生物化学：Chapter 5 糖代谢.ppt

糖 代 谢Metabolism of Carbohydrates,第 五 章,内容提要：,第一节 单糖、寡糖、多糖第二节 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异生第六节 多糖和寡糖的合成与分解第七节 血糖及其调节（自学）,第 一 节 单糖、寡糖、多糖,Monosaccharide、oligosaccharide & polysaccharide,糖的概念,糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛（葡萄糖）或多羟酮类（果糖）及其衍生物或多聚物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，其中以淀粉为主生物体内糖类,单糖、寡糖、多糖,单糖(Monosaccharide)是最简单的糖，不再被水解成更小的糖单位根据其所含碳原子数目分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖根据其结构特点又分为醛糖和酮糖 寡糖(Oligosaccharide)是少数单糖（2-10个）的缩合产物，低聚糖通常指20个以下的单糖的缩合产物 多糖(Polysaccharide)是多个单糖以糖苷键连接而形成的高聚物常见的多糖有淀粉、糖原、纤维素等单糖,葡萄糖,果糖,蔗糖,棉籽糖,麦芽糖,寡糖,乳糖,蔗糖,多糖,纤维素,淀粉,糖的生理功能,提供能源 人体内70%能量来源于糖的分解代谢，1克葡萄糖在体内彻底氧化，可释放16.7KJ能量。

提供碳源 糖代谢的某些中间产物，可用来合成脂肪、氨基酸、胆固醇、核苷酸等构成细胞的成分 糖脂：神经组织和生物膜的主要成分 糖蛋白：可作为抗体、酶、激素等构成某些生物活性物质 糖的磷酸衍生物可以形成体内许多重要的活性物质，如：NAD、FAD等淀粉,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,消化吸收过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,主动吸收,血液,或易化扩散,第 二 节 糖的无氧分解,Glycolysis,糖代谢的概况,糖代谢主要涉及单糖和多聚糖在生物体内如何被利用和储存的过程，即糖的分解和糖原的合成糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,磷酸核糖 + NADPH+H+,淀粉,动物细胞,植物细胞,丙酮酸氧化三羧酸循环,磷酸戊糖途径糖酵解,葡萄糖（glucose）结构,一、糖酵解(glycolysis)的定义,糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称EMP途径。

二、糖酵解的反应过程,反应部位：胞液/细胞质,大体过程：,3-磷酸甘油醛,丙酮酸,（一）己糖磷酸化（3步反应）,1. 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate, G-6-P),磷酸化使葡萄糖分子增大，不能自由逸出细胞； 己糖激酶(hexokinase, HK)分四型，肝中为葡萄糖激酶 (glucokinase, GK)； 消耗1分子ATP，反应不可逆2. 6-磷酸葡萄糖异构为6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P),3. 6-磷酸果糖转变成1,6-二磷酸果糖 (1,6-fructose-biphosphate, F-1,6-二P),是第二个磷酸化反应，消耗1分子ATP，反应不可逆磷酸果糖激酶(phosphofructo-kinase, PFK)是糖酵解的限速酶4. 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,反应可逆,由醛缩酶(aldolase)催化,6C,3C,3C,（二）磷酸己糖裂解（2步反应）,5. 磷酸丙糖同分异构化,磷酸丙糖异构酶（triose phosphate isomerase)G2分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP6. 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,醛基脱氢氧化成羧基，并加入一分子磷酸，形成混合酸酐。

