糖代謝-理工大.ppt

1、糖 代 謝,Metabolism of Carbohydrates,第 六 章,（二）糖的分類及其結(jié)構(gòu),根據(jù)其水解產(chǎn)物的情況，糖主要可分為以下四大類。,單糖、寡糖 、多糖 、結(jié)合糖,糖，其化學(xué)本質(zhì)為多羥醛或多羥酮類及其衍生物或多聚物。,（一）糖的概念,糖的化學(xué),碳原子數(shù)目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖等。,葡萄糖(glucose) 已醛糖,果糖(fructose) 已酮糖,1. 單糖 不能再水解的糖。,目 錄,半乳糖(galactose) 已醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖,目 錄,單糖開鏈中的自由羰基可以還原Cu2+ 為Cu+，后者可形成磚紅色的氧化亞銅沉淀。 這種顏色反應(yīng)是Fehling

2、反應(yīng)的基礎(chǔ)，可用于對還原糖的定量，也用于測定血糖和糖尿病患者的尿糖。 ,1.還原性Fehling反應(yīng),三、單糖的化學(xué)性質(zhì),此反應(yīng)可用于酶法測定血液葡萄糖。,2.糖苷鍵的形成,糖可以與醇或胺形成糖苷。 糖環(huán)中的半縮醛可以與醇反應(yīng)生成縮醛，形成的C-O苷鍵稱為O-糖苷鍵。 糖環(huán)中的半縮醛也可以與胺中的氮原子反應(yīng)成苷，稱為N-糖苷鍵。N-糖苷鍵存在于糖蛋白和核苷中。,四、常見的寡糖,常見的幾種二糖有,麥芽糖 (maltose) 葡萄糖 葡萄糖,蔗 糖 (sucrose) 葡萄糖 果糖,乳 糖 (lactose) 葡萄糖 半乳糖,能水解生成幾分子單糖的糖，各單糖之間借脫水縮合的糖苷鍵相連。,3. 多糖

3、 能水解生成多個分子單糖的糖。,常見的多糖有,淀 粉 (starch),糖 原 (glycogen),纖維素 (cellulose), 淀粉 是植物中養(yǎng)分的儲存形式,淀粉顆粒,目 錄,淀粉 根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。 直鏈淀粉由D-Glc通過1-4鍵連接而成。 支鏈淀粉大約每25-30個1-4鍵連接的葡萄糖處有一個1-6連接的葡萄糖分支。 支鏈淀粉與糖原結(jié)構(gòu)類似，但糖原分支程度更高。, 糖原 是動物體內(nèi)葡萄糖的儲存形式,目 錄,1. 葡萄糖單元以-1,4-糖苷 鍵形成長鏈。 2. 約10個葡萄糖單元處形成分枝，分枝處葡萄糖以-1,6-糖苷鍵連接，分支增加，溶解度增加。 3. 每條鏈都終

4、止于一個非還原端.非還原端增多，以利于其被酶分解。,支鏈淀粉,淀粉的結(jié)構(gòu),每一個直鏈淀粉分子都有一個非還原端和一個還原端，但每一個支鏈淀粉和糖原分子都有一個還原端和多個非還原端。,糖原、直鏈淀粉、支鏈淀粉的1-4連接導(dǎo)致幾千個葡萄糖殘基組成的多聚體緊密盤繞為螺旋結(jié)構(gòu)，形成動植物細(xì)胞中致密的顆粒。,糖原和淀粉的高級結(jié)構(gòu),3. 纖維素 作為植物的骨架,目 錄,4.幾丁質(zhì),-1，4連接的N-乙酰葡萄糖胺,離子交換色譜用、煙過濾嘴用（脫色）、 接著力強的涂料，染料、色增艷（照相材料 ）、制紙，印刷 、吸收性外科縫線、醫(yī)藥、農(nóng)藥的緩釋 （包衣）、乳化、吸濕、保水（化妝品 ）生物活性 （細(xì)胞免疫的激性、肝

