1、第第22-23章章 糖酵解和檸檬酸循環(huán)糖酵解和檸檬酸循環(huán)1 糖酵解糖酵解1.1糖酵解糖酵解（glycolysis） ：在在無氧無氧條件下，葡萄糖進(jìn)行分解，形成條件下，葡萄糖進(jìn)行分解，形成2分子分子丙酮酸丙酮酸并提供能量并提供能量(ATP)的過程。的過程。它是各種生物細(xì)胞中葡萄糖分解產(chǎn)生能量的它是各種生物細(xì)胞中葡萄糖分解產(chǎn)生能量的共同代謝途徑。共同代謝途徑。糖酵解途徑糖酵解途徑動(dòng)畫動(dòng)畫ADPATPADPATPn糖酵解糖酵解:葡萄糖葡萄糖 + 2ADP + 2Pi +2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸 + 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O兩個(gè)階段：兩個(gè)階段：n準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段( (前前5 5

2、步步) )：葡萄糖葡萄糖2 2個(gè)磷酸三碳糖個(gè)磷酸三碳糖+ +消耗消耗2 2ATPATPn實(shí)施階段實(shí)施階段( (后后5 5步步) )：2 2個(gè)磷酸三碳糖個(gè)磷酸三碳糖2丙酮酸丙酮酸+ +產(chǎn)生產(chǎn)生4 4ATPATP n場(chǎng)所：場(chǎng)所：細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)n催化酶催化酶：由：由1010種酶催化，關(guān)鍵酶是種酶催化，關(guān)鍵酶是己糖激酶、磷酸果己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶糖激酶和丙酮酸激酶。大部分過程中都需要。大部分過程中都需要MgMg2+2+。準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段（The preparatory phase of glycolysis）實(shí)施階段（實(shí)施階段（The payoff phase of glycolysis）

3、ADPATPADPATP第第1階段：階段： 葡萄糖被磷酸化形成葡萄糖被磷酸化形成6-磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖（G-6-P）需需ATP供能，供能，第一個(gè)限速步驟第一個(gè)限速步驟,不可逆不可逆。 由己糖激酶或葡萄糖激酶催化。由己糖激酶或葡萄糖激酶催化。己糖激酶己糖激酶：第一個(gè)調(diào)節(jié)酶，：第一個(gè)調(diào)節(jié)酶， 受受6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖的別構(gòu)抑制。的別構(gòu)抑制。主要用于糖的合成主要用于糖的合成 主要用于糖的分解主要用于糖的分解 用途用途 不受不受G-6-P抑制抑制 受受G-6-P抑制抑制 抑制抑制 Km高，親和力低高，親和力低 Km低，親和力高低，親和力高 對(duì)對(duì)G的親和力的親和力 G G、F等等 底物底物 肝臟

4、肝臟 不同組織不同組織 分布分布 葡萄糖激酶葡萄糖激酶 已糖激酶已糖激酶I、II、III 兩方面意義：兩方面意義：糖經(jīng)磷酸化后容易參與代謝；糖經(jīng)磷酸化后容易參與代謝；保糖機(jī)制：磷酸化糖不能透過細(xì)胞質(zhì)膜。保糖機(jī)制：磷酸化糖不能透過細(xì)胞質(zhì)膜。葡萄糖誘導(dǎo)契合誘導(dǎo)契合由由6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖異構(gòu)化異構(gòu)化成成6-磷酸果糖（磷酸果糖（F-6-P）12 6-磷酸果糖磷酸化成磷酸果糖磷酸化成1,6-二磷酸果糖（二磷酸果糖（F-1,6-2P） 需需ATP供能，第二個(gè)限速步驟供能，第二個(gè)限速步驟，不可逆，不可逆，Mg2+參加。參加。 F-1,6-2P裂解成裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮磷酸甘油醛和磷酸二羥

