生物化学课件——糖代谢

C=O + NADH + H+
CH3 Pyr
CHOH + NAD+
CH3 Lac
在前面反应的甘油醛-3-磷酸脱氢时,NAD+被还原成 NADH+H+；在此反应中，NADH+H+重新被氧化，以保 证辅酶的周转；即在无氧条件下，NAD+的再生是由 LDH催化丙酮酸转变成乳酸的反应来完成的；乳酸 是EMP途径的最终产物。
3.2
高能磷酸基团的转移
+ ATP
+ ADP
1,3-BPG
3-PG
高能磷酸化合物1，3-BPG在磷酸甘油酸激酶作用 下，通过底物水平磷酸化转变为ATP；因为每1mol 己糖代谢后生成2mol丙糖，所以在这个反应及随后 的放能反应中有2倍ATP产生
3.3
3-磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸
3-PG
2-PG
（三）EMP途径的生化历程—2个阶段
EMP途径的2个阶段
葡萄糖 丙酮酸
己糖 激酶
耗能阶段
产能阶段
耗能阶段
1. 己糖磷酸酯的生成（G →F-1,6-2P ）
2. 磷酸丙糖的生成（F-1,6-2P →2GAP） P
ATP ATP
1. 己糖磷酸酯的生成（G →F-1,6-2P ）
ADP
1.1 葡萄糖磷酸化
二氢硫辛酸脱氢酶（E3）
FAD、NAD+
12
此外，还需要CoA、Mg2+作为辅因子
丙酮酸脱 氢酶
二氢硫辛 酸脱氢酶
二氢硫辛 酸乙酰转 移酶
糖的无氧氧化与有氧氧化的关系
线粒体内膜 三羧酸循环 乙酰辅酶A CO2+H2O
葡萄糖 （或糖原、淀粉）
丙酮酸
细胞液
乳酸
线粒体基质
柠檬酸循环——有氧氧化 Ⅰ.TCA概念与反应过程 Ⅱ.TCA作用特点、意义与调控 Ⅲ.TCA作用的能量计算
产 能 阶 段
CHO
③. 丙酮酸的生成。（2GAP →2Pyr）
3.1 NAD+ 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸 COO～ P
CHOH+
CH2OP
+Pi
CHOH CH2OP
H+H+ +NADH
3-磷酸甘油醛 GAP
1，3-二磷酸甘油酸 1,3-BPG
GAP的氧化是EMP中唯一一次遇到的氧化作用，生物 体通过此反应可以获得能量，GAP的醛基氧化为羧基时， 同时进行脱氢和磷酸化作用，并引起分子内部能量重新 分配，生成高能磷酸化合物1,3-BPG ，脱下的氢为 NAD+ 接受。甘油醛-3-磷酸脱氢酶的作用是负协同效应
H2O
草酰乙酸 再生阶段
延胡索酸
氧化脱 羧阶段
－酮戊二酸
FADH2
NAD+
琥珀酸
FAD
GTP
琥珀酰CoA
NADH +CO 2
TCA第一阶段：柠檬酸生成
O
CH3-C-SCoA
CoASH
柠檬酸合成酶 草酰乙酸
乌头酸酶 H2 O
H2 O
（1）缩
合
反
应
乙酰CoA和草酰乙酸缩合然后再水解成一分子柠檬酸
O C—COOH 柠檬酸 合酶 合成酶 CH3 —C～SCoA+ CH2COOHH O
2
O
CH2COOH
HO C—COOH — HSCoA CH2COOH
柠檬酸
乙酰CoA
草酰乙酸
柠檬酸合酶是TCA关键的第一个限速酶。其活性受ATP、 NADH、琥珀酰CoA的抑制；草酰乙酸和乙酰CoA的浓度 较高时，可激活该酶的活性。氟乙酸——氟乙酰CoA—— 草酰乙酸——氟柠檬酸——杀虫剂
果糖-1,6-二磷酸
GAP
2.2
丙糖磷酸的同分异构化
相当于果糖-1,6-二磷酸裂解 为两分子的甘油醛-3-磷酸。
• 在丙糖磷酸异构酶的催化作用下,2个三碳化合 物之间有同分异构的互变;在正常进行的酶解 系统里,易向生成GAP的方向转移.只有转变成 GAP才能进入糖酵解途径。 • 丙糖磷酸异构酶的催化反应是极其迅速的，只 要酶与底物分子一旦相互碰撞，反应就即刻完 成，因此任何加速丙糖磷酸异构酶催化效率的 措施都不能再提高它的反应速度；又由于 DHAP和GAP互变异构极其迅速，因此这两种 物质总是维持在反应的平衡状态。
烯醇化酶
磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸
-
酸 酮 丙
-
丙酮酸激酶
烯醇式丙酮酸
2ADP 2ATP
Ⅱ.糖酵解（EMP）的调控
• EMP途径中反应速度主要受过程中催化不 可逆反应的3种酶活性的调控 • ①果糖磷酸激酶是最关键的限速酶： • 果糖-6-磷酸 果糖-1，6-二磷酸 • ②己糖/葡糖激酶活性的调控： • 葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 • ③丙酮酸激酶活性的调控： • 烯醇丙酮酸磷酸 丙酮酸
