生物化学糖代谢 课件

第六章 糖代谢 重点 熟悉糖的概念 糖的主要生物学作用 糖的分类及自然界存在的重要多糖 掌握糖酵解 三羧酸循环的反应历程及生物学意义 糖原的异生作用 磷酸戊糖途径的特点及生物学意义 明确生物体内糖代谢的基本途径 难点 代谢能量变化 糖代谢各过程反应的调节 糖酵解途径与糖原的异生作用的相互关系 本章的重点及难点 第一节 概述 糖 carbohydrates 即碳水化合物 其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物 已经不符合于传统对糖的定义Cn H2O m 有些糖并不符合这一通式 而符合这一通式的不是糖 一 糖的概念 二 糖的分类及其结构 根据能否被水解以及其水解产物的情况 糖主要可分为以下四大类 单糖 monosacchride 不能再水解的糖 寡糖 oligosacchride 能水解生成少数几个分子单糖的糖 各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连 多糖 polysacchride 能水解生成多个分子单糖的糖 复合糖 glycoconjugate 糖与非糖物质的结合物 重要的己糖包括 葡萄糖 果糖 半乳糖 甘露糖等 D 吡喃葡萄糖 D 吡喃半乳糖 1 单糖的结构 D 吡喃甘露糖 D 呋喃果糖 甲基 D 葡萄糖苷 苷键 D 葡萄糖甲苷 单糖的半缩醛羟基 称苷羟基 与其他含羟基的化合物形成环状缩醛 在糖化学中叫糖苷 单糖的成苷反应 2 寡糖 常见的几种二糖有 麦芽糖 maltose 葡萄糖 葡萄糖 蔗糖 sucrose 葡萄糖 果糖 乳糖 lactose 葡萄糖 半乳糖 能水解生成几分子单糖的糖 各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连 3 常见的多糖有 淀粉 starch 糖原 glycogen 纤维素 cellulose 淀粉是植物体中储藏的养分 存在于种子与块茎中 用 淀粉酶水解可得到麦芽糖 在酸的作用下 彻底水解为葡萄糖 淀粉是白色无定形粉末 由直链淀粉和支链淀粉组成 直链淀粉是葡萄糖以 1 4糖苷键结合成的链状化合物 淀粉 支链淀粉葡萄糖分子间除以 1 4糖苷键相连外 还有以 1 6糖苷键相连的 支链淀粉带有分支 大约相隔20个葡萄糖单位有一个分支 糖原 糖原是动物体内储藏的糖类化合物 主要存在于肝脏和肌肉中 也叫动物淀粉 糖原也是由葡萄糖组成的 结构与支链淀粉相似 但分支程度比支链淀粉要高 糖原是动物体能量的主要来源 葡萄糖在血液中的含量较高时 就结合成糖原储存于肝脏中 当血液中含糖量降低时 就分解为葡萄糖而供给机体能量 糖原是无色粉末 溶于水呈乳色 遇碘显棕至紫色 糖原是动物体内葡萄糖的储存形式 纤维素作为植物的骨架 纤维素 植物细胞壁含有高百分比的结构同多糖纤维素 纤维素大约占生物圈中的有机物质的50 以上 不象贮存多糖那样位于细胞内 纤维素和其它结构多糖是由细胞内合成然后分泌出来的细胞外分子 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 常见的结合糖有 三 糖的主要生理功能 1 氧化供能 能源 如糖可提供合成某些氨基酸 脂肪 胆固醇 核苷等物质的原料 3 作为生物体的结构成分 这是糖的主要功能 糖类占机体全部能量的70 2 提供合成体内其他物质的原料 碳源 如糖是糖蛋白 蛋白聚糖 糖脂等的组成成分 作为生物膜 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 4 作为细胞识别的信息分子 四 食物中糖的消化和吸收 一 糖的消化 动物的食物中糖 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 消化部位 主要在小肠 少量在口腔 二 