高中生物竞赛辅导糖代谢

关于高中生物竞赛辅导糖代谢糖类是多羟基的醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。最早发现的几种糖可用通式Cn(H2O)m表示，又被称为碳水化合物。糖的概念第2页,共92页，2024年2月25日，星期天糖的主要生物学作用糖是自然界含量最为丰富的的有机物分子，是重要的生物能源物质，是细胞的结构组分，作为其它生物分子的前体，参与细胞与细胞间分子识别和信号传导等。第3页,共92页，2024年2月25日，星期天单糖最简单的单糖是丙糖，包括甘油醛和二羟丙酮其它的单糖可以看作是丙糖衍生而来的糖。第4页,共92页，2024年2月25日，星期天单糖的旋光异构

平面偏振光：普通光通过尼科尔棱镜时由于棱镜的结构，通过的光只是沿某一平面振动的光波，其它的都被遮断，这种光称为平面偏振光。当它通过某种具有旋光性的异构物溶液，偏振面向右或左旋转。

偏振面：与平面偏振光振动的平面相垂直的平面。第5页,共92页，2024年2月25日，星期天

不对称碳原子（手性C原子）：指4个价键与4个不同的原子或原子团相连接的碳原子。除二羟丙酮外，其它单糖至少含有一个手性C原子，因此都具有旋光异构体。如：

L-甘油醛D-甘油醛不对称碳原子第6页,共92页，2024年2月25日，星期天

规定：D型（—OH在右），L—型（—OH在左）

D、L型是两种不同的物质，尽管组成的元素相同，但空间结构不同，表现出不同的性质。第7页,共92页，2024年2月25日，星期天

旋光异构体个数：2n个

n—不对称C个数。如四碳糖有2个不对称C，异构体4个。五碳糖有3个不对称C，异构本体23=8个六碳糖有4个不对称C，异构体24=16个。第8页,共92页，2024年2月25日，星期天

对多个不对称碳原子，规定其构型时，以距醛基（或酮基）最远的不对称C原子（或靠近伯醇基的不对称C原子）为标准，－OH在不对称C原子右边为D-型，－OH在左边为L型。第9页,共92页，2024年2月25日，星期天单糖的环状结构和异头物Glc的链状结构醇羟基很容易与醛或酮形成半缩醛可半缩酮，形成环状结构。第10页,共92页，2024年2月25日，星期天异头物第11页,共92页，2024年2月25日，星期天C1上的醛基与哪一个C原子上的–OH反应：有两种形式：

1）C1与C5

连接形成氧桥，与吡喃相似，称吡喃糖。

2）C1

与C4连接形成氧桥，与呋喃相似，称呋喃糖。天然Glc多以吡喃型存在，因其更稳定。

C1上新出现的—OH有2种不同的排列方式，为便于研究，规定：

α–型：半缩醛（酮）碳上的–OH与决定直链结构构型（D型或L型）的碳上的–OH处于同一边者。

β–型：（与α–型相反）不在同一边者。第12页,共92页，2024年2月25日，星期天第13页,共92页，2024年2月25日，星期天第14页,共92页，2024年2月25日，星期天Glc这种投影式结构过长的氧桥是不合理的，因为每个碳原子的键角并非180°，1926年英国化学家W.H.Haworth提出透视式结构：α-D-

