糖的有氧氧化

第三节糖的有氧氧化AerobicOxidationofCarbohydrate葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和CO2的反应过程称为有氧氧化(aerobicoxidation)。*部位：胞液及线粒体*概念一、糖的有氧氧化反应分为3个阶段第一阶段：酵解途径第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第三阶段：三羧酸循环和氧化磷酸化G丙酮酸乙酰CoACO2NADH+H+FADH2H2O[O]ATPADPTCA循环胞液线粒体（一）葡萄糖循酵解途径分解为丙酮酸（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA总反应式:丙酮酸乙酰CoANAD+,HSCoACO2,NADH+H+丙酮酸脱氢酶复合体(acetylCoA)丙酮酸脱氢酶复合体的组成酶E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+辅酶TPP硫辛酸（)HSCoAFAD,NAD+SSL丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：1.丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。2.由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。3.二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA,同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。4.二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。5.在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。CO2CoASHNAD+NADH+H+5.NADH+H+的生成1.-羟乙基-TPP的生成2.乙酰硫辛酰胺的生成3.乙酰CoA的生成4.硫辛酰胺的生成目录（三）乙酰CoA进入三羧酸循环以及氧化磷酸化生成ATP•三羧酸循环的第一步是乙酰CoA与草酰乙酸缩合成6个碳原子的柠檬酸，然后柠檬酸经过一系列反应重新生成草酰乙酸，完成一轮循环。•经过一轮循环，乙酰CoA的2个碳原子被氧化成CO2；在循环中有1次底物水平磷酸化，可生成1分子ATP；更为重要的是有4次脱氢反应，氢的接受体分别为NAD+或FAD，生成3分子NADH+H+和1分子FADH2。•在H+/电子沿电子传递链传递过程中能量逐步释放，同时伴有ADP磷酸化成ATP，吸收这些能量储存于ATP中，即氧化与磷酸化反应是偶联在一起的，称为氧化磷酸化。•三羧酸循环中脱下的氢进入呼吸链氧化磷酸化，生成水和ATP。NADH+H+H2O、2.5ATP[O]H2O、1.5ATPFADH2[O]二、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式•三羧酸循环一次最终共生成10个ATP。•1mol葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O，可净生成30或32molATP。*获得ATP的数量取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制。葡萄糖有氧氧化生成的ATP反应辅酶ATP第一阶段葡萄糖→6-磷酸葡糖-16-磷酸果糖→1,6-双磷酸果糖-12×3-磷酸甘油醛→2×1,3-二磷酸甘油酸NAD+3或5*2×1,3-二磷酸甘油酸→2×3-磷酸甘油酸2×12×磷酸烯醇式丙酮酸→2×丙酮酸2×1第二阶段2×丙酮酸→2×乙酰CoA2×2.5第三阶段2×异柠檬酸→2×α-酮戊二酸2×2.52×α-酮戊二酸→2×琥珀酰CoA2×2.52×琥珀酰CoA→2×琥珀酸2×12×琥珀酸→2×延胡索酸FAD2×1.52×苹果酸→2×草酰乙酸NAD+2×2.5净生成30或32NAD+NAD+NAD+有氧氧化的生理意义•糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。简言之，即“供能”三、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求关键酶①酵解途径：己糖激酶②丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体③三羧酸循环：柠檬酸合酶丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1α-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶•此处主要叙述丙酮酸脱氢酶复合体的调节。别构调节别构抑制剂：乙酰CoA;NADH;ATP别构激活剂：AMP;ADP;NAD+*乙酰CoA/HSCoA或NADH/NAD+时，其活性也受到抑制。共价修饰调节目录ATP/ADP或ATP/AMP比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。ATP/AMP效果更显著。•有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对能量的需要，有氧氧化全过程中许多酶的活性都受细胞内ATP/ADP或ATP/AMP比例的影响。四、糖有氧氧化可抑制乳酸酵解*概念*机制有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线立体进一步氧化而不生成乳酸;缺氧时，酵解途径加强，NADH+H+在胞浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。巴斯德效应(Pastuereffect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象。第四节葡萄糖的其他代谢途径OtherMetabolicPathwaysofGlucose一、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖•磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。*细胞定位：胞液第一阶段：氧化反应生成磷酸戊糖、NADPH+H+及CO2（一）磷酸戊糖途径的反应过程可分为两个阶段*反应过程可分为二个阶段第二阶段则：非氧化反应包括一系列基团转移。CCCCCOO—CH2OHOHOHOHHHHOHPP6-磷酸葡糖酸CH2OHC=OCCCH2OOHOHHHPP5-磷酸核酮糖NADPH+H+NADP+⑴H2ONADP+CO2NADPH+H+⑵6-磷酸葡糖脱氢酶6-磷酸葡糖酸脱氢酶HCOHCH2OHCO6-磷酸葡糖CCCCCCH2OHOHOHOHHHHOHHOPP6-磷酸葡糖酸内酯CCCCC=OCH2OHOHOHHHHOHOPP1.6-磷酸葡糖在氧化阶段生成磷酸戊糖和NADPH5-磷酸核糖•催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。•两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH+H+。•反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。