第四章 糖类代谢89

第四章糖类代谢YOURLOGO化学实验、公开课、教师说课、教学培训PPT模板知识目标了解糖在生物体的主要生理功能及多糖的酶解过程掌握血糖的正常值、来源、去路和生理意义掌握糖酵解途径，糖有氧氧化途径的过程、部位、特点及其生理意义了解磷酸戊糖途径的过程，掌握其生理意义掌握糖异生的过程、部位、关键酶及意义第一节糖类代谢概述一.糖类的生理功能糖类的化学本质是多羟基醛或多羟基因同类及其衍生物或多聚物。糖类在动物体内的生理功能十分重要它是动物生命活动中重要的能源物质、结构物质和功能物质。一.糖类的生理功能1.氧化供能糖类是动物饲料的主要成分，也是动物机体正常情况下的主要供能物质。动物体内能量的70%来自糖类的分解代谢。在糖类代谢中，1g葡萄糖完全氧化分解可释放能量约15.7kJ其中约40%转化成ATP，以供动物体生理活动所需。氧化分解供能是糖类的主要功能。一.糖类的生理功能2.糖类是动物体内重要的结构物质如糖蛋白、糖脂是生物膜、神经组织等的组成成分，脱氧核糖、核糖是构成DNA和RNA的组成部分。一.糖类的生理功能3.作为合成其他物质的原料糖类分解代谢过程中的中间成分，在一定条件下可转变为三酰甘油酯，也可转变为某些非必需氨基酸。一.糖类的生理功能4.糖类是动物体内重要的信息物质糖类与脂类、蛋白质组成的复合物，如糖脂、糖蛋白等是细胞膜、神经组织、结缔组织的主要成分，其糖链部分还参与细胞间识别及信息传递等过程。一.糖类的生理功能此外，某些酶、激素、免疫球蛋白、大部分凝血因子等的化学本质均属于糖蛋白。二、糖类代谢概况（一）糖类的种类糖类化合物可分为单糖、寡糖和多糖三种类型。二、糖类代谢概况1.单糖（monosaccharide）是不能再水解成更小分子的多羟基酸因同的最简单糖类。含醛基的称为自主糖，含酮基的称为酮糖。根据分子中碳原子数目可将单糖分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖等。单糖中以戊糖和己糖最为重要。二、糖类代谢概况2.寡糖寡糖（oligosaccharide）是由2~10个相同或不同的单糖缩合而成的低聚糖，水解时得到相应数目和种类的单糖，自然界以游离状态存在的二糖有麦芽糖、康糖、乳糖等二、糖类代谢概况3.多糖多糖（polysaccharide）是由许多单糖分子以糖音键相连而形成的高分子聚合物，一般由20个以上的单糖或单糖衍生物聚合而成，是自然界中糖类化合物存在的主要形式。二、糖类代谢概况3.多糖(1）淀粉：淀粉存在于植物的根茎或种子中。在自然界中淀粉可看成是葡萄糖的一种贮藏方式。天然淀粉由直链淀粉与支链淀粉组成，直链与支链之比一般为(15%~25%）:(85%～75%），视植物种类与品种不同而异。二、糖类代谢概况3.多糖(2）糖原：糖原是动物细胞中能源的一种贮存形式有“动物淀粉”之称。主要贮存于动物的肝脏和肌肉组织中分别称为肝糖原和肌糖原。二、糖类代谢概况3.多糖(3）纤维素：纤维素是世界上最丰富的有机化合物，它是植物中的结构多糖，但也在某些被囊类动物中发现。二、糖类代谢概况（二）多糖的酶促降解生物体中的多糖是在相应酶的催化下被水解的。1.淀粉的酶促降解及消化吸收能够催化α一14－糖苷键和α－16一糖苷键水解的酶叫淀粉酶，主要包括α一淀粉酶、β－淀粉酶。二、糖类代谢概况（二）多糖的酶促降解生物体中的多糖是在相应酶的催化下被水解的。2.纤维素的水解纤维素是由β－D－葡萄糖通过β－1,4一糖苷键连接而成的长链大分子。纤维素酶能特异性地水解β－1,4一糖苷键，最终将纤维素水解成葡萄糖。三、血糖及其调节（一）血糖概述血液中的葡萄糖称为血糖，血糖是葡萄糖在体内的转运形式，在血液中分布于红细胞和血浆中，全身各组织都需要从血液中获得葡萄糖而供给生理活动需要。