糖与糖代谢ppt课件

糖与糖代谢 糖 类 概 述 n糖的定义与结构 n糖类的定义 n多羟基醛或多羟基酮 n由于糖的碳原子数和不对称碳原子的构型不同，形成不同的糖 n糖的结构 nD-、L-构型 n环状结构式 n椅式、船式 n糖的一般性质 n旋光性 n溶解度 n甜度 n 化学反应 n寡糖与多糖 n寡糖 n少数单糖(210)通过糖苷键缩合而形成的聚合物 n糖苷键：糖的半缩醛羟基，与其他分子的羟基脱水缩合形成， 分-、-两种构型 n常见双糖： n麦芽糖：葡萄糖-（14）-葡萄糖苷 n蔗糖：葡萄糖- ,(12)-果糖苷 n乳糖：葡萄糖- (14)-半乳糖苷 n纤维二糖：葡萄糖- (14)-葡萄糖苷 n多糖 n均一多糖 n淀粉 n糖原 n纤维素、几丁质 n不均一多糖：透明质酸 、硫酸软骨素 、硫酸角质素 、肝素 n单糖衍生物 n糖醇：甘露醇 n氨基糖：D-氨基葡萄糖，氨基半乳糖 n糖苷：单糖上的半缩醛羟基，与非糖物质的羟基形成 糖苷键，这样形成的物质称糖苷 n糖蛋白与蛋白多糖 n按糖与蛋白质的比例分 n糖蛋白功能： n由于糖蛋白的高粘度特性，机体用它作为润滑剂 n防护蛋白水解酶的水解作用 n防止细菌、病毒侵袭。 n在组织培养时对细胞粘着和细胞接触抑制作用。 n对外来组织的细胞识别也有一定作用 n与肿瘤特异性抗原活性的鉴定有关 n糖脂与脂多糖 n糖类的主要生理功能 n体内最重要的能源物质和重要的能源贮备形式 n生物有机分子碳骨架的主要提供者 n重要的生物结构性和功能性物质 n参与肌体代谢的调控物质的形成 糖酵解 n糖的消化与吸收 n食物中的糖 n多糖的酶促分解 n淀粉的水解 n糖原的分解 n纤维素的水解 n双糖的分解 n糖的分解代谢 n糖在生物体内的代谢途径 n无氧分解：糖酵解 n彻底氧化：TCA循环 n其他代谢途径：磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等 n糖酵解途径的代谢过程 n定义：葡萄糖在无氧条件下分解产生丙酮酸，并产生 ATP的过程 n准备阶段（6C阶段） n葡萄糖G-6-P，己糖激酶（HK, 肝内为葡萄糖激酶GK），糖 酵解的第一个限速步骤。 nG-6-PF-6-P，磷酸葡萄糖同分异构酶催化。 nF-6-PF-1,6-2P，磷酸果糖激酶（PFK-1），糖酵解的第二个 限速步骤，也是糖酵解途径进入共通途径的限速步骤 nF-1,6-2P甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟基丙酮，醛缩酶催化，以 逆反应命名 n磷酸二羟基丙酮在磷酸丙糖异构酶的催化下可以变为甘油醛-3- 磷酸 n产能阶段（3C阶段） n甘油醛-3-磷酸甘油酸-1, 3-二磷酸，甘油醛-3-磷酸脱氢酶， 以NAD+为辅酶。产生一分子NADH+H+ n甘油酸-1, 3-二磷酸甘油酸-3-磷酸。甘油酸磷酸激酶 n甘油酸-3-磷酸甘油酸-2-磷酸，甘油酸磷酸变位酶 n甘油酸-2-磷酸磷酸烯醇式丙酮酸，烯醇化酶 n磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸，丙酮酸激酶，限速步骤，调节糖 酵解与糖异生的平衡，也是其他中间代谢物进入糖代谢的枢纽 n丙酮酸的去向 n有氧条件下，进入TCA继续氧化 n无氧条件下，还原成乳酸，或者在脱羧酶作用下生成乙醛在脱 氢生成乙醇 n作为中间体转变为氨基酸等 