生物化学第八章碳水化合物的合成与分解

TCAC的反应步骤3
5. 琥珀酰辅酶A水解，形成琥珀酸，同时产 生能量，是底物水平磷酸化产生能量；
6. 琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸，使FAD变 成FADH2；
TCAC的反应步骤4
7. 延胡索酸加水生成苹 果酸； 8. 苹果酸氧化脱氢，转 变成OAA，将NAD+ 变成NADH+H+； OAA重新进入循环。
丙酮酸的进一步代谢
1. 生成乙醇：PA→乙醛→乙醇（需要还原 力参与）； 2. 生成乳酸：由葡萄糖转化生成乳酸的过程 叫做乳酸发酵PA →乳酸（需要还原力参 与）； 3. 转化成乙酰辅酶A：PA+CoA-SH →乙酰 CoA+CO2（生成还原力）
糖酵解的旁路
糖酵解旁路的原理是通过2，3-二磷酸甘油 酸参与反应，然后转变为3-磷酸甘油酸。 1,3-二磷酸苷油酸 二磷酸苷油酸变位酶 2,3-二磷酸苷 油酸 2,3-二磷酸苷油酸二磷酸苷油酸磷酸酶3-磷酸苷油 酸+磷酸
反应的全过程
•
• ① ② ③ ④ ⑤
糖酵解反应的总反应式：G+2Pi+2ADP+2NAD+→2 丙酮酸+2ATP +2NADH+2H++2H2O 糖酵解需要注意的地方： 关键步骤，1，3，6，7，10步是关键； 限速步骤和可调控步骤； 可限制酶的一些特殊抑制剂和激活剂； ATP生成量和还原力产生量。 反应图
以上3步可以成功逆转后，糖异生作用可以完成。在动 物饥饿的时候，氨基酸等物质可以通过糖异生过程生成糖， 维持正常生理过程。
第三节

三羧酸循环
三羧酸循环，也叫做Krebs循环或者柠檬酸循 环，是因为三羧酸循环代谢环中有几个代谢产 物具有3个羧基，尤其是柠檬酸，故而得名， 英文缩写为TCAC。 一． 丙酮酸的氧化脱羧 二． 三羧酸循环（TCAC） 三． TCAC的化学计量 四． TCAC的生物学功能 五． TCAC的调节机制 六． TCAC中OAA的补充来源
第六章 碳水化合物的合成与分解
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第七节 糖的合成和分解 糖酵解 三羧酸循环 乙醛酸循环 磷酸戊糖循环 小结
第一节
糖的合成和分解
Leabharlann Baidu
一．活化形式的单糖 二．光合作用将二氧化碳同化成糖 三．蔗糖的形成与降解 四．淀粉的合成与降解 五．糖原的合成与降解（自己看书理解）
活化形式的单糖
还原力产生的效果图
CO2产生的效果图
TCAC的生物学功能
1. 2. 氧化底物合成ATP：真核细胞和原核细胞中葡萄糖完全氧化生成 的ATP数量不同，前者为36个，后者为38个。 通过三羧酸循环，可以把细胞内的生物大分子有机的结合起来。 一方面此循环的中间产物如草酰乙酸、α-酮戊二酸、丙酮酸、乙 酰CoA等是合成糖、氨基酸、脂肪等的原料。另一方面该循环是 糖、蛋白质和脂肪彻底氧化分解的共同途径：蛋白质水解的产物 如谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸等脱氨后或转氨后的碳架要通过三 羧酸循环才能被彻底氧化；脂肪分解后的产物脂肪酸经β-氧化后 生成乙酰CoA以及甘油，也要经过三羧酸循环而被彻底氧化。因 此三羧酸循环是联系三大类物质代谢的枢纽。 TCAC释放的CO2有2个去处，一种是直接释放，另一种是被生物 利用。 生物获得能量的三个阶段
TCAC的反应步骤1
1. 乙酰辅酶A与OAA反应，生成柠檬酸；
2. 柠檬酸分子重排，生成异柠檬酸；
TCAC的反应步骤2
3. 异柠檬酸脱氢脱羧生成α-酮戊二酸，是呼 吸作用的第二个CO2的生成部位；
4. α-酮戊二酸转变成琥珀酰辅酶A，同时生 成NADH和CO2，是呼吸作用中第三个 CO2生成部位；
糖酵解的过程
• 整个糖酵解过程分为10个步骤，每个反应 都有相应的酶参与，也有很多物质可以进 行调控。糖酵解的场所是细胞质，底物为 葡萄糖，产物为丙酮酸，需要的辅酶为 NADH，需要能量形式为ATP。 看糖酵解的反应过程 看糖酵解过程中的酶和影响因素 看反应的全过程 糖酵解的反应类型
1. 2. 3. 4.