三、血糖及其调节（一）血糖概述某些动物血糖~三、血糖及其调节（二〉血糖的来源和去路血糖浓度相对恒定是其来源和去路相互平衡的结果即进入血中的葡萄糖量与从血中移去的葡萄糖量基本相等。1.血糖的来源三、血糖及其调节（二〉血糖的来源和去路血糖浓度相对恒定是其来源和去路相互平衡的结果即进入血中的葡萄糖量与从血中移去的葡萄糖量基本相等。2.血糖的去路三、血糖及其调节（三）血糖浓度的调节正常情况下，血糖的来源与去路保持动态平衡，使血糖相对恒定（图4.1）。三、血糖及其调节（三）血糖浓度的调节1.器官调节肝脏是体内调节血糖的主要器官。肝脏可以通过肝糖原分解、糖异生作用升高血糖，也可以通过肝糖原合成降低血糖.三、血糖及其调节（三）血糖浓度的调节2.激素调节高等动物体内的激素分泌是受神经控制的调节血糖的激素有两大类，一类是降低血糖的激素，即胰岛素；另一类是升高血糖的激素，有肾上腺素、膜高血糖素、糖皮质激素和生长激素等。三、血糖及其调节（三）血糖浓度的调节2.激素调节(1)胰岛素：胰岛素是胰岛β细胞分泌的一种蛋白质激素，通过增加血糖去路、减少血糖来源，使血糖的浓度降低。三、血糖及其调节（三）血糖浓度的调节2.激素调节（2）肾上腺素和胰高血糖素三、血糖及其调节（三）血糖浓度的调节2.激素调节（3）糖皮质激素三、血糖及其调节（三）血糖浓度的调节2.激素调节（4）甲状腺激素三、血糖及其调节（三）血糖浓度的调节2.激素调节（5）生长激素第二节糖的分解代谢糖的分解代谢磷酸戊糖代谢有氧分解无氧分解糖的分解一、糖的无氧分解（一）糖无氧分解的概念在无氧或缺氧条件下，葡萄糖（glycose,G）分解为乳酸的过程称为糖的无氧分解。这一过程与酵母菌生醇发酵的过程相似，故称之为糖酵解，全部过程在胞浆中进行。一、糖的无氧分解（二）糖无氧分解的过程第一阶段：糖酵解途径是由葡萄糖或糖原分解至丙酣酸的过程，共10步反应。(1）葡萄糖磷酸化反应：一、糖的无氧分解（二）糖无氧分解的过程第一阶段：糖酵解途径是由葡萄糖或糖原分解至丙酣酸的过程，共10步反应。(2）磷酸己糖异构反应：一、糖的无氧分解（二）糖无氧分解的过程第一阶段：糖酵解途径是由葡萄糖或糖原分解至丙酣酸的过程，共10步反应。(3）果糖－6－磷酸的磷酸化反应：一、糖的无氧分解（二）糖无氧分解的过程第一阶段：糖酵解途径是由葡萄糖或糖原分解至丙酣酸的过程，共10步反应。(4）裂解反应：一、糖的无氧分解（二）糖无氧分解的过程第一阶段：糖酵解途径是由葡萄糖或糖原分解至丙酣酸的过程，共10步反应。(5）磷酸丙糖异构反应：一、糖的无氧分解（二）糖无氧分解的过程第一阶段：糖酵解途径是由葡萄糖或糖原分解至丙酣酸的过程，共10步反应。(6）甘油醛－3－磷酸氧化一、糖的无氧分解（二）糖无氧分解的过程第一阶段：糖酵解途径是由葡萄糖或糖原分解至丙酣酸的过程，共10步反应。(7）高能磷酸基团转移一、糖的无氧分解（二）糖无氧分解的过程第一阶段：糖酵解途径是由葡萄糖或糖原分解至丙酣酸的过程，共10步反应。(8）甘油酸－3一磷酸的变位反应一、糖的无氧分解（二）糖无氧分解的过程第一阶段：糖酵解途径是由葡萄糖或糖原分解至丙酣酸的过程，共10步反应。(9）烯醇化反应一、糖的无氧分解（二）糖无氧分解的过程第一阶段：糖酵解途径是由葡萄糖或糖原分解至丙酣酸的过程，共10步反应。（10）丙酣酸的生成一、糖的无氧分解（二）糖无氧分解的过程第二阶段：丙酮酸还原为乳酸。一、糖的无氧分解（三）糖无氧分解的特点第二阶段：丙酮酸还原为乳酸。(1）整个过程无氧参加(2）糖在此途径中只能发生不完全的分解，释放能量较少.(3）整个过程，只有己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酬酸激酶是本途径的限速酶。