5、丙酮1234561234563 21456An aldehydeA ketone123123 磷酸二羥丙酮異構(gòu)成磷酸二羥丙酮異構(gòu)成3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛123456123456123123第第2階段：階段： 3-磷酸甘油醛氧化成磷酸甘油醛氧化成1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸（1,3-DPG）n輔酶輔酶NAD+磷酸解作用高能中間產(chǎn)物P753-磷酸甘油醛脫氫酶作用機(jī)理第一個(gè)底物水平磷酸化第一個(gè)底物水平磷酸化 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸n底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation):在底物氧化還原過程中，

6、分子內(nèi)部能量重新在底物氧化還原過程中，分子內(nèi)部能量重新分布，使無機(jī)磷酸酯化形成高能磷酯鍵，分布，使無機(jī)磷酸酯化形成高能磷酯鍵，后者在酶的作用下將能量轉(zhuǎn)給后者在酶的作用下將能量轉(zhuǎn)給ADP，生成，生成ATP。 3-磷酸甘油酸變成磷酸甘油酸變成2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸n需需Mg2+參加。參加。2,3-bisphosphoglycerate: both a coenzyme and an intermediate 2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） 第三個(gè)限速步驟，不可逆第三個(gè)限速步驟，不可逆 PEP轉(zhuǎn)變成丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸1.2 糖酵解過程中糖酵解過程

7、中ATP的生成和消耗的生成和消耗 2 ATP + 2 NADH2 ATP + 2 NADH 35ATP葡萄糖葡萄糖 + 2ADP + 2Pi +2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸 + 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O糖酵解途徑糖酵解途徑ADPATPADPATP1.3 丙酮丙酮酸的去路酸的去路有氧時(shí)有氧時(shí) 生成乙酰輔酶生成乙酰輔酶A 生成乳酸生成乳酸n厭氧菌或肌肉由于劇烈運(yùn)動(dòng)而造成暫時(shí)性缺氧等。厭氧菌或肌肉由于劇烈運(yùn)動(dòng)而造成暫時(shí)性缺氧等。糖酵解中糖酵解中NAD+的再生的再生 生成乙醇生成乙醇 酵母細(xì)胞酵母細(xì)胞n脫羧，輔酶：脫羧，輔酶：焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)n脫氫，脫氫，NADH

8、含硫的噻唑環(huán)和含氨基的嘧啶環(huán)。TPP(硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸)糖酵解的能量變化糖酵解的能量變化蘋果酸天冬氨酸穿梭系統(tǒng)進(jìn)入蘋果酸天冬氨酸穿梭系統(tǒng)進(jìn)入甘油磷酸穿梭系統(tǒng)甘油磷酸穿梭系統(tǒng)1.4 糖酵解的調(diào)控糖酵解的調(diào)控n三個(gè)不可逆反應(yīng)三個(gè)不可逆反應(yīng): 己糖激酶己糖激酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶控制糖酵解的入口控制糖酵解的入口G G-6-P己糖激酶己糖激酶- 己糖激酶的調(diào)控己糖激酶的調(diào)控己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受到己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受到葡萄糖葡萄糖-6-磷酸的抑制磷酸的抑制。 磷酸果糖激酶的調(diào)控磷酸果糖激酶的調(diào)控n磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶(PFK-1 ,

9、Phosphofructokinase-1 )糖酵解中最關(guān)鍵的限速酶。糖酵解中最關(guān)鍵的限速酶。果糖果糖2，6-二磷酸二磷酸果糖果糖6-磷酸磷酸果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸 ATP即是底物，也是別構(gòu)抑制劑，使酶對(duì)即是底物，也是別構(gòu)抑制劑，使酶對(duì)F-6-P 親和力降低。親和力降低。 AMP是別構(gòu)激活劑是別構(gòu)激活劑 檸檬酸檸檬酸酶的抑制劑：酶的抑制劑：反饋抑制反饋抑制 (feedback inhibition)被被H+抑制抑制可防止肌肉中形成過量的乳酸而使血液酸中毒?？煞乐辜∪庵行纬蛇^量的乳酸而使血液酸中毒。果糖果糖2，6-二磷酸二磷酸別構(gòu)激活劑，別構(gòu)激活劑，增加對(duì)底物增加對(duì)底物的親和力。的親和力。