5、素代用、降膽固醇、促進創(chuàng)傷愈合 ）,5. 結(jié)合糖 糖與非糖物質(zhì)的結(jié)合物。,糖脂 (glycolipid)：是糖與脂類的結(jié)合物。 糖蛋白 (glycoprotein)：是糖與蛋白質(zhì)的結(jié)合物。,常見的結(jié)合糖有,第 二 節(jié) 糖的分解代謝,糖的生理功能,1. 氧化供能,如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、膽固醇、核苷等物質(zhì)的原料。,3. 作為機體組織細(xì)胞的組成成分,這是糖的主要功能。,2. 提供合成體內(nèi)其他物質(zhì)的原料,如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的組成成分。,糖代謝的概況,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,淀粉,一、糖酵解的反應(yīng)過程,* 糖酵解(

6、glycolysis)的定義（EMP）,* 糖酵解的反應(yīng)部位：胞漿,在無氧情況下，葡萄糖生成丙酮酸并有ATP生成的過程。,糖酵解是動物、植物和微生物葡萄糖分解產(chǎn)生能量的共同代謝途徑。,糖酵解共由十個酶促反應(yīng)組成, 葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P),（一）葡萄糖分解成丙酮酸,1.磷酸化階段活化耗能階段,酵解中的第一個不可逆反應(yīng),激酶：能把ATP上磷酸基團轉(zhuǎn)移到其他受體上的酶 在糖酵解過程中，第1，3，7，10步反應(yīng)都是由激酶催化完成的。 這步反應(yīng)不可逆, 6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?6-磷酸果糖,磷酸葡萄糖 異構(gòu)酶,6-磷酸

7、葡萄糖,6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P), 6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?,6-雙磷酸果糖,酵解中的第二個不可逆反應(yīng),6-磷酸果糖,1,6-雙磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P),再磷酸化,1,6-雙磷酸果糖, 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,2.裂解階段, 磷酸丙糖的同分異構(gòu)化,如果缺少此酶，發(fā)生磷酸二羥丙酮的堆積,3-磷酸甘油醛,磷酸二羥丙酮, 3-磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸,這是糖酵解中唯一的一次氧化還原反應(yīng)，生成NADH,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸是第一個高能化合物,3.氧化放能階段, 1,3

8、-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸,在以上反應(yīng)中，底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程，稱為底物水平磷酸化。,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase), 3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸變位酶 (phosphoglycerate mutase), 2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖?磷酸烯醇式丙酮酸是第二個高能化合物, 磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸， 并通過底物水平磷酸化生成ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,第二步底物水平磷酸化,第三步不可逆反應(yīng),糖酵解的代謝途徑,E2,E1,E3,糖酵解小結(jié), 反應(yīng)部位：胞漿 糖酵解是一

9、個不需氧的產(chǎn)能過程 反應(yīng)全過程中有三步不可逆的反應(yīng), 產(chǎn)能的方式和數(shù)量 方式：底物水平磷酸化 凈生成ATP數(shù)量：從G開始 22-2= 2ATP 從Gn開始 22-1= 3ATP 終產(chǎn)物乳酸的去路 釋放入血，進入肝臟再進一步代謝。 分解利用 乳酸循環(huán)（糖異生）,糖酵解的生理意義,1. 是機體在缺氧情況下獲取能量的有效方式。,2. 是某些細(xì)胞在氧供應(yīng)正常情況下的重要供能途徑。, 無線粒體的細(xì)胞，如：紅細(xì)胞, 代謝活躍的細(xì)胞，如：白細(xì)胞、骨髓細(xì)胞,二丙酮酸的去路,丙酮酸,無氧或 相對缺氧,有氧：,（酒精發(fā)酵）,糖酵解,乳酸脫氫酶,丙酮酸 乳酸,NADH,NAD+,NADH,NAD+,CO2,三、糖酵

