糖类化合物代谢

第一节糖类化合物

糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物，根据其水解情况分为单糖、寡糖和多糖。

单糖：不能被水解称更小分子的糖。如：葡萄糖、果糖、脱氧核糖。

寡糖：2-6个单糖分子脱水缩合而成。如：蔗糖、麦芽糖、乳糖。

多糖：淀粉、纤维素、糖原12/8/20231.12/8/20232.12/8/20233.葡萄糖及其环状结构12/8/20234.葡萄糖果糖12/8/20235.蔗糖麦芽糖12/8/20236.12/8/20237.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12/8/20238.二、蔗糖的生物合成与分解㈠蔗糖的生物合成：有3条途径1、蔗糖磷酸化酶催化途径1-磷酸葡萄糖+果糖蔗糖磷酸化酶蔗糖+Pi此途径仅在微生物中存在。12/8/20239.3、磷酸蔗糖合成酶途径UDPG+6-磷酸果糖磷酸蔗糖合成酶磷酸蔗糖+UDP此途径主要在细胞质中进行，是蔗糖生物合成的主要途径。2、蔗糖合成酶催化途径UDPG+果糖蔗糖合成酶蔗糖+UDP此途径存在于高等植物中。12/8/202310.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12/8/202311.三、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：淀粉合成酶催化途径：主要途径淀粉磷酸化酶催化途径D酶催化途径：转移短片段糖链12/8/202312.1.淀粉合成酶（starchsynthetase）--此酶在植物和微生物中普遍存在。12/8/202313.淀粉合成酶UDPG+（葡萄糖）nUDP+（葡萄糖）n+1

引子淀粉合成酶ADPG+（葡萄糖）nADP+（葡萄糖）n+1

12/8/202314.2.淀粉磷酸化酶（amylophosphorylase）--广泛分布在动物、植物和微生物中，因此这个酶也是合成淀粉的重要酶。由于此酶催化的反应是一个可逆反应，因而在磷酸含量较高的环境下，此酶趋向于将淀粉水解为1-磷酸葡萄糖。12/8/202315.淀粉磷酸化酶G-1-P＋（葡萄糖）n（葡萄糖）n+1＋Pi引子淀粉

12/8/202316.3.D酶（D-enzyme）--在植物体内发现的一种能将短片段糖链转移到另一个具有

-1，4-糖苷键的糖链上去形成淀粉的酶，称为D酶。

12/8/202317.

D酶

●－●－●＋●－●－〇●－●－●－●－●＋〇麦芽三糖（受体）麦芽三糖（给体）麦芽五糖葡萄糖12/8/202318.

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12/8/202319.12/8/202320.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12/8/202321.12/8/202322.淀粉的磷酸解作用

淀粉磷酸化酶淀粉（或糖原）＋Pi少一个残基的淀粉（或糖原）＋G－1－P

12/8/202323.磷酸葡萄糖变位酶G－1－PG－6－P

磷酸葡萄糖酯酶G－6－P＋H2O葡萄糖＋Pi12/8/202324.四、纤维素的生物合成与分解㈠纤维素的生物合成

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。12/8/202325.纤维素合酶UDPG+（

-葡萄糖）nUDP+（

-葡萄糖）n+1纤维素合酶GDPG+（

-葡萄糖）nGDP+（

-葡萄糖）n+1

12/8/202326.㈡纤维素的分解

由纤维素酶（cellulase）催化。人和大多数哺乳动物体内无纤维素酶。12/8/202327.纤维素酶纤维素+nH2On纤维二糖

纤维二糖酶纤维二糖＋H2O2β－葡萄糖12/8/202328.

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12/8/202329.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。12/8/202330.

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。12/8/202331.二、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。12/8/202332.①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12/8/202333.②磷酸葡萄糖异构酶12/8/202334.③磷酸果糖激酶此步不可逆，为限速步骤12/8/202335.醛缩酶④12/8/202336.⑤磷酸丙糖异构酶12/8/202337.⑥3-磷酸甘油醛脱氢酶

12/8/202338.12/8/202339.巯基（-SH）是3-磷酸甘油醛脱氢酶的活性中心基团。重金属离子和烷化剂（如碘乙酸）能抑制该酶活性。当用碘乙酸或碘乙酰胺处理时，可以与酶的活性中心结合成复合物，将巯基封闭，从而抑制了酶的活性。

