生物化学与分子生物学：第9章 糖代谢 7年制.ppt

第九章,糖 代 谢,糖(carbohydrates)即碳水化合物，多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物糖的概念,糖的分类及其结构,单糖 (monosacchride) 寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride) 结合糖 (glycoconjugate),葡萄糖(glucose) （已醛糖）,果糖(fructose) （已酮糖）,单糖不能再水解的糖半乳糖(galactose) （已醛糖）,核糖(ribose) （戊醛糖）,寡糖,常见的几种二糖有：,麦芽糖 (maltose)：葡萄糖 葡萄糖,蔗 糖 (sucrose)：葡萄糖 果糖,乳 糖 (lactose)：葡萄糖 半乳糖,能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连多糖能水解生成多个分子单糖的糖淀粉 (starch),糖原 (glycogen),纤维素 (cellulose),淀粉是植物中养分的储存形式淀粉颗粒,糖原是动物体内葡萄糖的储存形式纤维素作为植物的骨架1,4-糖苷键,结合糖糖与非糖物质的结合物糖脂 (glycolipid)：是糖与脂类的结合物 糖蛋白 (glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。

常见的结合糖有：,第一节 概 述,一、糖的生理功能,1. 氧化供能,糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料3. 作为机体组织细胞的组成成分,是糖的主要功能2. 提供合成体内其他物质的原料,糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分二、糖的消化与吸收,（一）糖的消化,人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主消化部位： 主要在小肠，少量在口腔淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）,-临界糊精+异麦芽糖 （30%） （5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,（二）糖的吸收,1. 吸收部位 小肠上段,2. 吸收形式 单 糖,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,3. 吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT),刷状缘,细胞内膜,三、糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,淀粉,第 二 节葡萄糖的无氧分解Anaerobic Oxidation,* 糖酵解：,* 乳酸发酵(乳酸还原）： 在缺氧条件下，葡萄糖经酵解生成的丙酮酸还原为乳酸(lactate) 。

一分子葡萄糖裂解为两分子丙酮酸（乳酸）的过程 乙醇发酵： 在某些植物、脊椎动物组织和微生物，酵解产生的丙酮酸转变为乙醇和CO2，即乙醇发酵 有氧氧化： 在有条件下，需氧生物和哺乳动物组织内的丙酮酸彻底氧化分解为CO2和H2O，即糖的有氧氧化 第一阶段,第二阶段,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)的过程，称为糖酵解途径(glycolytic pathway)由丙酮酸转变成乳酸一、糖无氧氧化反应过程,1. 葡萄糖磷酸化成为6-磷酸葡萄糖,glucose,6-磷酸葡糖 ( G-6-P),（一）糖酵解途径,哺乳类动物体内: 4种己糖激酶同工酶，-型 肝细胞存在型，称为葡萄糖激酶 它的特点是： 对葡萄糖的亲和力很低, Km值10 mmol/L 受激素调控, 调节血糖浓度己糖激酶同工酶,己糖激酶 -型 Km值 0.1 mmol/L 葡萄糖激酶 Km值 10 mmol/L 两者Km差别的生理意义?,2. 6-磷酸葡糖转变为6-磷酸果糖,6-磷酸葡糖,6-磷酸果糖 （fructose-6-phosphate, F-6-P）,3. 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-1 ( 6-phosphfructokinase-1，PFK-1),6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P),1,6-双磷酸果糖,4. 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,5. 磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛,磷酸丙糖异构酶 (triose phosphate isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,上述步反应： 酵解途径的耗能阶段， 1分子葡萄糖代谢消耗2分子ATP， 产生2分子磷酸丙糖。

6. 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸 甘油酸,H,7. 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,在化学反应中，将底物的高能磷酸键转移给ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) H,H,8. 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,H,H,9. 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,+ H2O,磷酸烯醇式丙酮酸 ( PEP),H,10. 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,第二次底物水平磷酸化上述步反应： 酵解途径的产能阶段， 1分子3-磷酸甘油醛生成2分子ATP 1分子葡萄糖代谢生成4分子ATP， 产生2分子丙酮酸二) 还原生成乳酸,丙酮酸,乳酸,反应中的NADH+H+ 来自于 3-磷酸甘油醛脱氢反应无氧氧化的代谢途径,E2,E1,E3,乳酸酵解时： 1 mol 葡萄糖生成 2 mol 乳酸 生成 4mol ATP， 消耗 2mol ATP， 净生成 2mol ATP乳酸酵解最主要的生理意义：迅速提供能量。

