（生物化学课件）4-糖代谢-生物化学.ppt

1、一、代谢总论一、代谢总论 MetabolismMetabolism二、多糖和寡聚糖的酶促降解二、多糖和寡聚糖的酶促降解三、糖的无氧降解及厌氧发酵三、糖的无氧降解及厌氧发酵四、葡萄糖的有氧分解代谢四、葡萄糖的有氧分解代谢五、戊糖磷酸途径五、戊糖磷酸途径phosphopentose pathway PPPphosphopentose pathway PPP六、糖的合成、糖异生六、糖的合成、糖异生 角度一角度二 物质代谢物质代谢 能量代谢能量代谢同化作用同化作用 吸收营养 合成自身 储存能量异化作用异化作用 分解自身 排除废物 释放能量新新 陈陈 代代 谢谢 角度一角度二 物质代谢物质代谢 能量代谢

2、能量代谢同化作用同化作用 吸收营养 合成自身 储存能量异化作用异化作用 分解自身 排除废物 释放能量新新 陈陈 代代 谢谢一、糖代谢总论一、糖代谢总论糖代谢包括糖代谢包括分解代谢分解代谢和和合成代谢合成代谢。动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。碳源或碳链骨架。糖与多糖糖与多糖糖类物质糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化

3、合是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物；物或聚合物；糖类物质可以根据其水解情况分为：糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、单糖、寡糖和多糖；寡糖和多糖；在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。露糖等。OOHHHHOHOHHOHHOHOOHHHOHHOHHOHHOH -D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖 -D-吡喃半乳糖吡喃半乳糖OOHOHHHOHOHHHHOHOOHHOHOHHHOHOH -D-吡喃甘露糖吡喃甘露糖

4、 -D-呋喃果糖呋喃果糖蔗糖蔗糖OOOCH2OHCH2OHHOCH212324OCH2OHOHOHOHCH2OHOHOHCH2OH 葡萄糖葡萄糖- - ， （1 12 2）果糖苷）果糖苷葡萄糖葡萄糖- - （1 14 4）半乳糖苷半乳糖苷CH2OHOHOHOOHOHOHCH2OHOH14OCH2OHOCH2OHOHO14123(1).(1).淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉）淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉）直链淀粉直链淀粉分子量约1万-200万，250-260个葡萄糖分子，以（14）糖苷键聚合而成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。支链淀粉支链淀粉中除了（14）糖苷键构成糖链以外，在支点处存在（16）糖苷键

5、，分子量较高。遇碘显紫红色。(2).(2).纤维素纤维素由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成 的直链，不溶于水。(3).(3).几丁质（壳多糖）几丁质（壳多糖）N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷键缩合而成的线性均一多糖。(4).(4).杂多糖杂多糖糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）透明质酸硫酸软骨素硫酸皮肤素硫酸角质素肝素糖原糖原二、多糖和寡聚糖的酶促降解二、多糖和寡聚糖的酶促降解1.1.概述概述 多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，生产中常称为糖化糖化。2. 2. 淀粉淀粉3.3.淀粉水解淀粉水解 淀粉 糊精 寡糖 麦芽糖 G 淀粉的酶促水解：淀粉的酶促水解： 水解淀粉的淀粉酶有与与淀

6、粉酶淀粉酶， 二者只能水解淀粉中的-1，4糖苷键，水解产物为麦芽糖。 -淀粉酶淀粉酶可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的-1，4糖键， 淀粉酶淀粉酶只能从非还原端开始水解。 水解淀粉中的-1，6糖苷键的酶是-1-1，6 6糖苷键酶糖苷键酶 淀粉水解的产物为糊精糊精和麦芽糖麦芽糖的混合物。还原末端非还原末端-1，4糖苷键-1，6糖苷键三、三、糖的无氧降解及厌氧发酵糖的无氧降解及厌氧发酵1.1.糖酵解途径糖酵解途径(glycolysis) （Embden Meyerhof Parnas EMP）(1) EMP(1) EMP途径的生化历程途径的生化历程1 1）第一阶段：葡萄糖）第一阶段：葡萄糖 1,

7、6- 1, 6-二磷二磷酸果糖酸果糖OCH2OHOHOHOHOHHHHHMgOCH2OPO3H2OHOHOHOHHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖6磷酸葡萄糖HOH磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖H2O3POHOHOHCH2OHCH2OH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OOHHHOHOHCH2OHCH2OHOOHH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖2）第二阶段：）第二阶段：1, 6-二磷酸果糖二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1,6-二磷酸果糖HOHH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OCH2OPO3H2CCH2OHOCH2OPO3

