基础生化-2011第四章糖代谢.ppt
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1、代谢导论,一、代谢的基本概念 二、物质代谢和能量代谢 三、代谢的基本特征,四、代谢的研究方法,一、代谢的基本概念,(二)代谢途径 物质在细胞中的转变,通常由一系列酶促反应构成,各反应按照一定次序进行。,(一)代谢物 反应物、中间产物、产物统称代谢物。,P289,环状代谢途径,分支状代谢途径核苷酸的从头合成概况,5-磷酸核糖,PRPP,UMP,IMP,(三)3种代谢物质途径,1.分解代谢 2.合成代谢 3.不定向代谢(两用途径),奇数脂肪酸 Val Ile Met,G,脂肪酸,不定向代谢途径,返回,(四)酶的4种组织方式,1.分散存在 2.多酶复合体 3.与膜结合的多酶复合物 4.多功能酶,返回
2、,(一)物质代谢 1.分解代谢,二、物质代谢和能量代谢,(1)大分子转变为结构元件 (2)结构元件进一步降解为共同代谢中间物 (3)共同代谢中间物经共同代谢途径彻底氧化分解,(二)能量代谢 ATP 和NADPH,返回,2.合成代谢,条件温和 高度调控 代谢途径不可逆 4. 都有限速步骤 5. 各种生物基本代谢途径高度保守 6. 代谢途径高度分室化,三、代谢的基本特征,返回,1. 放射性同位素示踪 2. 代谢抑制剂 3. 代谢遗传缺陷型突变体 4. 基因操作,四、代谢的研究方法,第四章 糖代谢,第一节 概述 第二节 糖酵解 第三节 三羧酸循环 第四节 磷酸戊糖途径 第五节 糖异生 第六节 糖原的
3、合成和分解,第一节 概述,一、重要的单糖 二、糖的生理功能 三、糖代谢的概况,糖的概念,糖(carbohydrates)即碳水化合物,其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,一、重要的单糖,葡萄糖(glucose)结构,-D-葡萄糖,二、糖的生理功能,1. 提供能源(50-70%),构成细胞的成分 (蛋白聚糖、糖蛋白参与结缔组织、软骨构成,糖蛋白、糖脂参与生物膜),2. 提供碳源(aa、脂类、核苷酸),构成某些生物活性物质 多种糖蛋白是激素、酶、受体、抗体、血浆蛋白,葡萄糖的主要代谢途径,丙酮酸,乳酸,乙醇,乙酰 CoA,磷酸戊糖途径,糖酵解,(有氧),(无氧),(有氧或无氧),糖异
4、生,三、糖代谢概况(以G为中心),返回章,第二节 糖酵解,一、糖酵解定义 二、糖酵解过程 三、糖酵解要点 四、NADH和丙酮酸的去路 五、糖酵解的生物学意义 六、糖酵解的调控,一、糖酵解定义,糖酵解是生物界最为原始的获取能量的一种方式,在生物进化过程中,虽进化为在有氧条件下获取能量,但仍保留了这种原始方式。,一、糖酵解定义,糖酵解是第一个明确的代谢途径。 指将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应,是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof途径,简称途径。,返回节,EMP的化学历程,糖原(或淀粉),1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1
5、,6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,21,3-二磷酸甘油酸,23-磷酸甘油酸,22-磷酸甘油酸,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,第一阶段,第二阶段,第三阶段,葡萄糖,葡萄糖的磷酸化,磷酸己糖的裂解,丙酮酸和ATP的生成,二、糖酵解过程,P316,糖酵解途径(1) Phophorylation of Glucose,不可逆,糖酵解途径(2) Conversion of Glucose 6-Phosphate to Fructose 6-Phosphate,糖酵解途径(3) Phosphorylation of Fructose 6-Phosphate to Fructose 1,6-Bis
6、phosphate,不可逆反应 酶的催化效率很低,糖酵解途径(3) F-6-P形成果糖-1,6-二磷酸,One subunit of the tetrameric phosphofructokinase-1 (PFK-1),Regulatory ATP,糖酵解途径(4) (5),羟醛裂解反应,糖酵解途径(6) Oxidation of Glyceraldehyde 3-phosphate to 1,3-Bisphosphoglycerate,巯基酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂,Cys,Cys,+,CH3HgCl,+,Cys,S,+,HI,Cys,S,+,HCl,HgCH3,HgCH3,糖酵解
