?去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷?；?，ADP-核糖基化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/還原(2SH)。第36頁(yè)/共53頁(yè)第37頁(yè)/共53頁(yè)（二）變構(gòu)調(diào)節(jié)糖原合酶與糖原磷酸化酶都是別構(gòu)酶，可受到代謝物的變構(gòu)調(diào)節(jié)。G-6-P是糖原合酶b的變構(gòu)激活劑，當(dāng)血糖增高時(shí)，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖增多，G-6-P生成增加，可激活糖原合酶b，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚缘奶窃厦竌，加速糖原合成。AMP是糖原磷酸化酶b的變構(gòu)激活劑。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)能量不足時(shí)，AMP增多，可使糖原磷酸化酶b變構(gòu)激活，后者易進(jìn)行磷酸化修飾，生成糖原磷酸化酶a。反之，ATP是糖原磷酸化酶a的變構(gòu)抑制劑，使糖原分解減弱。第38頁(yè)/共53頁(yè)AMPATPG-6-P2H2O2Pi2ATP2ADP激酶磷酸酶磷酸化酶b(R)磷酸化酶b(T)磷酸化酶a(R)磷酸化酶a(T)磷酸化酶a和b都有活化的R和鈍化的T兩種構(gòu)象，磷酸化了的磷酸化酶a的T、R平衡關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)趨向于R一方，即主要以活化形式存在；而磷酸化酶b主要以鈍化的T狀態(tài)存在，只有高濃度AMP存在而ATP與葡萄糖-6-磷酸的濃度極低時(shí)磷酸化酶b與AMP結(jié)合可使b具有活化的R狀態(tài)。ATP和葡萄糖-6-磷酸都抑制磷酸化酶b的活性。第39頁(yè)/共53頁(yè)細(xì)胞膜表面受體腎上腺素G蛋白無活性的腺苷酸環(huán)化酶活性腺苷酸環(huán)化酶ATPcAMP+PPi無活性的cAMP-依賴性蛋白激酶（蛋白激酶A）活性cAMP-依賴性蛋白激酶（活性蛋白激酶A）無活性的磷酸化酶激酶活性磷酸化酶激酶活性糖原合酶無活性的糖原合酶磷酸化酶b磷酸化酶a由激素信號(hào)引起的糖原降解途徑1994年12月10日第九十四屆諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C發(fā)。美國(guó)科學(xué)家吉爾曼、羅德貝爾因發(fā)現(xiàn)G蛋白及其在細(xì)胞中轉(zhuǎn)導(dǎo)信息的作用，而共同獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)及生理學(xué)獎(jiǎng)。第40頁(yè)/共53頁(yè)胰島素受體上的酪氨酸激酶受體上的酪氨酸激酶胰島素敏感蛋白激酶磷蛋白磷酸酶I糖原合酶磷酸化激酶激活通過某種激酶激活激活（去磷酸化作用）激活激活抑制胰島素對(duì)糖原合成的促進(jìn)途徑第41頁(yè)/共53頁(yè)1、用14C標(biāo)記甘油醛-3-磷酸的一個(gè)碳原子，并加入到酵母提取液中，短時(shí)間溫育之后，果糖-1,6-二磷酸的C-3和C-4位含有14C標(biāo)記。試問14C最初標(biāo)記在甘油醛-3-磷酸的什么部位上？果糖-1,6-二磷酸的第二個(gè)標(biāo)記從哪兒獲得？解答：14C最初標(biāo)記在甘油醛-3-磷酸的C-1位（醛基碳）。甘油醛-3-磷酸在磷酸異構(gòu)酶的催化下，一部分變成磷酸二羥丙酮：這樣甘油醛-3-磷酸的C-1位的放射性標(biāo)記變成磷酸二羥丙酮的C-3位上含放射性標(biāo)記。在縮醛酶的催化下甘油醛-3-磷酸和磷酸二羥丙酮縮合成果糖-1,6-二磷酸的C-3和C-4位含有14C標(biāo)記。生化習(xí)題部分果糖-1,6-二磷酸二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸醛縮酶④1123456第42頁(yè)/共53頁(yè)果糖-1,6-二磷酸的C-3和C-4位放射性標(biāo)記分別來自磷酸二羥丙酮的C-3位和甘油醛-3-磷酸的C-1位。第43頁(yè)/共53頁(yè)2、在嚴(yán)格無氧條件下，向肌肉提取物中加入C-2位用14C標(biāo)記的葡萄糖作為底物。保溫之后，14C將出現(xiàn)在乳酸分子的什么部位上？解答：14C標(biāo)記將出現(xiàn)在乳酸分子的中間碳位上，其原因可圖示如下果糖-1,6-二磷酸二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸醛縮酶④1123456第44頁(yè)/共53頁(yè)3、將下列物質(zhì)加入酵母提取物和Glc的反應(yīng)體系中去，分別指出G轉(zhuǎn)化為乙醇時(shí)，這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化率會(huì)產(chǎn)生什么影響？