生物化学 糖类化合物代谢

生物化学糖类化合物代谢第1页/共86页第2页/共86页第3页/共86页葡萄糖及其环状结构第4页/共86页葡萄糖果糖第5页/共86页蔗糖麦芽糖第6页/共86页glycogen第7页/共86页第二节糖的合成与分解UDPG：尿苷二磷酸葡萄糖ADPG：腺苷二磷酸葡萄糖一、UDPG和ADPG的生物合成1-磷酸葡萄糖＋UTP

UDPG和ADPG是生物体内重要的活化单糖。单糖必须经过活化后才能用于寡糖和多糖的合成。UDPG＋PPi

UDPG焦磷酸化酶第8页/共86页

糖核苷酸第9页/共86页二、蔗糖的生物合成与分解㈠蔗糖的生物合成：有3条途径11-磷酸葡萄糖+果糖蔗糖磷酸化酶蔗糖+PiUDPG+6-磷酸果糖磷酸蔗糖合成酶磷酸蔗糖+UDPUDPG+果糖蔗糖合成酶蔗糖+UDP23

此途径主要在细胞质中进行，是蔗糖生物合成的主要途径。此途径存在于高等植物中。此途径存在于微生物中第10页/共86页㈡蔗糖的分解蔗糖酶（sucrase）又称转化酶(invertase)，广泛存在植物、微生物和动物中。蔗糖+H2O蔗糖酶葡萄糖+果糖第11页/共86页三、淀粉的生物合成与分解㈠淀粉的生物合成1、直链淀粉的生物合成直链淀粉是通过a-1，4-糖苷键连接而成的线性分子，合成有3条途径：淀粉磷酸化酶催化途径

淀粉合成酶催化途径：主要途径

D酶催化途径：转移短片段糖链第12页/共86页合成了直链淀粉后，在Q酶的催化下，将直链淀粉的非还原性端上6-8个葡萄糖基切下，通过a-1，6-糖苷键与直链淀粉连接，形成支链淀粉。2、支链淀粉的生物合成第13页/共86页㈡淀粉的分解1、淀粉的水解a-淀粉酶(a-1,4-葡聚糖酶):无规则内切ß-淀粉酶(a-1,4-麦芽糖酶):外切一个麦芽糖R酶(脱支酶):水解a-1，6-糖苷键2、淀粉的磷酸解淀粉磷酸化酶磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖酯酶第14页/共86页四、纤维素的生物合成与分解㈠纤维素的生物合成㈡纤维素的分解以UDPG或GDPG为原料，以一小段纤维素为引子，由纤维素合成酶催化合成。

由纤维素酶（cellulase）催化。人和大多数哺乳动物体内无纤维素酶。第15页/共86页

葡萄糖进入细胞后，在一系列酶的催化下，发生分解代谢过程。葡萄糖的分解代谢分两步进行：糖酵解：葡萄糖丙酮酸。此反应过程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。三羧酸循环：丙酮酸

CO2+H2O。由于分子氧是此系列反应的最终受氢体，所以又称为有氧分解。五、葡萄糖的分解第16页/共86页第三节糖酵解糖酵解（glycolysis）是指在无氧条件下，葡萄糖经过酶催化作用降解成丙酮酸，并伴随生成ATP的过程。它是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径。为了纪念对糖酵解途径的阐明作出了重大贡献的德国科学家Embden、Meyerhof和Parnas，糖酵解途径又称EMP途径。第17页/共86页糖酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。如果供氧不足，NADH不进入呼吸链，而是把丙酮酸还原成乳酸or乙醇。第18页/共86页二、糖酵解的生物化学过程糖酵解的底物一般为葡萄糖，全过程在细胞质中进行，参与糖酵解各反应的酶都存在于细胞质中。糖酵解过程包括10步反应。第19页/共86页①此步不可逆激酶(kinase)：将ATP上的磷酸基团转移到受体上的酶。

葡萄糖激酶第20页/共86页②磷酸葡萄糖异构酶第21页/共86页③磷酸果糖激酶此步不可逆，为限速步骤第22页/共86页醛缩酶④第23页/共86页⑤磷酸丙糖异构酶第24页/共86页⑥3-磷酸甘油醛脱氢酶

