第三章单糖代谢课件.ppt

1、第三章第三章 单糖的代谢单糖的代谢单糖单糖内源途径内源途径外源途径外源途径糖核苷酸糖核苷酸糖基受体糖基受体 糖基转移酶糖基转移酶糖缀合物糖缀合物第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢细胞质细胞质第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢3.1 3.1 单糖代谢的一般原理单糖代谢的一般原理 1 1 糖糖+ATP+ATP糖糖-P-P糖糖-NDP-NDPNTP PPiNTP PPi2 2 糖糖-NDP-NDP（A A）糖糖-NDP-NDP（B B）3 3 糖糖-NDP-NDP（A A）+糖（糖（B B）-1-P-1-P糖糖-NDP-NDP（B B）+糖（糖（A A）-1-P-1-P糖糖 活化形式活化形式葡萄糖葡

2、萄糖半乳糖半乳糖N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸木糖木糖甘露糖甘露糖岩藻糖岩藻糖唾液酸唾液酸UDP-糖糖GDP-糖糖GMP-Sia活化的糖供体活化的糖供体第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢3.2 3.2 单糖的来源单糖的来源3.2.1 3.2.1 转运子转运子 转运子转运子 易扩散转运子（易扩散转运子（GLUTGLUT）特点：不需能）特点：不需能量量 ，Km=2-20mmol/lKm=2-20mmol/l 能量依赖型转运子能量依赖型转运子特点：需能，转运特点：需能，转运效率高效率高 离子偶联型：离

3、子偶联型：钠钠-葡萄糖转运子葡萄糖转运子SGLT,KmSGLT,Km=1mmol/l=1mmol/l ATPATP依赖的磷酸化依赖的磷酸化偶联型：偶联型：KmKm微摩尔数量级微摩尔数量级（细菌）（细菌）胞外糖源胞外糖源胞内糖源胞内糖源（补救途径）（补救途径）第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢3.3 3.3 单糖在细胞的代谢单糖在细胞的代谢单糖来源单糖来源单糖在细胞的代谢过程（以单糖在细胞的代谢过程（以ManMan为例）为例）：细胞外的细胞外的ManMan被细胞膜上的甘露糖转运子转移到细胞内，在细胞质中在甘露糖激酶的作用下形成被细胞膜上的甘露糖转运子转移到细胞内，在细胞质中在甘露糖激酶的作用下形

4、成Man-6-PMan-6-P。在磷酸变位酶的作用下。在磷酸变位酶的作用下Man-6-PMan-6-P转变为转变为Man-1-PMan-1-P，Man-1-PMan-1-P与与GTPGTP反应，脱去一个焦磷酸，反应，脱去一个焦磷酸，生成生成GDP-ManGDP-Man。GDP-ManGDP-Man被糖核苷酸转运子转移到内质网和高尔基体中，进行糖缀合物的合成，被糖核苷酸转运子转移到内质网和高尔基体中，进行糖缀合物的合成，最后为分泌到细胞膜或分泌到细胞外这是胞外糖源途径，单糖在细胞内的代谢还有另一种途径，最后为分泌到细胞膜或分泌到细胞外这是胞外糖源途径，单糖在细胞内的代谢还有另一种途径，即补救途径

5、溶酶体中的糖缀合物被水解酶水解，产生的甘露糖被转运到细胞即补救途径溶酶体中的糖缀合物被水解酶水解，产生的甘露糖被转运到细胞质质，按照胞外糖源途径参与代谢。按照胞外糖源途径参与代谢。第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢3.4 3.4 单糖在细胞内的相互转化单糖在细胞内的相互转化第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢是糖代谢中的中心单糖，可转化为糖基化所需的所用其他种类的是糖代谢中的中心单糖，可转化为糖基化所需的所用其他种类的糖。葡萄糖在己糖激酶的作用下，转化为糖。葡萄糖在己糖激酶的作用下，转化为Glc-6-PGlc-6-P，又磷酸葡萄，又磷酸葡萄糖异构酶转化为糖异构酶转化为Fru-6-PFru-6-P