8、H2CHOHCHO磷酸二羟丙酮3磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶964醛缩酶3 3）第三阶段：）第三阶段：3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 2- 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸3磷酸甘油醛CH2OPO3H2CHOHCHOCH2OPO3H2CHOHCOPO3H2ONAD+NADH + H+1,3-二磷酸甘油酸CH2OPO3H2CHOHCOHOADP A TPMg磷酸甘油酸激酶CH2OHCHOPO3H2COHO3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶4 4）第四阶段：）第四阶段：2-2-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸2-磷酸甘油酸C H2O HC H O PO3H2C O HOC H2C O PO3H2

9、C O HO烯醇化酶M g+2磷酸烯醇式丙酮酸C O HOC H O HC H2C O O HCC H3OA D P AT P2M g+丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸丙酮酸葡萄糖分解代谢过程中能量的产葡萄糖分解代谢过程中能量的产生生葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式：直接产生式：直接产生ATPATP；生成高能分子；生成高能分子NADHNADH或或FADHFADH2 2，后者在线粒体呼吸链氧化并产生后者在线粒体呼吸链氧化并产生ATPATP。糖酵解：糖酵解：1 1分子葡萄糖分子葡萄糖 2 2分子丙酮酸，共分子丙酮酸，共消耗了消耗了2 2个个ATPATP，产生

10、了，产生了4 4 个个ATPATP，实际上净生，实际上净生成了成了2 2个个ATPATP，同时产生，同时产生2 2个个NADHNADH。（。（2 2）有氧分）有氧分解（丙酮酸生成乙酰解（丙酮酸生成乙酰CoACoA及三羧酸循环）产生及三羧酸循环）产生的的ATPATP、NADHNADH和和FADHFADH2 2丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰乙酰CoACoA，生成，生成1 1个个NADHNADH。三羧酸循环：乙酰。三羧酸循环：乙酰CoACoA CO CO2 2和和H H2 2O O，产生一个，产生一个GTPGTP（即（即ATPATP）、）、3 3个个NADHNADH和和1 1个个

11、FADHFADH2 2。葡萄糖分解代谢过程中产生的总能量葡萄糖分解代谢过程中产生的总能量糖酵解、丙酮酸氧化脱羧及三羧酸循环生成的糖酵解、丙酮酸氧化脱羧及三羧酸循环生成的NADHNADH和和FADHFADH2 2 ，进入线粒体呼吸链氧化并生成，进入线粒体呼吸链氧化并生成ATPATP。线粒体呼吸链是葡萄糖分解代谢产生。线粒体呼吸链是葡萄糖分解代谢产生ATPATP的最主要途径。的最主要途径。葡萄糖分解代谢总反应式葡萄糖分解代谢总反应式C C6 6H H6 6O O6 6 + 6 H + 6 H2 2O + 10 NADO + 10 NAD+ + + 2 FAD + 4 ADP + + 2 FAD +

12、 4 ADP + 4Pi 4Pi 6 CO 6 CO2 2 + 10 NADH + 10 H + 10 NADH + 10 H+ + + 2 + 2 FADHFADH2 2 + 4 ATP + 4 ATP 按照一个按照一个NADHNADH能够产生能够产生3 3个个ATPATP，1 1个个FADHFADH2 2能够能够产生产生2 2个个ATPATP计算，计算，1 1分子葡萄糖在分解代谢过分子葡萄糖在分解代谢过程中共产生程中共产生3838个个ATPATP：4 ATP +4 ATP +（10 10 3 3）ATP + ATP + （2 2 2 2）ATP = 38 ATP = 38 ATPATP高能

13、化合物与底物水平磷酸化高能化合物与底物水平磷酸化（substrate phosphorglatesubstrate phosphorglate）结果：脱氢结果：脱氢 活化，产能活化，产能调节控制：磷酸果糖激酶调节控制：磷酸果糖激酶（phosphofructokinase phosphofructokinase PFKPFK）2. 2. 丙酮酸的无氧降解丙酮酸的无氧降解（酵解与厌（酵解与厌氧发酵）氧发酵）（1 1） 乳酸发酵乳酸发酵（同型乳酸发酵）（同型乳酸发酵）lactic fermationlactic fermation 动物 乳酸菌（乳杆菌、乳链球菌）G +2ADP+ 2Pi 2乳酸 2

