生物化学第八章糖代谢

,第八章糖代谢(saccharometabolism),糖是生物体内主要能源,生命过程消耗能量,第八章：糖代谢,1多糖和底聚糖的酶促降解2糖的分解代谢3糖的合成代谢,葡萄糖的主要代谢细胞定位,丙酮酸氧化三羧酸循环,磷酸戊糖途径糖酵解糖异生,动物细胞,植物细胞,葡萄糖的主要代谢途径,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乙醇,乙酰CoA,6-磷酸葡萄糖,磷酸戊糖途径,糖酵解,（有氧）,（无氧）,（有氧或无氧）,糖异生,第八章：糖代谢,1多糖和底聚糖的酶促降解2糖的分解代谢3糖的合成代谢,1多糖和低聚糖的酶促降解,淀粉的酶促水解水解淀粉的淀粉酶有与淀粉酶,二者只能水解淀粉中的-1,4糖苷键,水解产物为麦芽糖.,淀粉的酶促水解,淀粉酶：在淀粉分子内部任意水解-1.4糖苷键（内切酶）淀粉酶:从非还原端开始，水解.4糖苷键，依次水解下一个麦芽糖单位（外切酶）脱支酶（R酶）:水解淀粉酶和淀粉酶作用后留下的极限糊精中的1.6糖苷键。,淀粉酶的作用,糖原的酶促降解,糖原的酶促降解,磷酸解作用,糖原的降解需要4种酶的作用：糖原磷酸化酶（glycogenphosphorylase）糖原脱支酶(glycogendebranchingenzyme）磷酸葡萄糖变位酶(phosphoglucomutase)葡萄糖-6-磷酸酶（glucose-6-phosphatase）,2糖的分解代谢,主要有以下途径:(一)糖的无氧酵解(二)糖的有氧氧化(三)乙醛酸循环(四)戊糖磷酸途径,反应实质,个酶作用,途径具体过程,进程变化,学习途径时要重点注意噢！,提示,酵解过程要学好首条途径很重要总结经验找规律后边学习基础牢举一反三相比较触类旁通有参照事半功倍学的巧一路轻松兴趣高,温馨提示,加油！,糖酵解即糖的发酵分解，是葡萄糖经1，6-二磷酸果糖和3-磷酸甘油酸转变为丙酮酸，同时生成ATP的过程。是所有生物进行葡萄糖分解代谢所必经的公共通路定位于细胞胞质。又称EmbdenMeyerhofParnas途径,简称EMP途径(EMPpathway)。,(一)糖的无氧酵解（anaerobeicglycolysis）,1.糖酵解过程碳骨架的变化:一分子6碳的葡萄糖经历丙酮酸最后生成两分子3碳的乳酸.,(一)糖的无氧酵解（anaerobeicglycolysis）,(一)糖的无氧酵解,2.对于细菌的生醇发酵作用产生的酒精,其碳原子的变化情况如下：,(一)糖的无氧酵解,从能量角度看，糖酵解过程是一个放能的过程。:一方面从葡萄糖转变为乳酸是物质的分解过程，其中伴有自由能的释放。另一方面ADP和无机磷酸形成ATP，是吸收能量的过程。,糖酵解过程:10步反应葡萄糖丙酮酸乳酸能量转换发生在前10步.可划分为两个主要阶段：前五步为准备阶段，葡萄糖通过磷酸化、异构化裂解为三碳糖。每裂解一个已糖分子，共消耗2分子ATP。使己糖分子的1，6位磷酸化。最后形成一个共同的中间产物甘油醛-3-磷酸。后五步为产生ATP的贮能阶段。磷酸三碳糖转变成丙酮酸，每分子三碳糖产生2分子ATP。整个过程需要10种酶，这些酶都在细胞质中，所以，EMP途径的发生部位在细胞质中。,糖无氧酵解的实质在无氧条件分解:G丙酮酸2乳酸(放出能量),看一看总览图示P167,找一找,起始物和终产物ATP消耗和ATP生成碳链断裂和分子异构脱氢氧化和加氢还原,预热环节,标一标图中步号,欲速则不达,答一答图中要点?,耗能（底物磷酸化）放能或贮能（底物去磷酸化）催化磷酸化、去磷酸化酶的特点断裂反应，6C变两倍的3C（标记）脱氢反应、H的去向生醇发酵途径为什么分支,糖酵解,糖的无氧酵解,1,2,3,5,6,7,8,9,10,算算能量,4,4,1、葡萄糖的磷酸化,己糖激酶是能够在ATP和任何一种底物之间催化磷酸基团转移的一类酶。1、ATP必须与Mg2+形成Mg2+-ATP复合物。游离的ATP分子对己糖激酶反而有强的竞争性抑制作用。2、己糖激酶是一种调节酶。它受其催化的产物葡萄糖6-磷酸和ADP的变构抑制。,磷酸化（消耗ATP）,葡萄糖的磷酸化,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,己糖激酶,2.