7、途径(7) Phosphryl Transfer from 1,3-Bisphosphoglycerate to ADP,底物水平磷酸化,糖酵解途径(8) Conversion of 3-Phosphoglycerate to 2-Phosphoglycerate,糖酵解途径(9) Dehydration of 2-Phosphoglycerate to Phosphoenolpyruvate,糖酵解途径(10) Transfer of the Phosphoryl Group from Phophoenolpyruvate to ADP,底物水平磷酸化,不可逆反应,第一阶段:葡萄糖的磷酸化,
8、葡萄糖激酶,磷酸果糖激酶,异构酶,葡萄糖磷酸化的意义: 极性增加,第二阶段: 磷酸己糖的裂解,醛缩酶,异构酶,第三阶段:磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成,Mg或Mn,丙酮酸,PEP,丙酮酸激酶,脱氢酶,激酶,变位酶,烯醇化酶,返回节,1. 还原力:1次产生2(NADH+H+),三、糖酵解要点,2. ATP: 2次底物水平磷酸化生成ATP,2次消耗ATP,净合成2ATP。,3.三步不可逆反应,4. 总反应式,C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3 +2NADH +2H+2ATP+2H2O,返回节,(一)无氧条件下 1.乳酸发酵(动物、细菌等) 2.乙醇发酵(酵母等),四
9、、NADH和丙酮酸的去路,辅酶I的再生,P324,磷酸甘油穿梭系统 苹果酸穿梭系统,1. NADH去路: 经呼吸链氧化产生5ATP,即共产生7ATP。 在某些组织,如某些神经和肌肉细胞中,NADH经磷酸甘油穿梭系统得FAD,产生1.5ATP,总计产生5ATP。,?,(二)有氧条件下:,2. 丙酮酸去路,(EMP),葡萄糖,丙酮酸脱氢酶系催化的反应,连接糖酵解和三羧酸循环的中心环节,P332,丙酮酸脱氢酶复合体催化4步反应,丙酮酸脱氢酶 由三种酶组成 二氢硫辛酸转乙酰酶 二氢硫辛酸脱氢酶 6(5)种辅助因子:TPP(VB1)、NAD+(Vpp)、硫辛酸、FAD(VB2)、HSCoA(泛酸)、(M
10、g2+) 定位于线粒体基质中,丙酮酸脱氢酶系,NAD+ +H+,丙酮酸脱氢酶,FAD,硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,CO2,乙酰硫辛酸,二氢硫辛酸,NADH+H+,TPP,硫辛酸,CoASH,NAD+,P333,焦磷酸硫胺素(TPP)在丙酮酸脱羧中的作用,噻吩环,丙酮酸脱氢酶系,NAD+ +H+,丙酮酸脱氢酶,FAD,硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,CO2,乙酰硫辛酸,二氢硫辛酸,NADH+H+,TPP,硫辛酸,CoASH,NAD+,P333,硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用,+2H,-2H,丙酮酸脱氢酶系,NAD+ +H+,丙酮酸脱氢酶,FAD,硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,
11、CO2,乙酰硫辛酸,二氢硫辛酸,NADH+H+,TPP,硫辛酸,CoASH,NAD+,P333,返回节,1. 产生能量ATP 缺氧时合成ATP的主要途径或某些细胞唯一途径,如:剧烈运动的肌肉细胞;成熟红细胞;神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃,即使不缺氧也常有糖酵解提供部分能量 。 2. 中间物质作为其它物质合成的原料 如磷酸二羟丙酮、G-6-P等 3. 是有氧和无氧代谢的共同途径,五、糖酵解的生物学意义,返回节,限速反应/关键反应 在物质代谢整个反应链中,某一步反应速度决定整个反应链的速度,这一步反应称 催化该反应的酶称限速酶/关键酶 糖酵解途径调控酶: 己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶,六
12、、糖酵解的调控,P325,(一)己糖激酶(HK)和葡糖激酶(GK) 己糖激酶 葡萄糖激酶 存在部位 肝外组织 肝 Km 值 0.1mmol/L 10mmol/L 底物 G, 果糖, 甘露糖 G 调节 G-6-P反馈抑制 胰岛素诱导,己糖激酶和葡萄糖激酶的比较,酶活力随血糖浓度的变化,(一)己糖激酶和葡糖激酶 1. 己糖激酶:产物G-6-P是变构抑制剂(反馈抑制) 2. 葡糖激酶:不受G-6-P的抑制;是诱导酶(肝内,胰岛素控制,合成肝糖原) 3. 乙酰CoA和脂肪酸对两酶有抑制作用,G-6-P参与很多代谢途径,因此HK不是糖酵解最关键酶,(二)磷酸果糖激酶(PFK)(最重要的变构调节酶),F,
