食品生物化学-2006版7-10.ppt

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1、第六章 生物氧化,第一节 概述 第二节 线粒体氧化体系 第三节 能量代谢中生物能的产生、转移和储存 第四节 生物能的利用,第一节 概述,生物体系中能的最初来源：生物唯一可以利用和贮存的形式为化学能，它的终极来源是太阳辐射能，绿色植物具有这种转变作用,生物界能量传递及转化总过程,太 阳,电子传递,合成,分解,电子传递,光合作用,呼吸作用,生命现象,自养细胞,异养细胞,ATP,ADP,(CH2O) +O2,(CO2) +H2O,ATP,ADP,（光 能）,（电 能）,（化 学 能）,（化 学 能）,（电 能）,（化 学 能）,一 生物氧化的方式及其特点 生物氧化(biological oxidat

2、ion) ：营养物质在生物体内氧化分解成H2O和CO2并释放能量的过程称为生物氧化（也称细胞氧化/组织呼吸） 生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反应，因为是在体内组织细胞中进行的，所以又称为“细胞氧化”,生物氧化方式 脱氢-生物氧化的主要方式 失电子、加氧、脱氢 脱羧-CO2的生成机制 -脱羧 -脱羧 氧化脱羧 直接脱羧,直接脱羧 （单纯脱酸） -脱羧,-脱羧：,氧化脱羧 -氧化脱羧,-氧化脱羧,生物氧化的特点 生物氧化不同于体外氧化（燃烧），尽管二者的最终产物都是二氧化碳和水，所释放的总能量也完全相同 生物氧化是在生物体内进行的，它具有许多与体外燃烧不同的特点： 而生物氧化是

3、营养物质在37 左右 ，经酶催化的一系列的化学反应，逐步氧化，并逐步地温和释放能量。这样产生的能量，既不会使体温突然上升而损伤机体，又可以使释放的能量得到最有效的利用,生物氧化过程中释放的能量以化学能的形式储存在ATP（三磷酸腺苷）中，ATP再给机体提供能量。ATP是生物体内的能量“转运站”或“载体”，还有一部分能量以热能的形式释放 生物氧化在近中性的水溶液中进行，pH保持相对恒定 生物氧化过程中产生的CO2不是来自碳原子与氧的直接化合，而是通过有机酸的脱羧基作用生成的 在真核生物细胞内，生物氧化都在线粒体内进行。不含线粒体的原核生物如细菌，生物氧化在细胞膜上进行,水的生成机制 代谢物在脱氢酶

4、催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O,1/2 O2,NAD+,电子传递链,H2O,2e,O2-,2H+,二 参与生物氧化的物质 脱氢酶、传递体、氧化酶 1 脱氢酶-使氢活化、脱落、传递 以FMN、FAD为辅酶的黄素酶 需氧黄酶：以氧为直接受氢体，氢原子不经中间体直接给氧 不需氧黄酶：不以氧为直接受氢体，氢原子经中间体传递给氧 以NAD、 NADP为辅酶,2 传递体-传递氢或者电子 递氢体 递电子体 3 氧化酶（oxidase） 一般含Cu2+和Fe3+ 通过氧化态和还原态的互变，将电子传递给氧使其激活，并

5、与氢结合生成水,三 同化作用与异化作用 同化作用：获取环境中物质转化为体内的新物质-合成代谢，耗能 异化作用：体内物质转化为环境中的物质-分解代谢，释放能量,小分子 大分子 合成代谢（同化作用） 需要能量 释放能量 分解代谢（异化作用） 大分子 小分子,物质代谢,能量代谢,新陈代谢,信息交换,第二节 线粒体氧化体系,一 线粒体 生物氧化可以发生在细胞的不同细胞器中，如线粒体、微粒体及过氧化物酶体中，其中最重要的为线粒体中的生物氧化。线粒体被称为发电站 线粒体内外膜通透性不同，内膜有严格的选择性，内膜上有特异的运输系统可使某些物质通过。呼吸链酶系在内膜。外膜通透性大，大多小分子可自由通过,线粒体

6、结构,二 呼吸链 1 呼吸链概念：由脱氢酶、中间传递体及氧化酶组成的整个体系称为生物氧化链。此体系由一系列连锁反应组成，和细胞摄取氧的呼吸过程有关，故又称呼吸链 （respiratory chain） 水的生成-物质在酶（脱氢酶）的催化下脱氢，经中间传递体传递，最后与分子氧结合而生成水。故水是在呼吸链的传递过程中间形成的,2 组成-具有辅基的结合蛋白（分5类） （1）NAD、NADP为辅酶的脱氢酶 催化代谢物脱氢，脱下的氢由NAD+（Co）或NADP+（Co）接受 还原型的辅酶I、II常写作NADH+H+ 和NADPH+H+ 存在于线粒体、基质或胞液中 递氢机理,（2）黄素酶 以黄素核苷酸（F

