檸檬酸循環(huán)與糖異生

1、葡萄糖,丙酮酸,乙酰-CoA,乳酸,乙醇,EMP,丙酮酸氧化,TCA,第12章 檸檬酸循環(huán) -糖的有氧分解,第一節(jié) 丙酮酸氧化,丙酮酸脫氫酶復(fù)合物,E1－丙酮酸脫氫酶E2－二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；窫3－二氫硫辛酰脫氫酶,一類催化兩個或多個順序反應(yīng)步驟的酶非共價結(jié)合在一起的酶復(fù)合物。,多酶復(fù)合物,5種輔酶,硫辛酸,二氫硫辛酸脫氫酶,E1 丙酮酸氧化脫羧,丙酮酸脫氫酶,二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；?E3 將還原型硫辛酰胺轉(zhuǎn)

2、變?yōu)檠趸?E2 將乙酰基轉(zhuǎn)移給CoA,氧化型E3的再生,羰基碳帶正電性,羥乙基-TPP·E1,羥乙基上穩(wěn)定的負(fù)碳離子,帶正電荷的氮原子起電子陷阱作用,1、丙酮酸氧化脫羧,（1）發(fā)生在TPP輔基的催化反應(yīng),（2）羥乙基氧化形成乙?；?,*,*,還原二硫鍵，羥乙基氧化成乙?；⑥D(zhuǎn)移至E2上,乙酰二氫硫辛酰胺·E2,TPP·E1,TPP回復(fù)原狀,（2）羥乙基氧化形成乙?；?,,2、乙?；D(zhuǎn)移至CoA分子上形成乙

3、酰-CoA,+,二氫硫辛酰胺·E2,乙酰CoA,高能硫酯鍵,酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng),3、氧化型硫辛酰胺的再生,4、還原型E3的再氧化,,共價修飾調(diào)節(jié)酶活（E1）：E2分子上結(jié)合著激酶和磷酸酶。磷酸 化E1使之失活，去磷酸化使之活化。,別構(gòu)調(diào)節(jié)酶活：激活——CoA、AMP(低能荷)、 NAD+、Ca2+ (競爭性）抑制——乙酰-CoA、 ATP（高能荷） NADH+H+、,丙酮酸脫氫酶復(fù)合物,第二節(jié) 檸

4、檬酸循環(huán),檸檬酸合酶,順烏頭酸酶,α-酮戊二酸,檸檬酸,異檸檬酸,異檸檬酸脫氫酶,α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物,琥珀酰-CoA,琥珀酰-CoA合成酶,琥珀酸,琥珀酸脫氫酶,延胡索酸反式丁烯二酸,延胡索酸酶,L-蘋果酸,蘋果酸脫氫酶,草酰乙酸,乙酰-CoA,,H. A. Krebs,兩個亞基構(gòu)成的二聚體,酶與草酰乙酸結(jié)合,由每個亞基的兩個結(jié)構(gòu)域構(gòu)成一個疏水縫隙。,,結(jié)構(gòu)域發(fā)生旋轉(zhuǎn)裂縫合攏,,暴露出乙酰-CoA的結(jié)合部位,檸檬酸合酶的“誘導(dǎo)契

5、合”模型,檸檬酸合酶的催化反應(yīng),Asp,His殘基堿性催化奪質(zhì)子，形成負(fù)碳離子,硫酯鍵使烯醇式負(fù)碳離子通過共振保持穩(wěn)定,負(fù)碳離子對草酰乙酸的羰基碳進行親核攻擊(立體專一性）,——有序地動態(tài)催化反應(yīng),,別構(gòu)調(diào)節(jié)酶活：激活——乙酰CoA、草酰乙酸、 ADP 、 NAD+（低能荷） 抑制——ATP、NADH+H+（高能荷）、琥珀酰-CoA、脂酰-CoA,檸檬酸合酶的調(diào)節(jié),伯醇，易氧化,順烏頭酸酶的催化反應(yīng),,來自草酰乙酸

