糖酵解和柠檬酸循环

ADP ATP
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第1阶段： ⑴ 葡萄糖被磷酸化形成6-磷酸葡萄糖（G-6-P）
需ATP供能，第一个限速步骤,不可逆。
由己糖激酶或葡萄糖激酶催化。
己糖激酶：第一个调节酶，
受6-磷酸葡萄糖的别构抑制。
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已糖激酶I、II、III 葡萄糖激酶
分布
不同组织
肝脏
底物
G、F等
G
对G的亲和力 Km低，亲和力高 Km高，亲和力低
场所：细胞质
催化酶：由10种酶催化，关键酶是己糖激酶、磷酸果 糖激酶和丙酮酸激酶。大部分过程中都需要Mg2+。
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准备阶段（The preparatory phase of glycolysis）
10
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实施阶段（The payoff phase of glycolysis）
ADP ATP
唯一直接产生高能磷酸键的反应（底物磷酸化） 哺乳动物：GTP；植物和细菌：ATP
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⑥琥珀酸氧化成延胡索酸
第三个氧化还原反应 丙二酸是很强的竞争性抑制剂
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反丁烯二酸
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⑦延胡索酸生成L-苹果酸
反式加成，生成L型苹果酸。
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⑧ L-苹果酸生成草酰乙酸
第四个氧化还原反应
E2
E2
二氢硫辛酰胺脱氢酶
5.氧化FADH2，生成NADH。
FADH2-E3 + NAD+
FAD-E3 + NADH + H+
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反应过程
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丙酮酸脱氢酶复合体的调节
a.变构调节：乙酰CoA抑制E2, NADH抑制E3
b.共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶激酶
磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其失去磷 酸化，使其活性增加。
第二个底物水平磷酸化
第三个限速步骤，不可逆
29
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1.2 糖酵解过程中ATP的生成和消耗
2 ATP + 2 NADH ↓
3~5ATP
葡萄糖 + 2ADP + 2Pi +2NAD+ →
2丙酮酸 + 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O
30
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糖酵解途径
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ADP ATP
ADP ATP
在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为 CO2和水，同时释放能量。
由英国生化学家Hans Krebs发现
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柠檬酸合酶
50
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2.1.2 丙酮酸→乙酰辅酶A
丙酮酸脱氢酶复合体
在线粒体内，不可逆反应
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丙酮酸脱氢酶复合体的组成：
2乙酰CoA+NAD++2H2O →琥珀酸+2CoASH+NADH+2H+
果糖2，6-二磷酸
果糖6-磷酸
41
果糖1，6-二磷酸
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①ATP
即是底物，也是别构抑制剂，使酶对F-6-P 亲和力降低。
AMP是别构激活剂
42
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② 柠檬酸 酶的抑制剂：反馈抑制 (feedback inhibition) ③被H+抑制 可防止肌肉中形成过量的乳酸而使血液酸中毒。
43
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④果糖2，6-二磷酸
别构激活剂，增加对底物 的亲和力。
F-6-P
PFK2
F-2,6-2P
果糖-2，6-二磷酸酶
磷酸果糖激酶-2(PFK-2 或FBPase-2) 双功能酶 受胰高血糖素的调控
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⑶ 丙酮酸激酶的调控
控制糖酵解的出口
果糖1，6-二磷酸:别构激活
起活化作用，与磷酸果糖激酶协调，加速酵解。
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α-酮戊二酸脱氢酶复合体的组成：
α-酮戊二酸脱氢酶（E1） 转琥珀酰酶（E2）——核心 二氢硫辛酸脱氢酶 （E3）
酶的辅助因子:
NAD+——VPP
FAD ——VB2 辅酶A（CoA）——泛酸
硫胺素焦磷酸（TPP）——VB1 硫辛酰胺——硫辛酸
Mg2+
73
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⑤琥珀酰CoA→琥珀酸
30或32 1.5或2.5
+5
+5 +5
+3 +5
P编辑1p0p7t
2.3 柠檬酸循环的调控
柠檬酸合酶： 抑制： ATP和NADH ，琥珀酰CoA，柠檬酸 激活： ADP
异柠檬酸脱氢酶： 抑制： ATP 激活： ADP，Ca2+
α-酮戊二酸脱氢酶
抑制： NADH ，琥珀酰CoA
激活： Ca2+
⑸ 磷酸二羟丙酮异构成3-磷酸甘油醛
1
1
2
2
3
3
20
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准备阶段共消耗2分子ATP，产生2分子3-磷酸甘油醛.