+
HSCoA H
CO2
CH2
CO～SCoA
COO H O CCOOH
α-酮戊二酸脱氢酶复合体 CH2
α-酮戊二酸
琥珀酰CoA
α -酮戊二酸脱氢酶（复合体）系是TCA 途径中的第三个限速酶，需TPP、硫辛 酸、FAD、Mg2+参加，与丙酮酸脱氢酶系 相似； 此反应不可逆，氧化释放的能量既可驱 使NAD+还原，又可产生高能化合物琥 珀酰辅酶A，是TCA途径中的第二次氧 化脱羧，又产生NADH和CO2；
O CHCOOH α-酮戊二酸
H 异柠檬酸
异柠檬酸脱氢酶是第二个限速酶,这是三羧酸循环 的第一次氧化脱羧反应，产生NADH和CO2。此次 反应是TCA的一分界点，在此之前都是三羧酸的 转化，在此之后则是二羧酸的转化。
（4）α-酮戊二酸氧化脱羧反应
CH2COOH CH2
COOH
NAD+ NADH+H H H+
H2O3PO CH2 O 磷酸己糖异构酶 H
F-6-P
CH2OH OH OH OH H 6-磷酸果糖 ATP
CH2OPO3H2 H O H OH H OH OH H OH 6 －磷酸葡萄糖 ADP
己糖激酶 HO
己糖磷酸异构酶（磷酸葡萄糖异构酶） 磷酸果糖激酶 Mg Mg 有绝对的底物专一性和立体专一性。 己糖磷酸激酶
CO2
异柠檬酸脱氢酶
琥珀酸 硫激酶
GDP＋Pi
GTP
CoASH
（3）异柠檬酸氧化生成α-酮戊二酸
CH2COOH HCCOOH
异柠檬酸脱氢酶
NAD+
NADH+H H H+
CH2COOH COO CHCOOH
CO2
CH2COOH CH2
异柠檬酸脱氢酶
HO HO CHCOOH
O CHCOOH 草酰琥珀酸

二、糖的分解代谢
糖代谢为生物体提供重要的碳源和能源，糖 的分解代谢是生物体的取能方式，实质上是 糖的氧化作用
糖酵解作用——无氧降解 Ⅰ.糖酵解概念与反应过程 Ⅱ.糖酵解作用的调控 Ⅲ.糖酵解作用的能量计算
Ⅰ.糖酵解作用(glycolysis)（Embden Meyerhof Parnas EMP）概念与反应过程 （一）概念：在无氧的条件下，葡萄糖或 糖原分解成丙酮酸，并释放少量能量的 过程称为糖的无氧分解。这一过程与酵 母菌使糖发酵的过程相似，又称为糖酵 解，简称EMP途径。 （二）反应部位：细胞液（胞浆）
葡萄糖G
葡萄糖-6-磷酸G-6-P
己糖/葡萄糖激酶是EMP途径中第一个调节酶，催化第一个ATP 磷酸化反应基本上是不可逆的；这就保证了进入细胞内的G可立 即被转化为磷酸化形式；不但为G随后的裂解活化了G分子，还 保证了G分子一旦进入细胞就有效地被捕获，不会再透出胞外。
1.2
己糖磷酸异构化G-6-P
柠檬酸/三羧酸循环:反应从乙酰 辅酶A与草酰乙酸缩合成含有三 个羧基的柠檬酸开始，所以称为
柠檬酸循环，又称为TCA循环或
Krebs循环
O CH3-C-SCoA
CoASH
柠檬酸/ 三羧酸循 环TCA
柠檬酸
NADH
草酰乙酸
NAD+
柠檬酸的 生成阶段
顺乌头酸
苹果酸
异柠檬酸
NAD+
NADH +CO2
（2）柠檬酸异构化为异柠檬酸
CH2COOH
H2 O
CHCOOH
H2 O 乌头酸酶
CH2COOH H CHCOOH CH2COOH 异柠檬酸
HO—C—COOH C—COOH 乌头酸酶 — H CHCOOH CHCOOH 柠檬酸 顺乌头酸
HO
TCA第二阶段：氧化脱羧
NAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+ CO2 －酮戊二酸 脱氢酶
3.4
磷酸烯醇式丙酮酸的生成
~
2-PG PEP
烯醇化酶催化2-PG在第二和第三碳原子上脱下一分 子水；在脱水的化学反应中，2-PG分子内部的能量 重新分配，产生了高能磷酸化合物——烯醇丙酮酸 磷酸（PEP）
3.5
丙酮酸的生成
ATP
~
ADP
在丙酮酸激酶催化下，将PEP的C2上的磷酰基团转移到 ADP上形成ATP——底物水平磷酸化；且此反应是不可 逆反应，是调节糖酵解过程的另一重要步骤；所以，丙 酮酸激酶是EMP途径中的另一个调节限速酶。
1mol葡萄糖/糖原经无氧酵解成2mol丙酮酸，产生？molATP
1mol葡萄糖 /糖原经有氧酵解成2mol丙酮酸，产生？molATP
丙酮酸的去路
糖酵解途径
葡萄糖
（有氧或无氧）
（无氧）
丙酮酸
乳酸
乙醇
胞液
（有氧） 乙酰 CoA 线粒体
三羧酸 柠檬酸 /三 循环 羧酸循环
生成乳酸
COOH