6、,叔醇，不易氧化,水分子加入方式,90%,6%,4%,檸檬酸,異檸檬酸,致死性合成反應(yīng),殺蟲劑、滅鼠藥、有毒植物的葉子多含氟乙酸,由氟乙酸形成的氟乙酰-CoA被檸檬酸合成酶催化與草酰乙酸縮合生成氟檸檬酸，它取代檸檬酸結(jié)合到烏頭酸酶的活性中心，產(chǎn)生不可逆抑制。由氟乙酰-CoA形成氟檸檬酸的反應(yīng)稱致死性合成反應(yīng),,氟乙酸,氟檸檬酸,異檸檬酸脫氫酶的催化反應(yīng),異檸檬酸,α-酮戊二酸,第一次脫羧,異檸檬酸脫氫酶,來自草酰乙酸,Mn2＋：使新形成

7、的羰基極化，促使了鄰近碳碳鍵的斷裂。,β脫羧,,異檸檬酸脫氫酶的調(diào)節(jié),別構(gòu)調(diào)節(jié)酶活： 激活——異檸檬酸、Ca2+、ADP、NAD+（低能荷） 抑制——ATP、NADH+H+（高能荷）,共價修飾調(diào)節(jié)酶活： 活性部位Ser113若被磷酸化，就直接抑制了酶與異檸檬酸底物的結(jié)合。,?-酮戊二酸脫氫酶E1琥珀酰轉(zhuǎn)移酶E2二氫硫辛酸脫氫酶E35種輔因子（TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA）,α-酮戊二酸脫氫酶系的

8、催化反應(yīng),高能硫酯化合物,第二次脫羧,來自草酰乙酸,,別構(gòu)調(diào)節(jié)酶活： 激活—— Ca2+、NAD+、低能荷 抑制—— 琥珀酰-CoA、NADH+H+、ATP（高能荷）,但?-酮戊二酸脫氫酶E1不受磷酸化的共價調(diào)節(jié)！,α-酮戊二酸脫氫酶系的調(diào)節(jié),琥珀酰-CoA合成酶,,琥珀酰-CoA合成酶的催化反應(yīng),底物水平磷酸化,GTP,高能硫酯化合物,琥珀酸脫氫酶,,成烯反應(yīng),琥珀酸,延胡索酸,碳碳鍵氧化釋放的自由能不足以使電子轉(zhuǎn)

9、移到NAD+,琥珀酸脫氫酶的催化反應(yīng),琥珀酸脫氫酶上組氨酸殘基與FAD第8位碳原子共價相連,琥珀酸脫氫酶的輔基是FAD,,琥珀酸脫氫酶是TCA循環(huán)中唯一嵌入線粒體內(nèi)膜的酶,琥珀酸脫氫酶,琥珀酸,延胡索酸,琥珀酸脫氫酶的抑制劑,,琥珀酸的結(jié)構(gòu)類似物，琥珀酸脫氫酶的強抑制劑。,延胡索酸酶,,延胡索酸,L-蘋果酸,蘋果酸脫氫酶,,第三節(jié) 糖有氧分解的調(diào)節(jié),糖的有氧分解是機體獲得能量的主要方式，其速度受機體對ATP需求量的調(diào)節(jié)。三個階段都有

10、調(diào)節(jié)點 A、糖酵解酶系 己糖激酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶 B、丙酮酸脫氫酶系的調(diào)節(jié) C、三羧酸循環(huán)酶系 檸檬酸合酶、 異檸檬酸脫氫酶系 α-酮戊二酸脫氫酶系,,ATP、ADP和Ca2+對檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié),TCA循環(huán)總觀,乙酰-CoA + 3NAD+ + FAD +

11、 GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA-SH,,兩次脫羧（來自草酰乙酸的碳原子）,四次氧化脫氫,一次底物水平磷酸化,TCA生物學(xué)意義,1、供能,,2、提供多種有機物完全氧化的途徑（主要）,3、兩用代謝途徑,檸檬酸循環(huán)中間物的回補,1、草酰乙酸的補充,2、蘋果酸 的補充,丙酮酸,蘋果酸,草酰乙酸,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,葡萄糖經(jīng)不同脫氫途徑后的產(chǎn)能效率,,,,,,

