代谢引论和糖代谢

关于代谢引论和糖代谢7.1新陈代谢概述

一、新陈代谢概念二、新陈代谢的研究方法第2页,共75页，2024年2月25日，星期天

一、新陈代谢的概念

概念：新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换的过程。两个方面：同化作用(assimilation)和异化作用(dissimilation)。特点：条件温和、反应特异(由酶催化）、有序、高度适应、灵敏调节、代谢途径逐步进行第3页,共75页，2024年2月25日，星期天新陈代谢的概念及内涵

小分子大分子合成代谢（同化作用）需要能量

释放能量分解代谢（异化作用）大分子小分子物质代谢能量代谢新陈代谢信息交换第4页,共75页，2024年2月25日，星期天二、新陈代谢研究方法同位素示踪法酶抑制剂的应用体内试验和体外试验利用遗传缺陷症研究代谢途径第5页,共75页，2024年2月25日，星期天

7.2生物体内的糖类(简介)

一、糖类的生物学作用二、糖的分类1、重要的单糖及衍生物2、重要的寡糖3、重要的多糖三、复合糖第6页,共75页，2024年2月25日，星期天

一、糖类的主要生物学作用

糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，主要的生物学作用如下：

作为生物体的结构成分，如纤维素。

作为生物体内的主要能源物质

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第7页,共75页，2024年2月25日，星期天二、糖的分类（据分子的大小分类):

单糖：在温和条件下不能水解为更小的单位寡糖（双糖）：水解时每个分子产生2-10个单糖残基多糖:能水解成多个单糖分子，属于高分子碳水化合物，分子量可达到数百万。第8页,共75页，2024年2月25日，星期天

糖的分类㈠单糖植物体内的单糖主要是戊糖、己糖、庚糖

戊糖主要有核糖、脱氧核糖（木糖和阿拉伯糖）

己糖主要有葡萄糖、果糖和半乳糖（甘露糖、山梨糖）第9页,共75页，2024年2月25日，星期天

D系醛糖的立体结构D(+)-阿洛糖D(+)-阿卓糖D(+)-葡萄糖D(+)-甘露糖D(+)-古洛糖D(-)-艾杜糖D(+)-半乳糖D(+)-塔洛糖(allose)(altrose)(glucose)(mannose)(gulose)(idose)(galactose)(talose)D(-)-赤鲜糖(erythrose)D(-)-苏阿糖(threose)D(+)-甘油醛(allose)D(-)-核糖(ribose)D(-)-阿拉伯糖(arabinose)D(+)-木糖(xylose)D(-)-来苏糖(lysose)第10页,共75页，2024年2月25日，星期天

D系酮糖的立体结构

D(-)-赤藓酮糖(erythrulose)D(-)-核酮糖(ribulose)D(+)-木酮糖(xylulose)D(+)-阿洛酮糖(psicose,allulose)D(-)-果糖(fructose)D(+)-山梨糖(sorbose)D(-)-塔洛糖(tagalose)二羟丙酮(dihytroasetone)第11页,共75页，2024年2月25日，星期天

吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）

吡喃呋喃-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃果糖-D-呋喃葡萄糖-D-呋喃果糖第12页,共75页，2024年2月25日，星期天

D-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤

转折旋转成环成环-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖第13页,共75页，2024年2月25日，星期天

单糖磷酸酯D-甘油醛-3-磷酸-D-葡萄糖-1-磷酸-D-葡萄糖-6-磷酸-D-果糖-6-磷酸-D-果糖-1，6-二磷酸第14页,共75页，2024年2月25日，星期天

以游离状态存在的双糖有蔗糖、麦芽糖和乳糖。还有以结合形式存在的纤维二糖。蔗糖是由α-D-葡萄糖和β-D-果糖各一分子按α、β（1→2）键型缩合、失水形成的。它是植物体内糖的运输形式。糖的分类㈡双糖12非还原糖第15页,共75页，2024年2月25日，星期天

重要的二糖

蔗糖α（1→2）糖苷键型D-麦芽糖α（1→4）糖苷键型

乳糖β（1→4）糖苷键型

纤维二糖

β（1→4）糖苷键型第16页,共75页，2024年2月25日，星期天

㈢多糖淀粉（starch）糖原(glycogen)

葡聚糖（dextran）（细菌和酵母中葡萄糖的储存形式）纤维素(cellulose)是一种结构多糖，非分支多糖。糖的分类第17页,共75页，2024年2月25日，星期天

