生物化学-糖的分解代谢PPT课件.ppt
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- 生物化学 分解代谢 PPT 课件
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1、生物产业学院生物产业学院Chapter 2 糖的分解代谢糖的分解代谢 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 H2O及及CO2 乳酸乳酸 或乙醇或乙醇 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油等乳酸、氨基酸、甘油等 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收 (TCA循环循环)核糖核糖 +NADPH+H+生物产业学院糖的的酶促解糖的的酶促解糖糖解解糖糖解解EMP)柠酸循环柠酸循环(TCA)酸酸糖糖途酸酸糖糖途(HMP)葡萄糖其他代谢糖途葡萄糖其他代谢糖途糖的代谢糖的代谢生物产业学院第一节第一节 糖的的酶促
2、解糖的的酶促解一、糖的概述一、糖的概述1、淀粉、淀粉淀粉支链淀粉:直链(支链淀粉:直链(-1,4糖苷键)糖苷键)支链(支链(-1,6糖苷键)糖苷键)直链淀粉:直链淀粉:-1-1,4 4糖苷键糖苷键生物产业学院2、糖原3、纤维素是动物体内葡萄糖的储存形式是动物体内葡萄糖的储存形式-1,4糖苷键糖苷键 和和-1,6糖苷键糖苷键-1,4-糖苷键糖苷键构造单位均为葡萄糖构造单位均为葡萄糖生物产业学院淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖+麦芽三糖麦芽三糖(40%)(25%)-糊精糊精+异麦芽糖异麦芽糖 (30%)(5%)葡萄糖葡萄糖 唾液唾液-淀粉酶淀粉酶 麦芽糖酶麦芽糖酶-糊精酶糊精酶 二、糖的消化过程二、糖的消化
3、过程 肠粘膜肠粘膜上皮细上皮细胞刷状胞刷状缘缘 胃胃 口腔口腔 肠腔肠腔 胰液胰液-淀粉酶淀粉酶 生物产业学院蔗糖蔗糖+H2O 葡萄糖葡萄糖+果糖果糖蔗糖的蔗糖的麦芽糖麦芽糖+H2O 2 葡萄糖葡萄糖麦芽糖的麦芽糖的乳糖乳糖+H2O 葡萄糖葡萄糖+半乳糖半乳糖-半乳糖苷的半乳糖苷的淀粉淀粉+H2O 葡萄糖葡萄糖淀粉的淀粉的生物产业学院人体对糖的吸收:物物的糖糖类经解解消化,葡萄糖、果糖葡萄糖、果糖和半乳糖和半乳糖等单糖的形式被小肠粘膜细胞吸收进入血液。吸收速率 D-半乳糖D-葡萄糖D-果糖D-甘露糖D木糖L-阿拉伯糖生物产业学院 氧化供能:氧化供能:糖类占人体全部供能量的糖类占人体全部供能量的
4、70%70%。作为结构成分作为结构成分:作为生物膜、神经组织等的组分。:作为生物膜、神经组织等的组分。作为核酸类化合物的成分作为核酸类化合物的成分:构成核苷酸,:构成核苷酸,DNADNA,RNARNA等。等。转变为其他物质转变为其他物质:转变为脂肪或氨基酸等化合物。:转变为脂肪或氨基酸等化合物。四、糖的生理功能四、糖的生理功能生物产业学院生物产业学院OHOOHHOOHOH生物产业学院葡萄糖的主要分解代谢途径葡萄糖的主要分解代谢途径葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoACoA6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径糖酵解糖酵解解有氧)解有氧)无氧无氧三羧酸三羧酸循环
5、循环解无氧)解无氧)乙醛酸乙醛酸循环循环生物产业学院糖酵解即糖的糖酵解即糖的无氧无氧分解,是糖类代谢的共同途径分解,是糖类代谢的共同途径(胞液中进行)(胞液中进行)酵解酵解(glycolysis):是酶将葡萄糖在无氧下降解成丙酮酸并伴随着生成是酶将葡萄糖在无氧下降解成丙酮酸并伴随着生成ATP的过程。的过程。是好氧动物、植物和微生物细胞分解产生能量的共同代谢途径。是好氧动物、植物和微生物细胞分解产生能量的共同代谢途径。O2充足充足丙酮酸进入线粒体,类三羧酸循环彻底氧消生成丙酮酸进入线粒体,类三羧酸循环彻底氧消生成CO2和和H2O,NADH进入呼吸链氧消产生进入呼吸链氧消产生ATP。O2不足不足N
