1、第二篇 物质代谢及其调节,生命物质代谢分为分解和合成， 同时与能量代谢相伴随； 是通过所谓的代谢途径进行的； 是通过生命物质各自的新陈代谢和共同协作完成的。,生命物质代谢的特点,一、代谢途径及其特点 完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶促反应称为代谢途径。,1. 代谢途径是不可逆的。 2. 代谢途径的形式多样（线状、环状、分支状）。 3. 代谢途径有确定的细胞定位 ，特别在真核生物是高度分室，有的代谢途径涉及多个区域。,糖异生：线粒体、细胞液（多数）、内质网（最后一步） 尿素循环：肝细胞线粒体和细胞液,ATP,Pi,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,细胞液,内质网,代谢途径有确定的细胞定位,有利于调控；防
2、止错误反应的发生；减少无效循环,一、代谢途径及其特点,1. 代谢途径是不可逆的。 2.代谢途径的形式是多样的。 3.代谢途径有确定的细胞定位 ，特别在真核生物是高度分室，有的代谢途径涉及多个区域。 4.代谢途径之间相互沟通（有枢纽）。 5.代谢途径之间有能量关联。 6.各种生物在基本代谢途径上高度保守。 7.代谢途径的流量可调控，至少有一个限速步骤 ，往往通过关键酶来实现调控。,二、生命物质代谢的活化,1. 糖（1）降解： 磷酸化（2）合成：UDPG（ADPG、GDPG） 2. 甘油三酯（1）磷酸甘油（2）脂酰CoA 3. 磷脂（1）CDP-X（2）CDP-甘油二酯（3）磷酸甘油 4. Pr合
3、成aa活化: 氨酰-AMP,生物大分子的分解有三个阶段： 1.复杂大分子降解产生构件分子 2.构件分子氧化分解产生乙酰辅酶A等 3.最终的共同代谢途径。 TCA、呼吸链、氧化磷酸化,放能很少 放能（约三分之一） 释放大量能量,三、分解代谢的特点 （一）阶段性和趋同性,（二）降解产生构件分子的方式 水解 磷酸解 硫解 焦磷酸解,三、分解代谢的特点 （一）阶段性和趋同性,（三）构件分子进一步分解的特点 1. 产物为简单无机物 2. 种属不同，分解的终产物可能不同 aa中N的最终代谢物嘌呤碱的最终代谢物 3. C骨架的彻底分解经过TCA和氧化磷酸化完成,四、合成代谢的特点 （一）阶段性和趋异性生物分
4、子结构的多层次性决定了合成代谢的阶段性。 （二）营养依赖性（必需） （三）需要能量推动直接来自NADPH和NTP。能量主要用于活化前体或构件分子，以及用于还原步骤等。 （四）信息来源,1. 模板指导组装 2. 酶促组装: 有些构件序列简单均一的大分子，其信息指令来自酶分子，不需要模板。如糖原、肽聚糖、一些小肽等，在专一的酶指导和催化下合成。,不定向代谢：细胞内某些具有双功能的代谢途径，既可参与分解代谢，又可参与合成代谢。,Ile Met Val Thr,Asp Phe Tyr,五、学习重点和方法 （一）基本途径、生理意义和能量变化 （二）关键酶及其主要调节方式 （三）各物质代谢间相互联系 （四
5、）框架一定要清楚,物质代谢中，分解代谢和合成代谢不是简单的逆过程，其意义何在？举例说明。2006中山大学,第四章 糖 代 谢 Metabolism of Carbohydrate,一、糖代谢总论 二、糖酵解及厌氧发酵 三、葡萄糖的有氧分解代谢 四、糖异生 五、多糖、寡聚糖的酶促降解和合成,1.葡萄糖在糖代谢中的中心地位,（一）糖分解代谢的特点,一、糖代谢总论,（二）糖合成代谢的特点,1.绿色植物和光合细菌 2.动物的糖异生通过多种途径,2.碳链断裂的方式 3.受氧气供应的影响,有3条主要途径 4.活化方式 5.终产物,1.葡萄糖在糖代谢中的中心地位,寡糖、淀粉和糖原经消化主要转变为G等EMP中
6、代谢物分解 果糖半乳糖 Gal-1-PUT,（一）糖分解代谢的特点,一、糖代谢总论,（1）肌肉 （2）肝脏 果糖激酶和醛缩酶B,醛缩酶B,醛缩酶B,果糖激酶,果糖激酶,甘油醛激酶,Gal-1-PUT,半乳糖和果糖的代谢,1.葡萄糖在糖代谢中的中心地位,寡糖、淀粉和糖原经消化主要转变为G等EMP中代谢物分解 果糖,（1）肌肉 （2）肝脏 果糖激酶和醛缩酶B,果糖不耐症：肝中缺乏B型醛缩酶。积累F-1-P，肝脏无机Pi大量消耗，使ATP浓度下降，EMP加速,产生大量乳酸，甚至危及生命。,3-磷酸甘油醛,甘油醛激酶,半乳糖,半乳糖血症：常染色体隐性遗传，缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶，不能将Gal
