生物化学糖代谢授课课件2016年6月9日222 - 副本

第九章糖代谢引言1：糖类化合物糖类化合物是一类多羟基醛、多羟基酮及其聚合物、衍生物，是生命体重要的能量来源。根据能否水解和水解后的产物，糖类分为：单糖、低聚糖和多糖。单糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖低聚糖：糊精、蔗糖、麦芽糖、乳糖多糖：淀粉、糖原、纤维素引言2：糖合成代谢概述绿色植物与光合微生物的糖合成代谢人和动物体内的糖合成代谢葡萄糖淀粉CO2,H2O单糖小分子物质糖原引言3：糖分解代谢概述糖分解分为有氧分解与无氧分解两大类型乙酰CoACO2,H2O乳酸乙醛乙醇多糖、低聚糖单糖丙酮酸第一阶段第二阶段第三阶段异养生物体内提供能源和碳源的多糖主要是淀粉和糖原常见的淀粉胞外分解人和动物消化道内的淀粉分解植物体内的淀粉分解（植物萌发时的淀粉分解）淀粉糖产业：利用微生物发酵生产的淀粉酶催化降解淀粉生产果葡糖浆、糊精等食品原料糖原在细胞内的分解第一节多糖的酶促降解种类部位(酶)产物

淀粉唾液淀粉酶(-淀粉酶)胰淀粉酶(-淀粉酶）小肠液（-糊精酶、-淀粉酶，麦芽糖酶)

D-葡萄糖蔗糖小肠液(蔗糖酶)D-葡萄糖，D-果糖乳糖小肠液(乳糖酶)D-葡萄糖，D-半乳糖人和动物消化道内酶促降解淀粉酶的多样性淀粉产物：葡萄糖水解键：水解α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键分布：微生物α-淀粉酶β-淀粉酶产物：麦芽糖+核心糊精水解键：从非还原端开始依次水解α-1,4-糖苷键，切下两个葡萄糖单位，不水解α-1,6-糖苷键分布：植物种子、块根、微生物产物：糊精+异麦芽糖水解键：α-1,4-糖苷键（不水解α-1,6-糖苷键）分布：唾液、胰液、麦芽、微生物γ-淀粉酶淀粉水解制作果葡糖浆人和动物细胞内糖原的分解细胞内糖原的分解是磷酸解，产物是1-磷酸葡萄糖胞内降解糖原的两种酶磷酸化酶：降解α-1,4-糖苷键脱支酶：降解α-1,6-糖苷键糖原[(葡萄糖)n]糖原[(葡萄糖)n-1]+1-磷酸葡萄糖糖原磷酸解酶小结胞外淀粉酶解形式多样，淀粉酶的分解性能多样糖原胞内降解是磷酸解过程，产物是1-磷酸葡萄糖，磷酸解酶有磷酸化酶与脱支酶两种第二节糖的无氧分解糖分解代谢分为无氧分解与有氧分解。生酵发酵与糖酵解为糖无氧分解的两种形式，均在胞液中进行乙酰CoACO2,H2O乳酸乙醛乙醇多糖、低聚糖单糖丙酮酸第一阶段第二阶段第三阶段吸能反应阶段放能反应阶段一、糖分解代谢共同步骤（EMP途径）⑤⑥⑦⑧⑨（一）葡萄糖的磷酸化激酶是催化ATP分子与底物之间磷酰基转移的酶，一般需要Mg2+、Mn2+作辅因子消耗第1个ATP，反应不可逆（二）6-磷酸葡萄糖异构为6-磷酸果糖意义：使羰基从1位C上转移到2位C上，异构后1位C上为-OH，为第二次磷酸化打基础（三）6-磷酸果糖磷酸化第2次活化反应，消耗第2个ATP，反应不可逆（四）1,6-二磷酸果糖的裂解（五）3-磷酸-甘油醛的脱氢氧化（六）1,3-二磷酸甘油酸脱去一个磷酰基磷酰基转移给ADP生成ATP（七）

