第16章 糖的分解代謝

1、名詞符號(hào)

PEP ： 磷酸烯醇式丙酮酸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是 CH2=C(OH)-CO-O-PO3H2? PEP是 糖酵解 中重要中間產(chǎn)物,在光反應(yīng)階段產(chǎn)生(主要化學(xué)式為:NADP*+2e-+H*→NADPH),為暗反應(yīng)階段提供能量與相應(yīng)的酶(PEP縮合酶),也是 C4植物 中將CO2固定的化合物。只在C4植物中存在,是一種特殊的C3，C3(PEP)+CO2=C4。?

糖酵解： 糖酵解是指葡萄糖在酶的作用下，在細(xì)胞質(zhì)中經(jīng)一系列脫氫氧化分解成丙酮酸的過程。由氧化分解沒有氧氣參與，故之為酵解。

2、簡(jiǎn)答

1)圖示EMP途徑的基本流程，列出其中主要的調(diào)控部位，說明2，6而磷酸果糖如何調(diào)控EMP途徑，而它自身又如何調(diào)控。

Mg2+是己糖激酶的激活劑，6-磷酸葡萄糖是HK的反饋抑制物，己糖激酶是糖氧化反應(yīng)過程的限速酶(rate limiting enzyme，key enzyme)。?

磷酸果糖激酶(phosphofructokinase, PFK

至此1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛，通過兩次磷酸化作用消耗2分子ATP。

3-磷酸甘油醛脫氫酶(glyceraldehyde3-phosphatedehydrogenase)催化3-磷酸甘油醛氧化脫氫并磷酸化生成含有1個(gè)高能磷酸鍵的1,3-二磷酸甘油酸，反應(yīng)脫下的氫和電子轉(zhuǎn)給NAD生成NADH，磷酸根來自無機(jī)磷酸。

糖酵解途徑中己糖激酶(HK)，磷酸果糖激酶-1(PFK-1)和丙酮酸激酶(PK)是主要的限速酶，調(diào)節(jié)著糖酵解的速度，以滿足細(xì)胞對(duì)ATP和合成原料的需要。

?磷酸果糖激酶

? ? 三個(gè)限速酶中起決定作用的是催化效率最低的酶PFK。因此它是一個(gè)限速酶，酵解速度主要決定于其活性。

①6-磷酸果糖、1,6-二磷酸果糖、ADP和AMP是磷酸果糖激酶的別構(gòu)激活劑，而ATP、檸檬酸等是該酶的別構(gòu)抑制劑。

ATP既是該酶作用的底物，又起抑制作用。

? ? 酶活性中心對(duì)ATP的Km值低，而別構(gòu)中心對(duì)ATP的Km值高。因此，當(dāng)ATP濃度低時(shí)，ATP和酶的活性中心結(jié)合作為底物，酶發(fā)揮正常的催化功能；當(dāng)ATP濃度高時(shí)，ATP可被酶的別構(gòu)中心結(jié)合，引起酶構(gòu)象改變而失活，ATP是別構(gòu)抑制劑。

? ? ATP通過濃度變化影響磷酸果糖激酶活性，調(diào)節(jié)糖酵解速度。

檸檬酸和脂肪酸對(duì)磷酸果糖激酶的別構(gòu)抑制

? ? 檸檬酸和脂肪酸分別是糖有氧分解中間物和以糖分解中間物為原料合成的產(chǎn)物。

? ? 果糖-2,6-二磷酸對(duì)磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)

? ? 果糖-2,6-二磷酸激酶(PFK2)催化果糖-6-磷酸(F-6-P)磷酸化形成果糖-2,6-二磷酸(F-2,6-BP)；而果糖-2,6-二磷酸酯酶(FBPase)催化F-2,6-BP水解去磷酸形成F-6-P。

F-6-P激活其PFK2活性而抑制其FBPase2活性，而F-2,6-BP強(qiáng)烈激活PFK。因此，F(xiàn)-6-P高時(shí)促進(jìn)糖酵解進(jìn)行。

當(dāng)血液中葡萄糖水平降低時(shí)，激活胰高血糖素釋放于血液中，啟動(dòng)cAMP級(jí)聯(lián)系統(tǒng)使PFK2/PBPase2多肽上特定的一個(gè)Ser殘基磷酸化，而使FBPase2活化、PFK2抑制，使F-2,6-BP水平降低，從而也降低了糖酵解水平。

?反之，當(dāng)葡萄糖水平高時(shí)，蛋白磷酸酶水解PFK2/FBPase2上的磷酸導(dǎo)致F-2,6-BP升高，提高糖酵解速率

H+對(duì)磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)

? ?PFK被H+抑制，因此，在PH明顯下降時(shí)糖酵解速率降低。這防止在缺氧條件下形成過量的乳酸而導(dǎo)致酸毒癥。

?己糖激酶

? ? 己糖激酶的別構(gòu)抑制劑為其產(chǎn)物6-磷酸葡萄糖。當(dāng)磷酸果糖激酶活性被抑制時(shí)，底物6-磷酸果糖積累，進(jìn)而使6-磷酸葡萄糖的濃度升高，從而引起己糖激酶活性下降。?