脱下的氢由NAD+接受此步为糖酵解中唯一一步脱氢反应三）丙酮酸的生成（5步反应）,7. 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,此步为底物水平磷酸化底物水平磷酸化（substrate level phosphorlation）：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成，这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸化反应可逆,8. 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,9. 2-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),反应引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键10. PEP转变成丙酮酸（pyruvate),第二个底物水平磷酸化，反应不可逆烯醇式立即自发转变为酮式此为还原反应，是一步加氢反应，其NADH+H+来自于3-磷酸甘油醛脱氢四）丙酮酸转变成乳酸(lactate),反应条件：无氧,糖酵解的全过程,1. 三步不可逆反应：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶,2. 两步耗能反应：GG-6-P;F-6-PF-1,6-二P,3. 两步产能反应：1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸；PEP丙酮酸,4. 一步脱氢反应：3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸； 一步加氢反应：丙酮酸乳酸,5. 净生成能量2分子ATP,关键酶（key enzyme）: 在一条代谢途径的多酶系统中，通常存在一种或少数几种催化不可逆反应的酶，这些酶决定代谢途径反应方向。

如己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶限速酶（rate-limiting enzyme）: 一条代谢途径中，催化活力最低，米氏常数最大，也就是催化反应速度最慢的酶，它决定整个代谢途径的速度如磷酸果糖激酶调节酶（regulatory enzyme）: 酶的活性受到细胞内各种信号的调节，是代谢调节的作用点总反应： 葡萄糖 + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ 2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O ATP的生成： 糖酵解时，1分子葡萄糖共生成4分子 ATP，净生成2分子ATP和2分子NADH+H+其它单糖的酵解,二、糖酵解的调节,（一）6-磷酸果糖激酶-1（PFK-1）最重要,（二）丙酮酸激酶,变构调节： F-1,6-二P和PEP是丙酮酸激酶的变构激活剂；ATP、柠檬酸和长链脂肪酸是丙酮酸激酶的变构抑制剂共价修饰调节： 胰高血糖素通过cAMP和PKA使其磷酸化而抑制其活性三）葡萄糖激酶与己糖激酶,己糖激酶是别构酶，有四种同工酶，存在于不同组织中，可催化多种己糖磷酸化，G-6-P可反馈抑制己糖激酶；葡萄糖激酶不是别构酶，为己糖激酶同工酶IV型，存在与肝细胞内，只催化葡萄糖磷酸化，胰岛素可诱导葡萄糖激酶的合成。

己糖激酶 葡萄糖激酶存在部位 肝外组织 肝Km 值 0.1mmol/L 10mmol/L底物 G, 果糖, 甘露糖 G调节 G-6-P反馈抑制 胰岛素诱导,己糖激酶和葡萄糖激酶的比较,三、丙酮酸的去路,有氧条件下，进入线粒体变成乙酰CoA参加三羧酸循环，彻底氧化产生CO2和H2O 无氧条件下，加氢还原生成乳酸 在酵母等微生物中，丙酮酸脱羧生成乙醛，再加氢还原生成乙醇机体缺氧时的主要供能方式机体供氧充足情况下少数组织的能量来源如成熟红细胞、神经、骨髓、皮肤、视网膜等糖无氧分解不仅提供能量，还能提供碳源物质，参与Pr、脂肪酸的生物合成，如丙酮酸四、糖酵解的生理意义,Aerobic Oxidation of Glucose,第 三 节糖的有氧氧化,葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化成水和CO2的反应过程称为有氧氧化这是糖氧化的主要方式一、有氧氧化的反应过程,分为三个阶段：,（一） 丙酮酸的氧化脱羧,经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰CoA，这是不可逆反应粒体内进行丙酮酸脱氢酶复合体,硫辛酸乙酰转移酶（E2）由三种酶组成 丙酮酸脱羧酶（E1） 二氢硫辛酸脱氢酶（E3）六种辅助因子：TPP（VB1）、NAD+（Vpp）、硫辛酸、FAD（VB2）、HSCoA（泛酸）、Mg2+,丙酮酸脱氢酶复合体,焦磷酸硫胺素（TPP）是糖代谢中羰基碳（醛和酮）合成与裂解的辅酶。

