糖代谢（888）.ppt

Chapter 9 Metabolism of Carbohydrates,第9章 糖 代 谢,1,医药资料,第一节 新陈代谢的一般概念,一、新陈代谢概念 生物活体与外界不断进行的物质交换和能量交换过程； 二、物质代谢和能量代谢 三、分解代谢和合成代谢 生物小分子合成生物大分子 合成代谢 需要能量 生物体的新陈代谢 能量代谢 物质代谢 释放能量 分解代谢 生物大分子分解为生物小分子,2,医药资料,四、代谢途径,e1 e2 e3 e4 e5 S A B C D P,3,医药资料,五、代谢的发展过程,（一）分解代谢的一般过程 第一阶段是生物大分子的降解阶段； 第二阶段是单体分子初步分解阶段； 第三阶段是乙酰基完全分解阶段； 第四阶段是氢的燃烧阶段； （二）合成代谢的一般过程 原料准备阶段；单分子合成阶段；生物大分子合成阶段。,4,医药资料,六、新陈代谢的特点,1、酶催化，反应条件温和，效率高； 2、严格的顺序性； 3、灵活的自我调节；,5,医药资料,Section 2 Introduction,第二节 糖及代谢概述,6,医药资料,一、糖的化学,糖(carbohydrates)即碳水化合物，是指多羟基醛或多羟基酮及其衍生物或多聚物。 根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。 单糖 (monosacchride) 寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride) 结合糖 (glycoconjugate),7,医药资料,单糖,8,医药资料,9,医药资料,寡糖,10,医药资料,多糖,11,医药资料,淀粉的分子结构,12,医药资料,糖原的分子结构,13,医药资料,纤维素的分子结构,14,医药资料,糖与非糖物质的结合物。,结合糖,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。,15,医药资料,糖类在生物体的生理功能主要有： 氧化供能：糖类占人体全部供能量的70%。 作为结构成分：如生物膜、神经组织等的组分。 作为核酸类化合物的成分：构成核苷酸，DNA，RNA等。 转变为其他物质：转变为脂肪或氨基酸等化合物。,二、糖的生理功能,16,医药资料,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，以淀粉为主。 消化部位： 主要在小肠，少量在口腔。,（一）糖的消化,三、糖的消化吸收,17,医药资料,（二）糖的吸收,主要在小肠上段以单糖形式吸收。,18,医药资料,葡萄糖,丙酮酸,乙醇,H2O及CO2,乳酸,四、糖代谢概况,无氧,19,医药资料,第三节 糖的分解代谢途径,20,医药资料,一、糖酵解途径(EMP途径)-糖的无氧分解 二、三羧酸循环(TCA)-糖的有氧分解 三、单磷酸己糖支路(HMP途径) 四、磷酸解酮酶途径(PK途径) 五、脱氧酮糖酸途径(ED途径),21,医药资料,（一）糖酵解（EMP)的生物化学过程 （二）丙酮酸的无氧降解 （三）EMP途径的能量产生 （四）糖酵解的生理意义,一、糖酵解途径-糖的无氧分解,22,医药资料,Whats glycolysis? 糖的无氧酵解（glycolysis）是指葡萄糖在无氧条件下分解生成乳酸并释放出能量的过程。 糖酵解的全部反应过程在细胞液(cytoplasm)中进行，共10步，终产物是丙酮酸。 无氧酵解代谢的终产物是乳酸（lactate），一分子葡萄糖经无氧酵解可净生成2分子ATP。,(一)糖酵解的生物化学过程,23,医药资料,无氧酵解的反应过程可分为活化、裂解、放能和还原四个阶段。 其中，活化、裂解、放能三个阶段又可合称为糖酵解途径（glycolytic pathway)。,24,医药资料,1. 活化(activation) 己糖磷酸酯的生成：,活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异构反应生成1,6-双磷酸果糖（F-1,6-BP，FDP）。 活化阶段由3步化学反应组成。