第二章糖代謝的中心途徑

第二章糖代謝的中心途徑當(dāng)前第1頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第2頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第3頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)原因如下當(dāng)前第4頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)FBP積累，EMP途徑上游代謝池抬升，細(xì)胞代謝活性將要降低。為了維持能量代謝和EMP碳通量，需要在EMP途徑末端找個代謝出口，激活或增強(qiáng)乳酸脫氫酶可以實現(xiàn)這個目標(biāo)。當(dāng)前第5頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)鏈球菌ED途徑中，6-磷酸葡萄糖酸積累，說明重要產(chǎn)物3-磷酸甘油醛和Py在cell的代謝池含量升高。但是EMP途徑也產(chǎn)生這兩種物質(zhì)。該菌以ED發(fā)酵為主，便以6-磷酸葡萄糖酸為效應(yīng)物抑制EMP途徑的磷酸己糖異構(gòu)酶，以降低EMP下游代謝池生成兩者的效率，以維持ED產(chǎn)物3-磷酸甘油醛和Py的順利進(jìn)行。當(dāng)前第6頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)6-磷酸葡萄糖酸脫水酶活性被FBP抑制鏈球菌的ED途徑中，6-磷酸葡萄糖酸脫水酶催化KDPG的生成。KDPG醛縮酶水解生成3-磷酸甘油醛和Py當(dāng)這兩種產(chǎn)物在cell含量升高時，對細(xì)胞來講EMP下游代謝池抬升，F(xiàn)BP也抬升，是碳源過剩的狀態(tài)。形成以FBP為效應(yīng)物抑制6-磷酸葡糖酸脫水酶的反饋抑制的代謝機(jī)制當(dāng)前第7頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)即：鏈球菌中，G以ED途徑為主，EMP途徑為輔。第二、ED途徑生成6-磷酸葡萄糖酸以及隨后的Py和GAP，沒必要再從EMP途徑生成這2種物質(zhì)，并通過抑制磷酸己糖異構(gòu)酶活性來達(dá)到目的。第三、當(dāng)ED途徑過載，6-磷酸葡萄糖酸以及GAP和Py過量生成并積累，兩者代謝池的抬升也引起了FBP的抬升，這對細(xì)胞來講是不經(jīng)濟(jì)的浪費(fèi)行為，便通過FBP抑制6-磷酸葡萄糖酸脫水酶活性來減少GAP和Py的生成。這2中調(diào)節(jié)相輔相成，保證ED經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。當(dāng)前第8頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第9頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第10頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第11頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)無葡萄糖酸積累，ED途徑不能進(jìn)行，何時存在呢？我們這樣來理解：當(dāng)EMP途徑經(jīng)過代謝調(diào)整，使EMP途徑碳流量顯著下降（如：發(fā)酵條件下），此時，HMP途徑活性或碳通量增強(qiáng)，葡萄糖酸增加或積累，此時，ED途徑激活。相比EMP途徑，NADH產(chǎn)量減半。這是一種代謝適應(yīng)。當(dāng)前第12頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第13頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)運(yùn)動發(fā)酵單胞菌Why？當(dāng)前第14頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)Why?運(yùn)動發(fā)酵單胞菌E.Coli即：Pyruvate處旁路代謝而非只進(jìn)入乙醇合成途徑再如下圖所示：當(dāng)前第15頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)乙酰磷酸轉(zhuǎn)移酶乙醛脫氫酶乙醇脫氫酶當(dāng)前第16頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)P3PPOOHOHCH2CH2OO12546P磷酸二羥丙酮123+P②異構(gòu)6-磷酸果糖P5643-磷酸甘油醛（GAP）PP1，3-二磷酸甘油酸（1，3-BPG）PCOHCOHH2COOH3-磷酸甘油酸P2-磷酸甘油酸P磷酸烯醇式丙酮酸6-磷酸葡萄糖PG葡萄糖①活化④裂解⑥脫氫⑤異構(gòu)PP1，6-二磷酸果糖FBP③活化⑦產(chǎn)能⑨脫水⑧異構(gòu)⑩產(chǎn)能HHOH醛縮酶正磷酸磷酸甘油酸激酶磷酸己糖異構(gòu)酶磷酸果糖激酶磷酸甘油醛脫氫酶NADH生產(chǎn)烯醇化酶丙酮酸激酶Py羧基來自G的C3C4PyC3來自G的C1C6氧化還原反應(yīng)123123456G的當(dāng)前第17頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)⑴乙醇發(fā)酵丙酮酸脫羧酶+TPP乙醇脫氫酶