n不同糖类物质进入糖酵解的方式 n果糖直接磷酸化，生成F-6-P，进入糖酵解 n其他单糖：在异构化酶的作用下，转变为葡萄糖，在进入糖酵 解途径 n糖原：在磷酸化酶作用下，磷酸解生成G-1-P，再由磷酸葡萄 糖变位酶作用，转变为G-6-P n淀粉等分解产生葡萄糖，进入糖酵解 n糖酵解的产能计算 n无氧条件下：激活1分子葡萄糖需1ATP，生成F-1, 6-2P时消耗 1ATP，一分子葡萄糖可生成2分子3-P-甘油醛，1分子后者生成 丙酮酸一共生成2ATP，所以1分子葡萄糖通过酵解净生成2分 子ATP ，其中脱氢生成的NADH用于还原丙酮酸生成乳酸， 或还原乙醛到乙醇 n如果从糖原出发，可多生成一分子ATP n有氧条件下，NADH可以进入呼吸链，将H传递到氧，生成 3ATP，所以可净生成8ATP n糖酵解的调控 n磷酸果糖激酶（PFK-1）的调控： nATP/AMP，ATP则抑制，AMP则激活 nH+抑制该酶活性，防止过多酸堆积引起中毒 n柠檬酸、脂肪酸增加ATP对该酶的抑制 n-D-果糖-2, 6-二磷酸可解除ATP对该酶的抑制 n激素对糖酵解的调节 n己糖激酶的调控： nG-6-P是别构抑制剂 n葡萄糖是激活剂 n丙酮酸激酶的调控 nF-1, 6-2P激活 nAla抑制该酶活性 n能荷高时ATP别构抑制L型丙酮酸激酶同工酶（肝内）活 性，肌肉、脑组织中则没有该功能 n糖酵解的生理意义 n无氧条件下产能代谢主要形式 n联系无氧代谢与有氧代谢的纽带 n微生物发酵的重要途径 n糖类和某些氨基酸进入共同代谢途径的通路 n产物作为合成代谢的中间体 三 羧 酸 循 环 n概述 n葡萄糖的彻底氧化 n丙酮酸在有氧条件下可以进一步氧化，直至生成二氧化碳和水 ，这个过程主要通过三羧酸循环实现 n彻底氧化通过脱氢、脱羧来实现 n三羧酸循环 n丙酮酸脱氢、脱羧生成的乙酰CoA，与草酰乙酸结合生成柠檬 酸，经过一系列的脱氢、脱羧反应最后重新生成草酰乙酸，同 时释放能量的过程，该过程形成一个闭合的循环，称三羧酸循 环，也叫柠檬酸循环、Krebs循环。 n真核细胞的三羧酸循环，在线粒体进行。 n丙酮酸的脱氢 n参与反应的辅酶因子 nTPP n硫辛酸 n辅酶A nFAD、NAD+、Mg2+ n丙酮酸脱氢酶系 n由3种酶、60个亚基构成的、分子量4, 600, 000的多酶体系 n丙酮酸脱羧酶（E1） n硫辛酸乙酰转移酶（E2） n二氢硫辛酸脱氢酶（E3） n 脱氢过程 n丙酮酸脱羧羟乙基- TPP，丙酮酸脱羧酶催化 n硫辛酸乙酰转移酶（E2）催化羟乙基乙酰基，同时转移给硫 辛酸与酶蛋白形成的硫辛酰胺基上，形成乙酰硫辛酰胺 n硫辛酸乙酰转移酶（E2）催化乙酰硫辛酰胺的乙酰基转移给 CoA形成乙酰CoA n二氢硫辛酸脱氢酶（E3）以FAD为辅酶使二氢硫辛酸重新氧 化。 nFADH2还原NAD+ n脱羧过程的调控 n不可逆过程、限速步骤 n产物抑制、反应物激活 n核苷酸调节 n可逆磷酸化共价调节：磷酸化使活性降低 n三羧酸循环 n反应过程 n草酰乙酸+乙酰CoA柠檬酸，柠檬酸合成酶催化，限速步骤 ，酶由两个亚基构成 n柠檬酸异柠檬酸：顺乌头酶催化，先脱水后加水。