糖类分解代谢PPT参考幻灯片.ppt

07糖类代谢 主要内容 了解新陈代谢的概念和特点 了解糖类的生物学作用和重要的单糖 寡糖 多糖的分类和结构 重点掌握以葡萄糖为代表的单糖分解代谢的主要途径 1 目录 第一节新陈代谢通论第二节糖类化学概述第三节双糖和多糖的酶促降解第四节糖酵解 EMP 第五节三羧酸循环 TCA 第六节磷酸戊糖途径 PPP 2 概念 新陈代谢 metabolism 是生命最基本的特征之一 泛指生物与周围环境进行物质交换 能量交换和信息交换的过程 生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质 通过一系列生物反应转变成自身组织成分 即所谓同化作用 assimilation 另一方面 将原有的组成成份经过一系列的生化反应 分解为简单成分重新利用或排出体外 即所谓异化作用 dissimilation 通过上述过程不断地进行自我更新 第一节新陈代谢通论 3 相互关系 小分子大分子合成代谢 同化作用 需要能量释放能量分解代谢 异化作用 大分子小分子 物质代谢 能量代谢 新陈代谢 信息交换 4 新陈代谢研究方法 1 同位素示踪法2 酶抑制剂的应用3 气体测量法4 核磁共振波谱法5 利用遗传缺陷症研究代谢途径 新陈代谢特点1 条件温和 酶催化2 特异有序 逐步进行3 调节灵敏 有条不紊 5 第二节糖类化学概述 1 糖类的生物学作用2 单糖的链状结构和环状结构3 重要的单糖及衍生物4 重要的寡糖5 重要的多糖6 糖苷与复合糖 6 1 糖类的生物学作用 多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物 糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物 主要的生物学作用如下 作为生物体的结构成分 作为生物体内的主要能源物质 作为其它生物分子如氨基酸 核苷酸 脂等合成的前体物质 作为细胞识别的信息分子 7 D系醛糖的立体结构 D 阿洛糖 D 阿桌糖 D 葡萄糖 D 甘露糖 D 古洛糖 D 艾杜糖 D 半乳糖 D 塔罗糖 allose altrose glucose mannose gulose idose galactose talose D 赤鲜糖 erythrose D 苏糖 threose D 甘油醛 allose D 核糖 ribose D 阿拉伯糖 arabinose D 木糖 xylose D 米苏糖 lysose 8 D系酮糖的立体结构 D 赤藓酮糖 erythrulose D 核酮糖 ribulose D 核酮糖 xylulose D 阿洛酮糖 psicose allulose D 果糖 fructose D 山梨糖 sorbose D 洛格酮糖 tagalose 二羟丙酮 dihytroasetone 9 吡喃型和呋喃型的D 葡萄糖和D 果糖 Haworth式 吡喃 呋喃 D 吡喃葡萄糖 D 吡喃果糖 D 呋喃葡萄糖 D 呋喃果糖 10 D 葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤 转折 旋转 成环 成环 D 吡喃葡萄糖 D 吡喃葡萄糖 11 D 吡喃木糖 D 呋喃核糖 2 脱氧 D 呋喃核糖 D 芹菜糖 L 呋喃阿拉伯糖 D 呋喃阿拉伯糖 D 核酮糖 D 木酮糖 不能再被水解的多羟基醛 酮 是碳水化合物的基本单位 植物体内的单糖主要是戊糖 己糖 庚糖 戊糖主要有 核糖 脱氧核糖 木糖和阿拉伯糖 12 D 吡喃葡萄糖 L 吡喃山梨糖 D 吡喃甘露糖 L 吡喃半乳糖 D 吡喃半乳糖 D 呋喃果糖 己糖主要有 葡萄糖 果糖 半乳糖 甘露糖和山梨糖 13 庚糖主要有 庚酮糖 L 甘油 D 甘露庚糖 D 景天庚酮糖 D 甘露庚酮糖 甘露糖 14 单糖磷酸酯 D 甘油醛 3 磷酸 D 葡萄糖 1 磷酸 D 葡萄糖 6 磷酸 D 果糖 6 磷酸 D 果糖 1 6 二磷酸 15 蔗糖 D 麦芽糖 型 乳糖 型 纤维二糖 型 由2 10个单糖分子缩合而成 水解后生成单糖 重要的寡糖主要有 麦芽糖 蔗糖 乳糖 纤维二糖 