3-磷酸甘油酸变位转化（八）2-磷酸甘油酸脱水烯醇化（九）磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）脱去磷酰基吸能反应阶段放能反应阶段①~④消耗2个ATP使1分子葡萄糖裂解为3-磷酸甘油醛与磷酸二羟丙酮⑤~⑨产生2分子丙酮酸、4分子ATP和2分子NADH一、共同步骤小结⑤⑥⑦⑧⑨二、丙酮酸的转化消耗糖酵解脱下的H+，保持细胞内的pH稳定，再生NAD+，有利于产生更多ATP。反应可逆丙酮酸脱羧酶+TPP生醇发酵糖酵解三、产生高能磷酸键的方法厌氧条件下为机体提供能量一些厌氧微生物在厌氧环境中的能量完全依靠糖的无氧代谢动物和人的少数组织即使在有氧条件下也依靠糖酵解作用获取能量(如视网膜、肾髓质、成熟红细胞等)三、糖无氧分解的生理意义磷酸果糖激酶-1抑制剂：ATP、柠檬酸激活剂：AMP、ADP、6-磷酸果糖、2,6-二磷酸果糖、H+细胞内能量对酶活的调节：ATP/AMP比值较高时，酶活低；ATP/AMP比值降低时，酶活高丙酮酸激酶激活剂：6-磷酸果糖、1,6-二磷酸果糖抑制剂：ATP、丙酮酸、乙酰CoA、脂肪酸、H+己糖激酶抑制剂：乙酰CoA、脂肪酸、6-磷酸葡萄糖四、糖无氧分解的调节1、糖的无氧分解主要有糖酵解和生醇发酵两种形式2、糖酵解与生醇发酵的共同步骤共九步吸能反应阶段(葡萄糖3-磷酸甘油醛+磷酸二羟丙酮)放能反应阶段(3-磷酸甘油醛丙酮酸)3、糖酵解产物是乳酸，生醇发酵产物是乙醇4、三个关键酶：己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶

5、糖无氧分解是某些微生物、某些组织获取能量的必需方式，生物能利用效率较低小结葡萄糖+2NAD++2ADP+2Pi2丙酮酸

+2NADH

+2H++2ATP+2H2O课后复习目标理解多糖的酶促降解机理及其多样性掌握糖无氧分解的反应途径（试述糖酵解的反应步骤？）掌握糖酵解与生醇发酵的区别理解糖无氧分解的关键酶及其调节机制理解糖无氧分解的生理意义Theend第二节糖的需氧分解胞液线粒体GG-6-PPAPA乙酰CoAO2O2O2H++eO2H2OCO2糖的有氧氧化（aerobicoxidation）三羧酸循环磷酸戊糖途径三羧酸循环的反应过程分三个阶段：糖酵解途径：葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA三羧酸循环和氧化磷酸化三羧酸循环的研究历史三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle）是需氧生物体内普遍存在的代谢途径，分布在线粒体。因为在这个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的柠檬酸，所以叫做三羧酸循环，又称为柠檬酸循环或者是TCA循环或TAC；或者以发现者HansAdolfKrebs（汉斯·阿道夫·克雷布斯英1953年获得诺贝尔生理学或医学奖）的姓名命名为Krebs循环。三羧酸循环是三大营养素（糖类、脂类、氨基酸）的最终代谢通路，又是糖类、脂类、氨基酸代谢联系的枢纽。一、糖的有氧氧化反应历程柠檬酸循环（CitricAcidCycle)三羧酸循环（TricarboxylicAcidCycle）Krebs循环在好氧真核生物线粒体基质或好氧原核生物细胞质中，酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢，彻底氧化为CO2、H2O并产生ATP的过程。(一)丙酮酸的生成有氧代谢中葡萄糖→丙酮酸的途径相同3-磷酸甘油醛脱下的氢在不需氧代谢中以乙醛或丙酮酸为受体，在需氧代谢中以氧为受体。反应在细胞浆中进行丙酮酸进入线粒体内进一步被氧化分解（二）丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoA

PyruvateIsOxidizedtoAcetyl-CoAandCO2丙酮酸脱氢酶系多酶复合体位于线粒体内原核细胞在胞液中三种酶六种辅助因子E1-丙酮酸脱氢／羧酶（组分）E2-二氢硫辛酰转乙酰基酶E3-二氢硫辛酸脱氢酶TPP、硫辛酸、CoA-SH、FAD、NAD+、Mg2+丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系硫辛酸：脂溶性维生素作用机制丙酮酸脱羧酶催化的反应不可逆，其余反应可逆。为限速酶

（三）柠檬酸循环（CitricAcidCycle）柠檬酸循环历程

ReactionsoftheCitricAcidCycle1、草酰乙酸与乙酰CoA缩合成柠檬酸

FormationofCitrate

柠檬酸合成酶变构酶，三羧酸循环的第一个调节酶，不可逆该酶对草酰乙酸的Km很低

变构抑制剂：ATP、NADH、

琥珀酰CoA、酯酰CoA

AMP可解除抑制2-3、经顺乌头酸生成异柠檬酸

FormationofIsocitrateviacis-Aconitate

乌头酸酶这两步反应均可逆，由于线粒体内整异柠檬酸继续向下反应，整个反应向异柠檬酸方向4、异柠檬酸氧化形成α酮戊二酸OxidationofIsocitratetoα-KetoglutarateandCO2

