生物化学简明教程第四版09糖代谢课件

1、1主要内容： 糖的分解代谢、合成代谢以及糖代谢的调控 29.1 多糖的降解 9.1.1 淀粉酶与淀粉的降解 1. -淀粉酶水解 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。3产物： 糊精、寡糖、少量麦芽糖麦芽糖、极限糊精 产物：-淀粉酶 非还原端还原端极限糊精-淀粉酶 4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

2、粉 麦芽糖 支链淀粉麦芽糖+-极限糊精2、-淀粉酶( - amylase) -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。53、-淀粉酶4、异淀粉酶 转移酶（transferase）又称1, 41, 4葡聚糖转移酶，它主要作用是将连接与分支点上4个葡萄糖基的葡聚三糖转移至同一个分支点的另一个葡聚四糖链的末端，使分支点仅留下一个（16）糖苷键连接的葡萄糖残基。7 脱支酶，即水解（16）糖苷键的酶，再将这个葡萄糖水解下来，使支链淀粉的分支结构变成直链结构，磷酸化酶再进一步将其降解为1-磷酸葡萄糖。由于磷酸化酶、转移酶和脱支酶的协同作用，将

3、糖原（或支链淀粉）彻底降解。 糖原磷酸化酶主要存在于动物肝脏中，通过糖原分解直接补充血糖。 8109.2.1 糖酵解途径 9.2 糖的分解代谢 是将葡萄糖分解成丙酮酸的过程，这是糖分解代谢的最基本的反应途径。11 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磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖(G-6-P) （一）葡萄糖分解成丙酮酸12 6-磷酸葡萄

4、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 (F-6-P)141,6-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

5、油醛 +15 磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖异构酶 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磷酸烯醇式丙酮酸磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase)3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 17 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

6、+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸 在以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。 1,3-二磷酸 甘油酸3-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase) 18 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

7、位酶 (phosphoglycerate mutase)3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 19 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 (PEP)20ADP 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

8、-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 2122二、糖酵解过程的能量衡算 以葡萄糖为起点 无氧情况下: GG-6-P -1ATP F-6-PF-1，6-dip -1ATP 2 1,3-二磷酸甘油酸2甘油酸-3-磷酸 +2ATP 2PEP2Py +2ATP 除2分子ATP外，还生成2分子NADH 净增2ATP24磷酸甘油穿梭系统图25 苹果酸穿梭系统图271、果糖6-磷酸激酶1是最关键的限速酶（1） ATP /AMP比值（2）H+可抑制酶的活

9、性（3）柠檬酸可增加ATP对酶活性的抑制（4）2，6-二磷酸果糖（F-2，6-BP）能削除ATP对酶的抑制效应。2、己糖激酶活性的调控别构酶，其活性受到自身反应产物6-磷酸葡萄糖的抑制。因6-磷酸葡萄糖可转化糖原或戊糖磷酸，因此，它不是关键限速酶。3、丙酮酸激酶（1）1，6-二磷酸果糖是此酶的别构激活剂（2）丙酮酸、ATP和乙酰辅酶A是该酶的别构抑制剂，及游离长链脂肪酸也是该酶抑制剂281、6-磷酸果糖激酶-1 （PFK-1）（1）ATP/AMP的调节（2）柠檬酸调节（3） 2，6二磷酸果糖调节（ F-2,6-BP）F-2,6-BPF-1,6-BP29F-6-PF-2,6-BPATPADP6-

10、磷酸果糖激酶-2（PFK-2）H2OPi二磷酸果糖酶-2(FBPase2)F-2,6-BP是6-磷酸果糖激酶-1 最强的变构激活剂。柠檬酸AMP306-磷酸果糖激酶-2（ PFK-2,激酶活性）胰高血糖素6-磷酸果糖激酶-2(FBPase2,磷酸酶活性)P31四、糖酵解的生理意义 （1）在无氧条件下，通过糖酵解可以获得有限的能量用以维持生命供能 。（2）提供生物合成所需的物质。（3）糖酵解不仅是葡萄糖的降解途径，也是其它一 些单糖的分解代谢途径。（4）为糖的彻底降解作了准备。321、乳酸发酵乳酸脱氢酶五、糖酵解的应用33342、酒精发酵35酒精发酵之初： 即： -磷酸甘油脱氢酶 磷酸二羟丙酮+

