第六章-3 糖代谢江大生化食品课件.ppt

1、多糖和低聚糖的酶促降解 A.胞外降解,细胞外 多糖和低聚糖,胞外水解酶（淀粉酶、寡糖酶）,B.胞内降解,细胞内储备的 糖原或淀粉,磷酸化酶,活化、水解,断支链,活化、水解,第三节 多糖的酶水解（Hydrolysis of Polysaccharides）,主要介绍食物中的主要多糖-淀粉的水解与淀粉水解酶。 淀粉酶凡是能够催化淀粉(或糖原)分子及其片段中的-葡萄糖苷键水解的酶，称为淀粉酶。 淀粉水解酶的种类-淀粉酶 -淀粉酶 -淀粉酶(糖化酶) 异淀粉酶,1、-淀粉酶（amylase） 又称液化酶、淀粉-1，4-糊精酶。 系统名称-1，4-葡聚糖葡聚糖水解酶 (编号EC3.2.1.1) 作用机制

2、它是一个内切酶，从淀粉分子内部随机 切断-1，4糖苷键，不能水解-1，6- 糖苷键和与非还原性末端相连的-1， 4-糖苷键。 产物主要是含有-1，6-糖苷键的各种分支糊精 和少量的-型的麦芽糖和葡萄糖。 底物分子越大，水解效率越高。,酶的性质是一个钙金属酶，每分子中含有一个钙离子。 哺乳动物的-淀粉酶需要Cl-激活； 植物和微生物的-淀粉酶需要Cl-激活。 Ca+2、Na+、Cl-1和淀粉底物都能提高该酶的稳定性。,2、-淀粉酶（amylase） 又叫淀粉-1，4-麦芽糖苷酶。 系统名称-1，4-葡聚糖麦芽糖苷酶 (编号EC3.2.1.2) 作用机制它是一个外切酶。从淀粉分子的非还 原性末端，

3、依次切割-1，4-麦芽糖 苷键，生成-型的麦芽糖；该酶不能 水解和越过-1，6-糖苷键。当其作 用于支链淀粉时，遇到分支点即停止 作用，剩下的大分子糊精称为-极限 糊精。,3、-淀粉酶（ amylase） 又称糖化酶、葡萄糖淀粉酶。 系统名称-1，4-葡聚糖葡萄糖水解酶 (编号EC3.2.1.3) 作用方式它是一种外切酶。从淀粉分子的非还原性末端，依次切割-1，4-葡萄糖苷键，产生-葡萄糖。 该酶的专一性不严格，也可缓慢水解-1，6和-1，3糖苷键。,4、异淀粉酶（isoamylase） 又叫脱支酶、淀粉-1，6-葡萄糖苷酶。 系统名称葡聚糖-6-葡聚糖水解酶。 (EC3.2.1.33) 作用

4、方式专一性水解支链淀粉或糖原的-1，6糖苷键，生成长短不一的直链淀粉(糊精)。 动、植物和微生物都产生异淀粉酶，但来源不同名称也不同，如脱支酶、Q酶、R酶、普鲁蓝酶和茁霉多糖酶等。,糖在动物体内的一般概况,一、糖的生理功能 1、构成细胞的成分 2、作为能源。2840kJ/mol(679kcal/mol),生物体的能量70来自糖类。 3、作为碳源。为体内合成脂肪、蛋白质等物质提供碳架。,二、体内糖的来源 1、由食物经消化道吸收 2、在体内由非糖物质转化而来糖的异生作用 三、体内糖的主要代谢途径 小肠吸收经门静脉入肝经血循环运送到各组织细胞，供全身利用。 四、血糖 主要指血液中所含的葡萄糖。 正常

5、人清晨空腹的血糖浓度为：3.95.0 mmol/L,人体对糖的吸收 食物中的淀粉经水解消化后，以葡萄糖、果糖和半乳糖等单糖的形式被小肠粘膜细胞吸收进入血液。 吸收速率D-半乳糖D-葡萄糖D-果糖D-甘露糖 D木糖L-阿拉伯糖,第四节 糖的中间代谢,活细胞中糖的代谢包括两方面 糖的分解糖通过一系列酶促反应产生CO2、H2O及ATP(生物储能物质)，也可以转变成为合成其他物质(如脂肪、蛋白质等)的中间产物。 糖的合成利用各种能够转变成糖的物质合成糖类。植物还可以利用CO2和 H2O通过光合作用合成淀粉。,糖原的合成,糖异生,糖原的水解,糖的降解,糖原,葡萄糖,丙酮酸,A.总论,丙酮酸,CO2 +

