生化基础知识

1、会计学1生化基础知识生化基础知识糖是生物体内的主要能源物质（主要功能）作为生物体的结构成分糖具有多方面复杂的生物活性与功能如：作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等合成的前体；作为细胞识别的信息分子等丙糖（甘油醛和二羟丙酮）；丁糖（赤藓糖）；戊糖（木酮糖、核酮糖、核糖、脱氧核糖等）；己糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等）等庚糖：（景天庚酮糖）蔗糖D-麦芽糖（ -型）乳糖（ -型 ）纤维二糖（ -型）（三）多糖多糖是由多个单糖分子缩合而形成的长链结构。多糖没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水。多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。重要的有淀粉、糖元、纤维素、几丁质

2、、粘多糖等。可分为同多糖和杂多糖。 糖肽链糖核酸糖脂质肽聚糖(peptidoglycans)脂多糖(lipopolysauhards)糖基酰基甘油(glycosylacylglycerols)糖鞘脂(pglycosphingolipids)糖蛋白(glycproteins)蛋白聚糖(proteoglycans)糖复合物(Complex Carbohydrates)淀粉的结构Glycogen（三）葡聚糖(dextran)一、糖的消化淀粉 麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）-临界糊精+异麦芽糖 （30%） （5%）葡萄糖 唾液中的-淀粉酶 -葡萄糖苷酶 -临界糊精酶 消化过程 肠粘膜上皮细胞

3、刷状缘 口腔 肠腔 胰液中的-淀粉酶 ADP+Pi ATP G Na+ K+ Na+泵小肠粘膜细胞 肠腔 门静脉 吸收机制Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter, SGLT)刷状缘 细胞内膜 二、糖的吸收小肠肠腔 肠粘膜上皮细胞 门静脉 肝脏 体循环SGLT 各种组织细胞 GLUT GLUT：葡萄糖转运体(glucose transporter)血 中 葡 萄 糖缺氧糖酵解（乳酸）供氧充足有氧氧化（CO2、H2O、ATP）磷酸戊糖途径 （5-磷酸核糖、NADPH）糖原合成分解糖异生食物主三、糖代谢的概况第三节 糖的分解代谢一、糖的无氧分解

4、第一阶段 第二阶段* 糖酵解分为两个阶段由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为酵解途径(glycolytic pathway)。由丙酮酸转变成乳酸。l 全部反应在胞质中进行(一)糖酵解途径1、酵解途径1. 葡萄糖磷酸化成为6-磷酸葡糖ATP ADPMg2+ 己糖激酶(hexokinase)Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖 O CH2HO H HOOHH OH H OH H H葡萄糖-6-磷酸

5、(glucose-6-phosphate, G-6-P)P P O CH2OH HOOHH OH H OH H H哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为至型。肝细胞中存在的是型，称为葡糖激酶(glucokinase)。它的特点是：对葡萄糖的亲和力很低受激素调控 2. 6-磷酸葡糖转变为6-磷酸果糖 磷酸葡萄糖异构酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖-6-磷酸P P O CH2OH HOOHH OH H

6、OH H H果糖-6-磷酸(fructose-6-phosphate, F-6-P)3. 6-磷酸果糖转变为1,6-二磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 磷酸果糖激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸果糖激酶 (phosphfructokinase，PFK)果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸 (1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P)CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHP PP

7、P果糖-1,6-二磷酸4. 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 醛缩酶(aldolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 +CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P POCH2OHCOCH2POCH2P PO5. 磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛丙糖磷酸异构酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3

8、-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸丙糖磷酸异构酶 (triose phosphate isomerase)3-磷酸甘油醛 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO磷酸二羟丙酮 CH2OHCOCH2POCH2P PO6. 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛脱氢酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyc

9、eraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)3-磷酸甘油醛 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO1,3-二磷酸甘油酸 O=CCOHCH2POP POP PO（二）第二阶段放能阶段ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷酸 甘油酸O=CCOHCH2POP POP PO3-磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO磷酸甘油酸激酶 (phosph

10、oglycerate kinase) 8. 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase)3-磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO2-磷酸甘油酸 COOHCCH2POP POOHOH9、2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶(enolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATP

