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第二十二章 糖酵解 ——EMP 途径

第二十二章 糖酵解 ——EMP 途径. 糖酵解概述. 发生在所有的活细胞 位于细胞液 共有十步反应组成 —— 在所有的细胞都相同，但速率不同。 两个阶段： 第一个阶段 —— 投资阶段或引发阶段 : 葡萄糖 →F-1,6-2P →2G-3-P 第二个阶段 —— 获利阶段：产生 2 丙酮酸 +2ATP 丙酮酸的三种命运. 糖酵解的两阶段反应. 葡萄糖 (6C). C-C-C-C-C-C. 2ATP. 2 ATP - 消化 0 ATP - 产生 0 NADH - 产生. 2ADP +. P. C-C-C. C-C-C.

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第二十二章 糖酵解 ——EMP 途径

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Presentation Transcript

  1. 第二十二章糖酵解——EMP途径

  2. 糖酵解概述 • 发生在所有的活细胞 • 位于细胞液 • 共有十步反应组成——在所有的细胞都相同，但速率不同。 • 两个阶段： • 第一个阶段——投资阶段或引发阶段: 葡萄糖 →F-1,6-2P →2G-3-P • 第二个阶段——获利阶段：产生2丙酮酸+2ATP • 丙酮酸的三种命运

  3. 糖酵解的两阶段反应

  4. 葡萄糖(6C) C-C-C-C-C-C 2ATP 2 ATP - 消化 0 ATP - 产生 0 NADH - 产生 2ADP + P C-C-C C-C-C 甘油醛-3磷酸(2 - 3C) (G3P 或GAP) 糖酵解 A. 能量投资阶段:

  5. 甘油醛-3-磷酸(2 - 3C) (G3P 或 GAP) GAP GAP C-C-C C-C-C 4ADP + P 0 ATP - 消耗 4 ATP - 产生 2 NADH - 产生 4ATP C-C-C C-C-C (PYR) (PYR) 丙酮酸(2 - 3C) (PYR) 糖酵解 B. 能量收获阶段：

  6. 糖酵解的全部反应

  7. 休要惊慌! 你所要记忆的是总反应、三步限速步骤、三种特异性抑制剂、两步底物磷酸化反应和主要的调控机制。 你不需要记住任何代谢物的结构式

  8. 糖酵解第一阶段的反应 第一步反应——葡萄糖的磷酸化 • 己糖激酶或葡萄糖激酶 • 引发反应——ATP被消耗，以便后面得到更多的ATP • ATP的消耗是葡萄糖的磷酸化能够自发地进行

  9. 己糖激酶和葡萄糖激酶糖酵解的第一步反应；G 是一个大的负值 • 葡萄糖的磷酸化至少有两个意义：首先葡萄糖因此带上负电荷，极性猛增，很难再从细胞中“逃逸”出去；其次葡萄糖由此变得不稳定，有利于它在细胞内的进一步代谢。 己糖激酶和葡萄糖激酶的比较

  10. 葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞

  11. 己糖激酶的“诱导契合”

  12. 诱导契合：葡萄糖与己糖激酶的结合诱导酶发生大的构象变化诱导契合：葡萄糖与己糖激酶的结合诱导酶发生大的构象变化 • 上述底物诱导的裂缝闭合现象不仅仅发现在己糖激酶，实际上在参与糖酵解的其它几种激酶分子上也能够观测到，这说明它已成为各种激酶的共同特征。 • 使用少一个C原子的木糖代替葡萄糖，结果发现己糖激酶能够催化ATP水解。ATP之所以发生水解，很可能是因为体积较小的木糖进入活性中心以后，无法赶走“水分子”，诱使酶“上当受骗”而将ATP的γ-磷酸转移给留在活性中心的水分子上的羟基所致。

  13. 反应2: 磷酸葡糖异构酶 葡糖-6-磷酸转变成果糖-6-磷酸 • 这是一步异构化反应，反应的机制牵涉到不稳定的烯二醇中间体。通过此反应，酮基从1号位变到2号，这既为下一步磷酸化反应创造了条件，也有利于后面由醛缩酶催化的C-3和C-4之间的断裂反应。 • 2-脱氧葡萄糖-6-磷酸也能够与此酶的活性中心结合，但由于不能形成烯二醇中间物，所以无法完成反应，反而因为它占据活性中心而抑制酶的活性。 • 现已发现磷酸己糖异构酶是一种兼职蛋白，除了参与糖酵解以外，它还是一种神经生长因子。

  14. 反应3: 磷酸果糖激酶 是糖酵解的限速步骤! • 糖酵解第二次引发反应 • 有大的自由能降低，受到高度的调控

  15. 反应4: 醛缩酶 C6被切成 2 C3 • 有两类醛缩酶，第一类来源于动物，为共价催化，在反应中，底物与活性中心的赖氨酸残基形成共价的Schiff氏碱中间物；第二类主要来源于其它生物，其活性中心含有二价的Zn2＋，为金属催化。 • 如何证明第一类醛缩酶生成Schiff氏碱中间物?