3-磷酸甘油醛脱氢酶是一种巯基酶，-SH为活性部位。重金属离子和烷化剂（如碘乙酸）能抑制该酶活性。第25页/共86页⑦磷酸甘油酸激酶底物磷酸化第26页/共86页⑧磷酸甘油酸变位酶第27页/共86页⑨烯醇化酶第28页/共86页⑩此步不可逆丙酮酸激酶第29页/共86页葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮1,6-二磷酸果糖磷酸果糖激酶ADPATP1,3-二磷酸甘油酸×22NAD+2NADH+H+磷酸烯醇式丙酮酸×22-磷酸甘油酸×26-磷酸果糖2ADP丙酮酸×22ATP丙酮酸激酶6-磷酸葡萄糖ADPATP己糖激酶3-磷酸甘油酸×22ADP2ATP糖酵解(胞液)第30页/共86页葡萄糖

+2NAD++2ADP+2Pi2丙酮酸

+2NADH

+2H+

+2H2O+2ATP第31页/共86页

反应ATP变化

葡萄糖

6-磷酸果糖-16-磷酸果糖

1,6-二磷酸果糖-1

2X(1,3-二磷酸甘油酸

3-磷酸甘油酸)+1X2

2X(磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸)+1X2

合计

+2三、糖酵解过程的化学计量获能效率＝61.0KJ/191KJ×100％＝31％第32页/共86页四、糖酵解的生物功能获得适应缺氧环境所需能量。1分子葡萄糖经糖酵解可净产生2分子ATP（相当于61KJ）。形成的中间产物为其它代谢提供原料。

6-磷酸葡萄糖、磷酸二羟丙酮、磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸。第33页/共86页五、糖酵解的调节1、己糖激酶的调节

6-磷酸葡萄糖2、磷酸果糖激酶的调节

ATP

、AMP、柠檬酸3、丙酮酸激酶的调节

ATP--＋------第34页/共86页六、丙酮酸的去路⑴丙酮酸乙醇（酒精发酵）

无氧条件下，在酵母、有些微生物及植物细胞中存在此途径。⑵丙酮酸乳酸（乳酸发酵）

厌氧乳酸菌在无氧条件下，或动物（包括人）的某些组织供氧不足时存在此途径。第35页/共86页第36页/共86页⑶丙酮酸乙酰CoA，进入三羧酸循环

在有氧条件下，乙酰CoA被彻底分解为CO2和H2O，并放出大量能量。第37页/共86页第38页/共86页八、葡萄糖异生作用

葡萄糖异生作用（gluconeogenesis）是指生物体利用非碳水化合物的前体（如丙酮酸、草酸乙酸）合成葡萄糖的过程。葡萄糖异生作用基本上是糖酵解的逆转，但需要绕过3个不可逆反应才能实现。第39页/共86页⑴绕过丙酮酸激酶催化的反应以上二步反应称为丙酮酸羧化支路。丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶第40页/共86页⑵绕过磷酸果糖激酶催化的反应1,6-二磷酸果糖1,6-二磷酸果糖酶磷酸果糖激酶6-磷酸果糖⑶绕过己糖激酶催化的反应6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酶己糖激酶葡萄糖底物循环第41页/共86页2mol乳酸经糖异生作用转化成1mol葡萄糖，需消耗多少molATP？

第42页/共86页第四节三羧酸循环（TricarboxylicAcidCycle,简称TCA或TAC）

葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，在有氧条件下，将进入三羧酸循环进行完全氧化，生成H2O和CO2，并释放出大量能量。

三羧酸循环是在细胞的线粒体中进行的，在细胞质中形成的丙酮酸需运输进入线粒体后才能进行。第43页/共86页

丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段：

第一阶段：丙酮酸的氧化脱羧（丙酮酸乙酰辅酶A，简写为乙酰CoA）

第二阶段：三羧酸循环（乙酰CoACO2，释放出能量）第44页/共86页1.