氧化脱羧△G0'=-20.9kJ/mol两种异柠檬酸脱氢酶NAD为辅酶，需Mg2+（线粒体）NADP为辅酶（胞质也有）5、α酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA

Oxidationofα-KetoglutaratetoSuccinyl-CoAα酮戊二酸脱氢酶系，含3种酶、6种辅因子△G0'=-33.5kJ/mol琥珀酰辅酶A高能硫酯化物不可逆，受ATPNADH琥珀酰辅酶A的抑制6、琥珀酰-CoA转化为琥珀酸

ConversionofSuccinyl-CoAtoSuccinate

琥珀酰-CoA合成酶（琥珀酰硫激酶）直接产生高能磷酸键代谢物水平无氧磷酸化7、琥珀酸脱氢形成延胡索酸

OxidationofSuccinatetoFumarate

丙二酸为竞争性抑制剂——抑制细胞呼吸（Krebs）8、延胡索酸加水生成L-苹果酸

HydrationofFumaratetoProduceMalate9、L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸

OxidationofMalatetoOxaloacetate

被草酰乙酸与乙酰CoA缩合（高度放能）反应所推动TCA循环图H2OH2O二、三羧酸循环的调节细胞内的能量状态是对三羧酸循环调节的主要因素限速酶：1.柠檬酸合酶

变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoAAMP可解除抑制2.异柠檬酸脱氢酶变构抑制剂：ATP、NADH

变构激活剂：ADP3.α—酮戊二酸脱氢酶系

抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA

激活剂：AMP、ADP、Ca2+

三、糖需氧分解的生理意义糖的需氧代谢是机体获取能量的主要途径产生的能量多糖的需氧代谢是物质代谢的总枢纽，是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径！三羧酸循环的中间产物也可作为合成细胞组织成分碳骨架的前体物质如：草酰乙酸→Asp、Asnα-酮戊二酸→

Glu→

其他氨基酸琥珀酰CoA→

血红素柠檬酸循环的化学计量（按3，2计）2丙酮酸2acetyl-CoA2NADH62异柠檬酸2α-酮戊二酸2NADH62α-酮戊二酸2琥珀酰-CoA2NADH62琥珀酰-CoA2琥珀酸2A/GTP22琥珀酸2延胡素酸2FADH242苹果酸2草酰乙酸2NADH6Total30ATP底物磷酸化柠檬酸循环的化学计量2丙酮酸2acetyl-CoA2NADH52异柠檬酸2α-酮戊二酸2NADH52α-酮戊二酸2琥珀酰-CoA2NADH522琥珀酰-CoA2琥珀酸2A/GTP22琥珀酸2延胡素酸2FADH232苹果酸2草酰乙酸2NADH5Total25ATP底物磷酸化糖酵解+三羧酸循环的效率糖酵解

1G→2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸

→

7ATP三羧酸循环

2丙酮酸→25ATP———————————————————————

32ATP储能效率=32×7.3/686=34.05%其余能量以热量形式：一部分维持体温，一部分散失。总反应式CO2来自草酰乙酸而不是乙酰CoA但净结果是氧化了1分子乙酰CoA柠檬酸循环—体内代谢的枢纽四、戊糖磷酸途径

（pentosephosphatepathway）

磷酸己糖支路

己糖单磷酸途径

戊糖支路

戊糖磷酸循环

磷酸戊糖途径p28712345678磷酸二羟丙酮戊糖磷酸途径反应速度的调控1、PPP（HMS）的限速酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶2、受NADP+/

NADPH的调节NADPH对此酶有抑制作用（二）戊糖磷酸途径的生理意义

——为机体提供5-磷酸核糖和NADPH（1）NADPH为许多物质的合成提供还原力（2）维护红细胞及含巯基蛋白的正常（3）联系戊糖代谢（4）HMS可为细胞提供能量（每1mol6-磷酸葡萄糖产生36molATP）乙醛酸循环五、乙醛酸循环

