1、糖酵解作用,第22章,一、糖酵解作用的研究歷史,1905年 Harden A和 Yang W J發(fā)現(xiàn)糖分解過(guò)程中生成磷酸酯，隨后發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程有輔酶參與。,1897年Buchner 兄弟發(fā)現(xiàn)糖轉(zhuǎn)化為乙醇不需要活細(xì)胞。,30年代 Embden 和 Meyerhof對(duì)糖的無(wú)氧分解進(jìn)行深入研究，基本搞清了無(wú)氧分解的途徑，故這一途徑也稱作Embden - Meyerhof途徑。,二、糖酵解過(guò)程概述,四、糖酵解第一階段的反應(yīng)機(jī)制,(一) 葡萄糖的磷酸化,己糖激酶是調(diào)控酶，受葡萄糖-6-磷酸的抑制。該酶催化的反應(yīng)釋放大量能量，為不可逆反應(yīng)。,Hexokinase,Glucose,Induced fit,己糖

2、激酶(哺乳動(dòng)物為單體酶,酵母為二聚體)有4種同工酶，同工酶主要存在于腦和腎，葡萄糖-6-磷酸對(duì)該酶有抑制作用，少量的無(wú)機(jī)磷可解除葡萄糖-6-磷酸的抑制作用，同工酶主要存在于骨骼肌和心肌，同工酶主要存在于肝臟和腎臟，同工酶 (葡萄糖激酶)只存在于肝臟，其合成受胰島素的誘導(dǎo)。,葡萄糖-6-磷酸的代謝途徑,(二) 葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)化形成果糖-6-磷酸,人類的磷酸葡萄糖異構(gòu)酶為二聚體,(三) 果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸,磷酸果糖激酶亞基的結(jié)構(gòu)（四個(gè)亞基）,白色為ATP，紅色為果糖-6-磷酸,磷酸果糖激酶催化的反應(yīng)不可逆，ATP是別構(gòu)抑制劑, F-2,6-BP是別構(gòu)激活劑。兩次磷酸化使葡

3、萄糖轉(zhuǎn)化為反應(yīng)活性很高的F-1,6-BP，有利于隨后的分解反應(yīng)。,磷酸果糖激酶是關(guān)鍵的調(diào)控酶，有4個(gè)亞基，3種同工酶，同工酶A存在于骨骼肌和心肌，對(duì)磷酸肌酸、檸檬酸、無(wú)機(jī)磷酸的抑制作用最敏感；同工酶B存在于肝臟和紅細(xì)胞，對(duì)2,3-二磷酸甘油酸 (BPG) 的抑制作用最敏感；同工酶C存在于腦中，對(duì)腺嘌呤核苷酸的作用最敏感。,(四) 果糖-1，6-二磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸和二羥丙酮磷酸,*,23970 = -8.314310lnK K=10-4 FBPDHAP+G3P 1-X X X 若FBP為: 1mol/L 10-4= X2 / (1 X) X=10-2 若FBP為: 10-5mol/L

4、10-4= X2 / (10-5 X) X=0.92 10-5,醛縮酶有多種同工酶，型醛縮酶存在于高等動(dòng)植物，為四聚體,有3種同工酶，A主要存在于肌肉中，B主要存在于肝臟，C主要存在于腦組織， 3種同工酶均由4中不同的亞基組成。型醛縮酶存在于微生物，相對(duì)分子質(zhì)量只有型醛縮酶的一半，含有二價(jià)金屬離子。,果糖-1，6-二磷酸濃度較低時(shí)，容易轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸和二羥丙酮磷酸。,果糖-1，6-二磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸和二羥丙酮磷酸的反應(yīng)機(jī)制,(五) 二羥丙酮磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸,丙糖磷酸異構(gòu)酶為四聚體，圖中所示為單體的結(jié)構(gòu)，紅色為二羥丙酮磷酸。,反應(yīng)機(jī)制,五、酵解第二階段放能階段的反應(yīng)機(jī)