低聚果糖 低聚木糖 甲壳低聚糖 环状低聚糖等 16 GF2 具有特殊功能的低聚糖 木二糖的分子结构 1 4 水溶性D 氨基葡聚糖 蔗果低聚糖 甲壳低聚糖 低聚木糖 低聚果糖 17 又名环状淀粉或沙丁格糊精 SchardingerDextrin 由 D 葡萄糖通过 1 4糖苷键首尾相连构成 DP为6 7 8分别称为 环状糊精 Cyclodextrin CD N 6 N 7 N 8 环状低聚糖 18 立体结构示意图 19 Definition 超过10个单糖的聚合物为多糖 大多数多糖的聚合度 DP 为200 3000纤维素的DP最大 达7000 15000 多糖主要有 淀粉 starch 糖原 果胶物质 植物胶质 海藻多糖 微生物多糖等 20 支链淀粉或糖原分支点的结构 淀粉 starch 和糖原 glycogen 结构 21 纤维素片层结构 纤维素一级结构 22 定义 是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基和另一个分子中的 OH NH2 SH 巯基 等发生缩合反应而得的化合物 组成 糖 配基 非糖部分 糖苷的类型 糖苷 O 糖苷 S 糖苷 N 糖苷 23 糖 肽链 糖 核酸 糖 脂质 ComplexCarbohydrates 糖复合物 24 第三节双糖和多糖的酶促降解 一 双糖的酶促降解二 多糖的酶促降解1 淀粉的酶促降解2 纤维素的酶促降解3 果胶的酶促降解 25 蔗糖 H2O果糖 葡萄糖 转化酶 蔗糖酶 一 双糖的酶促降解 1 蔗糖 sucrose 的水解 UDPG的结构 26 2 麦芽糖 maltose 的水解 3 乳糖 lactose 的水解 27 1 淀粉的酶促降解 淀粉的水解 淀粉酶 淀粉酶R 酶 脱支酶 麦芽糖酶 二 多糖的酶促降解 淀粉的磷酸解磷酸化酶转移酶与脱支酶 28 淀粉内切酶 作用于淀粉分子内部的任意的 1 4糖苷键 直链淀粉葡萄糖 麦芽糖 麦芽三糖 低聚糖的混合物支链淀粉葡萄糖 麦芽糖 麦芽三糖 极限糊精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 淀粉酶 amylase 淀粉的水解 29 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 直链淀粉麦芽糖支链淀粉麦芽糖 极限糊精 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 两种淀粉酶降解的最终产物都有麦芽糖 淀粉酶 amylase 30 两种淀粉酶性质的比较 31 为水解糖原 支链淀粉中 1 6 葡糖苷键的酶类的总称 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 R 酶 脱支酶 debranchingenzyme 麦芽糖酶 maltase 催化麦芽糖水解为葡萄糖 是淀粉水解的最后一步 32 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 33 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 直链淀粉G 1 P支链淀粉G 1 P 磷酸化酶极限糊精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 磷酸化酶 phosphorylase 淀粉的磷酸解 34 转移酶 脱支酶 磷酸化酶共同作用将支链淀粉彻底降解为G 1 P 磷酸化酶 G 1 P 转移酶 transferase 与脱支酶 脱支酶 P 35 2 纤维素 cellulose 的酶促降解 纤维素是植物细胞壁的主要成分 和淀粉一样无还原性 两者的区别在于淀粉以 1 4和 1 6糖苷键连接 而纤维素则以 1 4糖苷键连接起来的没有分支的长链 此外 纤维素分子比淀粉大 更难溶于水 较淀粉水解困难 纤维素可在浓酸中或用稀酸在压力下进行降解 也可在氧化剂作用下发生氧化降解 生成氧化纤维素 此外 也可在纤维素酶作用下发生水解 水解过程中可得到纤维四糖 纤维三糖和纤维二糖等 