7、MN或FAN）为辅基 催化代谢物脱下的氢加到FMN或FAD上，使氧化态的FMN或FAD变成还原态的FMNH2和FADH2 酶蛋白为细胞膜组成蛋白 递氢机理,（3）铁硫蛋白 又称铁硫中心，含铁原子和硫原子 常以等摩尔量存在（Fe2S2，Fe4S4 )，构成Fe-S中心 铁硫蛋白种的铁可以在2、3价之间变化，由于铁的氧化还原而达到传递电子的作用 在呼吸链中它多与黄素蛋白或细胞色素结合存在,（4）辅酶Q 辅酶Q是醌的衍生物 可结合两个氢，变为还原型辅酶Q 脂溶性，位于膜双脂层中，能在膜脂中自由泳动 递氢机理,（5）细胞色素（cytochrome，Cyt） 细胞色素为递电子体，它是一类以铁卟啉为辅基的

8、蛋白质，依铁的化合价的变化（Fe3+e Fe2+）而传递电子 细胞色素有多种，在典型的线粒体呼吸链中已发现有aa3、 b、c、c1及存在于微粒体中的P-450等,细胞色素细胞色素b、c、c1的辅基是血红素，它们只能做中间电子传递体，而不能将电子直接传递给氧 细胞色素a、a3目前仍不能分开，合称cytaa3，其辅基为血红素A，分子中除含Fe外还含有Cu 。它们是呼吸链末端成员，可将电子直接传递给氧，故称细胞色素氧化酶（cytochrome oxidase，亦称末端氧化酶）,由于各呼吸链的组成不同，形成主要的呼吸链有二种：一种称NADH呼吸链，另一种是琥珀酸氧化呼吸链(也称FADH2呼吸链)。二者

9、只是在开始有所不同，当把氢传递给CoQ后便完全相同,NADH呼吸链,NADH,FMN,CoQ,Fe-S,Cyt c1,O2,Cyt b,Cyt c,Cyt aa3,Fe-S,FAD,Fe-S,琥珀酸等,复合物 II,复合物 IV,复合体 I,复合物 III,NADH脱氢酶,细胞色素还原酶,细胞色素氧化酶,琥珀酸-辅酶Q还原酶,FADH2呼吸链,3 NADH氧化呼吸链-以NAD为辅酶的脱氢酶催化的物质氧化 过程 底物在脱氢酶的催化下脱下2H，NAD接受，生成NADH2 NADH2被以FMN为辅酶的NADH2 脱氢酶（为黄酶）催化脱氢，又生成NAD，同时FMN接受2H生成FMNH2 后者再把2H转

10、移给CoQ，生成CoQH2,当CoQH2再往下传，2H解离 2H 2H+2e 2H+游离于介质中，2e沿细胞色素组成的电子传递体，依Fe离子的变价作用传递其顺序CoQcytbcytc1cytccyt(aa3) 最后cyt(aa3)将2e传递给分子氧，将其激活为O2-与介质中的2H+结合为水,NADH2呼吸链是生物体内最重要的，大多数不需氧脱氢酶以NADH2为辅酶。即通过此链实现氧化脱氢的目的,4 琥珀酸氧化呼吸链-以FAD为辅酶的脱氢酶催化的物质氧化 过程 底物底物在脱氢酶的作用下脱2H，交给此酶的辅酶FAD，生成FADH2,后者在将2H交给CoQ，反应中无NAD+参与。以下的传递过程与NAD

11、H呼吸链完全相同,利用FAD呼吸链脱氢氧化的物质不多，目前已知的除琥珀酸外，还有脂酰辅酶A和-磷酸甘油（线粒体内）,第三节 能量代谢中生物能产生、转移和储存,一 氧化还原与自由能变化 1 反应方向与趋势-自由能变化与浓度的关系 自由能的变化可预示某一过程能否自发进行，即 G0，反应不能自发进行 G=0，反应处于平衡状态 G= - RTlnKeq 2 电子转移-氧化还原与自由能变化 各种物质对电的亲和力与氧化还原反应趋势有关,二 高能磷酸键的生成机制 高能键 生物氧化特点之一是氧化反应所产生的能量不是全以热的形式散失，而是一部分以化学键的形式贮存在一些物质当中，这种键我们称之为“高能键”，用“”

12、表示。它的水解可产生比一般键高的多的能量 高能键水解可产生比一般键高的多的能量。常见的高能键除磷脂键如ATP以外，还有硫脂键，如CH3COSCoA。其中ATP最为重要，最为普遍,ADP磷酸化时生成高能磷酸键 ADP磷酸化分为 氧化磷酸化 非氧化磷酸化 1 氧化磷酸化-有氧化作用的ATP生成 氧化磷酸化概念：电子从一个底物传递给分子氧的氧化与酶催化的由ADP和Pi生成ATP的磷酸化相偶联的过程,呼吸链磷酸化-氧化磷酸化的重要形式 脱氢酶脱氢进入呼吸链 在线粒体进行,呼吸链中电子传递时自由能的下降,FADH2,2e-,当电子从NADH或FADH2经过呼吸链而传递到氧时，在呼吸链的三个部位产生ATP

