第四章糖类与糖类代谢PPT学习教案

1、会计学1第四章糖类与糖类代谢第四章糖类与糖类代谢l2.己糖（hexose）l最普遍存在的两种己糖是葡萄糖和果糖。它们在溶液中的主要形式并不是开链式结构，而是环式结构。l葡萄糖中的C-1的醛基与C-5的羟基反应，形成分子内的半缩醛，形成的糖环称为吡喃糖，因为它与吡喃相似。l果糖分子上的C-2酮基与C-5羟基反应，形成分子内的半缩酮，形成的糖环称为呋喃糖，因为它与呋喃相似。第1页/共97页l葡萄糖环化时产生出另一个不对称中心，即C-1，它是开链式中的羰基碳原子，在环式中变成了一个不对称中心，可以形成两种环式结构：一种是-D-吡喃葡萄糖，表示C-1上羰基是在环平面的下边；另一种是-D-吡喃葡萄糖第2

2、页/共97页l3.庚糖（heptose）l庚糖虽然在自然界中分布较少，但在高等植物中存在。最重要的有D-景天庚酮糖和D-甘露庚酮糖。 第3页/共97页l双糖(disaccharides)是由两个相同或不同的单糖分子缩合而成。生物体中的双糖有多种，最普遍存在的有蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖等。l1.蔗糖：葡萄糖残基和果糖残基通过-1，2-糖苷键连接，所以，蔗糖没有还原性的末端基团，是一种非还原性糖。结构l2.麦芽糖： 麦芽糖是淀粉水解的产物，它是由两分子葡萄糖通过-l，4-糖苷键连接的二糖。麦芽糖还保留一个游离的半缩醛羟基，所以是一种还原糖。第4页/共97页l3. 乳糖（Lactose）l通过-

3、1，4-糖苷键连接，乳糖也具有还原性。 l4.纤维二糖l纤维素经小心水解可以得到纤维二糖，通过-1，4-糖苷键连接，具有还原性。第5页/共97页l多糖也称聚糖第6页/共97页l l直链淀粉溶于热水，以碘液处理产生蓝色。它是由-葡萄糖通过-1，4-糖苷键连接组成的，当被淀粉酶水解时，产生大量的麦芽糖，l支链淀粉分子量较大，在支链淀粉分子中除有-1，4-糖苷键外，还有-1，6-糖苷键。支链淀粉与碘反应呈紫色或红紫色。l第7页/共97页l(二) 糖原（glycogen）l它的结构类似于淀粉，分支程度更高，大约每10个-1，4-糖苷键就有一个-1，6-糖苷键，糖原大量存在于肌肉和肝脏中。l(三) 纤维

4、素(cellulose)l葡萄糖通过-l，4-糖苷键连接组成的不分支的葡聚糖。l纤维素的基本结构单位是纤维二糖第8页/共97页l糖蛋白 是多糖以共价键形式与蛋白质连接形成的生物大分子。l糖链具有多样性和复杂性 糖蛋白中的寡糖链，序列多变，结构信息丰富，甚至超过核酸和蛋白质。第9页/共97页糖蛋白功能 糖蛋白中的寡糖链在细胞识别包括细胞粘着、淋巴细胞归巢和精卵识别等生物学重要作用。 第10页/共97页w 二糖在酶作用下，能水解成单糖。主要的二糖酶为蔗糖酶、半乳糖酶和麦芽糖酶。这三种酶广泛存在于人及动物的小肠液和微生物中。w （一） 蔗糖的水解w 庶糖的水解主要通过蔗糖酶（也称转化酶）作用，蔗糖酶