最终产物是D 葡萄糖 36 纤维素酶 cellulase 是多种作用于纤维素的酶的总称 有细胞表面酶和胞外酶两种 细菌纤维素酶一般为细胞表面酶 位于细胞膜上 分解纤维素时 细菌必须附着在纤维素表面 真菌和放线菌的纤维素酶为胞外酶 它们可以在胞外环境中起作用 菌体无需直接与纤维素表面接触 根据对真菌的研究 它包括如下三种酶 C1酶 内 葡聚糖酶 此酶主要水解纤维素分子内的 糖苷键 产生带有自由末端的长链片段 CX酶 外 葡聚糖酶 此酶作用于纤维素分子的末端 产生纤维二糖 37 葡萄糖苷酶 此酶能将纤维二糖 纤维三糖及低分子量的寡糖水解成葡萄糖 纤维素酶对纤维素的水解过程可表示为 38 3 果胶 pectin 的酶促降解 果胶质是植物毗邻细胞之间的胞间层组分 占植物体干重的15 30 果胶质由D 半乳糖醛酸通过 1 4 糖苷键连接的直链构成 链上的羧基可部分或全部被甲醇酯化而形成果胶酯 果胶酯可进一步与钙离子结合成不溶于水的原果胶 protopectin 不含甲基酯的果胶质称为果胶酸 pecticacid 果胶质的降解需借助微生物分泌的果胶质酶 果胶质酶主要有三类 即果胶质酯酶 果胶质水解酶和果胶质裂解酶 果胶质酯酶 这类酶的作用是水解甲基酯键 使果胶酯转化为果胶酸和甲醇 即 39 这一反应虽不能使果胶质彻底分解 但为随后的分解创造了条件 果胶质水解酶 这类酶能水解 1 4 糖苷键 分为两种 如果水解果胶酯的速度比果胶酸快 则称为聚甲基酯半乳糖醛酶 如果水解果胶酸的速度比水解果胶酯快 则称为聚半乳糖醛酸酶 水解果胶酯的产物是D 甲基酯半乳糖醛单元及其寡聚体 水解果胶酸的产物则是D 乳糖醛酸单元及其寡聚体 40 果胶质裂解酶 这类酶将果胶质裂解为变态的半乳糖醛酸单元 也可分为两种 分解果胶酯比果胶酸快的称为果胶酯裂解酶 分解果胶酸比果胶酯快的称为果胶酸裂解酶 果胶质酶的最终产物是果胶质的结构单元及其寡聚体 具体决定于微生物种类 41 第四节糖酵解 glycolysis 1 化学历程和催化酶类2 化学计量和生物学意义3 糖酵解的调控4 丙酮酸的去路 无氧降解和有氧降解途径 糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应 是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径 该途径也称作Embden Meyethof Parnas途径 简称EMP途径 42 EMP的化学历程 己糖的磷酸化 磷酸己糖的裂解 丙酮酸和ATP的生成 43 第一阶段 己糖的磷酸化 葡萄糖激酶 磷酸果糖激酶 异构酶 44 第二阶段 磷酸己糖的裂解 醛缩酶 异构酶 45 第三阶段 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸和ATP的生成 Mg或Mn 丙酮酸 PEP 丙酮酸激酶 脱氢酶 激酶 变位酶 烯醇化酶 46 糖酵解途径 47 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 EMP途径化学计量 总反应式 C6H12O6 2NAD 2ADP 2Pi 2C3H4O3 2NADH 2H 2ATP 2H2O 48 糖酵解的调控位点及相应调节物 机理 主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度 被调节的酶为催化反应历程中不可逆反应的三种酶 通过酶的别构效应或共价修饰实现活性的调节 调节物多为本途的中间物中间物或与本途径有关的代谢产物 49 酶的别构 变构 效应示意图 别构酶的反馈调控机理 50 酶的共价修饰 某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团进行可逆的共价修饰 使其处于活性与非活性的互变状态 从而调节酶活性 这类酶称为共价修饰酶 目前发现有数百种酶被翻译后都要进行共价修饰 其中一部分处于分支代谢途径 成为对代谢流量起调节作用的关键酶或限速酶 由于这种调节的生理意义广泛 反应灵敏 节约能量 机制多样 在体内显得十分灵活 