7、-1-P转变为UDPGal。而Gal-1-P对细胞有害，侵害肝、肾、脑、晶状体，一周后肝肿大、黄疸、腹水、白内障，数月后智力发育障碍，若出生后不喂乳及乳制品则可正常发育。,2.碳链断裂的方式3.受氧气供应的影响,有3条主要途径（1）无氧：EMP PPP（2）有氧：EMP TCA PPP 4.活化方式5.终产物,6C 2（3C） 2（2C） CO2,2CO2,CO2,裂合,脱羧,脱羧,磷酸化和酰基化,1.绿色植物和光合细菌2.动物的糖异生通过多种途径,（二）糖合成代谢的特点,1.绿色植物和光合细菌2.动物的糖异生通过多种途径,（一）糖酵解（途径） 也称作Embden-Meyethof-Parna
8、s途径。 （二）发酵,二、糖酵解及发酵,二者的异同,底物、产物、还原型辅酶和条件,发酵：复杂的有机化合物在微生物的作用下分解成比较简单的物质,（一）糖酵解（途径）,为什么砷酸盐是糖酵解的毒物？ 巴斯德效应 将G 的C-1 用14C 标记，并将其与糖酵解有关的酶和辅酶一起温育。在产物Pyr上14C 位于几号位？ 若以14C 标记G 的C-3，作为酵母的底物，经充分发酵后 14C将在何处发现？ G的哪位碳原子被14C 标记可以得到第三位碳原子被标记的乳酸。2007 南京大学,（一）糖酵解（途径）,糖酵解是将G Pyr并伴随ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的G降解的途径。,1. EMP的反
9、应历程 2. 调节酶 3. 3-磷酸甘油醛脱氢酶作用机制 4. G-6-P的去路,葡萄糖激酶,磷酸果糖激酶,异构酶,第一阶段：葡萄糖的磷酸化,1.EMP的反应历程,己糖激酶,第二阶段： 磷酸己糖的裂解,醛缩酶,异构酶,第三阶段：PEP、Pyr和ATP的生成,Mg或Mn,Pyr,PEP,丙酮酸激酶,脱氢酶,激酶,变位酶,烯醇化酶,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,G 的C-6 用14C 标记？将G 的C-3 用14C 标记？,*,将G 的C-1 用14C 标记，并将其与糖酵解有关的酶和辅酶一起温育。14C位于Pyr上几号位？若发酵产生乙醇和二氧化碳，将在何处发现14C？,产生能量ATP 某
10、些细胞唯一途径或缺氧时合成ATP的主要途径，如：剧烈运动的肌肉细胞；成熟红细胞；神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧也常有糖酵解提供部分能量 。 中间物质作为其它物质合成的原料 如磷酸二羟丙酮、G-6-P等 是有氧和无氧代谢的共同途径,2.要点 123,3.EMP生物学意义,4.调节酶,C骨架,最强别构激活剂,能量,HK,PFK,PK,为什么选择了PFK,GK（己糖激酶IV） HK 分布 肝和胰腺-细胞 广泛 专一性 葡萄糖 己糖 Km值 高（12 mmol/L） 低（10mol/L） G-6-P抑制 无，但长链脂酰CoA 有抑制作用有别构抑制作用，并受激素调节，胰岛素可诱导该酶基因转
11、录，促进其合成。,（1）HK或葡萄糖激酶（GK）：,HK和GK的动力学作图,Km值比较：GK的Km值大得多，即在很高的G浓度时才起作用。,平时细胞内葡萄糖浓度为5mmol/L，HK的酶促反应已达最大速度，而GK并不活跃。,由Km值看GK的生理作用：,只有在饭后，大量消化吸收的G进入肝脏后，GK的酶促反应才加强，并进而合成成糖原储存于肝中，在维持血糖浓度恒定的过程中发挥了重要作用。,当且仅当 G浓度高时,G G-6-P G-1-P UDPG 肝糖原,（2）果糖-6-磷酸激酶关键的调控酶,别构调节 共价修饰调节（激素也参与调控）,别构调节别构抑制剂：ATP(能量)、柠檬酸（碳骨架）、质子 别构激活
