糖代谢(全套课件111P).ppt
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- 代谢 全套 课件 111
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1、 第七章 糖代谢(Metabolism of Carbohydrates)糖糖是一大类有机化合物,其化学是一大类有机化合物,其化学本质为多羟醛或本质为多羟醛或多羟多羟酮类及其衍生物酮类及其衍生物或多聚物。或多聚物。糖类糖类寡糖寡糖多糖多糖结合糖结合糖单糖单糖(二)糖的分类及其结构(二)糖的分类及其结构葡萄糖葡萄糖麦芽糖麦芽糖蔗蔗 糖糖 葡萄糖葡萄糖(glucose) 果糖果糖(fructose) 半乳糖半乳糖(galactose) 核糖核糖(ribose) 麦芽糖麦芽糖 (maltose)乳乳 糖糖 (lactose)蔗蔗 糖糖 (sucrose)淀淀 粉粉 (starch)糖糖 原原 (gl
2、ycogen)纤维素纤维素 (cellulose)糖脂糖脂 (glycolipid)糖蛋白糖蛋白 (glycoprotein)(outline) 一、糖的功能糖提供人体所需糖提供人体所需5070的能的能 量,量,1mol葡萄糖可氧化产生葡萄糖可氧化产生2840 kJ的能量。的能量。 糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等是组织细胞的重要成分。是组织细胞的重要成分。原料原料 可提供合成某些氨基酸、脂可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。肪、胆固醇、核苷等物质的原料。 (五五) 二、糖代谢的概况 磷酸戊糖磷酸戊糖 NADPH 葡萄糖葡萄糖 氧化分解氧化分解 丙丙酮酮酸酸
3、有氧氧化有氧氧化 无氧氧化无氧氧化 乳酸乳酸 糖异生糖异生乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原 糖原分解糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊磷酸戊糖途径糖途径 食物食物 消化吸收消化吸收 大量大量ATP 少量少量ATP 乙酰乙酰CoAH2O及及CO2 肌糖原,肌糖原,250 400g,氧化供能。氧化供能。 肝糖原,肝糖原,70 100g,维持血糖。维持血糖。 糖原糖原 (glycogen)是体内糖的储存形式之一,是机体能迅速动用的能量储备。糖原储存第二节 糖原的合成与分解糖原合成途径 在原有的糖原分子(引物)上逐个加上糖基 再形成分支*糖原引物:细胞内的特殊蛋白质,即生糖原蛋白,作为U
4、DPG上葡萄糖基的接受体。一、糖原合成(一一)合成部位合成部位1. 组织定位组织定位 : 主要在主要在肝、肌肉肝、肌肉2. 细胞定位细胞定位 : 胞浆胞浆6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 1. 葡萄糖磷酸化生成葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(磷酸化)(磷酸化)葡萄糖葡萄糖 ATP ADP 己糖激酶己糖激酶;葡萄糖激酶葡萄糖激酶(肝肝) OHHOOHHOHHOHHHCH2OHHPOOHHOOHHOHHOHHHCH2OHHOH2. 6-磷酸葡萄糖转变成磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 (异构)(异构) 由于糖原分子延长需形成由于糖原分子延长需形成-1,4-糖苷键,糖苷键,故故葡萄糖分子葡
5、萄糖分子C1上的羟基须活化,有利于与糖原上的羟基须活化,有利于与糖原末端葡萄糖残基的游离末端葡萄糖残基的游离C4羟基缩合。羟基缩合。1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 OHHOOHHOHHOHHHCH2OHHPOOHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP UDPG可看作可看作“活性葡萄糖活性葡萄糖”,在体内充作葡萄在体内充作葡萄糖供体。糖供体。3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖 (转形)(转形) PPi UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖 (UDPG ) (UTP) 1-
6、磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP尿苷尿苷 PPPPPPOHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP尿苷尿苷 PP糖原糖原n + UDPG 糖原糖原n+1 + UDP 糖原合酶糖原合酶 4. 糖原分子的延长糖原分子的延长(缩合)(缩合)关键酶关键酶1. 1. 糖原糖原n n 为原有的细胞内的较小糖原分子,为原有的细胞内的较小糖原分子,称为称为糖原引物糖原引物, 作为作为UDPG UDPG 上上葡萄糖基葡萄糖基的的接受体。接受体。2.2. 糖原合酶糖原合酶是糖原合成过程的是糖原合成过程的关键酶关键酶。3.3.糖原合成是消耗能量的过程糖原合成是消耗能量的过程 需要消
7、需要消耗耗2 2个个高能磷酸键的能量。高能磷酸键的能量。 (三三)糖原合成反应的特点总结糖原合成反应的特点总结OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO4.糖原分枝的形成糖原分枝的形成 分分 支支 酶酶 (branching enzyme)-1,4-糖苷键糖苷键 -1,6-糖苷键糖苷键 糖原合成小结1.1.肝、肾、肌肉肝、肾、肌肉是合成糖原的主要组织。是合成糖原的主要组织。2.2.糖原是动物细胞中糖的糖原是动物细胞中糖的主要储存形式主要储存形式。 3.3.UDPGUDPG-糖的活性形式。糖的活性形式。4.4.必须有必须有引物
8、引物。5.5.合成反应在糖原的合成反应在糖原的非还原端非还原端进行进行。6.6.限速酶限速酶-糖原合酶糖原合酶7 7. .合成为一耗能过程,每增加一个葡萄糖残基,需合成为一耗能过程,每增加一个葡萄糖残基,需消耗消耗2 2个高能磷酸键个高能磷酸键(2 2分子分子ATPATP)。)。二、糖原分解(一一) 反应过程反应过程 糖原糖原n+1 糖原糖原n + 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸化酶磷酸化酶 1. 糖原分解为糖原分解为1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 2. 1-磷酸葡萄糖转变成磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖
9、 3. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶 (肝,肾)(肝,肾)葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 脱枝酶脱枝酶 脱枝酶的作用脱枝酶的作用 磷磷 酸酸 化化 酶酶 转移酶活性转移酶活性 -1,6糖苷糖苷酶活性酶活性 目目 录录* 肌糖原的分解肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同,但是生成6-6-磷酸葡萄糖之后,只能进入酵解途径进一步代谢。例外例外Why ?由于肌肉组织中由于肌肉组织中不存在不存在6-6-磷酸磷酸- -葡萄糖葡萄糖酶,酶,所以生成的所以生成的6-6-磷酸葡萄糖不能转变磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血,提供血糖成葡萄糖释
10、放入血,提供血糖. .UDPGUDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶糖原合酶 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 己糖己糖(葡萄糖葡萄糖)激酶激酶 糖原糖原n Pi 磷酸化酶磷酸化酶 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶(肝)磷酸酶(肝) 糖原糖原n 三、糖原合成与分解的调节 糖原合成:糖原合成:糖原合酶糖原合酶 糖原分解:糖原分解:糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 对对关键酶关键酶调节调节(一一) 共价修饰调节共价修饰调节 3.调节有级联放大作用,效率高;调节有级联放大作用,效率高; 1.两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反;两种酶磷酸
11、化或去磷酸化后活性变化相反; 2.此调节为酶促反应,调节速度快;此调节为酶促反应,调节速度快; 4.受激素调节。受激素调节。 1. 糖原合酶糖原合酶与与糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶都是变构酶,可受都是变构酶,可受代谢物的变构调节。代谢物的变构调节。2. 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖可激活可激活糖原合酶糖原合酶b,使之转变为,使之转变为活性的活性的糖原合酶糖原合酶a,加速糖原合成加速糖原合成。3. AMP浓度升高时,可使糖原磷酸化酶浓度升高时,可使糖原磷酸化酶b变构而变构而易形成有活性的糖原磷酸化酶易形成有活性的糖原磷酸化酶a,加速糖原分解。,加速糖原分解。4. ATP是是糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶a的变
12、构抑制剂,抑制糖的变构抑制剂,抑制糖原分解。原分解。(二二)变构调节变构调节 二、糖酵解过程概述定义定义在机体在机体缺氧缺氧条件下,葡萄糖经一条件下,葡萄糖经一系列酶促反应生成系列酶促反应生成丙酮酸丙酮酸进而还原成进而还原成乳酸的过程称之为糖酵解乳酸的过程称之为糖酵解。 * 糖酵解的糖酵解的反应部位反应部位:胞浆胞浆* 糖酵解糖酵解的的终产物终产物: :乳酸乳酸* 糖酵解的糖酵解的条件条件:缺氧缺氧糖酵解过程:糖酵解过程: 共共1010步化学反应,分为两个阶段步化学反应,分为两个阶段 六碳糖六碳糖 三碳糖三碳糖+ +三碳糖三碳糖 2 2乳酸乳酸 (一)糖酵解第一阶段(准备阶段)的(一)糖酵解第
13、一阶段(准备阶段)的反应机制反应机制Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1.1.葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化 己糖激酶己糖激酶/ /葡萄糖激葡萄糖激酶(肝酶(肝)关键酶关键酶Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮
14、酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2. 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖转变为转变为 6-磷酸果糖磷酸果糖己糖异构酶己糖异构酶 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 O CH 2O H HOOHH OH H OH H HP 6-磷酸果糖磷酸果糖 (F-6-P)O CH2O HOH OH H OH H P CH2OHGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸
15、磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸3. 6-磷酸果糖转变为磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1)糖酵解途径中最重要的限速酶1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖6-磷酸果糖磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1O CH2O HOH OH H OH H P CH2OHO CH2O HOH OH H OH H P CH2O P Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3
16、-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖4. 磷酸己糖裂解成磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖分子磷酸丙糖 醛缩酶醛缩酶(aldolase)磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 +PCH2OCH2OOHCOCCCHOO HHHHCH2OCOCH2OHCH2OOHCHOCHPPPGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷
17、酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸5. 磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖异构酶 磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase)磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 PCH2OCOCH2OH3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 PCH2OOHCHOCHPPGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油
