糖与糖代谢课件

糖与糖代谢糖类概述糖的定义与结构糖类的定义多羟基醛或多羟基酮由于糖的碳原子数和不对称碳原子的构型不同，形成不同的糖糖的结构D-、L-构型环状结构式椅式、船式糖的一般性质旋光性溶解度甜度化学反应寡糖与多糖寡糖少数单糖(2~10)通过糖苷键缩合而形成的聚合物糖苷键：糖的半缩醛羟基，与其他分子的羟基脱水缩合形成，分-、-两种构型常见双糖：麦芽糖：葡萄糖-（14）-葡萄糖苷蔗糖：葡萄糖-,(12)-果糖苷乳糖：葡萄糖-(14)-半乳糖苷纤维二糖：葡萄糖-(14)-葡萄糖苷多糖均一多糖淀粉糖原纤维素、几丁质不均一多糖：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸角质素、肝素

糖类的主要生理功能体内最重要的能源物质和重要的能源贮备形式生物有机分子碳骨架的主要提供者重要的生物结构性和功能性物质参与肌体代谢的调控物质的形成糖酵解糖的消化与吸收食物中的糖多糖的酶促分解淀粉的水解糖原的分解纤维素的水解双糖的分解糖的分解代谢糖在生物体内的代谢途径无氧分解：糖酵解彻底氧化：TCA循环其他代谢途径：磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等糖酵解途径的代谢过程定义：葡萄糖在无氧条件下分解产生丙酮酸，并产生ATP的过程准备阶段（6C阶段）葡萄糖G-6-P，己糖激酶（HK,肝内为葡萄糖激酶GK），糖酵解的第一个限速步骤。G-6-PF-6-P，磷酸葡萄糖同分异构酶催化。F-6-PF-1,6-2P，磷酸果糖激酶（PFK-1），糖酵解的第二个限速步骤，也是糖酵解途径进入共通途径的限速步骤F-1,6-2P甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟基丙酮，醛缩酶催化，以逆反应命名磷酸二羟基丙酮在磷酸丙糖异构酶的催化下可以变为甘油醛-3-磷酸产能阶段（3C阶段）甘油醛-3-磷酸甘油酸-1,3-二磷酸，甘油醛-3-磷酸脱氢酶，以NAD+为辅酶。产生一分子NADH+H+甘油酸-1,3-二磷酸甘油酸-3-磷酸。甘油酸磷酸激酶糖酵解的产能计算无氧条件下：激活1分子葡萄糖需1ATP，生成F-1,6-2P时消耗1ATP，一分子葡萄糖可生成2分子3-P-甘油醛，1分子后者生成丙酮酸一共生成2ATP，所以1分子葡萄糖通过酵解净生成2分子ATP，其中脱氢生成的NADH用于还原丙酮酸生成乳酸，或还原乙醛到乙醇如果从糖原出发，可多生成一分子ATP有氧条件下，NADH可以进入呼吸链，将H传递到氧，生成3ATP，所以可净生成8ATP糖酵解的调控磷酸果糖激酶（PFK-1）的调控：ATP/AMP，ATP则抑制，AMP则激活H+抑制该酶活性，防止过多酸堆积引起中毒柠檬酸、脂肪酸增加ATP对该酶的抑制-D-果糖-2,6-二磷酸可解除ATP对该酶的抑制激素对糖酵解的调节己糖激酶的调控：G-6-P是别构抑制剂葡萄糖是激活剂丙酮酸激酶的调控F-1,6-2P激活Ala抑制该酶活性能荷高时ATP别构抑制L型丙酮酸激酶同工酶（肝内）活性，肌肉、脑组织中则没有该功能糖酵解的生理意义无氧条件下产能代谢主要形式联系无氧代谢与有氧代谢的纽带微生物发酵的重要途径糖类和某些氨基酸进入共同代谢途径的通路产物作为合成代谢的中间体三羧酸循环概述葡萄糖的彻底氧化丙酮酸在有氧条件下可以进一步氧化，直至生成二氧化碳和水，这个过程主要通过三羧酸循环实现彻底氧化通过脱氢、脱羧来实现三羧酸循环丙酮酸脱氢、脱羧生成的乙酰CoA，与草酰乙酸结合生成柠檬酸，经过一系列的脱氢、脱羧反应最后重新生成草酰乙酸，同时释放能量的过程，该过程形成一个闭合的循环，称三羧酸循环，也叫柠檬酸循环、Krebs循环。真核细胞的三羧酸循环，在线粒体进行。硫辛酸乙酰转移酶（E2）催化乙酰硫辛酰胺的乙酰基转移给CoA形成乙酰CoA二氢硫辛酸脱氢酶（E3）以FAD为辅酶使二氢硫辛酸重新氧化。FADH2还原NAD+脱羧过程的调控不可逆过程、限速步骤产物抑制、反应物激活核苷酸调节可逆磷酸化共价调节：磷酸化使活性降低三羧酸循环反应过程草酰乙酸+乙酰CoA柠檬酸，柠檬酸合成酶催化，限速步骤，酶由两个亚基构成柠檬酸异柠檬酸：顺乌头酶催化，先脱水后加水。顺乌头酶含铁硫中心（4个Fe，4个S，4个Cys）异柠檬酸-酮戊二酸，氧化脱羧反应，异柠檬酸脱氢酶催化，以NAD+或NADP+作为氢受体，先生成草酰琥珀酸，再脱羧，限速步骤-酮戊二酸琥珀酰CoA，氧化脱羧反应，-酮戊二酸脱氢酶系催化，该酶系与丙酮酸脱氢酶系相似，由-酮戊二酸脱氢酶、琥珀酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶组成,限速步骤琥珀酰CoA琥珀酸，产生GTP。由琥珀酰CoA合成酶催化，底物水平的磷酸化琥珀酸延胡索酸，琥珀酸脱氢酶催化，辅基是FAD，丙二酸是该酶的竞争性抑制剂，含铁硫中心，参入线粒体内膜。延胡索酸水化苹果酸，延胡索酸酶催化，由立体异构特异性苹果酸脱氢生成草酰乙酸，苹果酸脱氢酶催化。