,25,医药资料, 葡萄糖(glucose) 磷酸化 6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate, G-6-P) 异构 6-磷酸果糖（fructose-6-phosphate, F-6-P） 磷酸化 1,6-双磷酸果糖（fructose-1,6-bisphosphate, F-1,6-BP）,26,无氧酵解的活化阶段,glucose,消耗1ATP；己糖激酶，Mg2+； 反应不可逆，第一个限速（关键）步骤；,消耗1ATP； 反应不可逆，第二个限速（关键）步骤；,27,医药资料, 葡萄糖(glucose) 磷酸化(-1ATP) 6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate, G-6-P) 异构 6-磷酸果糖（fructose-6-phosphate, F-6-P） 磷酸化(-1ATP) 1,6-双磷酸果糖（fructose-1,6-bisphosphate, F-1,6-BP）,糖酵解第一阶段是耗能的，1G消耗2ATP,28,2.裂解（lysis)磷酸丙糖的生成：,一分子F-1,6-BP裂解为两分子可以互变的磷酸丙糖（triose phosphate)，包括两步反应：,(4) 1,6-双磷酸果糖(F-1,6-BP) 裂解 3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 (glyceraldehyde-3-phosphate) (dihydroxy-acetone phosphate),(5) 异构,29,医药资料,糖酵解的裂解阶段,30,医药资料,3.放能(releasing energy)丙酮酸的生成：,3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸; 包括5步反应。,31,医药资料, 3-磷酸甘油醛 脱氢并磷酸化 1,3-二磷酸甘油酸（glycerate-1,3-diphosphate)； 脱磷酸，将其交给ADP生成ATP 3-磷酸甘油酸(glycerate-3-phosphate) 异构 2-磷酸甘油酸(glycerate-2-phosphate) 脱水 磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate, PEP) 将高能磷酸基交给ADP生成ATP 丙酮酸,32,glyceraldehyde-3-phosphate,糖酵解的放能阶段,1G形成2个NADH2,1G形成2个ATP; 底物水平磷酸化.,33,医药资料,glycerate-2-phosphate,生成1个高能磷酸键,1G形成2个ATP; 不可逆,EMP途径的第 三个限速步骤.,34,医药资料,（二）丙酮酸的无氧降解 1. 还原乳酸的生成,利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使NADH重新氧化为NAD+，以确保反应的继续进行。,35,医药资料,无氧酵解的还原阶段,36,医药资料,糖的无氧酵解途径,37,医药资料,糖无氧酵解代谢途径可将一分子葡萄糖分解为两分子乳酸。 1、3、10为关键反应，不可逆,三个关键酶，己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶。,ATP变化：1、3各-1ATP； 7、10各+1ATP； NADH变化：6产生NADH2；,1G净生成2ATP；,1G净生成2NADH2；,38,医药资料,2.还原乙醇的生成 酒精发酵-丙酮酸还原转变为乙醇；反应式 （1）丙酮酸的脱羧 （2）乙醛的还原 G+2Pi+2ADP 2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O,39,医药资料,酒精发酵丙酮酸转变为乙醇 总反应式：G+2Pi+2ADP 2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O,2*2ATP 2CO2 2ATP 3-磷酸甘油醛 2丙酮酸2乙醛 2乙醇 2Pi G 1，6-二磷酸果糖 EMP途径 磷酸二羟丙酮 2*2H,40,医药资料,葡萄糖 1 ATP 己糖激酶 ADP 6-磷酸葡萄糖 磷酸己糖异构酶 2 6-磷酸果糖 3 ATP 磷酸果糖激酶 ADP 1，6-二磷酸果糖 醛缩酶 4 磷酸丙糖异构酶 5 23-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 2乙醇 磷酸甘油醛 2NAD+ 2NAD+ 脱氢酶 6 2NADH+H+ 2NADH+H+ 21，3-二磷酸甘油酸 乙醇脱氢酶 磷酸甘油 2ADP 丙酮酸脱羧酶 酸激酶 7 2ATP 2丙酮酸 2乙醛 23-磷酸甘油酸 9 丙酮酸激酶 2ATP 磷酸甘油酸变位酶 8 烯醇化酶 H20 10 2ADP 22-磷酸甘油酸 2磷酸烯醇式丙酮酸,41,医药资料,3.