《糖类分解代谢》PPT课件.ppt

1、第7章 糖类分解代谢,生活中的糖,生命中的糖,甲壳动物外壳糖,糖代谢包括分解代谢和合成代谢。 分解代谢 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。 合成代谢 植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程。人或动物利用葡萄糖合成糖原也属于合成代谢。,7.1 糖代谢总论,7.2 生物体内的糖类,单糖 寡糖 多糖,1.单糖的构型：距离羰基最远的不对称C上的OH空间分布

2、与甘油醛比较。,单糖,自然界中的单糖都是D型糖,位数最大的不对称C,单糖的链式结构-Fisher投影式表示法,单糖的环型结构（Fischer式）,单糖性质与一般醛有区别： 糖的醛基不如一般醛活泼 只能与一分子甲醇作用 新配置糖溶液比旋光度随时间而变,平衡混合物：A型（a）B（b）开链，旋光度+52.7o,环状结构的哈沃斯式（Haworth）,Haworth建议将吡喃糖式写成六元环，将呋喃糖式写成五元环，并规定： 1、 Fischer式中环内碳链左边的各基团写在环的平面上，将右边的各基团写在环的平面下。 2 、醛糖环外的链上如有1或1以上的碳原子，则将D型糖环外的碳原子及其所带基团写在平面上，L

3、型糖环外碳原子及所带基团写在环下。 3 、酮糖的第一位碳及其基团写在环平面上， 酮糖的第一位碳及其基团写在环平面下。除第一碳外，酮糖环外的碳原子及所带基团按照醛糖写法处理。,（呋喃）,（吡喃）,环状结构的哈沃斯式（Haworth）透视式,-D-(+)-吡喃葡萄糖,-D-(+)-吡喃葡萄糖,C1OH与末端CH2OH邻近不对称C原子的OH同侧为异侧为,D-6CH2OH在环上方，b-1OH与6CH2OH同侧,葡萄糖的存在形式,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,-D-呋喃葡萄糖,-D-呋喃葡萄糖,63%,37%,0.1%,1%,葡萄糖的构象 (似环己烷),葡萄糖的构象,半缩醛羟基处于直立键,半缩醛羟

4、基处于平伏键,果糖的结构,三、重要的单糖及其衍生物,D葡萄糖,D甘露糖,D果糖,D半乳糖,D核糖,D2脱氧核糖,寡 糖,寡糖是少数单糖（210个） 缩合的聚合物。,自然界中最常见的寡糖是双糖。如麦芽糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖、海藻二糖等。,分为还原性糖和非还原性糖,Torren试剂（银氨离子，银镜反应（醛糖）、菲林试剂反应（碱性、Cu2+到Cu2O，醛糖、酮糖（a-羟基反应，经烯醇化，生成-CO-CO-，一般酮没有该反应）。凡是能与上述试剂发生反应的称为还原性糖，反之为非还原性糖，糖苷不能发生上述反应。,成苷部分,未成苷部分,麦芽糖是淀粉水解的产物（俗称饴糖，民间用麦芽（含淀粉酶）水解）。麦芽糖

5、水解产生一分子-D-吡喃葡萄糖和一分子或-D-吡喃葡萄糖。（分别为或 蔗糖，晶体蔗糖为b型） 麦芽糖分子中保留了一个半缩醛羟基，是还原糖。,麦芽糖,a-1,4 糖苷键,是由 -D-吡喃葡萄糖和-D-呋喃果糖的两个半缩醛羟基失水而成的。蔗糖中已无半缩醛羟基，所以不是还原糖, 无变旋现象。, , b -1, 2-糖苷键,蔗 糖,-D-呋喃果糖, -D-吡喃葡糖,广泛存在于甘蔗、甜菜、栗子、糖枫、菠萝等植物中。,纤维二 糖,纤维不完全降解物,还原性糖,海藻二糖,a-D-葡萄糖,a-1,1-糖苷键,左右旋转180o,前后旋转180o,存在于霉菌及海藻中,两分子葡萄糖以a 1-1 糖苷键相连，非还原性糖