三羧酸循环的产能计算2次脱羧、4次脱氢3对氢由NADH呼吸链传递到氧，33=9ATP1对氢由FADH2呼吸链传递到氧，2ATP一个底物水平的磷酸化,1GTP=1ATP共计12ATP三羧酸循环的调控柠檬酸合成酶受ATP、NADH、琥珀酰CoA、脂肪酰CoA抑制氟乙酰CoA，可生成氟柠檬酸，抑制后面的反应异柠檬酸脱氢酶ADP是别构激活剂NAD+、Mg2+有协同作用乙醛酸循环的意义利用二碳化合物合成三羧酸循环的二羧酸、三羧酸，补充三羧酸循环的中间物，增加可利用物质种类通过乙酰CoA合成草酰乙酸，提高草酰乙酸的数量，有利于脂肪向糖的转化，是植物、微生物特殊代谢所必需的糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化之间的协调巴斯德效应：在厌氧条件下高速酵解的酵母，通入氧气后，葡萄糖消耗减少，积累的乳酸消失，称为巴斯德效应葡萄糖、丙酮酸、ATP、氧含量是三者协调的基础三者协调调整细胞的能荷状态三羧酸循环的生理意义糖、脂质、氨基酸的共同分解代谢途径为氨基酸、核苷酸等的生物合成提供碳骨架通过乙酰CoA实现合成代谢与分解代谢的联系与呼吸链偶联，构成产能代谢的主要部分。葡萄糖彻底氧化产能的计算糖的其他分解代谢途径磷酸戊糖途径概述：葡萄糖可以通过脱氢、脱羧生成戊糖来实现氧化分解，这样的代谢过程称为磷酸戊糖途径反应可分为氧化产能阶段和糖分子重排阶段氧化产能阶段6-磷酸葡萄糖脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸内酯，6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化，以NADP作为氢受体，限速步骤，NADPH是别构抑制剂6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸。6-磷酸葡萄糖酸内酯酶催化。6-磷酸葡萄糖酸脱氢、脱羧生成5-磷酸核酮糖，6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化，以NADP作为氢受体分子重排阶段5-磷酸核酮糖5-磷酸核糖，磷酸戊糖异构酶催化5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖，磷酸戊糖差向酶通过转酮和转醛反应生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛5-磷酸核糖与5-磷酸木酮糖发生转酮反应生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天酮糖,转酮酶催化，TPP、Mg2+作为辅酶3-磷酸甘油醛与7-磷酸景天酮糖发生转醛反应生成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖4-磷酸赤藓糖与5-磷酸木酮糖发生转酮反应生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛磷酸戊糖途径的生理意义产生NADPH,为生物合成提供还原力产生磷酸戊糖参与核酸代谢NADPH可以还原谷胱甘肽，保护红细胞部分途径是光合作用中CO2合成葡萄糖的途径糖的合成代谢糖异生概述生物体利用非糖物质合成葡萄糖的过程，称为糖的异生除三步反应外，糖异生过程与糖酵解途径互为逆过程，但不能把糖异生看成糖酵解的逆转反应过程丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸羧化生成草酰乙酸，丙酮酸羧化酶催化，需要ATP、二价金属离子草酰乙酸转变为苹果酸，从线粒体转运到细胞质，由苹果酸脱氢酶催化苹果酸在细胞质内由苹果酸脱氢酶催化转变为草酰乙酸细胞质的草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸，需GTP，酶含量受激素调节，胰岛素抑制该酶合成，胰高血糖素促进。磷酸烯醇式丙酮酸沿酵解途径逆向反应转变为1，6-二磷酸果糖1，6-二磷酸果糖转变为6-磷酸果糖，果糖磷酸酶催化，该酶是一个别构酶，是糖异生的关键调节酶6-磷酸果糖转变为葡萄糖，由葡萄糖-6-磷酸酶催化，脑组织、肌肉内不存在该酶糖异生途径的前体凡是能生成丙酮酸的物质三羧酸循环中间体乙酰CoA在动物体内不能转变为丙酮酸，所以不能参与糖异生，但在植物、微生物体内可通过乙醛酸循环生成草酰乙酸生糖氨基酸大多数氨基酸可以转变为三羧酸循环中间物，参与糖异生Leu、Lys、Trp称生酮氨基酸，一般不能参与糖异生Cori循环：肌肉剧烈运动产生的乳酸，可运至肝脏，在肝内通过糖异生生成葡萄糖，再运至肌肉反刍动物在胃内由细菌产生的有机酸，奇数脂肪酸可以通过转变成为琥珀酰CoA,参与糖异生糖异生的调控三个调控酶丙酮酸羧化酶果糖二磷酸酶葡萄糖-6-磷酸酶糖异生与糖酵解的协调高浓度的G-6-P抑制己糖激酶关键的调控点在6-磷酸果糖与1，6-二磷酸果糖的转化，2，6-二磷酸果糖是两个关键调控酶的调控物，ATP、柠檬酸对两条路径的效应正好相反丙酮酸与磷酸烯醇式丙酮酸之间的转化：在不同的场所进行乙酰CoA刺激丙酮酸羧化酶、抑制丙酮酸激酶Ala作为前体促进糖异生，却抑制丙酮酸激酶激素二者的调控肾上腺素、胰高血糖素、糖皮质激素等促进糖异生胰岛素可以使肝磷酸果糖激酶，丙酮酸激酶活性升高，促进酵解，抑制糖异生。级联放大效应神经和激素对血糖代谢的控制胰岛素与胰高血糖素肾上腺素甲状腺素糖代谢与疾病先天性代谢酶缺陷半乳糖血症：缺乏1-P-半乳糖尿苷酸转移酶己糖激酶缺乏，2，3-二磷酸甘油酸缺少，影响红细胞的氧释放丙酮酸激酶缺乏，2，3-二磷酸甘油酸增高糖尿病糖原合成减少，分解增加糖异生作用增加糖酵解、TCA减弱葡萄糖进入细胞变慢