准备阶段（第一阶段）----丙酮酸的氧化脱羧二、三羧酸循环的生化过程丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下，脱羧形成乙酰CoA。丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系，主要包括：三种不同的酶（丙酮酸脱氢酶E1、硫辛酸乙酰转移酶E2和二氢二硫辛酸脱氢酶E3），和6种辅因子（TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和Mg2+）。第45页/共86页E1:丙酮酸脱氢酶E2:硫辛酸乙酰转移酶E3:二氢二硫辛酸脱氢酶第46页/共86页E1E2E2E3E312345第47页/共86页第48页/共86页第49页/共86页第50页/共86页2.三羧酸循环（8步反应）第51页/共86页①

柠檬酸合成酶此步不可逆，为限速步骤第52页/共86页乌头酸酶②第53页/共86页③异柠檬酸脱氢酶此步不可逆，为限速步骤第54页/共86页α-酮戊二酸脱氢酶系④此步不可逆，为限速步骤第55页/共86页⑤琥珀酰CoA合成酶第56页/共86页⑥琥珀酸脱氢酶第57页/共86页⑦延胡索酸酶第58页/共86页⑧苹果酸脱氢酶第59页/共86页TCAcycle草酰乙酸(4C)柠檬酸(6C)异柠檬酸(6C)琥珀酸辅酶A(4C)琥珀酸(4C)延胡索酸(4C)苹果酸(4C)乙酰辅酶A(2C)α-酮戊二酸(5C)第60页/共86页一轮TCAcycle的计算第61页/共86页乙酰CoA

+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2

+CoA+3NADH

+3H++FADH2

+GTP三羧酸循环总反应式：第62页/共86页三、三羧酸循环过程的化学计量每循环一次，一个乙酰CoA

的两个碳原子被氧化生成2分子CO2（两步脱羧反应）。

每循环一次，形成3分子NADH和1分子FADH2

（4步脱氢氧化反应）。每循环一次，消耗两分子水（用于柠檬酸和苹果酸的合成）。

每循环一次，琥珀酰CoA的高能键生成1分子GTP（相当于形成1分子ATP）。

第63页/共86页另外：1分子NADH通过氧化磷酸化将电子传给O2，可推动2.5分子ATP

生成；1分子FADH2通过氧化磷酸化将电子传给O2

，可推动1.5分子ATP

生成。问：1乙酰CoA？ATP1丙酮酸？ATP1葡萄糖？ATP第64页/共86页四、三羧酸循环的生物功能1.释放能量获得ATP2.为其它代谢提供原料1glucose有氧条件32/30ATP

缺氧条件2ATP三羧酸循环是各种代谢的枢纽3.生成CO2的作用第65页/共86页脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi第66页/共86页第67页/共86页回补反应（anapleroticreaction）第68页/共86页五、三羧酸循环的调控丙酮酸脱氢酶系柠檬酸合成酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶系琥珀酸脱氢酶第69页/共86页第70页/共86页第五节乙醛酸循环

乙醛酸循环在乙醛酸循环体中进行。油料种子以脂肪酸为主要贮藏物质，当其萌发时，种子内贮藏的脂肪酸通过乙醛酸循环转化为的碳水化合物，运到胚中供幼苗生长。

乙醛酸循环与三羧酸循环有一定的相似性，但有本质的区别：进行部位不同；能量释放不同；乙醛酸循环没有CO2的释放。（Glyoxylatecycle）第71页/共86页草酰乙酸(4C)乙酰辅酶A(2C)柠檬酸(6C)异柠檬酸(6C)琥珀酸(4C)乙醛酸(2C)苹果酸(4C)异柠檬酸裂解酶苹果酸合成酶第72页/共86页2乙酰CoA+NAD+

琥珀酸+2CoA-SH+NADH+H+

生成的琥珀酸由乙醛酸循环体转移到线粒体内，在其中转化为草酰乙酸，进入葡萄糖异生途径。第73页/共86页第74页/共86页第75页/共86页第76页/共86页第五节磷酸戊糖途径（Phosphopentosepathway）

细胞内葡萄糖的氧化分解，除EMP-TCA外，还存在另一条氧化分解途径：磷酸戊糖途径。

磷酸戊糖途径在细胞质中进行。全部反应分为氧化阶段和非氧化阶段。第77页/共86页一、磷酸戊糖途径的生化过程1.氧化阶段6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖-δ-内酯6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖-δ-内酯酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶第78页/共86页5-磷酸核酮糖5-磷酸核糖5-磷酸木酮糖第79页/共86页5-磷酸木酮糖5C5-磷酸核糖5C3-磷酸甘油醛3C7-磷酸景天庚酮糖7C4-磷酸赤藓糖4C6-磷酸果糖

6C3-磷酸甘油醛3C6-磷酸果糖

6C6-磷酸葡萄糖6C5-磷酸木酮糖5C2.非氧化阶段第80页/共86页第81页/共86页66-磷酸葡萄糖+12NADP+

+7H2O