  16. 反应5: 磷酸丙糖异构酶（TIM） 磷酸二羟丙酮转变成甘油醛-3-磷酸 • 反应机制涉及烯二醇中间体 • 活性中心的Glu充当广义碱 • TIM是一种近乎完美的酶（为什么？） ——反应速率仅仅受到底物与酶碰撞的速率决定。

  17. 磷酸丙糖异构酶的作用机理

  18. TIM具有独特的防止副反应发生的机制，在反应中形成了磷酸烯二醇中间物，这样的中间物如果离开酶分子，在溶液中很容易释放出磷酸根生成丙二醛，而能异构化生成甘油醛-3-磷酸的并不多。但是，在细胞内形成丙二醛的可能性几乎为零，这是因为当烯二醇中间物形成以后，酶的构象发生变化，其分子上一段由10个氨基酸残基组成的环像一个盖子堵住了活性中心，致使烯二醇中间物无法离开酶分子，只能异构化成甘油醛-3-磷酸。当甘油醛-3-磷酸形成以后，上述环消失，产物得以释放。

  19. 糖酵解- 第二个阶段的反应 产生4 ATP • 导致糖酵解净产生2ATP • 涉及两个高能磷酸化合物 • . • 1,3 BPG • PEP

  20. 反应6: 甘油醛-3-磷酸脱氢酶 甘油醛-3-磷酸被氧化成甘油酸-1,3-二磷酸 • 这是整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应 • 产生1,3-BPG和NADH • 为巯基酶，使用共价催化，碘代乙酸和有机汞能够抑制此酶活性。 • 砷酸在化学结构和化学性质与无机磷酸极为相似，因此可以代替无机磷酸参加反应，形成甘油酸-1-砷酸-3-磷酸，但这样的产物很不稳定，很快就自发地水解成为甘油酸-3-磷酸并产生热，无法进入下一步底物水平磷酸化反应。由于甘油酸-1-砷酸-3-磷酸的自发水解，将导致ATP合成受阻，影响细胞的正常代谢，这就是砷酸有毒性的原因。

  21. 甘油醛-3-磷酸脱氢酶的抑制剂作用机理

  22. 反应7: 磷酸甘油酸激酶 从高能磷酸化合物合成ATP • 这是一步底物水平的磷酸化反应 • 红细胞内存在生成2,3-BPG的支路

  23. Enzyme O- C=O C-O- CH2 Adenosine P P P Substrate ADP (PEP) O- C=O C=O CH2 Product (Pyruvate) Adenosine P P P ATP Substrate-Level Phosphorylation • ATP is formed when an enzyme transfers a phosphate groupfrom a substrate to ADP. Example: PEP to PYR

  24. 反应8: 磷酸甘油酸变位酶 磷酸基团从 C-3转移到C-2 • 不同来源的磷酸甘油酸变位酶具有不同的催化机制，一类需要微量的甘油酸-2,3-二磷酸（2,3-BPG）作为辅助因子，并需要活性中心的一个His残基；另一类则不需要2,3-BPG，其变位实际上是甘油酸-3-磷酸分子内的磷酸基团的转移，

  25. 依赖于甘油酸-2,3-二磷酸的磷酸甘油酸变位酶的作用机制依赖于甘油酸-2,3-二磷酸的磷酸甘油酸变位酶的作用机制

  26. 反应9: 烯醇化酶 甘油酸-2-磷酸转变成 PEP • 烯醇化酶的作用在于促进甘油酸-2-磷酸上某些原子的重排从而形成具有较高的磷酸转移势能的高能分子。氟合物能够与Mg 2＋和磷酸基团形成络化物，而干扰甘油酸-2-磷酸与烯醇化的结合从而抑制该酶的活性。

  27. 反应10: 丙酮酸激酶 PEP转化成丙酮酸，同时产生 ATP • 产生两个ATP，可被视为糖酵解途径最后的能量回报。 • G为大的负值——受到调控!

  28. NADH和丙酮酸的去向有氧还是无氧？？ • 在有氧状态下NADH和丙酮酸的命运 （1）NADH的命运 NADH在呼吸链被彻底氧化成H2O并产生更多的ATP。 （2）丙酮酸的命运 丙酮酸经过线粒体内膜上丙酮酸运输体与质子一起进入线粒体基质，被基质内的丙酮酸脱氢酶系氧化成乙酰-CoA • 在缺氧状态或无氧状态下NADH和丙酮酸的命运 （1）乳酸发酵 （2）酒精发酵

  29. 线粒体内膜上的甘油-3-磷酸和苹果酸-天冬氨酸穿梭系统线粒体内膜上的甘油-3-磷酸和苹果酸-天冬氨酸穿梭系统

  30. 苹果酸-天冬氨酸穿梭系统

  31. 甘油-3-磷酸穿梭系统

  32. 丙酮酸的代谢去向

  33. 糖酵解的能量学 调控的有力证据! • 标准的G 值分散分布：+和- • 细胞内多数G 接近0，10步反应中有3步具有较大的自由能降低 •  G 为较大负值的反应是调控位点!

  34. 糖酵解的其他底物 甘油、果糖、甘露糖和半乳糖 • 甘油转变成DHAP • 果糖和甘露糖通过比较常规的途径进入糖酵解 • 半乳糖通过Leloir途径进入

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