10、F-6-PF-2,6-2P果糖果糖-2，6-二磷酸酶二磷酸酶n磷酸果糖磷酸果糖激酶激酶-2(PFK-2 或或FBPase-2) n雙功能酶雙功能酶n受胰高血糖素的調(diào)控受胰高血糖素的調(diào)控 丙酮酸激酶的調(diào)控丙酮酸激酶的調(diào)控n果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸:別構(gòu)激活別構(gòu)激活起活化作用，與磷酸果糖激酶協(xié)調(diào)，加速酵解。起活化作用，與磷酸果糖激酶協(xié)調(diào)，加速酵解。前饋激活（前饋激活（feed-forward activation）nATP:別構(gòu)抑制別構(gòu)抑制n丙氨酸丙氨酸控制糖酵解的出口控制糖酵解的出口2 檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)2.1 檸檬酸循環(huán)途徑檸檬酸循環(huán)途徑2.1.1 基本概念基本概念n檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)

11、:（citrate cycle，三羧酸循環(huán)，三羧酸循環(huán)tricarboxylic acid cycle，TCA循環(huán)，循環(huán)，Krebs循環(huán)）循環(huán)）在有氧條件下，丙酮酸通過檸檬酸循環(huán)被氧化分解為在有氧條件下，丙酮酸通過檸檬酸循環(huán)被氧化分解為CO2和水，同時(shí)釋放能量。和水，同時(shí)釋放能量。n由英國(guó)生化學(xué)家由英國(guó)生化學(xué)家Hans Krebs發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)檸檬酸合酶檸檬酸合酶2.1.2 丙酮酸丙酮酸乙酰輔酶乙酰輔酶A n在線粒體內(nèi)，不可逆反應(yīng)在線粒體內(nèi)，不可逆反應(yīng)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體丙酮酸脫氫酶復(fù)合體n丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成： 丙酮酸脫氫酶（丙酮酸脫氫酶（E E1 1） 二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙

12、酰酶（二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶（E E2 2） 二氫硫辛酸脫氫酶二氫硫辛酸脫氫酶 （E E3 3）n酶的輔助因子酶的輔助因子: : NADNAD+ +VPPVPP FAD FAD VBVB2 2 輔酶輔酶A A（CoACoA）泛酸泛酸 硫胺素焦磷酸（硫胺素焦磷酸（TPPTPP）VBVB1 1 硫辛酰胺硫辛酰胺硫辛酸硫辛酸 MgMg2+2+縮寫縮寫輔基輔基催化反應(yīng)催化反應(yīng)丙酮酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶TPP二氫硫辛酰胺二氫硫辛酰胺乙酰轉(zhuǎn)移酶乙酰轉(zhuǎn)移酶將乙?；D(zhuǎn)移到將乙?；D(zhuǎn)移到CoA二氫硫辛酰胺二氫硫辛酰胺脫氫酶脫氫酶FAD將還原型將還原型大腸桿菌的丙酮酸脫氫酶復(fù)合體組成大腸桿菌的丙酮酸脫氫酶復(fù)合體組成 二

13、氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶：二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶：2424個(gè)亞基（個(gè)亞基（3 3個(gè)個(gè)8 8聚體）聚體）(Science,1992)4 4個(gè)亞基個(gè)亞基1.脫羧，生成脫羧，生成羥乙基羥乙基TPP，由，由E1催化。催化。丙酮酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶羥乙基羥乙基-TPP2.羥乙基被氧化成乙?；D(zhuǎn)移給羥乙基被氧化成乙?；?，轉(zhuǎn)移給硫辛酰胺硫辛酰胺。由。由E2催化。催化。E2E2乙酰乙酰-二氫硫辛酰胺二氫硫辛酰胺羥乙基羥乙基-TPP3.乙?；D(zhuǎn)給輔酶乙酰基轉(zhuǎn)給輔酶A形成形成乙酰輔酶乙酰輔酶A。由。由E2催化。催化。E2E2乙酰輔酶乙酰輔酶A二氫硫辛酰胺二氫硫辛酰胺乙酰轉(zhuǎn)移酶乙酰轉(zhuǎn)移酶Mg2+4.氧化硫辛酰胺，生成氧化硫辛