G-6-P5-磷酸核糖NADP+NADPH+H+NADP+NADPH+H+CO2•每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。2.经过基团转移反应进入糖酵解途径•这些基团转移反应可分为两类：•一类是转酮醇酶（transketolase）反应，转移含1个酮基、1个醇基的2碳基团；接受体都是醛糖。•另一类是转醛醇酶（transaldolase）反应，转移3碳单位；接受体也是醛糖。5-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖C55-磷酸木酮糖C55-磷酸木酮糖C57-磷酸景天糖C73-磷酸甘油醛C34-磷酸赤藓糖C46-磷酸果糖C66-磷酸果糖C63-磷酸甘油醛C3•第二阶段反应的意义就在于通过一系列基团转移反应，将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入酵解途径。因此磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路（pentosephosphateshunt）。磷酸戊糖途径第一阶段第二阶段5-磷酸木酮糖C55-磷酸木酮糖C57-磷酸景天糖C73-磷酸甘油醛C34-磷酸赤藓糖C46-磷酸果糖C66-磷酸果糖C63-磷酸甘油醛C36-磷酸葡糖(C6)×36-磷酸葡糖酸内酯(C6)×36-磷酸葡糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖C53NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡糖脱氢酶3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡糖酸脱氢酶CO2磷酸戊糖途径的总反应式：3×6-磷酸葡糖+6NADP+2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2磷酸戊糖途径的特点⑴脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。⑵反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。⑶反应中生成了重要的中间代谢物——5-磷酸核糖。⑷一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。（二）磷酸戊糖途径受NADPH/NADP+比值的调节*6-磷酸葡糖脱氢酶此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡糖进入磷酸戊糖途径的流量。此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。（三）磷酸戊糖途径的生理意义在于生成NADPH和5-磷酸核糖1.磷酸戊糖途径为核苷酸的生成提供核糖2.提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应（1）NADPH是体内许多合成代谢的供氢体；（2）NADPH参与体内羟化反应；（3）NADPH还用于维持谷胱甘肽（glutathione）的还原状态。2G-SHG-S-S-GNADP+NADPH+H+AAH2还原型谷胱甘肽是体内重要的抗氧化剂，可以保护一些含-SH基的蛋白质或酶免受氧化剂，尤其是过氧化物的损害。在红细胞中还原型谷胱甘肽更具有重要作用。它可以保护红细胞膜蛋白的完整性。二、糖醛酸途径可生成活泼的葡糖醛酸６-磷酸葡糖1-磷酸葡糖UDPGUDPGA1-磷酸葡糖醛酸葡糖醛酸L-古洛糖酸L-木酮糖木糖醇D-木酮糖5-磷酸木酮糖磷酸戊糖途径•对人类而言，糖醛酸途径的主要生理意义在于生成活化的葡糖醛酸，即UDPGA。•葡糖醛酸是组成蛋白聚糖的糖胺聚糖，如透明质酸、硫酸软骨素、肝素等的组成成分；•葡糖醛酸在生物转化过程中参与很多结合反应。三、多元醇途径可生成木糖醇、山梨醇等•葡萄糖代谢过程中可生成一些多元醇，如木糖醇（xylitol）、山梨醇（sorbitol）等，所以被称为多元醇途径（polyolpathway）。•但这些代谢过程局限于某些组织，对整个葡萄糖代谢所占比重极少，无重要性。第五节糖原的合成与分解GlycogenesisandGlycogenolysis是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。肌肉：肌糖原，180~300g，主要供肌肉收缩所需肝脏：肝糖原，70~100g，维持血糖水平糖原(glycogen)•糖原储存的主要器官及其生理意义1.葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键形成长链。2.约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以α-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。3.每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。•糖原的结构特点目录一、糖原合成的代谢反应主要发生在肝脏和肌肉糖原的合成(glycogenesis)指由葡萄糖合成糖原的过程。组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡糖葡萄糖6-磷酸葡糖ATPADP己糖激酶;葡糖激酶（肝）糖原合成途径:1-磷酸葡糖磷酸葡糖变位酶6-磷酸葡糖2.6-磷酸葡糖转变成1-磷酸葡糖这步反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成α-1,4-糖苷键，所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合。半缩醛羟基与磷酸基之间形成的O-P键具有较高的能量。*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。+UTP尿苷PPPPPiUDPG焦磷酸化酶3.1-磷酸葡糖转变成尿苷二磷酸葡糖2Pi+能量1-磷酸葡糖OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHPPP尿苷二磷酸葡糖(uridinediphosphateglucose,UDPG)OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHPPP尿苷P尿苷PP糖原n+UDPG糖原n+1+UDP糖原合酶(glycogensynthase)UDPUTPADPATP核苷二磷酸激酶4.α-1,4-糖苷键式结合*糖原n为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)，作为UDPG上葡糖基的接受体。糖原n+UDPG糖原n+1+UDP糖原合酶(glycogensynthase)•糖原分枝的形成分支酶(branchingenzyme)α-1,6-糖苷键α-1,4-糖苷键目录•分支的形成不仅可增加糖原的水溶性，更重要的是可增加非还原端数目，以便磷酸化酶能迅速分解糖原。•从葡萄糖合成糖原是耗能的过程。葡萄糖6-葡萄糖ATP1-磷酸葡糖UDPGUTPPPi近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为蛋白-酪氨酸-葡糖基转移酶（glycogenin）的蛋白质。Glycogenin可对其自