糖代谢 ppt课件

目 录 第第 六六 章章 糖代谢 Metabolism of Carbohydrates 目 录 n糖的化学(简介) n多糖和低聚糖的酶促降解 n糖的无氧分解 n糖的有氧氧化 n戊糖磷酸途径 n糖的合成代谢 葡萄糖(glucose) 已醛糖 果糖(fructose) 已酮糖 1. 单糖 ： 不能再水解的糖。 半乳糖(galactose) 已醛糖 核糖(ribose) 戊醛糖 目 录 2. 寡糖 常见的二糖 麦芽糖 (maltose): 葡萄糖葡萄糖 蔗 糖 (sucrose): 葡萄糖果糖 乳 糖 (lactose): 葡萄糖半乳糖 能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合 的糖苷键相连。 目 录 3. 多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。 常见的多糖 淀 粉 (starch) 糖 原 (glycogen) 纤维素 (cellulose) 均是由G构成的同多糖， 只是糖苷键的类型不同 其它同多糖：菊粉，壳多糖（几丁质），葡聚糖 淀粉 是植物中养分的储存形式（根、茎），贮存多糖 淀粉 颗粒 -1,6-糖苷键 -1,4-糖苷键 糖原：是动物体内葡萄糖的储存形式(肝脏、肌肉），又称动物淀粉 糖原颗粒：糖原（12万个G）、调节蛋白、 催化糖原合成与降解的酶 多分支结构 710%12% 肌糖原为了肌肉收缩提供能源，肝糖原是为了维持血糖平衡。均以颗粒状存在于细胞溶胶中。 非还原端（1个） 还原端（多个） 纤维素：植物中的结构多糖，人体因无-糖苷酶而不能 利用。有刺激肠蠕动等作用。 -1,4-糖苷键 （三）糖的生理功能 1. 氧化供能_主要功能 3. 作为机体组织细胞的组成成分：糖蛋白、蛋白聚糖、 糖脂、糖磷酸衍生物（形成重要的生物活性物质如 ATP、NAD、FAD）等。 2. 为体内合成其他物质提供碳源：氨基酸、脂肪、胆固醇 、核苷等。 目 录 1 多糖和低聚糖的酶促降解 淀粉的酶促水解 淀粉的磷酸解 *糖原的降解 是淀粉内切酶，作用于淀粉分子内部的任意的-1，4 糖苷键。 极限糊精是指淀粉酶不能再分解的支链淀粉残基。 -极限糊精是指含-1，6糖苷键由3个以上葡萄糖基构成的极限糊精。 一、淀粉的酶促水解 1.-淀粉酶 直链淀粉 葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+低聚糖的混合物 支链淀粉 葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+ -极限糊精 （唾液-淀粉酶、胰液-淀粉酶） 2. -淀粉酶 是淀粉外切酶，水解-1，4糖苷键，从淀粉分子外即非还原端 开始，每间隔一个糖苷键进行水解，每次水解出一个麦芽糖分子。 直链淀粉 麦芽糖 支链淀粉 麦芽糖+-极限糊精 -极限糊精是指-淀粉酶作用到离分支点2-3个葡萄糖基为止的剩 余部分。 -淀粉酶及-淀粉酶水解支链淀粉的示意图 -淀粉酶 -淀粉酶 、淀粉酶降解的终产物主要是麦芽糖和极限糊精 -淀粉酶-淀粉酶 动动物、植物、微生物 淀粉内切酶 不耐酸，pH3时失活 耐高温，70C时15分钟仍保持活性 广泛分布于动植物和微生物中 水解产物主要为麦芽糖和-极限糊精 植物（种子） 淀粉外切酶 耐酸，pH3时仍保持活性 不耐高温，70C15分钟失活 主要存在植物体中 麦芽糖和 -极限糊精 两种淀粉酶性质的比较 3. R-酶(脱支酶） 水解-1，6糖苷键，是将及-淀粉酶作用支链淀粉最后留下的极限糊精 的分支点水解，产生短的只含-1，4-糖苷键的糊精，使之可进一步被淀粉酶 降解。 不能直接水解支链淀粉内部的-1，6糖苷键。 