糖的吸收 1 吸收部位 小肠上段 2 吸收形式 单糖 五 糖代谢概况 葡萄糖 丙酮酸 H2O及CO2 乳酸 乳酸 氨基酸 甘油 糖原 核糖 NADPH H 淀粉 第二节 多糖和低聚糖的酶促降解 一 淀粉 糖原 的酶促水解 1 淀粉的水解 2 糖原的磷酸解 淀粉酶 淀粉酶R 酶 脱支酶 麦芽糖酶 磷酸化酶转移酶脱支酶 是淀粉内切酶 作用于淀粉分子内部的任意的 1 4糖苷键 极限糊精是指淀粉酶不能再分解的支链淀粉残基 极限糊精是指含 1 6糖苷键由3个以上葡萄糖基构成的极限糊精 一 淀粉的水解 1 淀粉酶 2 淀粉酶 是淀粉外切酶 水解 1 4糖苷键 从淀粉分子外即非还原端开始 每间隔一个糖苷键进行水解 每次水解出一个麦芽糖分子 极限糊精是指 淀粉酶作用到离分支点2 3个葡萄糖基为止的剩余部分 两种淀粉酶降解的终产物主要是麦芽糖 1 6 糖苷键 1 4 糖苷键 非还原端 非还原端 还原端 两种淀粉酶性质的比较 淀粉酶不耐酸 pH3时失活耐高温 70 C时15分钟仍保持活性广泛分布于动植物和微生物中 淀粉酶耐酸 pH3时仍保持活性不耐高温 70 C15分钟失活主要存在植物体中 淀粉酶及 淀粉酶水解支链淀粉的示意图 3 R 酶 脱支酶 水解 1 6糖苷键 将 及 淀粉酶作用支链淀粉最后留下的极限糊精的分支点水解 产生短的只含 1 4 糖苷键的糊精 使之可进一步被淀粉酶降解 不能直接水解支链淀粉内部的 1 6糖苷键 4 麦芽糖酶催化麦芽糖水解为葡萄糖 是淀粉水解的最后一步 淀粉的彻底水解需要上述水解酶的共同作用 其最终产物是葡萄糖 二 淀粉的磷酸解 1 磷酸化酶 催化淀粉非还原末端的葡萄糖残基转移给P 生成G 1 P 同时产生一个新的非还原末端 重复上述过程 磷酸化酶不能将支链淀粉完全降解 只能降解到距分支点4个葡萄糖残基为止 留下一个大而有分支的多糖链 称为磷酸化酶极限糊精 淀粉 或糖原 降解 1 到分枝前4个G时 淀粉磷酸化酶停止降解2 由转移酶切下前3个G 转移到另一个链上3 脱支酶水解 1 6糖苷键形成直链淀粉 脱下的Z是一个游离葡萄糖4 最后由磷酸化酶降解形成G 1 P G 1 P 脱支酶 磷酸化酶 糖原降解主要有糖原磷酸化酶和糖原脱支酶催化进行 G Pi 葡萄糖 6 磷酸酶 进入糖酵解 糖原磷酸化酶 从非还原端催化1 4糖苷键的磷酸解 三 糖原的降解 例肝糖元的分解 7 7 去单糖降解 二 双糖的水解 蔗糖 H2O葡萄糖 果糖 1 转化酶 2 蔗糖合成酶催化蔗糖与UDP反应生成果糖和尿苷二磷酸葡萄糖 一 蔗糖的水解 二 麦芽糖的水解 三 乳糖的水解 第三节 糖的分解代谢 葡萄糖的主要分解代谢途径 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA 6 磷酸葡萄糖 磷酸戊糖途径 糖酵解 有氧 无氧 有氧或无氧 有氧 发酵 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 一 糖的无氧酵解 糖酵解作用 在无氧条件下 葡萄糖在人体组织中进行分解生成乳酸的过程 这一过程称为糖酵解作用 糖酵解途径几乎是具有细胞结构的所有生物所共有的葡萄糖降解的途径 它最初是从研究酵母的酒精发酵发现的 故名糖酵解 整个糖酵解过程是1940年得到阐明的 为纪念在这方面贡献较大的三位生化学家 也称糖酵解过程为Embden Meyerhof Parnas途径 简称EMP途径 糖酵解中葡萄糖丙酮酸是在细胞质中进行 不论有氧还是无氧条件均能发生 E Embden M Meyerhof P Parnas 发酵作用和糖酵解 统称为糖的无氧代谢 发酵 指葡萄糖或其他有机物质的厌氧降解过程 包括乳酸发酵和乙醇发酵 糖酵解中葡萄糖生成丙酮酸的过程 是糖的共同分解途径 二者异同点 a 这两种过程均不需要氧的参加 均属无氧代谢 b 起始物相同 葡萄糖 c 终产物不同 前者为乙醇和二氧化碳后者为乳酸 