5、制,(一 ) 甘油醛-3-磷酸氧化成1，3-二磷酸甘油酸,從兔的肌肉中分離的甘油醛-3-磷酸脫氫酶有4個(gè)相同的亞基,砷酸化合物迅速分解，不能生成ATP,(二) 1，3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)移高能磷酸基團(tuán)形成ATP,(三) 3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸變位酶為二聚體,酵母的反應(yīng)機(jī)制,麥芽的反應(yīng)機(jī)制,(四) 2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶為二聚體,(五) 磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸岵a(chǎn)生一個(gè)ATP分子,丙酮酸激酶為四聚體，反應(yīng)可以看作2步。,A mechanism for the pyruvate kinase reaction: (a) a water on th

6、e Mg2+ ion coordinated to ADP is replaced by the phosphoryl group of PEP; (b) Mg2+ dissociates from the -P of ADP; (c) the phosphoryl group is transferred;and (d) the enolate of pyruvate is protonated.,六、由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿颖崮芰哭D(zhuǎn)變的估算,ATP的生成數(shù),七、丙酮酸的去路和NAD+ 的再生,九、其他六碳糖進(jìn)入糖酵解途徑,半乳糖的代謝途徑,缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶使晶狀體半乳糖增高

7、，引起白內(nèi)障，嚴(yán)重時(shí)引起生長(zhǎng)停滯，智力遲鈍，甚至引起肝損傷導(dǎo)致死亡。,反應(yīng)的乒乓動(dòng)力學(xué)機(jī)制,甘油分解的途徑,基本要求 1.熟悉糖酵解作用的研究歷史。 2.掌握糖酵解過(guò)程的概況。（重點(diǎn)） 3.熟悉糖酵解作用的反應(yīng)過(guò)程。（難點(diǎn)） 4.掌握糖酵解過(guò)程的能量計(jì)算。（重點(diǎn)） 5.掌握丙酮酸的去路。（重點(diǎn)） 6.掌握糖酵解作用的調(diào)節(jié)。（重點(diǎn)） 7.熟悉其他六碳糖進(jìn)入糖酵解的途徑。,檸檬酸循環(huán),第23章,一、檸檬酸循環(huán)概貌 又稱三羧酸循環(huán)（Tricarboxylic acid cycle,TCA ），或Krebs循環(huán)，是物質(zhì)代謝的樞紐。,二、丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的準(zhǔn)備階段:形成乙酰-CoA,E1：丙酮酸脫氫

8、酶， E2：二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；?， E3：二氫硫辛酸脫氫酶。有5種輔酶參與反應(yīng)。,催化丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴?CoA的反應(yīng)步驟,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的結(jié)構(gòu) 12個(gè)丙酮酸脫氫酶二聚體 (PDH, E1,黃色)構(gòu)成立方體，8個(gè)二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰基酶三聚體 (TA, E2 ,粉色)構(gòu)成另一個(gè)立方體，6個(gè)二氫硫辛酸脫氫酶二聚體 (DLD, E3 ,藍(lán)色)與上述兩個(gè)立方體相互嵌合，構(gòu)成一個(gè)由60個(gè)亞基組成的復(fù)雜的復(fù)合體。,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控 E1被磷酸化活力降低，脫磷酸活力增高，乙酰-CoA競(jìng)爭(zhēng)性抑制E2, NADH競(jìng)爭(zhēng)性抑制E3。 亞砷酸鹽及有機(jī)砷化合物抑制作用的機(jī)制之一是使還原型硫辛酰胺形成無(wú)催化能力的

9、砷化物。同樣的機(jī)制還可抑制-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體。,活力降低,三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機(jī)制 (一) 草酰乙酸(oxaloacetate)與乙酰-CoA縮合(condense)形成檸檬酸,反應(yīng)不可逆.,檸檬酸合酶為二聚體，圖中所示為亞基的結(jié)構(gòu)。草酰乙酸為黃色，CoA為紅色。ATP，NADH，琥珀酰- CoA， 酯酰-CoA抑制該酶的活性。,(二) 檸檬酸異構(gòu)化形成異檸檬酸,烏頭酸酶為二聚體，圖中所示為活性部位的結(jié)構(gòu)。鐵硫串為紅色，半胱氨酸為黃色，異檸檬酸為白色。,烏頭酸酶的鐵-硫串在反應(yīng)中的作用,氟乙酸形成的氟檸檬酸對(duì)烏頭酸酶有抑制作用,(三) 異檸檬酸氧化形成-酮戊二酸,異檸檬酸脫氫酶為四聚體（2

