糖代謝的中心途徑PPT醫(yī)學(xué)課件

1、1,微生物生理學(xué),2,糖代謝的中心途徑,3,4,5,原因如下,6,FBP積累，EMP途徑上游代謝池抬升，細(xì)胞代謝活性將要降低。為了維持能量代謝和EMP碳通量，需要在EMP途徑末端找個代謝出口，激活或增強(qiáng)乳酸脫氫酶可以實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)。,7,鏈球菌ED途徑中，6-磷酸葡萄糖酸積累，說明重要產(chǎn)物3-磷酸甘油醛和Py在cell的代謝池含量升高。 但是EMP途徑也產(chǎn)生這兩種物質(zhì)。該菌以ED發(fā)酵為主，便以6-磷酸葡萄糖酸為效應(yīng)物抑制EMP途徑的磷酸己糖異構(gòu)酶，以降低EMP下游代謝池生成兩者的效率，以維持ED產(chǎn)物3-磷酸甘油醛和Py的順利進(jìn)行。,8,6-磷酸葡萄糖酸脫水酶活性被FBP抑制,鏈球菌的ED途徑中，

2、6-磷酸葡萄糖酸脫水酶催化KDPG的生成。 KDPG醛縮酶水解生成3-磷酸甘油醛和Py 當(dāng)這兩種產(chǎn)物在cell含量升高時，對細(xì)胞來講EMP下游代謝池抬升，F(xiàn)BP也抬升，是碳源過剩的狀態(tài)。 形成以FBP為效應(yīng)物抑制6-磷酸葡糖酸脫水酶的反饋抑制的代謝機(jī)制,9,即：鏈球菌中，G以ED途徑為主，EMP途徑為輔。 第二、ED途徑生成6-磷酸葡萄糖酸以及隨后的Py和GAP，沒必要再從EMP途徑生成這2種物質(zhì)，并通過抑制磷酸己糖異構(gòu)酶活性來達(dá)到目的。 第三、當(dāng)ED途徑過載， 6-磷酸葡萄糖酸以及GAP和Py過量生成并積累，兩者代謝池的抬升也引起了FBP的抬升， 這對細(xì)胞來講是不經(jīng)濟(jì)的浪費(fèi)行為，便通過FBP

3、抑制6-磷酸葡萄糖酸脫水酶活性來減少GAP和Py的生成。 這2中調(diào)節(jié)相輔相成，保證ED經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。,10,11,12,13,無葡萄糖酸積累，ED途徑不能進(jìn)行，何時存在呢？我們這樣來理解：當(dāng)EMP途徑經(jīng)過代謝調(diào)整，使EMP途徑碳流量顯著下降（如：發(fā)酵條件下），此時，HMP途徑活性或碳通量增強(qiáng)，葡萄糖酸增加或積累，此時，ED途徑激活。相比EMP途徑，NADH產(chǎn)量減半。這是一種代謝適應(yīng)。,14,15,運(yùn)動發(fā)酵單胞菌,Why？,16,Why?,運(yùn)動發(fā)酵單胞菌,E. Coli,即：Pyruvate處旁路代謝而非只進(jìn)入乙醇合成途徑 再如下圖所示：,17,乙酰磷酸轉(zhuǎn)移酶,乙醛脫氫酶,乙醇脫氫酶,18,+,裂解

4、,脫氫,異構(gòu),產(chǎn)能,脫水,異構(gòu),醛縮酶,正磷酸,磷酸甘油酸激酶,磷酸己糖異構(gòu)酶,磷酸果糖激酶,磷酸甘油醛脫氫酶NADH生產(chǎn),烯醇化酶,丙酮酸激酶,Py羧基來自G的C3C4 PyC3來自G的C1C6,氧化還原反應(yīng),1,2,3,1,2,3,4,5,6,G的,19,乙醇發(fā)酵,丙酮酸脫羧酶 + TPP,乙醇脫氫酶,乙醇,Py羧基來自G的C3C4 PyC3來自G的C1C6,乙醛,乙醛,乙醇的羥基碳來自丙酮酸的2號碳， 即G的C2或C5,Why？,20,丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA,Py可穿過線粒體內(nèi)膜進(jìn)入線粒體內(nèi)膜內(nèi)，在丙酮酸脫氫酶系的催化下氧化脫羧生成乙酰CoA。丙酮酸脫氫酶系是糖有氧氧化途徑的關(guān)鍵酶

5、之一。,丙酮酸脫氫酶系,NAD+ +HSCoA,NADH+H+ +CO2,*,Py羧基來自G的C3C4；PyC3來自G的C1C6,第一個CO2分子的釋放，C來自GC3C4,1、6,2、5,21,6-P-葡萄糖酸內(nèi)酯,G-6-P,6-P-葡萄糖酸,6-P-葡萄糖脫氫酶,內(nèi)酯酶,磷酸戊糖途徑的脫羧反應(yīng),氧化反應(yīng)階段,22,6-P-葡萄糖酸,5-P-核酮糖,6-P-葡萄糖酸脫氫酶,脫去G1號碳,&,23,3,4,3,4,6,5,4,4號碳即Py的羧基碳,Py脫羧酶催化，此碳釋放,24,由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程稱為糖異生(gluconeogenesis)。 糖異生代謝途徑主要存在于肝及腎中。

6、 糖異生主要沿酵解途徑逆行， 7步可逆步驟 + 3特異反應(yīng)，有三步反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，故需經(jīng)其他的代謝反應(yīng)繞行。,或者需要合成糖類增加生物相容性溶質(zhì)濃度時,25,第1步 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸,提問：如何進(jìn)行？,答案：提供更多的活化能量。,26,草酰乙酸,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸羧化支路 試想：若菌株是生物素營養(yǎng)缺陷型，如何？,生物素,線粒體,胞液,胞液,這是總體反應(yīng)步驟,27,Py首先由載體蛋白運(yùn)入線粒體，在Py羧化酶生OAA，由于細(xì)胞不存在OAA跨膜蛋白，OAA需先轉(zhuǎn)化為Malate再由其載體運(yùn)至胞液內(nèi)，后malate變OAA，再在磷酸烯醇丙酮酸羧激酶作用成OAA；或Malate在

