《糖代谢奥赛》PPT课件.ppt

第九章 糖代谢（一）,主讲教师：张丽霞,大庆师范学院生命科学学院,9.1 糖的概述,9.2 糖的消化与吸收,目的要求,9.1 糖的概述,一、糖的基本概念 二、糖的结构与分类 三、糖的主要生理功能,返回,一、糖的基本概念,多羟基的醛或多羟基的酮及其缩聚物和衍生物的统称（旧时称为碳水化合物）。,返回,（一）概念：,醛 糖 Aldose,酮 糖 Ketose,（二）糖的主要生理功能,1g葡萄糖在体内完全氧化可释放16.7kJ的能量。,1、氧化生能功能,糖类所供给的能量是机体生命活动主要的 能量来源（正常情况下约占机体所需总能 量的50-70%）。,返回,2、构成组织细胞的基本成分,核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分；,体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖蛋白，如抗体、许多酶类和凝血因子等。,糖与脂类或蛋白质结合形成糖脂或糖蛋白/蛋白聚糖（统称糖复合物），细胞结构分子和信息分子。,返回,糖是合成脂类(脂肪酸、脂肪)的重要 前体；,3、转变为体内的其它成分,糖在体内可转变成非必须氨基酸的碳 骨架。,返回,（三）分类：单糖、寡糖、多糖,均一多糖：由相同单糖聚合而成，如淀粉、糖原、纤维素,混合多糖：由不同单糖聚合而成，如果胶物质、半纤维素,单糖：不能水解为更小单位的糖，根据碳原子数又分丙糖、 丁糖、戊糖、己糖、庚糖；根据羰基的位置又分醛 糖和酮糖。,寡糖：由210个单糖聚合而成的低聚糖，重要的有双糖、 叁糖等；,多糖：由10个以上单糖聚合而成的多聚糖，根据单糖的组 成又分为：,二、单糖的分类与结构,三碳糖（丙糖):甘油醛、二羟丙酮等,（一）单糖的种类：,根据所含碳原子的多少，分为：,七碳糖（庚糖）：景天糖等,六碳糖（己糖）：葡萄糖、果糖、半乳糖等,五碳糖（戊糖）：核糖、核酮糖、木酮糖等,四碳糖（丁糖）：赤藓糖等,返回,（二）单糖的立体结构,1、单糖的构型,除了二羟基丙酮外，其余都含不对称碳原子，有旋光异构体：如甘油醛，不对称碳原子上羟基朝左称为L-型。朝右称为D型。,含一个不对称碳原子的单糖有21个旋光异构体； 含二个不对称碳原子的单糖有22个旋光异构体； 含n个不对称碳原子的单糖有2n个旋光异构体。,含多个不对称碳原子的糖构型的判断：以距离羰基最远的不对称碳原子上的羟基方向来判断，朝左为L型，朝右为D型。,2、单糖环状结构：以葡萄糖（Glucose）为例,环状 (Haworth projection),椅式 (chair form),开链(straight chain),返回,-D-吡喃葡萄糖,- D-吡喃葡萄糖,OH,-D-吡喃葡萄糖和 -D-吡喃葡萄糖互为异头物,果糖(D-fructose)的结构,-D-呋喃果糖,-D-呋喃果糖,OH,CH2OH,三、重要的单糖衍生物,1、糖醇：糖分子内醛基、酮基经还原的产物，有甜味。 2、糖醛酸：单糖的伯醇基氧化产物。 3、氨基糖：P107 4、糖苷:单糖的半缩醛羟基与非糖物质缩合形成的化合物。,四、单糖的性质,1、还原性 2、与苯肼反应生成糖腙、糖脎。 3、与强酸作用 脱水生成糠醛。 4、过碘酸氧化,由两个相同或不同的单糖组成，常见的有：乳糖、蔗糖、麦芽糖等。,麦芽糖(maltose)：含半缩醛羟基，为还原 糖，有变旋现象,-D-葡萄糖-（14）-D-葡萄糖,返回,六.双糖：,常见的双糖：蔗糖(sucrose)、乳糖(lactose),蔗糖：不含半缩醛羟基，无还原性，无变旋现象,-D-葡萄糖-（12）-D-果糖,乳糖：含半缩醛羟基，为还原糖，有变旋现象,-D-半乳糖-（14）-D-葡萄糖,返回,七. 多糖（polysaccharides）：,定义：水解产物含10个以上单糖。,常见的多糖：淀粉、糖原、纤维素等。,返回,性质：多糖无还原性，无甜味，无变旋现象，多数不溶于水，可与水形成胶体溶液。,常见的多糖淀粉(starch),返回,CH2OH,CH2OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,直链淀粉：只含-（14）-糖苷键,CH2OH,CH2OH,OH,OH,OH,OH,O,O,O,CH2,O,支链淀粉：含（14）与-（16）-糖苷键,后者存在于分支处。,常见的多糖糖原(glycogen),糖原的结构与淀粉类似，但分支多而分支短。,返回,糖原在体内的作用：,糖原贮存的主要器官:,人体内糖原的贮存量有限，一般不超500g。