10、解的調(diào)節(jié),關(guān)鍵酶,1 己糖激酶,6-磷酸葡萄糖可反饋抑制己糖激酶 當(dāng)6-磷酸葡萄糖過剩時，會抑制糖酵解， 而6-磷酸葡萄糖可作為糖原合成的前體。,別構(gòu)調(diào)節(jié),ATP、檸檬酸別構(gòu)抑制劑,2 磷酸果糖激酶(PFK),* 別構(gòu)調(diào)節(jié),別構(gòu)激活劑：AMP; ADP; F-1,6-2P,別構(gòu)抑制劑： 檸檬酸; ATP（高濃度）；NADH,3 丙酮酸激酶,別構(gòu)調(diào)節(jié),別構(gòu)抑制劑：ATP,別構(gòu)激活劑：1,6-二磷酸果糖 磷酸果糖激酶的激活引起丙酮酸激酶的激活，稱為前饋激活,糖酵解的代謝途徑,E2,E1,E3,4.巴斯德效應(yīng),* 概念,巴斯德效應(yīng)(Pastuer effect)指有氧存在下，糖酵解速度降低的現(xiàn)象。,

11、糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在機體氧供充足時，葡萄糖徹底氧化成H2O和CO2，并釋放出能量的過程。是機體主要供能方式。,* 部位：胞液及線粒體,* 概念,糖的有氧氧化,葡萄糖有氧氧化的概況,O2,O2,O2,H2O,H+e,CO2,乙酰 CoA,丙酮酸,丙酮酸,6-磷酸 葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,線 粒 體,胞 液,（第一階段） （第二、三階段）,1.丙酮酸的氧化脫羧,丙酮酸進入線粒體，氧化脫羧為乙酰CoA (acetyl CoA)。,總反應(yīng)式:,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成,酶 E1：丙酮酸脫氫酶 E2：二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶 E3：二氫硫辛酸脫氫酶,丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的活性調(diào)

12、節(jié),產(chǎn)物抑制：,丙酮酸氧化脫羧的二個產(chǎn)物乙酰CoA和NADH都抑制丙酮酸脫氫酶復(fù)合物。,細(xì)胞內(nèi) 、 、 的比值增高時，丙酮酸脫氫酶活性，丙酮酸氧化脫羧。而丙酮酸使丙酮酸脫氫酶活性，丙酮酸氧化脫羧。,三羧酸循環(huán)(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也稱為檸檬酸循環(huán)，這是因為循環(huán)反應(yīng)中的第一個中間產(chǎn)物是一個含三個羧基的檸檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循環(huán)的學(xué)說，故此循環(huán)又稱為Krebs循環(huán)，它由一連串反應(yīng)組成。,所有的反應(yīng)均在線粒體中進行。,2.三羧酸循環(huán),* 概述,* 反應(yīng)部位,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FAD

13、H2,NADH+H+,NAD+,檸檬酸合成酶,順烏頭酸酶,異檸檬酸脫氫酶,-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脫氫酶,延胡索酸酶,蘋果酸脫氫酶,目 錄,草酰乙酸,檸檬酸,異檸檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰 CoA,琥珀酸,延胡索酸,L-蘋果酸,小 結(jié), 三羧酸循環(huán)的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸縮合生成含三個羧基的檸檬酸，反復(fù)的進行脫氫脫羧，又生成草酰乙酸，再重復(fù)循環(huán)反應(yīng)的過程。 TAC過程的反應(yīng)部位是線粒體。, 三羧酸循環(huán)的要點 經(jīng)過一次三羧酸循環(huán)， 消耗一分子乙酰CoA， 經(jīng)四次脫氫（1分子FADH2，3分子NADH+H+ ）， 二次脫羧（2分子CO2 ） 一次底物水平磷酸化（1分子