7、蘋果酸酶作用下生成Py，然后,天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶,提個問題，若取消糖異生途徑 ，理論上該如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)？,28,提個問題，若取消糖異生途徑，理論上該如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)？,1、Py羧化支路缺陷（如：生物素影響缺陷） 2、Malate供給減少（Malate營養(yǎng)缺陷或降低TCA循環(huán)下游碳流量）,29,磷酸烯醇式丙酮酸逆行至1，6-二磷酸果糖 第2步,提問：如何進(jìn)行？,G-6-P磷酸酯酶水解,答案：在16-二磷酸果糖磷酸酯酶水解。 第3步,30,-1,4-糖苷鍵,-1,6-糖苷鍵,糖原的合成,糖原是由許多葡萄糖分子聚合而成的帶有分支的高分子多糖類化合物。 糖原分子的直鏈部分借-1,4-糖苷鍵而將葡萄糖殘基連接

8、起來，其支鏈部分則是借-1,6-糖苷鍵而形成分支。,31,糖原是一種無還原性的多糖。 糖原合成或分解時，其葡萄糖殘基的添加或去除，均在其非還原端進(jìn)行。 糖原的合成與分解代謝主要發(fā)生在肝、腎和肌肉組織細(xì)胞的胞液中。,糖原,32,（一） 糖原的合成代謝,、反應(yīng)過程： 糖原合成的反應(yīng)過程可分為三個階段： 活化：由葡萄糖生成UDPG(uridine diphosphate glucose)，是一耗能過程。 磷酸化： G + ATP G-6-P + ADP,己糖激酶(葡萄糖激酶),33, 異構(gòu)：G-6-P轉(zhuǎn)變?yōu)镚-1-P： G-6-P G-1-P 轉(zhuǎn)形：G-1-P轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜍斩姿崞咸烟牵ê铣商窃瓡r，葡萄

9、糖基的直接供體是UDPG）： G-1-P + UTP UDPG + PPi,UDPG焦磷酸化酶,磷酸葡萄糖變位酶,反應(yīng)過程,34,縮合： UDPG + (G)n (G)n+1 + UDP 分支： 當(dāng)直鏈長度達(dá)12個葡萄糖殘基以上時，在分支酶催化下，將距末端67個葡萄糖殘基組成的寡糖鏈由-1,4-糖苷鍵轉(zhuǎn)變?yōu)?1,6-糖苷鍵，使糖原出現(xiàn)分支。,糖原合酶,*,反應(yīng)過程,35,、糖原合成的特點(diǎn)：,必須以原有糖原分子作為引物； 合成反應(yīng)在糖原的非還原端進(jìn)行； 合成為一耗能過程，每增加一個葡萄糖殘基，需消耗3個高能磷酸鍵（2分子ATP）； 其關(guān)鍵酶是糖原合酶，為一共價修飾酶； 需UTP參與（以UDP為載

10、體）。,36,糖原引物是在一種被稱為糖原引物蛋白（glycogenin）分子上形成的，這種蛋白質(zhì)能對其自身進(jìn)行共價修飾，即它的分子中第194位酪氨酸殘基的酚羥基被糖基化，形成葡聚糖鏈，作為糖原合成時UDPG中葡萄糖基的接受體，此接受體即為糖原引物。,37,三羧酸循環(huán),38,39,OAA的回補(bǔ)途徑4條,PEP羧激酶,40,乙醛酸循環(huán)的反應(yīng)。 由異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合成酶催化的反應(yīng)（紅色）繞過了三羧酸循環(huán)中從異檸檬酸到蘋果酸之間的 5個反應(yīng)。,+,乙醛酸,乙醛酸循環(huán)的反應(yīng)： 1）乙酰輔酶A由脂肪酸氧化產(chǎn)生。乙酸也可以通過乙酸硫激酶轉(zhuǎn)換成乙酰輔酶A。乙酸+CoASH+ATP乙酰輔酶A+AMP+Pi

11、 2）乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合產(chǎn)生檸檬酸。 3）檸檬酸與順烏頭酸酶反應(yīng)產(chǎn)生異檸檬酸。 4）異檸檬酸裂解酶切割異檸檬酸產(chǎn)生乙醛酸和琥珀酸。 5）乙醛酸經(jīng)蘋果酸合成酶 催化，在水存在下接受 乙酰輔酶A的乙酸,6）蘋果酸在蘋果酸脫氫酶的催化下再脫氫生成草酰乙酸。 盡管這個反應(yīng)，以及檸檬酸合成酶和順烏頭酸酶的反應(yīng)，與三羧酸循環(huán)反應(yīng)一樣，但這三個在乙醛酸循環(huán)中的酶是三羧酸循環(huán)酶的同工酶。這些同工酶存在于植物的乙醛酸循環(huán)體中，只在乙醛酸循環(huán)中起作用。 總反應(yīng)：2乙酰CoA + NAD+ + 2H2O 琥珀酸 + 2CoASH + NADH + 2H+,41,42,43,44,代謝通量分析（metabolic flux analysis，MFA）是用計量矩陣模型表示擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)下胞內(nèi)反應(yīng)的一種定量分析方法。它假定一定時間內(nèi)，胞內(nèi)中間代謝產(chǎn)物的濃度不變，根據(jù)代謝途徑中各反應(yīng)的計量關(guān)系以及實(shí)