第六章 糖代谢

null第六章 糖代谢第六章 糖代谢null 代谢概述 生物体中的糖 二糖和多糖的降解 糖酵解 三羧酸循环 乙醛酸循环 磷酸戊糖途径 糖的合成代谢第一节 代谢概述第一节 代谢概述提问：什么是新陈代谢？ 新的来，旧的去 花开花落，四季轮回 长江后浪推前浪，一代新人换旧人 定义：是活细胞内所有化学变化的总和。是生物体物质代谢与能量代谢的有机统一。1、物质代谢与能量代谢的统一1、物质代谢与能量代谢的统一研究物质代谢就是研究能量代谢代谢的功能：代谢的功能：从环境中获得营养物质； 将外界引入的营养物质转变为自身的结构元件； 将结构元件装配成大分子； 形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子； 提供生命活动所需的一切能量null生物虽然形貌各异，习性万千，但其新陈代谢却有着许多相同之处。 A、代谢途径相似 大同：各类生物的物质代谢途径十分相似 小异：也有偏向 低等的厌氧生物----厌氧代谢途径 高等生物----有氧代谢途径 + 厌氧代谢途径nullB、反应步骤繁多，具有严格的顺序性；C、与环境相适应，自动调节； 通过酶活性调节来进行调节。D、不同的代谢之间通过交叉点可以沟通；2、代谢的研究方法2、代谢的研究方法 整体方法典型案例：脂肪酸的β-氧化体内：in vivo整体器官、 微生物细胞群null 组织提取法典型案例：糖代谢、生物氧化等体外：in vitronull 细胞内P32迅速被无放射性的P代替，并传递给其它物质，这意味着什么？A、同位素示踪法 含有放射性同位素的物质参与代谢反应，测试某基团在不同物质间的转移情况，来认识代谢过程。 例B、使用酶抑制剂B、使用酶抑制剂酶抑制剂可以使代谢途径受到阻断，造成某种中间代谢物的积累，从而得以测定—代谢研究 如：碘乙酸、氟化物对EMP途径的抑制nullC、利用遗传缺陷型野生型（正常型） & 遗传缺陷型 基因突变→遗传缺陷型（酶缺乏）→某代谢反应受阻→某代谢中间物积累 如：尿黑酸氧化酶的缺乏D、气体测量法D、气体测量法20世纪40年代~50年代 代谢过程中气体的消耗或产生的变化量E、核磁共振波谱法（NMR）通过测定放射性同位素的磁矩来研究分子外围（1H谱）和骨架（13C谱）的结构信息。 对样品不加任何破坏，能最好反映机体内（in vivo）化学反应的真实情况第二节 生物体内的糖第二节 生物体内的糖提供能量：通过氧化释放大量能量。 提供碳源：转化为生命必需的其它物质。 结构成分：纤维素、几丁质、糖蛋白、糖脂 特殊功能与调节：生物膜中的糖蛋白、糖脂（细胞间的相互识别、细胞生长与分化、免疫、先天性缺陷等遗传病、药物作用）一、糖的主要生物学功能null碳源糖－碳来源生物活性物质能源物质、结构物质二、糖的分类二、糖的分类单糖：在温和条件下不能水解为更小的单位。 寡糖：水解时产生2~6个单糖残基。 多糖: 能水解成多个单糖分子，属于高分子碳水化合物，分子量可达到数百万。1、单糖1、单糖重要的己糖：葡萄糖（glucose）、果糖（fructose）、半乳糖（galactose）、甘露糖等nullnull重要的戊糖： 核糖（ribose）、2’-脱氧核糖（2’-deoxyribose）核糖 2’-脱氧核糖null 麦芽糖（maltose）α-葡萄糖基- (1→4) -β-葡萄糖2、寡糖最常见的是二糖null 蔗糖21 植物体内糖的运输形式α-葡萄糖基- (1→2) -β-果糖null乳糖（lactose）存在乳汁、花粉管及微生物中β -半乳糖基- (1→4)-α-葡萄糖α null β型 β型 β-葡萄糖基- (1→4)-β-葡萄糖 纤维二糖 人体无法利用3、多糖3、多糖天然糖类主要存在形式 因物种而不同 重要多糖： 