14、酰胺，生成FADH2。由。由E3催化。催化。E2E2二氫硫辛酰胺脫氫酶二氫硫辛酰胺脫氫酶5.氧化氧化FADH2，生成，生成NADH。FADH2-E3 + NAD+ FAD-E3 + NADH + H+ 反應(yīng)過程反應(yīng)過程 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)節(jié)a.變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié)：乙酰：乙酰CoA抑制抑制E2, NADH抑制抑制E3 磷酸化失活；胰島素和磷酸化失活；胰島素和Ca2+促進(jìn)其失去磷促進(jìn)其失去磷酸化，使其活性增加。酸化，使其活性增加。b.b.共價(jià)修飾調(diào)節(jié)：共價(jià)修飾調(diào)節(jié)：丙酮酸脫氫酶激酶丙酮酸脫氫酶激酶2.1.3 檸檬酸循環(huán)途徑檸檬酸循環(huán)途徑 n線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)n由由8種酶

15、種酶催化完成。催化完成。n由乙酰輔酶由乙酰輔酶A和草酰乙酸縮合開始，經(jīng)過一連串反和草酰乙酸縮合開始，經(jīng)過一連串反應(yīng)使一分子乙?；耆趸瘧?yīng)使一分子乙?；耆趸?再生成草酰乙酸而完成再生成草酰乙酸而完成一個(gè)循環(huán)。一個(gè)循環(huán)。 每循環(huán)一次，經(jīng)歷每循環(huán)一次，經(jīng)歷兩次脫羧兩次脫羧，使乙酰輔酶，使乙酰輔酶A氧化生氧化生成成CO2和水。和水。檸檬酸合酶檸檬酸合酶 檸檬酸的合成檸檬酸的合成 反應(yīng)不可逆反應(yīng)不可逆,第一個(gè)調(diào)節(jié)酶。第一個(gè)調(diào)節(jié)酶。檸檬酸合酶檸檬酸合酶二聚體草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰-CoA構(gòu)象改變異檸檬酸的生成：異檸檬酸的生成：兩步均為可逆反應(yīng)兩步均為可逆反應(yīng)反應(yīng)不可逆，第二個(gè)調(diào)節(jié)酶。反應(yīng)不可逆，第

16、二個(gè)調(diào)節(jié)酶。第一個(gè)氧化脫羧第一個(gè)氧化脫羧 異檸檬酸被異檸檬酸被氧化脫羧氧化脫羧生成生成-酮戊二酸酮戊二酸 -酮戊二酸酮戊二酸氧化脫羧氧化脫羧生成琥珀酰生成琥珀酰CoAn反應(yīng)不可逆反應(yīng)不可逆n第二個(gè)氧化脫羧第二個(gè)氧化脫羧n-酮戊二酸酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體的組成：脫氫酶復(fù)合體的組成： -酮戊二酸酮戊二酸脫氫酶（脫氫酶（E E1 1） 轉(zhuǎn)琥珀酰酶轉(zhuǎn)琥珀酰酶（E E2 2）核心核心 二氫硫辛酸脫氫酶二氫硫辛酸脫氫酶 （E E3 3）n酶的輔助因子酶的輔助因子: : NADNAD+ +VPPVPP FAD FAD VBVB2 2 輔酶輔酶A A（CoACoA）泛酸泛酸 硫胺素焦磷酸（硫胺素焦磷酸（TPPT