12、剂：AMP、ADP、F-6-P、2，6-FBP,（2）果糖-6-磷酸激酶关键的调控酶,ATP是S，浓度低时 别构抑制剂，浓度低高时。降低PFK和 F-6-P的亲和力。,ATP在反应中的作用,磷酸果糖激酶亚基的结构,白色为ATP，红色为果糖-6-磷酸,巴斯德效应如何解释？,说明EMP、TCA和氧化磷酸化之间协调控制,在厌氧条件下,向高速发酵的培养基中通入氧气,则葡萄糖消耗减少,抑制发酵产物积累的现象称为巴斯德效应。,在好氧条件下，糖代谢进入TCA循环，产生柠檬酸，并通过氧化磷酸化生成大量的ATP，细胞内大量积累ATP，柠檬酸生成增加。 ATP和柠檬酸抑制PFK的活性，从而使整个EMP降低。,F-
13、2,6-BP是别构激活剂,增加PFK和 F-6-P的亲和力。,F-2,6-BP的别构激活作用,F-2,6-BP可降低ATP的抑制程度（增加与S的亲和力）,F - 6 - P,F - 2,6 - BP,PFK2,ATP,ADP,2,6-FBP的生成、分解及其调节,生成和分解由一个双功能酶催化,Pi,H2O,PFK-2的结构双功能酶,Regulatory domain,ATP,Pi,6-磷酸果糖激酶-2/果糖双磷酸酶-2,Pi,（磷酸酶）,胰高血糖素,胰岛素,ADP,依赖cAMP蛋 白激酶,磷蛋白磷酸 酶-2A(2C),Ser32,6-磷酸果糖激酶-2/果糖双磷酸酶-2,Ser32,（激酶 ）,共
14、价修饰调节,ATP,6-磷酸果糖激酶-2/果糖双磷酸酶-2,Pi,（磷酸酶）,胰高血糖素,胰岛素,ADP,依赖cAMP蛋 白激酶,Ser32,6-磷酸果糖激酶-2/果糖双磷酸酶-2,Ser32,（激酶 ）,G缺乏时，胰高血糖素启动cAMP介导的级联效应，引起该酶磷酸化，使得FBP2 激活而PFK2受抑制。,G升高时，胰岛素抑制cAMP介导的级联效应，使该酶去磷酸化，使得PFK2 激活而FBP2受抑制。,（3）丙酮酸激酶（ PK ）,PEP Pyr （共同代谢中间物）,别构调节1，6-FBP激活，ATP抑制，Ala抑制 共价修饰磷酸化失活,丙酮酸激酶催化活性控制关系图,磷酸化的丙酮酸激酶 （低活
15、性）,去磷酸化的丙酮酸激酶 （高活性）,H2O,Pi,ATP,ADP,低血糖,Pi,HK、PFK和Pyr三个酶活性如何协调？,5. 3-磷酸甘油醛脱氢酶的作用机制,若厌氧生物3-磷酸甘油醛脱氢酶突变，会对其产生什么影响？,5. 3-磷酸甘油醛脱氢酶的作用机制,氧化,磷酸化,E-硫半醛,E-酰基硫酯,5. 3-磷酸甘油醛脱氢酶的作用机制,砷酸盐不抑制EMP，但不能产生高能磷酸键，因此是EMP的解偶联剂,砒霜毒性之一砷酸盐的解偶联作用,迅速自发水解,不能生成ATP,3-磷酸甘油酸+砷酸,杀死某些微生物，对人不致死,3-磷酸甘油醛脱氢酶活性中心有Cys-SH，重金属、烷化剂和有机砷为不可逆抑制剂,6
16、. G-6-P的去路,（1）循EMP和TCA彻底氧化分解。 （2）在G-6-P脱氢酶的作用下进入PPP，生成NADPH和磷酸核糖。 （3）变成G-1-P ，与UTP反应生成UDPG，参与糖原合成。 （4）在葡萄糖-6-磷酸酶的作用下，脱去磷酸，生成游离葡萄糖，提供血糖。,是一个枢纽性的代谢中间产物。,正因为此HK不可能作为EMP调控最主要的酶,7. 2，3-BPG支路,红细胞中2,3-BPG磷酸酶活性远低于变位酶，因此2,3-BPG较EMP中代谢物浓度高数十甚至数百倍。 意义？,2，3-BPG降低血红蛋白与氧的亲和力。,糖酵解与氧的运输有何关系？ 己糖激酶缺失的病人，其红细胞中血红蛋白对氧有罕
17、见高的亲和力。,（二）厌氧发酵,葡萄糖,EMP,Pyr的去路之一和NADH的去路,肌肉组织激烈活动时，与休息时相比需要更多的ATP。在骨骼肌中，如兔子的腿肌，需要的ATP几乎全部由厌氧EMP反应提供。假设骨骼肌缺乏乳酸脱氢酶，它们能否进行激烈的运动，即能否借助于糖酵解反应高速率形成ATP。,缺乏乳酸脱氢酶， NADH无法再生为NAD+,G Pyr Acetyl-CoACO2 + H2O,Lac,（）酵解,Cytosol,Mitochondria,（有氧分解）,三、葡萄糖的有氧分解代谢,（一）丙酮酸脱氢酶复合体 （二）TCA反应历程 （三）填补反应 （四）PPP,（一）丙酮酸脱氢酶复合体（3+6