14、GTP ）。 關(guān)鍵酶有：檸檬酸合酶 -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 異檸檬酸脫氫酶, 整個循環(huán)反應(yīng)為不可逆反應(yīng),乙酰CoA,檸檬酸,異檸檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,蘋果酸,草酰乙酸,檸檬酸合成酶,琥珀酸脫氫酶,蘋果酸 脫氫酶,H+ + e 進入呼吸鏈徹底氧化生成H2O 的同時ADP偶聯(lián)磷酸化生成ATP。,1 有氧氧化生成的ATP,有氧氧化的總結(jié),葡萄糖有氧氧化生成的ATP,此表按傳統(tǒng)方式計算ATP。目前有新的理論，在此不作詳述,2 有氧氧化的生理意義,糖的有氧氧化是機體產(chǎn)能最主要的途徑。它不僅產(chǎn)能效率高，而且由于產(chǎn)生的能量逐步分次釋放，相當(dāng)一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。

15、,簡言之，即“供能”,三羧酸循環(huán)的生理意義,是三大營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的共同途徑； 是三大營養(yǎng)物質(zhì)代謝聯(lián)系的樞紐； 為其它物質(zhì)代謝提供小分子前體； 為呼吸鏈提供H+ + e。,3、有氧氧化的調(diào)節(jié),關(guān)鍵酶, 酵解途徑：己糖激酶, 丙酮酸的氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體, 三羧酸循環(huán)：檸檬酸合酶,丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1,-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 異檸檬酸脫氫酶,表面上看來，三羧酸循環(huán)運轉(zhuǎn)必不可少的草酰乙酸在三羧酸循環(huán)中是不會消耗的，它可被反復(fù)利用。但是，,例如：,機體內(nèi)各種物質(zhì)代謝之間是彼此聯(lián)系、相互配合的，TAC中的某些中間代謝物能夠轉(zhuǎn)變合成其他物質(zhì)，借以溝通糖和其他物質(zhì)代謝之間的聯(lián)系。,5.

16、草酰乙酸的回補反應(yīng),回補反應(yīng),* 所以，草酰乙酸必須不斷被更新補充。,草酰乙酸,其來源如下：,異檸檬酸 脫氫酶,檸檬酸合酶,-酮戊二酸 脫氫酶復(fù)合體,+,ADP,檸檬酸,琥珀酰CoA,NADH, ATP、ADP的影響, 產(chǎn)物堆積引起抑制, 循環(huán)中后續(xù)反應(yīng)中間產(chǎn)物反饋抑制前面反應(yīng)中的酶,6. 三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié),有氧氧化的調(diào)節(jié)特點, 有氧氧化的調(diào)節(jié)通過對其關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)實現(xiàn)。 ATP/ADP或ATP/AMP比值全程調(diào)節(jié)。該比值升高，所有關(guān)鍵酶均被抑制。 氧化磷酸化速率影響三羧酸循環(huán)。 三羧酸循環(huán)與酵解途徑互相協(xié)調(diào)。三羧酸循環(huán)需要多少乙酰CoA，則酵解途徑相應(yīng)產(chǎn)生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,掌握三羧

17、酸循環(huán)反應(yīng)的亞細(xì)胞部位、反應(yīng)過程、限速酶、特點及生理意義，了解其調(diào)節(jié)。,本節(jié)的要求,掌握糖酵解的概念、反應(yīng)的亞細(xì)胞部位、反應(yīng)過程、ATP生成、限速酶及其生理意義；熟悉糖酵解調(diào)節(jié)。,* 概念,磷酸戊糖途徑是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再進一步轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應(yīng)過程。,五、磷酸戊糖途徑,* 細(xì)胞定位：胞 液,第一階段：氧化反應(yīng) 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程（PPP、HMP、HMS）,* 反應(yīng)過程可分為二個階段,第二階段則是非氧化反應(yīng) 包括一系列基團轉(zhuǎn)移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脫氫酶,6-磷酸葡

18、萄糖酸脫氫酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯,1. 磷酸戊糖生成,5-磷酸核糖,催化第一步脫氫反應(yīng)的6-磷酸葡萄糖脫氫酶是此代謝途徑的關(guān)鍵酶。 兩次脫氫脫下的氫均由NADP+接受生成NADPH + H+。 反應(yīng)生成的磷酸核糖是一個非常重要的中間產(chǎn)物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,每3分子6-磷酸葡萄糖同時參與反應(yīng)，在一系列反應(yīng)中，通過3C、4C、6C、7C等演變階段，最終生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。,3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可進入酵解途徑。因此，磷酸戊糖途徑也稱磷酸戊糖旁路(HMP或HMS）。,2. 基團轉(zhuǎn)移反