5、在动植物和微生物体内广泛存在。蔗糖水解后产生一分子葡萄糖和一分子果糖。w 第11页/共97页w （二） 麦芽糖的水解w 麦芽糖酶催化麦芽糖水解产生葡萄糖。每分子麦芽糖水解产生2分子葡萄糖。另外，植物中还存在-葡萄糖苷酶，此酶也可催化麦芽糖的水解，在含淀粉种子萌发时最丰富。第12页/共97页w 能够水解淀粉的酶称为淀粉水解酶l淀粉可以通过两种不同的过程降解成葡萄糖。一个过程是水解生成葡萄糖，另一个过程为磷酸解过程。第13页/共97页l（一） 淀粉的水解l参与淀粉水解的酶主要有以下几种：l l（1）-淀粉酶（2）-淀粉酶 第14页/共97页l2.R-酶l即-1，6-糖苷酶，又称脱支酶，它可作用于淀

6、粉的-1，6-糖苷键，但它不能水解支链淀粉内部的分支，只能水解支链淀粉的外围分支。所以，支链淀粉的完全降解需要有-淀粉酶、-淀粉酶和R-酶的共同作用。l，-淀粉酶与R-酶协同作用，最终可将支链淀粉水解为葡萄糖和麦芽糖。麦芽糖在植物体内难以直接利用，必须由麦芽糖酶水解为葡萄糖，才能参与糖代谢。植物体内的麦芽糖酶通常与淀粉酶同时存在并配合作用，故麦芽糖很少积累。第15页/共97页l（二） 淀粉的磷酸解l淀粉除了可以被水解外，也可以被磷酸解（phol可作用于淀粉的-1，4-糖苷键，从非还原端依次进行磷酸解，每次释放1分子1-磷酸葡萄糖。磷酸化酶可以彻底降解直链淀粉，但降解支链 淀粉时，只能降解至距分

7、支点（-1，6-糖苷键）4个葡萄糖基为止。支链淀粉的完全降解还需要有其他酶的作用。第16页/共97页l转移酶的主要作用是将连接于分支点上4个葡萄糖基的葡聚三糖转移至同一分支点的另一葡四糖链末端，使分支点仅留下1个-1，6-糖苷键连接的葡萄糖基。l脱支酶（即-1，6-糖苷酶）再将这个葡萄糖基水解，使支链淀粉的分支结构转变成直链结构。磷酸化酶再进一步将其降解为1-磷酸葡萄糖。l磷酸化酶、转移酶和脱支酶的协同作用，将支链淀粉（或糖原）彻底降解为1-磷酸葡萄糖第17页/共97页第18页/共97页l综上，淀粉彻底水解产物是葡萄糖，淀粉磷酸解终产物是1-磷酸葡萄糖（不必再消耗能量便可参与糖代谢）第19页/

8、共97页w 纤维素是由-D-葡萄糖通过-1, 4-糖苷键连接而成的长链大分子。纤维素酶能特异性地水解-1, 4-糖苷键，最终将纤维素水解成葡萄糖。w 人和动物的消化系统中不能分泌出纤维素酶，所以不能直接利用纤维素作为食物。第20页/共97页l生物体中糖的氧化分解主要有三条途径：l（1）无氧氧化（糖酵解）（2）有氧氧化（3）磷酸戊糖途径l糖酵解：指把葡萄糖转变为丙酮酸同时产生ATP的一系列反应。糖酵解是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径。第21页/共97页糖酵解部位:细胞溶质糖酵解过程:从葡萄糖开始, 经二个阶段10步反应，最后生成丙酮酸并形成二分子ATP。第一阶段：磷酸三碳糖的生成第二阶段：

9、丙酮酸的生成第22页/共97页6-磷酸葡萄糖葡萄糖果糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油酸磷酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸糖原1-磷酸葡萄糖第23页/共97页第24页/共97页第25页/共97页w 葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式：w （1）直接产生ATPw （2）生成高能分子NADH或FADH2，后者在线粒体呼吸链氧化并产生ATP第26页/共97页l糖酵解途径有两方面的作用：l（1）使葡萄糖降解产生ATP l（2）为合成反应提供原料。l在糖酵解途径中由己糖激酶，6-磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶这三个酶均有调节糖酵解途径的作用。第2