13、。 部位I是NADH-FMNH2； 部位是细胞色素b-细胞色素c1； 部位是细胞色素aa3-O2 每一部位产生1分子ATP，所以NADH呼吸链产生3分子ATP，而FADH2只在部位、产生2个ATP,磷氧比（ P/O ）,呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值称为磷氧比。由于在氧化磷酸化过程中，每传递一对电子消耗一个氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi ，因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至分子氧所产生的ATP分子数,NADH,FADH2,H2O,H2O,实测得NADH呼吸链： P/O 3,实测得FADH2呼吸链： P/O 2,2e-,2e-,底物水平磷酸化

14、不需要氧，也不通过呼吸链 底物脱氢时，分子内部能量重新分配形成高能键用于ATP生成,2 非氧化磷酸化-没有氧化过程的ATP生成 不脱氢，也不需要氧 代谢物内部能量重新分布，合成ATP 缺氧条件下，厌氧微生物采用 例如：2-磷酸甘油酸丙酮酸,ADP磷酸化的类型,氧化磷酸化 非氧化磷酸化：不需氧也不脱氢，而是脱水、基团转移等造成分子内能量重新分配，产生高能键，合成ATP （缺氧条件）,呼吸链磷酸化：脱氢传递给氧，生成水释放能量，合成ATP（主要形式）,底物水平磷酸化：不需氧，脱氢后分子内能量重新分配，产生高能键，合成ATP,3 氧化磷酸化机制-化学渗透假说 此学说的基本要点为 呼吸链中的传递体按一

15、定顺序排列在线粒体内膜上 在递氢时，传递体将电子传给下一个电子传递体，而将H+“泵”至内膜外侧，逐渐使H+高于内膜内侧 H+沿浓度梯度向膜内转移时释放能量，利用此能将ADPATP,化学渗透假说原理示意图,2H+,2H+,2H+,2H+,NADH+H+,2H+,2H+,2H+,ADP+Pi,ATP,高质子浓度,H2O,2e-,+ + + + + + + + +,_ _ _ _ _ _ _ _ _ _,质子流,线粒体内膜,三 线粒体外的氧化磷酸化 1 膜屏障-线粒体膜的选择通透性 线粒体内膜上存在一些转运物质的特异载体，分别转运不同的物质 ATP-ADP转运酶 二羧酸载体：苹果酸、琥珀酸、延胡索酸

16、 三羧酸载体：柠檬酸 丙酮酸载体：丙酮酸 线粒体上无NADH和NADPH的转运载体，需穿梭机制进入线粒体,2 穿梭作用-膜外向膜内的能量转移 （1）异柠檬酸穿梭作用,NADPH+H+,（线粒体基质）,磷酸二羟丙酮, -磷酸甘油,磷酸二羟丙酮, -磷酸甘油,FAD,FADH2,CoQ b c1 c aa3 O2,NADH,NAD+,线粒体内膜,（细胞液）,（2）-磷酸甘油穿梭作用,2ATP,-磷酸甘油脱氢酶,-磷酸甘油脱氢酶,（3）苹果酸穿梭作用,3ATP,四 氧化磷酸化的抑制作用和解偶联作用 1 呼吸毒物-阻断电子传递 抑制电子传递，使氧化受阻、能量释放减少、ATP不能生成,电子传递 抑制剂,

17、NADH,FMN,CoQ,Fe-S,Cyt c1,O2,Cyt b,Cyt c,Cyt aa3,Fe-S,FMN,Fe-S,琥珀酸,复合物 II,复合物 IV,复合物 I,复合物 III,2 解偶联作用-破坏呼吸链释放的能量用于ATP合成 有些物质可使氧化与磷酸化分离，只抑制ATP的形成过程，不抑制电子传递过程，使电子传递所产生的自由能都变为热能（即抑制了磷酸化作用，而氧化作用仍能进行），这类物质称为解偶联剂，所起作用称解偶联作用 典型的解偶联剂是2,4-二硝基苯酚（DNP）,由于ADP不能生成ATP，使ADP增加。由于ATP的缺乏，促进生物氧化加快进行,细胞的耗氧量增加，物质氧化加快，使人表

18、现为饭量大，却又总感到饥饿、发烧（因产能以热的形式散失）,第四节 生物能的利用,一 ATP是生物体系中自由能的通用货币 1 能量储存-体内以磷酸肌酸和磷酸精氨酸储存能量,2 能量转换-ATP是产能与需能反应中能量的转换物质 转移磷酸葡萄糖 转移焦磷酸磷酸核糖 转移AMP氨基酸 转移腺苷蛋氨酸 转移高能键NDP、NMP,二 体内能量代谢的调节 1 能荷-腺苷酸库中可供利用能量的量度 反应细胞能量水平,2 能量平衡-ATP/ADP比值的调节作用 ATP对产能过程起反馈抑制作用 ADP、AMP对产能过程起反馈活化作用,第八章 糖代谢,第一节 概述 第二节 糖的分解代谢 第三节 糖的合成代谢 第四节