乙醇Py羧基來自G的C3C4PyC3來自G的C1C6乙醛乙醛乙醇的羥基碳來自丙酮酸的2號碳，即G的C2或C5Why？當(dāng)前第18頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoAPy可穿過線粒體內(nèi)膜進(jìn)入線粒體內(nèi)膜內(nèi)，在丙酮酸脫氫酶系的催化下氧化脫羧生成乙酰CoA。丙酮酸脫氫酶系是糖有氧氧化途徑的關(guān)鍵酶之一。丙酮酸脫氫酶系NAD++HSCoANADH+H++CO2*Py羧基來自G的C3C4；PyC3來自G的C1C6第一個CO2分子的釋放，C來自GC3C41、62、5當(dāng)前第19頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)6-P-葡萄糖酸內(nèi)酯G-6-P6-P-葡萄糖酸①6-P-葡萄糖脫氫酶②內(nèi)酯酶磷酸戊糖途徑的脫羧反應(yīng)氧化反應(yīng)階段當(dāng)前第20頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)6-P-葡萄糖酸5-P-核酮糖③③6-P-葡萄糖酸脫氫酶脫去G1號碳&當(dāng)前第21頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)3434P5643-磷酸甘油醛（GAP）6544號碳即Py的羧基碳Py脫羧酶催化，此碳釋放當(dāng)前第22頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程稱為糖異生(gluconeogenesis)。糖異生代謝途徑主要存在于肝及腎中。糖異生主要沿酵解途徑逆行，7步可逆步驟+3特異反應(yīng)，有三步反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，故需經(jīng)其他的代謝反應(yīng)繞行。

或者需要合成糖類增加生物相容性溶質(zhì)濃度時當(dāng)前第23頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)第1步丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸提問：如何進(jìn)行？答案：提供更多的活化能量。當(dāng)前第24頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)草酰乙酸丙酮酸丙酮酸羧化酶CO2

ATP

ADP+PiGTP

GDPCO2

烯醇丙酮酸磷酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸羧化支路試想：若菌株是生物素營養(yǎng)缺陷型，如何？生物素線粒體胞液胞液這是總體反應(yīng)步驟當(dāng)前第25頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)Py首先由載體蛋白運(yùn)入線粒體，在Py羧化酶生OAA，由于細(xì)胞不存在OAA跨膜蛋白，OAA需先轉(zhuǎn)化為Malate再由其載體運(yùn)至胞液內(nèi)，后malate變OAA，再在磷酸烯醇丙酮酸羧激酶作用成OAA；或Malate在蘋果酸酶作用下生成Py，然后天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶提個問題，若取消糖異生途徑，理論上該如何設(shè)計實驗？當(dāng)前第26頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)提個問題，若取消糖異生途徑