4. 麦芽糖酶 催化麦芽糖水解为葡萄糖，是淀粉水解的最后一步。 u淀粉的彻底水解需要上述四种水解酶的共同作用，其最终产物是葡萄糖。 二、淀粉的磷酸解 淀粉磷酸化酶（starch phosphorylase）催化淀粉非还原末端的葡萄糖残 基转移给P，生成G-1-P，同时产生一个新的非还原末端，重复上述过程。 直链淀粉 G-1-P 支链淀粉 G-1-P + 极限糊精 磷酸化酶不能将支链淀粉完全降解，只能降解到距分支点4个葡萄 糖残基为止，留下一个大而有分支的多糖链，称为极限糊精。 糖原降解主要有糖原磷酸化酶 和糖原脱支酶催化进行。 1.糖原磷酸化酶从非还原端催化-1,4糖 苷键的磷酸解。将处于末端的G残基一 个一个地移去。到分枝前4个G时，淀粉 磷酸化酶停止降解；糖原的继续分解需 要糖原脱支酶的参与。 2.由脱支酶（转移酶）切下前3个G，转 移到另一个链上； 3.脱支酶水解-1，6糖苷键形成直链淀 粉。脱下的是一个游离葡萄糖； 4.最后由磷酸化酶降解形成G-1-P。 三、 糖原的降解 产物为：G1P (90%) 糖原脱支酶：是一种双重功能酶（组成酶的多 肽链上有两个起不同催化作用的活性部位）： 具有转移酶并水解-1,6糖苷键的功能。 G(10%) 注意：淀粉或糖原磷酸解的产物多是G-1-P，在异构酶 的作用下，不需要耗能就能转变为G-6-P，进入糖酵解 （EMP）途径。 G-1-PG-6-P 葡糖磷酸变位酶 目 录 糖代谢的概况 磷酸戊糖途径 核糖 + NADPH+H+ 糖原 糖原分解 淀粉 消化与吸收 葡萄糖 酵解途径 丙酮酸 有氧 无氧 H2O及CO2 乳酸 ATP 乙醇 糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油 糖原合成 掌握各代谢的亚细胞部位、反应过程、限速酶、特点及生理意义，以及调节方式 葡萄糖分解的三条主要途径 n无氧： G 丙酮酸 乳酸 （或乙醇）+ 少量ATP n有氧： G 丙酮酸 CO2 + H2O+ 大量ATP n磷酸戊糖途径： G CO2 + NADPH EMP EMP TCA 目 录 2 糖的无氧分解 （糖酵解） Glycolysis 酵解研究简史 1875年L. Paster 发现葡萄糖在无氧条件下被酵母菌分解生成乙醇。 1897年Buchner发现，发酵作用在不含细胞的提取液中也能进行。 1905年Arthur Harden, Willian Young分离得到中间物果糖-1,6-二磷 酸等，说明葡萄糖生成乙醇的过程，中间经历了磷酸酯阶段。 Embodan G, Meyerhof O发现肌肉中也存在着与酵母发酵十分类似 的不需氧的分解葡萄糖并产生能量代谢的过程，并研究清楚过程的关 键中间物。 为纪念Embodan G, Meyerhof O，Parnas等许多人对对阐述酵解过 程的卓越贡献，从葡萄糖开始产生丙酮酸的过程被称为EMP途径。 目 录 一、糖酵解的反应过程 葡萄糖 酵解途径 丙酮酸 无氧 乳酸 乙醇 (肌肉酵解) (生醇发酵) *糖酵解(glycolysis) 过程：1分子葡萄糖在细胞质中降解 产生2分子丙酮酸的过程。在不需氧情况下，进一步生成 乳酸或发酵成乙醇和CO2，并释放少量能量。 目 录 （1）葡萄糖磷酸化为葡萄糖-6-磷酸* ATP ADP Mg2+ 己糖激酶 葡萄糖 G 葡萄糖-6-磷酸 G-6-P 1. 1. 第一阶段第一阶段（5steps） 第一步不可逆 需ATP供能 为糖酵解的第一个限速步骤 己糖激酶是别构酶，G-6-P是别构抑制剂 EC2 * 糖酵解过程分为两个阶段 （共10步反应） 已糖激酶 （hexokinase） 葡萄糖激酶 （glucokinase） 广泛存在于动动物、植物、微生物 可以G、F、甘露糖为为底物 当G水平低时时，负责负责 G的磷酸化 主要在肌肉酵解中起作用 是别别构酶 存在于肝脏细脏细 胞，专专一性强。 