19、糖代谢的工业应用 第五节 糖代谢各途径之间的联系及调节,第一节 概述,一多糖和寡糖的降解 1 胞外降解-糖苷酶的水解方式 加水分解过程 水解位置和终产物不同 2-胞内降解-糖原的磷酸解 加磷酸分解过程（不需水） 产物为1-磷酸葡萄糖和糖原（少1个葡萄糖残基） Gn Gn-1+1-P-G 磷酸化酶,二糖的消化和吸收 食物中的糖主要以淀粉的形式存在,唾液中的-淀粉酶可将淀粉水解为葡萄糖、麦芽糖和糊精 食物在口腔中停留时间很短，马上经胃进入小肠，然后淀粉和糊精在胰-淀粉酶等酶的作用下，继续被水解为易被小肠吸收的葡萄糖、果糖和半乳糖等单糖 由小肠吸收的葡萄糖，首先进入肝脏，再由肝静脉进入血液循环，将糖

20、送到各组织细胞，供全身利用,糖的吸收 单糖同Na+的同向协同运输 葡萄糖和都是由细胞外向细胞内转运,三 糖的转运-血糖的来源与去路,四 糖的中间代谢 1 糖的中间代谢：糖类物质在细胞内合成和分解的化学变化过程 合成糖类代谢：食物经消化后，吸收的单糖主要为葡萄糖（有少量的果糖和半乳糖） ，但主要以葡萄糖的形式运输，并以糖原的形式储存-糖的合成代谢，耗能。 分解糖类代谢：糖原可在各组织器官中进行代谢，氧化成二氧化碳和水，并供给机体所需能量，产能。这又构成了糖的分解代谢，并可转变为其它非糖物质（同其它的物质的互变）,2 糖类分解代谢的类型-需氧分解占主导地位 不需氧分解（无氧分解/无氧呼吸）：糖不完

21、全分解，释放能量大大少于有氧氧化 肌肉（细胞内）：糖酵解（glycolysis）-产生乳酸-丙酮酸为受氢体 酵母：发酵（fermentation）-产生乙醇-乙醛为受氢体,需氧分解（有氧氧化/有氧呼吸）：在氧的参与下使糖氧化分解为终产物水和二氧化碳，同时释放出能量 产生能量多，占主导地位 氧为最终受氢体 葡萄糖还可通过磷酸戊糖的生成而供能，称磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路/通路）,第二节 糖的分解代谢,糖分解代谢的重要途径 糖酵解（EMP) 三羧酸循环(TCA) 磷酸戊糖途径(HMS),葡萄糖的主要代谢途径,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乙醇,乙酰 CoA,6-磷酸葡萄糖,磷酸戊糖途径,糖酵解,（有氧）,

22、（无氧）,（有氧或无氧）,糖异生,动物细胞,植物细胞,丙酮酸氧化三羧酸循环,磷酸戊糖途径糖酵解 糖异生,葡萄糖代谢的细胞定位,一 糖酵解途径-糖的无氧分解 糖酵解：是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也简称EMP途径,程,糖原或淀粉,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,21，3-二磷酸甘油酸,23-磷酸甘油酸,22-磷酸甘油酸,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,第一阶段,第二阶段,第三阶段,葡萄糖,葡萄糖的磷酸化,磷酸己糖的裂解,丙酮酸和ATP的生成,第一阶段：葡萄糖的磷酸化,葡萄

23、糖激酶,磷酸果糖激酶,异构酶,第二阶段： 磷酸己糖的裂解,醛缩酶,异构酶,第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成,Mg或Mn,丙酮酸,PEP,丙酮酸激酶,脱氢酶,激酶,变位酶,烯醇化酶,磷酸烯醇式丙酮酸,（有氧）,（无氧）,丙酮酸的去路-有氧和无氧条件下的不同去向,a. 丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解,葡萄糖,EMP,酵解和发酵（无氧分解） 起始物质都是葡萄糖 从葡萄糖到丙酮酸的路径相同 酵解和发酵均在胞浆中进行,b.丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解,（EPM）,葡萄糖,丙酮酸脱氢酶系,糖酵解产生乳酸的全部反应过程,在糖酵解中形成的NADH在产生乳酸时又被消耗，整个反应从总体看

24、无氧化磷酸化过程,丙酮酸,乳酸,在糖酵解过程中，伴随有能量的转变，能量的改变是通过ATP产生与消耗表现出来的 这一过程消耗（用去）2分子ATP（G磷酸化及6-P-F磷酸化） 产生了4分子ATP（两步磷酸化1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 + 磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸各产生1分子ATP，反应的分子数是2分子，所以22=4），因此净得2分子ATP,糖酵解的能量计算,酵解产生乳酸的总反应为： C6H12O6+2H3PO4+2ADP 2CH3 CH(OH) COOH+2ATP+2H2O,酵解的生理意义,酵解的生理意义就是保证组织在供氧不足时进行需能的生命活动 人体在激烈的运动时，虽然呼吸血液循