参与无氧酵解的酶,1.糖原磷酸化酶,葡聚糖转移酶,脱枝酶;己糖激酶或葡萄糖激酶 2.磷酸葡萄糖变位酶 3.磷酸己糖异构酶 4.磷酸果糖激酶(变构酶) 5.醛缩酶 9.磷酸甘油酸变位酶 6.磷酸丙糖异构酶 10.烯醇化酶 7.3-磷酸甘油醛脱氢酶 11.丙酮酸激酶 8.磷酸甘油酸激酶 12.乳酸脱氢酶,42,医药资料,（三）EMP途径的能量产生,1、无氧糖酵解产生的ATP； 2、有氧酵解产生的ATP；,43,医药资料,1、无氧糖酵解产生的ATP,产生或消耗ATP的反应 ATP数的增减 1葡萄糖6-P-葡萄糖 -1 36-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖 -1 72*1，3-二磷酸甘油酸2*3-磷酸甘油酸 +2 102*磷酸烯醇式丙酮酸2*丙酮酸 +2 净生成2,糖原的分解能量产生？,44,医药资料,（四）糖酵解的生理意义,1、单糖分解代谢的一条最重要的基本途径； 2、组织和细胞在无氧的情况下获得有限的能量； 3、酵解途径的逆过程是合成葡萄糖的途径;,45,医药资料,初到高原与糖酵解供能：,人初到高原，高原大气 压低，易缺氧,机体加强糖酵解以适 应高原缺氧环境,海拔 5000米,背景：,结论：,糖酵解途径,46,医药资料,二、三羧酸循环(TCA)-糖的有氧氧化分解,（一）糖有氧氧化的概念 是指体内组织在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化分解生成CO2和H2O的过程。,有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多 数组织细胞都通过有氧氧化获得能量。,47,医药资料,葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA,CO2+H2O+ATP,三羧酸循环,线粒体内,胞浆,糖有氧氧化概况,糖的有氧氧化,48,医药资料,糖的有氧氧化与糖酵解：,葡萄糖丙酮酸乳酸（糖酵解),49,医药资料,糖有氧氧化的过程：,第一阶段：丙酮酸的生成（胞浆） 第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA （线粒体） 第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化 （线粒体）,三个 阶段,50,医药资料,(一)从葡萄糖丙酮酸(同糖酵解途径); (二)丙酮酸乙酰辅酶A; 丙酮酸脱羧酶系：含有3种酶(丙酮酸脱羧酶,硫辛酰转乙酰基酶,二氢硫氢酸脱氢酶)和6种辅助因子(TPP,辅酶A,FAD,NAD+,硫辛酸和Mg2+)。 反应地点：线粒体基质； (三)乙酰辅酶A的氧化-三羧酸循环途径;,51,医药资料,(三)乙酰辅酶A的氧化- TCA,TCA循环在线粒体中进行，包括以下10步反应： 1、乙酰CoA与草酰乙酸结合成柠檬酸;反应式 柠檬酸合成酶催化； 不可逆，TCA循环第一个限速酶； 2、柠檬酸脱水成顺乌头酸；反应式 3、顺乌头酸加水生成异柠檬酸; 4、异柠檬酸脱氢生成草酰琥珀酸；反应式 TCA循环中第二个重要的调节酶； 产生1NADH；,52,医药资料,(三)乙酰辅酶A的氧化- TCA,5、草酰琥珀酸脱羧生成-酮戊二酸； 异柠檬酸脱氢酶，脱羧反应需要Mn2+； 6、-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰辅酶A； 反应不可逆，是TCA循环的第三个限速步骤； 产生1NADH；反应式 7、琥珀酰辅酶A生成琥珀酸；反应式 TCA循环中唯一的底物水平磷酸化，1GTP1ATP； 8、琥珀酸氧化生成延胡索酸； 产生1FADH2；,53,医药资料,(三)乙酰辅酶A的氧化- TCA,9、延胡索酸经水化作用生成苹果酸；反应式 10、苹果酸脱氢生成草酰乙酸； 产生1NADH； 每循环一次,经历两次脱羧反应,使一分子乙酰CoA氧化成CO2和H2O.,54,医药资料,三羧酸循环总图:,草酰乙酸,CH2COSoA (乙酰辅酶A),2H,2H,H,55,医药资料,(三)乙酰辅酶A的氧化- TCA,参与的酶类： (1)柠檬酸合成酶 (2)顺乌头酸酶 (3)异柠檬酸脱氢酶 NADHH+ (4) -酮戊二酸脱羧酶系 NADHH+ (5) 琥珀酰辅酶A硫激酶 GTP (6)琥珀酸脱氢酶 FADH2 (7)延胡索酸酶 (8)苹果酸脱氢酶 NADHH+,56,医药资料,TCA循环的能量计算,无氧分解阶段： 产生或消耗ATP的反应 ATP数的增减 1葡萄糖6-P-葡萄糖 -1 36-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖 -1 6 3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸 2NADH2 +5 72*1，3-二磷酸甘油酸2*3-磷酸甘油酸 +2 102*磷酸烯醇式丙酮酸2*丙酮酸 +2 净生成7个 2*丙酮酸 2*乙酰CoA 2NADH2 +5 TCA循环阶段： 4异柠檬酸草酰琥珀酸 2NADH2 +5 6-酮戊二酸琥珀酰CoA 2NADH2 +5 7琥珀酰CoA琥珀酸 2GTP +2 8琥珀酸延胡索酸 2FADH2 +3 10苹果酸草酰乙酸 2NADH2 +5 净生成 +32,57,医药资料,TCA循环的生物学意义,1、为机体提供能量； 2、物质代谢的总枢纽；示意图 3、为生物合成提供碳链； 4、有机酸的积累-发酵工业；,58,医药资料,葡萄糖降解简图：,G EMP途径 无氧 乳酸 丙酮酸 乙醛乙醇 有氧 乙酰CoA 草酰乙酸 柠檬酸 TCA循环 CO2 CO2,59,医药资料,1、化学反应历程及催化酶类 特点：氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段 2、总反应式和生理意义,三 戊糖磷酸途径,60,医药资料,Pentose phosphate pathway (戊糖磷酸途径) converts glucose to specialized products needed by the cells。 当糖酵解和有氧氧化途径被停止后，生物体内仍有一定量的糖被彻底氧化为CO2和H2O，因此糖存在另一种氧化途径，即戊糖磷酸途径。 由于此途径是从葡萄糖-6-P开始，又称为己糖磷酸支路。,61,医药资料,磷酸戊糖途径主要产生核糖和还原力NADPH。在大多数生化反应中，NADPH和NADH之间有着根本的区别，NADH被呼吸链氧化以产生ATP，而NADPH则在还原性的生物合成中做氢和电子的供体。 该途径分为氧化阶段和非氧化阶段。第一阶段为G-6-P脱氢脱羧生成R-5-P。第二阶段戊糖磷酸分子重排，生成不同碳链长度的磷酸单糖。,62,医药资料,磷酸戊糖途径的两个阶段,2、非氧化分子重排阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P,1、氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖-P 6 NADP+ NADPH 6 NADP+ 6NADPH,6CO2,6H2O,63,医药资料,磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段,NADPH+H+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,CO2,6-磷酸葡萄糖 脱氢酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶,64,医药资料,磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段,异构酶,转酮酶,转酮酶,醛缩酶,阶段之一,阶段之二,阶段之三,65,医药资料,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一 （5-磷酸核酮糖异构化）,差向异构酶,异构酶,5-磷酸木酮糖,5-磷酸核糖,5-磷酸核酮糖,66,医药资料,磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二 （基团转移）,+,2,4-磷酸赤藓糖,+,2,5-磷酸核糖,2,3-磷酸甘油醛,转酮酶,转醛酶,2,6-磷酸果糖,+,7-磷酸景天庚酮糖,2,5-磷酸木酮糖,67,医药资料,基团转移（续前）,+,转酮酶,68,医药资料,1,6-二 磷酸果糖,6-磷酸果糖,醛缩酶,二磷酸果糖酯酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）,异构酶,69,医药资料,磷酸戊糖途径的总反应式,70,医药资料,其它糖进入单糖分解的途径,71,医药资料,戊糖磷酸途径生物学意义