?丙酮酸激酶

? ? 丙酮酸激酶具有變構(gòu)酶性質(zhì)，高濃度ATP、丙氨酸、乙酰CoA等代謝物抑制其活性，這是生成物對(duì)反應(yīng)本身的反饋抑制。當(dāng)ATP的生成量超過細(xì)胞自身需要時(shí)，通過丙酮酸激酶的別構(gòu)抑制使糖酵解速度減低。cAMP激活的蛋白激酶也可使丙酮酸激酶磷酸化而失活。ADP是變構(gòu)激活劑，Mg2+或K+可激活丙酮酸激酶的活性。

2)圖示TCA循環(huán)的步驟，為什么說TCA是物質(zhì)代謝的中樞

丙酮酸在線粒體中的氧化可分為兩個(gè)階段：

? 丙酮酸氧化為乙酰CoA

? ?乙酰CoA的乙?；糠纸?jīng)過三羧酸循環(huán)氧化為CO2。?

丙酮酸脫氫酶系是一個(gè)多酶復(fù)合體，位于線粒體內(nèi)膜上，? ? 由丙酮酸脫羧酶(E1)，

? 硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶(E2)，

? 二氫硫辛酸脫氫酶(E3)3種酶組成。

丙酮酸到乙酰CoA處于代謝途徑的分支點(diǎn)，是一個(gè)重要的步驟。丙酮酸氧化脫羧反應(yīng)過程的第一步脫羧反應(yīng)是不可逆的，這一反應(yīng)體系受到產(chǎn)物和能量物質(zhì)的調(diào)節(jié)。

①產(chǎn)物抑制------ 丙酮酸氧化脫羧的3個(gè)產(chǎn)物，其中乙酰CoA抑制硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶E2，NADH抑制二氫硫辛酸脫氫酶E3。抑制效應(yīng)可以被CoA-SH和NAD+逆轉(zhuǎn)。??

②核苷酸調(diào)節(jié)

? 丙酮酸脫羧酶E1受GTP抑制，為AMP活化，即當(dāng)細(xì)胞內(nèi)富有活躍的化學(xué)能時(shí)，丙酮酸脫氫酶系活性降低。

③共價(jià)修飾調(diào)節(jié)

? 當(dāng)細(xì)胞內(nèi)[ATP]/[ADP]、[NADH]/[NAD+]或[乙酰CoA]/[CoA-SH]比值高時(shí)，丙酮酸脫羧酶分子上特殊的Ser殘基可被專一的磷酸激酶磷酸化，失去活性，當(dāng)酶上的磷酸基團(tuán)被專一的磷酸酶水解時(shí)，活性恢復(fù)。

異檸檬酸氧化脫酸生成-酮戊二酸

? ? 在異檸檬酸脫氫酶作用下，異檸檬酸氧化脫氫生成草酰琥珀酸(oxalosuccinate) 中間產(chǎn)物，再脫羧生成-酮戊二酸(-ketoglutarate)、NADH和CO2，此反應(yīng)為-氧化脫羧，此酶需要Mn2+作為激活劑。

? -酮戊二酸脫氫酶系由-酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀酰基轉(zhuǎn)移酶、二氫硫辛酸脫氫酶等3個(gè)酶和TPP、硫辛酸、HSCoA、NAD、FAD等5個(gè)輔酶組成。? -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受ATP、GTP、NAPH和琥珀酰CoA抑制，但不受磷酸化/去磷酸化的調(diào)控。?

琥珀酸脫氫酶含有鐵硫中心和共價(jià)結(jié)合的FAD，來自琥珀酸的電子通過FAD和鐵硫中心，然后進(jìn)入電子傳遞鏈到O2，丙二酸是琥珀酸的類似物，是琥珀酸脫氫酶強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)性抑制物，所以可以阻斷TCA。

草酰乙酸的回補(bǔ)反應(yīng) 三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物可參與合成其他物質(zhì)，而其他物質(zhì)也可不斷通過多種途徑而生成中間產(chǎn)物，所以三羧酸循環(huán)組分處于不斷更新之中。

3)什么是PPP途徑，PPP途徑分為哪兩個(gè)階段，PPP途徑意義何在。

在組織勻漿中加入碘乙酸或氟化物等EMP的抑制劑，仍有一定量的葡萄糖被氧化成水和CO2，同位素標(biāo)記表明，葡萄糖的氧化首先發(fā)生在C1位，證明此過程不同于EMP途徑。1955年Racker和Gunsalus等發(fā)現(xiàn)了磷酸戊糖途徑(pentose phosphate pathway，PPP)又稱已糖單磷酸支路(hexose monophosphate shut, HMS)。

