4-1-糖代谢EMP

•本章提要：本章主要内容是生物体内糖类的分解途径、合成途径、生物氧化途径及其调节和控制；以及多种糖代谢紊乱的机理。第一节糖的消化、吸收和转运第二节糖酵解(glycolysis)第三节三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle,TCAcycle)第四节生物氧化第五节磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）(hexosephosphateshunt)第六节糖的异生(gluconeogenesis)第七节糖原合成与分解第八节结构多糖组分的生物合成第九节糖代谢的调节第十节糖代谢的紊乱：糖尿病(diabetesmellitus)第四章糖代谢(Metabolismofcarbohydrate)糖酵解——糖的共同分解途径糖的分解代谢柠檬酸循环——糖的最终氧化途径糖原的分解功能：供能；中间产物转化或合成为其他物质磷酸戊糖途径——各种糖的相互转化糖的中间代谢:乙醛酸途径糖醛酸途径糖原的合成——葡萄糖储备糖的合成代谢糖的异生作用——非糖物质合成糖寡糖及糖蛋白的生物合成光合作用——葡萄糖、淀粉合成第一节糖的消化、吸收和转运一糖的消化(digestion)：从口腔开始。食物口腔：糖+唾液淀粉酶部分水解麦芽糖（少量）（近中性）胃：胃酸抑制唾液淀粉酶作用十二指肠：淀粉-淀粉酶麦芽糖+极限糊精+单糖-淀粉酶二糖、寡糖寡糖酶、蔗糖酶各种单糖-葡萄糖苷酶、-半乳糖苷酶小肠：糖的吸收和转运的场所。二糖的吸收和转运(absorptionandtransport)1.糖的吸收：单糖：由小肠粘膜细胞吸收，进入血液。不被消化的糖类（二糖、寡糖、多糖）：经肠道细菌分解为酸、CH4、CO2、H2等排出。2.糖的转运:根皮苷D-葡萄糖小肠上皮细胞膜内的上皮细胞循环系统D-半乳糖Na+-单糖协同转运系统D-果糖不需Na+的易化扩散系统上皮细胞被动扩散循环系统细胞松弛素图葡萄糖的协同运送系统GLUT53.细胞对葡萄糖的摄入：葡萄糖转运体（glucosetransporter，GLUT）Na+-葡萄糖协同转运体(Na+-glucosecotransporter)单向运输协同运输课后复习1.GLUT1和GLUT3:哺乳动物细胞,负责基本葡萄糖摄取,Km=1mmol/L2.GLUT2:肝和胰腺的细胞及肠,Km=15-20mmol/L3.GLUT4:肌肉和脂肪组织,Km=5mmol/L,Insulin→GLUT4↑4.GLUT5:小肠粘膜细胞、肾小管上皮细胞,果糖转运体5.GLUT7:内质网膜上，使Glc释出内质网.GLUTs：PassivetransportFacilitateddiffusion易化扩散转运葡萄糖课后复习课后复习主动吸收，需载体蛋白，耗能，逆浓度梯度葡萄糖的主动吸收GLUT2课后复习Na+-glucosecotransporterNa+-葡萄糖协同转运体第二节糖酵解(glycolysis)◆掌握一些基本概念：★糖酵解作用，单纯乳酸发酵，乳酸发酵，乙醇发酵，★底物水平磷酸化◆★熟悉酵解途径中的各步酶促反应以及限速酶和关键酶的作用特点,及与发酵途径的区别◆★会分析和计算酵解途径中产生的能量，以及底物分子中标记碳的去向。学习目标一、糖酵解途径二、糖酵解途径总结三、无氧条件下丙酮酸的去路四、糖酵解作用的调节五、其他六碳糖进入糖酵解途径主要内容第二节糖酵解(glycolysis)•糖酵解(glycolysis,Embden-Meyerhof途径，EM途径)(Embden-Meyerhof-Pamas途径，EMP途径)•糖酵解——无氧条件下葡萄糖分解为两个分子的丙酮酸，并产生ATP的过程。•一糖酵解途径(EMP)糖酵解在细胞溶胶进行。从葡萄糖开始，共需要十步，每一步由一个特定的酶催化，大多需Mg2+。•己糖激酶(hexokinase):催化Glc、Fru磷酸化需要Mg2+或Mn2+等Mg2+与ATP形成复合物反应基本不可逆是别构调节酶、同工酶(-):G6P.•葡萄糖激酶(glucokinase):肝脏中由此酶催化,是诱导酶。Km高。G6P主要用于糖的合成主要用于糖的分解用途不受G-6-P抑制受G-6-P抑制抑制Km高，亲和力低Km低，亲和力高对G的亲和力GG、F、M等底物肝脏不同组织分布葡萄糖激酶已糖激酶别名已糖激酶IV已糖激酶I、II、IIIG0’=1.67kJ/mol=0.4kcal/mol，反应可逆。