生物化学课件糖类代谢

生物化学课件糖类代谢第1页/共89页新陈代谢的概念回顾

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光合作用（叶）呼吸作用第2页/共89页第一节糖糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物；糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖；在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。第3页/共89页重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃半乳糖1.单糖的结构-D-吡喃甘露糖-D-呋喃果糖第4页/共89页蔗糖2.寡糖（二糖）第5页/共89页葡萄糖-（14）半乳糖苷乳糖OCH2OHOCH2OHOHO14123

麦芽糖第6页/共89页(1).淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉）直链淀粉分子量约1万-200万，250-260个葡萄糖分子，以（14）糖苷键聚合而成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。支链淀粉中除了（14）糖苷键构成糖链以外，在支点处存在（16）糖苷键，分子量较高。遇碘显紫红色。3.多糖第7页/共89页(2).纤维素由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成的直链，不溶于水。(3).几丁质（壳多糖）N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷键缩合而成的线性均一多糖。(4).杂多糖糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）透明质酸硫酸软骨素硫酸皮肤素硫酸角质素肝素——

一种抗凝剂（123）是同多糖（4）是杂多糖第8页/共89页D/L标记法糖以距羰基最远的*C为准氨基酸以距羰基最近的*C为准第9页/共89页

D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(-)-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)第10页/共89页

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-呋喃果糖第11页/共89页

D-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-吡喃葡萄糖第12页/共89页

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-1，6-二磷酸第13页/共89页单糖化学性质（P131）1、还原性本尼迪特试剂的Cu2+还原为Cu+即Cu2O呈黄色或红色2、苯肼反应与苯肼生成苯腙或苯脎3、形成糖苷（糖苷定义，、

）4、单糖脱水第14页/共89页

常见的寡糖蔗糖D-麦芽糖（

-型）乳糖（-型）纤维二糖（

-型）第15页/共89页

环糊精结构

-环糊精分子结构

环糊精分子的空间填充模型内部疏水第16页/共89页双糖的酶促降解

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17页/共89页多糖多糖是多个单糖以糖苷键相连而形成的高聚物来源分类——

植物、动物、微生物多糖淀粉相关酶（内）、

（外）、去分支酶直链淀粉-1，4-糖苷键，水溶性差支链淀粉-1，4-糖苷键-1，6-糖苷键第18页/共89页糖原又叫动物淀粉肝糖原（维持血糖平衡）肌糖原RENRE(16)分支点支链淀粉或糖原分子示意图

淀粉多一个分支，就有一个非还原端生成，而非还原端是接受葡萄糖的位置。糖原分子中可以有多个非还原端，但只有一个还原端

第19页/共89页

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0.8nm1.4nm6个残基第20页/共89页纤维素、壳多糖-1，4-糖苷键纤维素功能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第21页/共89页纤维素片层结构

纤维素一级结构壳多糖昆虫甲壳虫第22页/共89页糖复合物糖—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(proteoglycans)(ComplexCarbohydrates)第23页/共89页细胞膜表面的糖链蛋白聚糖糖脂糖蛋白细胞膜第24页/共89页多糖的酶促降解

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P136

去分支酶（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25页/共89页2、淀粉的分解淀粉的酶促水解解

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）

去分支酶: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。α－淀粉酶β－淀粉酶第26页/共89页第二节糖的分解代谢一、生物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/HMP）六、其它糖进入单糖分解的途径第27页/共89页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28页/共89页一、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）第29页/共89页二、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ＥＭＰ途径。第30页/共89页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、四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P139也可以分为是四个阶段10步第31页/共89页第一阶段：葡萄糖的磷酸化

ATPADPATPADP葡萄糖激酶磷酸果糖激酶异构酶第32页/共89页第二阶段：磷酸己糖的裂解醛缩酶异构酶第33页/共89页第三阶段：3-磷酸甘油酸和第一个ATP生成

NAD+

NADH+H+

PiADP

ATPH2OMg或MnATPADP丙酮酸PEP丙酮酸激酶脱氢酶激酶变位酶烯醇化酶第四阶段丙酮酸和ATP的生成第34页/共89页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。能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成

2ATP2NADH（最后氧化释放能量）2x3ATP（原核生物）或者2x2ATP（真核生物）（针对EMP这一步）第35页/共89页三、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）第36页/共89页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

葡萄糖的无氧分解第37页/共89页丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解

（EPM）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38页/共89页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a己糖激酶

ATPG-6-PADPb磷酸果糖

ADPATP

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可逆反应的酶，通过酶的变构效应实现活性的调节，另外还有巴斯德效应（P146看书）第39页/共89页四、三羧酸循环（TCA循环）

（柠檬酸循环）

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、草酰乙酸的回补反应5、三羧酸循环的调控第40页/共89页既是分解代谢途径，也是合成代谢途径从丙酮酸氧化两个阶段1.氧化为乙酰CoA2.乙酰CoA的乙酰基进入三羧酸循环彻底氧化三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢枢纽。过程中形成的中间产物，又是物质合成的起点第41页/共89页丙酮酸氧化脱羧基本反应：糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒体内室。在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅酶A。第42页/共89页丙酮酸脱氢酶系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NAD++H+TPP硫辛酸CoASHNAD+CH3-C-SCoAO第43页/共89页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-第44页/共89页化学反应历程