25、环都在加速，但仍不能满足需要，肌体仍处于相对缺氧状态。因此利用酵解途径为人体供能 故使血液中乳酸含量增加，使人在激烈运动后有酸痛的感觉,酵解产生的能量虽不多，但可为人体提供特殊情况下所需的能量 某些组织即使在供氧充足的情况下也依靠酵解 成熟的红细胞（没有线粒体）也是依靠酵解提供能量 除此之外，还可使非糖物质沿与此大致相同的逆途径合成糖类物质（糖异生）,酵解与发酵的比较 酵解是因与酵母的生醇发酵过程相似而得名的，但两者的终产物不同 从葡萄糖到丙酮酸的各步反应两者是一致的，在动物体内含有乳酸脱氢酶，使之转变为乳酸为终产物；但酵母中不含此酶，它所含有的是丙酮酸脱羧酶及乙醇脱氢酶，在二者作用下，最终形

26、成乙醇 工业上利用这一原理作乙醇发酵，以淀粉为原料生成乙醇，也可以进一步转变为乙酸,（有氧）,（无氧）,二 三羧酸循环-糖的需氧分解,（EPM）,葡萄糖,丙酮酸脱氢酶系,1 丙酮酸脱氢酶系（丙酮酸脱氢酶复合体/丙酮酸氧化脱羧酶系） 组成（3种酶）：丙酮酸脱氢酶、硫辛酸转乙酰酶和二氢硫辛酸脱氢酶 参加反应的酶的六种辅助因子除NAD+、FAD外，还需辅酶A（CoA）、焦磷酸硫胺素（TPP）、Mg2+和硫辛酸。,2 丙酮酸的脱羧，CoA成为乙酰CoA 在线粒体内进行 丙酮酸通过丙酮酸载体与OH-交换扩散进入线粒体 包括四个反应,3 三羧酸循环概念 葡萄糖经糖酵解途径生成含三碳的丙酮酸，在有氧条件下，

27、丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为一碳的CO2和水，同时释放能量，反应的循环过程中含有一些三羧基酸，故称三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle 简称TCA循环；也因循环以形成柠檬酸开始，所以也叫柠檬酸循环；该循环首先由英国生化学家Hans Krebs发现，故又称Krebs循环）,4 三羧酸循环过程（三个阶段） 柠檬酸的生成阶段 氧化脱羧阶段 草酰乙酸再生阶段,CoASH,+CO2,+CO2,三羧酸循环 （TCA）,草酰乙酸 再生阶段,氧化脱 羧阶段,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,

28、柠檬酸的生成阶段,TCA第一阶段：柠檬酸生成,草酰乙酸,柠檬酸合成酶 （第一个限速调解酶 ）,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶 （第二个限速调解酶）,酮戊二酸脱氢酶 （第三个限速调解酶 ）,TCA第二阶段：氧化脱羧,琥珀酸硫激酶,TCA第三阶段：草酰乙酸再生,ATP,TCA第三阶段：草酰乙酸再生,草酰乙酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,CoASH,+CO2,+CO2,三羧酸循环 （TCA）,草酰乙酸 再生阶段,柠檬酸的生成阶段,氧化脱 羧阶段,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,5 三羧酸

29、循环的化学计算 三羧酸循环的每一次循环，只消耗一分子的乙酰CoA 在整个循环中，有两次脱羧，共生成了分子CO2；还有四次脱氢，即生成对2H，分别传递给3个NAD+和1个FAD后进入呼吸链 在循环中有三处各消耗1分子H2O，有一处生成1分子H2O,总反应式：,CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP,6 三羧酸循环的能量计算,葡萄糖完全氧化产生的ATP,总计：38 ATP或36 ATP,1分子G生成分子丙酮酸净生成分子ATP及分子NADH共生成或8分子ATP 2分子丙酮酸 生成2分子乙酰CoA时，生成2分子NAD

30、H共产生分子ATP） 1分子乙酰CoA经一次循环，可形成12分子ATP2分子乙酰CoA共生成24分子ATP 1分子GCO2H2O时产生的ATP数为： 2+6(4)+6+24=38(36)分子ATP 即 1mol G 38(36)mol ATP,问：1分子丙酮酸 CO2+H2O产生 ？ATP 1分子葡萄糖彻底氧化释放的总能占葡萄糖所放自由能的40%-利用率很高,糖有氧氧化生理意义 糖利用有氧氧化途径分解，可为机体提供较无氧氧化高得多的能量；一般情况下，体内各组织细胞都主要由糖的有氧分解获得能量 三羧酸循环过程也是脂肪、蛋白质彻底氧化为二氧化碳和水的必须途径 脂肪酸氧化分解成乙酰CoA而进入三羧酸