仅仅以D-葡萄糖为为底物 当G水平很高时时，催化G生成G-6-P，并以糖 原的形式贮贮存于肝中。 是诱导诱导 酶*，在肝中的含量由胰岛岛素调节调节 n激酶（kinase）：能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用，转移磷 酸基团的一类酶。激酶都需离子Mg2+作为辅助因子。 两种激酶的区别 n葡萄糖磷酸化对细胞有重要意义！P317 nAdvantages: nActive glucose, primer reactions. nPhosphorylation keeps the substrate in the cell. nKeeps the intracellular concentration of glucose low, favoring diffusion of glucose into the cell. 目 录 （2）葡萄糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸 己糖磷酸异构酶 葡萄糖-6-磷酸 G-6-P 果糖-6-磷酸 F-6-P 同分异构反应，醛糖酮糖 异构化反应需以开环形式进行 目 录 （3）果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸* ATP ADP Mg2+ 果糖磷酸激酶-1 果糖- 6-磷酸 F-6-P 果糖-1,6-二磷酸 F-1,6- BP 第二步不可逆 需ATP供能 第二个限速步骤 PFK系别构酶，是控制糖酵解最关键的酶!！ （PFK-1） G= 14.2 kJ/mol 目 录 果糖-1,6-二磷酸 醛缩酶 二羟丙酮磷酸 甘油醛-3-磷酸 + （4）六碳糖裂解 F-1,6- BP G= +23.9 kJ/mol (实测红细胞中为-0.23 kJ/mol) EC4 目 录 （5） 丙糖磷酸的同分异构化 丙糖磷酸异构酶 甘油醛-3-磷酸 二羟丙酮磷酸 n以下可看作 2 分子甘油醛-3-磷酸反应。 G= 7.7 kJ/mol 目 录 葡糖磷酸 变位酶 淀粉或糖原G-1-P G-6-P 磷酸化酶 *从葡萄糖开始酵解形成甘油醛-3-磷酸 经历了5步反应， 其中有2步不可逆反应，消耗了2个ATP。 *若从淀粉或糖原开始形成甘油醛-3-磷酸 经历了6步反 应 ，只有1步不可逆反应，消耗了1个ATP。 第一阶段是一个耗能的阶段！ 先投入才有回报 目 录 （6）甘油醛-3-磷酸氧化为甘油酸- 1,3-二磷酸* Pi、NAD+ NADH+H+ 甘油醛-3-磷酸脱氢酶 甘油醛-3-磷酸 甘油酸-1,3-二磷酸 2. 第二阶段（放能阶段5steps ） 糖酵解中唯一的氧化脱氢反应 甘油酸-1,3-二磷酸是高能化合物 整个反应稍吸能，但为下一步放能反应促进 重金属、碘乙酸可强烈抑制此酶活性（-SH） H G= +6.3 kJ/mol 3H 3H32P 32P 目 录 （7 7）甘油酸）甘油酸-1,3-1,3-二磷酸转变成甘油酸二磷酸转变成甘油酸- 3- 3-磷酸磷酸* * ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 第一次底物水平磷酸化反应！ 