第六章 糖代谢.doc

天津师范大学教案课 程名 称生物化学任课教师王景安编号06课 题（章节）第六章 糖代谢内 容分 析重点糖酵解及有氧氧化各阶段的反应过程、特点、限速酶、限速步骤。难点糖酵解及有氧氧化过程的调节教 学目 的1、了解糖的生理功能、消化吸收。2、掌握糖酵解和糖酵解途径概念及反应过程、限速酶、限速步骤、能量计算、糖酵解的调节和生理意义。3、掌握糖有氧氧化各阶段的反应过程、特点、限速酶、限速步骤、ATP的生成、调节。4、掌握磷酸戊糖途径的反应特点、关键酶、调节、生理意义。5、掌握乙醛酸循环途径及生理意义。6、掌握糖原合成与分解反应过程、限速酶、限速步骤、调节方式。7、掌握糖异生途径反应过程；熟悉糖异生的调节、生理意义。教 学方 法讲授与讨论相结合教 学手 段多媒体教学过程设计第六章 糖代谢第一节 多糖和酶低聚糖的酶促降解第二节 糖的分解代谢一、糖的无氧酵解二、糖的有氧分解三、乙醛酸循环三羧酸循环支路四、五糖磷酸途径第三节 糖的合成代谢一、蔗糖的合成二、糖原的异生作用作业与思考题生物化学简明教程第八章后面第188页的思考题。课下阅读材料1生物化学简明教程 聂剑初等合编 1999年6月第三版 高等教育出版社。2生物化学习题集 张来群 谢丽涛 主编，1998年10 月第一版，2001年3月第四次印刷，科学出版社出版。3现代生物化学 于自然 主编 2001年10月第一版，化学工业出版社 注：附教学讲义P/O比：消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即ATP的生成量，NADH呼吸链P/O=3，FADH2为2(平均值，也有的说成2.5和1.5)。表明了呼吸链的产能效率。第六章 糖代谢（NADH的产生）分为合成代谢与分解代谢合成：CO2 + H2O C6H12O6 + O2 和非糖物质的糖异生 (CH2O)n 多糖 分解：淀粉酶促降解为单糖 + O2 CO2 + H2OQ（合成的逆过程） 第一节 多糖与低聚糖的酶促降解（到单糖） E 1.水解：E 淀粉 麦芽糖（ G + 极限糊精）淀粉酶不能作用的糊精 淀粉酶：内淀粉酶，耐热不耐酸(pH3.6) 任何位置水解1，4键 淀粉酶：外淀粉酶，耐酸不耐热（70） 非还原端动物的消化液中只有淀粉酶无淀粉酶 脱支酶（1，6糖苷酶）如植物中的R酶及小肠粘膜中的糊精酶等，可与，淀粉酶协同作用水解支链淀粉 麦芽糖 + G 2. 磷酸解：自非还原端磷酸化酶寡聚-(1,4 1,4)葡聚糖转移酶 脱支酶 + GP变位酶P化酶G6P酯酶 淀粉 1PG 6PG G + Pi淀粉磷酸化酶也只能分解淀粉的1，4键。到分支处有四个末端残基时即停止（酶不能结合）。淀粉酶淀粉 麦芽糖 + 糊精转移酶：将3G 另一端上，R酶水解掉1，6连接的G 直链。转移酶与R酶未能分开，可能是一个酶，也可能是两个酶。纤维素的水解。纤维素酶（细菌、真菌、放线菌和原生动物可产生）。纤维酶纤维二糖酶 1，4键 纤维素 纤维二糖 G 双糖酶：麦芽糖酶、蔗糖酶、纤维二糖酶、乳糖（半乳糖（1-4）G）酶，分别催化相应双糖的水解。 第二节 糖的分解（即氧化作用）分解的三途径：1.无氧酵解生成乳酸 2.酵解 TCA彻底氧化为CO2 + H2O 动植物共有 3.戊糖磷酸途径 CO2 + H2O 植物还有生醇发酵和乙醛酸循环。