18、） 位于线粒体内膜上，原核细胞则在胞液中。,丙酮酸脱羧酶 TPP（VB1）Mg 硫辛酸转乙酰酶 硫辛酸 二氢硫辛酸脱氢酶 FAD（VB2）NAD+（Vpp）HSCoA（泛酸）,1.组成 由三种酶、五种辅因子组成,丙酮酸脱羧酶,硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,硫辛酸乙酰转移酶,硫辛酰氨摇摆臂及其在丙 酮酸脱氢酶复合体中的作用,砷化物的毒性之二破坏二氢硫辛酰胺,丙酮酸脱氢酶复合体是细胞通过催化连续反应的酶的并列，最经济的实现其功能的例子之一。,亚砷酸,有机砷化物,别构调节：线粒体内乙酰CoA/ CoA、 ATP/ ADP、NADH/ NAD+乙酰CoA、ATP和NADH的抑制磷酸化失活,2.丙
19、酮酸脱氢酶复合体是广义TCA调节的关键酶,（二）TCA过程,*,1次底物水平磷酸化 2次氧化脱羧 （碳原子去向） 3次NADH，1次FADH2（氢原子来源和去向） 严格需氧 消耗2分子水,1.要点：,（1） 为需氧生物体提供大量能量（非直接） ；,（4） 循环中的中间物为其他物质合成提供原料； 如琥珀酰CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。,（3） 糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽。,2.TCA循环的生物学意义,（2）糖类、蛋白质、脂类三大物质分解代谢的共同通路。,TCA的中心地位,Ile Met Val Thr,Asp Phe Tyr,（1） 柠檬酸合酶(多见于原核生物，受S供给控
20、制) （2） 异柠檬酸脱氢酶（最重要） （3） 酮戊二酸脱氢酶复合体各自底物的激活和产物的抑制； 终产物ATP、NADH的反馈抑制； ATP/ ADP 、NADH / NAD+ Ca2+,3. TCA的调控（狭义）,（1） 柠檬酸合酶(多见于原核生物，受S供给控制) 变构激活剂：ADP 变构抑制剂：NADH、琥珀酰CoA、柠檬酸、ATP （2） 异柠檬酸脱氢酶（最重要） 别构调节变构激活剂：ADP、Ca2+（是肌肉收缩的信号）变构抑制剂： NADH、 ATP 共价修饰 磷酸化失活 （3） 酮戊二酸脱氢酶复合体 与丙酮酸脱氢酶复合体相似，没有共价修饰。 别构激活剂： Ca2+、AMP 别构抑制剂
21、: 琥珀酰CoA、NADH,3. TCA的调控（狭义）,同位素标记证明TCA第一循环脱下的2个二氧化碳不是来自乙酰CoA，而来自OAA的C1和C4，请解释。,4. 柠檬酸的前手性,标记Pyr的甲基碳，TCA一轮后出现在哪里？,*,*,4. 柠檬酸的前手性,标记Pyr的甲基碳，TCA一轮后出现在OAA的2或3,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,柠檬酸虽然是一个对称分子，但却可以以不对称方式去反应，这类分子称之前手性分子，,解释氟乙酸做灭鼠药的原理。 解释向分离的小鼠心脏灌注氟乙酸时，EMP速度减慢，磷酸己糖积累的现象。,5. 顺乌头酸酶的抑制,氟乙酸本身无毒，其转变而来的氟柠檬酸是顺乌头酸
22、酶专一的抑制剂，氟柠檬酸结合到顺乌头酸酶的活性部位上，并封闭之。 柠檬酸大量积累，抑制了EMP中PFK的活性，因而EMP速度减慢，故而使PFK前面的磷酸己糖积累，从而使需氧能量代谢受害。 可作为杀虫剂或灭鼠药。,致死性合成：指与细胞正常代谢物结构相似的外来化合物，参与代谢过程，生成高毒性的、可导致细胞死亡的毒作用。,1. -酮戊二酸 草酰乙酸 2NADH+FADH+1GTP 2.草酰乙酸PEP（PEPCK） -GTP 3. PEP 丙酮酸（PK） ATP 4.丙酮酸乙酰CoA 1NADH 5.乙酰CoA进入TCA 3NADH+FADH+1GTP 6.所有还原型辅酶进入呼吸链，氧化磷酸化释放能量