吡喃Glc第15页,共92页，2024年2月25日，星期天α-D-

呋喃Glc第16页,共92页，2024年2月25日，星期天两条规定：

1直链式右边的—OH写在Haworth环下面，左边—OH写在环上面。

2未成环的多余碳原子，如氧桥向右，则写在环之上，反之，则写在环之下。第17页,共92页，2024年2月25日，星期天

单糖的构象

构象：指一个分子中，不改变共价键结构，仅单链周围的原子旋转所产生的原子空间排列。构象改变，共价不一定断裂或重新形成，Haworth设计的Glc环状结构为一个平面，粗线来表示靠读者的一边，C–O–C键角为108°28,但实测为111°，形成两种构象：船式、椅式。第18页,共92页，2024年2月25日，星期天OCH2OHHOHOOHOHOCH2OHHOHOOHOHOCH2OHOHOHOHOH第19页,共92页，2024年2月25日，星期天D－果糖、D－半乳糖、L－鼠李糖、D－甘露糖、L－山梨糖、L－岩藻糖、L－阿拉伯糖、D－核糖、D－脱氧核糖、D－木糖重要的单糖第20页,共92页，2024年2月25日，星期天单糖的重要衍生物：糖醇：较稳定，有甜味。甘露醇、山梨醇糖醛酸：由单糖的伯醇基氧化而得。葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸氨基糖：糖中的羟基为氨基所取代。D-氨基葡萄糖糖苷：单糖的半缩醛上羟基与非糖物质（醇、酚等）的羟基形成的缩醛。洋地黄苷、皂角苷第21页,共92页，2024年2月25日，星期天寡糖：少数单糖（2~10个）缩合的聚合物。自然界中最常见的寡糖是双糖。寡糖麦芽糖葡萄糖-

（14）葡糖苷第22页,共92页，2024年2月25日，星期天乳糖半乳糖-

（14）葡萄苷第23页,共92页，2024年2月25日，星期天纤维二糖葡萄糖-

（14）葡糖苷第24页,共92页，2024年2月25日，星期天蔗糖葡萄糖-

，（12）果糖苷第25页,共92页，2024年2月25日，星期天

多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。多糖没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水。多糖

淀粉直链淀粉由250-260个葡萄糖分子，以（1，4）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。第26页,共92页，2024年2月25日，星期天直链淀粉第27页,共92页，2024年2月25日，星期天支链淀粉第28页,共92页，2024年2月25日，星期天糖原由1-4糖苷键联接的．糖原分子具有较多的分支结构。糖原的分支结构则平均以12个葡萄糖残基为其分支的长度。遇碘显红紫色。第29页,共92页，2024年2月25日，星期天纤维素

由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成的直链，天然纤维素为无臭、无味的白色丝状物。纤维素不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。不溶于水。第30页,共92页，2024年2月25日，星期天糖代谢第31页,共92页，2024年2月25日，星期天淀粉的酶促水解：水解淀粉的淀粉酶有α与β淀粉酶，二者只能水解淀粉中的α-1，4糖苷键，水解产物为麦芽糖。α-淀粉酶可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的α-1，4糖键，β淀粉酶只能从非还原端开始水解。水解淀粉中的α-1，6糖苷键的酶是α-1，6糖苷键酶淀粉水解的产物为糊精和麦芽糖的混合物。第32页,共92页，2024年2月25日，星期天大多数动物消化道中缺乏水解β-1，4糖苷键的酶，因此对纤维素无法水解利用。第33页,共92页，2024年2月25日，星期天糖酵解途径（EMP）第34页,共92页，2024年2月25日，星期天OCH2OHHOOHOHOH+ATPOCH2OHHOOHOHOHP+ADP

G

G-6-PGlucokintase己糖激酶，Mg2＋

反馈抑制反应基本不可逆，保证进入细胞的葡萄糖立即被转化葡萄糖葡萄糖-6-磷酸（一）葡萄糖的磷酸化消耗1ATP，需要Mg2+参与第35页,共92页，2024年2月25日，星期天

由于己糖激酶的活性受到产物6－磷酸葡萄糖的反馈抑制，因此，单纯依靠己糖激酶的作用，有时无法全部消解机体内的多余游离的葡萄糖。因此，当生物体内尤其是血液和肝脏细胞中的游离葡萄糖含量过高时，生物体内的葡萄糖激酶会起辅助作用，将多余的葡萄糖转化为6－磷酸葡萄糖。而产物6－磷酸葡萄糖不会反馈抑制葡萄糖激酶的作用，因此可以避免机体内的葡萄糖过多积累产生的危害。第36页,共92页，2024年2月25日，星期天第37页,共92页，2024年2月25日，星期天第38页,共92页，2024年2月25日，星期天OCH2OHHOOHOHOHPGlucosephosphateisomeraseOCH2OHOCH2POHOHF-6-P