11、ADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸 COOHCCH2POP POOHOH+ H2O磷酸烯醇式丙酮酸 (phospho-enolpyruvate, PEP)COOHCCH2P POADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶(pyruvate kinase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸10. 磷酸

12、烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 并通过底物水平磷酸化生成ATP磷酸烯醇式丙酮酸 COOHCCH2P PO丙酮酸 COOHC=OCH3这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化 葡萄糖+2Pi+2ADP 2乳酸+2ATP+2H2Ov动物在激烈运动时或由于呼吸、循环系统障碍而发生供氧不足时。v生长在厌氧或相对厌氧条件下的许多细菌。 己糖激酶6-磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶E1:己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶 NAD+ 乳 酸 糖酵解的代谢途径GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 丙 酮 酸 磷酸

13、二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ 总结糖酵解时，1mol葡萄糖可经底物水平磷酸化生成4mol ATP，在葡萄糖和6-磷酸果糖磷酸化时消耗2mol ATP，故净生成2mol ATP。2、丙酮酸激酶的调节知识重点把握二、糖的有氧氧化(一)有氧氧化的反应过程 1、葡萄糖或糖原氧化分解成丙酮酸（即糖酵解，胞液中进行） 2、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA （线粒体基质中进行） （丙酮酸 乙酰辅酶A，简写为乙酰CoA） 3、乙酰COA进入TCA循环 （线粒体中进行） 三羧酸循环（乙酰CoA H2O 和CO2，释放出

14、能量）糖的有氧氧化的三个步骤:第一阶段：酵解途径 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧 第三阶段：三羧酸循环和氧化磷酸化 G丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP TCA循环胞液 线粒体 2、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段氧化脱羧生成乙酰-CoA w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（丙酮酸脱氢酶组分E1、二氢硫辛酰转乙酰基酶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+）。丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体 (acetyl C

15、oA)丙酮酸的氧化脱羧作用丙酮酸脱氢酶复合体的组成 酶E1：丙酮酸脱氢酶组分E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶E3：二氢硫辛酸脱氢酶HSCoANAD+ 辅 酶 TPP Mg+ 硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+SSLMg2+丙酮酸经丙酮酸脱氢酶系催化后生成乙 酰辅酶A，产生一分子CO2和一对NADH+H+（在线粒体中NADH+H+经呼吸链的传递， 氧化磷酸化产生3个ATP。）德国科学家Hans Krebs 1937年提出，1953年获得诺贝尔奖，并被称为ATP循环（柠檬酸循环）之父。草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸a-酮戊二酸琥珀酸辅酶A琥珀酸延胡索酸苹果酸乙酰辅酶AC=OCOO-CH2COO- C-

16、CH3S-CoAOCH2COO-HO-C -COO-COO-CH2柠檬酸合酶+CoA三羧酸CH2C-SCOAHO-C - COO-COO-CH2OH2O+ HS-CoA+H+CH2COO-HO-C -COO-COO-CH2CHCOO- C -COO-COO-CH2CH2H2OH2O柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸COO-HO- CHCH-COO-COO-NAD+NADH+H+ H+ CO2草酰琥珀酸Mg 2+HO- CHCOOH CH-COOHCOOHCH2 COCOOH CH-COOHCOOHCH2 COCOOH CH2COOHCH2-酮戊二酸异柠檬酸+CoASH+NAD+ COCOOH CH2COO

17、HCH2 COSCoA CH2COOHCH2+NADH+H+ +CO2 COS COA CH2COOHCH2 COOH CH2COOHCH2GDP+PiGTP+HSCoA6 、琥珀酸脱氢生成延胡索酸（琥珀酸脱氢酶） COOH CH2COOHCH2 COOH CHCOOH+FAD+FADH2v TCA中第三次氧化的步骤v 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂v 开始四碳酸之间的转变琥珀酸脱氢酶HC嵌入线粒体内膜 COOH CHCOOHCH7 、 延胡索酸被水化生成L-苹果酸（延胡索酸酶） COOH HO-CHCOOHH-C-H+H2O延胡索酸酶延胡索酸酶具有高度立体特异性 COOH HO - CHCOOH

