8糖代谢

Chapter 8 Metabolism of carbohydrate,第一节 概述 第二节 糖的分解代谢 第三节 糖的合成代谢 第四节 糖代谢在工业上的应用,第一节 概述,一、多糖及寡糖的降解,（1）胞外降解糖苷酶催化的水解 如：,淀 粉,- 淀粉酶,麦芽糖、麦芽三糖、 -糊精, - 淀粉酶,麦芽糖、糊精,葡萄糖, - 淀粉酶,切下支链淀粉的分支,R 酶,纤 维 素,纤维素酶,纤维二糖、葡萄糖,（2）胞内降解糖原的磷酸解,二、糖类消化、吸收与转运,氧化分解,转化为脂肪、氨基酸,三、糖的中间代谢概念,（1）中间代谢细胞内的分解与合成（P171，Fig.93）,（2）分解代谢有氧呼吸占主导地位,无氧呼吸： 不能将糖彻底氧化成CO2和H2O； 释能少。 发酵（酵母菌或浸出液）：G2乙醇2CO2 酵解（肌肉细胞）： G2乳酸,有氧呼吸： 能将糖彻底氧化成CO2和H2O； 电子最终受体是O2； 释能多。,2 ATP,3638ATP,糖代谢概况,第二节 糖的分解代谢,一、酵解途径（EMP） 二、三羧酸循环（TCA） 三、磷酸戊糖旁路（HMS）,（一）糖的无氧酵解（EMP）,1. 在细胞质中进行，不需氧，共10 步，需10种酶，需Mg2+ 2. 有 3 处不可逆，决定了 G 的分解速度。 3. 有 2 处底物水平磷酸化，形成4分子ATP。 4. 耗用 2ATP。有多次异构和有磷酸化。 5. 形成 2NADHH,Pi,糖酵解生物学意义 在无氧情况下，产生ATP的最有效的方式。在有些组织中，无氧下，必须靠糖酵解进行能量的产生。如：成熟红细胞无线粒体，不能进行有氧氧化。只能通过酵解提供能量。,C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O,丙酮酸的去路,无氧条件下： 乳酸发酵 乙醇发酵 有氧条件下： 丙酮酸进入线粒体形成乙酰CoA参加TCA，彻底氧化成CO2和H2O。 NADHH经穿梭机制进入线粒体后，再经呼吸链氧化成H2O。,乳酸发酵（在肌肉细胞中称酵解）,2ATP,2H2O,总反应式： 葡萄糖2Pi2ADP 2乳酸2ATP2H2O,1.乳酸发酵,2.乙醇发酵,总反应式： 葡萄糖2Pi2ADP 2 乙醇2ATP2H2O2CO2,2ATP,2H2O,2,3. 有氧降解,G 6O2 6CO2 6H2O 能量,葡萄糖 2 丙酮酸 柠檬酸循环： 丙酮酸 乙酰CoA 乙酰CoA 进入三羧酸循环 3. 氧化磷酸化：NADHH和FAD2H经呼吸链传递,EMP,（二）三羧酸循环 (TCA),又叫柠檬酸循环或Krebs循环（1937年提出，1953年获得诺贝尔奖）。线粒体内完成。,1. 丙酮酸脱羧,反应过程,E1,E2,E3,2. 乙酰辅酶A的氧化TCA,乙酰 CoA 3NADH + FADH2 + 2CO2 + ATP,柠檬酸合酶,+,*,H2O,HSCoA,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,NAD+,NADH+H+CO2,*,-酮戊二酸脱氢酶系,NADH+H+ +CO2,*,NAD+ +HSCoA,琥珀酰CoA硫激酶,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,琥珀酸脱氢酶,H2O,NAD+,NADH+H+,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,citrate synthase,aconitase,isocitrate dehydrogenase,Citric acid cycle,a-ketoglutarate dehydrogenase,succinyl CoA synthase,succinate dehydrogenase,fumarase,malate dehydrogenase,GLUCOSE 2 PYRUVATE 2 ACETYL CoA,2NADH,2NADH,2NADH,2 “ATP”,2FADH2,2NADH,2CO2,See TCA,回补反应,三羧酸循环特点： 循环反应在线粒体(mitochondrion)中进行，为不可逆反应。 每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成12分子ATP。 循环的中间产物既不能通过此循环反应生成，也不被此循环反应所消耗。,三羧酸循环中有两次脱羧反应，生成两分子CO2。 循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADH和一分子FADH2。 循环中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP。 三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶系。