生物化学糖类代谢

关于生物化学糖类代谢第一页，共六十二页，2022年，8月28日新陈代谢的概念、特点和内涵小分子大分子合成代谢（同化作用）Assimilation

需要能量

释放能量分解代谢（异化作用）Dissimilation

大分子小分子物质代谢能量代谢新陈代谢

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。

特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行第二页，共六十二页，2022年，8月28日第二节双糖和多糖的酶促降解1.双糖的酶促降解2.多糖的酶促降解2.1淀粉的分解2.2糖原的分解第三页，共六十二页，2022年，8月28日双糖的酶促降解蔗糖+H2O葡萄糖+果糖蔗糖酶麦芽糖+H2O2葡萄糖麦芽糖酶乳糖+H2O葡萄糖+半乳糖--β-半乳糖苷酶第四页，共六十二页，2022年，8月28日2.1淀粉的分解2.1.1淀粉的酶促水解

α－淀粉酶：在淀粉分子内部任意水解α-1.4糖苷键。（内切酶）

β－淀粉酶:从非还原端开始，水解α－１.4糖苷键，依次水解下一个β－麦芽糖单位（外切酶）

脱支酶（R酶）:水解α－淀粉酶和β－淀粉酶作用后留下的极限糊精中的1.6－糖苷键。不能直接水解支链淀粉内部的α-1，6糖苷键麦芽糖酶:催化麦芽糖水解为葡萄糖，是淀粉水解的最后一步。淀粉的彻底水解需要上述水解酶的共同作用，其最终产物是葡萄糖。第五页，共六十二页，2022年，8月28日α－淀粉酶β－淀粉酶极限糊精是指α－淀粉酶和β－淀粉酶不能再分解的支链淀粉残基麦芽糖酶脱枝酶α－淀粉酶β－淀粉酶麦芽糖酶β－淀粉酶第六页，共六十二页，2022年，8月28日

2.1.2淀粉的磷酸解磷酸化酶: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。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，称为磷酸化酶极限糊精。所以磷酸化酶磷酸解的产物是直链淀粉G-1-P支链淀粉G-1-P+磷酸化酶极限糊精第七页，共六十二页，2022年，8月28日转移酶:将距1,6键前3个G残基转移至另一链上,以α-1,4键相连,分支点处留下一个G残基脱支酶:水解转移酶留下的那个G残基,释放下一个G分子淀粉磷酸化酶转移酶脱支酶淀粉+nH3PO4nG-1-p+少量葡萄糖＋G葡萄糖转移酶第八页，共六十二页，2022年，8月28日2.2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-糖苷键第九页，共六十二页，2022年，8月28日糖原磷酸解的步骤非还原端还原端磷酸化酶（释放8个1-P-G）转移酶脱枝酶（释放1个葡萄糖）最终产物是G和1-P-G+G第十页，共六十二页，2022年，8月28日第三节单糖的分解代谢1.生物体内单糖的主要分解代谢途径及细胞定位2.糖酵解（EMP）丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降解途径3.三羧酸循环（TCA）4.磷酸戊糖途径（PPP）第十一页，共六十二页，2022年，8月28日1.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）第十二页，共六十二页，2022年，8月28日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第十三页，共六十二页，2022年，8月28日2.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1940年被阐明,Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多，故糖酵解过程也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。在细胞质中进行第十四页，共六十二页，2022年，8月28日EMP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的生成磷酸G变位酶第十五页，共六十二页，2022年，8月28日第一阶段：葡萄糖的磷酸化

ATPADPATPADP葡萄糖激酶磷酸果糖激酶磷酸己糖异构酶第十六页，共六十二页，2022年，8月28日第二阶段：磷酸己糖的裂解醛缩酶磷酸丙糖异构酶第十七页，共六十二页，2022年，8月28日第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成

NAD+

NADH+H+

PiADP

ATPH2OMg或MnATPADP丙酮酸PEP丙酮酸激酶3-磷酸甘油醛脱氢酶(碘乙酸抑制其活性)磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸变位酶烯醇化酶高能磷酸化合物高能磷酸化合物底物水平磷酸化底物水平磷酸化第十八页，共六十二页，2022年，8月28日ＥＭＰ途径化学计量和生物学意义总反应式:

C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi2C3H4O3+2NADH+2H++2ATP+2H2O能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成