光合作用的过程
• 光合作用包括2个过程：光反应和暗反应。 • 光反应：在类囊体膜上进行，利用日光使 水裂解，释放氧气，并能生成高能磷酸化 合物ATP和还原力NADPH。 • 暗反应：在基质中进行，利用光反应所生 成的ATP，将CO2还原成糖。
蔗糖的形成与降解
蔗糖合成过程中的3种酶： 1. 蔗糖磷酸化酶（只在微生物中发现）：反应过 程如下：G-1-P+F→蔗糖； 2. 蔗糖合成酶：普遍存在于高等植物中，反应过 程如下：UDPG+F →蔗糖+UDP，其特点是可 以利用不同的ADPG、CTPG、TDPG、GDPG 都可以合成蔗糖； 3. 磷酸蔗糖合成酶：催化的反应是将光合作用产 物转化为蔗糖，普遍存在于植物广和组织中。 蔗糖的水解：蔗糖+水→葡萄糖+果糖，是在蔗 糖酶的催化下进行
糖酵解的反应过程
1. 葡萄糖磷酸化 G+ATP→G-6-P+ADP 2. G-6-P异构化 G-6-P ←→F-6-P 3. F-6-P磷酸化 F-6-P+ATP→FDP+ADP 4. FDP断裂 5. 互变异构 6. G-3-P氧化 7. 生成ATP 9. 烯醇化 FDP ←→DHAP+G-3-P DHAP ←→G-3-P G-3-P+NAD+ ←→1’3’-DPG+NADH+H+ 1’3-DPG+ADP ←→3-PGA+ATP 2-PGA←→PEP
糖酵解示意图 共直接产生2个ATP、2个还原力
糖酵解反应的类型
• • • • • 磷酸转移 从ATP上转移到中间产物上； 磷酸移位 磷酰基在分子内部移位； 异构化 酮糖 醛糖 脱水 脱掉1分子水 醇醛断裂 碳-碳间键断裂，相当于醇醛缩 和的逆反应。
糖酵解的功能
糖酵解过程存在于所有生物中，是呼吸作 用的重要过程。整个糖酵解的功能包括2 个功能： 1. 通过糖酵解，可以把体内储存的糖类物质 氧化，释放能量，合成ATP。 2. 糖酵解过程可以形成很多中间产物，而这 些中间产物可以作为原料合成其他的生物 大分子。
TCAC循环图中代码的含义
（1）丙酮酸脱氢酶系（2）柠檬酸合成酶 （3）顺乌头酸酶（4）、（5）异柠檬酸脱 氢酶（6）α-酮戊二酸脱氢酶系（7）琥珀 酸硫激酶 （8）琥珀酸脱氢酶 （9）延 胡索酸酶 （10）苹果酸脱氢酶
TCAC的总反应式
从乙酰辅酶A开始的循环反应式为： 乙酰CoA ＋3NAD+ ＋FAD ＋ADP ＋Pi ＋2H2O → →2CO2 ＋3NADH ＋3H+ ＋ FADH2 ＋ATP ＋CoA-SH 从丙酮酸开始总反应式为： 丙酮酸 ＋ 4NAD+ ＋FAD ＋ADP ＋Pi ＋2H2O → →3CO2 ＋4NADH ＋4H+ ＋FADH2 ＋ATP ＋CoA-SH
第二节
•
糖酵解
糖酵解：由葡萄糖作为底物，经过一系列生化 反应，转变成丙酮酸，同时将其释放的能量合 成ATP的过程，使呼吸作用的一个重要过程。 也较EMP途径。 一． 糖酵解的过程 二． 糖酵解的功能 三． 丙酮酸的进一步代谢 四． 糖酵解的旁路 五． 其他糖进入糖酵解代谢的过程 六． 葡萄糖异生作用