10、7页/共97页l但在不同生物体中丙酮酸的去路有所不同。l在有氧条件下丙酮酸进入TCAl在无氧条件下丙酮酸主要有以下去路：l丙酮酸形成乳酸l丙酮酸形成乙醇第28页/共97页l概念:指在有氧条件下，丙酮酸进行氧化脱羧，形成乙酰辅酶A，然后乙酰辅酶A通过柠檬酸循环被完全氧化为CO2,这一途径称为柠檬酸循环（citric acid cycle）,又称三羧酸循环（TCA循环)或Krebs循环l场所:线粒体l发现:柠檬酸循环是燃料分子（氨基酸、脂肪酸和碳水化合物）的最后的共同途径第29页/共97页l在无氧条件下:葡萄糖经分解代谢形成丙酮酸或无氧发酵形成乳酸或乙醇，释放有限能量；l在有氧条件下:葡萄糖分解代

11、谢并不停止在丙酮酸，而是继续进行有氧分解，最后形成CO2和H2O，同时释放出更多能量。它所经历的途径分为两个阶段，分别为柠檬酸循环和氧化磷酸化。l只是从丙酮酸生成后，无氧酵解与有氧氧化才开始进入不同途径。第30页/共97页l为丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段l催化此反应的酶是丙酮酸脱氢酶复合物，该酶复合物存在于线粒体衬质上，它催化丙酮酸的氧化脱羧反应，并生成乙酰辅酶A。此作用将糖酵解和柠檬酸循环连接起来。l丙酮酸 + NAD+ + CoA 乙酰CoA + CO2 + NADH + H+l当NADH通过线粒体中的电子传递链把电子传递给O2时，NAD+就再生出来，可供此反应和3-磷酸甘油醛的氧化反应

12、所用。一. 由丙酮酸形成乙酰辅酶A 第31页/共97页 丙酮酸脱氢酶复合物:是一个非常大的多酶复合物，包括三种酶、五种辅助因子 三种酶:l丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸转乙酰酶和二氢硫辛酸脱氢酶l五种辅助因子： Sl硫胺素焦磷酸（TPP）、硫辛酸L S 、辅酶A，FAD和NAD+，还有Mg2+。l由丙酮酸生成乙酰辅酶A的反应如下：一. 由丙酮酸形成乙酰辅酶A第32页/共97页lTPP结合，从而发生脱羧。 A 第33页/共97页A 第34页/共97页一. 由丙酮酸形成乙酰辅酶A 第35页/共97页一. 由丙酮酸形成乙酰辅酶A 第36页/共97页第37页/共97页第38页/共97页第39页/共97页第4

13、0页/共97页第41页/共97页第42页/共97页第43页/共97页第44页/共97页第45页/共97页第46页/共97页第47页/共97页l每一次循环共有4次氧化反应。参加这4次氧化反应的有3个NAD+分子和1个FAD分子；同时有4对氢原子离开循环，形成3个NADH和1个FADH2分子。每一次循环以GTP的形式产生一个高能键，并消耗两个水分子。在柠檬酸循环中虽然没有氧分子直接参加反应,但是柠檬酸循环只能在有氧条件下进行。因为柠檬酸循环所产生的3个NADH和一个FADH2分子只能通过电子传递链和氧分子才能够再被氧化。第48页/共97页l柠檬酸循环共有4个脱氢步骤，其中有3对电子经NADHATP

14、ATP分子，一对电子经FADH2ATP分子，通过柠檬酸循环本身，只产生一个ATP（GTP）分子。因此，根据化学计算每循环一次最终可以形成7.5+1.5+1=10个ATP分子。这个数值比以往的计算少了两个ATP分子（以往是9+2+1=12个ATP分子）。 第49页/共97页第50页/共97页l各种生物，包括动物、植物、微生物都普l遍存在柠檬酸循环途径，所以具有普遍的l生物学意义。l（1）柠檬酸循环是机体利用糖或其他物l质氧化而获得能量的最有效方式。糖经此l途径氧化产生的能量最多。每分子葡萄糖l经有氧氧化生成H2O和CO2时，可净生成l分子ATP。四.柠檬酸循环的生物学意义 第51页/共97页l（