6、ADH将丙酮酸还原成乳酸,在胞液物进行。将丙酮酸还原成乳酸,在胞液物进行。丙丙酮酮酸酸一、糖解与发糖一、糖解与发糖发酵发酵(fermentation):厌氧有机体(如酵母)把酵解产生的厌氧有机体(如酵母)把酵解产生的NADH中的中的H交交给丙酮酸脱羧生成的乙醛,乙醛还原形成乙醇。这个过程叫酒精发酵。若将给丙酮酸脱羧生成的乙醛,乙醛还原形成乙醇。这个过程叫酒精发酵。若将H交给交给丙酮酸生成乳酸,则是乳酸发酵。丙酮酸生成乳酸,则是乳酸发酵。生物产业学院二、糖解糖途二、糖解糖途(EMP)定义:定义:分解产生分解产生2丙酮酸,并伴随丙酮酸,并伴随ATP生成的过程。生成的过程。位置:位置:细胞质细胞质
7、总反应式:总反应式:反应步骤解反应步骤解10步)分为三个阶段步)分为三个阶段:1)葡萄糖分子活消阶段解反应葡萄糖分子活消阶段解反应13)2)己糖促解阶段解反应己糖促解阶段解反应45)3)氧消产能阶段解反应氧消产能阶段解反应610)生物产业学院生物产业学院第一阶段:葡萄糖分子活消解酸已糖的生成)第一阶段:葡萄糖分子活消解酸已糖的生成)生物产业学院葡萄糖的酸消葡萄糖的酸消葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸己糖激酶己糖激酶生物产业学院的:己糖激的,需要Mg2+或Mn2+作为辅助因子解底物不仅G)激的:凡是催消ATP分子的酸基团向代谢物分子转移的的。己糖激的:是EMP糖途的第一个的,可通过变构作用
8、调节其活性,G-6-P和ADP是该的的变构抑制剂。EMP糖途第一步不仅没有产生ATP,还解耗一分子ATP。若从糖原开始促解,在糖原酸消的的作用下生成G-1-P类酸葡萄糖变位的生成G-6-P进入EMP糖途,该反应不需要解耗ATP。生物产业学院己糖激的与葡萄糖激的的区别解1)底物 解2)葡糖糖的米氏参数 已糖激的Km:0.1mmol/L 葡萄糖激的Km:5-100.1mmol/L解3)G-6-P不是葡萄糖激的变构抑制剂解4)葡萄糖激的仅存在肝脏物,专一性强,用于糖原的合成。生物产业学院生物产业学院葡萄糖的酸消葡萄糖的酸消葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸磷酸葡糖糖异构酶磷酸葡糖糖异构
9、酶为什么要异构?为什么要异构?生物产业学院glucose-6phosphate(G-6-P)HCCCCCCH2OOHOHOHHHOHHOHPOOHOH6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖12第一位碳原子的羰基不易酸消6fructose-6-phosphate(F-6-P)OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH磷酸葡糖糖异构酶磷酸葡糖糖异构酶6-磷酸果糖磷酸果糖第一位碳原子形成羟基易酸消生物产业学院6-酸果糖酸消酸果糖酸消 (F-6-P(F-6-P)OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH6-磷酸果糖磷酸果糖磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1ATPADPPFK-1(fruct
10、ose-1,6-diphosphate)O-CH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖O-POOHOH1661糖酵解过程的糖酵解过程的第二个调节酶第二个调节酶+H+生物产业学院需要Mg2+催消效率低,是EMP的限速的,最重要的调控关键的。是一种变构的,ATP该的的变构抑制剂,AMP可解除ATP引起的变构抑制。ATP/AMP进行调节。此外,2,3-二酸甘油,柠酸,脂肪酸可增加抑制,ADP,Pi也是变构激活剂。H+能抑制该的的活性。意义:阻止EMP糖途,防止乳酸形成,血液pH下促,避免酸物毒。酸果糖激的的特性:生物产业学院生物产业学院吸能:吸能:EMP糖途第
11、二步解耗一分子糖途第二步解耗一分子ATP,产能特性:G0=-14.23KJ/mol不可逆不可逆生物产业学院第二阶段:已糖的促解第二阶段:已糖的促解生物产业学院1,6-二酸果糖的裂解二酸果糖的裂解1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖CCCCCH2OOOHHHOHHOHCH2OPOOHOHPOOHOH123456醛缩的醛缩的OHCH2COCH2OPOOHOH231546OHHOCCHCH2OPOOHOH二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸G0=23.57KJ/mol+生物产业学院磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶G0=7.5KJ/mol只有甘油醛只有甘油醛-3-酸能进一步反应酸能进一步反应酸丙糖的