19、應(yīng),5-磷酸核酮糖(C5) 3,5-磷酸核糖 C5,磷酸戊糖途徑,第一階段,第二階段,總反應(yīng)式,36-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2,磷酸戊糖途徑的特點, 脫氫反應(yīng)以NADP+為受氫體，生成NADPH+H+。 反應(yīng)過程中進行了一系列酮基和醛基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，經(jīng)過了3、4、5、6、7碳糖的演變過程。 反應(yīng)中生成了重要的中間代謝物5-磷酸核糖。 一分子G-6-P經(jīng)過反應(yīng)，只能發(fā)生一次脫羧和二次脫氫反應(yīng)，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。,三、磷酸戊糖途徑的生理意義,2.為核苷酸的生成提供核糖,1. 提供NADPH,作為供氫體參與多種代謝

20、反應(yīng),如脂肪酸的合成，氨的同化。,3.與光合作用關(guān)系密切,第 三 節(jié) 糖的生物合成,1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,一、糖原合成途徑,部位：細(xì)胞質(zhì),2. 6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成1-磷酸葡萄糖,這步反應(yīng)中磷酸基團轉(zhuǎn)移的意義在于：由于延長形成-1,4-糖苷鍵，所以葡萄糖分子C1上的半縮醛羥基必須活化，才利于與原來的糖原分子末端葡萄糖的游離C4羥基縮合。,半縮醛羥基與磷酸基之間形成的O-P鍵具有較高的能量。,* UDPG可看作“活性葡萄糖”，在體內(nèi)充作葡萄糖供體。,+,3. UDPG的生成,1- 磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖 ( uridine diphosphate g

21、lucose , UDPG ),糖元n為原有的細(xì)胞內(nèi)的較小糖原分子，稱為 糖原引物，作為UDPG上葡萄糖基的接受體,目 錄,5. 糖原的生成,糖異生(gluconeogenesis)是指從非糖化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程。,* 部位,* 原料,* 概念,主要在肝、腎細(xì)胞的胞漿及線粒體,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸,二、糖異生,一、糖異生途徑,* 定義,* 過程,酵解途徑中有3個由關(guān)鍵酶催化的不可逆反應(yīng)。在糖異生時，須由另外的反應(yīng)和酶代替。,糖異生途徑與酵解途徑大多數(shù)反應(yīng)是共有的、可逆的；,糖異生途徑(gluconeogenic pathway)指從丙酮酸生成葡萄糖的具體反應(yīng)過程。,1. 丙酮

22、酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸,草酰乙酸,PEP, 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，輔酶為生物素（反應(yīng)在線粒體）, 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反應(yīng)在線粒體、胞液）,目 錄, 草酰乙酸轉(zhuǎn)運出線粒體,丙酮酸,線粒體,胞液,糖異生途徑所需NADH+H+的來源,糖異生途徑中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛時，需要NADH+H+。, 由氨基酸為原料進行糖異生時， NADH+H+則由線粒體內(nèi)NADH+H+提供，它們來自于脂酸的-氧化或三羧酸循環(huán)，NADH+H+轉(zhuǎn)運則通過草酰乙酸與蘋果酸相互轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)運。,2. 1,6-雙磷酸果糖 轉(zhuǎn)變?yōu)?6-磷酸果糖,3. 6-磷酸葡萄糖水解為葡萄糖,非糖物質(zhì)進入糖異生的途徑, 糖異生的原料轉(zhuǎn)變成糖代謝的中間產(chǎn)物, 上述糖代謝中間代謝產(chǎn)物進入糖異生途徑，異生為葡萄糖或糖原,目 錄,2.糖異生的生理意義,（一）在饑餓情況下維持血糖濃度