甘油酸- 1,3-二 磷酸 甘油酸-3-磷酸 Mg2+ (This enzyme was named for the reverse reaction) G= 18.83 kJ/mol 目 录 砷酸盐（AsO43-）是解偶联剂， 因为它破坏甘油酸-1，3-二磷酸的形成 目 录 (8)甘油酸-3-磷酸转变为甘油酸-2-磷酸 磷酸甘油酸 变位酶 甘油酸-3-磷酸 甘油酸-2-磷酸 G= 4.4 kJ/mol 目 录 (9)甘油酸-2-磷酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 甘油酸-2-磷酸 + H2O 磷酸烯醇式丙酮酸 PEP PEP 是不稳定的高能化合物 烯醇化酶 Mg 2+ 氟化物是该酶强烈抑制剂：与镁结合 G= +1.8 kJ/mol H 目 录 ADP ATP K+ Mg2+ 丙酮酸激酶 (10) 磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 (烯醇式) 第三步不可逆反应 第二次底物水平磷酸化 H G= -31.38 kJ/mol 目 录 烯醇式丙酮酸转变成酮式丙酮酸 丙酮酸 (烯醇式) 丙酮酸 (酮式) 不需要酶的催化 H pH 7 目 录 二、G丙酮酸产能的方式和数量 葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+ +2H2O 糖酵解过程中ATP的消耗和产生 反应ATP GG-6-P F-6-PF-1,6-BP 甘油酸-1,3-二磷酸甘油酸-3-磷酸 PEP丙酮酸 总计 -1 -1 +12 +12 +2 产能方式：产能方式：底物水平磷酸化底物水平磷酸化 注：糖原的一个糖单位注：糖原的一个糖单位 3ATP3ATP 目 录 三、丙酮酸无氧条件下的去路 酵解是多数生物分解代谢的共同中心途径，但在不同生物中丙酮 酸的去路有所不同。 生成乳酸：如某些厌氧乳酸菌、肌肉剧烈运动时或呼吸、循环系统 机能障引起的供氧不足。 生醇发酵：无氧条件下，在酵母菌或其它微生物中，丙酮酸脱羧、 还原生成乙醇。 注:有氧条件下进入三羧酸循环：最终氧化为CO2和H2O。（第三节 有氧氧化中详述） 目 录 乳酸的生成 乳酸脱氢酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 乳酸 丙酮酸 唯一的还原反应 NADH+H+ 可来自于（6）甘油醛-3-磷酸脱氢 意义：NAD+的再生 Lactic acid Fermentation(肌肉酵解) 目 录 In anaerobic yeast, pyruvateethanol Pyruvate is decarboxylated. Acetaldehyde 乙醛醛 is reduced. 丙酮酸脱羧酶 乙醇脱氢酶 生醇发酵 目 录 糖酵解小结 （1） 反应部位：细胞质 （2） 糖酵解是一个不需氧的产能（少）过程 （3）反应全过程C6C3糖+C3 糖2C3酸（分解不完全）；中间产物 均带磷酸基团；有三步不可逆的反应 G G-6-P ATP ADP 己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-BP 果糖激酶磷酸-1 ADP ATP PEP 丙酮酸 丙酮酸激酶 目 录 *糖酵解的生理意义 1. 机体在缺氧或不需氧情况下获取能量的有效方式。（肌肉剧烈肌肉剧烈 运动时或呼吸、循环系统机能障引起的供氧不足，厌氧乳酸菌）运动时或呼吸、循环系统机能障引起的供氧不足，厌氧乳酸菌） 2. 某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。 无线粒体的细胞，如：红细胞 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞 四、糖酵解的调节 调节酶 己糖激酶 果糖磷酸激酶-1* 丙酮酸激酶 调节方式 别构调节 共价修饰调节 （一） 果糖磷酸激酶-1(PFK-1) * * 别构调节 别构