生物化学视频专辑课件糖代谢

1、生物化学Biochemistry南文滨 讲师生命科学技术学院 医用生物学教研室 2第二章 糖代谢(Carbohydrates Metabolism)第一节 糖的消化第二节 糖的分解代谢第三节 糖元的合成与分解第四节 血糖水平的调节3第一节 糖的消化（一）消化的概念广义指食物在消化道内进行分解的过程。从生化研究角度是指结构复杂的大分子物质（如淀粉、脂肪、蛋白质）在消化道内经过一系列酶促反应，分解为可吸收的小分子物质的过程。4淀粉唾液中的-淀粉酶胰液中的-淀粉酶麦芽糖麦芽三糖异麦芽糖临界糊精-葡萄糖苷酶-临界糊精酶葡萄糖乳糖蔗糖口腔小肠肠粘膜上皮细胞刷状缘半乳糖葡萄糖果糖葡萄糖5乳糖不耐症:一些成

2、年人由于缺乏乳糖酶导致在饮用牛奶后，牛奶中的乳糖不能被水解而在肠中积聚，经细菌作用后产生H2、CH4和乳酸等，引起腹胀、腹泻等症状。the big bang Leonard6SGLT:Na+依赖性葡萄糖转运蛋白吸收途径7糖脂肪蛋白质葡萄糖脂肪酸甘油氨基酸乙酰辅酶ACO22HH2O呼吸链三羧酸循环三羧酸循环丙酮酸8糖代谢的概况（葡萄糖的来源与去路）第二节 糖的分解代谢9糖的分解代谢糖酵解糖的有氧氧化磷酸戊糖途径10糖的分解代谢 葡萄糖酵解丙酮酸OX乙酰CoA三羧酸循环CO2+H2O无氧分解 （有氧、无氧）有氧分解 （有氧） 分解代谢注意的几个问题场所酶（关键酶）及影响因素原料反应产物CO2,H2

3、O,ATP的数目（脱几次氢，递氢体）有无底物水平磷酸化此反应的意义11一. 糖酵解 (glycolysis) （一）定义 葡萄糖在无氧的条件下分解生成乳酸和ATP的过程称为糖的无氧分解。由于此过程与酵母菌生醇发酵的过程基本相似，故又称为糖酵解。12反应部位 胞液，可以发生在各种组织细胞。反应过程关键酶（限速酶） 己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶13 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖糖原6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮1,3-二磷酸甘油酸2磷酸烯醇式丙酮酸2烯醇式丙酮酸2丙酮酸2乳酸2(胞液)己糖激酶磷酸果糖激酶3-磷酸甘油酸2 2-磷酸甘油酸22ADP 2AT

4、P丙酮酸激酶NAD+NADH+H+NADH+H+ADPATPADPATP脱氢酶2ATP2ADP糖酵解NADH+H+NAD+14（二）糖酵解过程第一阶段：由葡萄糖分解形成丙酮酸，称为酵解途径 (glycolysis pathway) 。第二阶段：在缺氧状态下，丙酮酸还原为乳酸。1葡萄糖2丙酮酸2乳酸15 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖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

5、醇式丙酮酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 1.葡萄糖分解成丙酮酸16 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖 己糖异构酶 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6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 G-6-P ATP ATP NADH+H+17 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶-1GluG-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

6、磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖F-1,6-2PATP ATP NADH+H+181,6-双磷酸果糖 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 +ATP ATP NADH+H+19 磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖异构酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2P

7、ATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸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 磷酸二羟丙酮 ATP ATP NADH+H+20 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 1,3-二磷酸甘油酸 ATP ATP NADH+H

8、+1,3-二磷酸甘油酸21 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸 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 底物分子内部能量重新分布，释放高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化。 1,3-二磷酸 甘油酸3-磷酸甘油酸 ATP ATP NADH+H+1,3-二磷酸甘油酸22 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-1,6-2PATPA

9、DPATPADP1,3-二磷酸甘油酸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-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 ATP ATP NADH+H+2-磷酸甘油酸23 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-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸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2-磷酸甘油酸 + H2O磷酸烯醇式丙酮酸ATP ATP 2-磷酸甘油酸NADH+H+2

10、4ADP 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 磷酸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 丙酮酸 丙酮酸NADH+H+2. 丙酮酸转变成乳酸25丙酮酸 乳酸 反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。乳酸脱氢酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 26E1:己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖

11、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+ 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27G G-6-P ATP ADP 己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶-1 ADP ATP PEP 丙酮酸 丙酮酸激酶 产能的方式和数量方式：底

12、物水平磷酸化净生成ATP数量：从G开始 22-2= 2ATP 终产物乳酸的去路释放入血，进入肝脏再进一步代谢。分解利用 乳酸循环（糖异生）28(二)糖酵解的调节29关键酶 己糖激酶 6-磷酸果糖激酶-1 （最关键） 丙酮酸激酶 调节方式 别构调节 共价修饰调节 30糖酵解的调节己糖激酶:催化葡萄糖进入酵解途径，肌肉中中的己糖激酶受6磷酸葡萄糖的别构抑制。磷酸果糖激酶1：ATP/AMP、柠檬酸、H+ 磷酸果糖激酶2丙酮酸激酶：受高浓度ATP别构抑制， 乙酰辅酶A和长链脂肪酸的抑制 1,6-二磷酸果糖。 （三）糖酵解的生理意义311. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。2. 是某些细胞在氧供应

13、正常情况下的重要供能途径。 无线粒体的细胞，如：红细胞 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞二. 糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate 葡萄糖或糖原在有氧条件下通过与糖酵解相同的途径分解为丙酮酸，进而彻底氧化成二氧化碳和水，并产生大量ATP的过程称为糖的有氧氧化。32反应部位 胞液和线粒体(一)有氧氧化的反应过程 33 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 G第四阶段：氧化磷酸化 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP TAC循环 胞液 线粒体 341.丙酮酸的氧化脱羧此反应在