1）淀粉（starch）：植物细胞能源的储藏形式null直链淀粉一级结构 ： α(1→4)葡萄糖苷键 250~300个G 可溶于热水 遇碘呈蓝紫色null支链淀粉＞6000个G，25~30G一个分支 不溶于热水 遇碘呈紫红色2） 糖原（glycogen）2） 糖原（glycogen）动物淀粉，动物及细菌的能量储存物质； 结构与支链淀粉类似，8~12G/分支； 遇碘为红棕色； 3）纤维素（植物细胞壁，属于结构多糖） 葡萄糖β(1→4)糖苷键，无分支8000~10000分子null氢键纤维素分子4、糖缀合物4、糖缀合物多糖（多为衍生物）以共价键与蛋白质连接形成分支状的生物大分子。糖蛋白糖脂脂多糖：是细菌的结构物质； 糖脂：分布于细胞膜 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面，与细胞识别有关；第三节 二糖和多糖的酶促降解第三节 二糖和多糖的酶促降解一、蔗糖的水解null作用方式：水解淀粉分子内部的α-1,4-糖苷键 产物： 直链（葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖） 支链（葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖、α-极限糊精） 极限糊精--淀粉酶不能再分解的支链淀粉残基 性质： 耐高温，40℃活性最大，70℃仍稳定 不耐酸，pH≤3.3即失活。1、α-淀粉酶：（一）水解二、淀粉的水解和磷酸解2、β-淀粉酶2、β-淀粉酶作用方式： 从淀粉非还原端顺次切下两分子葡萄糖，仅作用于α-1,4糖苷键。 产物： 直链（麦芽糖） 支链（麦芽糖、β-极限糊精） 性质： 不耐高温，70℃下变性失活 耐酸，pH 3.3仍稳定null 将α及β-极限糊精的分支点水解（水解α-1,6糖苷键），产生短的只含α-1,4糖苷键的糊精。3、R酶（脱支酶：debranching enzyme）不能直接水解支链淀粉内部的α-1,6糖苷键4、麦芽糖酶 催化麦芽糖水解为葡萄糖淀粉彻底水解的终产物是葡萄糖null 直链淀粉 → G-1-P 支链淀粉 → G-1-P + 磷酸化酶极限糊精 磷酸化酶降解支链淀粉时，不能再分解的支链淀粉残基（只能降解到距分支点4个G残基为止）----磷酸化酶极限糊精。1、淀粉磷酸化酶（二）淀粉的磷酸解2、转移酶 3、脱支酶三、糖原的降解三、糖原的降解糖原是肝脏和骨骼肌中的贮能物质（肌肉：提供肌肉收缩的能源，肝脏：维持血糖平衡） 主要由磷酸化酶、转移酶、脱支酶催化糖原、支链淀粉的分解糖原、支链淀粉的分解77nullnull葡萄糖的降解途径： 第一：有氧分解（糖酵解 + 三羧酸循环） G→丙酮酸→乙酰CoA→CO2 + H2O 第二：无氧分解（乳酸发酵、乙醇发酵） G→丙酮酸→乳酸或乙醇 第三：其他分解途径，如磷酸戊糖途径，乙醛酸循环第四节 糖酵解（glycolysis）第四节 糖酵解（glycolysis）定义：G经一系列酶的催化作用降解成丙酮酸，并伴随生成ATP的过程。 G分解的共同代谢途径 研究历史：1940年 首先被阐明的代谢途径 德国科学家Embden、Meyerhof贡献最大，故又称Embden-Meyerhof Pathway（EMP）。一、糖酵解的化学历程一、糖酵解的化学历程三个阶段10个反应 1）已糖的磷酸化（活化阶段） 2）磷酸已糖的裂解（C6→2C3） 3）丙酮酸的生成（产生ATP） null（一）己糖的磷酸化nullnull3、F-6-P再磷酸化： 消耗ATP，不可逆反应，是EMP的关键步骤（二）磷酸己糖的裂解（二）磷酸己糖的裂解4、（三）ATP和丙酮酸的生成（三）ATP和丙酮酸的生成nullnullnullnullnull 耗能反应：①③ 产能反应：⑥⑦⑩二、糖酵解的讨论二、糖酵解的讨论细胞定位：细胞质 总反应式： C6H12O6+2NAD++2ADP→2C3H4O3+2NADH+2H++2ATP EMP中大部分反应可逆，只有已糖激酶（1），磷酸果糖激酶（3），丙酮酸激酶（10）催化的反应不可逆，这些反应称限速反应，酶称限速酶。