动物生物化学第05章糖类代谢1p说课材料.ppt

第第 五五 章章 糖糖 类类 代代 谢谢第一节 概述第二节 糖的无氧分解第三节 糖的有氧氧化第四节 磷酸戊糖途径第五节 糖原的合成与分解第六节 糖的异生作用第七节 糖代谢途径间的联系糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物一、糖的概念一、糖的概念第一节概述糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖；在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在二、糖的生理功能(一)、生物体内主要的能源物质 1、氧化分解、供应能量 2、储存能量、维持血糖(二)、作为合成其他物质的碳架和前体(三)、生物体的结构成分(四)、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、先天缺陷等遗传病） 糖代谢的概况糖代谢的概况 葡萄糖酵解途径丙酮酸 有氧无氧H2O及CO2 乳酸糖异生途径乳酸、氨基酸、甘油 糖原肝糖原分解糖原合成磷酸戊糖途径 核糖 + NADPH+H+淀粉 消化与吸收ATP 第二节 糖的无氧分解一、概念糖酵解(Glycolysis) 在无氧或氧供应不足情况下，葡萄糖或糖原的葡萄糖残基氧化分解变成丙酮酸，进而还原成乳酸并产生ATP的过程。

也叫EMP途径 反应是在胞液中进行的二、糖酵解反应过程根据反应过程中分子结构的变化分为4个阶段 葡萄糖 果糖二磷酸 磷酸二羟丙酮 3磷酸甘油醛 2丙酮酸 2乳酸1 1、葡萄糖的磷酸化、葡萄糖的磷酸化 包括磷酸化、异构化和再磷酸化 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖ATP ADPMg2+ 己糖激酶(hexokinase)葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate,l激酶：是能够催化ATP和任何底物之间进行磷酸基团转移的一类酶哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为至型型存在于肝细胞中，称为葡萄糖激酶(glucokinase)特点：对葡萄糖的亲和力很低受激素调控* 6-磷酸葡萄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可别构抑制肝葡萄糖激酶 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖 己糖异构酶 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate,F-6-P)Mg2+6-磷酸果糖转变为1,6-二磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶-16-磷酸果糖激酶-1是糖酵解途径中最重要的限速酶，具有变构调节作用6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖(,F-1,6-2P) 6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1) * 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） 此酶有二个结合ATP的部位： 活性中心底物结合部位（低浓度时） 活性中心外别构调节部位（高浓度时） F-1,6-2P 正反馈调节该酶 F-6-P F-1,6-2P ATP ADP PFK-1磷蛋白磷酸酶 Pi PKA ATP ADP Pi 胰高血糖素 ATP cAMP 活化 F-2,6-2P +/+AMP +柠檬酸 AMP +柠檬酸 PFK-2（有活性）FBP-2（无活性）6-磷酸果糖激酶-2 PFK-2（无活性）FBP-2（有活性）PP果糖双磷酸酶-2 关键酶是指在一条代谢途径的多酶系统中，一种或几种催化不可逆反应的酶，决定代谢途径反应的方向。

l此阶段有两种关键酶（己糖激酶、磷酸果糖激酶）l催化的两个不可逆的反应l消耗2个ATP 阶段特点限速酶是指一条代谢途径中催化活力最低，米氏常数最大，催化反应速度最慢的酶，从而决定整个代谢途径的速度1,6-双磷酸果糖 （1）磷酸己糖裂解成磷酸丙糖醛缩酶(aldolase)磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 +醛缩酶 因可以催化逆行的醛醇缩合反应而得名2、 磷酸丙糖的生成（2） 磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖异构酶 3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 醛糖能有效地转变为下一步产物3 3、丙酮酸的形成、丙酮酸的形成有两个底物水平磷酸化过程，一个不可逆反应和一个脱氢氧化反应糖酵解在此生成4个ATP 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸 Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 H 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸转变成转变成3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 ADP ATP磷酸甘油酸激酶在以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)1,3-二磷酸 甘油酸H3-磷酸甘油酸 H（3） 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶变位反应在磷酸甘油酸变位酶的催化下，3-三磷酸甘油酸C3上的磷酸基转移到C2上，生成2-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸 H3-磷酸甘油酸 H（4）2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶(enolase)+ H2O磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP) 脱水反应 2-磷酸甘油酸经烯醇化酶作用脱水，形成具有高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸。

2-磷酸甘油酸 HADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶(pyruvatekinase)（5）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 磷酸化反应 在丙酮酸激酶的催化下，磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸基转移给ADP生成ATP，其自身生成烯醇式丙酮酸，并自动转变成丙酮酸丙酮酸激酶别构调节别构抑制剂：ATP、柠檬酸、丙氨酸别构激活剂：1,6-二磷酸果糖、PEP 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）胰高血糖素PKA,CaM激酶PPKA：蛋白激酶A(proteinkinaseA)CaM：钙调蛋白 4、 丙酮酸转变成乳酸反应中的NADH+H+来自于上述第6步反应中的3-磷酸甘油醛脱氢反应乳酸脱氢酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 乳酸 丙酮酸 在此反应中，丙酮酸起到了受氢体的作用由磷酸甘油醛脱氢反应生成的NADH+H在无氧的条件下不能经电子传递链氧化，正是通过将丙酮酸还原为乳酸，才使NAD得以再生，从而保证了糖酵解的继续进行 E1:己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶 NAD+ 乳 酸 糖酵解的代谢途径GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 丙 酮 酸 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ 三、糖酵解反应的特点1、是在胞液中进行的无氧参与的反应，乳酸是其反应的产物。