2ATP2NADH6ATP或4ATP

第十九页，共六十二页，2022年，8月28日生物学意义糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的普遍途径通过糖酵解使葡萄糖降解生成ATP，为生命活动提供部分能量，尤其对厌氧生物是获得能量的主要方式糖酵解途径的许多中间产物可作为合成其他物质的原料（提供碳骨架），如磷酸二羟丙酮→甘油是糖有氧分解的准备阶段由非糖物质转变为糖的异生途径基本为之逆过程第二十页，共六十二页，2022年，8月28日影响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aG激酶

ATPG-6-PADPb磷酸果糖

ADPATP

激酶

AMP柠檬酸（限速酶）果糖-1,6-二磷酸NADHc丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸ATPAla

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，调节物多为本途径的中间物或与本途径有关的代谢产物。第二十一页，共六十二页，2022年，8月28日

细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。在代谢途径中，催化不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。

糖酵解的调控解释第二十二页，共六十二页，2022年，8月28日丙酮酸的去路（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）转化为脂肪酸或酮体第二十三页，共六十二页，2022年，8月28日丙酮酸的无氧降解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

葡萄糖的无氧分解丙酮酸脱羧酶乙醇脱氢酶乳酸脱氢酶第二十四页，共六十二页，2022年，8月28日

由葡萄糖转变为乙醇的过程称为酒精发酵:酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和CO2葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O由葡萄糖转变为乳酸动物在激烈运动时或由于呼吸、循环系统障碍而发生供氧不足时生长在厌氧或相对厌氧条件下的许多细菌葡萄糖+2Pi+2ADP2乳酸+2ATP+2H2O第二十五页，共六十二页，2022年，8月28日丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解（EMP）葡萄糖COOHC==OCH3丙酮酸CH3-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第二十六页，共六十二页，2022年，8月28日

丙酮酸脱氢酶系是一个十分大的多酶复合体，包括：

三种酶：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

六种辅助因子：焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，FAD,NAD+,CoA及Mg2+

第二十七页，共六十二页，2022年，8月28日3.三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle,TCA

循环）3.1三羧酸循环的概念和化学历程3.2三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量3.3三羧循环的特点和生物学意义3.4三羧循环的调控第二十八页，共六十二页，2022年，8月28日三羧酸循环概念在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程，称为柠檬酸循环亦称为三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle),简称TCA循环由于它是由（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环三羧酸循环在线粒体基质中进行TCA经四次氧化，二次脱羧，通过一个循环，可以认为乙酰CoA→2CO2第二十九页，共六十二页，2022年，8月28日H2OH2O+HS-CoAHSCoAPi

第三十页，共六十二页，2022年，8月28日三羧酸循环的化学计量和能量计量

a、总反应式:

CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3NADH+3H++FADH2+GTP能量“现金”:1GTP

能量“支票”:3NADH

1FADH2兑换率1：39ATP兑换率1：22ATP1ATP12ATPb、三羧酸循环的能量计量第三十一页，共六十二页，2022年，8月28日葡萄糖完全氧化产生的ATP酵解阶段：2ATP

2

1NADH兑换率1：3(或2)2ATP2(3ATP或2ATP)三羧酸循环：21GTP

2

3NADH

21FADH221ATP29ATP24ATP兑换率1：3兑换率1：3丙酮酸氧化：2

1NADH兑换率1：323ATP总计：38ATP或36ATP贮能效率:38*7.3/686*100%=42%第三十二页，共六十二页，2022年，8月28日循环有以下特点：循环实质：消耗一个分子的乙酰CoA内的2个C，以2个CO2的形式离开循环，其余物质循环使用在循环中生成3个NADH2和1个FADH2由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP,1GTP→1ATP单向进行整个循环不需要氧，但离开氧无法进行1分子乙酰CoA通过TCA循环被氧化，可生成12分子ATP第三十三页，共六十二页，2022年，8月28日三羧循环的生物学意义是有机体获得生命活动所需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

第三十四页，共六十二页，2022年，8月28日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ADPATP

脱氢酶NAD+NADHcα-酮戊二酸

ADPNADH

脱氢酶NAD+

琥珀酰CoA

关键因素：[NADH]/[NAD+]

[ATP]/[ADP]第三十五页，共六十二页，2022年，8月28日4.磷酸戊糖途径

（pentosephosphatepathway,ppp）4.1概述4.2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4.3总反应式和生理意义第三十六页，共六十二页，2022年，8月28日4.1磷酸戊糖途径概述在组织中添加酵解抑制剂碘乙酸（抑制3-P-甘油醛脱氢酶)或氟化物（抑制烯醇化酶）等，葡萄糖仍可被消耗,说明葡萄糖还有其他代谢途径1953年阐述了磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway)，简称PPP途径，也叫磷酸己糖支路；亦称戊糖磷酸循环；亦称Warburg-Dickens戊糖磷酸途径在细胞质中进行和EMP、TCA相互补充、相互配合，增加机体的适应能力。第三十七页，共六十二页，2022年，8月28日磷酸戊糖途径的两个阶段