真核细胞EMP中ATP的计算真核细胞EMP中ATP的计算 反 应 ATP变化 1） G→G-6-P －1 3） F-6-P →FBP －1 6） 3-磷酸甘油醛→ 1, 3-二磷酸甘油酸 +1.5或2.5 7）1,3-二磷酸甘油酸→ 3-磷酸甘油酸 +1 10） PEP→丙酮酸 +1 合计：5或7×2生物学意义生物学意义是一切生物体内糖分解代谢的共有途径，是糖有氧分解的准备阶段。 G降解生成ATP，为生命活动提供能量，是厌氧生物能量的主要来源。 中间产物可为其他物质的合成提供碳骨架。三、糖酵解的调节三、糖酵解的调节三步反应不可逆，分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化1、磷酸果糖激酶（PFK）的调控最重要的限速酶 抑制：ATP，柠檬酸 激活：AMP，2,6-二磷酸果糖（F-2,6-BP）null3、丙酮酸激酶的调控 抑制：ATP、丙氨酸、乙酰CoA 激活：FBP2、己糖激酶的调控 抑制：G-6-P四、其它单糖进入糖酵解的途径四、其它单糖进入糖酵解的途径null 半乳糖 五、丙酮酸的去路五、丙酮酸的去路（一）丙酮酸的无氧降解 1、生成乳酸 高等动物剧烈活动的肌肉细胞； 酸奶、泡菜的制作2、生成乙醇2、生成乙醇 酶：丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶 高等植物水淹过久 酿酒G无氧降解的ATP计算G无氧降解的ATP计算 反 应 ATP的变化 1） G→G-6-P －1 3） F-6-P →FBP －1 6） 3-磷酸甘油醛→ 1, 3-二磷酸甘油酸 +3/5 7）1,3-二磷酸甘油酸→ 3-二磷酸甘油酸 +2 10） PEP→丙酮酸 +2 合计：2（×）（二）丙酮酸的有氧降解（二）丙酮酸的有氧降解1、总反应式：2、丙酮酸脱氢酶系组成2、丙酮酸脱氢酶系组成1） 酶： 丙酮酸脱氢酶（PDH） 二氢硫辛酸转乙酰基酶（DLT） 二氢硫辛酸脱氢酶（DLDH） 2）辅助因子： TPP、硫辛酸、CoA-SH、FAD、NAD+null外型：圆球状多面体 8个二氢硫辛酸转乙酰酶的三聚体+ 6个二氢硫辛酸脱氢酶的二聚体 + 12个丙酮酸脱氢酶的二聚体 定位：线粒体nullnull产物（NADH、GTP、ATP、乙酰CoA）抑制; 底物（NAD+、GDP、ADP、丙酮酸）激活;第五节 三羧酸循环第五节 三羧酸循环有氧：G→丙酮酸→乙酰CoA 定义：乙酰CoA与OAA缩合形成柠檬酸，再经一系列氧化、脱羧反应，重新形成OAA的循环过程。乙酰基在该循环中被彻底氧化分解成CO2和H2O，并产生能量。 三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA）亦称柠檬酸循环，又称Krebs循环。