中国农业大学基础生物化学第9章糖代谢

1、第9章 糖类代谢主要内容和要求： 建立起物质代谢和能量代谢的整体概念，进而讨论糖的分解与合成。重点掌握以葡萄糖为代表的单糖的分解与合成的主要途径。返回思考1教学ppt目 录第一节 新陈代谢概述第二节 生物体内的主要糖类及其功能第三节双糖和多糖的酶促降解第四节单糖的分解代谢第五节糖的生物合成2教学ppt新陈代谢的概念和特点 新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应

2、，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用（dissimilation ），通过上述过程不断地进行自我更新。 特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行3教学ppt新陈代谢的概念及内涵 小分子 大分子合成代谢（同化作用） 需要能量 释放能量分解代谢（异化作用） 大分子 小分子物质代谢能量代谢新陈代谢4教学ppt5教学ppt第二节 生物体内的主要糖类及生物功能1、单糖的链状结构和环状结构2、重要的单糖及衍生物3、重要的寡糖4、重要的多糖5、复合糖5、糖类的生物学作用6教学pptD系醛糖的立体结构D(+)-阿洛糖D(+)-阿桌糖D(+)-葡萄糖D(+)-甘露糖D(+)-古洛糖D

3、(-)-艾杜糖D(+)-半乳糖D(+)-塔罗糖(allose)(altrose)(glucose)(mannose)(gulose)(idose)(galactose)(talose)D(-)-赤鲜糖(erythrose)D(-)-苏糖(threose)D(+)-甘油醛(allose)D(-)-核糖(ribose)D(-)-阿拉伯糖(arabinose)D(+)-木糖(xylose)D(-)-米苏糖(lysose)7教学ppt D系酮糖的立体结构D(-)-赤藓酮糖(erythrulose)D(-)-核酮糖(ribulose)D(+)-核酮糖(xylulose)D(+)-阿洛酮糖(psicose

4、,allulose)D(-)-果糖(fructose)D(+)-山梨糖(sorbose)D(-)-洛格酮糖(tagalose)二羟丙酮(dihytroasetone)8教学ppt吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）吡喃呋喃-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃果糖-D-呋喃葡萄糖-D-呋喃果糖9教学pptD-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤转折旋转成环成环-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖10教学ppt重要的单糖戊糖-D-吡喃木糖-D-呋喃核糖2-脱氧-D-呋喃核糖-D-芹菜糖 -L-呋喃阿拉伯糖 -D-呋喃阿拉伯糖D-核酮糖D-木酮糖11教学ppt重要的单糖己糖-D

5、-吡喃葡萄糖 -L-吡喃山梨糖 -D-吡喃甘露糖- L -吡喃半乳糖 -D-吡喃半乳糖 -D-呋喃果糖12教学ppt重要的单糖庚糖和辛糖L -甘油- D-甘露庚糖D-景天庚酮糖D-甘露庚酮糖甘油部分甘露糖部分13教学ppt单糖磷酸酯D-甘油醛-3-磷酸 -D-葡萄糖-1-磷酸 -D-葡萄糖-6-磷酸 -D-果糖-6-磷酸 -D-果糖-1，6-二磷酸14教学ppt重要的二糖蔗糖D-麦芽糖（ -型）乳糖（ -型 ）纤维二糖（ -型）15教学ppt环糊精结构 -环糊精分子结构 环糊精分子的空间填充模型16教学ppt淀粉和糖原结构NRERE直链淀粉支链淀粉或糖原分支点的结构直链淀粉的螺旋结构0.8nm

6、1.4nm6个残基注意：多糖链也有方向性，有还原端和非还原端；一端的糖基有游离的半缩醛羟基，称还原端；一端的糖基没有游离的半缩醛羟基，称非还原端。RENRE(1，6)分支点支链淀粉或糖原分子示意图17教学ppt纤维素片层结构纤维素一级结构植物细胞壁与纤维素的结构微纤维纤维素链植物细胞中的纤维素微纤维细胞壁18教学ppt糖复合物糖肽链糖核酸糖脂质肽聚糖(peptidoglycans)脂多糖(lipopolysauhards)糖基酰基甘油(glycosylacylglycerols)糖鞘脂(pglycosphingolipids)糖蛋白(glycproteins)蛋白聚糖(proteoglycan

