自然科学糖代谢

自然科学糖代谢第1页/共91页意义：因NDPG是合成淀粉、纤维素等多糖的活性供糖体，所以该途径的重要意义在于为多糖合成提供糖基。2.蔗糖酶途径：在蔗糖酶催化下，蔗糖水解为葡萄糖和果糖旋光度发生了变化，产物总称为转化糖，蔗糖酶也叫转化酶蔗糖酶+66.5°+52.2°-93°-20.4°蔗糖葡萄糖果糖第2页/共91页（二）麦芽糖：植物体内麦芽糖的主要来源是淀粉的水解，麦芽糖一经生成，就在-葡萄糖苷酶作用下水解为两分子葡萄糖。（三）乳糖：在乳糖酶的催化下乳糖水解为葡萄糖和半乳糖乳糖+H2O葡萄糖+半乳糖乳糖酶-葡萄糖苷酶麦芽糖葡萄糖第3页/共91页(一)淀粉的酶促降解有两种方式：水解和磷酸解

1.水解由淀粉酶催化，有-淀粉酶和--淀粉酶，它们都水解（1→4）苷键，但不能水解（1→6）苷键，其作用机理为麦芽糖麦芽三糖-糊精-淀粉酶-淀粉酶麦芽糖-糊精--淀粉酶作用点与作用方向支链淀粉二、淀粉、糖原的酶促降解第4页/共91页酶温度（70℃）pH（3.3）作用机理（1→4苷键）直链淀粉产物支链淀粉产物－淀粉酶稳定失活随机作用麦芽糖、少量麦芽三糖和葡萄糖麦芽糖、少量麦芽三糖和葡萄糖、-糊精－淀粉酶失活稳定从非还原端开始、两两作用、不越过1-6苷键麦芽糖麦芽糖、极限糊精两种淀粉酶的比较R－酶降解（1→6）苷键，去除分支，也称为脱支酶麦芽糖酶（－葡萄糖苷酶）水解产物中的麦芽糖淀粉时在-淀粉酶、--淀粉酶、R－酶、麦芽糖酶共同作用下，水解为葡萄糖2.磷酸解：由淀粉磷酸化酶催化，该酶从非还原端开始，催化磷酸解（1→4）苷键，其产物为G－1－P。但不能作用（1→6）苷键，也不能跨过分支点，因此作用于支链淀粉时还产生带分支的很大的磷酸化酶极限糊精。分支点由支链淀粉-6-葡聚糖水解酶去除。第5页/共91页淀粉磷酸化酶（非还原端）淀粉（n）淀粉（n-1）G–1–PG-1-PG-1-P磷酸化酶极限糊精支链淀粉-6-葡聚糖水解酶第6页/共91页（二）糖原的酶促降解：磷酸解（糖原磷酸化酶、转移酶、脱支酶）糖原(n)+Pi糖原（n-1）＋G-1-P糖原磷酸化酶Pi糖原磷酸化酶转移酶脱支酶G-1-P第7页/共91页三、细胞壁多糖的降解

1.纤维素2.果胶纤维素纤维二糖葡萄糖纤维素酶纤维二糖酶果胶半乳糖醛酸甲酯半乳糖醛酸+半乳糖醛酸聚半乳糖醛酸酶果胶裂解酶果胶酯酶（解聚）（去酯）裂解产物3.半纤维素半纤维素+H2O半纤维素酶单糖第8页/共91页第二节糖酵解（EMP途径）

一、概念：葡萄糖转变为丙酮酸的过程。产生少量能量，发生于细胞质。糖酵解亦称EMPpathway，以纪念Embden，Mayerholf和Parnas。二、历程：1.准备阶段(葡萄糖-----------3—磷酸---甘油醛)G-1-PG-6-P磷酸葡萄糖变位酶己糖激酶是催化该步反应的主要酶类己糖激酶或葡萄糖激酶葡萄糖G-6-P①第9页/共91页磷酸葡萄糖异构酶G-6-PF-6-P②F-6-PF-1,6-2P磷酸果糖激酶③④F-1,6-2P磷酸二羟丙酮3-磷酸-甘油醛第10页/共91页2.产能阶段3—磷酸甘油醛----丙酮酸磷酸二羟丙酮3—磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶⑤1,3—二磷酸甘油酸3—磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶⑦3—磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢酶1,3—二磷酸甘油酸⑥第11页/共91页3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶⑧2-磷酸甘油酸Mg2+