13、-,6,-,P,F,-,1,6,-,B,P,PFK-1,P325,1. 别构抑制剂:ATP(能量)、柠檬酸(碳骨架)、质子 2. 别构激活剂:AMP、ADP 6-磷酸果糖、2,6-二磷酸果糖,高浓度ATP是别构抑制剂,降低PFK和 F-6-P的亲和力。,ATP的作用,ATP既是S,又是别构抑制剂,浓度低时和高时作用不同,ATP对PFK-1的别构抑制,One subunit of the tetrameric phosphofructokinase-1 (PFK-1),Regulatory ATP,ATP既是底物又是抑制剂,PFK-1上有两个ATP结合位点:别构位点和活性中心,且与活性中心的亲和
14、力高。,巴斯德效应,2,6-FBP的别构激活 (PFK最强激活剂),P326,2,6-FBP控制PFK的构象转换,提高PFK对S的亲和力并能降低ATP的抑制效应。,PFK2和F-2,6-BPase是多功能酶位于一条多肽链上,是同一蛋白的两种不同形式, PFK2为去磷酸化形式,F-2,6-BPase是Ser-OH磷酸化形式。,G过剩,胰岛素分泌,胰高血糖素分泌,则促进去磷酸化,,2,6-FBP的合成与分解,F-6-P 2,6-FBP 激活PFK 前馈刺激作用;抵消ATP的抑制。,F-6-P的别构激活,AMP和ADP的别构激活 去除ATP抑制作用,(三)丙酮酸激酶 1.别构调节 变构抑制剂:ATP
15、、丙氨酸、 乙酰CoA、脂肪酸 变构激活剂:6-磷酸果糖、1,6-二磷酸果糖 2. 共价修饰 磷酸化后失活,P326,丙酮酸激酶催化活性控制关系图,磷酸化的丙酮酸激酶 (低活性),去磷酸化的丙酮酸激酶 (高活性),H2O,Pi,ATP,ADP,低血糖,Pi,P326,糖酵解小结,1. 糖酵解几乎是生物的公共途径,一分子葡萄糖氧化成两分子丙酮酸,并把能量以ATP和NADH形式贮存。,2. 糖酵解过程有10个酶,全部在胞质中。有10个中间产物,都是磷酸化的六碳或三碳化合物。,3. 糖酵解的准备阶段,用ATP把葡萄糖转化为1,6-二磷酸果糖,然后C3和C4间的键断裂生成二分子三糖磷酸。,4. 在回报
16、阶段,来自葡萄糖的3-磷酸甘油醛在C1上发生氧化,反应能量以一分子NADH和二分子ATP形式贮存。,6. 糖酵解受到其他产能途径的调控,以保证ATP的不断供给。己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶都受到变构调控。控制通过这个途径的碳流量,维持代谢中间物的水平不变。,5. 总反应式: Glc + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2Pyr + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O,返回章,第三节 三羧酸循环,同位素示踪; 尿素循环,第三节 三羧酸循环,一、TCA概念 二、TCA反应历程 三、TCA要点 四、TCA的生理意义 五、TCA的回补反应 六、糖酵解的调控 七、乙醛酸循环,
17、第三节 三羧酸循环,一、TCA的概念 三羧酸循环 (Tricarboxylic acid circle),又称柠檬酸循环,Krebs循环,简写为TCA循环 有氧条件下,由乙酰CoA和草酰乙酸缩合成有三个羧基的柠檬酸,再经一系列氧化和脱羧,最终生成二氧化碳和还原型辅酶并产生能量的过程。,场所: 真核细胞的线粒体基质,反应过程的酶,除了琥珀酸脱氢酶是定位于真核生物线粒体内膜,其余均位于线粒体基质中。,返回节,二、三羧酸循环的反应历程 (1)柠檬酸的合成,P336,高度放能反应。 柠檬酸有严格的立体专一性,生成S-柠檬酸,三羧酸循环的各步反应 (2)柠檬酸的异构化,羟基加在来源于OAA的-碳上,前手
18、性,三羧酸循环的各步反应 (3)异柠檬酸的氧化,主要是辅酶I,哺乳动物中有以辅酶为辅因子的同工酶,不只存在于线粒体中,细胞溶胶中也存在。,三羧酸循环的各步反应(4),类似于丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环的各步反应(5),底物水平磷酸化,琥珀酰-CoA合成酶,琥珀酰硫激酶,植物、微生物直接生成ATP,合成酶与合酶,三羧酸循环的各步反应(6),琥珀酸脱氢酶有严格的立体异构专一性,生成反式结构。 真核生物该酶定位于线粒体内膜上,也是电子传递链的组分之一。 丙二酸是该酶的竞争性抑制剂。,三羧酸循环的各步反应(7),也有严格的立体异构专一性,只形成L-苹果酸。,三羧酸循环的各步反应(8),自由能变表明,
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- 基础 生化 2011 第四 代谢
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