一、糖的无氧分解（四）糖无氧分解的生理意义(1）为机体缺氧时提供急需的能量：一、糖的无氧分解（四）糖无氧分解的生理意义(2）糖酵解是红细胞供能的主要方式：一、糖的无氧分解（四）糖无氧分解的生理意义(3）某些组织细胞如视网膜、辜丸、白细胞、肿瘤细胞等，即使在有氧条件下仍以糖无氧酵解为其主要供能方式二、糖的有氧分解（一）糖有氧分解的概念葡萄糖在有氧条件下彻底氧化生成CO2、H2O和大量ATP的代谢过程，称为糖的有氧分解。有氧分解是糖分解代谢的主要方式，大多数组织通过此过程获得能量。二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第一阶段：葡萄糖氧化成丙酣酸此阶段与糖酵解途径相同，在细胞液中进行。二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA，在线粒体中进行。二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第二阶段：丙酮酸脱氢酶复合体是一个多酶复合体，由3种酶飞5种辅助因子组成。二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化。三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle,TCA）是物质代谢和能量代谢中很重要的一条途径。二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化。1.三羧酸循环反应过程1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成拧橡酸二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化。1.三羧酸循环反应过程b.柠檬酸转变为异柠檬酸二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化。1.三羧酸循环反应过程c.异柠檬酸氧化脱羧生成α－酮戊二酸二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化。1.三羧酸循环反应过程d.α－酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA：二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化。1.三羧酸循环反应过程e.底物水平磷酸化反应：二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化。1.三羧酸循环反应过程f.底物水平磷酸化反应：二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化。1.三羧酸循环反应过程g.延胡索酸加水生成苹果酸：二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程糖的有氧氧化过程通常可分为三个阶段：第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化。1.三羧酸循环反应过程h.延胡索酸加水生成苹果酸：二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程2.三羧酸循环的特点(1）循环中消耗2分子的水，1分子用于柠檬酸合成，1分子用于苹果酸合成。(2）三羧酸循环在有氧条件下进行，是产生ATP的主要途径。(3)三羧酸循环是不可逆的。二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程2.三羧酸循环的特点(4）三羧酸循环中间产物要不断补充。二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程3.