6、H2O,重点,葡萄糖降解的主要途径 （1）、酵解途径 (EMP途径 Embdenmeyerhof pathway) (2)、磷酸戊糖支路(HMP hexose monophosphate pathway） 磷酸己糖旁路HMS途径 hexose monphosphate shunt),一、葡萄糖的酵解途径(glycolytic pathway) 1、酵解与发酵的含义 酵解(glycolysis)葡萄糖在无氧的情况下经酶催化降 解，生成丙酮酸（pyruvate）(乳 酸 lactate），并产生ATP的代 谢过程。 发酵在现代生化中，发酵主要是指微生物的无氧代谢过程。 具体来说在无氧条件下，微生物

7、将葡萄糖或其他有机物分子分解成丙酮酸、ATP及NADH，又以不完全分解产物(丙酮酸)作为电子受体，还原生成发酵产物的无氧氧化过程。,在发酵工业领域，发酵的含义又与生化中的概念不同。 在发酵工业领域中，发酵泛指通过微生物及其他生物材料的工业培养，达到积累发酵产品的种种生产过程。,2、糖酵解途径（EMP）的反应历程 根据底物分子的变化情况可分三个阶段 1) 葡萄糖分子活化阶段 2) 己糖降解阶段 3) 氧化产能阶段 1) 葡萄糖分子活化阶段 包括三步反应。将葡萄糖转化成高度活化的1，6-二磷酸-果糖。,己糖激酶,(6-P-G),(G),激酶凡是催化ATP分子的磷酸基团向代谢物分子转移的酶。,己糖激

8、酶是糖酵解途径的第一个调节酶。这是一个别构酶，该酶需要Mg+2或Mn+2作为辅助因子；6-P-G和ATP是该酶的变构抑制剂。,磷酸葡萄糖异构酶,(6-P-G),(6-P-F),磷酸果糖激酶(PFK),(6-P-F),(1,6-2P-F),磷酸果糖激酶(PFK) 是糖酵解途径中的第二个调节酶，它是糖酵解中最重要的限速酶。它受多种因素的变构调节ATP是变构抑制剂，柠檬酸、脂肪酸可增强其抑制作用；ADP、AMP、无机磷是其变构激活剂。,2) 己糖降解阶段(共2步),醛缩酶,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸丙糖异构酶,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛脱氢酶,3-磷酸甘油醛,1，3-二磷酸

9、甘油酸,3) 氧化产能阶段(共5步),3-磷酸-甘油醛脱氢酶 它是一个变构酶，由四个亚基组成，具有负协同效应。位于活性中心的半胱氨酸的-SH是酶活性中心的必需基团，因此，烷化剂(如碘乙酸)和重金属对该酶有不可逆抑制作用。,磷酸甘油激酶,3-磷酸甘油酸,1，3-二磷酸甘油酸,2-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,2-二磷酸甘油酸,烯醇化酶在与底物结合之前先与Mg+2结合形成复合盐而被激活。 氟化物能和磷酸盐形成氟磷酸离子，后者能与Mg+2形成复合物使酶受到抑制而失活。因此，氟化物是该酶的不可逆抑制剂。,丙酮酸激酶,Pyruvate Kinase,磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇式丙

10、酮酸,丙酮酸,丙酮酸激酶是糖酵解途径中的第三个调节酶。它也是一个具有四个亚基的变构酶。 长链脂肪酸、乙酰辅酶A、ATP和丙 氨酸是其变构抑制剂。,葡萄糖,ATP,己糖激酶,6,-,磷酸葡萄糖,磷酸葡萄糖变位酶,磷酸葡萄糖异构酶,6,-,磷酸果糖,ATP,磷酸果糖激酶,1,6,二磷酸果糖,醛缩酶,3,-,磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,活化,G=,-,7.5kcal/mol,(,不可逆,),异构,G=,-,0.6kcal/mol,(,可逆,),二次活化,G=,-,5.0kcal/mol,(,不可逆,),裂解,G=,-,0.3kcal/mol,(,可逆,),ADP,ADP,Pi,产能步骤：,糖酵解过程由

11、葡萄糖到所有的中间产物都是以磷酸化合物的形式来实现的。中间产物磷酸化至少有三种意义: 带有负电荷的磷酸基团使中间产物具有极性，从而使这些产物不易透过脂膜而失散; 磷酸基团在各反应步骤中，对酶来说，起到信号基团的作用，有利于与酶结合而被催化; 磷酸基团经酵解作用后，最终形成ATP的末端磷酸基团，因此具有保存能量的作用。,注意,D葡萄糖,糖原,半乳糖,6-磷酸葡萄糖,D果糖,D甘露糖,3、糖酵解的生理意义 (1) 是单糖分解代谢的一条最重要的途径。 (2) 细胞在缺氧条件下可通过糖酵解得到有限 的能量来维持生命活动。1葡萄糖分子可 产生 2ATP(占总能量的6-8%)。 (3) 在有氧条件下，糖酵