或Mn2+磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）烯醇化酶⑨烯醇式丙酮酸PEP丙酮酸激酶⑩第12页/共91页烯醇式丙酮酸丙酮酸11反应特点：两个阶段（六碳和三碳阶段），两步需能反应（己糖激酶、磷酸果糖激酶），一步脱氢（磷酸甘油醛脱氢酶）,两步底物水平磷酸化（磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶）、三个限速步骤

(己糖激酶HK,磷酸果糖激酶PFK,丙酮酸激酶PK)第13页/共91页糖酵解中的反应类型：1.磷酸转移G+ATP→G-6-P+ADP2.磷酸移位3-PG←→2-PG3.异构化DHAP←→G-3-P4.脱水2-PG←→PEP5.醇醛断裂F-1,6-2P→DHAP+G-3-P第14页/共91页葡萄糖丙酮酸乳酸乳酸脱氢酶3.生成乳酸乙醇发酵葡萄糖+2Pi+2ADP2乙醇+2CO2+2ATP+H2O乳酸发酵葡萄糖+2Pi+2ADP2乳酸+2ATP+H2O三、丙酮酸去路1.进入三羧酸循环彻底氧化

2.生成乙醇葡萄糖丙酮酸乙醛乙醇丙酮酸脱羧酶醇脱氢酶第15页/共91页葡萄糖G-6-PF-6-PF-1,6-2P3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮21,3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2PEP2烯醇式丙酮酸

2丙酮酸乳酸乙醛乙醇三羧酸循环淀粉、糖原G-1-PATPATP2NADH2ATP2ATP第16页/共91页C6H12O6+2Pi+2ADP→2CH3CHOHCOOH+2ATP总反应葡萄糖开始：糖原开始：[C6H12O6]+3ADP+3Pi→2CH3CHOHCOOH+3ATP四、糖酵解的化学计量及生物学意义第17页/共91页产生ATP数目5或7个2.生物学意义

（1）为代谢提供能量（2）提供中间产物

（3）为彻底氧化准备原料

1.化学计量

葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+

——→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++H2O第18页/共91页

1.限速酶

2.糖酵解途径的调节位点（1）己糖激酶：ADP（－）；ATP、Pi（+）（2）磷酸果糖激酶：是糖酵解中最主要的调节酶，调节方式有三种：能荷调节：高ATP抑制活性，AMP可逆转这种抑制；柠檬酸调节：可通过增加ATP的方式对该酶进行抑制

2，6-二磷酸果糖调节，是该酶有效的别构激活剂（3）丙酮酸激酶：F-1,6-2P（+）;长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP、丙氨酸五、EMPpathway调控第19页/共91页G→→→Pyr→→Acetyl-CoA→→→CO2+H2OLac（——————）酵解CytosolMitochondria

（—————————————————————）

有氧分解A.Szent-Gyorgyi鸽胸肌KrebsTCA第三节三羧酸循环(TCA途径---糖的有氧氧化）

概念乙酰CoA彻底氧化分解并释放能量的过程。发生于线粒体内第20页/共91页TCA的总反应式CH3COSCoA+2H2O+3NAD++FAD+ADP+Pi2CO2+3NADH+3H++FADH2+CoASH+ATPC6H12O6+6H2O+10NAD++2FAD+4ADP+4Pi6CO2+10NADH+10H++2FADH2+4ATPG→CO2+H2O产生ATP38个（肌肉、神经组织中36个）第21页/共91页糖的有氧氧化的三个阶段：

糖酵解途径：葡萄糖丙酮酸丙酮酸由胞液进入线粒体，转变成乙酰辅酶A

三羧酸循环和氧化磷酸化第22页/共91页O2O2O2H2OH++eCO2乙酰CoA丙酮酸丙酮酸6-磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖线粒体胞液（第一阶段）（第二、三阶段）第23页/共91页

三羧酸循环发现的大事记1911-1920T.Thunberg等

肌肉组织可氧化柠檬酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸等。

1935Albert,Szent4C的二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、

-Gyorgyi苹果酸和草酰乙酸等)能促进肌氧耗量;并确立琥珀酸经延胡索酸和苹果酸转变成草酰乙酸。

Wagner-Janregy等异柠檬酸是柠檬酸的氧化产物。1936Green等猪心肌中获得苹果酸脱氢酶。1937Martius,F.Knoop等证明柠檬酸经顺乌头酸异构化为异柠檬酸，并进一步氧化成-酮戊二酸。1937HansKrebs