一、三羧酸循环的化学历程null1、柠檬酸的合成OAA2、异柠檬酸的形成2、异柠檬酸的形成3、异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸 第一次脱氢、脱羧 3、异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸 第一次脱氢、脱羧 α-KG 该反应不可逆； TCA循环的分界点，三羧酸→二羧酸4、α-酮戊二酸氧化脱羧 第二次脱氢、脱羧4、α-酮戊二酸氧化脱羧 第二次脱氢、脱羧 该反应不可逆 α-KG脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相似5、琥珀酸的生成 直接生成GTP 5、琥珀酸的生成 直接生成GTP 唯一一个底物水平磷酸化GTP + ADP → GDP + ATP6、琥珀酸生成延胡索酸 第三次脱氢 6、琥珀酸生成延胡索酸 第三次脱氢 脱氢酶的辅酶为FAD7、苹果酸的生成 7、苹果酸的生成 8、OAA的再生8、OAA的再生第四次脱氢null二、TCA循环的讨论二、TCA循环的讨论细胞定位：线粒体基质乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O 总反应式：2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+CoA~SH 能量计算：真核细胞TCA循环的能量计算真核细胞TCA循环的能量计算 乙酰CoA + 3NAD+ + FAD+ GDP+ Pi+ 3H2O 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2+ GTP3NADH + 3H+ 3*2.5 ATP FADH2 1.5 ATP ADP ATP GTP GDP 1 ATP ————————————————————— 10 ATP氧化磷酸化O2真核细胞中葡萄糖彻底氧化的能量计算真核细胞中葡萄糖彻底氧化的能量计算 过程 产生ATP数 1G 底物水平磷酸化 2 ↓2（NADH+H+）→ 2×1.5（2.5）= 3（5） 2丙酮酸 ↓2（NADH+H+） → 2×2.5 = 5 2乙酰CoA ↓TCA 2×10 = 20 CO2 +H2O 合计： 30（32）TCA循环的生物学意义TCA循环的生物学意义1、是好氧生物最主要的产能途径2、代谢枢纽： 是糖、脂肪、蛋白质彻底分解的共同途径 中间产物是合成其他化合物的碳骨架 例如：OAA→Asp、Asn等 α-KG→Glu→其他Aa 琥珀酰CoA→血红素 既是“焚烧炉又是百宝库”nullnull3、是发酵产物重新氧化的途径null三羧酸循环的调控 1、柠檬酸合酶（限速酶） 抑制：ATP、NADH、琥珀酰CoA、柠檬酸 激活：ADP 2、异柠檬酸脱氢酶 抑制：ATP、NADH 激活：ADP、NAD+、Ca2+ 3、α-酮戊二酸脱氢酶系 抑制：ATP 、琥珀酰CoA、NADH 激活：ADP、NAD+、Ca2+null三、TCA循环的回补反应 TCA循环的中间产物是生物合成的前体，如： α-KG → Glu OAA → Asp 琥珀酰CoA → 卟啉环 上述过程均可导致OAA浓度下降，从而影响TCA循环的运转，必须不断补充才能维持其正常进行----回补反应（anaplerotic reaction）。null PEP羧化反应在胞液中进行（植物、细菌）OAA回补反应的途径：null丙酮酸羧化辅助因子： 生物素、Mg2+（普遍存在，是动物体内的主要回补反应）在线粒体内进行null苹果酸脱氢null氨基酸转化α-KGAspGluOAA第六节 乙醛酸循环第六节 乙醛酸循环一、乙醛酸循环的化学过程总反应：2乙酰CoA + 2H2O + NAD+ → 琥珀酸 + 2CoA~SH + NADH + H+ 细胞定位：植物、部分微生物的乙醛酸体 共有5个反应 特殊酶：异柠檬酸裂解酶、苹果酸合成酶nullnull异柠檬酸裂解酶苹果酸合成酶二、与TCA循环的关系二、与TCA循环的关系乙醛酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。 