d 糖酵解并不涉及有氧气存在与否 而发酵一定是在无氧条件下进行 糖酵解过程 11个酶催化的12步反应4个过程 四个阶段 一 已糖磷酸酯的生成 活化 二 丙糖磷酸的生成 裂解 三 甘油醛3 磷酸生成丙酮酸 四 丙酮酸还原成乳酸 葡萄糖磷酸化生成葡萄糖6 磷酸 糖酵解过程1 G 已糖激酶 糖酵解过程的第一个限速酶 已糖激酶 hexokinase 激酶 能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用 转移磷酸基团的一类酶 已糖激酶 是催化从ATP转移磷酸基团至各种六碳糖 G F 上去的酶 激酶都需离子 要Mg2 作为辅助因子 限速酶 关键酶 特点 1 催化不可逆反应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 葡萄糖6 磷酸异构化转变为6 磷酸果糖 糖酵解过程1 G 6 P F 6 P 果糖6 磷酸再磷酸化生成果糖1 6 二磷酸 糖酵解过程1 F 6 P 磷酸果糖激酶 PFK 糖酵解过程的第二个限速酶 F 1 6 2P 磷酸果糖激酶 磷酸果糖激酶是一种变构酶是糖酵解三个限速酶中催化效率最低的酶 因此被认为是糖酵解作用最重要的限速酶 糖酵解过程2 磷酸丙糖的生成 F 1 6 2P 二羟丙酮磷酸 甘油醛3 磷酸 醛缩酶 糖酵解过程2 磷酸丙糖的互换 二羟丙酮磷酸 dihydroxyacetonephosphate 甘油醛3 磷酸 glyceraldehyde3 phosphate 上述的5步反应 二个阶段 完成了糖酵解的准备阶段 酵解的准备阶段包括两个磷酸化步骤由六碳糖裂解为两分子三碳糖 最后都转变为甘油醛3 磷酸 在准备阶段中 并没有从中获得任何能量 与此相反 却消耗了两个ATP分子 是投资阶段 以下的5步反应包括氧化 还原反应 磷酸化反应 这些反应正是从甘油醛3 磷酸提取能量形成ATP分子 糖酵解过程3 甘油醛3 磷酸氧化为甘油酸1 3 二磷酸 甘油醛3 磷酸 glyceraldehyde3 phosphate 甘油酸1 3 二磷酸 1 3 diphosphoglycerate 糖酵解中唯一的脱氢反应 糖酵解过程3 甘油酸 1 3 二磷酸转变为甘油酸 3 磷酸 甘油酸 3 磷酸 3 phosphoglycerate 这是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反应 底物磷酸化 这种直接利用代谢中间物氧化释放的能量产生ATP的磷酸化类型称为底物磷酸化 其中ATP的形成直接与一个代谢中间物 1 3 二磷酸甘油酸 上的磷酸基团的转移相偶联这一步反应是糖酵解过程的第7步反应 也是糖酵解过程开始收获的阶段 在此过程中产生了第一个ATP 甘油酸 3 磷酸转变为甘油酸 2 磷酸 糖酵解过程3 甘油酸 3 磷酸 3 phosphoglycerate 甘油酸 2 磷酸 2 phosphoglycerate 糖酵解过程3 甘油酸 2 磷酸脱水形成烯醇丙酮酸磷酸 PEP 甘油酸 2 磷酸 氟化物能与Mg2 络合而抑制此酶活性 糖酵解过程3 烯醇丙酮酸磷酸转变为烯醇丙酮酸 烯醇丙酮酸 糖酵解过程的第三个限速酶 也是第二次底物水平磷酸化反应 糖酵解过程3 烯醇丙酮酸转变为丙酮酸 烯醇丙酮酸 enolpyruvate 丙酮酸 pyruvate 糖酵解过程4 12 丙酮酸还原成乳酸 丙酮酸 pyruvate 乳酸 HOH 丙酮酸激酶 6 磷酸果糖激酶 1 己糖激酶 径途谢代解酵糖 途径的总结和生物学意义 总反应式 C6H12O6 2NAD 2ADP 2Pi 2C3H4O3 2NADH 2H 2ATP 2H2O 生物学意义 是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径 通过糖酵解 生物体获得生命活动所需要的能量 