糖酵解和柠檬酸循环
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构象改变
二聚体
草酰乙酸
乙酰-CoA
②异柠檬酸的生成:两步均为可逆反应
③ 异柠檬酸被氧化脱羧生成α-酮戊二酸
反应不可逆,第二个调节酶。 第一个氧化脱羧
④α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA
反应不可逆 第二个氧化脱羧
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)
1
2
磷酸葡萄糖异 构酶
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。
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 1 2
4 5
6
3
6
A ketone
An aldehyde 4 5 6
1 2
3
⑸ 磷酸二羟丙酮异构成3-磷酸甘油醛
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
糖酵解途径
ADP ATP
ADP ATP
1.3 丙酮 酸的去路
① 生成乙酰辅酶A
有氧时
② 生成乳酸
反应过程
1.脱羧,生成羟乙基TPP,由E1催化。
丙酮酸脱氢酶
羟乙基-TPP
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 乙酰转移酶
E2
Mg2+ 乙酰辅酶A
4.氧化硫辛酰胺,生成FADH2。由E3催化。
⑦延胡索酸生成L-苹果酸
反式加成,生成L型苹果酸。
⑧ L-苹果酸生成草酰乙酸
wk.baidu.com
第四个氧化还原反应
柠檬酸循环
柠檬酸合酶
三羧酸循环的总反应式
CH3COSCoA+3NAD +FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+CoASH
+
2.1.4 柠檬酸循环的特点
α-酮戊二酸脱氢酶 抑制: NADH ,琥珀酰CoA 激活: Ca2+
柠檬酸合酶
异柠檬酸脱氢酶
α-酮戊二酸脱氢酶
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
两用代谢途径
代谢枢纽
回补反应: 酶催化的补充TCA循环中间代谢物的供给的 反应。
厌氧菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时性缺氧等。
糖酵解中NAD+的再生
③ 生成乙醇 酵母细胞
脱羧,辅酶:焦磷酸硫胺素(TPP) 脱氢,NADH
TPP(硫胺素焦磷酸)
•含硫的噻唑环和含氨基的嘧啶环。
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:
1 2 3 1 2 3
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 4 5
6 1 2 3 4 5 6
1 2 3
1 2 3
原来葡萄糖的3,4位 2, 5位 1, 6位
3-磷酸甘油醛的1位 2位 3位
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)
辅酶NAD+
从丙酮酸开始 2.5+10=12.5ATP 从葡萄糖开始 7ATP(or 5ATP)+ 12.5ATP×2=32ATP(or 30ATP)
2.2能量计算- 葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量
1 ATP
细胞液
1 ATP NADH 1.5或2.5 1 ATP 1 ATP NADH 2.5 +5 +3 或5
果糖2,6-二磷酸
果糖6-磷酸
果糖1,6-二磷酸
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
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。
④果糖2,6-二磷酸 别构激活剂,增加对底物 的亲和力。
6C 3C
线粒体
2×
NADH 2.5
NADH 2.5
+5
+5 +3
线粒体
1 GTP(ATP) FADH2 1.5
NADH 2.5
30或32 1.5或2.5
+5
P107
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+
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+
反应过程
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。
3-磷酸甘油醛脱氢酶作用机理
磷酸解作用
高能中间产物
P75
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
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。
尽管O2没有直接参与柠檬酸循环,但没有O2
的存在,柠檬酸循环就不能进行,为什么?
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。
柠檬酸合酶
① 柠檬酸的合成
柠檬酸合酶
反应不可逆,第一个调节酶。
大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成
缩写 E1
E2 E3
丙酮酸脱氢酶 二氢硫辛酰胺 乙酰转移酶 二氢硫辛酰胺 脱氢酶
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
4个亚基
二氢硫辛酸转乙酰酶:24个亚基(3个8聚体)(Science,1992)
F-6-P
PFK2
果糖-2,6-二磷酸酶
F-2,6-2P
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
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。
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。
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) 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。
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。 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。
从乙酰CoA开始
(7) (4),(6),(10) (8)
GTP 3NADH 1FADH2
1ATP 3×2.5ATP 1.5ATP 10ATP
NADH要进入线粒体经过甘油磷酸穿梭系统 , 共产生5个ATP。
1.4 糖酵解的调控
三个不可逆反应:
己糖激酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶
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。
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。
⑻ 3-磷酸甘油酸变成2-磷酸甘油酸
需Mg2+参加。
2,3-bisphosphoglycerate: both a coenzyme and an intermediate
⑼ 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
⑽ PEP转变成丙酮酸
第二个底物水平磷酸化 第三个限速步骤,不可逆
实施阶段(The payoff phase of glycolysis)
ADP ATP
ADP ATP
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。
已糖激酶I、II、III
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+
⑤琥珀酰CoA→琥珀酸
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
⑥琥珀酸氧化成延胡索酸
反丁烯二酸 第三个氧化还原反应 丙二酸是很强的竞争性抑制剂
名词解释
糖酵解(glycolysis)
柠檬酸循环(citrate cycle,
三羧酸循环tricarboxylic acid cycle,TCA循环, Krebs循环)
底物水平磷酸化(substrate
level phosphorylation)
作业题
下册90页: 112页:
2 2,3
思考题
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
3 乙醛酸循环
存在于植物和微 生物中。
P159
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
2乙酰CoA+NAD++2H2O →琥珀酸+2CoASH+NADH+2H+
由英国生化学家Hans Krebs发现
柠檬酸合酶
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
丙酮酸脱氢酶复合体的组成:
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+
第22-23章
糖酵解和柠檬酸循环
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。
糖酵解途径
ADP ATP
动画
ADP ATP
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 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+。
准备阶段(The preparatory phase of glycolysis)
分布 底物 对G的亲和力 不同组织 G、F等 Km低,亲和力高
葡萄糖激酶
肝脏 G Km高,亲和力低
抑制 用途
受G-6-P抑制 主要用于糖的分解
不受G-6-P抑制 主要用于糖的合成
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。
葡萄糖
诱导契合
⑵由6-磷酸葡萄糖异构化成6-磷酸果糖(F-6-P)