11、NADH+H+ -磷酸甘油+NAD+ 磷酯酶 -磷酸甘油+H2O 甘油+PiCNADH +H+-磷酸甘油当有了乙醛作为受氢体，代谢途径的流向就不再朝甘油方向了。将受氢体乙醛除去，则势必造成发酵液中甘油的积累。3、甘油发酵36两种方法（1）亚硫酸盐法: 将亚硫酸氢钠(NaHSO3)加入发酵液中，能与乙醛发生加成反应，生成难溶的结晶状产物CH3CH(OH)(OSO2Na) ，使乙醛不能再作为受氢体，迫使NADH+H+ 用于磷酸二羟丙酮的还原，生成甘油思考题：甘油高产发酵的代谢调控要点是什么？磷酸甘油脱氢酶37（2）碱法甘油发酵: 酵母酒精发酵的发酵液pH值调至碱性，保持在pH7.6以上，则2分子乙

12、醛之间发生歧化反应，1分子被还原成乙醇，1分子被氧化成乙酸。乙醛失去了作为受氢体的作用，NADH+H+ 只好用于还原磷酸二羟丙酮，并生成甘油3822239糖酵解小结1. 糖酵解几乎是生物的公共途径，一分子葡萄糖氧化成两分子丙酮酸，并把能量以ATP和NADH形式贮存。2. 糖酵解过程有10个酶，全部在胞质中。有10个中间产物，都是磷酸化的六碳或三碳化合物。3. 糖酵解的准备阶段，用ATP把葡萄糖转化为1,6-二磷酸果糖，然后C3和C4间的键断裂生成二分子三糖磷酸。4. 在回报阶段，来自葡萄糖的3-磷酸甘油醛在C1上发生氧化，反应能量以一分子NADH和二分子ATP形式贮存。6. 糖酵解受到其他产能

13、途径的调控，以保证ATP的不断供给。己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶都受到变构调控。控制通过这个途径的碳流量，维持代谢中间物的水平不变。5. 总反应式：Glc + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2Pyr + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O409.2.2 丙酮酸的有氧降解（EMP）葡萄糖COOHC=OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰CoA三羧酸循环 NAD+ NADH+H+CO2CoASH 葡萄糖的有氧分解 丙酮酸脱氢酶系411、丙酮酸的脱氢酶系（1）丙酮酸脱氢酶(E1 )（也称丙酮酸脱羧酶）: 辅基TPP，功用： Py 2c单位 脱羧（2）二氢硫辛酰转乙酰基

14、酶(E2) ：硫辛酰胺（硫辛酸）, CoA-SH功用：氧化2C单位，并将2C单位先转到硫辛酰胺上， 再转到CoA上。 （3）二氢硫辛酸脱氢酶(E3)：是一种黄酶，辅基FAD，NAD+功用：Red型硫辛酰胺OX型硫辛酰胺 一、乙酰辅酶A的形成4243442、丙酮酸的脱氢酶系的调控(1)产物抑制 乙酰CoA、 NADH(2)核苷酸反馈调节 E1（GTP抑制，AMP活化）(3)可逆磷酸化作用的共价调节 E1磷酸和去磷酸45二、三羧酸循环 柠檬酸循环 三羧酸循环 Tricarboxylic acid cycle(TCA cycle) Krebs循环 46三羧酸循环总图 47（一）三羧酸循环途径4849

15、50515253545556575859606162三羧酸循环的总反应式 CH3COSCoA3NADFADGDPPi2H2O 2CO23NADH3HFADH2GTPCoASH 63三羧酸循环中有两步反应是不可逆的 （1）Cit的合成 （2）-KGA的氧化脱羧 所以TCA Cycle是单方向进行，不能逆转。 OCH3-C-SCoACoASH（二）三羧酸循环的调节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 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ADPNAD+NADHATP-琥珀酰CoANADH-琥珀酰CoANADHATP-苹果酸草酰乙酸6465（三）三羧循环的