23、,20ATP,6. -酮戊二酸彻底氧化分解的步骤，及能量,（三）TCA的填补反应,1.丙酮酸羧化酶催化不可逆反应形成OAA，需要生物素为辅酶（动物肝肾中最重要的，线粒体,植物和多数细菌没有）。,（三）TCA的填补反应,2、PEP羧激酶催化形成OAA。在大脑和心脏、骨骼肌中,3. PEP羧化酶（高等植物、微生物细胞质）,4.经苹果酸酶（胞质广泛存在）,C4途径和景天酸代谢,苹果酸酶,5.Asp及Glu的转氨作用形成OAA和-酮戊二酸；Ile、Val、Thr和Met也会形成琥珀酰CoA。,1. 磷酸戊糖途径的调节,（四） 磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）,（1）主要通过底物和产物浓度变化调节活性 非氧
24、化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。 如需要NADPH而R-5-P过多时，可通过PPP转化成F-6-P和3-磷酸甘油醛进入糖酵解释放能量。 大量消耗导致R-5-P过少时，则将大量的G-6-P转变为R-5-P,1. 磷酸戊糖途径的调节 （2）关键酶,肝脏中戊糖途径的各种酶中以6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性最低，是限速酶。NADPH竞争性抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性，其活性受NADP+/NADPH比值的调节。,（四） 磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）,机体内NAD+/NADH比NADP+/NADPH的比值要高几个数量级，前者为700，后者为0.014，只有NADPH在脂肪的生物合
25、成中被消耗时才能解除抑制，再通过6-磷酸葡萄糖脱氢酶产生出NADPH。,2. 磷酸戊糖途径的生理意义,（1）是体内生成NADPH的主要代谢途径：,（2）途径中的中间物为许多化合物的合成提供原料,（3） HMP是一条多功能代谢途径，以适应环境变化,（4） 与光合作用的卡尔文循环相联系 （5）HMP在植物胁迫(如干旱、病害、伤害等)时被高速启动,作为供氢体参与合成代谢：如脂肪酸、胆固醇，一些aa。 参与羟化反应：作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化。1，25（OH）2-D3的合成,使氧化型谷胱甘肽还原。,体内NADPH的作用,（1）保护含巯基的蛋白质或酶免遭氧化剂损害，尤其是过氧化物。 （2）维
26、持红细胞膜的完整性： （3）保持Hb内的Fe于二价。,GSSG + NADPH + H+ 2GSH + NADP+,2. 磷酸戊糖途径的生理意义,（2）途径中的中间物为许多化合物的合成提供原料。 可产生各种磷酸单糖。如5-磷酸核糖是合成核苷酸的原料，4-磷酸赤藓糖与PEP可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸。,2. 磷酸戊糖途径的生理意义,（3） HMP是一条多功能代谢途径：定位于细胞质，和EMP等途径相通，可根据细胞代谢的不同需求，通过调节S和P浓度变化产生多种产物 。,PPP为多功能代谢途径,2. 磷酸戊糖途径的生理意义,（1）是体内生成NADPH的主要代谢途径：,（2）途径中的中
27、间物为许多化合物的合成提供原料,HMP途径在生物体中普遍存在，其中动物、微生物中占糖降解的30%，植物中占50%。,（3） HMP是一条多功能代谢途径,（4） 与光合作用的卡尔文循环相联系 （5）HMP在植物胁迫(如干旱、病害、伤害等)时被高速启动,四、糖异生,（一）糖异生的中心途径,（二）糖异生和EMP的协调,（三） 糖异生途径的前体,Pyr,OAA,PEP,（一）糖异生的中心途径,OAA不能透过线粒体内膜,线粒体,线粒体或胞液,1.糖异生途径关键反应之二,PEP羧激酶在不同物种中分布不同,人均匀分布在线粒体和细胞溶胶中； 小鼠全部位于细胞溶胶中； 鸟和兔则全部位于线粒体,PCK：位于线粒体
