第6章-生物化学课件糖类代谢.ppt

1、第六章 糖与糖类代谢,新陈代谢的概念回顾,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,光合作用（叶）,呼吸作用,第一节 糖,糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物； 糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖； 在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。,重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃半乳糖,1.单糖的结构,-D-吡喃甘露糖,-D-呋喃果糖,蔗糖,2.寡糖（二糖）,葡萄糖-（14）半乳糖苷,乳 糖,麦芽糖,(1).淀粉（分

2、为直链淀粉和支链淀粉） 直链淀粉分子量约1万-200万，250-260个葡萄糖分子，以（14）糖苷键聚合而成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。 支链淀粉中除了（14）糖苷键构成糖链以外，在支点处存在（16）糖苷键，分子量较高。遇碘显紫红色。,3. 多糖,(2).纤维素 由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成 的直链，不溶于水。 (3).几丁质（壳多糖） N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷键缩合而成的线性均一多糖。 (4).杂多糖 糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等） 透明质酸 硫酸软骨素 硫酸皮肤素 硫酸角质素 肝素 一种抗凝剂,（123） 是同多糖 （4）是杂多糖,D/L标记法,糖以距羰基最远的*C为准

3、氨基酸以距羰基最近的*C为准,D系醛糖的立体结构,D(+)-阿洛糖,D(+)-阿桌糖,D(+)-葡萄糖,D(+)-甘露糖,D(+)-古洛糖,D(-)-艾杜糖,D(+)-半乳糖,D(+)-塔罗糖,(allose),(altrose),(glucose),(mannose),(gulose),(idose),(galactose),(talose),D(-)-赤鲜糖,(erythrose),D(-)-苏糖,(threose),D(+)-甘油醛,(allose),D(-)-核糖,(ribose),D(-)-阿拉伯糖,(arabinose),D(+)-木糖,(xylose),D(-)-米苏糖,(lys

4、ose),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,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,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,单糖化学性质（P131）,1、还原性 本尼迪特试剂的Cu2+还原为Cu+ 即Cu2O呈黄色或红色 2、苯肼反应 与苯肼生成苯腙或苯脎 3、形成糖苷 （糖苷定义， 、 ） 4、单糖脱水,常见的寡糖

5、,蔗糖,D-麦芽糖（ -型）,乳糖（ -型 ）,纤维二糖（ -型）,环糊精结构,-环糊精分子结构,环糊精分子的空间填充模型,内部疏水,双糖的酶促降解,多糖,多糖是多个单糖以糖苷键相连而形成的高聚物 来源分类 植物 、动物 、微生物多糖 淀粉 相关酶 （内）、 （外） 、去分支酶,直链淀粉 -1，4-糖苷键 ，水溶性差,支链淀粉 -1，4-糖苷键 -1，6-糖苷键,糖原,又叫动物淀粉 肝糖原 （维持血糖平衡） 肌糖原,淀粉多一个分支，就有一个非还原端生成，而非还原端是接受葡萄糖的位置。糖原分子中可以有多个非还原端，但只有一个还原端,淀粉和糖原结构,支链淀粉或糖原分支点的结构,纤维素、壳多糖, -

6、1，4-糖苷键 纤维素功能,纤维素片层结构,纤维素一级结构,壳多糖 昆虫 甲壳虫,糖复合物,糖肽链,糖核酸,糖脂质,(Complex Carbohydrates),细胞膜表面的糖链,蛋白聚糖,糖脂,糖蛋白,细胞膜,多糖的酶促降解,1、糖原的分解 糖原的结构及其连接方式,磷酸化酶（催化1.4-糖苷键断裂） 三种酶协同作用： 转移酶（催化寡聚葡萄糖片段 P136 去分支酶（催化1.6-糖苷键断裂）, 糖原的磷酸解,2、淀粉的分解, 淀粉的酶促水解解 淀粉酶：在淀粉分子内部任意水解-1.4糖苷键。（内切酶） 淀粉酶:从非还原端开始，水解.4糖苷键，依次水解下一个麦芽糖单位（外切酶） 去分支酶:水解淀