16、化学计量和能量计量 1、总反应式: CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP能量“现金” : 1 GTP 能量“支票”: 3 NADH 1 FADH2兑换率 1：2.57.5ATP兑换率 1：1.51.5ATP1ATP10ATP2、三羧酸循环的能量计量663、葡萄糖完全氧化产生的ATP酵解阶段： 2 ATP 2 1 NADH兑换率 1：2.5 (或1.5)2 ATP2 (2.5ATP或1.5 ATP )三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH22 1 ATP2 7.5 ATP2 1.5 A

17、TP兑换率 1：2.5兑换率 1：1.5丙酮酸氧化：2 1NADH兑换率 1：2.52 2.5ATP总计：32ATP或30 ATP67（四）三羧循环的生物学意义1. 为生物体提供能量，是体内主要产生ATP的途径；2. 循环中的中间物为生物合成提供原料； 如草酰乙酸、a-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。3. 糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽。 CoASH柠檬酸合成酶顺乌头酸酶乙醛酸循环反应历程NAD +NADH苹果酸脱氢酶草酰乙酸 OCH3-CSCoACoASH OCH3-CSCoACOO-CH2CH2COO-琥珀酸异柠檬酸裂解酶苹果酸合成酶 O O

18、H-C-C OH乙醛酸NAD+草酰乙酸9.2.3 乙醛酸循环68 OCH3-C-SCoACoASH乙醛酸循环和三羧酸循环反应历程的 比较柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA草酰乙酸 O OH-C-C OH乙醛酸 OCH3-C-SCoA苹果酸延胡索酸69乙醛酸循环总反应式及其与糖异生的关系草酰乙酸糖异生途径+ 2CoASH+NADH+H+COO-CH2CH2COO-琥珀酸 OCH3-CSCoA+NAD+27071乙醛酸循环的总反应： 2乙酰-CoA+NAD+2H2O琥珀酸+2CoA+NADH+H+ 或2乙酰-CoA+2NAD+FAD草酰乙酸+2CoA+2NADH+FADH2+2H+

19、72乙醛酸循环的生理意义： （1）乙醛酸循环提高了生物体利用乙酰CoA的能力， 只要极少量的草酰乙酸作引物，乙酰CoA就可以 无限制地转变为四碳二羧酸和六碳三羧酸，因此 某些微生物能以乙酸等二碳化合物作唯一的碳源和能源。 （2）乙醛酸循环开辟了一条从脂肪转变成糖的途径。 73柠檬酸发酵顺乌头酸酶失活或活性降低黑曲霉的变异株顺乌头酸酶缺损或活力很低柠檬酸积累1、柠檬酸发酵无铁培养基亚铁氰化钾与Fe+2生产络合物诱变基因工程手段74回补反应能补充用于代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的反应。7576味精发酵生产779.2.4 磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway,

20、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78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-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖-P 6 NADP+ 6 NADPH+6H+ 6 NADP+ 6 NADPH+6H+6CO26H2O磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段NADP+ NADPH+H+ H2O NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖 脱氢酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶79磷酸戊糖途径的

21、非氧化分子重排阶段H2OPi2 5-磷酸核糖2 7-磷酸景天庚酮糖2 4-磷酸赤藓丁糖2 5-磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛2 6-磷酸果糖1， 6-二磷酸果糖1 6-磷酸果糖转醛酶异构酶转酮酶转酮酶醛缩酶6 5-磷酸核酮糖25-磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛阶段之一阶段之二阶段之三2 6-磷酸果糠80磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一（5-磷酸核酮糖异构化）差向异构酶异构酶5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸核酮糖81磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二（基团转移）+24-磷酸赤藓糖+25-磷酸核糖23-磷酸甘油醛转酮酶转醛酶26-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖82基团转移（续前）+24-磷

22、酸赤藓糖+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖转酮酶25-磷酸木酮糖83H2O Pi1,6-二 磷酸果糖23-磷酸甘油醛6-磷酸果糖醛缩酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）异构酶8485戊糖磷酸途径的总反应式： 6 G-6-P+12NADP+7H2O5G-6-P+6CO2+12NADPH+12H+H3PO4 净结果是1分子G-6-P彻底降解放出6CO2，同时还原12分子NADP成12分子NADPH。 86戊糖磷酸途径的生理意义： （1）供能。 （2）产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原剂（力）。如参与脂肪酸和固醇类物质的合成，在红细胞中保证谷