是植物体内最重要的贮藏多糖。用热水处理淀粉时，可溶的一部分为“直链淀粉”，另一部分不能溶解的为“支链淀粉”。淀粉糖的分类第18页,共75页，2024年2月25日，星期天直链淀粉中葡萄糖以α-1，4糖苷键缩合而成。每个直链淀粉分子只有一个还原端基和一个非还原端基。遇碘显蓝紫色分子量在10000-50000之间。第19页,共75页，2024年2月25日，星期天支链淀粉中葡萄糖主要以α-1，4糖苷键相连，少数以α-1，6糖苷键相连，所以支链淀粉具有很多分支。遇碘显紫色或紫红色。分子量在50000-100000第20页,共75页，2024年2月25日，星期天

淀粉结构NRERE直链淀粉支链淀粉分支点的结构RENRE分支点支链淀粉示意图直链淀粉的螺旋结构0.8nm1.4nm6个残基第21页,共75页，2024年2月25日，星期天

糖的分类糖原

糖原是动物体内重要的贮藏多糖，相当于植物体内贮存的淀粉，也叫动物淀粉。高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原。其结构与支链淀粉相似。第22页,共75页，2024年2月25日，星期天第23页,共75页，2024年2月25日，星期天糖原遇碘显红色第24页,共75页，2024年2月25日，星期天纤维素片层结构

纤维素一级结构植物细胞壁与纤维素的结构微纤维纤维素链植物细胞中的纤维素微纤维细胞壁第25页,共75页，2024年2月25日，星期天三、糖复合物糖—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)(ComplexCarbohydrates)第26页,共75页，2024年2月25日，星期天第27页,共75页，2024年2月25日，星期天

蔗糖+H2O葡萄糖+果糖

7.3双糖和多糖的酶促降解一、蔗糖的水解蔗糖的水解主要通过两种酶：转化酶蔗糖酶

蔗糖+UDP果糖+UDPG蔗糖合成酶第28页,共75页，2024年2月25日，星期天

淀粉的水解淀粉的磷酸解二、淀粉的降解

主要有两个途径：第29页,共75页，2024年2月25日，星期天㈠

淀粉的水解α-淀粉酶β-淀粉酶R-酶(脱支酶）麦芽糖酶第30页,共75页，2024年2月25日，星期天α-淀粉酶：是一种淀粉内切酶，作用于淀粉分子内部的任意的α-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+α-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。

α-极限糊精是指含α-1，6糖苷键由3个以上葡萄糖基构成的极限糊精。1、α-淀粉酶（α-amylase）第31页,共75页，2024年2月25日，星期天第32页,共75页，2024年2月25日，星期天

β-淀粉酶：是淀粉外切酶，水解α-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。直链淀粉麦芽糖支链淀粉麦芽糖+β-极限糊精

β-极限糊精是指β-淀粉酶作用到离分支点2-3个葡萄糖基为止的剩余部分。2、β-淀粉酶(β-amylase)第33页,共75页，2024年2月25日，星期天第34页,共75页，2024年2月25日，星期天

两种淀粉酶性质的比较

α-淀粉酶不耐酸，pH3时失活耐高温，70

C时15分钟仍保持活性广泛分布于动植物和微生物中。在种子萌发时诱导合成。

-淀粉酶耐酸，pH3时仍保持活性不耐高温，70

C15分钟失活主要存在植物体中存在于休眠种子或大豆种子及块根、块茎等器官中。第35页,共75页，2024年2月25日，星期天

水解α-1，6糖苷键，将α及β-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α-1，4糖苷键的糊精，使之可进一步被α及β-淀粉酶降解。3、R-酶(脱支酶-debranchingenzyme）第36页,共75页，2024年2月25日，星期天

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。4、麦芽糖酶第37页,共75页，2024年2月25日，星期天（二）淀粉的磷酸解磷酸化酶转移酶与脱支酶第38页,共75页，2024年2月25日，星期天

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。直链淀粉G-1-P

支链淀粉G-1-P+磷酸化酶极限糊精磷酸化酶极限糊精：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，即…1、磷酸化酶第39页,共75页，2024年2月25日，星期天(寡聚(1,4→1,4)葡聚糖转移酶)

磷酸化酶、转移酶、脱支酶共同作用将支链淀粉彻底降解为G-1-P。转移酶磷酸化酶G-1-P2、转移酶与脱支酶脱支酶NRE第40页,共75页，2024年2月25日，星期天三、糖原的降解糖原降解主要有糖原磷酸化酶(a活化态、b失活态)、转移酶和脱支酶催化进行。