•磷酸葡萄糖异构酶：绝对底物专一性，立体专一性•机理：酸碱催化•G0’=-14.23kJ/mol=-3.4kcal/mol，反应不可逆。•磷酸果糖激酶：EMP限速酶。•磷酸果糖激酶为四聚体别构酶：(-)：ATP，PEP，柠檬酸；ADP、AMP、F-2,6-BP(+)•有多种同工酶：A：心肌、骨骼，对磷酸肌酸、柠檬酸、Pi的抑制最敏感B：肝、红细胞，被2,3–2P-甘油酸（BPG）敏感激活C：脑，对腺嘌呤核苷酸作用敏感★磷酸果糖激酶-1（phosphofructokinase-1，PFK-1）限速酶F6PFBP醛缩酶（adolase）：G0’=24kJ/mol=5.73kcal/molA—肌肉I型：高等植物、动物。有三种同工酶：B—肝脏C—脑II型：细菌、真菌、藻类。与I型不同：含二价金属离子。GAPDHAPFBP反应机制:羟醛缩合反应(aldolcondensation)5.二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸（GAP）HHOH-3C-OH丙糖磷酸异构酶C2C=O（triosephosphateC-OH1CH2OPO32-isomerase）CH2OPO32-（DHAP）（GAP）G’=7.7kJ/mol=1.83kcal/mol•DHAP与GAP的互变十分迅速，两者浓度常处于平衡状态。DHAPGAPGAP六碳糖转换成三碳糖后，碳原子的归属6.甘油醛-3-磷酸氧化（脱氢）1,3-2P-甘油酸HONAD+,PiNADHOO~PO32-C甘油醛-3-磷酸脱氢酶CHC-OH（glyceraldehyde3-PHC-OHCH2OPO32-dehydrogenase）CH2OPO32-（GAP）（1,3-BPG）G’=6.27kJ/mol=1.5kcal/mol•产生EMP中的唯一的一个NADH。甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH)甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH)含巯基，受重金属离子和烷化剂（碘乙酸）抑制砷酸盐(arsenate,AsO43-)做为Pi类似物抑制反应。生成1-砷酸-3-磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸解偶联的作用:氧化与磷酸化的偶联BPG磷酸甘油酸激酶（phosphoglyceratekinase,PGK)产生EMP中的第一个ATP分子。★底物水平磷酸化作用(substratelevelphosphorylation)：从一个高能化合物（例如1,3-二磷酸甘油酸）上，将磷酰基转移给ADP形成ATP的过程称为底物水平磷酸化作用，即ATP的形成直接与一个代谢中间物上的磷酰基转移相偶联。或高能键断裂释放的能量直接用于ATP的合成。底物水平磷酸化不需要氧，是酵解中形成ATP的机制。7.1,3-二磷酸甘油酸（1,3-BPG）转变为3-磷酸甘油酸（3-PG）8.3-P-甘油酸2-P-甘油酸：OO-OO-C磷酸甘油酸变位酶CHC-OH（bisphosphoglycerateH-C-OPO32-CH2OPO32-mutase）CH2OH（3-PG）（2-PG）G’=4.45kJ/mol=1.06kcal/mol•变位酶：催化分子内基团移位的酶。•转变过程的中间产物：2，3-BPG。2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）作为引物磷酸甘油酸变位酶（phosphoglyceratemutase)2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）的作用：1作为引物，参与糖酵解中3-PG→2-PG2调节血红蛋白的运氧功能。