5步→ 2步异柠檬酸柠檬酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸CoA~SH乙酰CoATCA循环TCA循环支路null联系：由乙醛酸循环合成的琥珀酸可进入TCA循环作为其中间产物的补充方式。三、生物学意义三、生物学意义油料作物种子萌芽：利用脂肪降解的产物--乙酰CoA，通过乙醛酸循环转变成糖； 某些微生物以乙酸、乙醇作为唯一碳源，通过乙醛酸循环合成所需的能源和碳源； 可以作为TCA循环中间产物的补充（琥珀酸、苹果酸）--回补反应（不是主要的）null琥珀酸苹果酸OAAOAAnull转氨酶OAAAspGluα-KGnull原始细菌生存乙酸菌四碳、六碳化合物转化第七节 磷酸戊糖途径第七节 磷酸戊糖途径1953年 磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway，PPP），也叫磷酸己糖支路（HMP）。 定义：指的是以G-6-P为起始物，脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸，进而代谢生成以磷酸戊糖为中间产物的过程。 广泛存在于动、植物细胞内一、磷酸戊糖途径的化学历程一、磷酸戊糖途径的化学历程分两个阶段 氧化阶段：生成NADPH及CO2 ； 非氧化阶段：一系列基团的转移1、氧化脱羧阶段1、氧化脱羧阶段G-6-P6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸① 6-磷酸葡萄糖脱氢酶② 内酯酶null6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖③③ 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶2、非氧化阶段（磷酸己糖的再生）2、非氧化阶段（磷酸己糖的再生）5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖null5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖3-磷酸甘油醛7-磷酸景天庚酮糖null3-磷酸甘油醛7-磷酸景天庚酮糖转醛醇酶+4-磷酸赤藓糖6-磷酸果糖null+4-磷酸赤藓糖5-磷酸木酮糖转酮醇酶TPP+6-磷酸果糖3-磷酸甘油醛null二、磷酸戊糖途径的讨论二、磷酸戊糖途径的讨论细胞定位：细胞质 特点： 1）G直接脱氢和脱羧； 2）脱氢酶的辅酶为NADP+ 调节： 限速酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶 该酶受NADPH/NADP+的调节null1）产生大量的NADPH，是细胞合成代谢的主要还原力； 2）中间产物是各种生物合成的原料； 3）与光合作用关系密切； 4）NADPH有时也可通过电子传递链产能。 生物学意义第八节 糖的合成代谢第八节 糖的合成代谢高等植物葡萄糖的生成途径:一、糖异生（gluconeogenesis）作用卡尔文循环（光合作用） 蔗糖、淀粉的降解 糖异生 动物体内葡萄糖的生成途径： 糖原的降解 糖异生（一）概念（一）概念定义：非糖物质转变成葡萄糖的过程。 证据：大鼠禁食24小时，肝糖原从7%→1%，若喂乳酸、丙酮酸等糖原的量会增加。 糖异生前体：丙酮酸、乳酸；甘油；某些氨基酸（能转变成OAA、α-KG、丙酮酸） 部位：肝、肾（二）糖异生的途径（二）糖异生的途径糖异生途径的大部分反应与糖酵解的逆反应相同 关键：克服糖酵解的三步不可逆反应。 区别：糖酵解在细胞液中进行，糖异生则跨越线粒体和细胞液。