TCAC的化学计量
1. 乙酰-CoA进入三羧酸循环后，两个碳原子被氧化成CO2离开循环； 2. 在整个循环中消耗了2分子水，1分子用于合成柠檬酸，另1分子用于 延胡索酸的水合作用。实际上在琥珀酰CoA硫激酶催化的反应中 GDP磷酸化所释放的水也用于高能硫酯键的水解。水的加入相当于 向中间物加入了氧原子，促进了还原性碳原子的氧化； 3. 在三羧酸循环过程四个氧化还原反应中各脱下1对氢原子，其中3对 氢原子交给NAD+，生成NADH＋H+，另1对氢原子交给FAD生成 FADH2，还原力产生的效果图； 4. 在琥珀酰CoA生成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成 1分子GTP （植物中为ATP 5. NADH＋H+和FADH2在电子传递链中被氧化，在线粒体中每个 NADH ＋H+产生3个ATP，每个FADH2产生2个ATP，再加上直接生成的1分 子GTP，1分子乙酰CoA通过三羧酸循环被氧化共产生12个ATP；而 广义的TCAC可以生成15个ATP； 6. 分子氧并不直接参与三羧酸循环，但三羧酸循环只能在有氧条件下才 能进行。
TCAC的催化酶
1. 柠檬酸合酶，不可逆的反应，是醛醇缩合反应， 氟 乙酸是竞争性抑制剂； 2. 异柠檬酸脱氢酶催化的反应， NAD+ 为辅酶，释放 CO2，分两步反应，还有一种是以NADP+ 为辅酶； 3. α-酮戊二酸脱氢酶系，3种酶，5步反应，生成 NADH+H+和CO2 ； 4. 琥珀酰辅酶A合成酶催化的反应，是底物水平磷酸 化产生能量的唯一一个过程； 5. 琥珀酸脱氢酶，以FAD为氢受体生成FADH2； 6. 苹果酸脱氢酶，以NAD+ 为氢受体生成NADH+H+。
ADPG焦磷酸化酶
光合作用将二氧化碳同化成糖
1. 光合作用 2. 光合作用的过程
光合作用
光合细胞捕获光能并将其转化为化学能的 过程，即绿色植物或者光合细菌利用光能 将二氧化碳转化成为有机化合物的过程就 是光合作用。 光合作用中氢供体常见的有3种：水、硫化 氢和乳酸，其中水是最常见的，高等植物 中水就是光合作用的氢供体。
2. 羟乙基被氧化形成乙醛基并发生转移；
丙酮酸氧化脱羧的步骤2
3. 转移乙酰基到辅酶A上，形成乙酰辅酶A；
4. 产生还原力FADH2； 5. 转移还原力到NADH+H+。
丙酮酸脱氢酶系催化的反应
三羧酸循环（TCAC）
TCAC是从乙酰辅酶A进入循环开始的，需 要8步反应，完成一个循环，并产生能量生 成ATP。 TCAC的反应步骤 TCAC的催化酶 TCAC的总循环图 TCAC的总反应式
• 在生物体内，单糖的活化形式是由单糖与二 磷酸核苷酸连接起来。 • 常见的活化形式单糖有：腺苷二磷酸葡萄糖 （ADPG）、尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG） 和尿苷二磷酸半乳糖（UDPGa）。 • 具体的形成过程
活化形式单糖形成过程