7、粉酶和淀粉酶作用后留下的极限糊精中的1.6 糖苷键。,第二节 糖的分解代谢,一、生物体内单糖的主要分解代谢途径及细胞定位 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/HMP） 六、其它糖进入单糖分解的途径,动物细胞,植物细胞,丙酮酸氧化三羧酸循环,磷酸戊糖途径糖酵解,一、葡萄糖的主要分解代谢途径,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乙醇,乙酰 CoA,6-磷酸葡萄糖,磷酸戊糖途径,糖酵解,（有氧）,（无氧）,（有氧或无氧）,二、 糖酵解（glycolysis）,1、化学历程和催化酶类 2、 化学计量和生物学意义 3、 糖酵解的调控,糖酵

8、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。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称途径。,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,21，3-二磷酸甘油酸,23-磷酸甘油酸,22-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、四阶段,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,P139 也可以分为是四个阶段10步,第一阶段：葡萄糖的磷酸化,葡萄糖激酶,磷酸果糖激酶,异构酶,第二阶段： 磷酸己糖的

9、裂解,醛缩酶,异构酶,第三阶段：3-磷酸甘油酸和第一个ATP生成,Mg或Mn,丙酮酸,PEP,丙酮酸激酶,脱氢酶,激酶,变位酶,烯醇化酶,第四阶段 丙酮酸和ATP的生成,途径化学计量和生物学意义,总反应式: C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3 +2NADH +2H+2ATP+2H2O,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； 为糖异生提供基本途径。,三、丙酮酸的去路,（有氧）,（无氧）,丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解,葡萄糖,EMP,丙酮酸的有氧氧

10、化及葡萄糖的有氧分解,（EPM）,葡萄糖,丙酮酸脱氢酶系,影响酵解的调控位点及相应调节物,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,21，3-二磷酸甘油酸,23-磷酸甘油酸,22-磷酸甘油酸,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,葡萄糖,a,b,c,调控位点 激活剂 抑制剂 a 己糖激酶 ATP G-6-P ADP b 磷酸果糖 ADP ATP 激酶 AMP 柠檬酸 （限速酶） 果糖-2,6-二磷酸 NADH c 丙酮酸激酶 果糖-1,6-二磷酸 ATP Ala,规律：主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度，被调节的酶多

11、数为催化反应历程中不可逆反应的酶，通过酶的变构效应实现活性的调节，另外还有巴斯德效应（P146看书）,四、三羧酸循环（TCA 循环）（柠檬酸循环）,1、三羧酸循环的化学历程 2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量 3、 三羧循环的生物学意义 4、 草酰乙酸的回补反应 5、三羧酸循环的调控,既是分解代谢途径，也是合成代谢途径,从丙酮酸氧化两个阶段 1.氧化为乙酰CoA 2.乙酰CoA的乙酰基进入三羧酸循环彻底氧化 三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢枢纽。过程中形成的中间产物，又是物质合成的起点,丙酮酸氧化脱羧,基本反应： 糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒体内室。在丙酮酸脱氢酶系的

12、催化下，生成乙酰辅酶A。,丙酮酸脱氢酶系,NAD+ +H+,丙酮酸脱羧酶,FAD,硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,CO2,乙酰硫辛酸,二氢硫辛酸,NAD+ +H+,TPP,硫辛酸,CoASH,NAD+,硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用,+2H,-2H,化学反应历程,柠檬酸合酶,H O,2,1,2,CH,C,O,+,草酰乙酸,柠檬酸,乙酰辅酶A,顺乌头酸酶,2,顺乌头酸,异柠檬酸,2,异柠檬酸,异柠檬酸脱氢酶,草酰琥珀酸,3,草酰琥珀酸,CO2,3,异柠檬酸脱氢酶,CO2,CoA-SH,+,+,琥珀酰CoA,4,琥珀酰CoA,GDP,GTP,+,Pi,琥珀酸,琥珀酸硫激酶,+,CoA-SH,