12、,,產(chǎn)能形式,EMP,HMP,EMP+TCA,底物水平,,ATP,GTP,NADPH+H+,NADH+H+,FADH2,凈產(chǎn)ATP,2,2,12,35,6-8,2,2,2+8,2,36-38,G磷酸化消耗1個ATP,為什么不同組織氧化Glucose產(chǎn)生的ATP 有差異？,3-磷酸甘油醛 （脫氫） ↓ NADH + H+ 胞漿(不能自由進入線粒體內(nèi)膜)

13、↓ ↓ ↓ 磷酸甘油穿梭 蘋果酸穿梭 (蘋果酸-天冬氨酸穿梭) ↓ FADH2 NADH + H+ (骨骼肌,腦組織) (肝,腎,心等組織),,,,,磷酸甘油穿梭,線粒體內(nèi)膜,胞漿,

14、基質(zhì),NAD+ 3-磷酸甘油,NADH 磷酸二羥丙酮H+,3-磷酸甘油 FAD,磷酸二羥丙酮 FADH2,,,,,,,,磷酸甘油脫氫酶輔酶 NAD+,磷酸甘油脫氫酶輔酶 FAD,(骨骼肌,腦組織),磷酸甘油脫氫酶輔酶 FAD,,,蘋果酸穿梭,線粒體膜,胞漿,基質(zhì),蘋果酸,蘋果酸,草酰乙酸,草酰乙酸,谷氨酸,谷氨酸,天冬氨酸,天冬氨酸,α-酮戊二酸,α-酮戊二酸

15、,,,,,,,,,,,,,蘋果酸脫氫酶(肝,腎,心等組織) 輔酶 NAD+,NAD+,NAD+,NADHH+,NADHH+,GOT,化學(xué)滲透學(xué)說：（1961年P(guān)eter.Mitchell）：呼吸鏈存在于線粒體內(nèi)膜，當(dāng)氧化進行時，電子傳遞的自由能起質(zhì)子泵的作用，質(zhì)子從線粒體的基質(zhì)部位被泵到線粒體的膜間空隙，形成了質(zhì)子濃度內(nèi)低外高的濃度梯度（PH差1.4），從而產(chǎn)生了跨膜的化學(xué)電位差，此電化學(xué)能用于ADP與磷酸合成ATP。,影響氧化磷酸化

16、的因素,呼吸鏈抑制劑 :阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。 復(fù)合物I: 魚藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A（piericidin A）等； 復(fù)合物II: 噻吩甲酰，三氟丙酮，丙二酸 復(fù)合物III：抗霉素A（antimycin A）等 復(fù)合物IV：CO,CN- ,N3等,（一）抑制劑,,魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥,,×,抗霉素A二巰基丙醇,,×,CO、CN-、N3-及H2S,

17、,×,各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點,噻吩甲酰三氟丙酮,,×,2. 解偶聯(lián)劑： 使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。是一些脂溶性的具有質(zhì)子或離子轉(zhuǎn)運載體功能分子。如： H+載體： 二硝基苯酚（dinitrophenol, DNP）

18、 三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（FCCP）， 解偶聯(lián)蛋白(uncoupling protein) K+離子載體：纈氨霉素等,,,解偶聯(lián)蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）,Ⅲ,Q,胞液側(cè),基質(zhì)側(cè),解偶聯(lián) 蛋白,3. 氧化磷酸化抑制劑 : 對電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素（oligomy

19、cin）可阻止質(zhì)子從Fo質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成,寡霉素,第十四章 糖原代謝和糖異生作用,,,,,,,,,,,糖異生,糖原合成,糖原降解,第一節(jié) 糖原的合成與分解,動物體內(nèi)的 糖類大部分轉(zhuǎn)變成脂肪后儲存于脂肪組織內(nèi)，只有一小部分以糖原形式儲存 肝糖原70-100g 變動較大 糖原→G 糖 原 運到各組織利用 肌糖原180-300g 供肌肉收縮的需要 糖原的生物學(xué)意