,三羧酸循环的生理意义： 为机体提供能量（36或38ATP） 。 是物质代谢的总枢纽。 TCA为糖、脂、蛋白质三大物质分解供能的共同通路和彼此间互变的共同途径。 草酰乙酸在TCA中的作用其浓度影响TCA速度 。 草酰乙酸来源： （1）丙酮酸CO2 苹果酸 草酰乙酸,NADPHH,NADP,苹果酸酶,NAD,NADH+H,苹果酸脱氢酶,（2）丙酮酸 CO2 草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,ATP,ADP,（2）磷酸烯醇式丙酮酸 CO2 H2 O 草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,ATP,ADP,三羧酸循环与脂肪酸合成的关系,二、有氧氧化生成的ATP,巴斯德效应,巴斯德效应是指糖的有氧氧化可以抑制糖的无氧酵解的现象。 有氧时，由于酵解产生的NADH和丙酮酸进入线粒体而产能，故糖的无氧酵解代谢受抑制。,测试题,不能使丙酮酸脱氢酶复合体活性降低的 A、乙酰CoA B、ATP C、AMP D、NADH,葡萄糖进行酵解或有氧氧化时净得的ATP数之比为 A、1：9 B、1：15 C、1：18 D、1：19,（三） 磷酸戊糖途径,磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway，HMS)是指从G-6-P脱氢反应开始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解代谢途径的一条旁路代谢途径。,该旁路途径的起始物是G-6-P，返回的代谢产物是3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde-3-phosphate)和6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate)，其重要的中间代谢产物是5-磷酸核糖和NADPH。 整个代谢途径在胞液(cytoplasm)中进行。关键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydro-genase)。,一、磷酸戊糖途径的反应过程,磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)的总反应式： G-6-P + 12NADP+ + 7H2O 6CO2 + 12NADPH + 12H+ + H3PO4 即6分子G-6-P可生成6分子CO2，4分子F-6-P，2分子3-磷酸甘油醛和12分子NADPH。,全部代谢过程可分为两个阶段：,氧化反应阶段：生成NADPH及CO2； 非氧化反应阶段：一系列基团的转移。,氧化反应阶段,G-6-P,6-P-葡萄糖酸内酯,6-P-葡萄糖酸, 6-P-G脱氢酶, 内酯酶,6-P-葡萄糖酸,5-P-核酮糖, 6-P-葡萄糖酸脱氢酶,非氧化反应阶段,分步反应：,5-P-核酮糖,5-P-木酮糖,5-P-核糖,5-P-木酮糖,5-P-核糖,3-P-甘油醛,7-P-景天庚酮糖,3-P-甘油醛,转醛醇酶,+,4-P-赤藓糖,6-P-果糖,7-P-景天庚酮糖,+,4-P-赤癣糖,5-P-木酮糖,转酮醇酶,TPP,+,6-P-果糖,3-P-甘油醛,全 过 程,调 节,6-P-葡萄糖脱氢酶的活性决定G-6-P进入此途径的流量，为限速酶。 该酶受NADPH/NADP+的调节。,二、磷酸戊糖途径的生理意义,1. 是体内生成NADPH的主要代谢途径： NADPH在体内可用于： 作为供氢体，参与体内的合成代谢：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。 参与羟化反应：作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化。, 使氧化型谷胱甘肽还原。 维持巯基酶的活性。 维持红细胞膜的完整性：由于6-磷酸葡萄糖脱氢酶遗传性缺陷可导致蚕豆病，表现为溶血性贫血。,二、磷酸戊糖途径的生理意义,2. 是体内生成5-磷酸核糖的唯一代谢途径：,体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或脱氧核糖均以5-磷酸核糖的形式提供，这是体内唯一的一条能生成5-磷酸核糖的代谢途径。 磷酸戊糖途径是体内糖代谢与核苷酸及核酸代谢的交汇途径。,RETURN,二、磷酸戊糖途径的生理意义,第三节 糖的合成代谢,一、光合作用（Photosynthesis） 二、糖原合成（Glyconeogenesis）,光合作用（photosynthesis）,绿色植物、光合细菌或藻类等将光能转变成化学能的过程。即利用光能，由CO2和H2O合成糖类化合物并释放出氧气的过程，称为光合作用。 分为2个阶段：光反应 与 暗反应。 