31、循环 各种氨基酸也是先变成三羧酸循环中的某个成员然后再彻底氧化,糖、脂肪、蛋白等物质的相互转变也需要经过此途径，是糖、脂肪、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽 得到形成多种重要的中间产物，可以转变为其它物质 -酮戊二酸和草酰乙酸可以氨基化为谷氨酸和天冬氨酸 琥珀酰CoA是卟啉分子中碳原子的主要来源,三羧酸循环的调控 ATP的需要决定了柠檬酸循环的速度 循环的重要控制点 丙酮酸脱氢酶 柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶 三羧酸循环的关键酶 -酮戊二酸脱氢酶,当细胞内ATP、NADH等浓度高时： 抑制丙酮酸脱氢酶的活性，以降低乙酰CoA的生成速度，达到控制目的 同时循环中柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和酮戊

32、二酸脱氢酶的活性亦相应降低,CoASH,三羧酸循环的调控,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,调节位点 柠檬酸合成酶（限速酶） 异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶,苹果酸,草酰乙酸,三 磷酸戊糖途径（Pentose phosphate pathway）-糖需氧分解的代谢旁路 概念：6-磷酸葡萄糖经代谢产生NADPH和5-磷酸核糖的代谢途径，也称磷酸已糖支路 化学反应历程分为两个阶段 氧化脱羧阶段：6-磷酸葡萄糖转化为5-磷酸核酮糖和CO2，并生成两分子NADPH； 非氧化阶段：5-磷酸核酮糖异构化生成5-磷酸核糖或转化为酵解的两个中间代谢物果糖-6-磷酸和甘油醛-

33、3-磷酸，最终又生成6-磷酸葡萄糖,磷酸戊糖途径的两个阶段,2、非氧化阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 G-6-P,1、氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖-P 6 NADP+ 6 NADPH+6H+ 6 NADP+ 6 NADPH+6H+,6CO2,6H2O,磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段,NADPH+H+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,CO2,6-磷酸葡萄糖 脱氢酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶,6,6,6,6,磷酸戊糖途径的非氧化阶段-1 （5-磷酸核酮糖异构化）,差向异构酶,异构酶,5-磷酸木酮糖,5-磷

34、酸核糖,5-磷酸核酮糖,4,2,6,磷酸戊糖途径的非氧化阶段-2 （基团转移）,+,2,4-磷酸赤藓糖,+,2,5-磷酸核糖,2,3-磷酸甘油醛,转酮酶,转醛酶,2,6-磷酸果糖,+,7-磷酸庚酮糖,2,5-磷酸木酮糖,磷酸戊糖途径的非氧化阶段-2 （基团转移-续前）,+,转酮酶,1,6-二 磷酸果糖,6-磷酸果糖,醛缩酶,二磷酸果糖酯酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段-3 （3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）,异构酶,1,1,磷酸戊糖途径的非氧化阶段,6 5-磷酸核酮糖,2 5-磷酸核糖,2 5-磷酸木酮糖,2 3-磷酸甘油醛,2 7-磷酸庚酮糖,2 4-磷酸赤藓丁糖,2 6-磷酸果糖,2 5-磷酸

35、木酮糖,2 3-磷酸甘油醛,2 6-磷酸果糖,1 1， 6-二磷酸果糖,1 6-磷酸果糖,转醛酶,异构酶,转酮酶,转酮酶,醛缩酶,阶段之一,阶段之二,阶段之三,2,磷酸戊糖途径的总反应式,6分子6-P-G经磷酸戊糖途径可生成6分子二氧化碳、12分子NADPH2和5分子的6-P-G,12 NADPH= ？ATP 穿梭作用之 No.1 异柠檬酸穿梭作用,= 36 ATP,NADPH+H+,磷酸戊糖途径特点 反应过程脱氢均以NADP+（辅酶II）为辅酶而非NAD+（辅酶I） 反应生成的NADPH2,磷酸戊糖途径的生物学意义 生成NADPH NADPH在生物体内的重要用途是为合成脂肪酸、类固醇等物质提

36、供还原物（详见脂肪酸合成一章），故在脂肪等组织中磷酸戊糖途径进行的较活跃 产生大量NADPH，可用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力,生成5-磷酸核糖 产生的5-磷酸核糖及其衍生物是体内合成核酸及NAD+、FAD、ATP等的重要原料 体内核糖也通过此途径代谢将己糖、戊糖代谢相联系,四 乙醛酸循环 在生物界中，尤其是植物与微生物体内存在乙醛酸循环，使乙酰CoA转变为琥珀酸 此循环与三羧酸循环的代谢相似，又与三羧酸循环不同,CoASH,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,乙醛酸循环反应历程,NADH,苹果酸脱氢酶,CoASH,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合成酶,NAD+,草酰乙酸,CoASH,乙醛酸循环和三羧酸