——三羧酸循环支路在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径异柠檬酸柠檬酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环乙酰CoA乙醛酸乙酰CoACoASH①②异柠檬酸裂解酶苹果酸合成酶一些微生物有乙酰CoA合成酶，可利用乙酸为唯一碳源和能源葡萄糖可抑制异柠檬酸裂解酶的活性植物中，乙醛酸循环主要存在于乙醛酸循环体中乙醛酸循环是三羧酸循环中间产物的补充方式之一异柠檬酸裂解酶异柠檬酸琥珀酸乙醛酸①②乙醛酸乙酰CoA苹果酸苹果酸合成酶原始细菌生存乙酸菌以乙酸为主要食物的细菌乙酸NH3生存乙醛酸循环四碳、六碳化合物转化成脂、糖、蛋白质乙酸

+ATP+CoASH→

乙酰CoA+H2O+AMP+PPi乙酰CoA合成酶第四节糖原的合成代谢糖原生成作用糖异生作用非还原端：多个还原端非还原端形状：树枝状分子量：100～1000万还原端：一个糖原的结构特点糖原的分布肝糖原：含量可达肝重的5%(总量为90-100g)肌糖原：含量为肌肉重量的1～2%(总量为200-400g)返回一、糖原生成作用由葡萄糖合成糖原的过程主要在细胞浆中进行反应步骤：葡萄糖→6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖→1-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖→二磷酸尿苷区萄糖(UDPG)在糖原合成酶的催化下，UDPG连接到糖原上在分支酶的作用下，以1，4-糖苷键相连的葡萄糖链的一部分脱落，并和原来葡萄糖聚合体上的葡萄糖进行1,6-糖苷键连接，生成糖原二、糖异生作用人和哺乳动物中糖异生主要在肝脏进行糖异生基本是酵解的逆行过程EMP中3个不可逆反应的酶（己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶）（一）糖异生作用的过程基本上是糖酵解的逆过程跨越三个能量障碍(energerybarrier)跨越一个生物膜障碍(membranebarrier)糖酵解过程：葡萄糖6-磷酸果糖

磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛2×2-磷酸甘油酸2×丙酮酸6-磷酸葡萄糖ADPATP1,6-二磷酸果糖ADPATP2×1,3-二磷酸甘油酸2×Pi2×NADH+2H+2×NAD+2×3-磷酸甘油酸2×ADP2×ATP2×磷酸烯醇式丙酮酸2×H2O2×烯醇式丙酮酸2×ADP2×ATP2×乳酸三个不可逆过程丙酮酸草酰乙酸（不能跨越线粒体膜）CO2+ATP+H2OADP+Pi丙酮酸羧化酶(线粒体内）丙酮酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸PEP(磷酸烯醇式丙酮酸）GTPGDP+CO2PEP羧化激酶1、丙酮酸PEP细胞质线粒体NADH+H+NADH+H+跨越一个膜障，一个能障苹果酸脱氢酶葡萄糖另一个途径是转变成天门冬氨酸逸出线粒体2、1，6-二磷酸果糖6-磷酸果糖

1，6-二磷酸果糖+H2O6-磷酸果糖+Pi它避开了糖酵解过程重不可能进行的直接逆反应（形成ATP和6-磷酸果糖的吸能反应）将及其改变为释放无机磷的放能反应3、6-磷酸葡萄糖葡萄糖

6-磷酸葡萄糖+H2O葡萄糖+Pi果糖1,6二磷酸酶葡萄糖－6-磷酸酶

1,6-二磷酸果糖的水解：6-磷酸果糖

1,6-二磷酸果糖ATPADP糖的分解代谢磷酸果糖激酶-1H3PO4H2O糖的异生作用果糖二磷酸酶-1底物循环

6-磷酸葡萄糖的水解：葡萄糖

6-磷酸葡萄糖ATPADP糖的分解代谢己糖激酶(肝)H3PO4H2O糖的异生作用葡萄糖-6-磷酸酶肝底物循环糖异生作用与膜障：

葡萄糖-6-磷酸酶果糖二磷酸酶-1

丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶细胞质细胞质线粒体细胞质、线粒体糖异生作用的酶存在部位

线粒体内膜不允许草酰乙酸自由透过，故此草酰乙酸在线粒体与胞浆之间的交换受阻从而构成“膜障”。2×丙酮酸2×

乳酸

乳酸、丙酮酸的糖异生作用2×草酰乙酸2×丙酮酸2×磷酸烯醇式丙酮酸1，6-二磷酸果糖6-磷酸果糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖2×草酰乙酸2×苹果酸2×苹果酸

线粒体中草酰乙酸的转运

甘油的糖异生作用：6-磷酸葡萄糖

甘油

磷