西北农林科技大学生命学院生物化学复习指南第16章 糖的分解代谢

第16章 糖的分解代谢

1、名词符号

PEP ： 磷酸烯醇式丙酮酸，结构简式是 CH2=C(OH)-CO-O-PO3H2  PEP是 糖酵解 中重要中间产物,在光反应阶段产生(主要化学式为:NADP*+2e-+H*→NADPH),为暗反应阶段提供能量与相应的酶(PEP缩合酶),也是 C4植物 中将CO2固定的化合物。只在C4植物中存在,是一种特殊的C3，C3(PEP)+CO2=C4。 

糖酵解： 糖酵解是指葡萄糖在酶的作用下，在细胞质中经一系列脱氢氧化分解成丙酮酸的过程。由氧化分解没有氧气参与，故之为酵解。

2、简答

1)图示EMP途径的基本流程，列出其中主要的调控部位，说明2，6而磷酸果糖如何调控EMP途径，而它自身又如何调控。

Mg2+是己糖激酶的激活剂，6-磷酸葡萄糖是HK的反馈抑制物，己糖激酶是糖氧化反应过程的限速酶(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，通过两次磷酸化作用消耗2分子ATP。

3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde3-phosphatedehydrogenase)催化3-磷酸甘油醛氧化脱氢并磷酸化生成含有1个高能磷酸键的1,3-二磷酸甘油酸，反应脱下的氢和电子转给NAD生成NADH，磷酸根来自无机磷酸。

糖酵解途径中己糖激酶(HK)，磷酸果糖激酶-1(PFK-1)和丙酮酸激酶(PK)是主要的限速酶，调节着糖酵解的速度，以满足细胞对ATP和合成原料的需要。

磷酸果糖激酶

    三个限速酶中起决定作用的是催化效率最低的酶PFK。因此它是一个限速酶，酵解速度主要决定于其活性。

①6-磷酸果糖、1,6-二磷酸果糖、ADP和AMP是磷酸果糖激酶的别构激活剂，而ATP、柠檬酸等是该酶的别构抑制剂。

ATP既是该酶作用的底物，又起抑制作用。

    酶活性中心对ATP的Km值低，而别构中心对ATP的Km值高。因此，当ATP浓度低时，ATP和酶的活性中心结合作为底物，酶发挥正常的催化功能；当ATP浓度高时，ATP可被酶的别构中心结合，引起酶构象改变而失活，ATP是别构抑制剂。

    ATP通过浓度变化影响磷酸果糖激酶活性，调节糖酵解速度。

柠檬酸和脂肪酸对磷酸果糖激酶的别构抑制

    柠檬酸和脂肪酸分别是糖有氧分解中间物和以糖分解中间物为原料合成的产物。

    果糖-2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶的调节

    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强烈激活PFK。因此，F-6-P高时促进糖酵解进行。

当血液中葡萄糖水平降低时，激活胰高血糖素释放于血液中，启动cAMP级联系统使PFK2/PBPase2多肽上特定的一个Ser残基磷酸化，而使FBPase2活化、PFK2抑制，使F-2,6-BP水平降低，从而也降低了糖酵解水平。

 反之，当葡萄糖水平高时，蛋白磷酸酶水解PFK2/FBPase2上的磷酸导致F-2,6-BP升高，提高糖酵解速率

H+对磷酸果糖激酶的调节

   PFK被H+抑制，因此，在PH明显下降时糖酵解速率降低。这防止在缺氧条件下形成过量的乳酸而导致酸毒症。

己糖激酶

    己糖激酶的别构抑制剂为其产物6-磷酸葡萄糖。当磷酸果糖激酶活性被抑制时，底物6-磷酸果糖积累，进而使6-磷酸葡萄糖的浓度升高，从而引起己糖激酶活性下降。 

丙酮酸激酶

    丙酮酸激酶具有变构酶性质，高浓度ATP、丙氨酸、乙酰CoA等代谢物抑制其活性，这是生成物对反应本身的反馈抑制。当ATP的生成量超过细胞自身需要时，通过丙酮酸激酶的别构抑制使糖酵解速度减低。cAMP激活的蛋白激酶也可使丙酮酸激酶磷酸化而失活。ADP是变构激活剂，Mg2+或K+可激活丙酮酸激酶的活性。

2)图示TCA循环的步骤，为什么说TCA是物质代谢的中枢

丙酮酸在线粒体中的氧化可分为两个阶段：

  丙酮酸氧化为乙酰CoA

   乙酰CoA的乙酰基部分经过三羧酸循环氧化为CO2。 

丙酮酸脱氢酶系是一个多酶复合体，位于线粒体内膜上，    由丙酮酸脱羧酶(E1)，

  硫辛酸乙酰转移酶(E2)，

  二氢硫辛酸脱氢酶(E3)3种酶组成。

丙酮酸到乙酰CoA处于代谢途径的分支点，是一个重要的步骤。丙酮酸氧化脱羧反应过程的第一步脱羧反应是不可逆的，这一反应体系受到产物和能量物质的调节。

①产物抑制------ 丙酮酸氧化脱羧的3个产物，其中乙酰CoA抑制硫辛酸乙酰转移酶E2，NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3。抑制效应可以被CoA-SH和NAD+逆转。  

②核苷酸调节

  丙酮酸脱羧酶E1受GTP抑制，为AMP活化，即当细胞内富有活跃的化学能时，丙酮酸脱氢酶系活性降低。

③共价修饰调节

  当细胞内[ATP]/[ADP]、[NADH]/[NAD+]或[乙酰CoA]/[CoA-SH]比值高时，丙酮酸脱羧酶分子上特殊的Ser残基可被专一的磷酸激酶磷酸化，失去活性，当酶上的磷酸基团被专一的磷酸酶水解时，活性恢复。

