食品生物化学课件 第一节 物质代谢概述及糖代谢

第八章：物质代谢第一节：代谢概述及碳水化合物的代谢第二节：脂类的代谢第三节：蛋白质的代谢第四节：核酸代谢和蛋白质的生物合成第五节：物质代谢的相互联系和调节主要内容：第一节：代谢概述及糖代谢代谢概述

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，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食物消化、吸收排泄中间代谢（同化、异化）碳水化合物代谢多糖和低聚糖的分解单糖的分解无氧分解有氧分解磷酸戊糖分解碳水化合物分解碳水化合物合成主要内容和要求：

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。双糖和多糖的酶促降解、单糖的分解代谢、糖的生物合成一、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-半乳糖苷酶二、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2、淀粉的分解淀粉磷酸化酶

脱支酶淀粉+nH3PO4nG-1-p+少量葡萄糖

淀粉的磷酸解

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。α－淀粉酶β－淀粉酶三、单糖的分解代谢（一）、糖酵解（EMP）（二）、丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降解途径（三）、三羧酸循环（TCA）（四）、磷酸戊糖途径（PPP）（五）、其它糖进入单糖分解的途径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）（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。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1、化学历程和催化酶类第一阶段：葡萄糖的磷酸化

ATPADPATPADP葡萄糖激酶磷酸果糖激酶异构酶第二阶段：

磷酸己糖的裂解醛缩酶异构酶第三阶段：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丙酮酸激酶脱氢酶激酶变位酶烯醇化酶2、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

6ATP或

4ATP

3、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，调节物多为本途的中间物中间物或与本途径有关的代谢产物。（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）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（四）、三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle,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）

OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP1、三羧酸循环

（TCA）的历程

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酸NAD+NAD+FADNAD+TCA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TCA第二阶段：氧化脱羧CO2GDP＋PiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶CO2－酮戊二酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶TCA第三阶段：草酰乙酸再生

FADFADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶2、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葡萄糖完全氧化产生的ATP酵解阶段：

2ATP

21NADH兑换率

1：3(或2)2ATP2(3ATP或2ATP)三羧酸循环：21GTP

23NADH

21FADH221ATP29ATP22ATP兑换率

1：3兑换率

1：3丙酮酸氧化：21NADH兑换率

1：323ATP总计：38ATP或36ATP3、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]4、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

是发酵产物重新氧化的途径（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-P（1）、氧化脱羧阶段

6G-6-P6

葡萄糖酸-6-P6

核酮糖-５-P

6NADP+NADPH6NADP+6NADPH6CO26H2O1、化学反应历程及催化酶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23-磷酸甘油醛转酮酶转醛酶26-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖基团转移（续前）

+24-磷酸赤藓糖+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖转酮酶25-磷酸木酮糖H2OPi1,6-二

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2、磷酸戊糖途径的总反应式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+12NADPH+12H+

3、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（六）、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+PiUTPPPi三、糖的生物合成（一）、单糖的生物合成（二）、双糖的生物合成（三）、多糖的生物合成（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

（1）糖异生作用的主要途径和关键反应（2）糖酵解与糖异生作用的关系（3）糖分解与糖异生作用的关系1、光合作用

CO2+H2O(CH2O)+光能12O2（1）、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2、糖的异生A、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B、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PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2