10、）,圖中所示的活性部位。異檸檬酸為綠色，NADP+為金色, Ca2+為紅色。ADP，NAD是該酶的別構(gòu)激活劑，ATP，NADH是該酶的別構(gòu)抑制劑。,(四) -酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰-CoA,該酶的結(jié)構(gòu)，催化及調(diào)控機(jī)制與丙酮酸脫氫酶相似。,(五) 琥珀酰-CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸并產(chǎn)生一個(gè)高能磷酸鍵,琥珀酰-CoA合成酶為二聚體，反應(yīng)的G大約為0，反應(yīng)可逆。,Succinyl-CoA Synthetase from E. coli,Coenzyme A,His246-Pi,(六) 琥珀酸脫氫形成延胡索酸,琥珀酸脫氫酶為二聚體，活性部位有鐵硫串。,琥珀酸脫氫的抑制劑,(七) 延胡索酸水合形成L-蘋(píng)果

11、酸,延胡索酸酶為四聚體，有兩種可能的反應(yīng)機(jī)制。反應(yīng)的G大約為0，反應(yīng)可逆。,(八) L-蘋(píng)果酸脫氫形成草酰乙酸,蘋(píng)果酸脫氫酶為二聚體，反應(yīng)的G大約為0，反應(yīng)可逆。,L-蘋(píng)果酸脫氫酶的結(jié)構(gòu)蘋(píng)果酸為紅色，NAD+為藍(lán)色。,脫氫酶的作用,脫氫酶的活性中心,乙酰-CoA碳原子在檸檬酸循環(huán)中的命運(yùn),四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算 檸檬酸循環(huán)有4個(gè)脫氫步驟,其中3對(duì)電子經(jīng)NADH傳遞給氧,每對(duì)電子產(chǎn)生2.5個(gè)ATP,一對(duì)電子經(jīng)FADH2傳遞給氧,產(chǎn)生1.5個(gè)ATP,檸檬酸循環(huán)本身產(chǎn)生1個(gè)ATP,每次循環(huán)產(chǎn)生 7.5+1.5+1=10個(gè)ATP. 過(guò)去的計(jì)算是9+2+1=12個(gè)ATP.,五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控,六.

12、 乙醛酸途徑,蘋(píng)果酸合成酶的反應(yīng),異檸檬酸裂解酶的反應(yīng),七、檸檬酸循環(huán)的雙重作用,檸檬酸循環(huán)提供多種合成代謝的中間物,檸檬酸循環(huán)中間產(chǎn)物的補(bǔ)充,此外，乙醛酸途徑 和氨基酸脫氨基均可生成檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物。,八、檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)歷史 1937年Hans Krebs 提出檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機(jī)制,其主要的依據(jù)有: Krebs 于1932年發(fā)現(xiàn)乙酸，琥珀酸，延胡索酸，蘋(píng)果酸，檸檬酸，草酰乙酸可以促進(jìn)組織勻漿或切片的氧化作用；Albert Szent-Gyoryi發(fā)現(xiàn)少量的四碳二羧酸可以加快糖類氧化反應(yīng)的速度，提出可能存在一個(gè)酶促的系列反應(yīng)。他還發(fā)現(xiàn)了丙二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制作用；Carl Marti

13、us 和Franz Knoop發(fā)現(xiàn)檸檬酸可以轉(zhuǎn)化為圖示的其他有機(jī)酸； Krebs發(fā)現(xiàn)草酰乙酸可以和活性乙酸反應(yīng)生成檸檬酸，在反映體系中過(guò)量加入其中的任意一種有機(jī)酸可以很快轉(zhuǎn)化為其他的有機(jī)酸，因而提出反應(yīng)體系構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。,基本要求 1.熟悉形成乙酰-CoA 的過(guò)程。（難點(diǎn)） 2.掌握檸檬酸循環(huán)的概況。（重點(diǎn)） 3.熟悉檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機(jī)制。（難點(diǎn)） 4.掌握檸檬酸循環(huán)的能量計(jì)算。（重點(diǎn)） 5.熟悉檸檬酸循環(huán)的調(diào)控和雙重作用。（難點(diǎn)） 6.熟悉檸檬酸循環(huán)的研究歷史。,第24章 電子傳遞和氧化磷酸化作用,一、氧化-還原電勢(shì) (一) 氧化-還原電勢(shì) 生物氧化是通過(guò)加氧、脫氫或失電子而進(jìn)行的，加氧反應(yīng)