• 1-磷酸葡萄糖+ATP ADPG+ppi • 1-磷酸葡萄糖+UTP UDPG焦磷酸化酶 UDPG+ppi • UDPG+1磷酸半乳糖 UDPGa 磷酸半乳糖尿苷酰转移酶 +1磷酸葡萄糖
丙酮酸的氧化脱羧
• 丙酮酸的进一步氧化途径有3种，主要的是 进入TCAC进行完全氧化，在进入TCAC前 必须经过氧化脱羧形成乙酰辅酶A才能够进 入TCAC。 • 丙酮酸脱羧是在丙酮酸脱氢酶系的催化下 进行的。 • 全部的丙酮酸氧化脱羧分为5步，总反应式 为：
丙酮酸氧化脱羧的步骤1
1. TPP参与反应，将丙酮酸脱羧；本反应是 呼吸作用中二氧化碳第一个来源。
其他糖进入糖酵解代谢的过程
1. 乳糖和半乳糖：乳糖+水→半乳糖+葡萄糖，葡 萄糖直接进入糖酵解，半乳糖可以磷酸化后转 变成1磷酸葡萄糖，进入糖酵解途径； 2. 果糖：果糖可以直接磷酸化形成F-6-P或者F-1P，然后转化成3C化合物进入糖酵解途径； 3. 糖原和淀粉：经过磷酸化酶的催化下，逐个降 解下磷酸化的葡萄糖，进入糖酵解； 4. 甘露糖：磷酸化后分子重排，形成6磷酸果糖， 进入糖酵解过程。
葡萄糖异生作用
葡萄糖异生是指生物体利用非碳水化合物的前体， 经过代谢转变而生成葡萄糖的过程。基本上是以 糖酵解过程的逆转为主线，但是需要跨越3个不 可逆的反应过程。 1. 由PEP→PA的过程是不可逆的，如何完成？ PA+ATP+GTP+H2O→PEP+ADP+GDP+CO2 2. 由FDP到F-6-P的过程如何完成？ FDP+H2O →F-6-P+Pi； 3. 己糖激酶的跨越如何完成？ G-6-P+ H2O→G+磷酸
淀粉的合成与降解
直链淀粉的合成： ① 淀粉合成酶：普遍存在于微生物和植物中，是 淀粉合成的主要酶，需要有短的糖链作为基础； ② 淀粉磷酸化酶：分布广泛，也需要引子 ③ D酶：将短片段糖链连接到另外的糖链上的酶。 支链淀粉的合成：由Q酶催化 淀粉的水解：α-淀粉酶、β -淀粉酶，R酶、麦 芽糖酶、异麦芽糖酶等等。
8. 转移高能磷酸键 3-PGA →2-PGA
10. 丙酮酸生成 PEP+ADP →EPA+ATP
EPA →PA
糖酵解过程中的酶和影响因素
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 己糖激酶：催化G活化，镁离子是催化剂，本反应是消耗 ATP，ADP可以抑制反应，不可逆。 磷酸葡萄糖异构酶：此反应是可逆的。 磷酸果糖激酶：消耗ATP，反应不可逆，是典型的变构 酶，也叫做标兵酶和定步酶，限制了糖酵解的速度，高 浓度的ATP可以抑制该酶反应。 醛缩酶 磷酸丙糖异构酶：此反应的酶作用十分迅速。 3-磷酸甘油酸脱氢酶：这是形成高能磷酸键的一步，同时 生成还原力，碘乙酸和碘乙酰胺可以抑制酶活性。 磷酸甘油酸激酶：生成ATP的过程，镁离子是激活剂。 烯醇化酶： 丙酮酸激酶：本反应不可逆，通过底物水平磷酸化作用 合成ATP，丙氨酸对其有抑制作用，PEP、FDP是激活剂。 也是一个变构酶。