碳水化合物代谢

1 C| H2OH C＝O 2| HO－C－H 3| H－4 C| －OH H－5 C－OH | 6CH2OH
→→HOHH－－ －124356CCCCCC||||| ＝－HH－ －22OHOOOOHHPPOOa33l22d-- olaseDihyp321dCCCh||rHHoo=xsO22pyOOahHPcaeOtetpio3sh2onto-mresiopeGsrhaelaystceeeHHHHra－－－－l12d345CCCC||eC|| h－ H＝－＝y2dOOOOOeHPH3O-p3h2－osphate
H
O
1C
| H－2C－OH
H
N
|
3CH2OPO32－
CH2 N
His-95
④
O
O
CH
|H
CH2 H2C
|
Glu-165
O－
1C ||
H －
N
2C－OH
|
3CH2OPO32－
CH2 N
Enediolate intermediate
The fate of the individual carbon atoms of a molecule of glucose
CH2 N
Enediolate intermediate
丙糖磷酸异构酶
His-95
②
催化机制
O
OH
C
H
|
CH2 H2C
|
Glu-165
O
CH2
1C
H
|| －
:N－ N:
2C－OH
|
3CH2OPO32－
③
Enediol intermediate
His-95
O
O－
C | CH2 H2C | Glu-165
③ 砷酸盐与磷酸结构相似，替代磷酸形成1-砷酸-3-磷酸甘油
酸，进一步水解为3-磷酸甘油酸，无法形成形成高能磷酸
键——解偶联剂。
O＝C－OAsO32－ |
H－C－OH
| CH2OPO32－
1-砷酸-3-磷酸甘油酸
（七）高能磷酸基团的转移 Transfer of Phosphate from 1,3- BPG to ADP
Fructose
Fructose-
6CH2OPO32－
1,6-biphosphate
Glyceraldehyde 3-phosphate
五、糖酵解第二阶段——放能阶段的反应机制
葡萄糖 2ADP 2NAD 2Pi
放能阶段-产生ATP和NADH
2丙酮酸 2 ATP 2NADH 2H 2H2O
2-O3POCH2 O OH
ATP
ADP
2-O3POCH2 O OH
H H HO CH2OH 6-磷酸果糖激酶-1
OH H
6-磷酸果糖
F-6-P
H H HO CH2OPO32-
OH H
1,6-二磷酸果糖 F-1,6-BP
磷酸果糖激酶-1 ① ATP抑制 ATP既是底物又是变构抑制剂。怎么实现？结合
部位不同。 ② AMP去除ATP抑制作用 通过 AMP/ATP 比值调节酶活性. ③ [H+]过高抑制酶活性 避免酸中毒。
CH2OH
| H－C－OH
| H－C－OH
H H HO OH
| H－C－OH
|
| H－C－OH
|
OH H
CH2OPO32-
CH2OPO32-
Glucose 6-phosphate Fructose 6-phosphate
6-磷酸果糖
(open-chain form)
(open-chain form)
F-6-P
① 磷酸葡萄糖异构酶（磷酸果糖异构酶）异构时开环。 ② 可逆反应 ③ 使羰基从C1位转移到C2位上，C1位上-OH游离，为第
二次磷酸化打基础
磷酸己糖异构酶催化机制
（三）F6P形成果糖-1,6-二磷酸 Phosphorylation of F6P to Fructose-1,6-Bisphosphate
（一）葡萄糖的磷酸化 Phosphorylation of Glucose
‥ HOCH2
H
OH
ATP
ADP
2-O3POCH2
H
OH
OH H
HO
OH
Mg2+
OH H
HO
OH
H OH
己糖激酶
H OH
葡萄糖 G
6-磷酸葡萄糖 G-6-P
己糖激酶：
（1）专一性不强 (mannose/fructose) （2）受产物葡萄糖-6-磷酸和ADP抑制（变构抑制剂）
甘油醛-3-磷酸
NAD++Pi NADH
(6)甘油醛-3-磷酸脱氢酶 G 0.4kcal / mol 氧化磷酸化 不可逆
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
(7)磷酸甘油酸激酶 G 0.3kcal / mol 产能 可逆
3-磷酸甘油酸
(8)磷酸甘油酸变位酶 G 0.2kcal / mol 异构 可逆 2-磷酸甘油酸
6 2 Pi
甘油醛-3-磷酸
9
磷酸烯醇式丙酮酸 2H2O
7
8
1,3-二磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