18、醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸6. 3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 PCH2OOHCHOCH1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 PCH2OOHCCHPOOPPPGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPA
19、TPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 在这个反应中,底物分子内部能量重新分布,生成高能键,使ADP磷酸化生成ATP的过程,称为底物水平磷酸化。 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase) ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 Mg2+ 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 PCH2OOHCCHPOOPCH2OOHCOOHCH3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 PPPGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸
20、磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸8. 3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase)2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶变位酶Mg2+ 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 PCH2OOHCOOHCHPCH2OHCOOHCHOPPGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸
21、磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸9. 2-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶烯醇化酶(enolase) 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP)2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 PCH2OHCOOHCHOPCH2COOHCHOPPGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯
22、醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶(pyruvate kinase)10. 磷酸烯醇式丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸丙酮酸, 并通过并通过底物水平磷酸化生成底物水平磷酸化生成ATP这是糖酵解途径中的第二次这是糖酵解途径中的第二次底物水平磷酸化底物水平磷酸化。PCH2COOHCHO磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸 COOHC=OCH311.乳酸生成丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 反应中的反应中的NADH+H+ 来自于上述第来自于上述第6 6步反步反应中的应中的 3-3-磷酸甘油醛脱氢反应。磷酸甘油醛脱氢反应。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH)
23、NADH + H+ NAD+ COOHCHOHCH3COOHC=OCH3第三阶段:丙酮酸转变成乳酸GluG-6-PF-6-PF-1, 6-BPATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙丙 酮酮 酸酸 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E1: 己糖激酶己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+ 乳乳 酸酸 糖酵解的代谢途径糖酵解的代谢途径E2E1E3NADH+H+ H2
24、O( (二) )糖酵解反应特点及意义1. 反应部位反应部位 胞浆。胞浆。2. 糖酵解是一个不需氧的产能过程。糖酵解是一个不需氧的产能过程。3. 反应全过程中有三步不可逆的反应。反应全过程中有三步不可逆的反应。G G-6-P ATP ADP 己糖激酶己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-BP 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 ADP ATP PEP 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸激酶激酶 糖酵解小结 反应部位:反应部位:胞浆胞浆 糖酵解是一个糖酵解是一个不需氧不需氧的产能过程的产能过程 反应全过程中有反应全过程中有三步不可逆三步不可逆的反应的反应G G-6-P ATP ADP 己糖激酶己糖激
25、酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 ADP ATP PEP 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸激酶激酶 关键关键酶酶消耗消耗ATPATP的步骤的步骤: :G GATPATP6-6-磷酸磷酸G G6-6-磷酸果糖磷酸果糖ATPATP1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖生成生成ATPATP的步骤的步骤方式:方式:底物水平磷酸化底物水平磷酸化 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸ATPATP3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸ATPATP 丙酮酸丙酮酸(2)净生成净生成ATP数量:数量:从从G开始开始 22-2= 2ATP 从从Gn开
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