第45页/共89页CoA3CHCOH2C-COOH

HO-C-COOH

H2C-COOH柠檬酸合酶HO212CHCOCOOHCOOH+草酰乙酸柠檬酸乙酰辅酶A第46页/共89页HO2顺乌头酸酶HC-COOH

C-COOH

H2C-COOH顺乌头酸H2C-COOH

HO-C-COOH

H2C-COOH柠檬酸2第47页/共89页HO2HC-COOH

C-COOH

H2C-COOH顺乌头酸

HO-C-COOH

HC-COOH

H2C-COOHH异柠檬酸2第48页/共89页

HO-C-COOH

HC-COOH

H2C-COOHHCO-COOH

CH-COOH

CH2-COOH异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶草酰琥珀酸NAD+NADH+H+3第49页/共89页CO-COOH

CH-COOH

CH2-COOHCO-COOH

CH2

CH2-COOH酮戊二酸α草酰琥珀酸CO23异柠檬酸脱氢酶第50页/共89页CO-COOH

CH2

CH2-COOH酮戊二酸α脱氢酶系CO2酮戊二酸αNAD+NADH+H+CoA-SH+CO2CHS-CoA2CHCOOH+琥珀酰CoA4第51页/共89页琥珀酰CoACO2CHS-CoA2CHCOOHGDPGTP+Pi2CH2CHCOOHCOOH琥珀酸琥珀酸硫激酶+CoA-SH5第52页/共89页2CH2CHCOOHCOOHFADFADH2琥珀酸琥珀酸脱氢酶CHCHCOOHCOOH延胡索酸6第53页/共89页CHCHCOOHCOOH延胡索酸延胡索酸酶+H2OHO-CHCHCOOHCOOH2苹果酸7第54页/共89页HO-CHCHCOOHCOOH2NADNADH+H琥珀酸脱氢酶+苹果酸O=CCHCOOHCOOH2草酰乙酸8第55页/共89页HO-CHCHCOOHCOOH2O=CCHCOOHCOOH2草酰乙酸3CHCOCOOH3CHCOS-CoANAD+NADH+H+CoA-SH

H2C-COOH

HO-C-COOH

H2C-COOH柠檬酸

HOC-COOH

HC-COOH

H2C-COOHO=C-COOH

HC-H

H2C-COOHNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CO2O=C-S-CoA

HC-H

H2C-COOHCOOH

CH2

CH2COOHCOOH

CH

CHCOOHFADFADH2PiGDPGTPNAD+NADH+H+HO2HO2H异柠檬酸酮戊二酸α琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸TCA乙酰CoA丙酮酸CoA-SHCO2CO2第56页/共89页TCA过程的特点1、在线粒体的间质中进行2、将丙酮酸粉碎变成3CO23、由琥珀酰辅酶A向琥珀酸转变时生成GTP第57页/共89页三羧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58页/共89页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

21FADH221ATP29ATP22ATP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第59页/共89页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，是合成的起点

第60页/共89页糖、脂肪与蛋白质葡萄糖乙酰辅酶A脂肪酸蛋白质第61页/共89页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62页/共89页五、

磷酸戊糖途径

（pentosephosphatepathway,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第63页/共89页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64页/共89页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-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸核酮糖第65页/共89页磷酸戊糖途径的非氧化阶段之二

（转酮与转醛反应）

+4-磷酸赤藓糖+5-磷酸核糖3-磷酸甘油醛转酮酶转醛酶6-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H5-磷酸木酮糖第66页/共89页（转酮反应）

+4-磷酸赤藓糖+3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖转酮酶5-磷酸木酮糖第67页/共89页H2OPi1,6-二磷酸果糖3-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）

异构酶第68页/共89页磷酸戊糖途径的总反应式6G-6-P+12NADP++7H2O6

G-5-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与光合作用联系，实现某些单糖间的转变3-磷酸甘油醛将有氧呼吸与无氧呼吸联系起来第69页/共89页第三节糖的合成代谢一、单糖的生物合成二、双糖的生物合成三、多糖的生物合成第70页/共89页一、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（非糖物质——糖，必要时保证血糖浓度）第71页/共89页光合作用

CO2+H2O(CH2O)+光能12O2第72页/共89页过程葡萄糖——6-磷酸葡萄糖------1-磷酸葡萄糖——二磷酸尿苷葡萄糖（UDPG）（P158）——糖原为引物，不断加长糖链，得糖原第73页/共89页糖原的生物合成

糖原生物合成过程与植物支链淀粉合成过程相似，但参与合成的引物、酶、糖基供体等是不相同的。

引物：结合有一个寡糖链的多肽

酶：糖原合成酶，分支酶

糖基供体：UDPG（尿苷二磷酸葡萄糖）第74页/共89页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丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶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PEP磷酸烯醇式丙酮酸第75页/共89页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葡萄糖第76页/共89页糖异生途径关键反应之二

二磷酸果糖磷酸酯