15、2）柠檬酸循环的中间产物是合成其他化合物的前体来源。柠檬酸循环可供应多种化合物的碳骨架，以供细胞生物合成之用。例如，-酮戊二酸可作为碳架去合成谷氨酸和其他一些氨基酸；又如草酰乙酸可作为碳架去合成天冬氨酸，天冬氨酸又可转变成其他一些氨基酸；此外，卟啉中的大部分碳原子来自于琥珀酰CoA，而卟啉是叶绿素和血红素的组成部分。 四.柠檬酸循环的生物学意义 第52页/共97页四.柠檬酸循环的生物学意义 第53页/共97页l回补反应：l丙酮酸的羧化 该反应是线粒体中的丙l酮酸羧化酶催化的，需要生物素做辅基。四.柠檬酸循环的生物学意义 第54页/共97页l回补反应：四.柠檬酸循环的生物学意义 第55页/共97

16、页l回补反应：四.柠檬酸循环的生物学意义 第56页/共97页l回补反应：l氨基酸形成草酰乙酸 谷氨酸和天冬氨酸经过转氨基作用，可形成-酮戊二酸和草酰乙酸。四.柠檬酸循环的生物学意义 第57页/共97页l（3）柠檬酸循环是糖类、脂类、蛋白质三大物质转化的枢纽。柠檬酸循环的中间产物可作为碳架形成相应的氨基酸，如前面提到的谷氨酸和天冬氨酸。另一方面，蛋白质水解的产物氨基酸，如谷氨酸、天冬氨酸脱氨后或转氨后的碳架也要通过柠檬酸循环而彻底氧化。脂肪分解后的产物脂肪酸经-氧化后生成乙酰CoA，也要经过柠檬酸循环而彻底氧化。所以，通过柠檬酸循环将三大类物质的代谢联系起来。四.柠檬酸循环的生物学意义 第58页

17、/共97页l柠檬酸循环的速率受到精确的调控以适应细胞对ATP的需要量。在整个循环过程中有三个控制部位:l（1）柠檬酸合成酶催化的由乙酰CoA和草酰乙 酸生成柠檬酸的反应。l（2）异柠檬酸脱氢酶催化的反应l（3）-酮戊二酸脱氢酶催化的放映l总之，当细胞中ATP含量高时，二碳片段进入柠檬酸循环的速率以及循环的速率都减慢了。 第59页/共97页 糖的无氧酵解及有氧氧化过程是生物体内糖分解代谢的主要途径，但在生物体中还有糖的另一氧化 途 径 ， 称 为 磷 酸 戊 糖 途 径 （ p e n t o s e phosphate pathway）。 糖的无氧酵解和有氧氧化主要是产生ATP，而磷酸戊糖途径

18、主要是产生还原能力。 当有机体变得复杂时，除了需要糖酵解的中间物供生物合成外，还需要某种还原剂，因为在糖酵解中产生的还原剂NADH又可在另一反应中被消耗，故需要另外的还原剂来源，而磷酸戊糖能够产生还原剂NADPH供合成之用。第60页/共97页 在大多数生化反应中，NADPH和NADH之间有根本的区别，NADH被呼吸链氧化以产生ATP，而NADPH则是在还原性的生物合成中作为氢和电子的供体。细胞易于利用的还原能力的通货是NADPH。另外，这一途径也能产生其他多种中间产物，与分解代谢及合成代谢均有密切联系。 NADH： 被呼吸链氧化以产生ATP NADPH：在还原性的生物合成中作为氢和电子的 供体（还原能力的通货）第61页/共97页l磷酸戊糖途径在细胞溶质中进行第62页/共97页第63页/共97页第64页/共97页第65页/共97页第66页/共97页第67页/共97页第68页/共97页第69页/共97页第70页/共97页第