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生物化学-糖代谢
生物化学-糖代谢的思维导图，内容有 糖酵解、柠檬酸循环、生物氧化电子传递和氧化磷酸化、戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径、糖异生、糖原的分解和生物合成，一起来看。
编辑于2023-04-24 12:29:37 山东省- 考研生物
- 糖代谢
- 生物化学与分子生物学
- 糖酵解
- 柠檬酸循环/TCA
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- 大纲
糖代谢
糖酵解
概述
- 糖酵解 葡萄糖在无氧条件下降解为丙酮酸，并伴随ATP生成的过程，是一切有机体普遍存在的葡萄糖降解途径 - 亚细胞定位：细胞质中 - 糖酵解9个中间产物均是磷酸化的
反应过程
- 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖 - 不可逆反应 - 己糖激酶 底物为六碳糖 - **消耗1 ATP** - 激活剂 Mg2+、Mn2+等二价金属离子 - 调节酶 ADP和葡萄糖-6-磷酸是该酶的变构抑制剂；无机磷酸可解除该酶的抑制作用 - 6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖 - 磷酸葡糖异构酶 - 6-磷酸果糖转变为1，6-二磷酸果糖 - 磷酸果糖激酶-1（PFK-1） - 高H+浓度（pH降低）抑制该酶活性 - 生物学意义：阻止糖酵解进一步进行，防止乳酸进一步生成；防止血液pH下降，防止酸中毒 - **消耗1ATP** - 1，6二磷酸果糖裂解为2分子丙糖（磷酸二羟丙酮+3-磷酸甘油醛） - 醛缩酶 - 磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛（磷酸丙糖异构酶） - 3-磷酸甘油醛氧化为3-磷酸甘油酸 - 3-磷酸甘油醛脱氢酶 **NAD+为其辅酶** 2NADH - 糖酵解唯一氧化反应 - 消耗1分子无机磷酸 - 1，3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸 - 磷酸甘油酸激酶 - **产生1分子ATP**（底物水平磷酸化） - 底物水平磷酸化：ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程 - 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 - 磷酸甘油变位酶 - 2-磷酸甘油酸脱水生成PEP磷酸烯醇式丙酮酸 - 烯醇化酶（在结合底物前与二价阳离子结合形成复合物表现活性） - 磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸（将高能磷酸基转给ADP） - 丙酮酸激酶 - **生成1分子ATP**（底物水平磷酸化）
糖酵解的调节
1. PFK-1 - 限速酶 - 高浓度ATP是该酶的变构抑制剂，抑制作用被AMP解除 - 高浓度柠檬酸、脂肪酸对该酶有抑制作用；pH降低时，H+对该酶阻抑作用 - 果糖-2，6-二磷酸是该酶的激活剂，增强其与底物亲和力 2. 丙酮酸激酶 - 激活剂：果糖-1，6-二磷酸 - 抑制剂：ATP、丙氨酸、胰高血糖素 - 3种同工酶 3. 己糖激酶 - 激活剂：胰岛素 - 抑制剂：葡萄糖-6-磷酸
糖酵解的意义
1. 糖酵解是存在于一切生物体内的糖分解代谢的普遍途径 2. 通过糖酵解途径产生ATP，为机体的生命活动提供部分能量，厌氧生物主要获取能量的方式 3. 糖酵解途径的中间代谢产物为其他物质的合成提供原料 4. 糖酵解是糖有氧分解的准备阶段