12/8/202340.12/8/202341.⑦磷酸甘油酸激酶

底物磷酸化12/8/202342.⑧磷酸甘油酸变位酶12/8/202343.⑨烯醇化酶12/8/202344.⑩此步不可逆丙酮酸激酶12/8/202345.葡萄糖6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖糖原6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮1,3-二磷酸甘油酸×2磷酸烯醇式丙酮酸×2丙酮酸×2己糖激酶磷酸果糖激酶3-磷酸甘油酸×22-磷酸甘油酸×22ADP2ATP丙酮酸激酶2NAD+2NADH+H+ADPATPADPATP2ATP2ADP糖酵解(胞液)12/8/202346.12/8/202347.葡萄糖

+2NAD++2ADP+Pi2丙酮酸

+2NADH

+2H+

+2H2O+2ATP12/8/202348.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％12/8/202349.四、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。12/8/202350.五、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

ATP12/8/202351.六、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。12/8/202352.12/8/202353.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。12/8/202354.12/8/202355.八、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。12/8/202356.12/8/202357.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12/8/202358.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12/8/202359.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。12/8/202360.

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CoA

CO2，释放出能量）12/8/202361.1.

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+）。12/8/202362.丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA12/8/202363.酶缩写辅基所催化的反应丙酮酸脱氢酶A或E1TPP丙酮酸的脱羧二氢硫辛酸转乙酰基酶B或E2硫辛酸2C单位的氧化并转移给CoA二氢硫辛酸脱氢酶C或E3FAD、NAD+氧化型硫辛酰胺的再生大肠杆菌（E.Coli）的丙酮酸脱氢酶复合体12/8/202364.E1:丙酮酸脱氢酶E2:二氢硫辛酸转乙酰基酶E3:二氢硫辛酸脱氢酶12/8/202365.12/8/202366.12/8/202367.12/8/202368.12/8/202369.12/8/202370.12/8/202371.2.三羧酸循环（8步反应）12/8/202372.①柠檬酸合成酶此步不可逆，为限速步骤12/8/202373.乌头酸酶②12/8/202374.③异柠檬酸脱氢酶此步不可逆，为限速步骤12/8/202375.α-酮戊二酸脱氢酶系④此步不可逆，为限速步骤12/8/202376.⑤琥珀酰CoA合成酶12/8/202377.⑥琥珀酸脱氢酶12/8/202378.⑦延胡索酸酶12/8/202379.⑧苹果酸脱氢酶12/8/202380.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)12/8/202381.一轮TCAcycle的计算12/8/202382.乙酰CoA

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

+CoA+3NADH

+3H++FADH2

+GTP

三羧酸循环总反应式：12/8/202383.三、糖酵解过程的化学计量

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）。

12/8/202384.

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）。

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？ATP12/8/202385.

CH3-CO-S-CoA+2H2O+GDP+Pi+3NAD++FAD→2CO2+CoA-SH+GTP+FADH2+3NADH+3H+

3NADH+3H+→3*2.5=9ATPFADH2→1.5ATPGTP→1ATP———————————————————10ATP

12/8/202386.1葡萄糖产生多少ATP：真核细胞：2+2*1.5+2*2.5+2*10=30ATP原核细胞：2+2*2.5+2*2.5+2*10=32ATP能量利用30.5KJ*32/2840KJ=34%12/8/202387.四、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的作用一部分排出，一部分用于合成（脂肪酸的合成，光合作用）12/8/202388.12/8/202389.12/8/202390.3.6三羧酸循环的回补反应三羧酸循环中间产物是很多生物合成的前体。例如a一酮戊二酸和草酰乙酸分别是谷氨酸和天冬氨酸合成的碳架;琥珀酰-CoA是叶琳环合成的前体，而叶琳是叶绿素和血红素的组成部分;柠檬酸转运至胞液后裂解成乙酰-CoA可用于脂肪酸合成。上述过程将最终导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的进行，因此必须不断补充才能使草酰乙酸的浓度维持在一定的水平，保证三羧酸循环正常进行。这种补充称为草酰乙酸的回补反应12/8/202391.12/8/202392.四种回补方式12/8/202393.12/8/202394.12/8/202395.12/8/202396.回补反应（anapleroticreaction）12/8/202397.五、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12/8/202398.12/8/202399.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