第三节糖的有氧氧化与三羧酸循环

第三节第三节 糖的有氧氧化与三羧酸循环糖的有氧氧化与三羧酸循环 一一.有氧氧化的三个阶段有氧氧化的三个阶段 G-2丙酮酸（同酵解）2丙酮酸 2乙酰辅酶A 2 乙酰辅酶A TCA循环 在有氧时，丙酮酸可进入线粒体内氧化脱羧，生成乙酰辅酶A再进入三羧酸循环三羧酸循环:二、丙酮酸氧化脱羧成乙酰辅酶二、丙酮酸氧化脱羧成乙酰辅酶A 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系 CH3COCOOH+HSCOA+NAD+CH3COSCOA+CO2+NADH+H+三、三、TCA TCA途径：途径：这一途径普遍存在动、植物及微生物细胞中，不仅是糖分解的主要途径，也是脂肪、蛋白质分解代谢的最终途径，有重要的生理意义。为此获1953年的诺贝尔奖三三.TCA循环循环共有共有8 8步，（步，（P95P95，图图13-913-9）1.11.1、乙酰辅酶乙酰辅酶A A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸：与草酰乙酸缩合形成柠檬酸：TCA TCA循环起始步骤，由循环起始步骤，由柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶（柠檬酸缩合酶）催化，乙酰辅酶（柠檬酸缩合酶）催化，乙酰辅酶A A的的甲基移去质子形成负碳离子，亲核攻击草酰乙酸的酮基碳，缩合生成柠檬酰辅甲基移去质子形成负碳离子，亲核攻击草酰乙酸的酮基碳，缩合生成柠檬酰辅酶酶A A，再由高能硫酯键水解推动总反应进行，生成柠檬酸。再由高能硫酯键水解推动总反应进行，生成柠檬酸。键。形成的柠檬酰键。形成的柠檬酰CoACoA使酶结构进一步变化，活性中心增加了一个天冬氨酸残基捕使酶结构进一步变化，活性中心增加了一个天冬氨酸残基捕获水分子以水解硫酯键。获水分子以水解硫酯键。CoACoA和柠檬酸相继离开酶，酶恢复成开放型。此酶是一个和柠檬酸相继离开酶，酶恢复成开放型。此酶是一个调控酶调控酶，可受，可受ATPATP、NADHNADH、琥珀酰琥珀酰CoACoA和长链脂酰和长链脂酰CoACoA抑制。故此反应是抑制。故此反应是可调控的限可调控的限速步骤速步骤。柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶：草酰乙酸草酰乙酸1.构象变化：构象变化：开放型开放型 关闭型关闭型 HSCOA、柠檬酸柠檬酸2.活性中心：活性中心：His 草酰乙酸；草酰乙酸；His 乙酰乙酰COA；Asp H2O3.可调节酶：可调节酶：ATPATP、NADHNADH、琥珀酰琥珀酰CoACoA和长链脂酰和长链脂酰CoACoA可抑制此酶活性。可抑制此酶活性。状态时被激活。状态时被激活。异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶是是TCATCA循环中第二个调节酶。循环中第二个调节酶。4 4。-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰CoACoA：第二次氧化反应且伴有脱羧，由第二次氧化反应且伴有脱羧，由-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系催化催化 5.5.琥珀酰琥珀酰COACOA转化成琥珀酸并产生转化成琥珀酸并产生GTPGTP；这是这是TCATCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸键的步骤中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸键的步骤。GTP+ADP GDP+ATP6.6.6 6、琥珀酸脱氢生成延胡索酸：琥珀酸脱氢生成延胡索酸：第三步氧化还原反应，由第三步氧化还原反应，由琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶催化，氢受体：酶的辅基催化，氢受体：酶的辅基FADFAD 7 7、延胡索酸水化成苹果酸：、延胡索酸水化成苹果酸：延胡索酸酶延胡索酸酶具有立体异构特异性，具有立体异构特异性，OHOH只加在延胡索酸一侧，形成只加在延胡索酸一侧，形成L-L-苹果苹果酸。酸。8.8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸：苹果酸脱氢生成草酰乙酸：TCA TCA中第中第4 4次氧化还原反应，由次氧化还原反应，由L-L-苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶催化，催化，NADNAD+是辅酶。是辅酶。