糖的无氧氧化
- 葡萄糖转变为乳酸的过程 - 糖的无氧氧化的意义 - 迅速提供能量 - 肌肉ATP含量很低，需要通过无氧氧化迅速获得ATP能量 - 成熟红细胞没有线粒体，只能通过无氧氧化提供能量 - 代谢活跃的细胞（如神经细胞、白细胞、骨髓细胞），不缺氧也常由糖无氧氧化提供部分能量
丙酮酸的去路
1. 生成乳酸 - 乳酸脱氢酶 2. 生成乙醇 （脱羧） 3. 生成乙酰-CoA - 进入线粒体 - TCA循环 4. 转变为氨基酸（丙氨酸） 5. 异生成糖
其他六碳糖进入糖酵解途径
1. 果糖 - 肌肉中 己糖激酶--6-磷酸果糖 - 肝脏中 6种酶催化反应--3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮 2. 半乳糖 - 5个步骤--6-磷酸葡萄糖 3. 甘露糖 - 两步反应--果糖-6磷酸
柠檬酸循环
糖的有氧氧化
- 有氧氧化 - 机体利用氧将葡萄糖彻底氧化为水和CO2并生成ATP的过程，提供能量的主要方式 - 有氧条件下，丙酮酸可进一步氧化分解，最后完全氧化为CO2和H2O - 该途径分为柠檬酸循环和氧化磷酸化2个阶段 - 糖有氧氧化的意义：体内糖分解供能的主要方式，绝大多数细胞通过该方式获得能量
糖有氧氧化的三个阶段
- 葡萄糖糖酵解生成丙酮酸 - 丙酮酸脱羧生成乙酰CoA - 丙酮酸脱氢酶复合体 - 组成：丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸脱氢酶、二氢硫辛酸转乙酰基酶 - 辅酶：TPP;FAD;NAD+;CoA；硫辛酰胺 - 丙酮酸脱氢酶复合体的调节 - 别构激活剂：AMP;ADP;NAD+ - 别构抑制剂:乙酰辅酶A;NADH;ATP; - 乙酰辅酶A进入TCA循环以及氧化磷酸化生成ATP - 巴斯德效应：有氧氧化抑制无氧氧化的现象
柠檬酸循环
概述
- 地点：线粒体基质 - 柠檬酸有3个羧基--三羧酸循环 - 柠檬酸循环生成的中间产物是许多生物合成的前体，因此TCA循环是两用代谢途径 - TCA循环是糖、脂肪、氨基酸共同经历的途径
具体步骤
1. 乙酰辅酶A与草酰乙酸所合成柠檬酸 - 柠檬酸合酶 - 氟乙酸--致死合成 2. 柠檬酸转变为异柠檬酸 - 顺乌头酸 3. 异柠檬酸转变为α-酮戊二酸 - 异柠檬酸脱氢酶 - NAD+--NADH 4. α酮戊二酸生成琥珀酰CoA - α-酮戊二酸脱氢酶复合体 - NAD+--NADH - 底物水平磷酸化，1 ATP 5. 琥珀酰COA生成琥珀酸 - 硫激酶 6. 琥珀酸生成延胡索酸 - 琥珀酸脱氢酶 - 脱氢：FAD 7. 延胡索酸生成L-苹果酸 - 延胡索酸酶 8. L-苹果酸生成草酰乙酸 - 苹果酸脱氢酶 - NAD+--NADH
调节
1. 柠檬酸合酶（限速酶） 1. 激活剂：ADP 2. 抑制剂：ATP、柠檬酸、NADH、琥珀酰COA 2. 异柠檬酸脱氢酶 1. 激活剂：ADP、NAD+、Ca2+ 2. 抑制剂：ATP、NADH 3. α-酮戊二酸脱氢酶 1. 激活剂：ADP、NAD+、Ca2+ 2. 抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰-CoA
生理意义
- 柠檬酸循环是三大营养物质代谢的共同通路 - 柠檬酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢的共同枢纽 - 为其他生物合成提供原料
三羧酸循环的回补反应
TCA循环中间产物也是生物合成其他分子的前体 1. α-酮戊二酸----谷氨酸 2. 草酰乙酸----天冬氨酸 3. 琥珀酰CoA----卟啉环 上述过程导致草酰乙酸浓度下降，从而影响TCA运转，需要不断补充正常运行。途径： 1. 丙酮酸脱羧 2. PEP脱羧 3. 苹果酸脱氢 4. 由氨基酸形成