形成多种重要的中间产物 为氨基酸 脂类合成提供碳骨架 为糖异生提供基本途径 三 糖酵解中产生的能量 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 12 1 2 1 葡萄糖 2Pi 2ADP 2NAD 2丙酮酸 2ATP 2NADH 2H 2H2O 三 糖酵解中产生的能量 能量计算 无O2时 从葡萄糖开始 净增2分子ATP 从糖原开始净增3分子ATP NADH用于还原丙酮酸生成乳酸 有O2时 2分子NADH进入呼吸链 净增2X2 5 2 7分子ATP 而脑组织和骨骼肌则净增2X1 5 2 5分子ATP因此 有O2时净增5 7分子ATP 四 糖酵解意义 1 主要在于它可在无氧条件下迅速提供少量的能量以应急 如 肌肉收缩 人到高原 2 是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源 3 是糖的有氧氧化的前过程 亦是糖异生作用大部分逆过程 非糖物质可以逆着糖酵解的途径异生成糖 但必需绕过不可逆反应 4 糖酵解也是糖 脂肪和氨基酸代谢相联系的途径 其中间产物是许多重要物质合成的原料 5 若糖酵解过度 可因乳酸生成过多而导致乳酸中毒 无线粒体的细胞 如 红细胞 代谢活跃的细胞 如 白细胞 骨髓细胞 肌肉收缩与糖酵解供能 背景 剧烈运动时 肌肉内ATP含量很低 肌肉中磷酸肌酸储存的能量可供肌肉收缩所急需的化学能 即使氧不缺乏 葡萄糖进行有氧氧化的过程比糖酵解长得多 来不及满足需要 肌肉局部血流不足 处于相对缺氧状态 结论 糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量 细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求 在代谢途径中 催化不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位 糖酵解中有三步反应不可逆 分别由己糖激酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶催化 因此这三种酶对酵解速度起调节作用 五 糖酵解的调控 糖酵解的调节部位 糖原 或淀粉 1 磷酸葡萄糖 6 磷酸葡萄糖 6 磷酸果糖 1 6 二磷酸果糖 3 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 2 1 3 二磷酸甘油酸 2 3 磷酸甘油酸 2 2 磷酸甘油酸 2 磷酸烯醇丙酮酸 2 丙酮酸 葡萄糖 1 2 3 调控位点激活剂抑制剂1己糖激酶ATPG 6 PADP2磷酸果糖ADPATP激酶AMP柠檬酸 最关键 果糖 2 6 二磷酸NADH3丙酮酸激酶果糖 1 6 二磷酸ATPAla 1 酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和CO2 l 丙酮酸脱羧 六 丙酮酸的去路 2 乙醛被还原为乙醇 2 丙酮酸还原为乳酸 丙酮酸 pyruvate 乳酸 lactate 3 磷酸甘油醛 4 转化为脂肪酸或酮体 当细胞ATP水平较高时 柠檬酸循环的速率下降 乙酰CoA开始积累 可用作脂肪的合成或酮体的合成 二 糖的有氧分解 糖的有氧氧化 葡萄糖通过糖酵解转变成丙酮酸 在有氧条件下 丙酮酸通过一个包括二羧酸和三羧酸的循环而逐步氧化分解 直至形成CO2和H2O为止 葡萄糖 EMP 丙酮酸脱氢酶系 第一阶段 糖转变为丙酮酸 在胞液中进行 第二阶段 丙酮酸进入线粒体 在其中氧化为乙酰CoA第三阶段 乙酰CoA进入三羧酸循环 糖有氧氧化概况 细胞质 1 丙酮酸脱氢酶系 丙酮酸的氧化脱羧 发生在线粒体中 丙酮酸可以自由的穿过线粒体内膜 在丙酮酸脱氢酶系催化下形成乙酰辅酶A 丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节 此反应在真核细胞的线粒体基质中进行 TPP硫辛酸NAD FADMg2 丙酮酸 COA SH NAD 乙酰COA CO2 NADH H 丙酮酸脱氢酶系 丙酮酸脱氢酶系 丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系 主要包括 三种不同的酶 丙酮酸脱羧酶E1 二氢硫辛酸乙酰转移酶E2和二氢硫辛酸脱氢酶E3 和6种辅因子 TTP 硫辛酸 FAD NAD CoA和Mg2 169页 丙酮酸脱氢酶复合体 形成酶复合体有什么好处呢 中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中心快速准确 CO2 CoASH NAD NADH H 5 NADH H 的生成 1 羟乙基 TPP的生成 2 乙酰硫辛酰胺的生成 3 乙酰CoA的生成 4 硫辛酰胺的生成 丙酮酸脱氢酶系作用机制 2 TCA循环 三羧酸循环的概念 在有氧的情况下 葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA 乙酰CoA经一系列氧化 脱羧 最终生成C2O和H2O并产生能量的过程 因为在循环的一系列反应中 关键的化合物是柠檬酸 所以称为柠檬酸循环 又因为它有三个羧基 所以亦称为三羧酸循环 简称TCA循环 由于它是由H A Krebs 德国 正式提出的 所以又称Krebs循环 柠檬酸循环概貌 是乙酰CoA与草酰乙酸结合进入循环经一系列反应再回到草酰乙酸的过程 在这个过程中乙酰CoA被氧化成H2O和CO2并产生大量的能 其反应途径可表示如图 2 TCA循环 乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸 草酰乙酸 H2O 柠檬酸合成酶 关键酶 HSCoA 柠檬酸 citrate 2 TCA循环 柠檬酸异构化生成异柠檬酸 顺乌头酸 柠檬酸 顺乌头酸酶 异柠檬酸 2 TCA循环 异柠檬酸氧化脱羧生成 酮戊二酸 NAD 异柠檬酸 NADH H 草酰琥珀酸 酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶 关键酶 2 TCA循环 酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶A 酮戊二酸 琥珀酰CoA 酮戊二酸脱氢酶系 关键酶 2 TCA循环 琥珀酰CoA转变为琥珀酸 琥珀酰CoA 琥珀酰CoA合成酶 琥珀酸 琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸 2 TCA循环 琥珀酸 succinate 延胡索酸 fumarate 2 TCA循环 延胡索酸水化生成苹果酸 延胡索酸 fumarate 苹果酸 malate 2 TCA循环 苹果酸脱氢生成草酰乙酸 苹果酸 malate 草酰乙酸 oxaloacetate P 三羧酸循环总图 NAD NAD FAD NAD 三羧酸 循环 每个分子具有3个碳的丙酮酸库 基质中 三种羧酸 草酰乙酸大循环 三羧酸循环小结 乙酰辅酶A 3NAD FAD Pi 2H2O GDP2CO2 3 NADH H FADH2 HSCoA GTPTCA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 TCA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的中间产物可转化为其他物质 故需不断补充 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 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 