《糖类分解代谢》课件.ppt

第七章糖类（Carbohydrate）,糖是自然界分布最广泛，地球上含量最丰富的一类有机分子。（动物植物微生物？）,第一节序,1、糖类的元素组成与化学本质大多数糖类物质只由C、H、O三种元素组成。碳水化合物葡萄糖C6H12O6鼠李糖C6H12O5乳酸C3H6O3甲醛CH2O糖类是多羟基醛、多羟基酮或其衍生物或水解时能够产生这些化合物的物质。,2、糖的命名与分类（根据聚合度分类：单糖、寡糖、多糖）（1）单糖：不能被水解成更小分子的糖类。醛糖酮糖丙糖甘油醛二羟丙酮丁糖赤藓糖赤藓酮糖戊糖脱氧核糖、核糖己糖葡萄糖、半乳糖、甘露糖果糖庚糖景天庚糖,（2）寡糖：能被水解成少数（26）单糖分子的糖类。由2-6个单糖通过糖苷键形成的糖类二糖（蔗糖、麦芽糖、乳糖）、三糖（棉子糖）、四糖、五糖、六糖等,（3）多糖：水解产生20个以上单糖分子的糖类。同多糖：水解只产生一种单糖或单糖衍生物。如糖原、淀粉、纤维素等。杂多糖：水解产生一种以上的单糖或/和单糖衍生物。如透明质酸、半纤维素等。复合糖：与非糖物质共价结合形成的结合物。如糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等。,3、糖类的生物学作用（1）作为生物体内的主要能源物质（最先动用）植物体内的淀粉，动物体内的肝糖元、肌糖元。(能源贮存)（2）作为生物体内的结构成分植物细胞壁中的纤维素、半纤维素、果胶物质等；细菌细胞壁中的肽聚糖；昆虫外骨骼中的壳多糖。,（3）在生物体内转变为其他物质作为中间代谢物为合成其他生物分子提供碳骨架。（4）作为细胞识别的信息分子信息传递（受体）如糖蛋白、糖脂中的糖链。,一、单糖的结构单糖的种类很多，其中以葡萄糖（游离的、结合形式的）数量最多，在自然界亦广，具有代表性。,（一）、单糖的链状结构实验推出：己醛糖立体链状结构有四个手性碳原子，存在八对对映体；己酮糖立体链状结构有三个手性碳原子，存在四对对映体,二羟丙酮不含手性碳；甘油醛含一个手性碳，有两个旋光异构体组成一对对映体。含n个手性碳的化合物的旋光异构体的数目为2n，组成2n-1对对映体。,（二）、D系单糖、L系单糖D/L甘油醛的醛基C下端逐个插入手性碳延伸而成D/L系醛糖。,二羟丙酮、D/L赤藓酮糖的酮基碳下端逐个插入手性碳延伸而成D/L系酮糖。L系醛糖是相应的D系醛糖的对映体。,规定：D(+)甘油醛、L(-)甘油醛甘油醛的构型为所有单糖构型的参照物。单糖的构型与旋光方向无直接联系。旋光方向及程度由整个分子的立体结构决定。单糖的构型是指分子中离羰基碳最远的那个手性碳原子的构型。,几个重要的D型己醛糖Fischer式：,书写Fischer投影式时规定：碳链处于垂直方向，羰基写在链的上端，羟甲基写在下端，氢原子和羟基位于链的两侧。,戊醛糖Fischer式：,D型己酮糖Fischer式：,（三）、单糖的环状结构1、变旋现象：许多单糖的新配置的溶液会发生旋光度改变的现象。如：新配置的葡萄糖水溶液测定其比旋光度为+112，放置一段时间，数值下降，直至+52.7才不再变化，该现象用开链式结构无法解释。2、环状半缩醛：葡萄糖具有分子内的醛基与醇羟基形成半缩醛的环状结构。开链的单糖形成环状半缩醛时最容易出现五元环和六元环的结构。环状结构常用Haworth式表示。,DG由Fischer式改写成Haworth式的步骤：,（）上下变左右,3、与异头物：羰基碳上形成的差向异构体在标准定位的Haworth式中羟甲基在环平面上方的为D型糖，在环平面下方的为L型糖。无论是D型糖还是L型糖，异头碳羟基与末端羟甲基是反式的为异头物，顺式的为异头物。,解释变旋现象：D-G有-D-G和-D-G两种稳定的晶体，在水溶液中能够开环并与链式结构能够转化。无论何种晶型溶于水中所得的水溶液中-D-G、-D-G和链式结构三者并存并处于动态平衡。由不平衡到动态平衡的过程即为变旋现象本质：糖在水溶液中要发生链式结构与环式结构的互变、吡喃环与呋喃环的互变以及型与型的互变，最后达到平衡。,4、吡喃糖和呋喃糖,DG主要以吡喃糖存在，DF主要以呋喃糖存在。,第二节寡糖,一、寡糖的结构与性质二、常见的二糖1、麦芽糖（还原糖）OD吡喃葡糖基（14）D吡喃葡糖葡萄糖（14）葡萄糖苷Glc（14）Glc,2、蔗糖（非还原糖）OD吡喃葡糖基（12）D呋喃果糖苷Glc（12）Fru转化糖焦糖,3、乳糖（还原性糖）OD吡喃半乳糖基（14）D吡喃葡糖Gal（14）Glc,4、纤维二糖纤维素经酸处理后水解生成，主要是型。OD吡喃葡糖基（14）D吡喃葡糖Glc（14）Glc,三、其他简单寡糖棉子糖为（非还原三糖）四、环糊精（非还原糖）,第三节多糖,自然界中的糖类主要以多糖形式存在一、同多糖,1、淀粉（starch）直链淀粉是线形分子，麦芽糖是它的二糖单位，立体结构为六个残基旋转一圈的左手螺旋。,支链淀粉,糖代谢的概况,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,糖代谢包括分解代谢和合成代谢,一、双糖的水解,蔗糖+H2O葡萄糖+果糖,双糖和多糖的酶促降解,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,二、淀粉（糖原）的降解,1.淀粉的水解,2.淀粉的磷酸解,-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,两种淀粉酶性质的比较,-淀粉酶不耐酸，pH3时失活耐高温，70C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，70C15分钟失活主要存在植物体中,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。,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,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,G1P,脱支酶,磷酸化酶,例肝糖元的分解,7,7,去单糖降解,1、纤维素纤维素是生物圈里最丰富的有机物质。占植物界碳素的一半以上。最纯的纤维素来源是棉花，它含高于百分之九十的纤维素。纤维素是植物的结构多糖，是细胞壁的主要成分。,三、细胞壁多糖的酶促降解,纤维素是由许多-D-Glc分子以-1,4糖苷键连接而成的直链。直链间彼此平行。链间葡萄糖的羟基之间极易形成氢键，加上果胶等的粘结作用，使完整的纤维素高度不溶于水。纤维素经弱酸水解得纤维二糖。,机体的生存需要能量，机体内主要提供能量的物质是ATP。ATP的形成主要通过两条途径：一条是由葡萄糖彻底氧化为CO2和水，从中释放出大量的自由能形成大量的ATP。另外一条是在没有氧分子参加的条件下，即无氧条件下，由葡萄糖降解为丙酮酸，并在此过程中产生2分子ATP。,7.4糖无氧分解（糖酵解）,一、糖酵解的概述二、糖酵解过程三、糖酵解中产生的能量四、糖酵解的意义五、糖酵解的调控六、丙酮酸的去路,丙酮酸,CO2+H2O,一、糖酵解的概述,1、糖酵解的概念糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖进行分解形成2分子的丙酮酸并提供能量。这一过程称为糖酵解作用。