20、義：儲存能量，維持正常血糖水平 糖原以顆粒狀存在于細(xì)胞漿中(10-40nm)，大顆粒含約12萬個葡萄糖。 機體儲存的糖原作為能量大約可供機體12小時的需要。,,一、糖原的分解 (共3步),★磷酸化酶 變位酶 糖原+nPi n 1-P葡萄糖 n 6-P葡萄糖 轉(zhuǎn)移酶 G-6-P

21、 磷酸酶 (只存在肝中) 葡萄糖 肝是生成

22、血糖的主要部位 腦和骨骼肌無G-6-P磷酸酶，GP不透過細(xì)胞，所以這些組織能保持G-6-P不外流，以備活動需要。,,,,,二、糖原的合成（5步）,,★糖原合成酶,糖原分支酶,大分子葡萄糖聚合物,糖原,葡萄糖 6磷酸葡萄糖,G-1-P,UDPG,,,,,,ATP,UTP,P.P,UDP,,,ATP,ADP,引物上每接上一個G要消耗2分子ATP,在非還原性末端形成α-1,4糖苷鍵。,形成α-1,6糖苷鍵。非還原性末端增加,己

23、糖激酶,變位酶,磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶,三、糖原合成與糖原分解的調(diào)節(jié),,,糖原合成酶,糖原磷酸化酶,,共價修飾,別構(gòu)效應(yīng),（磷酸化/去磷酸化）,,,,,,激活,激活,抑制,抑制,磷酸化,去磷酸化,磷酸化,去磷酸化,6-P-G,AMP,調(diào)節(jié)方式,糖原合成酶與糖原磷酸化酶的共價修飾調(diào)節(jié),兩酶修飾情況相似，但結(jié)果正好相反，兩者之間當(dāng)有一種被激活時，另一種被抑制，兩者不會同時都處于激活狀態(tài)，說明糖原的合成與其降解是密切協(xié)調(diào)的。,活性 2

24、ATP 蛋白激酶 2ADP 無活性 糖原合成酶a 糖原合成酶b(磷酸化) Pi 磷酸蛋白磷酸酶 H2O H2O 磷酸化酶磷酸酶 Pi 糖原磷酸化酶a 磷酸化酶b (脫磷酸) ADP 磷酸化酶激酶 ATP,,,,,,,四、血糖及其調(diào)節(jié),正常人空腹時血糖

25、濃度是相當(dāng)恒定的 ，維持在4.5-5.5mmol/L (70-110mg/100ml)之間 （一） 血糖的來源與去路 食物中的糖 ↘ ↗氧化分解供能 肝糖原的分解 → 血糖 →合成糖原 肝中糖異生作用↗ ↘轉(zhuǎn)化為非糖物質(zhì) ↘隨尿排出,（二）激素對血糖的調(diào)節(jié),血糖升高作用：胰高血糖素，腎上腺素，糖皮質(zhì)激素血糖降低作用：胰

26、島素 高血糖（>7.28mmol/L, >腎糖閾值8.96mmol/L,→糖尿病）糖尿病癥狀 胰島素分泌不足，糖代謝紊亂受阻， 糖排出帶走大量水分,口渴 多食,多飲,多尿,體重減少 糖代謝障礙，增強脂肪和蛋白質(zhì)分解，消瘦 低血糖（昏迷）（<3.92 mmol/L）胰島β-細(xì)胞增多或癌癥等使胰島素分泌增多,,級聯(lián)放大作用,如腎上腺素10-8-10-10 mol/L 肝細(xì)

27、胞，在細(xì)胞內(nèi)cAMP最高濃度可達(dá)10-6 mol/L 引起了強烈的效應(yīng)，能產(chǎn)生5mmol/L葡萄糖。整個過程（幾秒鐘）的信號逐級放大了約幾萬倍，這種作用稱級聯(lián)放大作用。,蛋白激酶,磷酸化酶激酶,磷酸化酶,cAMP,ATP,G蛋白,第二節(jié) 糖異生(gluconeogenesis)作用和Cori循環(huán),糖異生作用是指以非糖物質(zhì)為前體合成葡萄糖的過程。人腦以葡萄糖作為主要的燃料需120 g/日葡萄糖 人體總需求160 g/日葡萄糖主