7、s)(Complex Carbohydrates)19教学ppt细胞膜表面的糖链蛋白聚糖糖脂糖蛋白细胞膜20教学ppt糖类的生物学作用 糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，主要的生物学作用如下：作为生物体的结构成分作为生物体内的主要能源物质作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等 合成的前体作为细胞识别的信息分子21教学ppt双糖的酶促降解 蔗糖+H2O 葡萄糖+果糖蔗糖酶麦芽糖+H2O 2 葡萄糖麦芽糖酶乳糖 +H2O 葡萄糖+半乳糖-半乳糖苷酶22教学ppt多糖的酶促降解1、糖原的分解 糖原的结构及其连接方式 磷酸化酶（催化1.4-糖苷键断裂） 三种酶协同作用： 转移酶（催化寡聚葡萄糖片段

8、转移） 脱枝酶（催化1.6-糖苷键断裂） 糖原的磷酸解 -1，6糖苷键-1，4-糖苷键23教学ppt糖原磷酸解的步骤非还原端还原端糖原磷酸化酶（释放8个1-P-G） 1，41，6寡聚糖基转移酶脱枝酶（释放1个葡萄糖）24教学ppt淀粉的分解淀粉磷酸化酶 脱支酶淀粉+nH3PO4 nG-1-p+少量葡萄糖 淀粉的磷酸解 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。淀粉酶淀粉酶25教学ppt第四节 单糖的分解代谢一、生物

9、体内单糖的主要分解代谢途径及细胞定位二、糖酵解（EMP）三、丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降解途径四、三羧酸循环（TCA）五、磷酸戊糖途径（PPP）六、其它糖进入单糖分解的途径26教学ppt动物细胞植物细胞细胞膜细胞质线粒体 高尔基体细胞核内质网溶酶体细胞壁叶绿体有色体白色体液体晶体分泌物吞噬中心体胞饮细胞膜丙酮酸氧化三羧酸循环磷酸戊糖途径糖酵解27教学ppt一、葡萄糖的主要分解代谢途径葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰 CoA6-磷酸葡萄糖磷酸戊糖途径糖酵解（有氧）（无氧）三羧酸循环（有氧或无氧）28教学ppt二、 糖酵解（glycolysis）1、化学历程和催化酶类2、 化学计量和生物学意义3、 糖酵

10、解的调控 糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称途径。29教学pptEMP的化学历程 糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸第一阶段第二阶段第三阶段葡萄糖葡萄糖的磷酸化磷酸己糖的裂解丙酮酸和ATP的生成30教学ppt第一阶段：葡萄糖的磷酸化ATP ADPATPADP己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸己糖异构酶31教学ppt第二阶段： 磷酸己糖的

11、裂解醛缩酶磷酸丙糖异构酶49632教学ppt第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成NAD+ NADH+H+ PiADP ATPH2OMg或MnATP ADP 丙酮酸PEP丙酮酸激酶3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油酸激酶酸变位酶磷酸甘油烯醇化酶33教学ppt34教学ppt途径化学计量和生物学意义总反应式: C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3 +2NADH +2H+2ATP+2H2O生物学意义 是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量； 形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架； 为糖异生提供基本途径。能量

12、计算：氧化一分子葡萄糖净生成 2ATP 2NADH 5ATP 或 3ATP 35教学ppt糖酵解的调控位点及相应调节物 糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖abc 调控位点 激活剂 抑制剂a 己糖激酶 G-6-P b 磷酸果糖 ADP ATP 激酶 AMP 柠檬酸（限速酶） 果糖-2,6-二磷酸 NADHc 丙酮酸激酶 果糖-1,6-二磷酸 ATP Ala 规律：主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度，被调节的酶多数为催化反应历程中不