14、线粒体内进行,是介于酵解途径和三羧酸循环之间的桥梁。35丙酮酸脱氢酶复合体的组成 酶E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+ 辅 酶 TPP 硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+SSL36丙酮酸脱氢酶37丙酮酸脱氢酶系38丙酮酸脱氢酶系39乙酰CoA 柠檬酸异柠檬酸-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸Citric acid cycle1.柠檬酸的生成40412.异柠檬酸的生成顺乌头酸水合酶催化柠檬酸与异柠檬酸的可逆互变。423.a-酮戊二酸的生成第一次氧化脱羧反应。434.a-酮戊二酸脱羧生成琥珀酰辅酶A第二次氧化脱羧反应。4

15、4a-酮戊二酸脱氢酶复合体由三种酶组成： a-酮戊二酸脱氢酶、二氢硫辛酰胺转琥珀酸酶和二氢硫辛酰胺脱氢酶。-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似 -酮戊二酸脱氢酶 E1 琥珀酰转移酶 E2 二氢硫辛酸脱氢酶 E3 TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+、Mg2+a-酮戊二酸脱氢酶复合体455.琥珀酸的生成 TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤 GTP+ADP GDP+ATP466.延胡索酸的生成此酶含有铁硫中心和共价结合的FAD。丙二酸为该酶的竞争性抑制剂COOHCH2COOH477.苹果酸的生成488.苹果酸氧化为草酰乙酸49关键酶有：柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶

16、复合体 异柠檬酸脱氢酶5051三羧酸循环的总结CH3COSCoA3NADFADGDPPi2H2O 2CO23NADH3HFADH2GTPCoASH 四次氧化反应二次氧化脱羧反应一次底物磷酸化反应523NADH 1FADH21GTP3X3ATP+1X2ATP+1ATP=12ATP+三羧酸循环的总结（二）三羧酸循环的生理意义 是三大营养物质氧化分解的共同途径；是三大营养物质代谢联系的枢纽；为其它物质代谢提供小分子前体；为呼吸链提供H+ + e。5354 葡萄糖有氧氧化生成的ATP 5556丙酮酸ATP NADH 乙酰CoAATP NADHATP、NADHCa2NADH、琥珀酰CoA（三） TCA循

17、环调节ADPCa2Ca257丙酮酸脱氢酶复合体的别构调节和化学调节产物ATP 、 NADH 和乙酰CoA对该酶有极强的抑制作用， AMP、NAD 和CoA堆积时别构激活。丙酮酸脱氢酶有两个亚基，其中一个亚基上特定的丝氨酸残基磷酸化后，抑制酶活性；去磷酸化则恢复活性。58柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶复合体的调节。NADH是异柠檬酸和-酮戊二酸的产物，当NADH/NAD增大，这两种脱氢酶活性受抑制。琥珀酸辅酶A抑制-酮戊二酸脱氢酶，柠檬酸抑制柠檬酸合酶；ATP抑制柠檬酸合酶与异柠檬酸脱氢酶.Ca2+是收缩和放大ATP供应的讯号。59（四） 糖有氧氧化的生理意义1.体内产生CO2和能

18、量的主要途径。2.物质氧化分解的共同途径。3.联系三大物质代谢的枢纽作用。（五）线粒体外NADH的穿梭 胞液中的3-磷酸甘油醛或乳酸脱氢，均可产生NADH。这些NADH可经穿梭系统而进入线粒体氧化磷酸化，产生H2O和ATP。A，磷酸甘油穿梭系统：NADH通过此穿梭系统带一对氢原子进入线粒体，只产生2分子ATP。 B，苹果酸穿梭系统：NADH+H+的一对氢原子经此穿梭系统带入一对氢原子可生成3分子ATP。 60611、磷酸甘油穿梭（P/O=2或1.5）NAD+NADH+H+P-甘油P-二羟 丙酮P-甘油P-二羟丙酮3-P甘油脱氢酶 （胞液）FAD FADH23-P甘油脱氢酶 （内膜）CoQFe-

19、SFP1 cytb胞液外膜膜间空间内膜这种机制主要存在与脑及骨骼肌中622、苹果酸-天冬氨酸穿梭（P/O=3或2.5）苹果酸草酰乙酸NAD+NADH+H+苹果酸草酰乙酸NAD+NADH+H+天冬氨酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸 谷氨酸-酮戊二酸1243胞液膜间空间外膜内膜基质1、胞液的苹果酸脱氢酶 2、线粒体基质的苹果酸脱氢酶3、胞液的天冬氨酸转氨酶 4、线粒体基质的天冬氨酸转氨酶、苹果酸-酮戊二酸反向交换载体 天冬氨酸-谷氨酸反向交换载体1动物心脏及肝脏胞质溶胶内NADH利用此穿梭磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pathway* 概念磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADP

20、H+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。* 细胞定位：胞 液 第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2一、磷酸戊糖途径的反应过程* 反应过程可分为二个阶段 第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。 磷酸戊糖途径第一阶段 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-磷酸葡萄糖(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸(C6)3 5-磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷酸核糖 C53NADP+ 3NADP+3H+

21、 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 3NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 CO26-磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖 NADPH+H+ NADP+ H2O NADP+ CO2 NADPH+H+ 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 HCOHCH2OH CO 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸内酯 1. 磷酸戊糖生成 5-磷酸核糖 催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。G-6-P 5-磷酸核糖 NADP+ NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+ CO2 每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路。2. 基团转移反应 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