以增加（+）、減少（-）或者不變來表示。1、碘乙酸，2、ATP，3、ADP，4、磷酸鹽，5、氟化鈉，6、檸檬酸，7、AMP解：如下表表示：物質(zhì)影響原因碘乙酸（-）抑制3-磷酸甘油醛脫氫酶ATP（-）抑制PFK、PKADP（+）活化PFK磷酸鹽（+）活化HK，增加3-PG醛+Pi—>1,3-BPG氟化鈉（-）抑制烯醇化酶檸檬酸（-）抑制PFKAMP（+）活化PFK第45頁(yè)/共53頁(yè)4、丙二酸是琥珀酸脫氫酶催化反應(yīng)的一種競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。解釋為什么增高草酰乙酸的濃度能夠克服丙二酸的抑制作用。假定這一反應(yīng)在肝臟制劑中。解答：通過加入更多的底物（在反應(yīng)中，底物是琥珀酸）可以克服競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，是因?yàn)樗芡ㄟ^檸檬酸循環(huán)變成琥珀酸。5、檸檬酸循環(huán)中的某種酶在某些組織（如血淋巴細(xì)胞）的線粒體和胞液兩部分都存在。當(dāng)該酶缺乏時(shí)將導(dǎo)致新生兒嚴(yán)重的神經(jīng)性失調(diào)。這種疾病以異常大量的α-酮戊二酸、琥珀酸和延胡索酸分泌到尿液中為其特征。什么樣的酶缺乏時(shí)會(huì)導(dǎo)致這種癥狀的發(fā)生？解答：延胡索酸酶在某些組織細(xì)胞中存在，該酶的缺乏將會(huì)導(dǎo)致高濃度的延胡索酸以及它在檸檬酸循環(huán)的前體物α-酮戊二酸和琥珀酸的分泌。第46頁(yè)/共53頁(yè)6、檸檬酸循環(huán)不僅是葡萄糖完全氧化的一條主要途徑，而且也是其它營(yíng)養(yǎng)物完全氧化的一條途徑。當(dāng)肝細(xì)胞細(xì)胞培養(yǎng)在以谷氨酰胺為一碳源的介質(zhì)中時(shí)，谷氨酰胺能完全氧化提供細(xì)胞活動(dòng)所需的能量。清你寫出谷氨酰胺完全氧化成CO2的基本反應(yīng)過程，并指出催化相應(yīng)反應(yīng)步驟的酶。解答：在肝細(xì)胞中，谷氨酰胺能完全氧化成CO2的基本反應(yīng)過程如下所示（箭頭順序亦代表酶催化反應(yīng)的順序）：谷氨酰胺→谷氨酸→α-酮戊二酸→琥珀酸CoA→琥珀酸→延胡索酸→蘋果酸→草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸→乙酰CoA→檸檬酸循環(huán)→2CO2第47頁(yè)/共53頁(yè)當(dāng)谷氨酰胺轉(zhuǎn)變成α-酮戊二酸后，進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。當(dāng)轉(zhuǎn)變成蘋果酸后，跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)到胞液中，然后在胞液蘋果酸脫氫酶（7）、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（8）和丙酮酸激酶（9）的催化下，在胞液中完成（7）~（9）步的轉(zhuǎn)變。生成的丙酮酸再進(jìn)入到線粒體中，在丙酮酸脫氫酶復(fù)合物（10）的催化下氧化脫羧成乙酰CoA。乙酰CoA再進(jìn)入檸檬酸循環(huán)即可氧化成CO2，至此，谷氨酰胺的5個(gè)碳原子中的三個(gè)碳原子是在檸檬酸循環(huán)中脫去的，另外兩個(gè)碳原子是在檸檬酸循環(huán)之外脫去的。上述反應(yīng)順序中的其它酶是谷氨酰胺酶（1），谷氨酸脫氫酶（2），α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物（3），琥珀酰CoA合成酶（4），琥珀酸脫氫酶（5），延胡索酸酶（6）。第48頁(yè)/共53頁(yè)7、假定你設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)，測(cè)定在有氧狀態(tài)下的細(xì)胞有無一種抑制劑的存在下，細(xì)胞能產(chǎn)生多少ATP。有關(guān)數(shù)據(jù)如下：在無抑制試劑時(shí)，1mol葡萄糖可產(chǎn)生32mol的ATP，在有抑制試劑的情況下能產(chǎn)生17mol的ATP。請(qǐng)推測(cè)抑制劑的作用部位？指出受抑制劑抑制的酶名稱（從糖酵解、丙酮酸脫氫酶復(fù)合物和三羧酸循環(huán)中選擇。）假定呼吸鏈和氧化磷酸化不受影響。8、一方面，NADH和FADH2經(jīng)呼吸鏈氧化分別產(chǎn)生2.5ATP和1.5ATP；另一方面FAD作為丙酮酸脫氫酶酶系中的二硫辛酸脫氫酶的輔基，先被還原成FADH2，然后再將電子傳遞給NAD+，產(chǎn)生NADH，NADH通過呼吸鏈可產(chǎn)生2.5ATP。于是在丙酮酸脫氫酶系催化的反應(yīng)中，F(xiàn)ADH2可間接產(chǎn)生2.5ATP。對(duì)這種看似矛盾的現(xiàn)象提出你的解釋。第49頁(yè)/共53頁(yè)9、大腸桿菌能夠以許多含碳化合物作為其唯一的碳源和能源。假定葡萄糖、果糖、核糖、甘油、丙酮酸、琥珀酸、乙酸和檸檬酸是可以進(jìn)行選擇的碳源和能源。