13、可逆反应的酶，通过酶的变构效应实现活性的调节，调节物多为本途的中间物或与本途径有关的代谢产物。36教学ppt三、丙酮酸的去路（有氧）（无氧）葡萄糖葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰 CoA三羧酸循环（有氧或无氧）丙酮酸乳酸乙醇乙酰 CoA糖酵解途径三羧酸循环（有氧或无氧）37教学ppt丙酮酸及葡萄糖的无氧分解葡萄糖EMP NADH+H+ NAD+CH2OHCH3乙醇 NADH+H+ NAD+CO2 乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛CHOCH3COOHC=OCH3丙酮酸 葡萄糖的无氧分解乳酸脱氢酶丙酮酸脱羧酶醇脱氢酶38教学ppt丙酮酸及葡萄糖的有氧氧化和分解（EPM）葡萄糖COOHC=OCH3丙酮酸C

14、H3-C-SCoAO乙酰CoA三羧酸循环 NAD+ NADH+H+CO2CoASH 葡萄糖的有氧分解 丙酮酸脱氢酶系39教学ppt丙酮酸脱氢酶系NAD+ +H+丙酮酸脱羧酶FAD硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶CO2乙酰硫辛酸二氢硫辛酸NADH+ +H+TPP硫辛酸CoASHNAD+CH3-C-SCoAO40教学ppt焦磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脱羧中的作用C-H+C-CH3-C-COOHOHCO2丙酮酸41教学ppt硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用氧化型硫辛酸SSCCC(CH2)4COO-SHSCCC(CH2)4COO-乙酰二氢硫辛酸+2H-2H二氢硫辛酸HSHSCCC(CH2)4COO-

15、42教学ppt泛酸和 辅酶 A（CoASH）SH酰基结合位点43教学ppt维生素pp和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（ NAD+ ） RNAD+: R=HNADP+: R=PO3H2 递氢体作用：NAD+2H NADH+H+44教学ppt维生素B2和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）递氢体作用：FAD+2H FADH245教学ppt四、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, TCA 循环）1、三羧酸循环的化学历程2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量3、 三羧循环的生物学意义4、 三羧酸循环的调控5、草酰乙酸的回补反应（自学）46教学ppt OCH3-C-SCoACoASH

16、NADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP三羧酸循环 （TCA）草酰乙酸 再生阶段柠檬酸的生成阶段氧化脱 羧阶段柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸苹果酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+47教学pptTCA第一阶段：柠檬酸生成H2O草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合成酶顺乌头酸酶48教学pptTCA第二阶段：氧化脱羧CO2GDPPiGTPNAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶CO2酮戊二酸脱氢酶系琥珀酸硫激酶CoASH49教学pptTCA第三阶段：草酰乙酸再生FAD FADH2H2ONAD+

17、NADH+H+琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶草酰乙酸50教学ppt三羧循环的化学计量和能量计量 a、总反应式: CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP能量“现金” : 1 GTP 能量“支票”: 3 NADH 1 FADH2兑换率 1：2.57.5ATP兑换率 1：1.51.5ATP1ATP10ATPb、三羧酸循环的能量计量51教学ppt葡萄糖完全氧化产生的ATP糖酵解阶段：2 ATP 2 1 NADH兑换率 1：2.5 (或1.5)2 ATP2 (2.5或1.5 ATP )三羧酸循环：2 1 GTP 2

18、 3 NADH 2 1 FADH22 1 ATP2 7.5 ATP2 1.5 ATP兑换率 1：2.5兑换率 1：1.5丙酮酸氧化：2 1NADH兑换率 1：2.52 2.5 ATP总计：32 ATP或30 ATP52教学ppt三羧酸循环的调控位点及相应调节物abc 调控位点 激活剂 抑制剂a 柠檬酸合成酶 NAD+ ATP （限速酶） NADH 琥珀酰CoA 脂酰CoAb 异柠檬酸 ADP ATP 脱氢酶 NAD+ NADHc -酮戊二酸 ADP NADH 脱氢酶 NAD+ 琥珀酰CoA 关键因素： NADH/NAD+ ATP/ADP53教学ppt三羧循环的生物学意义是有机体获得生命活动所需