光反应：利用光能合成ATP，还原NADP，释放O2。 2H2O2NADP+2ADP+2Pi 2NADPH+2H+ 2ATP+ O2 暗反应：6CO2 + 18ATP + 12NADPH + 12H+ + 12H2O C6H12O6 + 18ADP + 18Pi12NADP+ G = 476.8 kJ / mol 总反应： 光能 n CO2 + n H2O (CH2O)n + n O2 叶绿体 糖类化合物,光合作用（photosynthesis）,光合作用（photosynthesis）,糖原合成（Glyconeogenesis）,一、糖原生成作用 二、糖异生作用,糖原生成作用,（一）反应过程： 糖原合成的反应过程可分为三个阶段： 1活化：由葡萄糖生成UDPG(uridine diphosphate glucose)，是一耗能过程。 磷酸化： G + ATP G-6-P + ADP,己糖激酶(葡萄糖激酶), 异构：G-6-P转变为G-1-P： G-6-P G-1-P 转形：G-1-P转变为尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）： G-1-P + UTP UDPG + PPi,UDPG焦磷酸化酶,磷酸葡萄糖变位酶,2缩合： UDPG + (G)n (G)n+1 + UDP 3分支： 当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在分支酶(branching enzyme)的催化下，将距末端67个葡萄糖残基组成的寡糖链由-1,4-糖苷键转变为-1,6-糖苷键，使糖原出现分支。,糖原合酶,*,-1,4,-1,6,（二）糖原合成的特点：,1必须以原有糖原分子作为引物； 2合成反应在糖原的非还原端进行； 3合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗2个高能磷酸键（2分子ATP）； 4其关键酶是糖原合酶(glycogen synthase)，为一共价修饰酶； 5需UTP参与（以UDP为载体）。,由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生(gluconeogenesis)。 糖异生代谢途径主要存在于肝及肾中。,糖异生作用,糖异生途径,糖异生主要沿酵解途径逆行，仅有三步反应为不可逆反应，故需经其他的代谢反应绕行。 1G-6-P G ： 由葡萄糖-6-磷酸酶催化进行水解。该酶不存在于肌肉组织中，故肌肉组织不能生成自由葡萄糖。 G-6-P + H2O G + Pi,6-磷酸-葡萄糖磷酸酶,*,2F-1,6-2P F-6-P： F-1,6-2P + H2O F-6-P + Pi 3丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸： 经由丙酮酸羧化支路完成。,二磷酸果糖磷酸酶,*, 丙酮酸草酰乙酸： 丙酮酸 + ATP + CO2 草酰乙酸 + ADP + Pi 草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)： 草酰乙酸 + GTP PEP + GDP + CO2,丙酮酸羧化酶 (生物素),*,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,*,丙酮酸,PEP,丙酮酸,草酰乙酸,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,胞液,线粒体,乙酰CoA,G,PEP,糖异生的原料,1生糖氨基酸： Ala, Cys, Gly, Ser, Thr, Trp 丙酮酸 Pro，His，Gln，Arg Glu -酮戊二酸 Ile，Met，Ser，Thr，Val 琥珀酰CoA Phe，Tyr 延胡索酸 Asn，Asp 草酰乙酸 2甘油： 甘油三酯甘油-磷酸甘油磷酸二羟丙酮。 3乳酸： 乳酸丙酮酸。,四、糖异生的生理意义,1、在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定。 2、回收乳酸分子中的能量： 葡萄糖在肌肉组织中经糖的无氧酵解产生的乳酸，可经血循环转运至肝脏，再经糖的异生作用生成自由葡萄糖后转运至肌肉组织加以利用，这一循环过程就称为乳酸循环（Cori循环）。 3、维持酸碱平衡。,乳酸循环（Cori循环）,肌肉,肝,G,丙酮酸,乳酸,糖酵解,NADH+H+,NAD+,乳酸,乳酸,丙酮酸,G,NAD+,NADH+H+,G,糖异生,血液,乳酸循环的形成是由于肝和肌肉组织中酶的特点所致。 生理意义：避免损失乳酸；防止乳酸堆积造成酸中毒。 乳酸循环是耗能的过程，2分子乳酸异生为葡萄糖需消耗6 分子ATP。,测试题,合成糖原时，葡萄糖基的直接供体是 A、葡萄糖-1-磷酸 B、葡萄糖-6-