葡萄糖-6-磷酸异构化（G-6-PF-6-P）,酶：磷酸葡萄糖异构酶（phosphoglucoseisomerase）又称磷酸己糖异构每酶。G-6-P经烯醇式异构转变为果糖-6-磷酸（F-6-P）反应可逆。,2.异构化（G-6-PF-6-P）,2.葡萄糖-6-磷酸异构化（G-6-PF-6-P）,3、再磷酸化（消耗ATP）,二次磷酸化。形成果糖-1，6-二磷酸。该反应不可逆酶：称为磷酸果糖激酶（PFK），该酶需要Mg2+参加反应。ATP可降低该酶对果糖-6-磷酸的亲和力，但ATP对该酶的这种变构抑制效应可被AMP解除。因此ATP/AMP的比例关系对此有明显的调节作用。H+对酶活性也有很大影响。,3.再磷酸化（消耗ATP）,发生部位在几位?,4.裂解（6C3C）,4.裂解（6C3C）,唯一的裂解反应,5.异构化（二羟丙酮磷酸甘油醛-3-P）,5、异构化,磷酸二羟丙酮的出路,5.异构化,二羟丙酮磷酸必须转变为甘油醛-3-磷酸才能进入糖酵解途径。之后，甘油醛-3-磷酸等都是2倍的。酶：丙糖磷酸异构酶(0triosephosphateisomerase)至此完成第一阶段，消耗了2分子ATP（第1、3步）。,氧化脱氢，产生NADH+H+（磷酸化，使用无机磷酸）,6.氧化脱氢，产生NADH+H+（磷酸化，使用无机磷酸）,产生的NADH+H+的氢，条件不同，H的去向不同，走进的途径不同。,7、去磷酸化，产生ATP,终于见到了回报！,8、3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶（mutase）催化甘油酸-3-磷酸变位生成甘油酸-2-磷酸，反应可逆。需要一个重要的辅助因子：甘油酸-2,3-二磷酸,不论正反应还是逆反应，都必需先暂时形成甘油酸-2,3-二磷酸,然后才能生成终产物。,8、磷酸基变位（3位2位）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,9、2-磷酸甘油酸脱水烯醇化,9、2-磷酸甘油酸的脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶（enolase）这一步反应也可看作分子内氧化还原反应，分子内能量重新分布，又一次产生了高能磷酯键。反应可以被氟离子抑制，取代天然情况下酶分子上镁离子的位置，使酶失活。,10、磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生一个ATP分子,这是由葡萄糖形成丙酮酸的最后一步反应。催化此反应的酶称为丙酮酸激酶（Pyruvatekinase,PK）丙酮酸激酶的催化活性需要2价阳离子的参与，如镁离子和锰离子。PK是糖酵解途径重要的一个重要变构调节酶，ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸都对该酶有抑制作用。而果糖-1,6-二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用。,10、磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生一个ATP分子,10.再去磷酸化，产生ATP,10.再去磷酸化，产生ATP（中间有一步过渡反应）,自发,烯醇式不稳定！,11.丙酮酸还原成乳酸（NADH+H+是6步产生的）,因为无氧，2H只能交给丙酮酸,丙酮酸的羰基被还原，生成乳酸。,生醇发酵（酵母菌）,ATP产生底物水平磷酸化,酵解过程的能量计算,糖解酵的生理意义：缺氧时,糖氧化供能的重要补充途径特殊组织和细胞糖分解供能的唯一途径;中间产物为其他物质的合成提供碳架。糖解酵的调节P168：通过催化三步不可逆反应的酶的调控实现。,(二)糖的有氧氧化,在有氧条件下，葡萄糖的分解产生的丙酮酸继续进行有氧分解，最后形成二氧化碳和水。1.丙酮酸脱氢酶系2.三羧酸循环3.糖有氧分解中的能量变化4.三羧酸循环的生物学意义,糖的有氧氧化主要产能途径,(二)糖的有氧氧化,1.丙酮酸脱氢酶系2.三羧酸循环3.