? 磷酸戊糖途徑是有O2條件下，在細(xì)胞質(zhì)中將葡萄糖直接氧化分解為CO2的過程。

磷酸戊糖途徑的化學(xué)計(jì)量

? ?從6分子6-磷酸葡萄糖開始，經(jīng)兩次脫氫氧化及脫羧后，放出6分子CO2，生成6分子5-磷酸核酮糖和12個(gè)NADPH。

? ?在以后的非氧化階段反應(yīng)中，6分子5-磷酸核酮糖(共有30個(gè)C)經(jīng)C3、C4、C5、C7等糖中間代謝物，最后轉(zhuǎn)化成5分子6-磷酸葡萄糖(30個(gè)C)。表明經(jīng)6次循環(huán)，1分子6-磷酸葡萄糖被分解而產(chǎn)生6分子CO2。

磷酸戊糖途徑的生物學(xué)意義

? ?①產(chǎn)生大量的NADPH，為細(xì)胞的各種合成反應(yīng)提供還原力。

? ? NADPH作為主要供氫體，為脂肪酸、固醇、四氫葉酸等的合成，非光合細(xì)胞中硝酸鹽、亞硝酸鹽的還原，以及氨的同化、丙酮酸羧化還原成蘋果酸等反應(yīng)所必需。

②磷酸戊糖途徑的中間產(chǎn)物為許多化合物的合成提供原料。

如5-磷酸核糖是合成核苷酸的原料，也是NAD、NADP和FAD等的組分。4-磷酸赤蘚糖與EMP中的PEP可合成莽草酸，經(jīng)莽草酸途徑可合成芳香族氨基酸，以及與植物生長(zhǎng)(如生長(zhǎng)素、木質(zhì)素合成)和抗病性(如酚類抗毒素等)有關(guān)的

③非氧化重排階段的一系列中間產(chǎn)物及酶類與光合作用中卡爾文循環(huán)的大多數(shù)中間產(chǎn)物和酶相同，因而磷酸戊糖途徑可與光合作用聯(lián)系起來，并實(shí)現(xiàn)某些單糖間的互變。

4)哪些酶參與了淀粉和合成和分解？

1.淀粉酶促水解? 淀粉酶、-淀粉酶、脫支酶和麥芽糖酶參與了植物體內(nèi)的淀粉水解。

-淀粉酶耐熱(70℃,15min)不耐酸(pH3.3)，在淀粉分子內(nèi)部隨機(jī)水解-1,4糖苷鍵，將直鏈淀粉水解的產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖；將支鏈淀粉作用產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖和糊精。

?-淀粉酶耐酸不耐熱，從多糖的非還原端的-1,4糖苷鍵，將直鏈淀粉水解成麥芽糖；將支鏈淀粉（或糖原）水解為麥芽糖和極限糊精。

脫支酶（R酶）可專一水解-1,6糖苷鍵。支鏈淀粉經(jīng)淀粉酶水解產(chǎn)生的極限糊精，由脫支酶水解去除-1,6鍵連接的葡萄糖，再在-淀粉酶和-淀粉酶作用下徹底水解。

?麥芽糖酶水解麥芽糖和糊精中的-1,4糖苷鍵，生成葡萄糖。

2. 淀粉的磷酸解

淀粉磷酸化酶廣泛存在于高等植物的葉片及絕大多數(shù)貯藏器官中。

? ? 淀粉磷酸化酶催化-1,4葡聚糖非還原末端的葡萄糖轉(zhuǎn)移給Pi，生成G-1-P，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的非還原末端，繼續(xù)進(jìn)行磷酸化。淀粉+nH3PO4=nG-1-P

5)1分子葡萄糖徹底分解需要經(jīng)歷那些過程，可產(chǎn)生多少ATP分子？

①CO2的生成

? ? TCA中有3次脫羧基反應(yīng)，通過脫羧作用生成CO2是機(jī)體內(nèi) 產(chǎn)生CO2的普遍規(guī)律，可見機(jī)體CO2的生成與體外燃燒生成CO2的過程截然不同。

②脫氫反應(yīng)

? ? 三羧酸循環(huán)的5次脫氫，其中4對(duì)氫原子還原NAD生成NADH，1對(duì)氫原子還原FAD生成FADH2，它們又經(jīng)線粒體內(nèi)遞氫體系傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，在此過程中釋放出來的能量使ADP和Pi結(jié)合生成ATP。

③乙酰CoA進(jìn)入循環(huán)與草酰乙酸縮合生成檸檬酸，在三羧酸循環(huán)中有二次脫羧生成2分子CO2，與進(jìn)入循環(huán)的二碳乙酰基的碳原子數(shù)相等，但是，以CO2方式失去的碳并非來自乙?；膬蓚€(gè)碳原子，而是來自草酰乙酸。

1分子丙酮酸經(jīng)TCA脫氫形成4分子NADH和1分子FADH2，經(jīng)氧化磷酸化分別能產(chǎn)生12個(gè)和2個(gè)共14個(gè)ATP分子，加上TCA本身生成的1分子GTP(也可視作1分子ATP)，共15個(gè)ATP分子。

? ? 每分子葡萄糖能產(chǎn)生兩分子丙酮酸，將產(chǎn)生152即30個(gè)分子的ATP。這遠(yuǎn)比酵解所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)大得多。