28、要來源于游離葡萄糖和糖原 饑餓狀態(tài)或機體劇烈運動時，為維持一定的血糖濃度，糖異生作用加強。,糖異生作用,糖異生作用與糖酵解的關(guān)系糖異生的途徑:基本上是糖酵解的逆過程，因EMP途徑中大多催化反應(yīng)是可逆的，只有三處激酶催化反應(yīng)是不可逆的,糖異生的途徑（EMP途徑不可逆處）,G G-6-P F-6-P 1,6-FD

29、P,ATP ADP ATP ADP,Pi H2O

30、 Pi H2O,G-6-P磷酸酶 FDP磷酸酶,己糖激酶

31、F-6-P激酶,,,,,,,,,存在于肝臟,（1） （2）,肝及腎皮質(zhì)中糖氧化與糖異生的通路,(3)丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸,這一逆過程需要肝細(xì)胞漿和線粒體酶的協(xié)同作用來完成，稱之為丙酮酸羧化支路.,G,,,,,,,糖酵解,糖異生,,,ADP ATP,,,,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,蘋果酸穿羧,,GTP,GDP CO2,,,烯醇式丙酮

32、酸羧激酶,（線粒體）,,ADP ATP CO2,生物素,,,,糖異生作用的總反應(yīng),兩分子丙酮酸形成一分子葡萄糖的總反應(yīng) 2丙酮酸+ 4ATP + 2GTP + 2NADH + 6H2O 葡萄糖+ 4ADP+2GDP+2NAD+ + 6Pi,,糖異生作用的生理意義：,① 保證在饑餓情況下血糖濃度相對恒定② 當(dāng)肌肉激烈運動時產(chǎn)生大量乳酸→肝→G或糖原，補充血糖或重新合成肌糖原被儲存，乳酸－葡萄糖的循環(huán)過程

33、稱為Cori循環(huán)③ 糖異生作用對維持TCA循環(huán)的正常進行起主要作用，如補充草酰乙酸等,減輕或消除代謝性酸中毒,可立氏循環(huán)-Cori循環(huán),肝 肌肉葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖異生 糖酵解丙酮酸

34、 丙酮酸 乳酸脫氫酶 乳酸脫氫酶 乳酸 乳酸,,,,,,,,,,,,,NADH+H+

35、 NADH+H+,NAD+ NAD+,,,,,,,乳酸濃度以及其他葡萄糖前體的濃度對糖異生起調(diào)節(jié)作用,糖異生作用的調(diào)節(jié),ATP和檸檬酸（TCA循環(huán)）是其別構(gòu)抑制劑磷酸果糖激酶 2，6-二磷酸果糖、AMP是其別構(gòu)激活劑,果糖1，6－二磷酸酶,,檸檬酸，低濃度的2，6-二磷酸果糖,,丙酮酸激酶的調(diào)節(jié),ATP是其別構(gòu)抑制劑,丙酮

36、酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,,ATP，丙氨酸,糖異生作用的調(diào)節(jié),1． 丙酮酸羧化酶，別構(gòu)酶，ADP別構(gòu)抑制劑 ATP↓ 乙酰COA＋草酰乙酸→→TCA循環(huán) ATP↑ 丙酮酸，草酰乙酸 →→ 糖異生, 維持血糖水平2．1，6-二磷酸果糖磷酸酶，別構(gòu)酶 激活劑：ATP及檸檬酸 抑制劑：AMP及2，6-二磷酸果糖,糖代謝在工業(yè)上的應(yīng)用,利用微生物的糖代謝途徑，控制一定的條件，可生產(chǎn)多種產(chǎn)品，以丙酮酸

37、為樞紐性地位的中間產(chǎn)物，由它可生產(chǎn)乙醇（酒精發(fā)酵），乳酸（乳酸發(fā)酵），丙酮，丁醇（丙酮丁醇發(fā)酵）及多種有機酸。,一、甘油發(fā)酵 利用酵母細(xì)胞對糖的無氧代謝來生產(chǎn)甘油 NaSO3 發(fā)酵生成的乙醛 * 乙醇 NADH+H+ 磷酸酶 磷酸二羥丙酮 α-磷酸甘油 甘油 二、丙酮，丁醇發(fā)酵