在标准热力学条件下，平衡有利于逆反应。但在生理情况下，反应产物草在标准热力学条件下，平衡有利于逆反应。但在生理情况下，反应产物草酰乙酸不断因合成柠檬酸而移去，使其在细胞内浓度极低（小于酰乙酸不断因合成柠檬酸而移去，使其在细胞内浓度极低（小于1010-6-6 mol/Lmol/L）,而使反应向右进行。而使反应向右进行。注：有氧氧化第注：有氧氧化第3 3阶段即阶段即TCATCA循环的关键酶是：循环的关键酶是：柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶、异柠檬异柠檬 酸脱氢酶酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系有氧氧化第有氧氧化第2 2阶段的关键酶：阶段的关键酶：丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系有氧氧化第有氧氧化第1 1阶段的关键酶：即阶段的关键酶：即糖酵解的三个关键酶糖酵解的三个关键酶 四、四、TCATCA中中ATPATP生成与生物学意义：生成与生物学意义：（1 1）供能：）供能：共产生共产生12 12 ATPATP 乙酰乙酰C CO OA A进入进入TCA TCA，每一次循环有：每一次循环有：4 4次脱氢反应次脱氢反应 3 3 NADH 3NADH 3*3=3=9 ATP9 ATP 1 FADH2 2 1 FADH2 2*1=1=2 ATP2 ATP 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 1 1GTP GTP 1 ATP1 ATP 体外燃烧 有效利能率有效利能率：84.6/209.1*100%=42%42%（见P 100 图13-10）1乙酰辅酶A 209.1千卡，7.3*12=84.6 千卡，（2 2）提供碳骨架：）提供碳骨架：例 草酰乙酸+NH2 Asp（见P101 图13-11）（3 3）有氧氧化有氧氧化（可净生成3636或3838 ATP）（琥珀酰（琥珀酰C CO OA A合成酶催化的反应）合成酶催化的反应）2丙酮酸 2乙酰辅酶A：2 NADH 2 2*3 3 ATP G酵解：2 2 ATP+2 NADH 肌细胞等：2 2*2 2 ATP （穿梭）肝细胞等：2 2*3 3 ATP2乙酰辅酶A TCA循环：1212*2=2=2424 ATP三三.五、五、TCATCA中碳骨架的不对称反应中碳骨架的不对称反应 乙酰乙酰C CO OA A经经TCATCA，产生产生2 2 COCO2 2；草酰乙酸经循环可再次生成。但是用同位素草酰乙酸经循环可再次生成。但是用同位素 1414C C、13 13C C分别标记乙酰分别标记乙酰C CO OA A的甲基和羰基碳，发现在第一轮循环中没有的甲基和羰基碳，发现在第一轮循环中没有标记的标记的COCO2 2释放，说明第一轮循环释放的二个碳原子并非乙酰释放，说明第一轮循环释放的二个碳原子并非乙酰C CO OA A的碳原子。的碳原子。（P101 P101 图图13-1113-11、1212）有人解释其原因是顺乌头酸酶与柠檬酸结合不对称，脱水时 H 仅来自草酰乙酸，故TCA第一轮没有标记的CO2出现。六、六、TCATCA的回补反应的回补反应 3.3.天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和酮戊二酸；异亮天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和酮戊二酸；异亮氨酸、氨酸、缬氨酸和苏氨酸、甲硫氨酸可形成琥珀酰缬氨酸和苏氨酸、甲硫氨酸可形成琥珀酰COACOA而补充而补充TCATCA。4.4.苹果酸酶苹果酸酶 ：（胞液）（线粒体）NADPH NAD+三三.七、乙醛酸循环七、乙醛酸循环 特殊生理意义：（特殊生理意义：（1 1）将脂肪酸分解产生的乙酰辅酶）将脂肪酸分解产生的乙酰辅酶A A转变为琥珀酸，可合成糖；转变为琥珀酸，可合成糖；（2 2）净结果为：）净结果为：2 2乙酰辅酶乙酰辅酶A A 琥珀酸琥珀酸 回补回补TCATCA 第四节第四节 磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）一一 磷酸戊糖途径的生理意义：磷酸戊糖途径的生理意义：19551955年年GunsalasGunsalas发现并提出单磷酸己糖支路（发现并提出单磷酸己糖支路（HMPHMP），），又称戊糖途径。又称戊糖途径。二二.