37、循环反应历程的比较,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,草酰乙酸,苹果酸,延胡索酸,苹果酸脱氢酶,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,酮戊二酸脱氢酶,琥珀酸硫激酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,乙醛酸循环总反应式及其与糖异生的关系,糖异生途径,草酰乙酸,乙醛酸循环的生理意义 琥珀酸可经一系列转变合成糖 在植物或微生物体内，脂肪酸产生的乙酸CoA就是通过此途径分解代谢进而合成糖类 油料种子发芽时可能经过此过程,五 糖醛酸循环 糖醛酸途径：6-P-G或1-P-G先转变为UDP-G（尿苷二磷酸葡萄糖），再经UDP-G脱氢酶催化氧化成UDP-葡萄糖醛酸，后者再脱掉

38、UDP形成葡萄糖醛酸,此后逐步代谢形成D-木酮糖进入磷酸戊糖途径,糖醛酸循环的生理意义 真核细胞利用此途径合成Vc（人类无此UDP-G脱氢酶，故而不能合成Vc） 此途径对人的意义是生成活化的葡萄糖醛酸（即UDP -葡萄糖醛酸），它是蛋白多糖如硫酸软骨素、透明质酸和肝素的重要组成成分 葡萄糖醛酸是肝脏进行解毒的重要物质。如某些毒物、药物与葡萄糖醛酸结合可随尿排除，从而起到解毒的重要作用。故药物能使此途径速度增大,其它糖进入单糖分解的途径,六 柠檬酸发酵和谷氨酸发酵 三羧酸循环的许多中间产物是重要的工业原料，如果把我们反应停留在某一产物时，该产物便会大量积累，而为工业生产所利用 在微生物体内也存在

39、三羧酸循环，并且某些微生物催化某些反应的酶的活性较弱，或被人为的抑制其活性，使上述某一产物大量积累的过程得以实现，此即称之为微生物发酵 利用此法可生产柠檬酸、谷氨酸等，分别称柠檬酸发酵及谷氨酸发酵,1 柠檬酸发酵 生产柠檬酸的菌种为黑曲霉，柠檬酸的积累过程如下： 丙酮酸+CO2草酰乙酸 草酰乙酸+CH3COSCoA柠檬酸+CoA-SH 在黑曲霉体内，异柠檬酸脱氢酶的活性低，使异柠檬酸不能沿三羧酸循环分解而停留至此；而异柠檬酸可通过乙醛酸循环而加速柠檬酸合成,CoASH,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,草酰乙酸,苹果酸,延胡索酸,苹果酸脱氢酶,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶

40、,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,酮戊二酸脱氢酶,琥珀酸硫激酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,2 谷氨酸发酵 谷氨酸虽不是三羧酸循环的产物，但其前体-酮戊二酸却是其重要中间产物，故可用此法生产（以前均为蛋白水解法制谷氨酸，但由于受原料限制而被微生物发酵所代替） 生产谷氨酸的菌中为谷氨酸产生菌。此菌所含-酮戊二酸脱氢酶的活性弱，无法沿三羧酸循环代谢，但同时会有谷氨酸脱氢酶和谷草转氨酶使之转化为谷氨酸而积累。反应如下： -酮戊二酸+NADPH+NH3 谷氨酸+NADP+,第三节 糖的合成代谢,一 概述 绿色植物能利用无机物（CO2）通过光合作用合成糖 人类只能利用植物合成的糖，在体内将葡萄糖合成糖原，此过

41、程称为糖原的生成作用 人类也可以利用某些非糖物质如乳酸、丙酮酸、某些氨基酸、甘油等有机物在肝脏中转变为糖原或葡萄糖，此过程称为糖的异生作用,光合作用-光合作用是合成糖的最大途径 光合作用(photosynthesis)：绿色植物和光合细菌利用太阳光能，以CO2和H2O等无机物为原料合成糖类等有机物并释放出氧气的过程 能量转换-光合作用分两个阶段进行 光反应：利用光能合成ATP，还原NADP+，释放氧气 暗反应：1,5-二磷酸核酮糖固定CO2生成为3-磷酸苷油酸，然后转变为3-磷酸甘油醛，最终生成葡萄糖（卡尔文循环）,二 糖原(glycogen)的生成作用-糖原的合成 由G糖原（Gn），不但有利

42、于贮存能量，而且可以调节血糖浓度 Gn合成也可从果糖、半乳糖开始 糖原的结构和连接方式,-1，6糖苷键,-1，4-糖苷键,非还原性末端,参与糖原合成的3种酶 UDP- 葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-glucose pytophosphorylase) 催化单糖基的活化形成糖核苷二磷酸，为各种聚糖形成提供糖基和能量 动物细胞中糖元合成时需UDP-G；植物细胞中蔗糖合成时需UDP-G，淀粉合成时需ADP-G，纤维素合成时需GDP-G和UDP-G,糖原合成酶(glycogen synthase) 催化-1，4-糖苷键合成 糖原分支酶( glycogen branching enzyme) 催化-1，6-