12、解是单糖完全分解成 CO2和H2O的必要准备阶段。,4、丙酮酸的去路 1)无氧条件下，不同的生物由于酶系不同，去路也不同。 2)有氧条件下，进入三羧酸循环。,无氧发酵 （Fermentation),乙醇发酵,丙酮酸脱羧酶 + TPP,乙醇脱氢酶,乙醇,乳酸发酵,二、三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle TCA循环) 又称为Krebs循环 1、丙酮酸的氧化脱羧 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催化下脱氢、脱羧，生成乙酰辅酶A。,有氧代谢,丙酮酸脱氢酶系 1) 丙酮酸脱羧酶(E1) -TPP 2) 二氢硫辛酸乙酰基转移酶(E2) -硫辛酸、乙

13、酰辅酶A 3) 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3) -FAD、 NAD+、Mg+2,该酶催化的反应是糖代谢分支点上的关键步骤，对控制糖的有氧氧化代谢有重要的作用。该反应体系受到严格的调节控制。 (1) 产物抑制ATP抑制E1 乙酰辅酶A抑制E2 NADH抑制E3(均为变构抑制) (2) 核苷酸反馈调节GTP抑制，AMP活化。,(3) 可逆磷酸化作用的共价调节 E1分子特定部位的Ser残基上的-OH可被专一性激酶催化发生磷酸化，又可被专一性磷酸酶催化发生去磷酸化。 磷酸化型无催化活性； 去磷酸化型有活性。 细胞内,ATP/ADP、乙酰辅酶/A辅酶A、 NADH/NAD+比值升高时，E1磷酸化作用增强；

14、丙酮酸浓度高时可抑制E1的磷酸化； Ca+2浓度高时，能促进E1的去磷酸化。,TCA循环又称柠檬酸循环 该循环共包括10步反应，涉及8个酶,2、TCA循环,乙酰CoA,草酰乙酸,柠檬酸,柠檬酸合酶,异柠檬酸,顺乌头酸,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶体系,琥珀酰CoA,ADP ATP,琥珀酸,琥珀酰硫激酶,延胡索酸,琥珀酸脱氢酶,(FADH)2,苹果酸,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,2、三羧酸循环的途径 (1) 反应历程 经过8种酶催化的10步反应完成一个循环，其中二次脱羧、四次脱氢，共消耗3分子的水，净分解一个乙酸分子。

15、产生2个CO2、 3个NADH+H+，相当于3（2.5）个ATP 1个FADH2，相当于1（1.5）个ATP 底物水平上合成1分子ATP。 共生成10分子ATP。,(2) TCA循环的意义 1) 它是细胞内各种能源物质完全氧化分解的公共 途径。 乙酰CoA的乙酰基是能够被TCA循环完全分解的唯一底物。 2) 为细胞提供能量，1个乙酰基通过TCA循环和呼吸链可产生12个ATP。 1分子的葡萄糖彻底氧化可产生38个ATP。 3) TCA循环是物质转化的枢纽。 TCA循环是绝大多数生物体主要的分解代谢途径，也是准备提供大量自由能的重要代谢系统，在许多合成代谢中都利用TCA循环的中间产物作为生物合成的

16、前体来源，因此，TCA循环具有 分解代谢和合成代谢双重性或称两用性,(3) TCA循环的调节控制 限速酶是代谢途径中酶活性最低，而且可以调节的酶。 TCA循环中有三个限速酶作为调控点 1) 柠檬酸合酶 ADP、AMP、P、NAD+以及乙酰CoA的浓度高时，对其起变构激活作用。 ATP、NADH、琥珀酰CoA、脂酰CoA和柠檬酸是其变构抑制剂。 2) 异柠檬酸脱氢酶 ADP、NAD+是其变构激活剂。 ATP、NADH是其变构抑制剂。,3) -酮戊二酸脱氢酶复合体 复合体中的二氢硫辛酸脱氢酶是变构调节剂。主要受高浓度ATP、GTP、琥珀酰CoA、NADH及Ca+变构抑制。,3、回补途径 能为TCA