四、糖酵解第一阶段的反应机制
葡萄糖 2ADP 2NAD 2Pi
准备阶段-消耗ATP
2丙酮酸 2 ATP 2NADH 2H 2H2O
葡萄糖 ATP (1) 己糖激酶G 7.5 kcal / mol 活化 不可逆
葡萄糖-6-磷酸 (2) 磷酸葡萄糖异构酶 G 0.6 kcal / mol 异构 可逆
果糖-6-磷酸
ATP (3) 磷酸果糖激酶 G 5.0 kcal / mol 二次活化 不可逆
1,6-二磷酸果糖
(4) 醛缩酶G 0.3kcal / mol 裂解 可逆
甘油醛-3-磷酸
二羟丙酮磷酸
(5) 丙糖磷酸异构酶G 0.6kcal / mol 异构 可逆
Fructose 1,6-bisphosphate is the aldol substrate.
Aldolases have an electron-withdrawing group (－X) that polarizes
the C-2 carbonyl group of the substrate. One class of aldolase (from
CH2OPO32| C＝O | CH2OH
磷酸二羟丙酮
丙糖磷酸异构酶
H－C＝O |
H－C－OH | CH2OPO32－
甘油醛-3-磷酸
① 丙糖磷酸异构酶 8股β折叠链环抱成核心; 每条β折叠外围有α螺 旋; 由无规卷曲相连.
② 生理状况下磷酸甘油醛不断被消耗, 磷酸二羟丙酮不断地被异构 化. 该反应平衡点时:
plants and animals) uses the amino group of a lysine residue at the
active site, and the other (from fungi, algae, and some microorganisms)
uses Zn2+ for this purpose.
二、糖酵解过程概述
1、碳骨架的变化：
6 C糖(葡萄糖 ) 2个3 C糖(丙酮酸) 2、能量的变化
2 乳酸（酵解）
2 乙醇 ＋2 CO2 （发酵）
4ATP(总) 2ATP(消耗) 2ATP(净)
3、糖酵解中间产物都是磷酸化合物
（1）带有极性，不易随便出入细胞 （2）被酶识别，与酶结合 （3）传递能量，保存能量
A basic residue (designated －B: ) removes a proton from the C-4
hydroxyl group of the substrate.
C| H2OPO32-
C＝O X－
| HO－C－H
|
H－C－O－H :B－－
| H－C－OH
| CH2OPO32-
by radioisotopic tracer studies. ① Carbons 1,2, and 3 of one glyceraldehyde 3-phosphate are derived from carbons 4, 5, and 6 of glucose ② Carbons 1, 2, and 3 of the second glyceraldehyde 3phosphate (converted from dihydroxyacetone phosphate) originate as carbons 3, 2, and 1 of glucose.
ADP ATP
3-磷酸甘油醛
① 该反应 在标准状况下是吸能反应
在生理条件下是放能反应，两个三碳糖不断被消耗
② 高等植物组织, 脊椎动物组织的醛缩酶不需要二价离子—— Aldolase-Ⅰ type
③ 许多微生物的(细菌、酵母、真菌及藻类)醛缩酶含Zn2+—— Aldolase-Ⅱ type
Mechanism of aldol醇醛 cleavage catalyzed by aldolases
CH2OPO32|
C－O－ X－
|| H－C－OH
H－B－
H－C＝O |
H－C－OH | ຫໍສະໝຸດ BaiduH2OPO32－
Glyceraldehyde
CH2OPO32| C=O | CH2OH
Dihydroxyacetone
phosphate
X－
:B－－
3-phosphate
（五） 两个磷酸丙糖的互变 Interconversion of the Triose Phosphates
引起的
Eduard Buchner
1897 榨酵母汁 蔗糖 Hans Buchner 和 Edward Buchner
发酵并不需要整个完 整细胞参与
Otto Fritz Meyerhof
Embden, Meyerhof, Parnas 等人贡献最多, 故糖酵解过程也叫
Embden-MeyerhofParnas途径, 简称 EMP途径.