1
2 3
1
4
4
2
5
5
3
6
6
1
1
2
2
3
3
原来葡萄糖的3，4位
2，5位
21
1，6位
3-磷酸甘油醛的1位
2位
3位
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第2阶段：
⑹ 3-磷酸甘油醛氧化成1,3-二磷酸甘油酸（1,3-DPG）
第22-23章 糖酵解和柠檬酸循环
1
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1 糖酵解
1.1糖酵解（glycolysis） ： 在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成2分子
丙酮酸并提供能量(ATP)的过程。
它是各种生物细胞中葡萄糖分解产生能量的 共同代谢途径。
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3
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4
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5
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6
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辅酶NAD+
22
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3-磷酸甘油醛脱氢酶作用机理 磷酸解作用
高能中间产物
23
P75 编辑ppt
⑺ 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸
第一个底物水平磷酸化
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底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation):
在底物氧化还原过程中，分子内部能量重新 分布，使无机磷酸酯化形成高能磷酯键， 后者在酶的作用下将能量转给ADP，生成 ATP。
三个不可逆反应:
己糖激酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶
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⑴ 己糖激酶的调控
控制糖酵解的入口
G 己糖激酶 G-6-P
-
己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受到葡萄糖-6-磷酸的抑制。
40
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⑵ 磷酸果糖激酶的调控
磷酸果糖激酶(PFK-1 ,Phosphofructokinase-1 ) 糖酵解中最关键的限速酶。
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糖酵解途径
动画
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ADP ATP
ADP ATP
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糖酵解:
葡萄糖 + 2ADP + 2Pi +2NAD+ →
2丙酮酸 + 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O
两个阶段：
准备阶段(前5步)：葡萄糖→2个磷酸三碳糖+消耗2ATP 实施阶段(后5步)：2个磷酸三碳糖→2丙酮酸+产生4ATP
丙酮酸脱氢酶（E1） 二氢硫辛酸转乙酰酶（E2） 二氢硫辛酸脱氢酶 （E3）
酶的辅助因子:
NAD+——VPP
FAD ——VB2 辅酶A（CoA）——泛酸
硫胺素焦磷酸（TPP）——VB1 硫辛酰胺——硫辛酸
Mg2+
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大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成
丙酮酸脱氢酶
二氢硫辛酰胺 乙酰转移酶 二氢硫辛酰胺
•含硫的噻唑环和含氨基的嘧啶环。
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糖酵解的能量变化
无氧时：生成乳酸或乙醇，只产生2个ATP
有氧时：
2个NADH经苹果酸－天冬氨酸穿梭系统进入 呼吸链可产生5个ATP，共产生7个ATP；
骨骼肌和脑组织中:
NADH要进入线粒体经过甘油磷酸穿梭系统 ,
共产生5个ATP。
38
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1.4 糖酵解的调控
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柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶
α-酮戊二酸脱氢酶
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2.4 柠檬酸循环的生理意义
主要：供能 为生物合成提供中间物。 三大营养物质的最终代谢通路。 是CO2的重要来源之一。
两用代谢途径
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两用代谢途径
代谢枢纽
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回补反应： 酶催化的补充TCA循环中间代谢物的供给的
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⑻ 3-磷酸甘油酸变成2-磷酸甘油酸
需Mg2+参加。
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2,3-bisphosphoglycerate: both a coenzyme and an intermediate
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⑼ 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
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⑽ PEP转变成丙酮酸
丙酮酸脱氢酶
羟乙基-TPP
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2.羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺。由E2催化。
E2
E2
羟乙基-TPP
乙酰-二氢硫辛酰胺
3.乙酰基转给辅酶A形成乙酰辅酶A。由E2催化。
E2
二氢硫辛酰胺
E2
乙酰转移酶
Mg2+
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乙酰辅酶A 编辑ppt
4.氧化硫辛酰胺，生成FADH2。由E3催化。