19、能量的主要途径是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽形成多种重要的中间产物 是发酵产物重新氧化的途径54教学ppt五、 磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, ppp）1、化学反应历程及催化酶类 特点：氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段2、总反应式和生理意义55教学ppt磷酸戊糖途径的两个阶段 2、非氧化的分子重排阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段G-6-P 葡萄糖酸-6-P 核酮糖-P NADP+ NADPH NADP+ NADPHCO2H2O56教学ppt磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段NADP+ NADPH+H+ H2O

20、 NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸内酯酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶6-磷酸葡萄糖57教学ppt磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段H2OPi6 5-磷酸核酮糖4 5-磷酸木酮糖2 5-磷酸核糖2 3-磷酸甘油醛2 7-磷酸景天庚酮糖2 4-磷酸赤藓丁糖2 6-磷酸果糖2 5-磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛2 6-磷酸果糖1， 6-二磷酸果糖1 6-磷酸果糖转醛醇酶异构酶转酮醇酶转酮醇酶醛缩酶阶段之一阶段之二阶段之三5 6-磷酸葡萄糖58教学ppt磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一（5-磷酸核酮糖异构化）差向异构酶异构酶5-磷

21、酸核糖5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖59教学ppt磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二（基团转移）+24-磷酸赤藓糖+25-磷酸核糖转醛醇酶26-磷酸果糖+23-磷酸甘油醛转酮醇酶7-磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖60教学ppt基团转移（续前）+24-磷酸赤藓糖+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖转酮醇酶25-磷酸木酮糖61教学pptH2O Pi1,6-二 磷酸果糖23-磷酸甘油醛6-磷酸果糖醛缩酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）异构酶62教学ppt磷酸戊糖途径的总反应式6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 1

22、2NADPH +12H+ 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63教学ppt其它糖进入单糖分解的途径半乳糖半乳糖-1-PUDP-半乳糖UDP-葡萄糖葡萄糖-1-磷酸糖原或淀粉葡萄糖葡萄糖-6-磷酸果糖葡萄糖果糖-6-磷酸果糖-1、6-磷酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油甘油3-磷酸甘油醛进入糖酵解甘露糖甘露糖-6-磷酸ATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPNADH+H+NAD+PiUTPPPi64教学ppt第五节 糖的生物合成一、单糖的生物合成二、双

23、糖的生物合成三、多糖的生物合成65教学ppt一、单糖的生物合成1、葡萄糖生物合成的最基本途径：光合作用2、糖异生作用 糖异生作用的主要途径和关键反应 糖酵解与糖异生作用的关系 糖分解与糖异生作用的关系66教学ppt光合作用CO2+H2O(CH2O) +光能12O267教学ppt糖异生主要途径和关键反应 非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下,绕过糖酵解途径的三个不可逆反应,利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生 糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6

24、-磷酸葡萄糖酯酶6-磷酸葡萄糖草酰乙酸PEP羧激酶68教学ppt糖异生途径关键反应之一+ H2O+Pi6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖69教学ppt糖异生途径关键反应之二二磷酸果糖磷酸酯酶+ H2O+ Pi1,6-二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖POH2COHOOHHHH70教学ppt糖异生途径关键反应之三PEP羧激酶ATP+H2O ADP+Pi丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸（PEP）GTPGDP丙酮酸草酰乙酸CO2CO271教学ppt糖酵解和葡萄糖异生的关系ABC1C2A G-6-P磷酸酯酶B F-1.6-P磷酸酯酶C1 丙酮酸羧化酶C2 PEP羧激酶天冬氨酸-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸（胞液）（线粒体）葡萄糖丙酮酸草酰乙酸磷酸二羟丙酮3-P-甘油醛乳酸丙氨酸TCA循环乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸3-P-甘油甘油C172教学ppt（胞液）（线粒体）糖分解和糖异生的关系（PEP）天冬氨酸谷