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径，也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。也称为EMP途径。糖酵解是在细胞质中进行。不论有氧还是无氧条件均能发生。,E：Embden；M:Meyerhof；P:Parnas,10个酶催化的多步反应,第一阶段：已糖的磷酸化,三个阶段,第二阶段：磷酸己糖的裂解,第三阶段：ATP和丙酮酸的生成,二、糖酵解过程,(G),已糖激酶,葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,糖酵解过程1,已糖激酶(hexokinase)激酶：能够在ATP和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,1、催化不可逆反应,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,限速酶/关键酶,6-磷酸葡萄糖异构化转变为6-磷酸果糖,(F-6-P）,糖酵解过程1,(G-6-P）,6-磷酸果糖再磷酸化生成1,6-二磷酸果糖,糖酵解过程1,(F-1,6-2P）,磷酸果糖激酶（PFK）,糖酵解过程的第二个限速酶,(F-6-P）,磷酸果糖激酶,磷酸丙糖的生成,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,(F-1,6-2P）,醛缩酶,+,糖酵解过程2,磷酸丙糖的互换,糖酵解过程2,磷酸二羟丙酮(dihydroxyacetonephosphate),3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate),上述的5步反应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3-磷酸甘油醛。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。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3-磷酸甘油醛提取能量形成ATP分子。,3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate),糖酵解过程3,3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate),糖酵解中唯一的脱氢反应,1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸,糖酵解过程3,3-磷酸甘油酸(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。,3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油(3-phosphoglycerate),糖酵解过程3,2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate),2-磷酸甘油酸脱水形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）,2-磷酸甘油酸,糖酵解过程3,氟化物能与Mg2+络合而抑制此酶活性,磷酸烯醇式丙酮酸转变为烯醇式丙酮酸,烯醇式丙酮酸,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,烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸,糖酵解过程3,烯醇式丙酮酸(enolpyruvate),丙酮酸(pyruvate),+,丙酮酸,裂解,脱氢,异构,产能,脱水,异构,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,糖酵解过程中ATP的消耗和产生,21,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,-1,21,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O,三、糖酵解中产生的能量,糖酵解小结,反应部位：胞浆糖酵解是一个不需氧的产能过程反应全过程中有三步不可逆的反应,其它己糖也可进入酵解途径,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。5、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。6、若糖酵解过度，可因乳酸生成过多而导致乳酸中毒。,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,丙酮酸,CO2+H2O,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,五、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),3-磷酸甘油醛,乳酸(lactate),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。,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。,六、糖酵解的调控,糖酵解的调节,关键酶,调节方式,1、磷酸果糖激酶（PFK）的调控,6-磷酸果糖激酶-16-phosphofructokinase-1,*别构调节,2、己糖激酶的调控,己糖激酶hexokinase,*6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。,*长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。,丙酮酸激酶pyruvatekinase,3、丙酮酸激酶的调控,别构调节,共价修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,PKA：蛋白激酶A,CaM：钙调蛋白,7.5三羧酸循环,概念过程小结生理意义调节,7.6磷酸戊糖途径,1.概念：以6-磷酸葡萄糖开始，在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，进而代谢生成以磷酸戊糖为中间代谢物的过程，称为磷酸戊糖途径，简称PPP途径。又称磷酸已糖旁路,一、磷酸戊糖途径的概念,2.反应部位：胞浆,第一阶段：氧化脱羧阶段生成NADPH和CO2第二阶段：非氧化的分子重排阶段(生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖),二、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,脱氢反应,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,水解反应,(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,脱氢脱羧反应,5-磷酸核酮糖ribulose5-phosph