能量
1分子葡萄糖： 3\*2.5+1.5+1=10 10+2.5=12.5；12.5\*2=25 25+4-2+2.5\*2=32
生物氧化电子传递和氧化磷酸化
定义
- 电子传递链：电子传递及细胞内有机物通过各自的分解途径形成的还原性辅酶（NADH;FADH2）,通过电子传递途径被重新氧化，即还原型辅酶上的H以质子形式脱下，其电子通过按一定顺序排列的电子传递体传递至氧，生成分子水的过程。这个电子传递体系即为电子传递链（呼吸链）。呼吸链中递氢体和递电子体即为传递氢原子/电子的载体。 - 原核生物----质膜；真核生物----线粒体内膜 - 生物氧化：生物体内的营养物质通过一系列氧化还原反应，最终生成水的过程 - 氧化磷酸化：发生在真核生物线粒体内膜或原核生物细胞质中，将物质在体内氧化时经呼吸链释放的能量与ADP的磷酸化生成ATP过程相偶联的反应过程。
电子传递链和氧化呼吸链
定位
原核生物----质膜；真核生物----线粒体内膜
组成
- 复合体I - NADH-CoQ还原酶/NADH脱氢酶 - 将NADH中电子传递给泛醌 - 辅酶：CoQ - 辅基：FMN;Fe-S - 复合体II - 琥珀酸-泛醌还原酶/琥珀酸脱氢酶 - 将电子从FAD传递给CoQ - 辅基:FAD;Fe-S - 复合体III - 泛醌-细胞色素还原酶，位于线粒体内膜 - 将电子从还原型泛醌传递至Cyt c - 辅基：血红素b;血红素c1 - 复合体IV - 细胞色素c氧化酶 - 将电子从细胞色素c传递给氧 - 辅基：Fe-S蛋白；血红素a；血红素a3 - 游离组分 - CoQ - 呼吸链中电子和质子传递体 - 非蛋白 - Q很容易接受2个质子和2个电子，还原为QH2 - 接受NADH、FADH2、脂酰辅酶A脱氢酶及其他黄素酶类脱下的氢 - Cyt c - 在复合体III和复合体IV之间传递电子 - 细胞色素：以血红素为辅基的电子传递蛋白的统称
呼吸链
呼吸链的电子传递抑制剂
概念
- 电子传递抑制剂：能阻断呼吸链中某部位电子传递的物质 - 使用电子传递抑制剂研究呼吸链中电子传递体顺序
电子传递抑制剂
氧化磷酸化
P/O比
一对电子经呼吸链传递给O的过程中产生的ATP分子数，实质上是伴随ADP的磷酸化所消耗的无机磷酸分子数与消耗氧原子分子数之比
形成ATP的部位
电子传递链将NADH和FADH2上的电子传递给O的过程中释放自用能，供给ATP的合成。其中大量释放自用能的部位有3处，即合成ATP的部位（偶联部位）： - 复合体I（NADH电子传递给辅酶Q） - 复合体III（CoQ电子传递给细胞色素c） - 复合体IV（电子从细胞色素c传递给分子氧）
氧化磷酸化机理假说
- **化学渗透假说**：电子经呼吸链传递释放能量，通过复合体的质子泵功能，驱动H+从线粒体基质泵出膜。由于质子不能自由通过线粒体内膜返回基质，这种质子的泵出引起内膜两侧质子浓度和电位差别，从而形成跨膜质子电化学梯度，储存电子传递释放的能量。当质子顺电化学梯度回流基质中时，驱动ADP形成ATP - 化学偶联假说：电子传递链释放的**能量**通过一系列化学反应形成高能共价中间物，随后裂解驱动氧化磷酸化，将其中能量转移至ADP中形成ATP - 构象偶联假说：电子沿电子传递链传递，使**线粒体内膜蛋白质组分发生构象变化**，形成一种**高能构象**，随ATP合成而恢复
ATP合成机制
- ATP合酶（FoF1-ATP酶） - ATP合酶催化ATP的合成 - Fo----质子通道单元 - F1----催化ATP合成单元 - 质子流通过ATP合酶时同时释放与酶牢固结合的ATP分子 - F₁和Fo通过“转子”和“定子”连接在一起，在合成水解ATP过程中，“转子”在通过Fo的氢离子流推动下旋转，每分钟旋转100次，依次与三个β亚基作用，调节β亚基催化位点的构象变化；“定子”在一侧将α3，β3与Fo连接起来。作用之一就是将跨膜质子动力势能转换成力矩（torsion），推动“转子”旋转。 - O/L/T三种亚基构象
氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂
氧化磷酸化的调控
受体调节：ADP作为关键物质对氧化磷酸化作用的调节 当细胞利用ATP作功，ADP含量升高，促进合成ATP
戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径
过程
1. 氧化反应阶段 1. 6-磷酸葡萄糖----5-磷酸核糖&5-磷酸木酮糖 2. 2NADPH+1CO2 3. 6-磷酸葡萄糖----6-磷酸葡萄糖酸内酯----6-磷酸葡萄糖酸 4. 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶是关键酶 2. 基团转移阶段 1. 6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛
调节
磷酸戊糖途径受NADPH/NADP+比值的调节，比值大被抑制
意义
- 提供大量NADPH，主要用于还原反应，为细胞提供还原力 - NADPH参与羟化反应 - NADPH是许多代谢反应的中间体 - NADPH维持谷胱甘肽的还原状态
糖异生
过程
概述
- 非糖物质（丙酮酸、氨基酸、甘油、乳酸、草酰乙酸等）转化为糖原的过程为糖异生 - 器官：肝、肾细胞 - 亚细胞定位：细胞质基质、线粒体
意义
- 维持血糖平衡 - 补充、恢复肝糖原储备 - 肾糖异生有利于维持酸碱平衡 - 有利于乳酸利用
乳酸循环
氧供应不足时，肌肉收缩无氧氧化生成乳酸，乳酸通过细胞膜弥散进入血液，通过血液入肝，异生为葡萄糖。葡萄糖释放入血，随血液运送到肌肉被利用。 意义： 1. 回收乳酸中的能量 2. 避免乳酸堆积引起酸中毒
糖原的分解和生物合成
概述
- 糖原：由若干个葡萄糖单位组成的具有多分支的结构，是动物体内糖的贮存形式 - 糖原主要存在于肌肉组织和肝中 - 肝糖原分解补充血糖，肌糖原分解为肌肉收缩提供能量
糖原分解
糖原分解：是指糖原分解为6-磷酸葡萄糖（磷酸解）或葡萄糖（水解）的过程，它不是糖原合成的逆反应 磷酸解的初产物为1-磷酸葡萄糖
四种酶
- 1.**糖原磷酸化酶** - 从糖原的非还原端逐个断下葡萄糖分子，催化断裂的是末端葡萄糖残基C1与相邻葡萄糖残基C4之间的糖苷键（**α-1，4-糖苷键**） - 只作用到糖原分支点前4个葡萄糖残基处即不能再继续催化。 - 关键酶 - 2.**糖原脱支酶** - 具有糖基转移酶和α-（1→6）糖苷酶的活性 - 断裂α-1，6糖苷键 - 3.**磷酸葡萄糖变位酶** - **葡萄糖-1-磷酸→葡萄糖-6-磷酸** - 4.**葡萄糖-6-磷酸酶** - **葡萄糖-6-磷酸→葡萄糖** - 脑、肌肉中无此酶 - 葡萄糖-6-磷酸酶存在于肝、肾及肠光滑ER中→维持血糖平衡；
糖原的生物合成
- 糖原的生物合成实际上始于**G-6-P**。 - **葡萄糖-6-磷酸酶→葡萄糖-1-磷酸** - **UDP-葡萄糖焦磷酸化酶**：催化形成尿苷二磷酸葡萄糖（**UDPG**） - **糖原合酶**：催化**α-1，4-糖苷键合成**；关键酶 - 糖原合酶不能从零开始，将两个**G分子相连需要引物（4个G以上的葡聚糖残基）**。 - **生糖原蛋白**（glycogenin）或糖原引物蛋白（**糖原素**），其上带有寡聚G（α-1，4）。 - **糖原分支酶** - 催化α-1，6-糖苷键合成 - 糖原合成的意义 - 当机体需要葡萄糖时它可以被迅速动用，而脂肪不能。 - 肝和骨骼肌是储存糖原的主要组织器官，但肝糖原和肌糖原的生理意义不同。 - 肝糖原是血糖的重要来源，这对于某些依赖葡萄糖供能的组织尤为重要，而肌糖原主要为肌收缩提供急需的能量
调节
 