一、糖的无氧酵解 (EMP途径)人和高等动植物生成乳酸的糖酵解作用: G 丙酮酸 乳酸共11种酶，12或13步反应 乙醛 乙醇（乙醇发酵）H O果糖P激酶己糖PG 激酶 C CH2OP异构酶己糖激酶 HCOH + ATP G6P F6P F1，6二P C=OHOCH HOCHGP变位酶 HCOH ATP ADP HCOHP化酶 HCOH HCOH CH20H* 糖原 G1P CH2OPPGA激酶 O 变位酶脱H酶醛缩酶 3-磷酸甘油醛 C-OP HCOH PGA 磷酸二羟丙酮 CH2OP ADP ATP NAD NADH 甘油酸-2-磷酸 烯醇化酶 H-C=O CH2OH H2O -CO2 CH3 CH3丙酮酸激酶 COOH COOH COOH COOH乳酸脱H酶 HCOH （乳酸） C=O C-OH C-OP （PEP）CH3 CH3 CH2 ATP ADP CH2 需脱羧酶和乙醇脱氢酶C6H12O6 2CH3-CHOH-COOH或2CH3CH2OH+2CO2糖酵解的反应类型：P酰基的转移 分子间 分子内（变位、移位PGA 甘油酸-2-磷酸）。异构化、脱水、醇醛断裂（裂解）。能量计算： G 6PG F6P FBP ATP ADP ATP ADP GAP DPGA PGA PEP 丙酮酸 2ADP 2ATP 2ADP 2ATPG：生成2molATP ADP + Pi ATP + 30.514KJ=31%G酵解的获能效率（比率）： 230.514 196=49.7%糖原酵解获能效率（比率）：330.514 183G 2乳酸 G0=-196kJ/mol； 糖原(G) 2乳酸 G0=-183kJ/mol糖酵解的调控（意义：供能和提供合成的碳架）3种激酶：己糖激酶（在肝中为G激酶，专一性强）催化G + ATP G 6 P + ADP 受G 6 P的反馈抑制。果糖P激酶：F 6 P + ATP F 1，6 二P + ADP 别构酶ATP抑制，AMP，H+，柠檬酸抑制（增加ATP的抑制作用），-D-果糖-2，6- 二P使果糖P激酶（别构激活）。丙酮酸激酶：PEP 丙酮酸 ADP ATPF1，6 二P激活之(反应物前体),ATP、乙酰CoA(反馈)、丙aa（竞争）均为抑制剂。 以上为第一次课！二、糖的有氧分解（无氧代谢的继续） 无氧 乳酸G 丙酮酸 有氧 CO2 + H2O TCA环和NADH(或FADH2)呼吸链。1. 丙酮酸脱氢酶系：脱羧（TPP）酶、硫辛酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶。硫辛酸乙酰转移酶 CoA 乙酰CoA 二氢硫辛酸（FAD）脱氢酶 NAD即丙酮酸脱羧、脱氢并与CoA结合为乙酰CoA。 CH3 (羟乙基衍生物) CO2 HC-OH 硫辛酸 FADH2 NAD+ TPP 丙酮酸脱羧酶 硫辛酸 二氢硫辛酸 CH3 乙酰转移酶 脱氢酶 C=O TPP 乙酰二氢 FAD NADH COOH 硫辛酸 二氢硫辛酸 CoASH CH3CO-SCoA 即：丙酮酸 + CoASH + NAD+ 乙酰CoA + NADH + H+ + CO2注：丙酮酸脱羧酶催化丙酮酸脱羧，形成羟乙基TPP；硫辛酸乙酰转移酶催化羟乙基TPP上的羟乙基氧化成乙酰基，并转移给硫辛酸形成乙酰二氢硫辛酸，硫辛酸乙酰转移酶还催化乙酰二氢硫辛酸上的乙酰基转移给CoA形成乙酰CoA；二氢硫辛酸脱氢酶催化二氢硫辛酸脱氢氧化为硫辛酸，通过其辅基FAD将H传给NAD形成NADH。有氧氧化三阶段：糖磷酸化 丙酮酸（细胞质中）。 丙酮酸进入线粒体在其中氧化脱羧与CoASH结合为乙酰CoA。丙酮酸 乙酰辅酶A的反应是在真核细胞的线粒体基质中进行的，丙酮酸脱氢酶系在线粒体膜上。乙酰辅酶A进入TCA循环彻底氧化。2. 三羧酸循环也叫柠檬酸循环，又叫克雷勒斯（krebs）循环，简称TCA循环。此反应过程是由含有三个羧基的柠檬酸作为第一个中间产物的循环反应，故称为三羧酸循环，也称柠檬酸循环。三羧酸循环在线粒体内进行。 