顺乌头酶 含铁硫中心（4个Fe，4个S，4个Cys） n异柠檬酸 -酮戊二酸，氧化脱羧反应，异柠檬酸脱氢酶催 化，以NAD+或NADP+作为氢受体，先生成草酰琥珀酸，再 脱羧，限速步骤 n-酮戊二酸琥珀酰CoA，氧化脱羧反应，-酮戊二酸脱氢酶 系催化，该酶系与丙酮酸脱氢酶系相似，由-酮戊二酸脱氢酶 、琥珀酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶组成, 限速步骤 n琥珀酰CoA琥珀酸，产生GTP。由琥珀酰CoA合成酶催化， 底物水平的磷酸化 n琥珀酸延胡索酸，琥珀酸脱氢酶催化，辅基是FAD，丙二酸 是该酶的竞争性抑制剂，含铁硫中心，参入线粒体内膜。 n延胡索酸水化苹果酸，延胡索酸酶催化，由立体异构特异性 n苹果酸脱氢生成草酰乙酸，苹果酸脱氢酶催化。 n三羧酸循环的产能计算 n2次脱羧、4次脱氢 n3对氢由NADH呼吸链传递到氧，33=9ATP n1对氢由FADH2呼吸链传递到氧， 2ATP n一个底物水平的磷酸化, 1GTP=1ATP n共计 12ATP n三羧酸循环的调控 n柠檬酸合成酶 n受ATP、NADH、琥珀酰CoA、脂肪酰CoA抑制 n氟乙酰CoA，可生成氟柠檬酸，抑制后面的反应 n异柠檬酸脱氢酶 nADP是别构激活剂 nNAD+、Mg 2+有协同作用 nNADH、ATP可抑制该酶活性 n-酮戊二酸脱氢酶系： n受NADH、琥珀酰CoA、Ca2+抑制 nATP、GTP高能荷时抑制 n没有共价修饰调节 n三羧酸循环的回补反应 n丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸，需要生物素 n磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸羧化激酶作用下生成草酰乙酸，心 脏、大脑中存在 nAsp、Glu转氨基作用生成草酰乙酸和-酮戊二酸，Ile、Val、 Thr、Met可以形成琥珀酰CoA n乙醛酸循环 n植物、微生物中特有的通路 n由乙酰CoA与草酰乙酸合成柠檬酸，再转变为异柠檬酸，异柠 檬酸在异柠檬酸裂解酶的作用下生成乙醛酸和琥珀酸，乙醛酸 与乙酰CoA在苹果酸合成酶作用下生成苹果酸，在脱氢生成草 酰乙酸，称乙醛酸循环 n乙醛酸循环的意义 n利用二碳化合物合成三羧酸循环的二羧酸、三羧酸，补充 三羧酸循环的中间物，增加可利用物质种类 n通过乙酰CoA合成草酰乙酸，提高草酰乙酸的数量，有利 于脂肪向糖的转化，是植物、微生物特殊代谢所必需的 n糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化之间的协调 n巴斯德效应：在厌氧条件下高速酵解的酵母，通入氧气后，葡 萄糖消耗减少，积累的乳酸消失，称为巴斯德效应 n葡萄糖、丙酮酸、ATP、氧含量是三者协调的基础 n三者协调调整细胞的能荷状态 n三羧酸循环的生理意义 n糖、脂质、氨基酸的共同分解代谢途径 n为氨基酸、核苷酸等的生物合成提供碳骨架 n通过乙酰CoA实现合成代谢与分解代谢的联系 n与呼吸链偶联，构成产能代谢的主要部分。 n葡萄糖彻底氧化产能的计算 糖的其他分解代谢途径 n磷酸戊糖途径 n概述： n葡萄糖可以通过脱氢、脱羧生成戊糖来实现氧化分解，这样的 代谢过程称为磷酸戊糖途径 n反应可分为氧化产能阶段和糖分子重排阶段 n氧化产能阶段 n6-磷酸葡萄糖脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸内酯， 6-磷酸葡萄糖脱 氢酶催化，以NADP作为氢受体，限速步骤， NADPH是别构 抑制剂 n6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸。 