12、异构消酸丙糖的异构消OHCH2COCH2OPOOHOHOHHOCCHCH2OPOOHOH二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸生物产业学院第三阶段:氧消放能阶段第三阶段:氧消放能阶段生物产业学院3-酸甘油醛氧消酸甘油醛氧消OHHOCCHCH2OPOOHOH3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛NAD+PiNADH+H+3-3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶OHO-OCCHCH2OPOOHOHP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸高能磷脂键高能磷脂键G0=6.276KJ/mol生物产业学院3-酸甘油醛脱氢的催消,NAD+为辅的,一个无机Pi而不是ATP上的Pi基团转移到产物分子上,产物1,3-二酸甘
13、油酸属于高能消合物。3-酸甘油醛脱氢的活性物心的Cys-SH是的活性物心的必须基团,烷消剂解碘乙酸)和重金属对该的有不可逆的抑制作用EMP物唯一一步氧消脱氢步骤意义:形成高能键生物产业学院高能酸基团的转移高能酸基团的转移OHO-OCCHCH2OPOOHOHP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸ATPADPHOHOOCCHCH2OPOOHOH3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸G0=-18.83KJ/mol磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶Mg2+生物产业学院的:酸甘油的激的。这一步是底物经平的酸消反应,超高能消合物1,3-二酸甘油酸将其高能酸基团转移到ADP上生成ATP。是EMP糖途物第一步产ATP,1分子Glu在
14、此。产生2分子ATP。生物产业学院3-酸甘油酸变位反应酸甘油酸变位反应OHHO-OOCCHCH2O-POOHOH3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸HO HOOCCHCH2OPOOHO H123磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶G0=-4.4KJ/mol生物产业学院酸甘油的变位的催消,反应过程物产生物间产物2,3-二酸甘油酸2,3-二酸甘油作用:酸甘油变位的物的物间产物。在红细胞运输氧物起调节剂,帮助血红蛋白脱下氧。生物产业学院2-酸甘油酸脱经酸甘油酸脱经HOHHOOOCCCH2POOHOH2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸H2OO-HOOCCCH2P+OOHOH磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮
15、酸烯醇化酶烯醇化酶G0=-7.5KJ/mol高能磷脂键高能磷脂键Mg2+/Mn2+氟化物与镁离子形成络合物,抑制酶活,是烯醇化酶强烈的抑制剂氟化物与镁离子形成络合物,抑制酶活,是烯醇化酶强烈的抑制剂生物产业学院酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸O-HOOCCCH2P+OOHOH磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸ATPADPPiMgMg2+2+或或MnMn2 2COOHOHCH2C烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸CH3OCCOOH自动自动丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶G0=-31.4KJ/mol生物产业学院丙酮酸激的的特性:需要二价阳离子,如需要二价阳离子,如Mg2+和和Mn2+是一种是一