14、ATP+2水 （2 2）酒精发酵（酵母的第）酒精发酵（酵母的第型发型发酵）酵） alcoholic fermationalcoholic fermation（3 3）甘油发酵（酵母的第）甘油发酵（酵母的第型发型发酵）酵）四、葡萄糖的有氧分解代谢四、葡萄糖的有氧分解代谢有氧氧化： 大多数生物的主要代谢途径EMP pyr TCA 可衍生许多其他物质pyr脱羧 TCA基本反应：基本反应： 糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒体内室。在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅酶A。 这一多酶复合体位于线粒体内膜这一多酶复合体位于线粒体内膜上，原核细胞则在胞液中。上，原核细胞则在胞液中。丙酮酸脱氢酶系丙酮

15、酸脱氢酶系三种酶三种酶六种辅助因子六种辅助因子E1-丙酮酸脱羧酶（也叫丙酮酸脱氢酶）丙酮酸脱羧酶（也叫丙酮酸脱氢酶）E2-二氢硫辛酸乙酰基转移酶二氢硫辛酸乙酰基转移酶E3-二氢硫锌酰胺脱氢酶。二氢硫锌酰胺脱氢酶。焦磷酸硫胺素（焦磷酸硫胺素（TPP)、硫辛酸、硫辛酸、COASH、FAD、NAD+、Mg2+化学反应历程（10步反应、8种酶）糖酵解有二重作用：一是降解产生ATP，二是产生含碳的中间物为合成反应提供原料。在酵解过程中有三个不可逆反应，也就是说有三个调控步骤，分别被三个酶多点调节：己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。己糖激酶可以控制葡萄糖的进入，丙酮酸激酶调节酵解的出口。三羧酸循环三羧酸

16、循环草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸a-a-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸辅酶辅酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A三羧酸循环过程总结(一次循环)10步反应8种酶催化反应类型缩合1、脱水1、氧化4、底物水平磷酸化1、水化1生成3分子还原型Co生成1分子FADH2生成1分子ATP三羧酸循环总反应式三羧酸循环的生物学意义1.普遍存在2.生物体获得能量的最有效方式3.是糖类、蛋白质、脂肪三大物质转化的枢纽4.获得微生物发酵产品的途径柠檬酸、谷氨酸三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它产生的中间产物也是生物合成的前体。例如卟啉的主要碳原子来自琥珀酰CoA，谷氨

17、酸、天冬氨酸是从-酮戊二酸、草酰乙酸衍生而成。一旦草酰乙酸浓度下降，势必影响三羧酸循环的进行。 1. 1.丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸，需丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸，需要生物素为辅酶。要生物素为辅酶。 2 2、磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的催化、磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的催化下形成草酰乙酸。在大脑和心脏中存在这个反应。下形成草酰乙酸。在大脑和心脏中存在这个反应。3.3.天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和酰乙酸和-酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸、酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸也会形成琥珀

18、酰苏氨酸和甲硫氨酸也会形成琥珀酰CoACoA。其。其反应将在氨基酸代谢中讲述。反应将在氨基酸代谢中讲述。基本生化途径：关键： 柠檬酸进一步降解合成前体原料保证 五、戊糖磷酸途径五、戊糖磷酸途径phosphopentose pathway PPP phosphopentose pathway PPP 糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主要径，但不是唯一途径。实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, PPP），也称

19、为磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/shunt,HMP）。参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。 1. 1. 磷酸戊糖途径的反应过程磷酸戊糖途径的反应过程（1）G-6-P脱氢脱羧转化成脱氢脱羧转化成5-磷酸核酮磷酸核酮糖。糖。（2）磷酸戊糖的异构化）磷酸戊糖的异构化 （3）磷酸戊糖通过转酮及转醛反应生）磷酸戊糖通过转酮及转醛反应生成酵解途径的中间产物成酵解途径的中间产物6-磷酸果糖和磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。磷酸甘油醛。 2. 磷酸戊糖途径的调节磷酸戊糖途径的调节 肝脏中的各种戊糖途径的酶中以6-磷酸葡萄糖脱

20、氢酶的活性最低，所以它是戊糖途径的限速酶，催化不可逆反应步骤。其活性受NADP+/NADPH比值的调节，NADPH竞争性抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。机体内NAD+/NADH比NADP+/NADPH的比值要高几个数量级，前者为700，后者为0.014，这使NADHP可以进行有效的反馈抑制调控。只有NADPH在脂肪的生物合成中被消耗时才能解除抑制，再通过6-磷酸葡萄糖脱氢酶产生出NADPH。 非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。5-磷酸核糖过多时，可转化成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醇进行酵解。六、糖的合成、糖异生六、糖的合成、糖异生糖异生是指从非糖物质合成葡萄糖的过