17、PP）VBVB1 1 硫辛酰胺硫辛酰胺硫辛酸硫辛酸 MgMg2+2+琥珀酰琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸n唯一直接產(chǎn)生高能磷酸鍵的反應(yīng)（唯一直接產(chǎn)生高能磷酸鍵的反應(yīng)（底物磷酸化底物磷酸化）n哺乳動(dòng)物：哺乳動(dòng)物：GTP；植物和細(xì)菌：；植物和細(xì)菌：ATP琥珀酸氧化成延胡索酸琥珀酸氧化成延胡索酸丙二酸是很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)性抑制丙二酸是很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑劑第三個(gè)氧化還原反應(yīng)第三個(gè)氧化還原反應(yīng)反丁烯二酸反丁烯二酸n反式加成，生成反式加成，生成L型蘋果酸。型蘋果酸。 延胡索酸生成延胡索酸生成L-蘋果酸蘋果酸 L-蘋果酸生成草酰乙酸蘋果酸生成草酰乙酸第四個(gè)氧化還原反應(yīng)第四個(gè)氧化還原反應(yīng)檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán) 檸檬酸合酶檸檬

18、酸合酶三羧酸循環(huán)的總反應(yīng)式三羧酸循環(huán)的總反應(yīng)式 CH3COSCoA3NADFADGDPPi2H2O 2CO23NADH3HFADH2GTPCoASH 2.1.4 檸檬酸循環(huán)的特點(diǎn)檸檬酸循環(huán)的特點(diǎn)n線粒體基質(zhì)。線粒體基質(zhì)。n加入加入2C以以2個(gè)個(gè)CO2釋放，釋放，參與反應(yīng)的物質(zhì)沒減少。參與反應(yīng)的物質(zhì)沒減少。n消耗了兩個(gè)水。消耗了兩個(gè)水。n共有共有4步脫氫反應(yīng)步脫氫反應(yīng),生成生成3個(gè)個(gè)NADH 和和1個(gè)個(gè)FADH2 進(jìn)進(jìn)入呼吸鏈。入呼吸鏈。n檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)嚴(yán)格需氧嚴(yán)格需氧。從從乙酰乙酰CoA開始開始 （7） GTP 1ATP（4），（），（6），（），（10） 3NADH 32.5ATP（8

19、） 1FADH2 1.5ATP10ATP從從丙酮酸丙酮酸開始開始 2.5+10=12.5ATP從從葡萄糖葡萄糖開始開始 7ATP(or 5ATP)+ 12.5ATP2=32ATP(or 30ATP)P107 2.2能量計(jì)算- 葡萄糖葡萄糖徹底氧化分解所釋放的能量徹底氧化分解所釋放的能量NADH 1.5或或2.5 +3 或或5NADH 2.5 + 5NADH 2.5 +5NADH 2.5 +5NADH 2.5 +5FADH2 1.5 +330或或321.5或或2.56C3C1 ATP1 ATP1 GTP(ATP)2 細(xì)胞液細(xì)胞液線粒體線粒體線粒體線粒體1 ATP1 ATPn檸檬酸合酶：檸檬酸合酶

20、：抑制：抑制： ATP和和NADH ，琥珀酰，琥珀酰CoA，檸檬酸，檸檬酸激活：激活： ADPn異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶：抑制：抑制： ATP激活：激活： ADP，Ca2+n-酮戊二酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶抑制：抑制： NADH ，琥珀酰，琥珀酰CoA激活：激活： Ca2+2.3 檸檬酸循環(huán)的調(diào)控檸檬酸循環(huán)的調(diào)控檸檬酸合酶檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶2.4 檸檬酸循環(huán)的生理意義檸檬酸循環(huán)的生理意義 n主要：供能主要：供能n為生物合成提供中間物。為生物合成提供中間物。n三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的最終代謝通路。三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的最終代謝通路。n是是CO2的重要來源之一。的重要來源之一。