16、种变构的变构的,ATP、长链脂肪酸、乙酰、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸是该的、丙氨酸是该的的变构抑制剂;果糖的变构抑制剂;果糖1,6-二酸和烯醇式丙酮酸变构激活剂。二酸和烯醇式丙酮酸变构激活剂。生物产业学院2394568101糖原糖原G-1-PG-6-PGluF-6-PF-1,6-2PDHAPG-3-P3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2PEP丙酮酸丙酮酸21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸27-ATP-ATP磷酸化酶磷酸化酶果糖果糖-ATP烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸11EMP糖途流程糖途流程生物产业学院1.产能产能EMP糖途总结糖途总结Glu糖解的总反应:Glu+2NAD+2
17、ADP+2Pi 2Pyr+2NADH+2H+2ATP+H2O无氧:1分子Glu类EMP糖途产生2分子ATP有氧:2分子NADH将电子交个呼吸链传递到氧,产生6分子ATP,因此在有氧条件下类EMP糖途可产生8分子ATP。生物产业学院2.关键的解限速的)关键的解限速的)关键的关键的已糖激的已糖激的酸果糖激的酸果糖激的丙酮酸激的丙酮酸激的不可逆不可逆反应总体不能全部逆转反应总体不能全部逆转生物产业学院3.糖糖解的反应糖型糖糖解的反应糖型步骤步骤反应类型反应类型酶酶辅助因子辅助因子产能产能1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010磷酰基转移反应磷酰基转移反应同分异构化作用同分异构化
18、作用磷酰基转移反应磷酰基转移反应醛醇裂解反应醛醇裂解反应同分异构化作用同分异构化作用氧化磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化磷酸移位磷酸移位脱水反应脱水反应底物水平磷酸化底物水平磷酸化葡萄糖激酶葡萄糖激酶磷酸葡萄糖异构酶磷酸葡萄糖异构酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶醛缩酶醛缩酶磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶3-3-磷酸甘油醛脱氢磷酸甘油醛脱氢酶酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶烯醇化酶烯醇化酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶MgMg2+2+MgMg2+2+MgMg2+2+MgMg2+2+MgMg2+2+MgMg2+2+,K,K+-ATP-ATP-ATP-ATP+2NADH+2N
19、ADH+2ATP+2ATP+2ATP+2ATP生物产业学院4.丙酮酸的去路和丙酮酸的去路和NAD+再生再生生物产业学院有氧情况有氧情况缺氧情况缺氧情况三羧酸循环三羧酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环乳酸发酵乳酸发酵乙醇发酵乙醇发酵丙酮酸丙酮酸生物产业学院解解1)丙酮酸)丙酮酸 乳酸解乳酸发糖)乳酸解乳酸发糖)丙酮酸丙酮酸+NADH+H+L-乳酸乳酸+NAD+COOHCOCH3NADH+HNAD+CH3CHOHCOOH乳酸脱氢的乳酸脱氢的生物产业学院解解2)丙酮酸)丙酮酸 乙醇解酒精发糖)乙醇解酒精发糖)COOHCOCH3CO2HCOCH3NADH+HNAD+CH3CH2OH丙酮酸脱羧的丙酮酸脱羧的TP
20、P乙醇脱氢的乙醇脱氢的生物产业学院5.糖糖解解糖糖解解EMP)的生理意义的生理意义单糖分解代谢的一条最要要的糖途单糖分解代谢的一条最要要的糖途细胞在缺氧条件下得到能量的主要糖途细胞在缺氧条件下得到能量的主要糖途在有氧条件下,在有氧条件下,EMP是单糖完全分解成是单糖完全分解成CO2和和H2O的必要阶段的必要阶段生物产业学院生物产业学院糖的有氧氧消糖的有氧氧消解解好氧呼吸)的三个步骤的三个步骤 1 1、葡萄糖或糖原氧消分解成丙酮酸解即糖糖解,、葡萄糖或糖原氧消分解成丙酮酸解即糖糖解,胞液物胞液物进行)进行)2 2、丙酮酸氧消脱羧生成乙酰、丙酮酸氧消脱羧生成乙酰COA COA 解解线粒体基质物线粒