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1.3 丙酮
酸32 的去路
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① 生成乙酰辅酶A
有氧时
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② 生成乳酸
厌氧菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时性缺氧等。
34
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糖酵解中NAD+的再生
35
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③ 生成乙醇
酵母细胞
脱羧，辅酶：焦磷酸硫胺素(TPP) 脱氢，NADH
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TPP(硫胺素焦磷酸)
7ATP(or 5ATP)+ 12.5ATP×2=32ATP(or 30ATP)
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2.2能量计算- 葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量
细胞液
线粒体 线粒体
82
1 ATP 1 ATP
1 ATP 1 ATP
6C
NADH 1.5或2.5 +3 或5
3C
2×
NADH 2.5
NADH 2.5 NADH 2.5 1 GTP(ATP) FADH2 1.5 NADH 2.5
脱氢酶
缩写 E1 E2
E3
辅基 TPP 硫辛酰胺
FAD
催化反应 丙酮酸氧化脱羧
将乙酰基转移到 CoA
将还原型硫辛酰胺 转变为氧化型
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4个亚基
二氢硫辛酸转乙酰酶：24个亚基（3个8聚体）(Science,1992)
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反应过程
1.脱羧，生成羟乙基TPP，由E1催化。
⑶ 6-磷酸果糖磷酸化成1,6-二磷酸果糖（F-1,6-2P）
需ATP供能，第二个限速步骤，不可逆，Mg2+参加。
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⑷ F-1,6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮
1 2 3 4 5 6
18
1
4
2
5
3

6
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A ketone
1 2 3
An aldehyde
4 5 6
19
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抑制
受G-6-P抑制
不受G-6-P抑制
用途
主要用于糖的分解 主要用于糖的合成
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两方面意义：
糖经磷酸化后容易参与代谢；
保糖机制：磷酸化糖不能透过细胞质膜。
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葡萄糖
诱导契合
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⑵由6-磷酸葡萄糖异构化成6-磷酸果糖（F-6-P）
2 1
磷酸葡萄糖异 构酶
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前馈激活（feed-forward activation） ATP:别构抑制
丙氨酸:别构抑制
丙酮酸转氨生成，表示生物合成过剩。
45
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2 柠檬酸循环
2.1 柠檬酸循环途径
2.1.1 基本概念
柠檬酸循环:（citrate cycle，三羧酸循环 tricarboxylic acid cycle，TCA循环，Krebs循环）
共有4步脱氢反应,生成3个NADH 和1个FADH2 进 入呼吸链。
柠檬酸循环严格需氧。
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从乙酰CoA开始
（7） （4），（6），（10） （8）
GTP 3NADH 1FADH2
1ATP 3×2.5ATP
1.5ATP
10ATP
从丙酮酸开始 2.5+10=12.5ATP 从葡萄糖开始
反应。
丙酮酸+CO2+ATP+H2O→ 草酰乙酸+ADP+Pi+2H+
丙酮酸羧化酶:激活剂——乙酰-CoA
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3 乙醛酸循环
存在于植物和微 生物中。
P159
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草酰乙酸+乙酰CoA → 柠檬酸 → 异柠檬酸 ↓异柠檬酸裂解酶
琥珀酸+乙醛酸 +
乙酰CoA ↓
苹果酸 ↓
草酰乙酸
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2.1.3 柠檬酸循环途径
线粒体基质
由8种酶催化完成。
由乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合开始，经过一连串反 应使一分子乙酰基完全氧化,再生成草酰乙酸而完成 一个循环。
每循环一次，经历两次脱羧，使乙酰辅酶A氧化生 成CO2和水。
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柠檬酸合酶
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① 柠檬酸的合成
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柠檬酸循环
柠檬酸合酶
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三羧酸循环的总反应式
CH3COSCoA＋3NAD＋＋FAD＋GDP＋Pi＋2H2O 2CO2＋3NADH＋3H＋＋FADH2＋GTP＋CoASH
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2.1.4 柠檬酸循环的特点
线粒体基质。
加入2C以2个CO2释放，参与反应的物质没减少。 消耗了两个水。
柠檬酸合酶
反应不可逆,第一个调节酶。
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构象改变
二聚体
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草酰乙酸
乙酰-CoA
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②异柠檬酸的生成：两步均为可逆反应
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③ 异柠檬酸被氧化脱羧生成α-酮戊二酸