证明柠檬酸来自乙酰CoA和草酰乙酸的缩合。第24页/共91页一、丙酮酸氧化脱羧（发生于线粒体内）丙酮酸脱氢酶复合体

E1：丙酮酸脱羧酶（TPP）

E2：硫辛酸转乙酰酶（硫辛酸）

E3：二氢硫辛酸脱氢酶（FAD、NAD+）E3E1第25页/共91页ONNNNNH2-HH-OHHH

OO-P-O-P-O-H2C

-O-OCH3CO-CH-C-CH2OOHCH3

CH2-NH-CH2CONHCH2CH2S~

乙酰辅酶A的结构

O-O-P-O--OC-CH3O高能硫酯键第26页/共91页大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体的组成

缩写肽链数辅基催化反应丙酮酸脱氢（羧）酶E124TPP丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酸乙E224硫辛酰胺将乙酰基转移到CoA

酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶E312FAD将还原型硫辛酰胺转变为氧化型第27页/共91页丙酮酸氧化脱羧的调控由丙酮酸到乙酰CoA是一个重要步骤，处于代谢途径的分支点，所以此体系受到严密的调节控制：1、产物抑制：乙酰CoA抑制乙酰转移酶E2组分，NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效应被CoA和NAD+逆转。2、核苷酸反馈调节：丙酮酸脱氢酶E1受GTP抑制，被AMP活化。3、砷化物与E2中的辅基硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。4、可逆磷酸化作用的调节：丙酮酸脱氢酶E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。5、Ca2+激活：Ca2+通过激活磷酸酶的作用，使丙酮酸脱氢酶活化。第28页/共91页二、三羧酸循环概念：丙酮酸氧化脱羧生成的乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程，因为在循环的一系列反应中，关键的化合物是柠檬酸，所以称为柠檬酸循环，又因为它有三个羧基，所以又称为三羧酸循环（Tricarboxylicacidcycle），简称TCA循环。为了纪念德国科学家HansKrebs在阐明柠檬酸循环所做出的突出贡献，这一循环又称为Krebs循环。第29页/共91页C2C6C4C4C5NADH+H+CO2NADH+H+CO2GTPFADH2NADH+H+三羧酸循环的概况第30页/共91页

1.反应历程柠檬酸合成酶乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸酶顺乌头酸酶柠檬酸异柠檬酸单向不可逆,可调控的限速步骤氟乙酰CoA形成氟柠檬酸，引起致死性合成反应，常作为杀虫药第31页/共91页异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸草酰琥珀酸-酮戊二酸TCA中第一次氧化作用、脱羧过程异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶三羧酸到二羧酸的转变第32页/共91页—酮戊二酸脱氢酶系—酮戊二酸琥珀酰CoATCA中第二次氧化作用、脱羧过程α-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似α-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+第33页/共91页琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酰CoA合成酶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（哺乳动物）+ADPGDP+ATP(植物和微生物中)第34页/共91页琥珀酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶TCA中第三次氧化的步骤丙二酸为该酶的竞争性抑制剂开始四碳酸之间的转变第35页/共91页延胡索酸延胡索酸酶苹果酸第36页/共91页草酰乙酸苹果酸苹果酸脱氢酶乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+CoATCA中第四次氧化的步骤，最后一步。总反应式:第37页/共91页1、乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C原子进入循环。在以后的两步脱羧反应中，有两个C原子以CO2的形式离开循环，相当于乙酰CoA的2个C原子形成CO2。2、在循环中有4对H原子通过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原NAD+生成3个NADH+H+,1对用以还原FAD,生成1个FADH2。3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP或1ATP。4、循环中消耗两分子水。5、单向进行6、整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。

2.反应特点（循环经四次氧化，二次脱羧）第38页/共91页柠檬酸结构第39页/共91页第40页/共91页NADHNADHNADHNADHGTPFADH2CO2CO2CO2三羧酸循环第41页/共91页

α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸琥珀酰CoA卟啉环上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为回补反应(anapleroticreaction)。

3.三羧酸循环的回补反应三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它的中间产物也是生物合成的前体，如第42页/共91页