43、糖苷键合成,葡萄糖 6-磷酸葡萄糖,葡萄糖激酶,糖酵解途径的开始,1-磷酸葡萄糖,磷酸葡萄糖变位酶,6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖,糖酵解分支途径的逆途径,糖核苷酸UDP-G的生成,UDPG-焦磷酸化酶,UDP-G的结构,糖原合成酶反应,UDPG,UDP,糖原（n个G分子）,糖原（n+1）,糖原合成酶,糖原合成酶,此过程需有微量的葡萄糖聚合物（称为“引物”）的存在，使UDPG中的G以-1,4-糖苷键结合到“引物”末端的C4羟基上，形成大分子直链葡萄糖聚合物 以上合成的仅为以-1,4糖苷键连接的直链，而糖原是多分支的，故需在另一酶糖原分支酶的催化下才能最终合成糖原,当糖（直）链长度达到1218个

44、G时，糖原分支酶将一段67个G的短链转移到临近的糖链上，以-1,6糖苷键相连而形成新分支，最终构成多支的糖原结构,糖原新分支的形成,糖原核心,糖原核心,糖原核心,糖原核心,非还原性末端,-1，4 糖苷键,-1，6 糖苷键,糖原分支酶,糖原合成的全部过程,三 糖异生作用-由非糖物质合成糖原 概念 也可在肾脏发生 各物质转变成糖的具体途径虽然有所不同，但都是通过先转变为糖酵解中的某一中间产物，然后再转变为糖,糖异生主要途径和关键反应,非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下，绕过糖酵解途径的三个不可逆反应 糖异生利用了糖酵解途径上的其它酶，逆行生成了葡萄糖,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖

45、,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,果糖激酶,二磷酸果糖磷酸酯酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶,6-磷酸葡萄糖,2草酰乙酸,PEP羧激酶,糖异生途径关键反应之一,+ H2O,+Pi,6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶,糖异生途径关键反应之二,1,6-二 磷酸果糖,6-磷酸果糖,醛缩酶,二磷酸果糖酯酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段-3 （3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）,异构酶,1,1,回顾,糖异生途径关键反应之三,糖异生主要途径和关键反应,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油

46、醛磷酸二羟丙酮,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,果糖激酶,二磷酸果糖磷酸酯酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶,6-磷酸葡萄糖,2草酰乙酸,PEP羧激酶,葡萄糖氧化和糖异生的关系,A G-6-P磷酸酯酶 B F-1.6-P磷酸酯酶 C1 丙酮酸羧化酶 C2 PEP羧激酶,（胞液）,（线粒体）,葡萄糖,丙酮酸,草酰乙酸,天冬氨酸,磷酸二羟丙酮,3-P-甘油醛,-酮戊二酸,乳酸,谷氨酸,丙氨酸,三羧酸循环,乙酰CoA,PEP,G-6-P,F-6-P,F-1.6-P,丙酮酸,草酰乙酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,3-P-甘油,甘油,糖异生的意义 糖异生是在饥饿或急需葡

47、萄糖时才产生的（因为体内储存的糖原有限，很快会耗尽肝糖原12小时耗净），通过异生作用，将其它物质转变为糖，可保证血糖浓度的相对稳定 糖异生对维持主要依靠葡萄糖供能的组织细胞，如大脑和红细胞的正常功能具有重要意义。 另外，糖异生作用在剧烈运动时也是很重要的，可以保证糖酵解的进行,其它物质经肝脏可转化为葡萄糖或糖原，使之重新被机体利用 乳酸是糖酵解代谢的终产物，如在体内大量积累会产生毒害作用。机体缺氧或剧烈运动时产生的大量乳酸，通过葡萄糖异生作用可被再利用 乳酸循环：肝脏为收缩的肌肉提供葡萄糖，肌肉则从葡萄糖酵解中获得ATP和乳酸，肝脏再利用乳酸异生成葡萄糖，这种乳酸、葡萄糖在肝脏和肌肉组织的互变

48、循环称为乳酸循环（lactate cycle）,四 蔗糖的合成 蔗糖是高等植物中糖类贮藏积累的主要形式，也是糖类在植物体内运输的主要形式，所以它在植物体内的代谢作用占重要地位 蔗糖的合成有三条途径,蔗糖合成酶途径途径 磷酸蔗糖合成酶途径 磷酸蔗糖又在磷酸脂酶作用下水解为蔗糖 蔗糖磷酸化酶途径（微生物中蔗糖合成的途径）,五 淀粉的合成 合成淀粉的机理基本上与糖原合成相似，但植物合成淀粉的酶类与动物显然不同, 淀粉的结构特点 直链淀粉合成 由淀粉合成酶催化，需引物（Gn）,ADPG供糖基，形成-1,4糖苷键。 支链淀粉合成 淀粉合成酶:催化形成-1.4糖苷键 分支酶:既能催化-1,4糖苷键的断裂，