6-磷酸葡萄糖 酸内酯酶催化。 n6-磷酸葡萄糖酸脱氢、脱羧生成5-磷酸核酮糖， 6-磷酸葡萄糖 酸脱氢酶催化，以NADP作为氢受体 n分子重排阶段 n5-磷酸核酮糖5-磷酸核糖，磷酸戊糖异构酶催化 n5-磷酸核酮糖 5-磷酸木酮糖，磷酸戊糖差向酶 n通过转酮和转醛反应生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛 n5-磷酸核糖与5-磷酸木酮糖发生转酮反应生成3-磷酸甘油 醛和7-磷酸景天酮糖, 转酮酶催化，TPP、Mg2+作为辅酶 n3-磷酸甘油醛与7-磷酸景天酮糖发生转醛反应生成4-磷酸 赤藓糖和6-磷酸果糖 n4-磷酸赤藓糖与5-磷酸木酮糖发生转酮反应生成6-磷酸果 糖和3-磷酸甘油醛 n磷酸戊糖途径的生理意义 n产生NADPH, 为生物合成提供还原力 n产生磷酸戊糖参与核酸代谢 nNADPH可以还原谷胱甘肽，保护红细胞 n部分途径是光合作用中CO2合成葡萄糖的途径 n糖醛酸途径 n定义 nG-6-P或G-1-P，经UDP-葡萄糖醛酸生成糖醛酸的过程称为糖醛 酸途径 n代谢过程 nG-6-P与UTP反应转变为UDPG nUDPG脱氢生成UDP-葡萄糖醛酸，以NAD作为辅酶 nUDP-葡萄糖醛酸的去向 n合成抗坏血酸 n生成UDP-艾杜糖醛酸 n与某些药物、毒物的基团结合，生成水溶性化合物，通过尿排 出 n转变为木酮糖进入磷酸戊糖途径 n生理意义 n合成抗坏血酸 n糖醛酸基的供体：硫酸软骨素 n解毒作用 糖的合成代谢 n糖异生 n概述 n生物体利用非糖物质合成葡萄糖的过程，称为糖的异生 n除三步反应外，糖异生过程与糖酵解途径互为逆过程，但不能 把糖异生看成糖酵解的逆转 n反应过程 n丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸 n丙酮酸羧化生成草酰乙酸，丙酮酸羧化酶催化，需要ATP、二价 金属离子 n草酰乙酸转变为苹果酸，从线粒体转运到细胞质，由苹果酸脱氢 酶催化 n苹果酸在细胞质内由苹果酸脱氢酶催化转变为草酰乙酸 n细胞质的草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化形成磷酸烯 醇式丙酮酸，需GTP，酶含量受激素调节，胰岛素抑制该酶合成 ，胰高血糖素促进。 n磷酸烯醇式丙酮酸沿酵解途径逆向反应转变为1，6-二磷酸果糖 n1，6-二磷酸果糖转变为6-磷酸果糖，果糖磷酸酶催化，该酶是 一个别构酶，是糖异生的关键调节酶 n6-磷酸果糖转变为葡萄糖，由葡萄糖-6-磷酸酶催化，脑组织、肌 肉内不存在该酶 n糖异生途径的前体 n凡是能生成丙酮酸的物质 n三羧酸循环中间体 n乙酰CoA在动物体内不能转变为丙酮酸，所以不能参与糖异生，但 在植物、微生物体内可通过乙醛酸循环生成草酰乙酸 n生糖氨基酸 n大多数氨基酸可以转变为三羧酸循环中间物，参与糖异生 nLeu、Lys、Trp称生酮氨基酸，一般不能参与糖异生 nCori循环：肌肉剧烈运动产生的乳酸，可运至肝脏，在肝内通过 糖异生生成葡萄糖，再运至肌肉 n反刍动物在胃内由细菌产生的有机酸，奇数脂肪酸可以通过转 变成为琥珀酰CoA, 参与糖异生 n糖异生的调控 n三个调控酶 n丙酮酸羧化酶 n果糖二磷酸酶 n葡萄糖-6-磷酸酶 