G-6-P（葡萄糖-6-磷酸）（果糖-6-磷酸）磷酸葡萄糖异构酶（二）葡萄糖-6-磷酸异构化形成果糖-6-磷酸

反应可逆，醛式葡萄糖变酮式果糖第39页,共92页，2024年2月25日，星期天第40页,共92页，2024年2月25日，星期天OCH2OHOCH2POHOH+ATPOCH2OHOCH2POHOHPMg2+F-1,6-2P+ADPF-6-P（6－磷酸果糖）（1、6－二磷酸果糖）磷酸果糖激酶（三）果糖-6-磷酸形成果糖-1,6-二磷酸(磷酸化)

反应不可逆。过程需要Mg2+的参与。

磷酸果糖激酶是变构酶，催化效率很低，整个糖酵解的速率严格的依赖该酶的活力水平，因此，磷酸果糖激酶是哺乳动物糖酵解途径中最重要的调控关键酶。第41页,共92页，2024年2月25日，星期天OCH2OHOCH2POHOHPCH2OC=OCH2OHPDHAPCHOCHOHCH2OP+G-3-PAldolase醛缩酶1、6－二磷酸果糖

（二羟丙酮磷酸）（甘油醛-3-磷酸）（四）果糖-1,6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸第42页,共92页，2024年2月25日，星期天Triosephosphateisomerase丙糖磷酸异构酶（五）二羟丙酮磷酸和甘油醛-3-磷酸的互变异构CH2OC=OCH2OHP

二羟丙酮磷酸，DAHPCHOCHOHCH2OP甘油醛-3-磷酸，G-3-P第43页,共92页，2024年2月25日，星期天第44页,共92页，2024年2月25日，星期天CHOCHOHCH2OP+NAD++PiCO~CHOHCH2OPPO+NADH+H+Glyceraldehyde-phosphatedehydrogenase1,3-BPGG-3-P甘油醛-3-磷酸1，3二磷酸甘油酸甘油醛3-磷酸脱氢酶（六）甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸需要NAD＋和Pi的参与第45页,共92页，2024年2月25日，星期天+ADPCOHCHOHCH2OPO+ATP3-PGCO~CHOHCH2OPPO1,3-BPG1，3二磷酸甘油酸3－磷酸甘油酸（七）1,3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成ATPMg2+磷酸甘油酸激酶反应不可逆，需要Mg2+参与,生成1ATP第46页,共92页，2024年2月25日，星期天Phosphoglyceromutase磷酸甘油酸变位酶（八）3-磷酸甘油酸转化为2-磷酸甘油酸3-PG3－磷酸甘油酸COHCHOHCH2OPO2-PG2－磷酸甘油酸COOHH—C—O—CH2—OHP第47页,共92页，2024年2月25日，星期天COOHC—O~CH2P+H2OPEP磷酸烯醇式丙酮酸Enolase烯醇化酶，Mg2+COOHH—C—O—CH2—OHP2－磷酸甘油酸2-PG（九）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸第48页,共92页，2024年2月25日，星期天COOHC—O~CH2P+ADPPyrkinaseCOOHC—OHCH2+ATP磷酸烯醇式丙酮酸PEP丙酮酸（十）磷酸烯醇丙酮酸转变为丙酮酸并产生1个ATP分子

Pyr丙酮酸激酶第49页,共92页，2024年2月25日，星期天第50页,共92页，2024年2月25日，星期天糖酵解过程中ATP的消耗和生成消耗ATP的步骤:GATP6-磷酸G6-磷酸果糖ATP1,6-二磷酸果糖生成ATP的步骤：1,3-二磷酸甘油酸ATP3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸ATP

丙酮酸第51页,共92页，2024年2月25日，星期天糖酵解作用的调节在代谢途径中，催化基本上不可逆的反应的酶所处部位是控制代谢反应的有力部位。在糖酵解途径中，由己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶所催化的反应实际都是不可逆反应，因此，这三种酶都有调节糖酵解途径的作用。它们的活性受到变构效应物可逆结合以及酶共价修饰的调节。

第52页,共92页，2024年2月25日，星期天(一)磷酸果糖激酶是糖酵解途径的关键酶和限速酶磷酸果糖激酶哺乳动物酵解途径的重要调节酶，高[ATP]使酶与底物F-6-P结合曲线由双曲线变为S型。柠檬酸通过加强ATP的抑制效应来抑制磷酸果糖激酶活性，从而使糖酵解减慢。21S形双曲线第53页,共92页，2024年2月25日，星期天(二)果糖-2,6-二磷酸对酵解的调节作用

F-2,6-BP（果糖-2,6-二磷酸）是1980年由Henri-GeryHers和EmileVanSchaftinggen新发现的糖酵解过程调节物，是磷酸果糖激酶强有力的激活剂。22第54页,共92页，2024年2月25日，星期天

磷酸果糖激酶6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖激活抑制ATP柠檬酸ADPAMP2，6-二磷酸果糖

激活第55页,共92页，2024年2月25日，星期天磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸(三)己糖激酶和丙酮酸激酶对糖酵解的调节作用

G己糖激酶6-磷酸葡萄糖抑制长链脂肪酸ATP抑制1.6-二磷酸果糖激活第56页,共92页，2024年2月25日，星期天第57页,共92页，2024年2月25日，星期天糖酵解的产物丙酮酸的去路（一）生成乳酸(丙酮酸Pyr)(乳酸Lac)无氧条件下每分子葡萄糖代谢生成乳酸的总反应式：C6H12O6

+2ADP+2Pi2C3H6O3+2ATP+2H2O乳酸葡萄糖第58页,共92页，2024年2月25日，星期天（二）生成乙醇丙酮酸

乙醛

乙醇

CO2NADH+NAD+1.丙酮酸脱羧形成乙醛（不需氧）丙酮酸乙醛丙酮酸脱羧酶(TPP为辅酶)有O2乙酸(酿醋工业)2.乙醛还原成乙醇，同时产生氧化型NAD+乙醇脱H酶(无O2)NADHNAD+乙醛

乙醇发酵发面，制作面包，酿酒等第59页,共92页，2024年2月25日，星期天（三）甘油发酵（酵母的第Ⅱ型发酵）第60页,共92页，2024年2月25日，星期天第61页,共92页，2024年2月25日，星期天糖酵解过程总结（一）糖酵解的总反应式:G+2Pi+2ADP+2NAD+

2CH3COCOOH

+2ATP+2(NADH+H+)+2H2O葡萄糖丙酮酸（二）糖酵解的反应部位：细胞液第62页,共92页，2024年2月25日，星期天糖酵解的生理生化意义：

生成了许多具有高度反应活性的中间体,为合成多种重要有机物提供原料；提供了推动生理活动的能量；把无机磷变为了有机磷。第63页,共92页，2024年2月25日，星期天三羧酸循环（TCA）

1937年德国生物学家Krebs（克雷布斯，1953年因此获诺贝尔奖）阐明：乙酰CoA的继续分解是一个环式反应体系，起点是乙酰CoA与草酰乙酸结合为具有三个羧基的柠檬酸，故称为三羧酸循环（tricarboxylicacid），又叫TCA循环，Krebs循环，由于该循环的第一个产物是柠檬酸，又叫柠檬酸循环。它不仅是糖代谢的主要途径，也是蛋白质、脂肪分解代谢的最终途径。

三羧酸循环的细胞定位：线粒体内第64页,共92页，2024年2月25日，星期天草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸a-酮戊二酸琥珀酸辅酶A琥珀酸延胡索酸苹果酸乙酰辅酶A第65页,共92页，2024年2月25日，星期天丙酮酸的氧化脱羧第66页,共92页，2024年2月25日，星期天TCA生化历程