三、糖酵解和酒精发酵的全过程图解
ATP
1
ADP
2
乳酸
葡萄糖
葡萄糖-6-P
12 2 H＋
丙酮酸 13
11 2 CO2
H
14 2 H＋
CH2OH | CH3
乙醇
2 NAD＋
CHO | CH3
乙醛
2 NADH＋H＋
烯醇式丙酮酸 10
2ATP
2ADP
果糖-6-P 3
ATP ADP
果糖-1,6-二磷酸
4
5 二羟丙酮磷酸
(9) 烯醇化酶 G 0.8kcal / mol 脱水 可逆
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP (10) 丙酮酸激酶G 4.0kcal / mol 产能 不可逆 ATP
丙酮酸
（六）甘油醛-3-磷酸的氧化
Oxidation of Glyceraldehyde-3-Phosphate to 1,3-Bisphosphoglycerate
（四）F-1,6-BP裂解 Cleavage of Fructose-1,6-Bisphosphate
C| H2OPO32-
C＝O | HO－C－H
醛缩酶
CH2OPO32| C＝O
| H－C－OH
|
|
+
CH2OH
H－C－OH
| CH2OPO32-
磷酸二羟丙酮
H－C＝O |
H－C－OH | CH2OPO32－
Carbohydrate Metabolism 2
Glycolysis
To teach is not to fill a vase but to light a fire
一 、糖酵解的研究历史 解释发酵现象的人 发现酵解本质的人 贡献最多的人
1822-1895
Louis Paster 发酵是由微生物
葡萄糖激酶（肝脏）：
（1）只作用于葡萄糖 （2）对葡萄糖的Km较大（与己糖激酶相比）
[葡萄糖] 较高时作用，G6P促进糖原合成 （3）不受产物葡萄糖-6-磷酸的抑制
意义： 活化葡萄糖；磷
酸化后葡萄糖无 法出细胞。 是细胞的保糖机 制。
葡萄糖与已糖激酶结合时的构象变化
结合前
结合后
（二）G-6-P异构化成果糖-6-磷酸
Conversion of Glucose-6-Phosphate to Fructose-6-Phosphate
2-O3POCH2
H
OH HO
H
OH
H OH
OH
6-磷酸葡萄糖 G-6-P
H－C＝O
CH2OH
| H－C－OH.
|
磷酸己糖 异构酶
HO－C－H
| C＝. O | HO－C－H
2-O3POCH2 O
K
[甘油醛 3 磷酸] [磷酸二羟丙酮]
4.74 102
His-95
His-95
O
O－
H
C | CH2 H2C | Glu-165
H | OH
1C
|
HN
2C＝O
|
3CH2OPO32－
CH2 N
①
O
OH
C
H
|
CH2 H2C
|
Glu-165
OH 1C || － H N 2C－O
| 3CH2OPO32－
H－C＝O
NAD+ + Pi
NADH + H+
|
H－C－OH
| CH2OPO32－
甘油醛-3-磷酸脱氢酶
3-磷酸甘油醛
O＝C－OPO32－ |
H－C－OH | CH2OPO32－
1,3-二磷酸甘油酸
① 甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化机制。
② 甘油醛-3-磷酸脱氢酶活性中心含游离-SH，碘乙酸会抑制 该酶的活性——不可逆。