21、程。非糖物质包括丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油等均可以在哺乳动物的肝脏中转变为葡萄糖或糖原。这一过程基本上是糖酵解途径的逆过程，但具体过程并不是完全相同，因为在酵解过程中有三步是不可逆的反应，而在糖异生中要通过其它的旁路途径来绕过这三步不可逆反应，完成糖的异生过程。一、糖异生的证据及其生理意义一、糖异生的证据及其生理意义用整体动物做实验，禁食24小时，大鼠肝脏中的糖原由7%降低到1%，饲喂乳酸、丙酮酸或三羧酸循环代谢的中间物后可以使大鼠肝糖原增加。根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有毒的糖苷，它能抑制肾小管将葡萄糖重吸收进入血液中，这样血液中的葡萄糖就不断的由尿中排出。当给用根皮苷处理过的动物饲喂

22、三羧酸循环中间代谢物或生糖氨基酸后，这些动物尿中的糖含量增加。糖尿病人或切除胰岛的动物，他们从氨基酸转化成糖的过程十分活跃。当摄入生糖氨基酸时，尿中糖含量增加。 1. 糖异生的证据如下：糖异生的证据如下：糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料的，成人每天约需要160克葡萄糖，其中120克用于脑代谢，而糖原的贮存量是很有限的，所以需要糖异生来补充糖的不足。在饥饿或剧烈运动造成糖原下降后，糖异生能使酵解产生的乳酸、脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖。这对维持血糖浓度，满足组织对糖的需要是十分重要的。糖异生可以促进脂肪氧化分解供应能量，当体内

23、糖供应不足时，机体会大量动员脂肪分解，此时会产生过多的酮体（乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮），而酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，此时糖异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用。 2、糖异生的生理意义、糖异生的生理意义糖异生作用的总反应式如下：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+4H2O 葡萄糖+2NAD+ +4ADP +2GDP +6Pi二、糖异生的途径二、糖异生的途径1、丙酮酸羧化生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸 + ATP + GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP + GDP + CO22、磷酸烯醇式丙酮酸沿酵解途径逆向反应生成1,6-二磷酸果糖。这个过程也要逾越一个能障，即从3-磷

24、酸甘油酸转变成1,3-二磷酸甘油酸的过程中需要消耗一个ATP。3、1,6-二磷酸果糖转化成6-磷酸果糖。这是糖异生作用中的关键反应，由果糖二磷酸酶催化。该酶是一个别构酶，被其负效应物AMP、2,6-二磷酸果糖强烈抑制，但ATP、柠檬酸和3-磷酸甘油酸可激活此酶的活性。4、6-磷酸果糖转化为葡萄糖，由葡萄糖-6-磷酸酶催化。该酶只在肝脏中存在，在肌肉或脑组织中没有此酶存在，因此糖异生作用只能在肝脏中进行。三、糖异生途径的前体三、糖异生途径的前体1、凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡萄糖。例如三羧酸循环的中间物，柠檬酸、异柠檬酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸都可以转变成草酰乙酸而进入糖异生

25、途径。 2、大多数氨基酸是生糖氨基酸如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、组氨酸、苏氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸等，它们可转化成丙酮酸、-酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循环中间物参加糖异生途径。 3、Cori循环：剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，随血流流至肝脏，先氧化成丙酮酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来。这一乳酸葡萄糖的循环过程称为Cori循环。 4、反刍动物糖异生途径十分活跃，牛胃中的细菌分解纤维素成为乙酸、丙酸、丁酸等奇数脂肪酸可转变成为琥珀酰CoA参加糖异生途径合成葡萄糖。 1.糖类的概念糖类的概念2.淀粉及其酶解（淀粉糊化，酶促水解）淀粉及其酶解（淀粉糊化，酶促水解）单糖：G、F、半乳糖双糖：蔗糖，麦芽糖，乳糖多糖：淀粉（直链 支链），糖原淀粉酶、淀粉酶、葡萄糖淀粉酶3.3. 葡萄糖酵解及厌氧发酵葡萄糖酵解及厌氧发酵4. 4. 葡萄糖的有氧代谢葡萄糖的有氧代谢5.5. 戊糖途径（戊糖途径（G-1-PG-1-P脱氢，脱氢，NADPHNADPH）6.6. 糖异生糖异生EMP、乳酸发酵、酒精发酵丙酮酸脱羧、TCA、四碳回补、柠檬酸与Glu发酵