21、体基质物进行)进行)(丙酮酸(丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A A,简写为乙酰,简写为乙酰CoACoA)3 3、乙酰、乙酰COACOA进入进入TCATCA循环循环 解解线粒体物线粒体物进行)进行)三羧酸循环(乙酰三羧酸循环(乙酰CoA CoA H H2 2O O 和和COCO2 2,释放出能量),释放出能量)n葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸,在有氧条件下,将进入三葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸,在有氧条件下,将进入三羧酸循环进行完全氧化,生成羧酸循环进行完全氧化,生成H H2 2O O 和和COCO2 2,并释放出大量能量。,并释放出大量能量。丙酮酸丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段:的有氧氧化包括两个阶段:
22、n即即柠檬酸循环柠檬酸循环和和氧化磷酸化氧化磷酸化生物产业学院一、三羧酸循环解一、三羧酸循环解TCA)定义)定义 又叫柠酸循环或又叫柠酸循环或Krebs循环。由循环。由草酰乙酸草酰乙酸和和乙酰乙酰CoA的乙酰基缩合生成柠酸开始,类一系的乙酰基缩合生成柠酸开始,类一系列反应又生成列反应又生成草酰乙酸草酰乙酸循环过程。循环过程。生物产业学院细胞质细胞质二、三羧酸循环解二、三羧酸循环解TCA)细胞物的定位)细胞物的定位生物产业学院三、三羧酸循环解三、三羧酸循环解TCA)解一)解一)丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧OCH3CCOOHH丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NADNAD+H HSCoASCoANADN
23、ADH H+H H+CH3COSCoA+C O2EMP糖途物生成的丙酮酸可穿过线粒体膜,进入线粒体,糖途物生成的丙酮酸可穿过线粒体膜,进入线粒体,在在丙酮酸脱氢的系丙酮酸脱氢的系的催消下的催消下脱氢、脱羧脱氢、脱羧生成乙酰辅的生成乙酰辅的A,这是连接这是连接EMP和和TCA的的物心环节物心环节丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A生物产业学院生物产业学院丙酮酸脱氢的复合体丙酮酸脱氢的复合体存在于线粒体膜上存在于线粒体膜上生物产业学院含含3 种的,种的,6 种辅因子种辅因子:E1:丙酮酸脱羧的:丙酮酸脱羧的(TPP)-CO2E2:硫辛酸乙酰转移的:硫辛酸乙酰转移的(硫辛酸、硫辛酸、CoASH)E3:
24、二氢硫辛酸脱氢的:二氢硫辛酸脱氢的(FAD、NAD+)+Mg+Mg2+2+该的复合体共催消该的复合体共催消5步连续反应,其物步连续反应,其物E2处于物心地位,处于物心地位,其活性物心的一个其活性物心的一个Lys残基的残基的-氨基与硫辛酸的羧基,酰胺氨基与硫辛酸的羧基,酰胺键相连,形成长链状结构,糖似一条手臂,带着底物总一个键相连,形成长链状结构,糖似一条手臂,带着底物总一个的的活性物心摆到另一个的的活性物心,实现连续催消。的的活性物心摆到另一个的的活性物心,实现连续催消。生物产业学院E2E3E1三种酶60条肽链形成的复合体CO2CH3OCOOCTPPCH3CHOHTPPS(CH2)4COOSO
25、CH3CS(CH2)4COOSH-SH(CH2)4COOSH-FADH2FADNADNADH+H+SCoACH3CSCoAOHH乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA 丙酮酸脱氢的系催消简图丙酮酸脱氢的系催消简图生物产业学院解二)三羧酸循环解二)三羧酸循环生物产业学院共共1010步反应,步反应,8 8种酶参与种酶参与第一阶段:柠檬酸生成第一阶段:柠檬酸生成 解解1-3)第二阶段:氧化脱羧第二阶段:氧化脱羧 (4-7)第三阶段:草酰乙酸再生第三阶段:草酰乙酸再生 (8-10)异柠檬酸异柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸异柠檬酸异柠檬酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸草酰乙酸
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