1、乙酰CoA与草酰乙酸及H2O缩合生成柠檬酸，放出HS—CoA。

—H2O

不可逆

第67页,共92页，2024年2月25日，星期天2、柠檬酸脱水生成顺乌头酸

+H2O

可逆

第68页,共92页，2024年2月25日，星期天

3、顺乌头酸与H2O加成，生成异柠檬酸

异构化反应

—H2O可逆

第69页,共92页，2024年2月25日，星期天

通过2——3步，将柠檬酸异构化为异柠檬酸。实质是将前者的—OH从C2变到了后者的C3，成为仲醇（由叔醇变为仲醇），更易氧化。

第70页,共92页，2024年2月25日，星期天4—5、异柠檬酸氧化脱羧生成α—酮戊二酸

第一次脱氢脱羧

可逆

消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋，1CO2

第71页,共92页，2024年2月25日，星期天

该酶是别构酶，激活剂是ADP，抑制剂是NADH、ATP。

有两种同工酶：以NAD＋为电子受体，存在于线粒体中，需Mg2＋。

以NADP＋为电子受体，存在于胞液中，需Mn2＋。

第72页,共92页，2024年2月25日，星期天6、α—酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA

第二次脱氢脱羧

不可逆

消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋，1CO2第73页,共92页，2024年2月25日，星期天7、琥珀酸的生成第74页,共92页，2024年2月25日，星期天

是TCA中唯一直接产生GTP的反应，属于底物磷酸化。可逆

区别：

EMP：高能磷酸基团直接转移给ADP放能

TCA：琥珀酰CoA中的高能键硫酯键水解放能

第75页,共92页，2024年2月25日，星期天

8、琥珀酸氧化生成延胡索酸

第三次脱氢（FAD脱氢）可逆生成1FADH2该酶结合在线粒体内膜上，丙二酸是竞争性抑制剂第76页,共92页，2024年2月25日，星期天第77页,共92页，2024年2月25日，星期天9、延胡索酸水化生成苹果酸

水化作用

可逆消耗1H2O第78页,共92页，2024年2月25日，星期天

10、苹果酸脱氢氧化生成草酰乙酸

第四次脱氢

可逆消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋

第79页,共92页，2024年2月25日，星期天第80页,共92页，2024年2月25日，星期天

总反应式：

乙酰CoA＋3NAD＋＋FAD＋GDP＋Pi＋2H2O

2CO2＋3NADH＋3H＋＋FADH2＋GTP

＋HS—CoA

第81页,共92页，2024年2月25日，星期天五、戊糖磷酸途径phosphopentosepathwayPPP

糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主要径，但不是唯一途径。实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway,PPP），也称为磷酸己糖旁路（hexosemonophosphatepathway/shunt,HMP）。参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。

第82页,共92页，2024年2月25日，星期天六、糖的合成、糖异生糖异生是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。非糖物质包括丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油等均可以在哺乳动物的肝脏中转变为葡萄糖或糖原。这一过程基本上是糖酵解途径的逆过程，但具体过程并不是完全相同，因为在酵解过程中有三步是不可逆的反应，而在糖异生中要通过其它的旁路途径来绕过这三步不可逆反应，完成糖的异生过程。糖异生的证据及其生理意义第83页,共92页，2024年2月25日，星期天用整体动物做实验，禁食24小时，大鼠肝脏中的糖原由7%降低到1%，饲喂乳酸、丙酮酸或三羧酸循环代谢的中间物后可以使大鼠肝糖原增加。根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有毒的糖苷，它能抑制肾小管将葡萄糖重吸收进入血液中，这样血液中的葡萄糖就不断的由尿中排出。当给用根皮苷处理过的动物饲喂三羧酸循环中间代谢物或生糖氨基酸后，这些动物尿中的糖含量增加。糖尿病人或切除胰岛的动物，他们从氨基酸转化成糖的过程十分活跃。当摄入生糖氨基酸时，尿中糖含量增加。1.糖异生的证据如下：第84页,共92页，2024年2月25日，星期天糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料