三羧酸循环的生理意义(1）三羧酸循环是生物体内能源物质氧化分解的共同途径。(2）三羧酸循环是三大物质相互转化的基础。(3）三羧酸循环是生物体内释放能量最多的氧化分阶段。二、糖的有氧分解（二）糖有氧分解的过程4.三羧酸循环的代谢调节(1）第一个调节点是柠檬酸合成酶(2）第二个调节点是异柠檬酸脱氢酶(3）第三个调节点是α－酮戊二酸脱氢酶复合体，二、糖的有氧分解（三）糖有氧分解的能量葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式：底物水平磷酸化和氧化磷酸化。二、糖的有氧分解（三）糖有氧分解的能量糖有氧分解时ATP的生成如表4.2所示。二、糖的有氧分解（四）糖有氧分解的生理意义1.糖有氧分解是糖在体内分解供能的主要途径2.糖有氧分解是糖类、脂肪、蛋白质氧化供能的共同途径3.糖有氧分解是糖类、脂肪、蛋白质相互转变的枢纽三、磷酸戊糖途径EMP-TCA循环是各种生物体普遍存在的一条葡萄糖氧化分解途径，是主要的产能途径。1.磷酸戊糖途径的反应过程第一阶段：氧化阶段，G-6－磷酸直接脱氢脱羧生成磷酸戊糖（1）G-6一磷酸在葡萄糖－6－磷酸脱氢酶（辅酶为NADP＋）催化下脱氢生成葡萄糖酸内酯－6一磷酸和NADPH+W。(2）葡萄糖酸－6－磷酸在葡萄糖酸－6一磷酸脱氢酶（辅酶为NADP＋）催化下脱氢、脱竣，生成核酮糖－5－磷酸、CO2和NADPH+W。三、磷酸戊糖途径1.磷酸戊糖途径的反应过程第二阶段：非氧化阶段（磷酸戊糖分子重排阶段）。(3）核酮糖－5－磷酸在异构酶催化下发生同分异构反应，生成核糖－5－磷酸。三、磷酸戊糖途径1.磷酸戊糖途径的反应过程第二阶段：非氧化阶段（磷酸戊糖分子重排阶段）。(4）核酮糖－5一磷酸在磷酸戊糖差向异构酶催化下发生差向异构，生成木酮糖－5-磷酸。三、磷酸戊糖途径1.磷酸戊糖途径的反应过程第二阶段：非氧化阶段（磷酸戊糖分子重排阶段）。(5）由转酮醇酶催化，木酮糖－5－磷酸上的二碳单位转移到醛糖的第一碳原子上，生成甘油醛－3－磷酸和景天糖－7－磷酸。三、磷酸戊糖途径1.磷酸戊糖途径的反应过程第二阶段：非氧化阶段（磷酸戊糖分子重排阶段）。(6）由转醛酶催化，景天糖一7－磷酸的二泾丙酣基转移到甘油醒－3一磷酸的醛基上生成赤藓糖－4－磷酸和果糖－6－磷酸。三、磷酸戊糖途径1.磷酸戊糖途径的反应过程第二阶段：非氧化阶段（磷酸戊糖分子重排阶段）。(7）由转酮醇酶催化，赤藓糖－4一磷酸和木酣糖－5－磷酸发生转酮反应，生成果糖－6－磷酸和甘油醛－3－磷酸三、磷酸戊糖途径1.磷酸戊糖途径的反应过程第二阶段：非氧化阶段（磷酸戊糖分子重排阶段）。(7）由转酮醇酶催化，赤藓糖－4一磷酸和木酣糖－5－磷酸发生转酮反应，生成果糖－6－磷酸和甘油醛－3－磷酸。在这一途径中，如果是6分子葡萄糖－6－磷酸同时经HMP途径降解，则总反应式为三、磷酸戊糖途径1.磷酸戊糖途径的反应过程第二阶段：非氧化阶段（磷酸戊糖分子重排阶段）。磷酸戊糖途径总反应见图4.50三、磷酸戊糖途径2.磷酸戊糖途径的特点(1）葡萄糖－6－磷酸直接脱氢和脱竣，生成磷酸戊糖，这是葡萄糖在体内生成磷酸戊糖的唯一途径，故命名为磷酸戊糖途径。(2）脱氢酶的辅酶为NADP＋。(3）磷酸戊糖经复杂的转化重新生成磷酸己糖。三、磷酸戊糖途径3.磷酸戊糖途径的生理意义(1）生成的核糖－5一磷酸（R-5-P）是合成核酸及核苷酸辅酶的必要原料(2）该途径产生的NADPH+W作为供氢体，参与体内许多重要的还原性代谢反应第三节糖异生作用一、糖异生作用的概念由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生作用（gluconeogenesis）。二、糖异生作用的途径1.丙酮酸逆转成磷酸烯醇式丙酮酸它分两步反应，第一步反应是丙酮酸在丙酮酸羧化酶的催化下转变成草酰乙酸，反应需要ATP、Mg2＋和生物素；第二步反应