17、循环补充中间产物的代谢途径称为回补途径。 主要有丙酮酸羧化支路和乙醛酸循环,(1) 丙酮酸羧化支路 它能为TCA循环供应草酰乙酸和苹果酸。已经证明有好几种酶催化这一反应，其中，最具普遍意义的有丙酮酸羧化酶和苹果酸酶。 1) 丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸， 需要生物素为辅酶。,Pyruvate carboxylase,2) 在真核细胞中，苹果酸酶催化丙酮酸还原羧化成苹果酸，反应不需要ATP，但需要NADH+H+。,3)在植物、细菌、人脑和心脏中还存在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶，可催化磷酸烯醇式丙酮酸 生成草酰乙酸。,(2) 乙醛酸循环(glyoxylate pathway/cycle)

18、许多植物、微生物能够在乙酸或产生乙酰CoA的化合物中生长。同时种子发芽时可以将脂肪转化成糖。这是因为它们具有异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶，存在着一个类似于TCA循环的乙醛酸循环缘故。这种循环是TCA循环的修改形式，但是不存在于动物中。,乙醛酸循环的意义 借此附属路线植物和某些微生物可以利用脂肪酸、乙酸作为唯一能源和碳源获得生物能量，合成糖类化合物和氨基酸、蛋白质，维持正常生长。,(3) 其他回补途径 天冬氨酸和谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和-酮戊二酸。 异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸、甲硫氨酸也会形 成琥珀酸。,三、磷酸戊糖途径 pentose phosphate pathway ; hexos

19、e monophosphate pathway HMP; hexose monophosphate shunt HMS 生物体中除TCA循环外，还有其他糖代谢途径，其中磷酸戊糖途径是较为重要的一种。在动物和许多微生物中约有30%的葡萄糖可能由此途径进行氧化。 1、HMP途径的生化过程,2、HMP途径的生理意义 1) 产生大量的NADPH，为生物合成提供还原力。如 脂肪酸、氨基酸、核苷酸等生物合成途径中需要 大量的NADPH，主要靠HMP途径提供。 2) 产生磷酸戊糖参加核酸代谢。 3) NADPH使红细胞中的还原性谷胱苷肽再生，对维 持红细胞的还原性有重要作用。 4) HMP途径是植物光合作用

20、中从CO2合成葡萄糖的部 分途径。,四、糖的异生(gluconeogenesis) 糖的异生是指由非糖物质(丙酮酸、甘油、乳酸和某些氨基酸等)合成葡萄糖的过程。 人脑对葡萄糖有高度的依赖性。红细胞也需要提供葡萄糖。 成人脑每日大约需要120 g葡萄糖，占人体对葡萄糖的每日总需要量约为160 g的绝大部分。 已知体液中的葡萄糖含量大约为20 g，从糖原可随时提供的葡萄糖大约为190g。因此机体在一般情况下，体内的葡萄糖量足够维持一天的需要，但是如果机体处于饥饿状态，则必须由非糖物质转化成葡萄糖提供急需。当机体处于剧烈运动时，也需要由非糖物质及时提供葡萄糖。,1、糖异生的途径,草酰乙酸不能穿越线粒

21、体内膜,该酶仅存在线粒体中,糖异生的途径不是简单的酵解途径的逆转，因为从葡萄糖到丙酮酸的代谢过程中有三步是不可逆的，在糖异生中它们由另一些酶来催化。糖异生有其特殊的调控酶，需要ATP供能，以保证合成途径的进行。,2、糖异生的生理意义 1)糖异生是一个非常重要的生物合成葡萄糖的途径。糖异生主要在肝脏中进行。红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料，因此，血中葡萄糖浓度降低时，首先是脑细胞受损。 2) 在饥饿、剧烈运动造成糖原下降后，糖异生会使酵解产生的乳酸，脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖，这对维持血糖浓度，满足组织对糖的需求是十分重要的。,3、葡糖异生作用的调节 葡糖异生作用和糖酵解

22、作用有密切的相互协调关系。如果糖酵解作用活跃。则葡糖异生作用必受一定限制。如果糖酵解的主要酶受到抑制，则葡糖异生作用酶的活性就受到促进。 葡萄糖的浓度对糖酵解起调节作用。 乳酸浓度以及其他葡萄糖前体的浓度对葡糖异生都起调节作用。,葡糖异生作用和糖酵解作用一方面葡萄糖转变成丙酮酸，另一方面丙酮酸又重新合成葡萄糖。在这种往复转变的过程中。对机体来说，只是净消耗了两个ATP分子和两个GTP分子。因此，这种循环又有“无用循环” (futile cyele)之称。 “无用循环”不可能对机体是毫无意义的。,第五节 糖原的合成与分解,糖原（glycogen）是葡萄糖的贮存形式，当细胞中能量充足时，进行糖原合成而贮存能量。当