2、非氧化分子重排阶段

6

核酮糖-5-P

5

果糖-6-P5

葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段

6G-6-P6

葡萄糖酸-6-P6

核酮糖-５-P

6NADP+6NADPH6NADP+6NADPH6CO26H2O第三十八页，共六十二页，2022年，8月28日磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段

NADP+

NADPH+H+

H2O

NADPH+H+NADP+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CO26-磷酸葡萄糖脱氢酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶第三十九页，共六十二页，2022年，8月28日磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段

H2OPi65-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛27-磷酸景天庚酮糖2

4-磷酸赤藓丁糖26-磷酸果糖25-磷酸木酮糖23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖16-磷酸果糖转醛酶异构酶转酮酶转酮酶醛缩酶阶段之一阶段之二阶段之三第四十页，共六十二页，2022年，8月28日

第四十一页，共六十二页，2022年，8月28日分子重排过程如下

6C-P6C-P6C-P6C-P6C-P6C-PCO2CO2CO2CO2CO2CO2

2NADPH22NADPH22NADPH22NADPH22NADPH22NADPH25C-P5C-P5C-P5C-P5C-P5C-P3C-P7C-P7C-P3C-P4C-P4C-P6C-P6C-P3C-P3C-P6C-P6C-P6C-P3C2C2C3C2C2C第四十二页，共六十二页，2022年，8月28日磷酸戊糖途径的总反应式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+12NADPH+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,沟通了己糖和戊糖代谢,即糖代谢和核酸代谢形成许多重要中间产物能量计算:G第一次循环生成30个ATP;

第二次开始.每次生成35个ATP第四十三页，共六十二页，2022年，8月28日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-磷酸果糖蔗糖果糖-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+PiUTPPPi第四十四页，共六十二页，2022年，8月28日第四节糖的生物合成1.单糖的生物合成2.双糖的生物合成3.多糖的生物合成第四十五页，共六十二页，2022年，8月28日1.单糖的生物合成1.1葡萄糖生物合成的最基本途径：光合作用1.2糖异生作用

糖异生作用的主要途径和关键反应糖异生作用的意义第四十六页，共六十二页，2022年，8月28日光合作用

CO2+H2O(CH2O)+光能12O2第四十七页，共六十二页，2022年，8月28日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2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖G激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶PiPi丙酮酸羧化酶CO2ATPADPGTPGDP+CO2第四十八页，共六十二页，2022年，8月28日糖异生途径的意义1.葡萄糖异生对人类以及其他动物是绝对需要的途径：人脑对葡萄糖有高度依赖性。红细胞也需要葡萄糖。尤其在饥饿状态下葡萄糖异生尤为重要；在机体处在剧烈运动时，也需要非糖物质及时提供葡萄糖，以维持血糖水平。2.当油料种子萌发时，脂肪酸经乙酰CoA通过乙醛酸循环合成琥珀酸TCA循环糖异生3.乳酸的再利用，防止酸中毒;4.促进某些氨基酸的代谢葡萄糖供种子萌发使用第四十九页，共六十二页，2022年，8月28日2.双糖的生物合成1、单糖基的活化——糖核苷酸（UDPG、ADPG、GDPG等）的合成

糖核苷二磷酸在不同聚糖形成时，提供糖基和能量。植物细胞中蔗糖合成时需UDPG，淀粉合成时需ADPG和UDPG，纤维素合成时需GDPG和UDPG；动物细胞中糖元合成时需UDPG。2、蔗糖的合成

蔗糖合成酶途径

磷酸蔗糖合成酶途径

蔗糖磷酸化酶途径第五十页，共六十二页，2022年，8月28日UDPG的结构GUDP第五十一页，共六十二页，2022年，8月28日糖核苷酸的生成++PPi1-磷酸葡萄糖UTPUDPG第五十二页，共六十二页，2022年，8月28日蔗糖的合成途径蔗糖合成酶途径(植物)G1-P-GUDPG蔗糖

磷酸蔗糖合成酶途径（植物光合组织）G6-P-G6-P-FUDPG1-P-GUDPG磷酸蔗糖

蔗糖己糖激酶ATPADPUTPPPiUDPG焦磷酸化酶FUDP蔗糖合成酶己糖激酶ATPADPUD