CH3C=O H2O 脱氢、Mg+草酰乙酸 COOH ScoA COOH COOH CH2 +H2O CH2 HO-CH NAD NADH C=O CoASH HO-C-COOH CH-COOH (脱) COOH CH2 CH2 草酰琥珀酸 COOH COOH -CO2 NADH +H+ 酮戊二酸 NAD FADH2 FAD CoASH H2O O NADH NAD COOH +H2O COOH COOH CSCoAHCOH HC CH2 CH2 CH2 CH CH2 GTP GDP+Pi CH2 CO2 CoASH COOH COOH COOH COOH图 三羧酸循环柠檬酸合酶 顺乌头酸酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体琥珀酰CoA合成酶(琥珀酸硫激酶) 琥珀酸脱氢酶 延胡索酸酶 苹果酸脱氢酶各种酸并不因参加反应而增减，只消耗乙酰辅酶A。两处脱羧：异柠檬酸、酮戊二酸H2O 四处脱氢：异柠檬酸、酮戊二酸、苹果酸、琥珀酸脱氢 呼吸链 O2 （NADH） （FADH2） 糖有氧分解中的能量变化：1molG H2O + CO2四次脱氢产：8NADH 3 = 24ATP(包括丙酮酸脱氢) 2FADH2 2 = 4ATP 2GTP 2ATP酵解阶段：2ATP 2NADH3 = 6ATP(肌肉和神经组织经甘油P穿梭作用产生2个ATP) 共38个/2867.48(KJ/mol)或36个ATP所以G氧化分解时能量利用率为：3830.514/2867.48 = 40.4%(神经、肌肉为38.3)4.三羧酸（TCA）循环的生物学意义：能量获取。糖、脂、Pr相互转化的枢纽。中间产物为其它化合物（包括次生物质）的合成提供原料(琥珀酰辅酶A是合成卟啉环的原料)，有机酸是植物体内有机酸的来源，也是氧化基质，可用微生物发酵生产。5.TCA循环的调节柠檬酸合成酶是关键酶：ATP、NADH和琥珀酰辅酶A抑制，OAA和乙酰CoA激活。异柠檬酸脱氢酶和酮戊二酸脱氢酶系也是2限速酶，受ATP、NADH抑制，ADP是异柠檬酸脱氢酶的激活剂。三、乙醛酸循环TCA循环的支路许多微生物可利用乙酸作为唯一的碳源，它们含有两种特异酶：异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶，乙酰CoA合成酶催化:乙酸 + ATP + CoASH 乙酰CoA + AMP + PPi 乙酰CoA CoASH OAA 柠檬酸 NADH H2O H2ONAD 顺乌头酸 与TCA环相同（公用） H2O MAL TCA环 CoASH H2O 异柠檬酸 乙醛酸 乙酰CoA 琥珀酸所以2CH3CO-SCoA + NAD+ + 2H2O 琥珀酸 + 2CoASH + NADH + H+琥珀酸、MAL、OAA TCA循环。所以为TCA环支路。乙醛酸循环的意义：合成TCA环中的有机酸，保证TCA环的正常进行（用乙酸或乙酰辅酶A）只植物、微生物体内有此循环，可借此将脂肪转化为糖： CO2 GTP GDP磷酸烯醇丙酮酸羧激酶乙酰CoA 琥珀酸 MAL OAA PEP可逆糖酵解过程合成糖。 四、戊糖P途径，己糖P支路（P己糖支路）PPP途径碘乙酸抑制糖酵解与有氧氧化后，组织仍有糖氧化为CO2和H2O，证明还有其他氧化途径：1、戊糖P途径的化学过程：可分为氧化与非氧化二阶段。 6PG酸 COOH OCH2OPOCH2OP 6PG酸内酯 H-C-OH HO-C-H 内酯酶脱氢酶 H-C-OH =O H-C-OH NADP+ NADPH + H+ H2O CH2OP 6PG NADP+ CO2 NADPH+H+ 甘油醛-3-P 6 P F 3C 5 P 木酮糖 5 P 核酮糖 CH2OH CHO C=O6PG CHOH CHOH 4-P-赤藓糖4C 7C CHOH CHOH 景天糖-7-P CHOH CH2OP 5C CH2OP 木酮糖-5-P 6 P F P酯酶 3C 甘油醛-3-P H2O1，6二PF 醛缩酶 3C 二羟丙酮-P66C 56C 1G每循环一次，脱羧一次，脱氢两次 2NADPH。