辅酶A（CoA）是许多酰基转移酶类的辅酶，参与糖、脂类、氨基酸的代谢，主要起传递酰基的作用辅酶A结构,黄素腺嘌呤二核苷酸,黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）在生物体内氧化还原反应中其传递氢和电子作用，对糖、脂肪、蛋白代谢有影响烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶I）在反应中起到传递电子和氢的作用硫辛酸, TPP使羰基碳的裂解,硫辛酸作为氢载体和酰基载体, CoA作为酰基载体接受酰基, FAD作为氢载体接受H, NAD作为氢载体传递H,丙酮酸脱氢酶系,由乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，经反复脱氢、脱羧再生成草酰乙酸的循环反应过程又称柠檬酸循环和Krebs循环动植物、微生物普遍存在，糖代谢主要途径，脂肪、蛋白质分解最终途径1953年获诺贝尔奖部位：线粒体基质,（二） 三羧酸循环（TCA）(tricarboxylic acid cycle),1. 三羧酸循环的反应过程,（1）柠檬酸的生成,该步反应不可逆 柠檬酸合酶是TCA循环的限速酶其活性受ATP、NADH、琥珀酰CoA、脂酰CoA等抑制2）柠檬酸生成异柠檬酸,（3）异柠檬酸生成-酮戊二酸,该步反应不可逆 异柠檬酸脱氢酶是一种变构调节酶，活性受NADH和ATP抑制，但被NAD+、ADP和AMP激活。

4）-酮戊二酸生成琥珀酰CoA,琥珀酰CoA含有高能硫酯键，反应不可逆 -酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系类似，由3种酶和6种辅助因子组成 -酮戊二酸脱氢酶系是TCA循环的调节点，反应受产物NADH、琥珀酰CoA、ATP、GTP的反馈抑制5）琥珀酰CoA生成琥珀酸,琥珀酰CoA的高能硫酯键断裂，释放能量生成GTP GTP可以将高能磷酸键转给ADP，生成ATP 此步反应为TCA中唯一一步底物水平磷酸化反应4C,4C,（6）琥珀酸生成延胡索酸,4C,4C,（7）延胡索酸生成苹果酸,4C,4C,（8）苹果酸生成草酰乙酸,4C,4C,三羧酸循环小结：, 1分子乙酰CoA经两次脱羧生成2分子CO2 共发生4次脱氢，3次以NAD+为受体，1次以FAD为受体 发生一次底物水平磷酸化，生成1分子ATP TCA中三个关键酶（催化不可逆反应）：柠檬酸合酶（限速酶）、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶系 有氧氧化的4个调节点：除上述三个酶，外加丙酮酸脱氢酶系三羧酸循环的特点, 在有氧条件下进行，产生的还原当量（NADH和FADH2）经氧化磷酸化可产生ATP，是产生ATP的主要途径 不可逆 草酰乙酸的回补反应：TCA循环主要依靠草酰乙酸接受乙酰CoA，中间产物不会因参与循环而被消耗，但可以参加其他代谢而被消耗。

需要通过其他途径对草酰乙酸进行补充1. 丙酮酸羧化成草酰乙酸(动物体主要回补反应)； 2. 丙酮酸羧化成苹果酸,再脱氢生成草酰乙酸； 3. PEP在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶作用下生成草酰乙酸； 4. 天冬氨酸和-酮戊二酸转氨基作用生成草酰乙酸和谷氨酸草酰乙酸回补反应：,2. 三羧酸循环的生理意义, 是动物生理活动所需能源的主要来源 三大营养物质的共同氧化途径 物质代谢联系的枢纽,二、 有氧氧化生成的ATP,葡萄糖在氧化过程中，除了直接产生ATP或GTP外，还伴随着H+的传递，可以将H+传递给NAD+或者FAD+，从而产生NADH+H+或FADH2 生成的NADH及FADH2在以后被电子传递链氧化，当电子或H通过电子传递体传给O2时偶联生成ATP，每个NADH生成2.5（3）个ATP，每个FADH2生成1.5（2）个ATPG 2丙酮酸：净产生2分子ATP和2分子NADH丙酮酸乙酰CoA：产生1分子NADHTCA: 一分子乙酰CoA经TCA产生3分子NADH和1分子FADH2，加上底物水。