稳定脱氧血红蛋白的构象，降低血红蛋白对氧的亲和力2,3-二磷酸甘油酸的合成与降解：•2，3－二磷酸甘油酸（2，3－BPG）支路2,3-BPG是二磷酸甘油酸变位酶（phosphoglyceratemutase)的强竞争性抑制剂H20Pi+H+3-PG1,3-BPG2,3-BPG3-PG1,3-二磷酸甘油酸变位酶2,3-二磷酸甘油酸磷酸酶葡萄糖1,3-BPG3-磷酸甘油酸2,3-BPG2,3-BPG磷酸酶二磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油酸激酶乳酸2,3-BPG旁路15-50%9.2-P-甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸：OO-OO-C烯醇化酶CH-C-OPO32-（enolase）C-OPO32-CH2OHH-C-H（2-PG）（phosphoenolpyruvate,PEP）G’=1.84kJ/mol=0.44kcal/mol消除反应中间产物：负碳离子中间物。烯醇化酶：需要Mg2+、Mn2+等二价阳离子激活。氟化物中的F-可与Mg2+、Pi形成络合物并结合在酶上而产生强烈抑制。Mg2+10.磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸：OO-ADPATPOO-CMg2+CC-OPO32-丙酮酸激酶C=OH-C-H（pyruvatekinase）CH3（PEP）（pyruvate）G’=-31.38kJ/mol=-7.5kcal/mol•PEP转移高能磷酸键并合成EMP的第二个ATP。•底物水平磷酸化作用(substratelevelphosphorylation)•丙酮酸激酶是一个四亚基别构酶，至少有三种同工酶。是EMP的第三个重要调节部位。不可逆反应抑制剂：ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸激活剂：F-1,6-BP和磷酸烯醇式丙酮酸（PEP)二糖酵解途径总结:1.EMP从葡萄糖到丙酮酸：10步反应。2.最重要的生物学意义：是在不需氧的情况下（缺氧或不缺氧），产生ATP的供能方式。3.能量代谢总结：产生2个NADH底物磷酸化:产生4ATP两步磷酸化:消耗2ATP1个葡萄糖经历EMP分解为2个分子的丙酮酸:共计:产生2个ATP+2个NADH葡萄糖＋2ADP＋2NAD＋＋2Pi→2丙酮酸＋2ATP＋2NADH＋2H＋＋2H2O二糖酵解途径总结:EMP的生物学意义:★是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,是机体相对缺氧时补充能量的一种有效方式（机体缺氧、剧烈运动肌肉局部缺血等，能迅速获得能量）。★某些组织在有氧时也通过糖酵解供能：成熟红细胞、视网膜、睾丸、肾髓质、皮肤、肿瘤细胞;★形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；★为糖异生提供基本途径。★乳酸的利用三无氧条件下丙酮酸的去路发酵——丙酮酸转化为乳酸、乙醇乳酸发酵：乳酸菌将NADH的氢用来还原丙酮酸使之形成乳酸的过程。单纯乳酸发酵(homolaticfermentation)：供氧不足时，动物细胞与乳酸菌类似，丙酮酸产生的速度大于它能被三羧酸循环氧化的速度，丙酮酸被还原成乳酸。酒精发酵：某些厌氧微生物（如酵母）把酵解生成的NADH中的氢交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，使之形成乙醇的过程。三无氧条件下丙酮酸的去路1.丙酮酸生成乳酸:COOHCOOHC=O+NADH+H+乳酸脱氢酶(LDH)HC-OH+NAD+CH3(lactatedehydrogenase)CH3(丙酮酸)(乳酸)无氧条件下，葡萄糖生成乳酸的总反应式:C6H12O6+2ADP+2Pi2C3H6O3+2ATP+2H2O为葡萄糖的C3或C4乳酸发酵2.乙醇发酵:丙酮酸脱羧形成乙醇的过程。(1)丙酮酸脱羧生成乙醛:COOHCO2C=O丙酮酸脱羧酶，TPPCH3-CHOCH3(pyryvatedecarboxylase)(丙酮酸，pyruvate)(乙醛，acetaldehyde)(2)乙醛被还原成乙醇:CH3-CHO+NADH+H+乙醇脱氢酶，Zn2+CH3–CHOH(alcoholdehydrogenase)(乙醛)(乙醇，alcohol)为葡萄糖的C3或C4葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸二羟丙酮乙醛乳