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 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 一次循环 二次脱羧 三次加水 四次脱氢 1分子乙酰辅酶A经三羧酸循环可生成1分子GTP 可转变成ATP 共有4次脱氢 生成3分子NADH和1分子FADH2 当经呼吸链氧化生成H2O时 前者每对电子可生成2 5分子ATP 3对电子共生成7 5分子ATP 后者则生成1 5分子ATP 因此 每分子乙酰辅酶A经三羧酸循环可产生9分子ATP 若从丙酮酸开始计算 则1分子丙酮酸可产生10 5或11 5分子ATP 1分子葡萄糖可以产生2分子丙酮酸 因此 真核细胞每分子葡萄糖经糖酵解 三羧酸循环及氧化磷酸化三个阶段共产生9 2 10 5 11 5 30 32 个ATP分子 TCA中ATP的形成 糖有氧氧化过程中ATP的生成 糖酵解 三羧酸循环的效率 储能效率 32 30 514 2867 48 34 比世界上任何一部热机的效率都高 提问 其余能量何处去 答案 以热量形式 一部分维持体温 一部分散失 TCA生物学意义 糖的有氧分解代谢产生的能量最多 是机体利用糖或其他物质氧化而获得能量的最有效方式 三羧酸循环之所以重要在于它不仅为生命活动提供能量 而且还是联系糖 脂 蛋白质三大物质代谢的纽带 三羧酸循环所产生的多种中间产物是生物体内许多重要物质生物合成的原料 在细胞迅速生长时期 三羧酸循环可提供多种化合物的碳架 以供细胞生物合成使用 植物体内三羧酸循环所形成的有机酸 既是生物氧化的基质 又是一定器官的积累物质 发酵工业上利用微生物三羧酸循环生产各种代谢产物 TCA生物学意义 三羧酸循环有三个调节点 第一个调节点是草酰乙酸与乙酰CoA结合成柠檬酸的反应柠檬酸合成酶 柠檬酸合成酶的活性受草酰乙酸的有效浓度和能与乙酰CoA竞争的其他脂酰CoA水平所限制 第二个调节点是异柠檬酸转变为 酮戊二酸的反应异柠檬酸脱氢酶 ADP能增强异柠檬酸脱氢酶同异柠檬酸之间的亲和力 但NADH及琥珀酰CoA都对异柠檬酸脱氢酶有抑制作用第三个调节点是 酮戊二酸转变为琥珀酰CoA的反应 酮戊二酸脱氢酶系是三羧酸循环的关键酶 琥珀酰CoA是强抑制剂 ATP和NADH也可抑制这个酶的活力 都可降低三羧酸循环的速度 三 乙醛酸循环 发生在某些微生物和植物细胞内的途径 是与TCA相联系的一个小循环 它的关键是这些生物体内存在异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶 在这里异柠檬酸走了一个捷径 跳过三羧酸循环中的草酰琥珀酸 酮戊二酸 琥珀酰CoA 形成一个与三羧酸相联系的小循环 乙醛酸循环意义见P176异柠檬酸裂解酶异柠檬酸乙醛酸和琥珀酸苹果酸合成酶乙醛酸 乙酰COA苹果酸 草酰乙酸 异柠檬酸裂解酶 苹果酸合成酶 三 乙醛酸循环 三羧酸循环支路 乙醛酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径 省了6步 异柠檬酸 柠檬酸 琥珀酸 苹果酸 草酰乙酸 CoASH 三羧酸循环 乙酰CoA 糖酵解被抑制 如添加碘乙酸或氟化物 葡萄糖仍可被分解 说明葡萄糖还有其他代谢途径 糖酵解及三羧酸循环无疑是葡萄糖氧化的重要途径 但许多实验指出 生物体中除三羧酸循环外 尚有其他糖代谢途径 其中戊糖磷酸途径为较重要的一种 戊糖磷酸途径 pentosephosphatepathway PPP 也称为磷酸己糖旁路 hexosemonophosphatepathway shunt HMP 参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中 在动物及多种微生物体中 约有30 的葡萄糖可能由此途径进行氧化 四 戊糖磷酸途径 