磷酸戊糖途径：磷酸戊糖途径：氧化阶段；氧化阶段；G-6-P G-6-P 脱氢脱羧脱氢脱羧 5-5-磷酸核糖磷酸核糖 可分为可分为 非氧化阶段：磷酸戊糖分子重排非氧化阶段：磷酸戊糖分子重排 磷酸单糖磷酸单糖 酵解酵解 1.1、G-6-PG-6-P脱氢脱羧转化成脱氢脱羧转化成5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖（1 1）6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化磷酸葡萄糖脱氢酶催化G-6-PG-6-P脱氢生成脱氢生成6-6-磷酸葡萄糖酸内酯，反应以磷酸葡萄糖酸内酯，反应以NADPNADP为氢为氢受受 体形成体形成NADPHNADPH；（2 2）6-6-磷酸葡萄糖酸内酯在磷酸葡萄糖酸内酯在6-6-磷酸葡萄糖酸内酯酶催化下水解成磷酸葡萄糖酸内酯酶催化下水解成6-6-磷酸葡萄糖酸；磷酸葡萄糖酸；（3）3 3）6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化下，磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化下，6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢脱羧产生磷酸葡萄糖酸脱氢脱羧产生5-5-磷酸核酮糖，反应以磷酸核酮糖，反应以NADPNADP为氢受体形成为氢受体形成NADPHNADPH；6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶是此阶段的是此阶段的调控酶调控酶，催化不可逆反应，催化不可逆反应，NADPHNADPH反馈抑制酶活性。反馈抑制酶活性。1.2 2、磷酸戊糖同分异构化生成磷酸戊糖同分异构化生成5-5-磷酸核糖和磷酸核糖和5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖（1 1）磷酸戊糖异构酶催化）磷酸戊糖异构酶催化5-5-磷酸核酮糖同分异构化成磷酸核酮糖同分异构化成5-5-磷酸核糖；磷酸核糖；（2 2）磷酸戊糖差向酶催化）磷酸戊糖差向酶催化5-5-磷酸核酮糖转化成磷酸核酮糖转化成5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 H1.3、磷酸戊糖通过转酮反应及转醛反应生成酵解途径的中间磷酸戊糖通过转酮反应及转醛反应生成酵解途径的中间产物产物6-磷酸果糖和磷酸果糖和3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛（反应机制见P 105）（2）转醛反应 由转醛酶催化使磷酸酮糖（7-磷酸景天酮糖）上的三碳单位（二羟丙酮基）转到另一个磷酸醛糖（3-磷酸甘油醛）的C1上，生成6-磷酸果糖和4-磷酸赤藓糖。（3 3）转酮反应：转酮反应：4-4-磷酸赤藓糖经转酮反应接受磷酸赤藓糖经转酮反应接受5-5-磷酸木酮糖上的二碳单位形成磷酸木酮糖上的二碳单位形成 6-6-磷酸果糖与磷酸果糖与3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸戊糖途径（简称HMP）可总结如下：2（G-6-P）（2*6C）2 NADP+2 NADPH+H+2 2（G-6-PG-6-P酸）酸）（2 2*6 6C C）2 NADP+2 NADPH+H+2CO2 2 2（5-5-P P核酮糖）（核酮糖）（2 2*5 5C C）（5-5-P P核糖）核糖）（5-5-P P木酮糖木酮糖 ）（7 7C C）7-P7-P景天酮糖景天酮糖 3-3-P P甘油醛甘油醛 （3 3C C）另1分子G-6-P （4C4C）4-P 4-P赤藓糖赤藓糖 6-6-P P果糖果糖 （6 6C C）5-5-P P木酮糖木酮糖 3 3 C C 3-P3-P甘油醛甘油醛 （3 3C C）COCO2 2 2 C 2 C 6-P 6-P果糖果糖 （6 6C C）HMPHMP总反应式为：总反应式为：3 3（G-6-PG-6-P）+6+6 NADPNADP+3 H+3 H2 2O 2O 2（6-P6-P果糖果糖）+3+3 COCO2 2 +6+6（NADPH+HNADPH+H+）3-3-P P甘油醛甘油醛 糖醛酸途径糖醛酸途径糖醛酸途径及生理意义糖醛酸途径及生理意义:第五节第五节 糖原合成与分解糖原合成与分解一一.糖原分解代谢糖原分解代谢 磷酸化酶磷酸化酶 使（使（无活性无活性）磷酸化酶磷酸化酶 b b 磷酸化酶磷酸化酶 a (a (有活性有活性)磷酸化酶磷酸化酶催化的反应机制如下：催化的反应机制如下：2.2.去分支酶去分支酶催化糖原分支点的催化糖原分支点的1 1，6-6-糖苷键断裂糖苷键断裂:3.3.G-1-P G-1-P 转变成转变成 G-6-PG-6-P；由由磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶（活性中心有磷酸化丝氨（活性中心有磷酸化丝氨酸）酸）催化完成。