，理論上該如何設(shè)計實驗？1、Py羧化支路缺陷（如：生物素影響缺陷）2、Malate供給減少（Malate營養(yǎng)缺陷或降低TCA循環(huán)下游碳流量）當(dāng)前第27頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)磷酸烯醇式丙酮酸逆行至1，6-二磷酸果糖第2步提問：如何進(jìn)行？G-6-P磷酸酯酶水解P6-磷酸果糖PP1，6-二磷酸果糖答案：在16-二磷酸果糖磷酸酯酶水解。第3步當(dāng)前第28頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)α-1,4-糖苷鍵α-1,6-糖苷鍵糖原的合成糖原是由許多葡萄糖分子聚合而成的帶有分支的高分子多糖類化合物。糖原分子的直鏈部分借α-1,4-糖苷鍵而將葡萄糖殘基連接起來，其支鏈部分則是借α-1,6-糖苷鍵而形成分支。當(dāng)前第29頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)糖原是一種無還原性的多糖。糖原合成或分解時，其葡萄糖殘基的添加或去除，均在其非還原端進(jìn)行。糖原的合成與分解代謝主要發(fā)生在肝、腎和肌肉組織細(xì)胞的胞液中。糖原當(dāng)前第30頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)（一）糖原的合成代謝１、反應(yīng)過程：糖原合成的反應(yīng)過程可分為三個階段：Ａ活化：由葡萄糖生成UDPG(uridinediphosphateglucose)，是一耗能過程。⑴磷酸化：

G+ATPG-6-P+ADP己糖激酶(葡萄糖激酶)當(dāng)前第31頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)⑵異構(gòu)：G-6-P轉(zhuǎn)變?yōu)镚-1-P：

G-6-PG-1-P

⑶轉(zhuǎn)形：G-1-P轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜍斩姿崞咸烟牵ê铣商窃瓡r，葡萄糖基的直接供體是UDPG）：

G-1-P+UTPUDPG+PPiUDPG焦磷酸化酶磷酸葡萄糖變位酶反應(yīng)過程當(dāng)前第32頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)Ｂ縮合：UDPG+(G)n

(G)n+1+UDPＣ分支：當(dāng)直鏈長度達(dá)12個葡萄糖殘基以上時，在分支酶催化下，將距末端6～7個葡萄糖殘基組成的寡糖鏈由α-1,4-糖苷鍵轉(zhuǎn)變?yōu)棣?1,6-糖苷鍵，使糖原出現(xiàn)分支。

糖原合酶*反應(yīng)過程當(dāng)前第33頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)２、糖原合成的特點(diǎn)：必須以原有糖原分子作為引物；合成反應(yīng)在糖原的非還原端進(jìn)行；合成為一耗能過程，每增加一個葡萄糖殘基，需消耗3個高能磷酸鍵（2分子ATP）；其關(guān)鍵酶是糖原合酶，為一共價修飾酶；需UTP參與（以UDP為載體）。當(dāng)前第34頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)糖原引物是在一種被稱為糖原引物蛋白（glycogenin）分子上形成的，這種蛋白質(zhì)能對其自身進(jìn)行共價修飾，即它的分子中第194位酪氨酸殘基的酚羥基被糖基化，形成葡聚糖鏈，作為糖原合成時UDPG中葡萄糖基的接受體，此接受體即為糖原引物。當(dāng)前第35頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)三羧酸循環(huán)當(dāng)前第36頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第37頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)OAA的回補(bǔ)途徑4條PEP羧激酶當(dāng)前第38頁\共有42頁\編于星期三\9點(diǎn)乙醛酸循環(huán)的反應(yīng)。由異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合成酶催化的反應(yīng)（紅色）繞過了三羧酸循環(huán)中從異檸檬酸到蘋果酸之間的5個反應(yīng)。+乙醛酸乙醛酸循環(huán)的反應(yīng)：1）乙酰輔酶A由脂肪酸氧化產(chǎn)生。乙酸也可以通過乙酸硫激酶轉(zhuǎn)換成乙酰輔酶A。乙酸+CoASH+ATP→乙酰輔酶A+AMP+Pi2）乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合產(chǎn)生檸檬酸。3）檸檬酸與順烏頭酸酶反應(yīng)產(chǎn)生異檸檬酸。4）異檸檬酸裂解酶切割異檸檬酸產(chǎn)生乙醛酸和琥珀酸。5）乙醛酸經(jīng)蘋果酸合成酶催化，在水存在下接受乙酰輔酶A的乙酸6）蘋果酸在蘋果酸脫氫酶的催化下再脫氫生成草酰乙酸