18、H-C-H8 、苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）+NAD+ COOH C=OCOOH CH2+NADH+H+v TCA中第四次氧化的步骤，最后一步。2、TCA循环的特点：l三羧酸循环实质是：1mol乙酰辅酶A彻底氧化生成CO2、H2O、和12个ATP的过程。l一个三羧酸循环包括：一次底物水平磷酸化二次脱羧 一个循环 四个限速酶 产生12个ATP四次脱氢l 三羧酸循环的生理意义(一)糖有氧氧化的生理意义 反反 应应ATP第一阶段第一阶段两次耗能反应两次耗能反应-2两次生成两次生成ATP的反应的反应22一次脱氢一次脱氢(NADH+H+)22 或或23 第二阶段第二阶段一次脱氢一次脱氢(NAD

19、H+H+)23第三阶段第三阶段三次脱氢三次脱氢(NADH+H+)233一次脱氢一次脱氢(FADH2)22一次生成一次生成ATP的反应的反应21净生成净生成36或或38胞浆胞膜线粒体v线粒体外NADH的氧化穿梭系统（shuttle system)（线粒体基质）磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油FADFADH2NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2NADHNAD+线粒体内膜（细胞液）2.苹果酸穿梭系统(malate-aspartate shuttle）细胞液线粒体内膜体天冬氨酸-酮戊二酸苹果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸苹果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD

20、+线粒体基质苹果酸脱氢酶NADH+H+苹果酸脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶（、 、 、 为膜上的转运载体）呼吸链（三）糖有氧氧化的调节 2.TCA循环的调节三、 磷酸戊糖途径（又名:己糖旁路pentose phosphate pathway,HMP）磷酸戊糖途径分氧化阶段和非氧化阶段 第一阶段（氧化阶段）：6-磷酸葡萄糖脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖、NADPH+H+及CO2 第二阶段（非氧化阶段）：5-磷酸核酮糖分子重排，产生不同碳链长度的磷酸单糖，进入酵解途径，包括一系列基团转移（一）磷酸戊糖途径的反应过程CCCCCOOCH2OHOHOHOHHHHOHP P6-磷酸葡糖酸 CH2OHC=OCCCH

21、2OOHOHHHP P5-磷酸核酮糖 NADPH+H+ NADP+ H2O NADP+ CO2 NADPH+H+ 6-磷酸葡糖脱氢酶6-磷酸葡糖酸脱氢酶CH2OH C O 6-磷酸葡糖 CCCCCCH2OHOHOHOHHHHOHHOP P6-磷酸葡糖酸内酯 CCCCC=OCH2OHOHOHHHHOHOP P（1） 6-磷酸葡糖在氧化阶段生成磷酸戊糖和NADPH 5-磷酸核糖 G-6-P 5-磷酸核糖 NADP+ NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+ CO2 （2）非氧化阶段经过基团转移反应进入糖酵解途径 一类是转酮醇酶（transketolase）反应，转移含1个酮基、1个醇基的2碳

22、基团；接受体都是醛糖。 另一类是转醛醇酶（transaldolase）反应，转移3碳单位；接受体也是醛糖。 5-磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷酸核糖 C55-磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛 C34-磷酸赤藓糖 C46-磷酸果糖 C66-磷酸果糖 C63-磷酸甘油醛 C3第一阶段 第二阶段 5-磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛 C34-磷酸赤藓糖 C46-磷酸果糖 C66-磷酸果糖 C63-磷酸甘油醛 C36-磷酸葡糖(C6)3 6-磷酸葡糖酸内酯(C6)3 6-磷酸葡糖酸(C6)3 5-磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷

23、酸核糖 C53NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡糖脱氢酶 3NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡糖酸脱氢酶 CO2磷酸戊糖途径过程2核糖-5-磷酸4木酮糖-5-磷酸6葡萄糖-6-磷酸糖酵解6 6-磷酸葡萄糖酸 6 NADP+6 NADPH+6H+6 核酮糖-5-磷酸6 NADP+6 NADPH+6H+6 CO22景天酮糖-7-磷酸2甘油醛-3-磷酸2果糖-6-磷酸2赤藓糖-4-磷酸2甘油醛-3-磷酸 氧化阶段(脱碳产能)非氧化阶段(重组)2NADPH生物氧化O25ATP + 2H2O6(葡萄糖-6-磷酸)+6O2 6(5-磷酸核酮糖)+6CO2+6H2O+30ATP葡萄糖+O2