2、在糖酵解过程中，糖只能发生不完全的分解，释放能量较少，1分子葡萄糖经酵解可净生成2ATP，而糖原分子中葡萄糖残基酵解可净生成3ATP3、糖酵解反应的全过程有三步不可逆的反应,催化这三步反应的己糖激酶、6-磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶是酵解途径的关键酶，其中以6-磷酸果糖激酶最重要是限速酶四、糖酵解的生理意义1、是机体在无氧或缺氧状态时获得能量的有效措施，也是机体在应激时产生能量，以满足机体生理需要的重要途径2、糖酵解是生物界最普遍的供能方式动物、植物、微生物都利用糖酵解供能3、某些组织细胞如红细胞、视网膜、白细胞、肿瘤细胞等组织细胞即使在有氧条件下，仍以糖酵解作为为其主要供能方式糖的有氧氧化(aerobicoxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程是机体主要供能方式 部位：胞液及线粒体* * 概念概念 第三节、糖的有氧氧化一、有氧氧化的反应过程 第一阶段：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 G（Gn） 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP TCA循环 胞液 线粒体 （二）丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetylCoA)。

丙酮酸乙酰CoANAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶系总反应式:（一）丙酮酸的生成 与糖酵解途径反应相同 丙酮酸脱氢酶系的组成 酶E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+ 辅 酶 TPP 硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+SSLCO2 CoASHNAD+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 丙酮酸脱氢酶系的活性调节 u别构调节别构抑制剂：乙酰CoA; NADH; ATP 别构激活剂：AMP; ADP; NAD+ * 乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+时，其活性也受到抑制u共价修饰调节 （三）、三羧酸循环1、概念乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成柠檬酸，经一系列酶促反应重新生成草酰乙酸，而乙酰CoA彻底氧化分解生成H2O和CO2，同时释放能量这个循环反应称三羧酸循环（TAC），又称柠檬酸循环或克雷布斯循环(1937年由Krebs提出)反应粒体中进行柠檬酸合成 乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸，是柠檬酸循环的限速步骤，反应中释放出能量使反应不可逆。

H2O柠檬酸合酶2、反应过程 柠檬酸合酶是三羧酸循环的限速酶抑制：ATP、NADH、琥珀酰CoA、 柠檬酸、氟乙酸激活：ADP 异柠檬酸生成柠檬酸为叔醇酸本身不易氧化，必须异构成易被氧化的异柠檬酸（仲醇酸），柠檬酸在顺乌头酸酶催化下先脱水生成不饱和的顺乌头酸，随后再水合成异柠檬酸顺乌头酸酶顺乌头酸酶第一次氧化脱羧 异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶的作用下先氧化脱氢生成草酰琥珀酸，再从中间物上脱去CO2生成a-酮戊二酸NAD+NADH+H+异柠檬酸脱氢酶是一种变构调节酶抑制：ATP和NADH激活：ADP、AMP、NAD+、Ca2+第二次氧化脱羧a-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA反应的机理与丙酮酸氧化脱羧极为相似，由a-酮戊二酸脱氢酶系催化，COCO2 2CoASHNAD+NADH+H+a-酮戊二酸脱氢酶系酶辅酶a-酮戊二酸脱氢酶TPP二氢硫辛酸转琥珀酰酶硫辛酸、CoA二氢硫辛酸脱氢酶FAD、NAD该酶是三羧酸循环的关键酶之一酮戊二酸脱氢酶系的调节抑制：ATP、琥珀酰CoA和NADH激活：ADP、NAD+、Ca2+底物水平磷酸化是三羧酸循环中唯一的一步底物水平磷酸化GTPGTPGDP+PiGDP+PiCoASH反应中生成的GTP核苷二磷酸激酶的催化下可以转变成ATP。

GTP+ADPATP+GDP琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸脱氢反应，脱下来的氢交给FAD生成FADH2(饱和碳原子脱氢)FADFADH2延胡索酸加水生成苹果酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸 反应由苹果酸脱氢酶催化，脱下来的氢由NAD传递NADH+H+NAD+CoASHNADH+H+NAD+COCO2 2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶顺乌头酸梅异柠檬酸脱氢酶-酮酮戊二酸脱氢氢酶复合体琥珀酰CoA合成酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶3 3、草酰乙酸的回补反应、草酰乙酸的回补反应草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸 柠檬酸柠檬酸裂解酶裂解酶 乙酰CoA 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸羧化酶羧化酶 CO2 苹果酸苹果酸 苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶 NADH+H+ NAD+ 天冬氨酸天冬氨酸 谷草转氨酶谷草转氨酶-酮戊二酸 谷氨酸 其来源如下： 4、三羧酸循环的特点反应粒体中进行,乙酰CoA进入三羧酸循环后,与草酰乙酸缩合成柠檬酸.后经两次氧化脱羧,生成CO2离开循环。

三羧酸循环有四次脱氢反应，生成3分子NADH+H和1分子FADH2，经呼吸链生成9分子ATP,加上底。