6、或由磷酸葡萄糖变位酶转化为或由磷酸葡萄糖变位酶转化为Glc-1-PGlc-1-P，Glc-1-PGlc-1-P与与UTPUTP反应生成高能量供体反应生成高能量供体UDP-GlcUDP-Glc。葡萄糖：葡萄糖：UDP-GlcAUDP-GlcA是由是由UDP-GlcUDP-Glc在在NADNAD存在下，氧化存在下，氧化C-6-OHC-6-OH直接合成直接合成基本的用途是糖氨聚糖的生物合成，也用于基本的用途是糖氨聚糖的生物合成，也用于GlcAGlcA在在N-N-和和O-O-聚糖和糖脂上的加成反应。用于胆汁酸转移酶催化该反应，聚糖和糖脂上的加成反应。用于胆汁酸转移酶催化该反应，内质网中的生外物质的解毒

7、内质网中的生外物质的解毒 葡萄糖醛酸：葡萄糖醛酸：第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢遗传性的这个酶大部分丢失将导致一种可能致命的人类疾病叫糖遗传性的这个酶大部分丢失将导致一种可能致命的人类疾病叫糖缺陷糖蛋白综合症。缺陷糖蛋白综合症。甘露糖：甘露糖：第一途径：在己糖激酶的作用下甘露糖的磷酸化第一途径：在己糖激酶的作用下甘露糖的磷酸化第二途径：通过磷酸甘露糖异构酶，将第二途径：通过磷酸甘露糖异构酶，将Fru-6-PFru-6-P转化为转化为Man-6-PMan-6-P蜜蜂综合症蜜蜂综合症：尽管甘露糖是必须的，但在蜜蜂综合症中，它却是致死的。尽管甘露糖是必须的，但在蜜蜂综合症中，它却是致死的。当蜜蜂

8、被喂食甘露糖而非蔗糖和葡萄糖时，在喂食后的最初几分钟，蜜蜂当蜜蜂被喂食甘露糖而非蔗糖和葡萄糖时，在喂食后的最初几分钟，蜜蜂的行为表现正常，但随后它们突然衰竭、死亡。的行为表现正常，但随后它们突然衰竭、死亡。原因是：甘露糖进入细胞后，在大量己糖激酶的作用下发生磷酸化并消耗原因是：甘露糖进入细胞后，在大量己糖激酶的作用下发生磷酸化并消耗ATP。这。这时时Man-6-P成为蜜蜂唯一的能量来源，它必须被转化为成为蜜蜂唯一的能量来源，它必须被转化为Fru-6-P才能进入糖酵解。但才能进入糖酵解。但在蜜蜂体内的磷酸甘露糖异构酶活性相当低，这就产生了瓶颈而使在蜜蜂体内的磷酸甘露糖异构酶活性相当低，这就产生了

9、瓶颈而使Man-6-P堆积。堆积。堆积的堆积的Man-6-P迅速被磷酸酶分解成游离的甘露糖，而甘露糖又再次发生磷酸化，迅速被磷酸酶分解成游离的甘露糖，而甘露糖又再次发生磷酸化，这样使这样使ATP供给减少。如此几次无用的循环耗尽供给减少。如此几次无用的循环耗尽ATP，导致死亡。，导致死亡。第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢将将GDP-ManGDP-Man中中ManMan部分的部分的C-6C-6位上的位上的CHCH2 2OHOH还原成甲基，就得到还原成甲基，就得到GDP-FucGDP-Fuc.该反应分该反应分3 3步，由两个酶依次催化。第一步是通过步，由两个酶依次催化。第一步是通过GDP-Man4

10、GDP-Man4，6-6-脱水酶，在脱水酶，在NADPNADP存在下，将存在下，将GDP-ManGDP-Man中中ManMan部分的部分的C-4C-4位氧化成酮，得到位氧化成酮，得到GDP-4-GDP-4-脱氢脱氢-6-6-脱氧甘露糖，同时脱氧甘露糖，同时NADPNADP被被还原成还原成NADPHNADPH。接下来的两个反应由单一的多肽催化，该肽具。接下来的两个反应由单一的多肽催化，该肽具有差向异构酶和还原酶的活性，有差向异构酶和还原酶的活性，GDP-4-GDP-4-羰基羰基-6-6-脱氧甘露糖在脱氧甘露糖在C-3C-3和和C-5C-5发生差向异构，生成发生差向异构，生成GDP-4-GDP-4