生物学意义,G,糖的有氧氧化,第一阶段G丙酮酸(同糖酵解)关键:酵解6步产生2NADH+H+(有氧能进入呼吸链，产生6ATP),分三个基本阶段,糖的有氧氧化,第二阶段丙酮酸脱氢酶系的作用丙酮酸脱氢酶系（三个酶）丙酮酸乙酰-COA,糖的有氧氧化,第三阶段三羧酸循环(TCAC)乙酰COATCAC(脱H)呼吸链CO2+H2O,1.丙酮酸氧化脱羧,此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系:丙酮酸脱羧酶E1二氢硫辛酸乙酰转移酶E2二氢硫辛酸脱氢酶E3），6种辅因子:（TTP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和Mg2+）。,第二阶段：丙酮酸脱氢酶系的作用实质：丙酮酸脱氢酶系（三个酶）丙酮酸乙酰-COA1.生成乙酰基（丙酮酸脱羧酶）2.转乙酰基，与COA-SH生成乙酰-COA（乙酰移换酶酶）3.硫辛酸复原（二氢硫辛酸脱氢酶）,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸脱氢酶系,催化丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤,反应历程可以分为4步：1、丙酮酸脱羧反应E1使丙酮酸的酮基的加成,挂在TPP上(羰基碳带正电性,TPP带有负离子)脱羧生成羟乙基-TPP,并将乙酰基转给E22、E2使乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰-CoA3、E3催化E2的氧化复原(还原型酶脱H氧化，形成氧化型的酶)而E3被还原打开二硫键,形成-SH,再将两个H交给E3自身的FADFADH24、还原型的E3再氧化复原:E3-FADH2把2H交给NAD+。,丙酮酸脱氢酶系,注意!,产生的乙酰-COA进入三羧酸循环产生的NADH+H+进入呼吸链产生能量。,2.三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle),P172(tricarboxylicacidcycleTCAC),有氧条件多次脱氢呼吸链配合ATP贮能。氧化彻底充分放能发生部位线粒体中,名称来历,2.三羧酸循环,多次脱氢(GTP生成),循环结局,TCAC名称的来历：首先草酰乙酸和乙酰CoA缩合成具有三个羧基的柠檬酸开始的一个循环故此得名（又称柠檬酸循环citriccycle？,找一找途径要点,起始物和起始产物脱氢和辅酶脱羧、底物磷酸化何物被消耗,预热环节,看看图纵览全貌P172,跟踪化学历程归纳反应类型感悟生命原理,三羧酸循环,三羧酸循环,1,2,3,4,5,6,7,8,TCAC,三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle),丙酮酸,乙酰辅酶A,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,黄素腺嘌呤二核苷酸,图中要点现场作答,起始物和起始产物？脱氢和辅酶脱羧部位底物水平磷酸化（能量物质）何物被消耗，何物没有变。,？,反应实质,个酶作用,途径具体过程,进程变化,学习途径时要重点注意噢！,提示,（1）草酰乙酸与乙酰辅酶A缩合成柠檬酸(citrate,CA),这是柠檬酸循环的起始步骤。第二阶段的产物含有两个碳原子的乙酰辅酶A由此进入柠檬酸循环接受进一步氧化。由酶是柠檬酸合成酶，它属于调控酶，是柠檬素循环中的限速酶。柠檬酸合成酶。它的活性受ATP、NADH、琥珀酰-CoA、脂酰-CoA等抑制。,(1)草酰乙酸与乙酰辅酶A成柠檬酸(citrate,CA)（加水缩合、2C+4C6C）*限速反应,草酰乙酸,柠檬酸合成酶,柠檬酸,乙酰辅酶A,(1)草酰乙酸与乙酰辅酶A成柠檬酸,(2)柠檬酸异构化形成异柠檬酸（i-CA）（脱水再加水，羟基移位）,柠檬酸通过失水形成顺-乌头酸，然后再加水到顺-乌头酸这一不饱和的中间产物上，把羟基从原来的位置转移到相邻的碳原子上从而形成异柠檬酸。都由顺乌头酸酶催化。