28、基质（也可催化回补反应）,分布在线粒体：PEP可通过线粒体内膜上的运输体运出 位于细胞溶胶中：将OAA在线粒体内转变为苹果酸或天冬氨酸，运出线粒体后重新转变为OAA,Pyr,OAA,PEP,PEP,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,天冬氨酸,天冬氨酸,草酰乙酸,(胞液),(线粒体),羧化酶,羧激酶,羧激酶,羧激酶,NAD+,NADH+H+,NADH+H+,NAD+,乳酸和生糖氨基酸采取不同的途径,OAA通过穿梭系统（苹果酸-天冬氨酸穿梭系统）运出线粒体,实验表明乳酸多经天冬氨酸途径， 生糖氨基酸多经苹果酸出线粒体进一步反应。,丙酮酸羧化支路消耗 ATP 使丙酮酸绕过“能障”生成磷酸烯醇式丙酮酸进入糖异
29、生途径。,丙酮酸羧化支路： 在糖异生途径中，Pyr进入线粒体，在丙酮酸羧化酶的作用生成OAA，再转化成苹果酸，穿出线粒体。苹果酸又生成OAA，在磷酸丙酮酸羧化激酶生成PEP过程称为丙酮酸羧化支路。,2. 糖异生途径关键反应之二,3.糖异生途径关键反应之三,该酶只在肝、肾和肠细胞光滑内质网膜的内腔面存在，如肌细胞中没有该酶，因此糖异生局限于特殊组织、器官；肌糖元的功能也不是稳定血糖。,糖异生与酵解途径比较,糖异生与酵解途径比较,（二）糖异生和EMP的协调,糖酵解和糖异生是如何协调控制的？2009南京大学,通过协调控制使一条途径开放时，另一条途径关闭，避免了无效循环，有利于细胞代谢的调控。,（二）
30、糖异生和EMP的协调,糖异生作用的总反应式： 2Pyr+4ATP+2GTP+2NADH+2H+6H2O G+4ADP+2GDP+2NAD+6Pi,糖酵解的总反应式：G+2NAD+2ADP2Pi 2Pyr+2ATP+2NADH+2H+2H2O,2Pyr +2ATP,G,2Pyr +4ATP+2GTP,糖异生,2ATP+2GTP,净消耗,EMP和糖异生相互协调,底物循环,底物循环：作用物的互变反应分别由不同的酶催化其单向反应，这种互变循环就称为底物循环。 无效循环：当底物循环中的两种酶活性相等时，不能将代谢向前推进，结果ATP分解释放能量，因而称为无效循环。 对糖酵解途径与糖异生途径中的2个底物循
31、环进行调节，是糖异生调节的主要方式。,己糖激酶,G-6-P磷酸酶,G-6-P,葡萄糖,第一个底物循环？,内质网,胞液,第二个底物循环,ATP,ADP,Pi,PFK-1,FBP-1,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,ATP ADP AMP 2，6-FBP 柠檬酸,AMP和F-1，6-BP激活PFK加速糖酵解，通过抑制1，6 - FBPase抑制糖异生途径。 ATP和柠檬酸通过抑制PFK活性来降低糖酵解过程，柠檬酸还能激活1，6 - FBPase来加速糖异生。,F2,6BP对PFK-1的激活,F2,6-BP对FBP-1的抑制,F-2,6-BP对PFK-1 和FBP-1的作用性质正好相反双向调节,2
32、，6-FBP目前被认为是肝内调节糖分解或糖异生方向的主要信号。,饥饿时，胰高血糖素分泌增加，后者刺激ATP生成cAMP。cAMP激活PFK-2活性，抑制1，6 - FBPase -2的活性，导致F-2，6-2P减少，结果糖酵解被抑制，糖异生加强，升血糖，以维持血糖恒定。,胰高血糖素: 通过磷酸化对PFK-2和FBP-2进行调节，从而影响2，6-FBP的浓度，进而调节PFK-1 和FBP-2 活性。 cAMP 蛋白激酶A PFK-2(磷酸化,失活)，FBP-2 (磷酸化,激活) 2，6-FBP PFK-1(活性)，FBP-2 (活性) 胰岛素: 作用相反,饱食时，胰岛素分泌量增加，胰岛素刺激PF
33、K-2活性，导致F-2,6-2P含量增加，从而激活1，6 - FBPase - 1 活性，使糖酵解加速，降血糖。,第三个底物循环,磷酸烯醇型丙酮酸,ADP 1,6-FBP ATP Ala ADP,丙 酮 酸,乙酰CoA,丙酮酸激酶,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,丙酮酸脱氢酶复合体,PEP羧激酶,只有在乙酰CoA存在时，丙酮酸羧化酶才表现出高活性，乙酰CoA的活化作用有什么意义？,乙酰CoA积累时：即乙酰CoA生成速度大于分解速度。 乙酰CoA激活丙酮酸羧化酶生成OAA。使体内乙酰CoA趋于平衡。 当细胞内能荷高时：OAA主要进入糖异生，消耗了Pyr，降低了乙酰CoA生成速度。 当细胞内能荷低时：OA