null1、丙酮酸→ PEP1、丙酮酸→ PEPOAA丙酮酸PEP① 丙酮酸羧化酶位于线粒体，PEP羧激酶存在于胞液② 丙酮酸（胞液）→丙酮酸（线粒体）→ OAA （线粒体） →苹果酸（线粒体）→苹果酸（胞液）→ OAA （胞液） 2、FBP → F-6-P2、FBP → F-6-P1,6-二磷酸果糖酶+ H2O+ Pi3、G-6-P →G3、G-6-P →GG-6-P +H2O6-磷酸葡萄糖酶G + Pinullnull1）糖异生对人类及动物（脑、红细胞）是绝对需要的途径，特别在饥饿时； 2）剧烈运动时，需要非糖物质（丙酮酸、乳酸）重新生成葡萄糖，以维持血糖水平； 3）油料种子萌发时，脂肪酸→乙酰CoA →乙醛酸循环合成苹果酸→ OAA → 糖异生→ G（供种子萌发使用） 生物学意义：（三）糖异生的讨论二、蔗糖的生物合成二、蔗糖的生物合成（一）糖核苷酸的作用及形成 定义：单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合形成的化合物。 作用：是双糖和多糖合成时，葡萄糖的活化形式与供体。 种类： UDPG、ADPG、TDPG、GDPG、CDPG等。在糖类合成中，以UDPG、ADPG最为重要。null合成反应： G-1-P+UTP UDPG+PPi 2Pi G-1-P+ATP ADPG+PPi 2PiUDPG焦磷酸化酶酯酶ADPG焦磷酸化酶酯酶nullnull（二）蔗糖的生物合成1、蔗糖合酶途径----植物 UDPG + 果糖 → UDP + 蔗糖 在非光合组织中主要是分解蔗糖的反应。2、蔗糖磷酸合酶途径----植物光合组织 蔗糖磷酸合酶：UDPG + F-6-P → 磷酸蔗糖 + UDP 蔗糖磷酸酶：磷酸蔗糖 → 蔗糖 + Pi（×）null三、淀粉的生物合成 （一）直链淀粉的生物合成 1、淀粉磷酸化酶 G-1-P+引物 淀粉+Pi(葡萄糖)n n≥3 主要催化淀粉的分解（植物细胞中Pi的浓度较高） 引物：G的受体，为含α-1,4糖苷键的葡萄多糖，转移来的G结合在引物非还原末端上。（×）null2、D酶（糖苷转移酶，形成α-1,4糖苷键，合成引物） 3、淀粉合酶 ADPG + 引物 → 淀粉 + ADP 是淀粉合成的主要途径。 也可用UDPG做供体。直链淀粉合成：ADPG焦磷酸化酶、D酶、淀粉合酶null（二）支链淀粉的合成 Q酶：将直链淀粉转化成为支链淀粉的酶 功能：切断α-1,4糖苷键，形成α-1,6糖苷键支链淀粉：ADPG焦磷酸化酶、D酶、淀粉合酶、Q酶null淀粉合酶ADPG直链淀粉支链淀粉四、糖原的生物合成四、糖原的生物合成1、直链的合成 糖原合成酶 UDPG + Gn（引物，n≥2）→ Gn+1 + UDP 只有与糖原素紧密结合，糖原合酶才有活性 引物是与糖原蛋白/糖原素共价连接的2、支链的合成 分支酶：功能与Q酶类似糖原：UDPG焦磷酸化酶、糖原合成酶、分支酶糖代谢各途径之间的联系糖代谢各途径之间的联系糖的主要代谢途径有：淀粉、糖原的分解与合成、糖的无氧降解（G→乳酸/乙醇）、糖的有氧降解（ G→CO2+H2O）、PPP和糖异生作用。 通过3个交汇点（G-6-P、3-磷酸甘油醛、丙酮酸）使各代谢途径沟通，形成一个整体。null学习要点学习要点掌握蔗糖，淀粉，糖原合成及降解的各种酶的性质，所催化的反应； EMP和TCA：掌握概念，特殊反应（脱氢，底物水平磷酸化、不可逆），细胞定位，生物学意义。 掌握丙酮酸脱氢酶系组成、细胞定位及反应； 掌握葡萄糖无氧及有氧代谢的能量计算； 掌握乙醛酸反应的特点（2个关键酶），比较乙醛酸循环与TCA的不同，熟悉其生物学意义； 掌握PPP途径的特点、生物学意义，了解过程； 掌握糖异生的概念及关键反应，熟悉OAA回补反应； 掌握糖代谢各途径的调节。