催化完成。G-1-P G-6-P 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+H H2 2O O 葡萄糖葡萄糖+PiPi 在肝肝的内质网上含有 葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸酶磷酸酶 可催化此反应，而骨骼肌和脑组织细胞内缺乏此酶缺乏此酶。故故肝糖原肝糖原可直接水解补充血糖，为其它组织细胞提供可直接水解补充血糖，为其它组织细胞提供能量，而能量，而肌糖原肌糖原则需通过则需通过乳酸循环乳酸循环才能转变成葡萄糖。才能转变成葡萄糖。二二.二、糖原的合成代谢二、糖原的合成代谢1.1.G-1-PG-1-P在在UDPUDP葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖焦磷酸化酶催化下生成催化下生成UDPUDP葡萄糖葡萄糖3.3.合成具有合成具有1 1，6=6=糖苷键的有分支的糖原，反应由糖苷键的有分支的糖原，反应由分支酶分支酶催化：催化：糖原分解与糖原合成二条途径总结如下糖原分解与糖原合成二条途径总结如下：糖糖 原原 去分支酶去分支酶 分支酶分支酶 转移酶转移酶 糖原合成酶糖原合成酶(关键酶)糖原糖原 （关键酶关键酶）磷酸化酶磷酸化酶 UDPG UDPG 焦磷酸化酶焦磷酸化酶 糖原糖原 分解分解 合成合成 G 1P 变位酶变位酶 G 6P H2O ADP (肝)葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶 葡萄糖激酶葡萄糖激酶（肝）Pi ATP 葡葡 萄萄 糖糖 注：（骨骼肌C内缺乏此酶，故肌糖原只能分解为G-6-P，经糖酵解生成乳酸，由乳酸循环运输到肝脏，再经糖异生转变成葡萄糖或肝糖原。）第六节第六节 糖的异生糖的异生糖的异生即形成糖的异生即形成“新新”糖的意思，是指从非糖物质合成葡萄糖的过程糖的意思，是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。一、一、糖异生的生理意义糖异生的生理意义（3 3）生糖氨基酸可经此途径转变成葡萄糖，是氨基酸代谢途径之一。）生糖氨基酸可经此途径转变成葡萄糖，是氨基酸代谢途径之一。例：天冬氨酸 草酰乙酸 丙酮酸 G一一.二、二、糖异生的途径糖异生的途径 4.6-4.6-磷酸果糖至葡萄糖磷酸果糖至葡萄糖 6-磷酸果糖至葡萄糖经酵解途径逆向变成6-磷酸葡萄糖，再由葡萄糖6-磷酸酶催 化水解成葡萄糖。Mg2+6-磷酸葡萄糖+H2O 葡萄糖+Pi 在肝的内质网上含有在肝的内质网上含有葡萄糖6-磷酸酶可催化此反应，而骨骼肌和脑组织细胞内缺乏此酶。糖异生的总反应式为：糖异生的总反应式为：5.5.乳酸循环（乳酸循环（CoriCori循环）循环）：肌糖原肌糖原G-6-P 葡萄糖葡萄糖 肌乳酸肌乳酸血 糖血乳酸 糖生骨 骼 肌血 液肝 脏 糖酵解糖酵解 G-6-P 丙酮酸丙酮酸 乳 酸 葡萄糖 肝糖原糖异生第七节第七节 糖代谢的调节糖代谢的调节 一一.糖酵解的调节：糖酵解的调节：节。节。1.1.磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶（酵解中最关键的（酵解中最关键的限速酶限速酶）调节：）调节：作用。作用。毒毒.应.进行代谢。进行代谢。二二.二二.二二.二二.二二.二、糖异生作用和糖酵解的代谢协调控制二、糖异生作用和糖酵解的代谢协调控制 F6P F1,62P (-)ATP(+)磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 (+)AMP(-)果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶 (-)柠檬酸柠檬酸(+)(+)F2,62P(-)丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)草酰乙酸 丙酮酸羧化酶PEP羧化激酶丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路:进行水解。结果使进行水解。结果使ATPATP水解，消耗了能量，而反应物没有变化。这种循环水解，消耗了能量，而反应物没有变化。这种循环称无效循环，它只能产生热量供机体所需。称无效循环，它只能产生热量供机体所需。神经和激素对血糖代谢的控制神经和激素对血糖代谢的控制 血血 糖糖来源来源 去路去路食物消化吸收食物消化吸收肝糖原分解肝糖原分解非糖物质异生非糖物质异生氧化分解氧化分解合成糖原合成糖原转化为其他物质转化为其他物质 尿尿 糖糖（P 118120 略）略）