34、A主要进入TCA，加快了乙酰CoA分解进入TCA的速度。 两方面都使体内乙酰CoA趋于平衡。,(三)糖异生途径的前体,生糖氨基酸 草酰乙酸,PEP,乳酸 丙酮酸 某些氨基酸,甘油 磷酸二羟丙酮,葡萄糖,乙醛酸循环,脂肪酸,乙酰CoA,琥珀酰CoA 丙酰CoA,奇数脂肪酸,TCA,(三)糖异生途径的前体,1、凡是能生成EMP、三羧酸循环的中间物的物质都可以变成葡萄糖。例如三羧酸循环的中间物都可以转变成草酰乙酸而进入糖异生途径。,2、饥饿状态下：大多数氨基酸是生糖氨基酸，它们可转化成丙酮酸、-酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循环中间物参加糖异生途径；甘油,3、通过Cori循环乳酸异生为G：,什么是糖代谢
35、中的Cori循环？简述该循环的生物学意义，以及该循环和其他代谢途径的关系。2008华南理工,葡萄糖丙酮酸乳酸,葡萄糖丙酮酸乳酸,葡萄糖,NADH,NAD+,NADH,NAD+,糖酵解途径,糖异生途径,乳酸,肝 血液 肌肉,乳酸循环,原因：乳酸循环的形成是由于肝和肌肉组织中酶的特点所致。 生理意义：避免损失乳酸；防止乳酸堆积造成酸中毒。 乳酸循环是耗能的过程，2分子乳酸异生为葡萄糖需消耗6 分子高能键（4GTP+2ATP）。,3、通过Cori循环乳酸异生为G：剧烈运动时产生的大量乳酸迅速扩散到血液，随血流流至肝脏，氧化成丙酮酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存
36、起来。这一乳酸葡萄糖的循环过程称为Cori循环。,4、反刍动物糖异生途径十分活跃，牛胃中的细菌分解纤维素成为乙酸、丙酸、丁酸等奇数脂肪酸可转变成为琥珀酰CoA参加糖异生途径合成葡萄糖。5、萌发油料种子脂肪酸通过乙醛酸循环异生为糖,脂肪酸可以异生为糖吗？,（四）糖异生的生理意义,饥饿状态维持血糖浓度恒定（来源和去路）：保证某些主要依赖葡萄糖供能的组织的功能具有重要意义 补充肝糖原机体摄入的葡萄糖先分解为丙酮酸、乳酸等三碳化合物，后者再异生成糖原的途径称为三碳途径，也称之为间接途径 回收乳酸等能量 调节酸碱平衡,血糖的来源与去路,五、多糖的分解和生物合成,（一）淀粉和糖原的酶促降解 （二）淀粉和糖
37、原的生物合成 （三）糖原代谢的调控,-1，4-糖苷键,-1，6糖苷键,（一）淀粉和糖原的酶促降解,还原末端,非还原末端,-1，4糖苷键,-1，6糖苷键,多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，生产中常称为糖化。 1. 淀粉彻底水解淀粉 糊精 寡糖 麦芽糖 G,水解淀粉的淀粉酶是一大类酶，主要有与淀粉酶， 二者只能水解淀粉中的-1，4糖苷键。 -淀粉酶耐热不耐酸，可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的-1，4糖键，水解终产物为M、麦芽三糖及少量G -淀粉酶耐酸不耐热，外切酶，只能从非还原端开始逐个切下M，水解终产物以M为主及少量G 。 -1，6糖苷键酶：水解淀粉中的-1，6糖苷键。,淀粉酶水解
38、支链淀粉的产物为（极限）糊精和麦芽糖的混合物。,非还原端,寡聚-（1,41,4) 葡萄糖转移酶,H2O,脱支酶,磷酸化酶,2.糖原的酶促磷酸解,磷酸化酶a（催化1.4-糖苷键磷酸解断裂） 磷酸化酶a和磷酸化酶b是一种酶的两种存在形式 （无活性） 磷酸化酶b 磷酸化酶aP （活性） 磷酸吡哆醛为辅因子 转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移） 脱支酶（催化1.6-糖苷键水解断裂）,（1）三种酶协同作用：,双功能酶,2.糖原的酶促磷酸解,磷酸化酶激酶,磷酸酶,G-1-P的继续代谢G-1-P经磷酸葡糖变位酶转变为G-6-P G-6-P经光面内质网上G-6-Pase转变为G，进入血液。,（2）糖原磷酸解的意义