草酰乙酸的回补反应（1）丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应)丙酮酸羧化酶丙酮酸草酰乙酸第43页/共91页草酰乙酸或循环中任何一种中间产物不足TCA循环速度降低乙酰-CoA浓度增加高水平的乙酰CoA激活丙酮酸羧化酶产生更多的草酰乙酸在线粒体内进行第44页/共91页（2）磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（在植物、酵母、细菌）第45页/共91页（3）苹果酸脱氢天冬氨酸草酰乙酸转氨酶（4）天冬氨酸转化草酰乙酸苹果酸苹果酸脱氢酶第46页/共91页三、三羧酸循环反应中ATP的形成途径步骤能量物质底物水平磷酸化氧化磷酸化产生ATP数小计丙酮酸氧化丙酮酸→乙酰CoANADH√2.5×12.5三羧酸循环异柠檬酸→草酰琥珀酸NADH√2.5×110-酮戊二酸→琥珀酰CoANADH√2.5×1琥珀酰CoA→琥珀酸GTP√1琥珀酸→延胡索酸FADH2√1.5×1苹果酸→草酰乙酸NADH√2.5×11mol葡萄糖彻底氧化产生ATP的个数葡萄糖－－－丙酮酸阶段净得７或者５个ATP丙酮酸－－－二氧化碳＋水净得25ATP(2X12.5)其中G------------1,6-二磷酸－G

--2

3—磷酸—甘油醛---------丙酮酸2X2.5或(2X1.5)+2X2

+9(7)第47页/共91页1.

丙酮酸脱氢酶系调控：反馈抑制：乙酰CoA（硫辛酸转乙酰基酶）、NADH（二氢硫辛酸脱氢酶）；抑制效应可被CoA、NAD逆转。

四、糖有氧氧化的调控受丙酮酸脱氢酶系、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶等多种酶活性的调控。第48页/共91页

能荷调节：GTP（-），AMP（+）,主要是丙酮酸脱羧酶

共价修饰调节：丙酮酸脱羧酶的丝氨酸可磷酸化失去活性，脱磷酸后恢复活性。

2.三羧酸循环的调节：柠檬酸合成酶：ATP是别构抑制剂，可增大酶对乙酰CoA的米氏常数

异柠檬酸脱氢酶：ADP是别构激活剂，NADH是抑制剂

－酮戊二酸脱氢酶：调节方式与丙酮酸脱氢酶相似。

第49页/共91页五、三羧酸循环的生理意义①大量供能，是生物利用糖或其他物质氧化而获得能量的最有效方式。②糖、脂、蛋白质转化的枢纽是三大有机物质（糖类、脂类、蛋白质）转化的枢纽。③物质彻底氧化的主要途径，④供出中间产物提供多种化合物的碳骨架。第50页/共91页糖原脂肪蛋白质葡萄糖脂肪酸甘油氨基酸乙酰CoAⅠⅡⅢTCA营养物分解代谢的三个阶段CoAeH+1/22+2ADPATPPi

O2H2O第51页/共91页葡萄糖+2ADP+2Pi—→2乳酸（2乙醇+2CO2

）+2ATP六、糖的无氧氧化与有氧氧化的比较

1.糖的无氧氧化能量利用率：葡萄糖彻底氧化-2870.22kJ/mol，利用60.1kJ/mol(30.5×2)利用率2.1%第52页/共91页2.糖的有氧氧化葡萄糖+10NAD++2ADP+2GDP+4Pi+2FAD—————→6CO2+6H2O+10NADH+10H++2ATP+2GTP+2FADH2葡萄糖糖酵解三羧酸循环丙酮酸乙酰CoA丙酮酸脱氢酶系2ATP2NADH2NADH2GTP6NADH2FADH26~8ATP6ATP24ATP36~38ATP能量利用率：葡萄糖彻底氧化-2870.22kJ/mol，38个ATP贮存1159.0kJ/mol(30.5×38)。能量利用率40.4%第53页/共91页掌握糖有氧氧化的概念、反应的亚细胞部位、反应过程、ATP生成、生理意义；了解糖有氧氧化的调节。.糖的有氧氧化小结第54页/共91页第四节磷酸戊糖途径（HMP途径）

磷酸葡萄糖氧化的支路，发生与细胞质一、反应历程

1.氧化阶段G-6-P脱氢酶内酯酶G-6-P6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶5-磷酸核酮糖第55页/共91页5-磷酸核糖5-磷酸木酮糖7-磷酸景天庚酮糖3-磷酸甘油醛转酮酶5-磷酸核糖5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖差向酶异构酶2.非氧化阶段第56页/共91页7-磷酸景天庚酮糖3-磷酸甘油醛4-磷酸赤藓糖6-磷酸果糖转醛酶5-磷酸木酮糖4-磷酸赤藓糖3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖转酮酶6-磷酸果糖→6-磷酸葡萄糖23-磷酸甘油醛→6-磷酸葡萄糖第57页/共91页磷酸戊糖途径概括第58页/共91页二、反应特点①G-6-P直接脱氢脱羧，②NADP为氢受体，③中间经过3～7碳糖的转化