,肝糖原： 肌糖原：,返回,糖原是体内糖的贮存形式,肝脏和肌肉组织,含量可达肝重的5%(总量为90-100g),含量为肌肉重量的1-2%(总量为200-400g),(Digestion and Adsorption of Carbohydrate),体内糖的来源 糖的消化 糖的吸收 糖吸收后的去向,7.2 糖的消化与吸收,返回,一、体内糖的来源,肝糖原、肌糖原,量少，不能满足 机体对能量的需要。,主要来自植物性食物； 从动物性食物中摄入的糖量很少； 婴儿，乳汁中的乳糖是主要来源。,外源性：,内源性：,返回,二、糖的消化,1.口腔消化: 次要，初步消化,返回,2、小肠内消化: 主要,小肠粘膜刷状缘各种水解酶,葡萄糖,返回,糖的消化与健康：,机体若缺乏蔗糖酶或乳糖酶，会导致糖吸收障碍而引起腹泻和胀气。,人不能通过摄入纤维素获取糖类物质, 因人体内缺乏水解-1,4-糖苷键的酶,但纤维素促进肠道蠕动，可防止便秘。,返回,三、糖的吸收,部位： 小肠上部,返回,实验证明：以葡萄糖的吸收速度为100计，各种单糖的吸收速度为： D-半乳糖(110) D-葡萄糖(100) D-果糖(43) D-甘露糖(19) L-木酮糖(15) L-阿拉伯糖(9),结论：各种单糖的吸收速度不同,糖的吸收方式：,单纯扩散、 主动吸收、 易化扩散,四、糖吸收后的去向,门静脉,肝脏,肝静脉 血液循环,单糖 在肝外组织 进行代谢,返回,当160mg/100ml,五、糖的中间代谢概况,血糖（80120mg/100ml）,氧化分解,合成,转化,脂肪、氨基酸等,糖原（肝、肌肉、肾）,无氧氧化：乳酸、酒精等,有氧氧化：CO2、H2O、大量能量,去路,来源,食物中的淀粉,肝糖原,非糖物质：甘油、乳酸、生糖氨基酸,消化吸收,分解,糖异生,糖尿,排泄,糖代谢,分解代谢,合成代谢,无氧分解,有氧氧化,旁路代谢途径,糖异生,糖原合成,糖代谢,磷酸戊糖途径,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,磷酸戊糖途径,葡萄糖的主要代谢途径,糖异生,糖酵解,（有氧或无氧）,植物细胞,动物细胞,磷酸戊糖途径糖酵解 糖异生,丙酮酸氧化 三羧酸循环,糖代谢途径细胞定位,线粒体,返回,(一)概念： 体内组织在无氧或缺氧情况下，葡萄糖或糖原在胞浆中分解产生乳酸和少量ATP的过程。,糖的无氧分解,一、糖酵解的反应过程,糖的无氧分解途径，亦称为EMP途径:,E： Embden；M: Meyerhof；P:Parnas,2NAD+,2NADH + 2H+,C6H12O6 葡萄糖,2CH3COCOOH,丙酮酸,2CH3CHOHCOOH + 2ATP,糖酵解（EMP）,乳酸,2CO2,2CH3CHO,乙醛,2CH3CH2OH,乙醇（生醇发酵）,糖酵解途径,糖酵解途径,（二）糖酵解反应步骤,11个酶催化的12步反应,第一阶段： 磷酸已糖的生成(活化),四个阶段,第二阶段： 磷酸丙糖的生成(裂解),第三阶段： 3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸并 释放能量(氧化、转能),第四阶段： 丙酮酸还原为乳酸(还原),返回,1、糖酵解过程的11个酶,注: 磷酸化酶、磷酸葡萄糖变位酶在糖原分解中存在。,返回,糖酵解途径小结,限速酶 / 关键酶 (rate-limiting enzyme / key enzyme),1.催化非可逆反应,特点,2.催化效率低,3.受激素或代谢物的调节,4.常是在整条途径中催化初始反应的酶,5.活性的改变可影响整个反应体系的速度和方向,糖酵解途径小结,2、糖酵解过程的12步反应：,糖酵解途径小结,糖酵解途径小结,葡萄糖,2 2-磷酸甘油酸,葡萄糖转变为乳酸,糖酵解途径,葡萄糖,葡萄糖转变为乙醇,糖酵解途径,2乙醛,丙酮酸脱羧酶,2乙醇,2CO2,2 2-磷酸甘油酸,葡萄糖转变为乳酸：,反应的条件：,无氧或缺氧,反应的部位：,细胞的胞浆,反应的底物：,葡萄糖/糖原,反应的产物：,反应的特点：,乳酸、ATP,一次脱氢、二次底物磷酸化,反应中间物：,在葡萄糖与丙酮酸之间均为磷 酸化合物,返回,糖酵解过程总结,反应的过程：有三步反应不可逆（三个限速酶）,糖酵解过程中ATP的生成：,2,葡萄糖 6-磷酸葡萄糖,6 - 磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖,1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸 丙 酮 酸,-1,1,-1,2,1,1 mol 葡萄糖 2 mol 乳酸 + ？mol ATP,糖原中的1mol葡萄糖2mol 乳酸 +？mol ATP,2 mol ATP,3 mol ATP,返回,糖酵解途径,返回,1、在无氧条件下迅速提供能量,供机体需要。 如:肌肉收缩、人到高原 2、是某些细胞（红细胞、肿瘤细胞等） 能量来源。 