,脱水再加水羟基移位,（2）柠檬酸异构化形成异柠檬酸（i-CA）,（3）异柠檬酸氧化形成-酮戊二酸（-KGA)（脱H氧化再脱羧，生成NADH+H+）,柠檬酸循环中4步氧化脱氢中的第一步。也是两次氧化脱羧中的第一个反应。由异柠檬酸脱氢酶（isocitratedehyclrogenase）催化它是变构调节酶。受ADP变构激活。该酶与异柠檬酸、镁离子、NAD+、ADP的结合有相互协同作用。,（3）异柠檬酸氧化与脱羧生成-酮戊二酸（脱H氧化再脱羧，生成NADH+H+）,（3）异柠檬酸氧化形成-酮戊二酸（-KGA),异柠檬酸脱氢酶,5.琥珀酰CoA转变为琥珀酸并产生一个高能磷酸键,（4）-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA,-酮戊二酸脱氢酶,琥珀酰-CoA,-酮戊二酸,（再氧化脱羧生成NADH+H+）,（4）-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA,由-酮戊二酸脱氢酶催化。该在结构、功能上都与催化丙酮酸氧化脱羧的丙酮酸脱氢酶系十分相似。包括三种酶：E1：-KGA脱氢酶E2：二氢硫辛酰转琥珀酰酶E3：二氢硫辛酸脱氢酶六种辅助因子:TPP、硫辛酸、NAD+、FADCoA、Mg2+,(4)-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA,(5)琥珀酰CoA转变为琥珀酸（硫激放能，产生GTP）,琥珀酰CoA中高能硫酯键水解，放出的能量直接产生的高能磷酸化合物GTP。催化反应的酶是琥珀酰-CoA合成酶（succinyl-CoAsynthase）或称琥珀酸硫激酶（succinicthiokinase）。是TCAC中唯一的底物水平磷酸化。其余的能量都是以还原型辅酶NADH或FADH2形式产生的，需要经呼吸链电子传递才能产生高能磷酸化合物。,(5)琥珀酰CoA转变为琥珀酸（硫激放能，产生GTP）,(6)琥珀酸脱氢生成延胡索酸,第三个氧化反应。由琥珀酸脱氢酶催化，以FAD为辅基。此酶位于线粒体内膜，与内膜结合，是线粒体内膜的一个重要组成部分；其余酶位于线粒体基质中。,(6)琥珀酸脱氢生成延胡索酸（再脱H氧化，生成FADH2）,(6)琥珀酸脱氢生成延胡索酸（再脱H氧化，生成FADH2）,(7)延胡索酸水合生成L-苹果酸,这是一个可逆反应，由延胡索酸酶或称延胡索酸水化酶（fumaratehydratase）催化。该酶具有立体异构专一性。,(7)延胡索酸水合生成L-苹果酸,(8)L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸,柠檬酸循环的最后一个步骤。这是再生成草酰乙酸反应，L-苹果酸的羟基氧化形成羰基。L-苹果酸脱氢酶（L-malatedehydrogenase）催化，它的辅酶是NAD+。,(8)L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸（再脱H氧化，生成NADH+H+）,(8)L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸,3.糖有氧氧化中能量计算：P174表TCAC:（3）（4）（8）步产生3NADH+H+，经呼吸链产生9ATP（5）产生GTP，可以生成1ATP，(6)产生FADH2，产生2ATP共12ATP,2倍的为24ATP。G2丙酮酸（同酵解）8ATP关键:步产生2NADH+H+产生6ATP（加上原来的2ATP）2丙酮酸2乙酰COA产生2NADH+H+产生6ATP合计：38ATP,4.三羧酸循环的生物学意义,（1）可使糖彻底氧化，释放大量能量，是动植物及微生物中普通的代谢途径。（2）不仅是糖，而且是脂，蛋白质等许多能与物质彻底氧化供能的必经之路。（3）产生的重要的中间产物为许多其他物质（脂、蛋白质等）的合成提供C架。（4）是联系各种物质代谢的重要的中间枢纽（通过共同的重要的中间产物联系起来）。柠檬酸循环具有分解代谢和合成代谢双重性或称两用性。,5.TCAC的调节P174下：主要是三个步骤的酶：（1）步的*柠檬酸合成酶是关键的限速酶，（3）步的异柠檬酸脱氢酶（4）步的a-酮戊二酸脱氢酶,6.