糖原+Pi糖原+G-1-P

（n残基）（n-1残基）

糖原磷酸化酶磷酸葡萄糖变位酶G-6-P肝脏G+Pi肌肉G-1-P进入糖酵解途径第41页,共75页，2024年2月25日，星期天第42页,共75页，2024年2月25日，星期天7.4糖酵解一、概述二、糖酵解（EMP）三、丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降解途径四、三羧酸循环（TCA）五、磷酸戊糖途径（PPP）六、糖的异生七、乙醛酸循环第43页,共75页，2024年2月25日，星期天光合作用水解第44页,共75页，2024年2月25日，星期天二、糖酵解（glycolysis）

定义：糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。在糖酵解途径的研究中，Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多，故糖酵解途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称ＥＭＰ途径。

细胞定位：在细胞质中进行。第45页,共75页，2024年2月25日，星期天EMP的化学历程

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-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

1，3-二磷酸甘油酸2

3-磷酸甘油酸2

2-磷酸甘油酸2

磷酸烯醇丙酮酸2

丙酮酸第一阶段第二阶段第三阶段葡萄糖葡萄糖的磷酸化磷酸己糖的裂解丙酮酸和ATP的生成EMP的化学历程第46页,共75页，2024年2月25日，星期天第一阶段：葡萄糖的磷酸化

ATPADPATPADP已糖激酶磷酸果糖激酶磷酸已糖异构酶消耗ATP消耗ATP第1步第2步第3步第47页,共75页，2024年2月25日，星期天第48页,共75页，2024年2月25日，星期天细胞定位：在细胞质中进行。第49页,共75页，2024年2月25日，星期天第50页,共75页，2024年2月25日，星期天不可逆反应第51页,共75页，2024年2月25日，星期天第二阶段：磷酸己糖的裂解醛缩酶磷酸丙糖异构酶第4步第5步第52页,共75页，2024年2月25日，星期天第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成

NAD+

NADH+H+

PiADP

ATPH2OMg2+或Mn2+ATPADP丙酮酸PEP丙酮酸激酶3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸变位酶烯醇化酶产生还原力产生ATP产生ATP分子内歧化反应，产生高能磷酸键Mg2+或K+第6步第7步第8步第9步第10步第53页,共75页，2024年2月25日，星期天第54页,共75页，2024年2月25日，星期天第55页,共75页，2024年2月25日，星期天第56页,共75页，2024年2月25日，星期天第57页,共75页，2024年2月25日，星期天糖酵解途径第58页,共75页，2024年2月25日，星期天葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+

2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O第59页,共75页，2024年2月25日，星期天ＥＭＰ途径的特点1、三个不可逆的反应和三个限速酶：①己糖激酶；②磷酸果糖激酶；③丙酮酸激酶。2、糖酵解能量收支平衡总结：

从葡萄糖到丙酮酸最终可净生成多少ATP？答：6个或8个ATP

因为EMP途径净生成：

2ATP

2NADH6ATP

或

4ATP1分子NADH真核生物体内放出2个ATP；原核生物体内放出3个ATP第60页,共75页，2024年2月25日，星期天3、一次脱氢(NADH)和两处底物水平磷酸化：在底物氧化过程中，将底物分子中的高能磷酸基团直接转移给ADP，偶联生成ATP的反应称为底物水平磷酸化第61页,共75页，2024年2月25日，星期天4、三个调控位点及相应调节物6-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

1，3-二磷酸甘油酸2

3-磷酸甘油酸2

2-磷酸甘油酸2

磷酸烯醇丙酮酸2

丙酮酸葡萄糖

磷酸果糖激酶丙酮酸激酶己糖激酶AMPG-6-P

+-F-2,6-BPAMP+-柠檬酸脂肪酸ATP

H+ATPAla乙酰CoAF-1,6-BP-+最重要的限速酶第62页,共75页，2024年2月25日，星期天果糖-2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶的调节PFK2/FBPase2第63页,共75页，2024年2月25日，星期天第64页,共75页，2024年2月25日，星期天第65页,共75页，2024年2月25日，星期天

ＥＭＰ途径生物学意义

★是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径；★通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量；

★形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；

★EMP在糖与非糖物质的相互转变过程中起着重要作用。为糖异生提供基本途径。