n糖异生与糖酵解的协调 n高浓度的G-6-P抑制己糖激酶 n关键的调控点在6-磷酸果糖与1，6-二磷酸果糖的转化，2，6-二 磷酸果糖是两个关键调控酶的调控物，ATP、柠檬酸对两条路径 的效应正好相反 n丙酮酸与磷酸烯醇式丙酮酸之间的转化： n在不同的场所进行 n乙酰CoA刺激丙酮酸羧化酶、抑制丙酮酸激酶 nAla作为前体促进糖异生，却抑制丙酮酸激酶 n激素二者的调控 n肾上腺素、胰高血糖素、糖皮质激素等促进糖异生 n胰岛素可以使肝磷酸果糖激酶，丙酮酸激酶活性升高，促进 酵解，抑制糖异生。 n无效循环的可能 n糖原的合成 n代谢过程 nG-6-P生成UDP-葡萄糖，由UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化 nUDP-葡萄糖在糖原合成酶的催化下合成新糖原，糖原合成酶 是主要的调控酶 n分枝糖原由分枝酶（葡萄糖苷46转移酶）催化 n代谢调控 n分解与合成的协调控制 n磷酸化酶与糖原合成酶的共价调节，两个酶磷酸化和去磷酸化的 方式相似，但受磷酸化调节的结果相反 n激素和葡萄糖浓度是协调二者关系的关键 n第二信使在糖原合成中的作用(以cAMP为例） n激素与受体结合，激活腺苷酸活化酶，催化ATP环化生成cAMP ncAMP激活蛋白激酶A，激活蛋白激酶A可以催化磷酸化酶与糖原 合成酶的磷酸化 n级联放大效应 n神经和激素对血糖代谢的控制 n胰岛素与胰高血糖素 n肾上腺素 n甲状腺素 n糖代谢与疾病 n先天性代谢酶缺陷 n半乳糖血症：缺乏1-P-半乳糖尿苷酸转移酶 n己糖激酶缺乏，2，3-二磷酸甘油酸缺少，影响红细胞的氧释 放 n丙酮酸激酶缺乏，2，3-二磷酸甘油酸增高 n糖尿病 n糖原合成减少，分解增加 n糖异生作用增加 n糖酵解、TCA减弱 n葡萄糖进入细胞变慢 化学性质质 反应应重要性 由 醛醛 化 酮酮 学 产产 性 生 质质 的 氧化 （还还原性） 还还原金属离子，氧化成糖酸为鉴为鉴 定还还原糖的基础础 还还原成醇醛酮醛酮 基可被还还原成醇 某些植物中所含醇如山梨醇 甘露糖醇可能是由此反应应生成 成脎脎和苯肼肼作用成脎脎可作为鉴为鉴 定单单糖的基础础 异构化（弱 碱溶液） 在弱碱溶液中单单糖的醛酮醛酮 基 通过过稀醇化作用起分子重排 为单为单 糖转转化的基础础 发发酵 酵母使糖产产生乙醇为酿为酿 酒的依据， 亦可用来鉴别单鉴别单 糖及制造化学 品 由 羟羟 化 基 学 产产 性 生 质质 的 成酯酯形成磷酸糖酯酯及乙酰酰糖酯酯 磷酸糖酯酯是糖代谢谢的中间产间产 物 细细胞膜吸收糖也要将糖先转转化 为为磷酸糖酯酯 成苷 单单糖C-1的OH基H可被烷烷基 或其他基团团取代产产生糖苷 有些糖苷是药药物 脱水 经经加浓浓HCl与加热热，成糖产产 生 醛醛己糖 产产生羟羟甲基糠醛醛 可用此反应鉴别醛应鉴别醛 糖酮酮糖 氨基化 C-2，C-3上的OH可被NH2 取代成氨基糖 氨基糖是糖蛋白的组组分 脱氨经经脱氨酶作用产产生脱氨糖脱氨糖是核酸的成分 直链链淀粉支链链淀粉糖原纤维纤维 素几丁质质 单单体单单 位 -D-葡萄糖-D-葡 萄糖 -2-N-乙酰酰葡萄 糖胺 糖苷键键 型 （14）（14）和（16）（14） 分支无49无 溶解度融于热热水热热水不溶溶于水水不溶绝绝大部分溶剂剂 不溶 与碘反 应应 紫兰兰色紫红红色棕红红色 主要功能食物贮贮存参与结结构建成 存在形式各种白色微粒白色粉末