1G完全氧化成CO2和H2O需6次或6个6-P-G参加反应，循环一次产生5个6-P-G 总反应66-P-G12NADP 56-P-G6CO2Pi12NADPHH+12NADPH + 12H+ + 6O2 12H2O 耗去7H2O: 66-P-G酸内酯 +6H2O 6-P-G酸 共耗7个H2O ，净1个1,6 二P F +H2O 6-P-F 生成5H2O。PPP途径的特点：G直接脱H、脱羧(CO2)、不经EMP途径和TCA循环，产生NADPH + H+6-P-G 5-P-核糖 6-P-G氧化阶段 非氧化阶段PPP途径的意义：1.生成NADPH可为生物合成脂肪酸和类固醇提供还原剂。2.中间产物为核酸、aa、多酚、IAA（4-P-赤藓糖）的合成提供原料。3-GAP(磷酸甘油醛)是联系无氧与有氧代谢的连接点、枢纽，互通的，多途径，对环境的适应。几条途径在各种生物中是共存的，各途径在不同机体、不同状态下是有差异的（程度不同），还有其它代谢途径。第三节 糖的合成代谢自养生物依靠生物的光合作用，这里讲异养生物利用单糖或小分子有机物一、蔗糖的合成植物体内糖类的主要运输形式、一些植物的主要组成成分。二途径：1. 蔗糖合成酶。此酶专一性较差，葡糖供体UDPG也可为ADPG、TDPG、GDPG、CDPG代替但以UDPG为主，因其与酶亲和力高。蔗糖合成酶UDPG + F 蔗糖 + UDP k（平衡常数）=8， 1-P-G尿苷酰转移酶也叫UDPG焦磷化酶 G-1-P + UTP UDPG + PPiPPi + H2O 2Pi2. P-蔗糖合成酶UDPG + 6-P-F P蔗糖UDP k=3250 P H2O 酯 酶 蔗糖 + Pi因为此酶活性高，K大。且P-蔗糖的P酯酶又大量存在，有利于蔗糖的合成，所以一般认为此途径为植物合成蔗糖的主要途径。 以上二酶可视为蔗糖合成的2同工酶：1主要催化蔗糖分解，逆反应，如正在发育的谷粒中，能将输入的蔗糖分解为UDPG和ADPG，用于淀粉的合成。二、淀粉的合成 问题：引物的合成需要糖原起始合成酶及引发蛋白质，先将UDPG与引发蛋白质的酪氨酸残基的酚羟基作用，形成具有1，4-糖苷键的蛋白质引物，然后蛋白质上的寡糖链在糖原合成酶及分支酶作用下合成糖原。-1，4糖苷键的合成：UDPG（活化的G或ADPG）转G苷（基）酶，引子（物）：最小为麦芽三糖。在非还原端延伸！G结合在引物非还原端葡萄糖残基的C4OH上，ADPG转G苷酶是重要的（玉米、水稻）合成比UDPG转G苷酶快十倍。ADPG转葡萄糖苷酶 nADPG +(G)n nADP + (G)n+n -1，6糖苷键的形成：Q酶（分支酶，植物中仅有，双功能：切断-1，4键，连结成-1，6键） - - - - - - - - - 先裂解为小片段（6-7 个G）再C1-C6连结，从非 QE 还原端切下。 不能以单糖直接形成 - - - - - -1，6糖苷键，有的微生 物可直接利用蔗糖与麦芽糖 - - - 合成淀粉，支链淀粉是在淀 粉合成酶和Q酶的共同作用下合成的。三、糖原的合成糖元合成酶 ATP ADP UTP PPi 引物 UDPG焦P化酶 变位酶 激酶 G G-6-P G-1-P UDPG -1,4糖苷键 分支酶 引物必须含两个葡糖残基以上。 糖原 分支酶从至少11个残基的糖链非还原端将7个G残基转移到内部的位置上，形成具1，6糖苷键的新分支链，新分支必须与原有的糖链有4个G残基的距离，分支的增加，提高了糖原分解与合成的速度及溶解度。糖原是人和动物肝、肌肉中的贮藏多糖，其分解与合成的关键酶是糖原磷酸化酶（P解生成G-1-P）和糖原合成酶。激素调节：胰岛素（胰岛C分泌）促糖原合成，胰高血糖素（胰岛C分泌）、肾上腺素（髓质分泌）、肾上腺皮质激素则促进糖原的降解，提高血糖。四、糖的异生作用：指从非糖物质合成为G的过程（进一步合成糖元则称为糖原的