乳酸脱氢酶
COOH
生物小分子合成为 生物大分子
合成代谢 （同化作用） 新陈代谢
需要能量 能量 代谢 释放能量 分解代谢 （异化作用） 生物大分子分解为 生物小分子 物质代谢
一、糖代谢总论
糖代谢包括分解代谢和合成代谢。 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖 的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产 物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如 氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链 骨架 植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳 和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用 将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物）， 是自然界规模最大的一种能量转换过程
ADP
1.3
1,6-二磷酸果糖的生成
ATP
P
ADP
果糖磷酸激酶是EMP中第二个关键酶,并且是最关 键的限速酶，催化此途径中的第二个ATP磷酸化反 应；反应不可逆；此步反应是酵解中的关键步骤； 糖酵解速度决定于此酶的活性
葡 萄 己糖激酶 － 6 糖 ATP ADP － 磷 酸
葡 萄 糖
磷酸己糖 异 构 酶
Ⅲ.
总反应式:
糖酵解的能量计算
G+2NAD+2ADP+2Pi 2丙酮酸+2NADH+2H +2ATP +2H2O
整个过程无氧参加；三个调速酶；一次脱氢，辅 酶为NAD＋，生成NADH＋H＋
EMP途径中能量计 从葡萄糖开始净生成2分子ATP 算：见p80表22-1 从糖原开始净生成3分子ATP
一、糖代谢总论 二、糖的分解代谢 （1）糖酵解作用 （2）丙酮酸去路 （3）柠檬酸循环 （4）戊糖磷酸途径 （5）葡糖异生作用 （6）乙醛酸途径
糖代谢
三、葡聚糖（糖原、 淀粉）的代谢 （1）糖原的降解 （2）糖原的生物合成 （3）淀粉的水解 （4）淀粉的生 物合成
新陈代谢的概念:生物体与外界环境进行物 质交换和能量交换的全过程.
糖的无氧降解及 厌氧发酵总图
生成乙醇
COOH
丙酮酸脱羧酶
C=O
CH3 CHO CH3 + NADH + H+
CHO CH3
+ CO2
乙醇脱氢酶
CH2OH + NAD+ CH3
丙酮酸的氧化脱羧—乙酰CoA的生成
糖酵解生成的Pyr可穿过线粒体膜进入线粒体基 质，在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅 酶A。
细胞呼吸最早释放的CO2
丙酮酸脱氢酶复合体:位于线粒体内 膜上，原核细胞则在胞液中 丙酮酸脱氢酶复合体包括3种酶和6 种辅因子
E.coli丙酮酸脱氢酶系/复合体： 分子量：4.5×106，直径45nm，比核糖体稍大。
酶
丙酮酸脱氢酶（E1）
辅酶
TPP
每个复合物亚基数
24 24
二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2） 硫辛酸、CoA
本章简介
掌握内容讲授 要点回顾 本章习题
本章主要介绍生物体内糖的新陈 代谢——分解代谢和合成代谢， 伴随物质代谢进行能量代谢。重 点掌握糖的主要分解代谢途径— —糖酵解、三羧酸循环、葡糖异 生作用；重点掌握糖原的降解与 生物合成；重点掌握糖代谢中的 调节酶。了解戊糖磷酸途径、乙 醛酸循环。
第八章
自发反应
Pyr 烯醇丙酮酸极不稳定,很容易自动变为 比较稳定的丙酮酸,且不需酶催化.
1 3 3 磷 磷酸甘油 二 酸 酸脱氢 酶 磷 甘 酸 NAD +Pi 油 NADH+H+甘 醛 油 酸
+
,
3 磷酸甘油 磷 酸 激 酶 酸 甘 2ADP 2ATP 油 酸 -
磷酸甘油 酸变位酶
2 磷 酸 甘 油 酸
果 糖 －果糖磷酸激酶 磷酸果糖激酶 6 ATP ADP － 磷 酸
果 糖
－
磷酸果糖源自文库变 位 酶
磷酸化酶
1 6 － 二 磷 酸
,
糖 原
葡萄糖-1-磷酸
②. 磷酸丙糖的生成。（F-1,6-2P →2GAP）
CH2O P
H C HO CH H COH O
2.1
果糖-1,6-二磷酸的裂解
HO
C
CH2O P 磷酸二羟丙酮 DHAP 3-磷酸甘油醛