第一阶段 氧化反应生成NADPH和CO2第二阶段 非氧化反应一系列基团转移反应 生成3 磷酸甘油醛和6 磷酸果糖 1 磷酸戊糖途径的过程 1 6 磷酸葡萄糖转变为6 磷酸葡萄糖酸内酯 6 磷酸葡萄糖glucose6 phosphate 6 磷酸葡萄糖酸 内酯6 phosphoglucono lactone PPP途径 限速酶 对NADP 有高度特异性 2 6 磷酸葡萄糖酸内酯转变为6 磷酸葡萄糖酸 6 磷酸葡萄糖酸 内酯6 phosphoglucono lactone 6 磷酸葡萄糖酸6 phosphogluconate PPP途径 3 6 磷酸葡萄糖酸转变为5 磷酸核酮糖 6 磷酸葡萄糖酸6 phosphogluconate 5 磷酸核酮糖ribulose5 phosphate PPP途径 5 磷酸核酮糖ribulose5 phosphate 4 三种五碳糖的互换 PPP途径 磷酸戊糖 磷酸戊糖为代表性中间产物 支路 糖酵解在磷酸己糖处分生出的新途径 许多细胞中合成代谢消耗的NADPH远比核糖需要量大 因此 葡萄糖经此途径生成了多余的核糖 第二阶段反应的意义就在于能通过一系列基团转移反应 将核糖转变成6 磷酸果糖和3 磷酸甘油醛而与糖酵解过程联系起来 因此磷酸戊糖途径亦称为磷酸已糖旁路 5 二分子五碳糖的基团转移反应 PPP途径 6 七碳糖与三碳糖的基团转移反应 PPP途径 7 四碳糖与五碳糖的基团转移反应 PPP途径 转酮酶与转醛酶 转酮酶 transketolase 就是催化含有一个酮基 一个醇基的2碳基团转移的酶 其接受体是醛 辅酶是TPP 转醛酶 transaldolase 是催化含有一个酮基 二个醇基的3碳基团转移的酶 其接受体是亦是醛 但不需要TPP 磷酸戊糖途径总反应图 糖酵解途径 磷酸戊糖途径小结 反应部位 胞浆反应底物 6 磷酸葡萄糖重要反应产物 NADPH 5 磷酸核糖限速酶 6 磷酸葡萄糖脱氢酶 G 6 PD 磷酸戊糖途径的生物学意义 1 产能 不通过糖酵解 2 产生大量的NADPH 为细胞的各种合成反应提供还原力NADPH使红细胞中还原性谷胱甘肽再生 对维持红细胞的还原性有重要作用 3 产物 产生的5 磷酸核酮糖是辅酶及核苷酸生物合成的必需原料 核苷酸用于DNA RNA的合成 木酮糖是植物光合作用从CO2合成葡萄糖的部分途径 各种单糖用于合成各类多糖 Favism蚕豆病 aG6PDDeficiency中G 6 P活性比正常人蚕豆病的症状 吃蚕豆几小时或1 2天后 突然感到精神疲倦 头晕 恶心 畏寒发热 全身酸痛 萎靡不振 并伴有黄疸 肝脾肿大 呼吸困难 肾功能衰竭 甚至死亡 血像检查 红细胞明显减少 黄疸指数明显升高 机理 蚕豆中有3种物质 裂解素 锁未尔和多巴醌 前两种使谷胱甘肽氧化 后一种能激发红细胞的自身破坏 遗传性6 磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏者 红细胞低10倍 生成的NADPH量不足以保证维持还原型谷胱甘肽的应有水平使红细胞大量溶解而发生蚕豆病 磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时NADPH的需要所调节 NADPH反馈抑制6 P 葡萄糖脱氢酶的活性 磷酸戊糖途径的调节 五 葡萄醛酸途径 是指葡萄糖经过葡萄糖醛酸衍生物转变为戊酮糖 5 磷酸的代谢途径 反应过程 二 生理意义 1 在肝脏糖醛酸可与药物或某些代谢终产物结合成可溶于水的化合物 随尿 胆汁排出 2 UDP GA是糖醛酸基供体 可形成许多重要的粘多糖 3 许多真核细胞可从糖醛酸转变成VitC 人 灵长类 豚鼠除外 第四节 糖的合成代谢 一 蔗糖的合成 1 蔗糖合成酶 2 蔗糖磷酸合成酶 磷酸蔗糖 UDP 二 淀粉的合成 1 4 糖苷键形成是高等植物淀粉合成的主要途径 P183 1 