3、生成的乳酸又可进一步氧化供能，或 异生为糖。 若糖酵解过度，可因乳酸生成过多而导 致乳酸酸中毒。,糖酵解途径,糖酵解的生理意义,糖的有氧氧化,二、糖的有氧氧化 (aerobic oxidation),概念 过程 意义 糖酵解和有氧氧化的调节,返回,（一）糖有氧氧化的概念,糖的有氧氧化：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。,返回,糖的有氧氧化,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,（二）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,返回,糖的有氧氧化,丙酮酸的生成（胞浆）：,2丙酮酸,进入线粒体进一步氧化,2(NADH+ H+ ),2H2O + 3/5 ATP,糖的有氧氧化-第一阶段,丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A:,丙酮酸,乙酰CoA,丙酮酸 脱氢酶系,丙酮酸+辅酶A+NAD+ 乙酰COA+CO2+NADH+H+,糖的有氧氧化-第二阶段,丙酮酸脱氢酶系（或氧化脱羧酶系）:,丙酮酸脱羧酶(TPP、Mg2+) 二氢硫辛酸乙酰基转移酶(硫辛酸、辅酶A) 二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+),3种酶：,6种辅助因子：,TPP、 Mg2+、辅酶A、FAD、NAD+ 、硫辛酸 （含B1、泛酸、B2 、PP、硫辛酸五种维生素）,糖的有氧氧化-第二阶段,乙酰辅酶A进入三羧酸循环:,三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle TCA循环)又称柠檬酸循环(citric acid cycle) 或Krebs循环(Krebs cycle)。,乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成六碳三羧酸即柠 檬酸，经过一系列代谢反应，乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程称为三羧酸循环。,糖的有氧氧化-第三阶段,草酰乙酸,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,三羧酸循环第一阶段：柠檬酸的生成,三羧酸循环第二阶段：氧化脱羧,NAD +,NADH+H+,草酰乙酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,三羧酸循环第三阶段：草酰乙酸再生,三羧酸循环总图:,草酰乙酸,CH2COSoA (乙酰辅酶A),2H,2H,H,返回,三羧酸循环中草酰乙酸的来源(1):,+ CO2 +ATP,返回,三羧酸循环,三羧酸循环中草酰乙酸的来源(2):,丙酮酸,草酰乙酸,苹果酸,三羧酸循环,三羧酸循环小结:,TCA循环运转一周的净结果是氧化1分子乙酰CoA，草酰 乙酸仅起载体作用，反应前后无改变。,乙酰辅酶A + 3NAD+ + FAD + Pi + 2 H2O + GDP 2 CO2 + 3(NADH + H+ ) + FADH2 + HSCoA + GTP,14C标记乙酰CoA进行研究结果，第一周循环中并无14C 出现CO2，即CO2的碳原子来自草酰乙酸而不是来自乙酰 CoA，第二周循环时，才有14 CO2 出现。,TCA循环中的一些反应在生理条件下是不可逆的，所以 整个三羧酸循环是一个不可逆的系统。,TCA循环的中间产物可转化为其它物质，故需不断补充。,返回,三羧酸循环特点:,一次底物水平磷酸化 二次脱羧 三个不可逆反应 四次脱氢 1mol乙酰CoA经三羧酸循环彻 底氧化净生成10molATP。,返回,三羧酸循环,a、总反应式: CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP,能量“现金” : 1 GTP 能量“支票”: 3 NADH 1 FADH2,7.5ATP,1.5ATP,1ATP,10ATP,b、三羧酸循环的能量计量,三羧酸循环化学计量和能量计量,酵解阶段： 2 ATP 2 1 NADH,兑换率1：2.5(或1.5),2 ATP,2 (2.5 ATP或1.5 ATP ),总计：30 ATP或32 ATP,葡萄糖完全氧化产生的ATP,糖有氧氧化的基本生理功能是氧化供能。,糖有氧氧化是体内三大营养物质代谢 的总枢纽。,糖有氧氧化途径与体内其它代谢途径有着 密切的联系。,返回,三羧酸循环生理意义,三、乙醛酸循环