11、-羰基羰基-6-6-脱氧葡萄糖，接脱氧葡萄糖，接着着C-4C-4位被位被NADPHNADPH还原生成还原生成GDP-FucGDP-Fuc。第一步脱氢反应受。第一步脱氢反应受GDP-FucGDP-Fuc的反馈抑制。岩藻糖也被用于直接生成的反馈抑制。岩藻糖也被用于直接生成Fuc-1-PFuc-1-P，然后转化生，然后转化生成成GDP-FucGDP-Fuc.岩藻糖：岩藻糖：白细胞黏附缺陷白细胞黏附缺陷（LADLAD）病）病:第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢有多条途径可以将半乳活化成有多条途径可以将半乳活化成UDP-GalUDP-Gal。第一是。第一是1-1-位上的

12、直位上的直接磷酸化生成接磷酸化生成Gal-1-PGal-1-P，Gal-1-PGal-1-P能与能与UTPUTP反应生成反应生成UDP-Gal.UDP-Gal.另一面另一面Gal-1-PGal-1-P通过尿苷酸转移酶与通过尿苷酸转移酶与UDP-GlcUDP-Glc进行交换反应，进行交换反应，生成生成UDP-GalUDP-Gal和和Glc-1-PGlc-1-P。尿苷酸转移酶活力缺陷导致严重。尿苷酸转移酶活力缺陷导致严重的人类疾病叫半乳糖血症。该病表象为智力迟钝、肝脏损的人类疾病叫半乳糖血症。该病表象为智力迟钝、肝脏损伤和最终死亡。最后，从伤和最终死亡。最后，从UDP-GlcUDP-Glc也可生成

13、也可生成UDP-GalUDP-Gal，该反，该反应是应是NADNAD依赖型的，由依赖型的，由UDP-Gal-4UDP-Gal-4差向异构酶催化。这两种差向异构酶催化。这两种糖和苷酸惟一的不同是在糖和苷酸惟一的不同是在C-4C-4位。在半乳糖中，羟基为直立位。在半乳糖中，羟基为直立键取向，而葡萄糖中羟基为平伏键取向。键取向，而葡萄糖中羟基为平伏键取向。NADNAD首先将首先将C-4C-4位位上羟基变成上羟基变成4-4-酮基，生成酮基，生成NADH.NADH.第二步第二步NADNAD重新生成而羟基重新生成而羟基发生异构。从而生成另一种单糖。同一种酶也能将发生异构。从而生成另一种单糖。同一种酶也能将

14、UDP-UDP-GslNAcGslNAc转变为转变为UDP-GlcNAcUDP-GlcNAc。半乳糖：半乳糖：第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢UDP-GlcNAcUDP-GlcNAc的合成从的合成从Fru-6-PFru-6-P开始，首先合成开始，首先合成GlcN-6-PGlcN-6-P，然后利用，然后利用谷氨酰胺作为氨基的供体转变为氨基反应，生成葡萄糖胺谷氨酰胺作为氨基的供体转变为氨基反应，生成葡萄糖胺-6-6-磷酸，磷酸，接下来通过乙酰辅酶接下来通过乙酰辅酶A A接到反应使葡萄糖胺接到反应使葡萄糖胺-6-6-磷酸发生乙酰化生成磷酸发生乙酰化生成GlcNAc-6-PGlcNAc-6-P，再经

15、，再经1 1，6-6-二磷酸中间体异构化生成二磷酸中间体异构化生成UDP-GlcNAcUDP-GlcNAc和焦和焦磷酸。另一种形式，磷酸。另一种形式，GlcNAcGlcNAc可以在激酶作用下，直接磷酸化生成可以在激酶作用下，直接磷酸化生成GlcNAc-6-PGlcNAc-6-P，再经变位酶作用生成，再经变位酶作用生成GlcNAc-1-PGlcNAc-1-P。这个和成途径可以。这个和成途径可以利用溶酶体降解下来的利用溶酶体降解下来的GlcNAcGlcNAc,进行有效补救合成。在整体动物中进行有效补救合成。在整体动物中GlcNGlcN被非常有效地用于肝脏糖蛋白的合成，说明直接磷酸化可能很被非常有效