异柠檬酸氧化脱酸生成-酮戊二酸

    在异柠檬酸脱氢酶作用下，异柠檬酸氧化脱氢生成草酰琥珀酸(oxalosuccinate) 中间产物，再脱羧生成-酮戊二酸(-ketoglutarate)、NADH和CO2，此反应为-氧化脱羧，此酶需要Mn2+作为激活剂。

  -酮戊二酸脱氢酶系由-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶等3个酶和TPP、硫辛酸、HSCoA、NAD、FAD等5个辅酶组成。  -酮戊二酸脱氢酶复合体受ATP、GTP、NAPH和琥珀酰CoA抑制，但不受磷酸化/去磷酸化的调控。 

琥珀酸脱氢酶含有铁硫中心和共价结合的FAD，来自琥珀酸的电子通过FAD和铁硫中心，然后进入电子传递链到O2，丙二酸是琥珀酸的类似物，是琥珀酸脱氢酶强有力的竞争性抑制物，所以可以阻断TCA。

草酰乙酸的回补反应 三羧酸循环的中间产物可参与合成其他物质，而其他物质也可不断通过多种途径而生成中间产物，所以三羧酸循环组分处于不断更新之中。

3)什么是PPP途径，PPP途径分为哪两个阶段，PPP途径意义何在。

在组织匀浆中加入碘乙酸或氟化物等EMP的抑制剂，仍有一定量的葡萄糖被氧化成水和CO2，同位素标记表明，葡萄糖的氧化首先发生在C1位，证明此过程不同于EMP途径。1955年Racker和Gunsalus等发现了磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway，PPP)又称已糖单磷酸支路(hexose monophosphate shut, HMS)。

  磷酸戊糖途径是有O2条件下，在细胞质中将葡萄糖直接氧化分解为CO2的过程。

磷酸戊糖途径的化学计量

   从6分子6-磷酸葡萄糖开始，经两次脱氢氧化及脱羧后，放出6分子CO2，生成6分子5-磷酸核酮糖和12个NADPH。

   在以后的非氧化阶段反应中，6分子5-磷酸核酮糖(共有30个C)经C3、C4、C5、C7等糖中间代谢物，最后转化成5分子6-磷酸葡萄糖(30个C)。表明经6次循环，1分子6-磷酸葡萄糖被分解而产生6分子CO2。

磷酸戊糖途径的生物学意义

   ①产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力。

    NADPH作为主要供氢体，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成，非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的还原，以及氨的同化、丙酮酸羧化还原成苹果酸等反应所必需。

②磷酸戊糖途径的中间产物为许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等的组分。4-磷酸赤藓糖与EMP中的PEP可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸，以及与植物生长(如生长素、木质素合成)和抗病性(如酚类抗毒素等)有关的

③非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同，因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些单糖间的互变。

4)哪些酶参与了淀粉和合成和分解？

1.淀粉酶促水解  淀粉酶、-淀粉酶、脱支酶和麦芽糖酶参与了植物体内的淀粉水解。

-淀粉酶耐热(70℃,15min)不耐酸(pH3.3)，在淀粉分子内部随机水解-1,4糖苷键，将直链淀粉水解的产物为葡萄糖、麦芽糖；将支链淀粉作用产物为葡萄糖、麦芽糖和糊精。

 -淀粉酶耐酸不耐热，从多糖的非还原端的-1,4糖苷键，将直链淀粉水解成麦芽糖；将支链淀粉（或糖原）水解为麦芽糖和极限糊精。

脱支酶（R酶）可专一水解-1,6糖苷键。支链淀粉经淀粉酶水解产生的极限糊精，由脱支酶水解去除-1,6键连接的葡萄糖，再在-淀粉酶和-淀粉酶作用下彻底水解。

 麦芽糖酶水解麦芽糖和糊精中的-1,4糖苷键，生成葡萄糖。

2. 淀粉的磷酸解

淀粉磷酸化酶广泛存在于高等植物的叶片及绝大多数贮藏器官中。

    淀粉磷酸化酶催化-1,4葡聚糖非还原末端的葡萄糖转移给Pi，生成G-1-P，同时产生一个新的非还原末端，继续进行磷酸化。淀粉+nH3PO4=nG-1-P

5)1分子葡萄糖彻底分解需要经历那些过程，可产生多少ATP分子？

①CO2的生成

    TCA中有3次脱羧基反应，通过脱羧作用生成CO2是机体内 产生CO2的普遍规律，可见机体CO2的生成与体外燃烧生成CO2的过程截然不同。

②脱氢反应

    三羧酸循环的5次脱氢，其中4对氢原子还原NAD生成NADH，1对氢原子还原FAD生成FADH2，它们又经线粒体内递氢体系传递，最终与氧结合生成水，在此过程中释放出来的能量使ADP和Pi结合生成ATP。

③乙酰CoA进入循环与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，在三羧酸循环中有二次脱羧生成2分子CO2，与进入循环的二碳乙酰基的碳原子数相等，但是，以CO2方式失去的碳并非来自乙酰基的两个碳原子，而是来自草酰乙酸。

1分子丙酮酸经TCA脱氢形成4分子NADH和1分子FADH2，经氧化磷酸化分别能产生12个和2个共14个ATP分子，加上TCA本身生成的1分子GTP(也可视作1分子ATP)，共15个ATP分子。

    每分子葡萄糖能产生两分子丙酮酸，将产生152即30个分子的ATP。这远比酵解所产生的ATP分子数大得多。