概念单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为糖核苷酸 尿苷二磷酸葡萄糖 uridinediphosphateglucose UDPG 2 作用 在高等动植物体内 糖核苷酸是合成双糖和多糖过程中单糖的活化形式与供体 3 形成 是动物体内糖的储存形式之一 是机体能迅速动用的能量储备 糖原是由葡萄糖残基构成的含许多分支的大分子高聚物 糖原 糖原储存的主要器官及其生理意义 三 糖原的生物合成 1 葡萄糖单元以 1 4 糖苷键形成长链 2 约10个葡萄糖单元处形成分枝 分枝处葡萄糖以 1 6 糖苷键连接 分支增加 溶解度增加 3 每条链都终止于一个非还原端 非还原端增多 以利于其被酶分解 糖原的结构特点及其意义 三 糖原的合成 糖原的合成 glycogenesis 指由葡萄糖合成糖原的过程 合成部位 组织定位 主要在肝脏 肌肉细胞定位 胞浆 糖原生物合成过程与植物支链淀粉合成过程相似 但参与合成的引物 酶 糖基供体等是不相同的 引物 结合有一个寡糖链的多肽酶 糖原合成酶 分支酶糖基供体 UDPG 1 葡萄糖磷酸化生成6 磷酸葡萄糖 磷酸化 一 糖原合成途径 1 活化 ATP 葡萄糖激酶 Mg2 磷酸葡萄糖变位酶 2 6 磷酸葡萄糖转变成1 磷酸葡萄糖 异构 1 磷酸葡萄糖 6 磷酸葡萄糖 UDPG可看作 活性葡萄糖 在体内充作葡萄糖供体 3 1 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖 转形 1 磷酸葡萄糖 尿苷二磷酸葡萄糖 uridinediphosphateglucose UDPG UDPG 葡萄糖引物 糖原合成酶 Gn 1 UDP 2 缩合 糖原n为原有的细胞内的较小糖原分子 称为糖原引物 primer 作为UDPG上葡萄糖基的接受体 3 分支当直链长度达12个葡萄糖残基以上时 在分支酶 branchingenzyme 的催化下 将距末端6 7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 限速酶 糖原分枝的形成 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4 其关键酶是糖原合酶 5 需UTP参与 以UDP为载体 四 糖原的异生作用 1 糖异生作用的证据 禁食24小时 大鼠肝脏中的糖原由7 降低到1 饲喂乳酸 丙酮酸或三羧酸循环代谢的中间物后可使大鼠肝糖原增加 根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有毒糖苷 它能抑制肾小管将葡萄糖重吸收进入血液中 这样血液中的葡萄糖就不断地由尿中排出 当给用根皮苷处理过的动物饲喂三羧酸循环中间代谢物或生糖氨基酸后 这些动物尿中的糖含量增加 糖尿病人或切除胰岛的动物 他们从氨基酸转化成糖的过程十分活跃 当摄入生糖氨基酸时 尿中糖含量增加 2 什么是糖异生作用 定义 非糖物质转化成糖代谢的中间产物后 在相应的酶催化下 绕过糖酵解途径的三个不可逆反应 利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生作用 部位 原料 糖异生的前体见P186页 共4点 主要在肝脏 肾脏细胞的胞浆及线粒体 主要有乳酸 丙酮酸 甘油 生糖氨基酸 3 糖异生的反应过程 糖异生途径 gluconeogenicpathway 是从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程 过程 糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的 基本上是糖酵解的逆过程 但必需越过三个 能障 即由己糖激酶 果糖磷酸激酶和丙酮酸激酶催化的三步反应 糖酵解7步可逆步骤 3特异反应 以丙