16、地用于肝脏糖蛋白的合成，说明直接磷酸化可能很重要。但并不是所有的重要。但并不是所有的GlcNGlcN都是糖蛋白合成必须的都是糖蛋白合成必须的。N-N-乙酰葡萄糖胺：乙酰葡萄糖胺：第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢UDP-GalNAcUDP-GalNAc来源于两个途径。一个是来源于两个途径。一个是GalNAc-1-PGalNAc-1-P与与UTPUTP直接反应。直接反应。用特异的激酶生成用特异的激酶生成GalNAc-1-PGalNAc-1-P的反应可以用的反应可以用ATPATP，UDP-GalNAcUDP-GalNAc也可也可以由以由UDP-GlcNAcUDP-GlcNAc通过差向异构体生成。该

17、反应用的酶与催化通过差向异构体生成。该反应用的酶与催化UDP-UDP-GlcGlc转化成转化成UDP-GalUDP-Gal的酶相同，都是的酶相同，都是NADNAD依赖性差向异构酶。依赖性差向异构酶。N-N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺:第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢是一组包括是一组包括3030多个多变体的母体化和物的总称。其修饰包括氧化、多个多变体的母体化和物的总称。其修饰包括氧化、单个或多乙酰化、硫酸化及甲基化。唾液酸作为一个活化的糖核单个或多乙酰化、硫酸化及甲基化。唾液酸作为一个活化的糖核苷酸可以生成糖基衍生物。此外，在唾液酸转移到接纳体之后，苷酸可以生成糖基衍生物。此外，在唾液酸转移到接

18、纳体之后，唾液酸所有其他的修饰反应都发生在高尔基体。唾液酸所有其他的修饰反应都发生在高尔基体。CMP-N-CMP-N-乙酰（或乙酰（或羟基）神经氨酸是直接供体。与其他活化糖的合成相比，它的生羟基）神经氨酸是直接供体。与其他活化糖的合成相比，它的生物合成途径更复杂。物合成途径更复杂。UDP-GlcNAcUDP-GlcNAc转变成转变成N-N-乙酰甘露糖胺，参与此乙酰甘露糖胺，参与此过程的是一个单个酶，此酶有两种催化活性。先是在过程的是一个单个酶，此酶有两种催化活性。先是在2-2-位上差向位上差向异构和切断异构和切断UDPUDP产生产生N-N-乙酰甘露糖胺。接下来，这个酶作为激酶乙酰甘露糖胺。接下

19、来，这个酶作为激酶利用利用ATPATP生成生成N-N-乙酰甘露糖胺乙酰甘露糖胺-6-6-磷酸。再下一步，这个化和物与磷酸。再下一步，这个化和物与磷酸烯醇式丙酮酸缩合生成磷酸烯醇式丙酮酸缩合生成N-N-乙酰神经氨酸。这些步骤在胞液中乙酰神经氨酸。这些步骤在胞液中进行，但最后一步发生在细胞核中，然后活化的前体转运到胞质进行，但最后一步发生在细胞核中，然后活化的前体转运到胞质中。中。唾液酸唾液酸:第第3章章 单单 糖糖 代代 谢谢3.5 3.5 核苷酸转运子核苷酸转运子在真核细胞中，能够将在胞液中合成的在真核细胞中，能够将在胞液中合成的糖核苷酸转运到亚细胞器的腔内，并从糖核苷酸转运到亚细胞器的腔内，并从亚细胞器中送出核苷二磷酸转化而生成亚细胞器中送出核苷二磷酸转化而生成的核苷一磷酸的蛋白载体的核苷一磷酸的蛋白载体核苷酸转运子核苷酸转运子:存在部位：大多数存在于高尔基体存在部位：大多数存在于高尔基体 部分存在于内质网部分存在于内质网 特点：特点：a a 转运不需要能量，不受离子载体的影响转运不需要能量，不受离子载体的影响 b b 受到核苷一磷酸和核苷二磷酸的竞争性抑制，单糖无抑制作用受到核苷一磷酸和核苷二磷酸的竞争性抑制，单糖无抑制作用