1.当机体缺氧或剧烈运动肌肉局部血流不足时，能量主要通过乳酸酵解获得 2.红细胞没有线粒体，完全依赖乳酸酵解供应能量 3.神经、白细胞和骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧也常由乳酸酵解提供部分能量二、乳酸酵解的主要生理意义,三、糖酵解的调控,关键酶,调节方式,（一） 6-磷酸果糖激酶-1的调节,别构调节,别构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P,别构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度）,F-2,6-2P 是6-磷酸果糖激酶-1最强的变构激活剂F-2,6-2P的作用是与AMP一起取消ATP、柠檬酸对6-磷酸果糖激酶-1的变构抑制作用6-磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-2,6-磷酸果糖激酶-1,F-1,6-2P,F-2,6-2P,F-6-P,F-1,6-1P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,目 录,（二）丙酮酸激酶的调节,别构调节,别构抑制剂：ATP, 丙氨酸,别构激活剂：1,6-二磷酸果糖,共价修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,PKA：蛋白激酶A,CaM：钙调蛋白,(三) 己糖激酶受到反馈抑制调节,* 6-磷酸葡糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。

长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡糖激酶第 三 节糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和CO2，并释放出能量的过程称为有氧氧化(aerobic oxidation) 部位：胞液及线粒体,* 概念,一、糖的有氧氧化反应分为3个阶段,第一阶段：糖酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环和氧化磷酸化,G,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线粒体,（一）糖酵解途径,（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA,总反应式:,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶 E1（12）：丙酮酸脱氢酶(脱羧酶） E2（60）：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E3 （6）：二氢硫辛酰胺脱氢酶,目 录,焦磷酸硫胺素(TPP),目 录,二氢硫辛酸,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5. NADH+H+的生成,1. -羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,4. 硫辛酰胺的生成,目 录,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：,1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。

3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基 4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD 5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+三）乙酰CoA进入三羧酸循环和氧化磷酸化生成ATP,三羧酸循环： 乙酰CoA的2个碳原子被氧化成CO2； 1次底物水平磷酸化，生成 1分子 ATP； 4次脱氢反应生成：3 分子 NADH+H+ 1 分子 FADH2 氧化磷酸化：,二、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式,1mol 葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O，可净生成 30 或 32 mol ATP获得ATP的数量取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径 不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高三、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求,四、糖有氧氧化可抑制乳酸酵解,* 概念,巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象第 四 节 戊糖磷酸途径Pentose phosphate Pathways,戊糖磷酸途径： 由葡萄糖生成戊糖磷酸及NADPH+H+，前者可再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。

细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖、NADPH+H+及CO2,一、戊糖磷酸途径的反应过程可分为两个阶段,* 反应过程可分为二个阶段,第二阶段则：非氧化反应 包括一系列基团转移6-磷酸葡糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡糖脱氢酶,6-磷酸葡糖酸脱氢酶,6-磷酸葡糖,6-磷酸葡糖酸内酯,1. 6-磷酸葡糖在氧化阶段生成磷酸戊糖和NADPH,5-磷酸核糖,G,6-磷酸葡糖脱氢酶是代谢途径的关键酶 两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+ 反应生成的磷酸核糖,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成 3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖2. 经过基团转移反应进入糖酵解途径,5-磷酸核酮糖(C5) 3,5-磷酸核糖 C5,将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入酵解途径因此磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,磷酸戊糖途径的总反应式：,36-磷酸葡糖 + 6 NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6 NADPH+H+ 3 CO2,二、戊糖磷酸途径受NADPH/NADP+比值的调节,6-磷酸葡糖脱氢酶,关键酶，活性高低决定6-磷酸葡糖进入磷酸戊糖途径的流量。

酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响，比值升高酶被抑制，降低酶被激活三、磷酸戊糖途径的生理意义 生成NADPH和5-磷酸核糖,1.磷酸戊糖途径为核苷酸的生成提供核糖,2.提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,（1）NADPH是体内许多合成代谢的供氢体； （2）NADPH参与体内羟化反应； （3）NADPH还用于维持谷胱甘肽（glutathione）的还原状态蚕豆病：红细胞6-磷酸葡萄糖脱氢酶异常 NADPH+H+ GSHGSSG 红细胞膜巯基蛋白结构异常， 易发生溶血体内抗氧化剂，保护巯基（-SH）酶或蛋白第 五 节 糖原的合成与分解Glycogenesis and Glycogenolysis,是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备糖原储存的主要器官。