加之它们常受激素甚至神经的指令 导致级联放大反应 所以日益引人注目 A P1 G E D C B H Ea b Ec d Ec g 关键酶 限速酶 P2 51 蛋白质的磷酸化和脱磷酸化 第一类 Ser Thr型第二类 Tyr型 第一类 Ser Thr型第二类 Tyr型第三类 双重底物型 52 2 6 二磷酸果糖合成和降解的调控 磷酸化的前后酶 去磷酸化的前后酶 F 6 P 低血糖 F 2 6 BP ATP ADP H2O Pi F 6 P F 6 P 53 丙酮酸激酶催化活性控制关系图 磷酸化的丙酮酸激酶 低活性 去磷酸化的丙酮酸激酶 高活性 H2O Pi ATP ADP 果糖 1 6 二磷酸 ATP 丙氨酸 低血糖 Pi 54 4 丙酮酸的去路 无氧降解和有氧降解途径 55 丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解 葡萄糖 EMP 56 丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解 57 丙酮酸脱氢酶系 NAD H 丙酮酸脱羧酶 FAD 硫辛酸乙酰转移酶 二氢硫辛酸脱氢酶 CO2 乙酰硫辛酸 二氢硫辛酸 NADH H TPP 硫辛酸 CoASH NAD 58 焦磷酸硫胺素 TPP 在丙酮酸脱羧中的作用 59 硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用 2H 2H 60 泛酸和辅酶A CoASH SH 61 维生素pp和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD R NAD R HNADP R PO3H2 递氢体作用 NAD 2HNADH H 62 维生素B2和黄素腺嘌呤二核苷酸 FAD 63 第五节三羧酸循环 tricarboxylicacidcycle TCA循环 1 三羧酸循环的化学历程2 三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量3 三羧酸循环的调控4 三羧循环的生物学意义5 草酰乙酸的回补反应 自学 64 OCH3 C SCoA CoASH NADH CO2 FADH2 H2O NADH CO2 NADH 三羧酸循环 TCA 3 草酰乙酸再生阶段 1 柠檬酸的生成阶段 2 氧化脱羧阶段 柠檬酸 异柠檬酸 顺乌头酸 酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 NAD NAD FAD NAD CoASH CoASH H2O 65 TCA第一阶段 柠檬酸生成 草酰乙酸 柠檬酸合成酶 H2O 66 TCA第二阶段 氧化脱羧 酮戊二酸脱氢酶系 67 TCA第三阶段 草酰乙酸再生 草酰乙酸 琥珀酸脱氢酶 延胡索酸酶 68 三羧循环的化学计量和能量计量 总反应式 CH3COSCoA 3NAD FAD GDP Pi 2H2O 2CO2 3NADH 3H FADH2 GTP CoASH 69 葡萄糖完全氧化产生的ATP 总计 38ATP或36ATP 70 三羧酸循环的调节 调节位点柠檬酸合成酶 限速酶 异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶系 71 三羧循环的生物学意义 是有机体获得生命活动所需能量的主要途径 是糖 脂 蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽 形成多种重要的中间产物 是发酵产物重新氧化的途径 72 第六节磷酸戊糖途径 pentosephosphatepathway ppp 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 73 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 P5果糖 6 P5葡萄糖 6 P 1 氧化脱羧阶段6G 6 P6葡萄糖酸 6 P6核酮糖 5 P6NADP 6NADPH 6H 6NADP 6N