14、較少見(jiàn)，氧原子通常是通過(guò)加水再脫氫引入代謝物的。代謝物中生成的羧基，可通過(guò)脫羧基作用生成二氧化碳。脫氫或失電子反應(yīng)是生物氧化的主要方式，反應(yīng)過(guò)程中伴隨著氧化-還原電勢(shì)的變化。 = E正極- E負(fù)極,(二) 生物體中某些重要的氧化-還原電勢(shì),(三 )電勢(shì)和自由能的關(guān)系 G0= -nFE0 (四)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)和平衡常數(shù)的關(guān)系 E0 = (RT / nF)lnk = E0+(RT/nF)lnox/red,二、電子傳遞和氧化呼吸鏈,（一）呼吸鏈的概念 （二）呼吸鏈的各個(gè)成員,1.NAD,2.FAD,3.CoQ,4.細(xì)胞色素,5.鐵硫蛋白,（三）呼吸鏈的結(jié)構(gòu) 1.氧化還原電位 2.阻斷劑實(shí)驗(yàn) 3.亞組分重

15、組實(shí)驗(yàn),電子傳遞鏈的氧化還原電位,黑線表示E0 ,紅線表示E,復(fù)合體的電子傳遞途徑,4.線粒體內(nèi)膜的電子傳遞途徑,復(fù)合體的結(jié)構(gòu)和電子傳遞途徑,復(fù)合體的結(jié)構(gòu),*,*黏噻唑菌醇,復(fù)合體的電子傳遞途徑,復(fù)合體的結(jié)構(gòu),復(fù)合體的電子傳遞,The electron transfer pathway for cytochrome oxidase.,The CuA site of cytochrome oxdase.,The binuclear center of cytochrome oxdase,A model for the mechanism of O2 reduction by cytochrome

16、 oxdase,三、氧化磷酸化作用,（一）線粒體的結(jié)構(gòu),（二）氧化磷酸化作用機(jī)制,對(duì)三氟甲氧基苯腙羰基氰基化物,二環(huán)己基羰二亞胺,雙香豆素,2-噻吩甲酰三氟丙酮,殺粉蝶菌素,汞制劑,（三）質(zhì)子梯度的形式,（四 ）ATP合成機(jī)制,A model of the F1and f0 components of the ATP synthase .a rotation molecular motor.The a,b,and subunits constiture the stator of the motor,and the c,and subunits form the rotor.Flow of p

17、rotons through the structure turns the rotor and drive the cycle of conformation changes in and that synthesize ATP.,Molecular graphic images (a) side view and (b) top view of F1-ATP synthase.The -subunit is the pink structure visible in the center of view (b).,The binding change mechanism for ATP s

18、ynthesis by ATP synthase,實(shí)驗(yàn)證明3個(gè)質(zhì)子通過(guò)離子通道可以合成一個(gè)ATP,Outward trasport of ATP(via the ATP/ADP translocase) is favored by the membrane electrochemical potential,(五）氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制劑,魚(yú)藤酮,安密妥,二環(huán)己基羰二亞胺,電子傳遞鏈的抑制劑,2-噻吩甲酰三氟丙酮,雙香豆素,解偶聯(lián)劑,對(duì)三氟甲氧基苯腙羰基氰化物,The rotary motion of the bacterial flagella is energized directly by the proton gradient across the inner plasma membrane.,（六）細(xì)胞溶膠內(nèi)NADH的再氧化,甘油-3-磷酸穿梭,主要存在于肌肉和神經(jīng)組織,蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭,主要存在于肝、