39、,糖原磷酸解得到G-1-P， 能量上经济：糖原的1个葡萄糖单位，由G-1-P转变为G-6-P ，无能量消耗，经酵解得3 分子ATP 。 在肌肉细胞中G-1-P不易扩散到细胞外而流失，而G容易流失。,（二）淀粉和糖原的生物合成,1、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，为各种聚糖合成提供糖基和能量。动物细胞中糖原合成时需UDPG；植物细胞中蔗糖合成时需UDPG，淀粉合成时需ADPG，纤维素合成时需GDPG和UDPG。2、糖原合酶（glycogen synthase） 3. 糖原分支酶 （ glycogen br
40、anching enzyme）,糖核苷酸的生成（单糖的活化）,UDPG焦磷酸化酶催化的反应,以G为原料，糖原每延伸1个G单位能量消耗？,3个高能键,糖原合酶催化的反应,UDPG,UDP,糖原（n个G分子）,糖原（n+1）,引物的合成：生糖原蛋白自动催化UDPG以（14）糖苷键连接成8个G单位的糖链，又称糖原核心。,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,-1，6 糖苷键,糖原分支酶,（1，41，6转葡萄糖基酶）,（三）糖原分解和合成的调控,限速酶分别为糖原磷酸化酶和糖原合成酶。它们的活性受到以下方式的调节： 1. 共价修饰调节,糖原合酶 a ( 有活性),糖原磷
41、酸化酶 b ( 无活性),OH,OH,ATP,ADP,H2O,Pi,糖原合酶 b ( 无活性),糖原磷酸化酶 a ( 有活性),其效果相反,激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图,内在蛋白质的磷酸化作用,改变细胞的生理过程,细胞膜,细胞膜,蛋白激酶 （无活性）,蛋白激酶（有活性）,受体,非磷酸化蛋白激酶,激素：胰高血糖素（肝）、肾上腺素（肌）,磷酸化酶b,磷酸化酶 a,糖原合酶a,糖原合酶b,P,Pi,Pi,A 激酶 A 激酶 （无活性） （活性）,磷酸化酶激酶,磷酸化酶激酶,P,Pi,磷蛋白磷 酸酶-1,cAMP,磷蛋白磷酸酶-1,磷蛋白磷酸酶 抑制剂-P磷蛋白磷酸酶 抑制剂,A 激酶（活
42、性）,磷蛋白磷酸酶-1,+,+,+,-,-,-,+,糖原合成和分解的共价修饰调节,P,ATP,（活性）腺苷酸环化酶,腺苷酸环化酶（无活性）,激素：胰高血糖素（肝）、肾上腺素（肌）,（有活性）,（无活性）,（低活性）,（高活性）,+,AMP,磷酸二酯酶,胰岛素,2. 级联效应（cascade effect)一种酶（如：磷酸化酶和糖原合成酶）有两种不同形式，其相互转变由另一种酶催化，而催 化其转变的酶本身也有两种形式，它的转变又受其它酶的催化。这样构成了所谓“级联效应”, 也称瀑布效应。,激素对肝糖原代谢调控的级联放大,肾上腺素或胰高血糖素,1、腺苷酸环化酶（无活性）,腺苷酸环化酶（活性）,2、A
43、TP,cAMP,R、cAMP,3、蛋白激酶 （无活性）,蛋白激酶（活性）,4、磷酸化酶激酶（无活性）,磷酸化酶激酶（活性）,5、磷酸化酶 b（无活性）,磷酸化酶 a（活性）,6、糖原,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,葡萄糖,血液,肾上腺素或胰高血糖素,1,108,葡萄糖,4,5,6,-P,-P,P-,P-,3. 别构调节 （1）肝脏中糖原磷酸化酶：葡萄糖使磷酸化酶a变为无活性的磷酸化酶b,磷酸化酶 a,葡萄糖,葡萄糖,磷酸化酶 a,葡萄糖,葡萄糖,磷酸化酶 b,葡萄糖,磷蛋白磷酸酶-1,Pi,肝细胞内葡萄糖对磷酸化酶的 变构调节,高活性,无活性,Ser14,Ser14,（三）糖原分解和合成的调
44、控,（2）肌细胞中：磷酸化酶和糖原合成酶的别构效应物主要为AMP 、 ATP及G-6-P。AMP 使磷酸化酶 b变为有活性的磷酸化酶 aATP、G-6-P 抑制磷酸化酶 a激活糖原合成酶,为什么选择糖原而非脂类作为优先使用的贮能物质？ 1、高效能 （糖原降解为G-1-P不需消耗ATP分子） 2、被迅速动用 3、在无氧条件下被合成 4、能灵敏地维持血糖水平 （动物不能将脂肪酸转变为葡萄糖前体）,机体多数组织能量利用的来源,1. 机体先消耗葡萄糖 2. 然后消耗糖原 3. 糖异生维持血糖稳定，脂类供能,运动开始时，90%的ATP来自糖原，而运动后期，则80%的ATP来自脂肪（包括脂肪酸和酮体）。,