第59页/共91页三、化学计量与生物学意义

1.化学计量：

6G-6-P+12NADP++7H2O→5G-6-P+6CO2+12NADPH+12H++Pi

生成12个NADPH，相当于36个ATP2.生物学意义：①供出还原力，②供出中间产物特别是核糖－5－P，③必要时供能

四、调控

6-磷酸葡萄糖脱氢酶是调节酶，其活性受NADP+/NADPH的调节第60页/共91页磷酸葡萄糖氧化支路在肝脏中的代谢途径第61页/共91页第五节糖类的合成一、单糖的合成（一）光合作用（二）糖异生作用

概念：非糖物质（包括丙酮酸，甘油，成糖氨基酸等）合成糖的过程。两个阶段，第一阶段为非糖物质转化为糖酵解的中间产物，第二阶段为糖酵解的中间产物逆着EMP途径生成葡萄糖。糖酵解的逆反应中有3个不可逆反应.

第62页/共91页丙酮酸羧化酶丙酮酸草酰乙酸

（1）丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸

1.糖异生反应阶段第63页/共91页磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶丙酮酸→草酰乙酸苹果酸苹果酸草酰乙酸→PEP

线粒体内膜细胞质丙酮酸羧化酶是异生的调节酶,也是线粒体酶.乙酰CoA可激活其活性.第64页/共91页PEPADPATPPyr丙酮酸羧化酶CO2ATPADP+PiOAAGTPGDP+CO2磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶丙酮酸羧化支路第65页/共91页（2）F-1,6-2P生成F-6-PF-1,6-2P+H2OF-6-P+Pi果糖二磷酸酶（3）G-6-P生成葡萄糖G-6-P+H2O葡萄糖+Pi6-磷酸葡萄糖酶果糖二磷酸酶是异生的限速酶第66页/共91页葡萄糖G-6-PF-6-PF-1,6-2P3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮21,3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2PEP2丙酮酸2NADH2ATP糖异生过程第67页/共91页糖异生并非酵解的逆行第68页/共91页

氨基酸糖异生第69页/共91页第70页/共91页乳酸再利用第71页/共91页糖异生作用的生理意义补充糖供应的不足,维持血糖水平的恒定,保障脑,红细胞等组织的正常功能消除骨骼肌中乳酸的积累,并使其得到充分的利用,防止酸中毒.糖异生的生理意义与糖酵解的协同调节--------通过三个不可逆部位酶的调节实现第72页/共91页（三）乙醛酸循环第73页/共91页植物：乙醛酸循环第74页/共91页乙醛酸循环的意义第75页/共91页1.核苷二磷酸单糖（核苷酸糖）双糖及多糖合成的活化的糖基供体（1）结构：常见有UDPG、CDPG、ADPG、GDPG，统称为NDPG。～（2）合成G-6-PG-1-P磷酸葡萄糖变位酶G-1-P+UTPUDPG+PPiUDPG焦磷酸化酶PPi+H2O2Pi焦磷酸酶二、蔗糖及多糖的生物合成第76页/共91页GG-6-PF-6-PFUDPG蔗糖合成酶蔗糖+UDP

（1）PiUDPGUDP磷酸蔗糖磷酸蔗糖合成酶Pi蔗糖（2）（1）平衡常数K1=8（pH7.4）（2）平衡常数K2=3250（pH7.5）或K2=53（pH5.5）第77页/共91页G-1-P+UTP←→UDPG+PPiPPi+H2O→2Pi第78页/共91页

２、.淀粉的生物合成（1）淀粉磷酸化酶途径

nG-1-P+引物←——→淀粉+nPi

（2）淀粉合成酶途径

直链淀粉的合成：葡萄糖基供体为ADPG、UDPG，但是酶对ADPG的亲和力要比对UDPG大得多，因此ADPG是主要的糖基供体。ADPG+引物(n)

————————→ADP+引物(n+1)淀粉合成酶第79页/共91页GATPADPG-6-PG-1-P(A)UTPPPi(A)UDPG焦磷酸化酶n(A)UDPG引物(G)mm≥2(A)UDPG转糖苷酶n(A)UDP（α-1,4-G）n+mQ酶