13、5,FAD,FADH,2,琥珀酸,琥珀酸脱氢酶,6,延胡索酸,延胡索酸酶,+,H2O,苹果酸,7,NAD,NADH+H,琥珀酸脱氢酶,+,苹果酸,8,O=C,CH,COOH,COOH,2,草酰乙酸,CoA-SH,柠檬酸,CO,2,COOH CH CH COOH,FAD,FADH,2,Pi,GDP,GTP,H,异柠檬酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,TCA,乙酰CoA,丙酮酸,CoA-SH,CO,2,CO,2,TCA过程的特点,1、在线粒体的间质中进行,2、将丙酮酸粉碎变成3CO2,3、由琥珀酰辅酶A向琥珀酸转变时生成GTP,三羧循环的化学计量和能量计量,a、总反应式: CH3COSC

14、oA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP,葡萄糖完全氧化产生的ATP,总计：38 ATP或36 ATP,三羧循环的生物学意义,是有机体获得生命活动所需能量的主要途径 是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽 形成多种重要的中间产物，是合成的起点,糖、脂肪与蛋白质,葡萄糖,乙酰辅酶A,脂肪酸,蛋白质,三羧酸循环的调控位点及相应调节物,a,b,c,调控位点 激活剂 抑制剂 a 柠檬酸合成酶 NAD+ ATP （限速酶） NADH 琥珀酰CoA 脂酰CoA b 异柠檬酸 ADP ATP 脱氢酶 NAD+ NADH c -酮戊二酸

15、 ADP NADH 脱氢酶 NAD+ 琥珀酰CoA,关键因素： NADH/NAD+ ATP/ADP,五、 磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, 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,磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段,NADPH+H+,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,CO2,6-磷酸葡萄糖 脱氢酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶,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,磷酸戊糖途径的 非氧

16、化阶段之二（转酮与转醛反应）,+,4-磷酸赤藓糖,+,5-磷酸核糖,3-磷酸甘油醛,转酮酶,转醛酶,6-磷酸果糖,+,7-磷酸景天庚酮糖,5-磷酸木酮糖,（转酮反应）,+,转酮酶,1,6-二 磷酸果糖,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,磷酸戊糖途径的总反应式,磷酸戊糖途径的生理意义 产生大量NADPH,主要用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力 产生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物 与光合作用联系，实现某些单糖间的转变 3-磷酸甘油醛将 有氧呼吸与无氧呼吸 联系起来,第三节 糖的合成代谢,一、单糖的生物合成 二、双糖

17、的生物合成 三、多糖的生物合成,一、单糖的生物合成,1、葡萄糖生物合成的最基本途径：光合作用 2、糖异生作用（非糖物质糖，必要时保证血糖浓度）,光合作用,过程,葡萄糖6-磷酸葡萄糖-1-磷酸葡萄糖二磷酸尿苷葡萄糖（UDPG）（P158）糖原为引物，不断加长糖链，得糖原,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：UDPG （尿苷二磷酸葡萄糖）,糖异生主要途径和关键反应,非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下,绕过糖酵解途径的三个不可逆反应,利用糖酵解途径其它

18、酶生成葡萄糖的途径称为糖异生。,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,PEP磷酸烯醇式丙酮酸,糖异生途径关键反应之一,糖异生途径关键反应之二,糖异生途径关键反应之三,二、双糖的生物合成,1 、单糖基的活化糖核苷酸（UDPG、ADPG、GDPG等）的合成 （ ？怎么读P161） 糖核苷二磷酸在不同聚糖形成时，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；动物细胞中糖元合成时需UDPG。 2、蔗糖的合成 蔗糖合成酶途径 磷酸蔗糖合成酶途径 蔗糖磷酸化酶途径,UDPG的结构,糖核苷酸的生成,+,+PPi,1-磷酸葡萄糖,UTP,UDPG,UDPG+果糖 蔗糖 6-磷酸果糖 1-磷酸葡萄糖+果糖蔗