两条途径的分支及区别表,比一比填一填,糖无氧酵解和有氧氧化的关系,(三)乙醛酸循环三羧酸循环支路,乙醛酸循环（glyoxylatecycle）途径经过一系列反应最终产生乙醛酸。只存在于植物、微生物体内。包括两种特殊的酶：异柠檬酸裂合酶（isocitratelyase）和苹果酸合酶(malatesynthase)使TCAC途径变短（支路）,乙醛酸循环(glyoxylatecycle)三羧酸循环支路,和TCAC比比看,原来它超了近道!,乙醛酸途径示意图,(三)乙醛酸循环,乙醛酸途径反应式:,乙醛酸循环尤其在植物种子萌发时将贮存的三酰甘油通过乙酰-CoA转变为葡萄糖。,乙醛酸途径的生理意义：是三羧酸循环的补充。植物，微生物利用此途径将脂肪代谢中产生的乙酰辅酶A转变成糖。（可将种子中储存的三酰甘油通过乙酰辅酶A转变成糖）。,(四)戊糖磷酸途径,戊糖磷酸途径（pentosephosphatepathway）又称戊糖支路、己糖单磷酸途径（hexosemonophosphatepathway）。及戊糖磷酸循环（pentosephosphatecycle）等。强调的是从磷酸化的六碳糖形成磷酸化的五碳糖。该途径广泛存在于动、植、微生物体内，是生物体葡萄糖代谢的另一条途径。,（四）戊糖磷酸(glyoxylatecycle)途径是糖代谢中第二重要的途径（循环反应），在细胞质溶胶内进行。1.核心反应（反应实质）：G-6-P+2NADP+H2O核糖-5-P+2NADPH+2H+CO22.实质：1从一个G-6-P开始，每循环一次有两次脱氢，一次脱羧,相当于消耗一分子G-6-P。2结果是生成了一分子的5-P-核糖和2分子的还原性的辅酶。特点：脱氢酶的辅酶NADP+（产生NADPH+H+）,戊糖磷酸(glyoxylatecycle)途径（1）,戊糖磷酸途径的两个阶段,2、非氧化分子重排阶段6核酮糖-5-P5果糖-6-P5葡萄糖-6-P,1、氧化脱羧阶段6G-6-P6葡萄糖酸-6-P6核酮糖-P6NADP+6NADPH+6H+6NADP+6NADPH+6H+,6CO2,6H2O,总反应式,戊糖磷酸途径,戊糖磷酸途径的氧化脱羧阶段,NADPH+H+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,CO2,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,戊糖磷酸途径的非氧化分子重排阶段,戊糖磷酸途径的总反应式,磷酸戊糖途径的生理意义产生大量NADPH,主要用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力产生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物与光合作用联系，实现某些单糖间的转变,6G-6-P+12NADP+7H2O5G-6-P+6CO2+12NADPH+12H+,3.戊糖-P途径的生理意义：（1）是细胞产生NADPH+H+（还原性的辅酶）的途径。它在生物合成中起到氢供体的作用（在脂肪酸、胆固醇的合成中以及光合作用中充当氢供体），用以维持谷光甘肽的还原状态，缺乏还原性辅酶细胞容易出血，易患贫血）；（2）产生的核糖-5-P为核酸的合成提供了原料，还能够产生很多3C,4C,5C,6C化合物，是细胞内不同结构糖分子的重要来源。,3糖的合成代谢,(一)蔗糖（saccharose）的合成(二)淀粉（starch）的合成(三)糖原（glycogen）的合成(四)糖原的异生作用,(一)蔗糖的合成,蔗糖合成在高等植物中合成主要有两种途径：,(一)蔗糖的合成,蔗糖合成在高等植物中合成主要有两种途径：,UDPG的结构,(二)淀粉(starch)的合成,1、淀粉的结构特点2、直链淀粉合成淀粉合成酶催化，形成-1.4糖苷键需引物（Gn）、G载体ADP3、支链淀粉合成淀粉合成酶催化，形成-1.4糖苷键Q酶催化分支:既能催化-1.4糖苷键的断裂，又能催化-1、6糖苷键的形成淀粉合成需要引物:可以是麦芽糖，麦芽三糖，麦芽四糖甚至一个淀粉分子,作为合成的基础。,