化学性质反应重要性由醛化酮学产性生质的氧化

（还原性）还原金属离子，氧化成糖酸为鉴定还原糖的基础还原成醇醛酮基可被还原成醇某些植物中所含醇如山梨醇甘露糖醇可能是由此反应生成成脎和苯肼作用成脎可作为鉴定单糖的基础异构化（弱碱溶液）在弱碱溶液中单糖的醛酮基通过稀醇化作用起分子重排为单糖转化的基础发酵酵母使糖产生乙醇为酿酒的依据，

亦可用来鉴别单糖及制造化学品由羟化基学产性生质的成酯形成磷酸糖酯及乙酰糖酯磷酸糖酯是糖代谢的中间产物细胞膜吸收糖也要将糖先转化为磷酸糖酯成苷单糖C-1的OH基H可被烷基或其他基团取代产生糖苷有些糖苷是药物脱水经加浓HCl与加热，成糖产生醛己糖产生羟甲基糠醛可用此反应鉴别醛糖酮糖

氨基化C-2，C-3上的OH可被NH2取代成氨基糖氨基糖是糖蛋白的组分脱氨经脱氨酶作用产生脱氨糖脱氨糖是核酸的成分直链淀粉支链淀粉糖原纤维素几丁质单体单位-D-葡萄糖-D-葡萄糖-2-N-乙酰葡萄糖胺糖苷键型α（1→4）α（1→4）和α（1→6）β（1→4）分支无≈4％9％无溶解度融于热水热水不溶溶于水水不溶绝大部分溶剂不溶与碘反应紫兰色紫红色棕红色——主要功能食物贮存参与结构建成存在形式各种白色微粒白色粉末白色微晶形等不定形固体自然界分布整个植物界特别是玉米土豆和米动物肝肌肉和细菌整个植物界低等动植物外骨骼，植物多糖主要来源生物功能残基及其连接方式淀粉植物食物贮存D-葡萄糖,α（1－4）带有α（1－6）分枝糖原动物纤维素植物和昆虫结构和支持物D-葡萄糖，β（1－4）几丁质昆虫、菌类N－乙酰基－D－葡萄糖胺，β（1－4）果胶植物D－半乳糖醛酸及其甲基酯α（1－4）菊粉食物贮存D－果糖，β（2－1）葡聚糖细菌细菌在细胞外生成D－葡萄糖，α（1－6），有些分枝木聚糖植物结构支持物D－木糖，β（1－4），常为其他戊糖所取代粘多糖透明质酸高等动物机体结缔组织和粘液组分D－葡萄糖醛酸，N－乙酰基－D－葡萄糖胺β（1－3），β（1－4）硫酸软骨素软骨、腱和皮肤组分D－葡萄糖醛酸，L－艾杜糖和4－或6－硫酸，N－乙酰基－D－半乳糖胺肝素肥大细胞抗凝血物质L－艾杜糖酸和D－葡萄糖醛酸及其2－硫酸酯，N－硫酸D－葡萄糖胺－6－硫酸，α（1－4）透明质酸whathappenstothesugar?HexokinaseGlucoseInducedfitRegulatoryADPTh