23、胱甘肽的还原状态。（防止膜脂过氧化； 维持血红素中的Fe2+）。（3）该途径的中间产物核糖- 5-P为核酸生物合成的必需原料。 （4）通过转酮及转醛醇基反应使丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖相互转化。（5）赤藓糖-4-P、与甘油醛-3-P合成莽草酸，转化为多酚和芳香族氨基酸。（6） 戊糖磷酸途径与糖酵解和光合作用有密切关系 。87戊糖磷酸途径代谢的调节 戊糖磷酸途径的调节点主要是G-6-P脱氢酶，这是一个不可逆反应，是戊糖磷酸途径中的限速一步。 NADPH是G-6-P脱氢酶的竞争性抑制剂，当NADPH/NADP+的比值大于10时，其抑制作用可达90%。 88 9.2.5 葡糖醛酸途径糖醛酸途径由G

24、-6-P或G-1-P开始，经UDP-葡萄糖醛酸脱掉UDP形成葡萄糖醛酸。糖醛酸途径产生的葡萄糖醛酸可形成许多重要的粘多糖，如硫酸软骨素、透明质酸。89其它糖进入单糖分解的途径半乳糖半乳糖-1-PUDP-半乳糖UDP-葡萄糖葡萄糖-1-磷酸糖原或淀粉葡萄糖葡萄糖-6-磷酸果糖葡萄糖果糖-6-磷酸果糖-1、6-磷酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油甘油3-磷酸甘油醛进入糖酵解甘露糖甘露糖-6-磷酸ATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPNADH+H+NAD+PiUTPPPi909.3 糖的合成代谢单糖基的活化糖核苷酸（UDPG、ADPG、GDPG等）的合成 糖核苷二磷酸在不同

25、聚糖形成时，提供糖基和能量。植物细胞中蔗糖合成时需UDPG，淀粉合成时需ADPG，纤维素合成时需GDPG和UDPG；动物细胞中糖原合成时需UDPG。91UDPG的结构GUDP92糖核苷酸的生成+PPi1-磷酸葡萄糖UTPUDPG939.3.1 糖原的生物合成 糖原生物合成过程与植物支链淀粉合成过程相似，但参与合成的引物、酶、糖基供体等是不相同的。 引物：结合有一个寡糖链的多肽 酶：糖原合成酶，分支酶 糖基供体：UDPG94糖原的合成UUDPG引物（Gn）+糖原(Gn+1)UUDP95在分支酶作用下的糖原分支的形成+分支酶（1）分支酶（2）BAAABBnmmmnn969.3.2 蔗糖的合成 蔗糖

26、合成酶途径 磷酸蔗糖合成酶途径 97 直链淀粉合成 由淀粉合成酶催化，需引物（Gn）,ADPG供糖基，形成1，4糖苷键。 支链淀粉合成 淀粉合成酶:催化形成-1，4糖苷键 Q酶（分支酶）:既能催化-1，4糖苷键的断裂，又能催化-1、6糖苷键的形成9.3.3 淀粉的生物合成98淀粉的分枝结构开始分枝的残基非还原端残基两个葡萄糖单位之间的1，6-糖苷键两个葡萄糖单位之间的1，4-糖苷键99直链淀粉的合成AADPG引物（Gn）+直链淀粉(Gn+1)AADP100在Q酶作用下的支链淀粉的合成+Q酶（1）Q酶（2）BAAABBnmmmnn1011029.3.5 糖的异生作用 非糖物质在肝中转变为葡萄糖，

27、称为称为糖异生作用。 糖酵解途径糖异生作用 糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶103糖异生途径关键反应之一+ H2O+Pi6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖104糖异生途径关键反应之二二磷酸果糖磷酸酯酶+ H2O+ Pi1,6-二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖POH2COHOOHHHH105糖异生途径关键反应之三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CO