24、6CO2+6H2O+24ATP(65-6(活化)5(6-磷酸葡萄糖)磷酸戊糖途径的总反应式： 36-磷酸葡糖 + 6 NADP+ 26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2 和和二次脱氢二次脱氢反应，生成一分子反应，生成一分子COCO2 2和和2 2分子分子NADPH+HNADPH+H+ +。（1）磷酸戊糖途径为核苷酸的生成提供核糖 （2）提供NADPH + H+作为供氢体参与多种代谢反应 NADPH + H+是体内许多合成代谢的供氢体；NADPH + H+参与体内羟化反应； NADPH + H+还用于维持谷胱甘肽（glutathione）的还原状态。（3）提供能量2G-SH

25、G-S-S-GNADP+ NADPH+H+A AH2 还原型谷胱甘肽是体内重要的抗氧化剂，可以保护一些含-SH基的蛋白质或酶免受氧化剂，尤其是过氧化物的损害。在红细胞中还原型谷胱甘肽更具有重要作用。它可以保护红细胞膜蛋白的完整性。（蚕豆病） 一、糖原的合成作用I.磷酸葡萄糖的生成II. 磷酸葡萄糖的生成III. 尿苷二磷酸葡萄糖的生成IV.，糖苷键葡萄糖聚合物的生成V. 糖原的生成葡 萄糖ATP ADP葡 糖-6-磷 酸 葡 糖磷 酸 变 位 酶葡 糖-1-磷 酸UDP焦 磷 酸 化 酶UTPPPiUDPG 糖 原 合 成 酶R引 物UDPATPADPR- -1， 4葡 萄糖链分支 酶糖原R-

26、小 段 葡 萄 糖 多 糖 链GUDP+PPi1-磷酸葡萄糖UTPUDPGUDPGUDP糖原（n个G分子）糖原（n+1）分枝酶的作用 分 支 酶 (branching enzyme) -1,6-糖苷键 -1,4-糖苷键 二、糖原的分解作用非还原端糖原核心磷酸化酶a脱枝酶转移作用脱枝酶（释放1个葡萄糖） G -1-PG G -6-PG脱枝酶 (debranching enzyme)脱枝酶的作用 磷 酸 化 酶 转移酶活性 -1,6糖苷酶活性 糖原的合成与分解UDPG焦磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶 磷酸葡萄糖变位酶 己糖(葡萄糖)激酶

27、 糖原n Pi 磷酸化酶 葡萄糖-6-磷酸酶（肝） 糖原n 三、糖原代谢的调节糖原合成酶 a ( 有活性)糖原磷酸化酶 b ( 无活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶 b ( 无活性)糖原磷酸化酶 a ( 有活性)PP激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体 腺苷环化酶 （无活性）腺苷环化酶（有活性） ATP cAMP PKA(无活性) PKA(有活性) 磷酸化酶b激酶 磷酸化酶b激酶-P Pi 磷蛋白磷酸酶-1 Pi Pi 磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制剂-P 糖原合酶 糖原合酶-P 磷酸化酶b 磷酸化酶a-P 第五节 糖异生乳酸回炉再造解毒、节能饥饿状态下氨基

28、酸、甘油维持血糖浓度葡萄糖 6-P葡萄糖6-P果糖1，6-二P果糖3-磷酸甘油醛P-二羟丙酮1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸PEP丙酮酸糖异生途径(一)PEP羧激酶ATP+H2O ADP+Pi丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸（PEP）GTPGDP丙酮酸草酰乙酸CO2CO21、丙酮酸羧化生成磷酸烯醇式丙酮酸苹果酸/天冬氨酸苹果酸/天冬氨酸草酰乙酸PEP丙酮酸丙酮酸胞液线粒体乙酰CoAGPEP 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶草酰乙酸 丙酮酸羧化酶丙酮酸草酰乙酸（不能跨越 线粒体膜）CO2+ATP+H2OADP+Pi丙酮酸羧化酶丙酮酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸PEPGTPGDP+CO2PEP羧化激酶丙酮酸 磷