6、。,乳糖水解产生一分子-D-吡喃半乳糖和一分子 或-D-吡喃葡萄糖。 分子中保留了一个半缩醛的羟基，所以是还原糖。,乳糖,-1,4 糖苷键,乳汁中a：b约为2：3,三糖 常见的三糖有棉子糖、龙胆三糖、松三糖 棉子糖半乳糖葡萄糖果糖,淀粉有色糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖,2040,68,2,非双糖之寡糖,多 糖,由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。,多糖没有还原性和变旋现象，无甜味（分子大不能透过舌尖的味觉乳头细胞），大多不溶于水。,多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。,1. 淀 粉（同多糖）,天然淀粉由直链淀粉（以-(1,4)葡萄糖苷键连接）与支链淀粉（分支

7、点为-(1,6)糖苷键）组成。,淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关： 链长小于6个葡萄糖基，不能呈色。 链长为20个葡萄糖基，呈红色。 链长大于60个葡萄糖基，呈蓝色。,支链淀粉可溶于热水，又叫可溶性淀粉，占80-90%。 直链淀粉不溶性淀粉，占10-20%，处于颗粒内层。,a-(1,4),a-(1,6),（支链各分支亦卷曲成螺旋）,糖原结构,纤维素是构成植物细胞壁及支柱的主要成分。 棉花 含纤维素 90% 以上 分子量 57万 亚麻 80% 184万 木材 40 60% 9-15万 将纤维素用纤维素酶水解或在酸性溶液中完全水解，生成D-(+)-葡萄糖。纤维素是由许多葡萄糖结构单位以-1

8、,4苷键互相连接而成的 人的消化道中没有水解-1,4葡萄糖苷键的纤维素酶，所以人不能消化纤维素，但纤维素对人又是必不可少的，因为纤维素可帮助肠胃蠕动，以提高消化和排泄能力,3、纤维素,反刍动物胃中细菌含有丰富纤维素酶,纤维素与碘不呈色,糖的生理功能,1. 氧化供能,如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。,3. 作为机体组织细胞的组成成分,这是糖的主要功能。,2. 提供合成体内其他物质的原料,如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。,7.3 双糖和多糖的酶促降解,蔗糖、麦芽糖、乳糖的酶促降解 淀粉（糖原）的酶促降解 细胞壁多糖的酶促降解,补充材料：糖的消化、吸收和贮存,人类

9、食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。,消化部位： 主要在小肠，少量在口腔,一、糖的消化,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）,-临界糊精+异麦芽糖 （30%） （5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,食物中含有的大量纤维素，因人体内无-糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。但有些微生物和反刍动物的瘤胃能产生纤维素酶，分解纤维素。,二、 糖的吸收,1. 吸收部位 小肠上段,2. 吸收形式 单 糖 （戊糖、己糖）,AD

10、P+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,3. 吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT),刷状缘,细胞内膜,4. 转运,小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,GLUT：葡萄糖转运体(glucose transporter)，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 15)。,三、 储存,糖原 脂肪,糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸、乙醇,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,淀粉,糖的分解代谢 Catabolism of C

11、arbohydrates,分解代谢,本质是糖的氧化作用，在不同条件下可进行： 无氧酵解 有氧氧化 磷酸戊糖途径 糖醛酸循环 生醇发酵和乙醛酸循环,糖的无氧酵解,第一阶段,第二阶段,糖酵解(glycolysis)的定义,糖酵解分为两个阶段,糖酵解的反应部位：胞浆,在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。 也称EMP （Embdem Meyerhof Parnas ）途径，己糖二磷酸途径 。,由丙酮酸转变成乳酸。, 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖 (

12、glucose-6-phosphate, G-6-P),（）葡萄糖分解成丙酮酸,（一）无氧酵解的反应过程,哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为至型。肝细胞中存在的是型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是： 对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控, 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P),限速酶, 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1),6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphat

13、e, F-1,6-2P),1,6-双磷酸果糖, 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,该反应逆反应占主要，但由于磷酸丙糖被不断移走，所以朝正反应方向进行。, 磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮, 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛脱氢酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸 甘油酸, 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,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

14、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), 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase),3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸, 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸, 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,() 丙酮酸转变成乳酸,丙酮酸,乳酸,反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。,糖酵解的代谢

15、途径,E2,E1,E3,糖酵解小结, 反应部位：胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应, 产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量：从G开始 22-2= 2ATP 从Gn开始 22-1= 3ATP 终产物乳酸的去路 释放入血，进入肝脏再进一步代谢。 分解利用 乳酸循环（糖异生）,除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。,（二）糖酵解的调节,关键酶,调节方式,（1） 6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1),别构调节,别构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P,别构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度）,F-6-P,F-

16、1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,（2）丙酮酸激酶,1. 别构调节,别构抑制剂：ATP, 丙氨酸,别构激活剂：1,6-双磷酸果糖,2. 共价修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,PKA：蛋白激酶A (protein kinase A),CaM：钙调蛋白,(3) 己糖激酶或葡萄糖激酶,* 6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。,* 长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。,（三）糖酵解的生理意义,1. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。,2. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径

17、。, 无线粒体的细胞，如：红细胞, 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞,二、糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。,* 部位：胞液及线粒体,* 概念,有氧氧化的反应过程,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线粒体,（一）丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA

18、(acetyl CoA)。,总反应式:,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶 E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程,1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。 4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。 5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。,CO2,CoASH,NAD+,NADH+

19、H+,5. NADH+H+的生成,1. -羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,4. 硫辛酰胺的生成,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TCA)也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs于1937年发现了三羧酸循环的过程，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。,所有的反应均在线粒体中进行。,（二）三羧酸循环,* 概述,* 反应部位,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,

20、异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,柠檬酸,顺乌头酸,草酰乙酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,L-苹果酸,CSCoA+,CH2,CCOOH,CH2COOH,柠檬酸合成酶,H,H,H,H,H,H,H,H,柠檬酸合成酶,乙酰CoA,草酰乙酸,柠檬酸CoA,（1）缩 合 反 应,柠檬酸合成酶是三羧酸循环的第一个限速酶,O,O,CCOOH,HO,CH2COOH,CH2,CSCoA,O,HO,CCOOH,CH2COOH,CH2COOH,柠檬酸CoA,柠檬酸,HSCoA+,（1）缩 合 反 应,H2O,CCOOH,（2

21、）柠檬酸异构化为异柠檬酸,CCOOH,CHCOOH,CH2COOH,CCOOH,CHCOOH,CHCOOH,CHCOOH,CH2COOH,CH2COOH,HO,H2O,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶,HO,H,H2O,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,HO,H,（3）异柠檬酸生成-酮戊二酸,CHCOOH,CHCOOH,CH2COOH,CHCOOH,CHCOOH,CH2COOH,异柠檬酸,O,CH2,CHCOOH,CH2COOH,O,NAD+,NADH+H+,异柠檬酸脱氢酶,CO2,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,这是三羧酸循环的第一次氧化脱羧反应，异柠檬酸脱氢酶是第二个限速酶。,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,Mg

22、2+,Mg2+,（4 ）-酮戊二酸氧化脱羧反应,CH2,CHCOOH,CH2COOH,O,-酮戊二酸,CH2,CH2,COOH,+,HSCoA,COSCoA,琥珀酰CoA,NAD+,NADH+H+,CO2,-酮戊二酸脱氢酶复合体,这是三羧酸循环的第二次氧化脱羧 反应， -酮戊二酸脱氢酶复合体是第三个限速酶。,COO,CO2,（二硫辛酸、TPP、 FAD、Mg2+）,（5）琥珀酸的生成,CH2,CH2,COOH,COSCoA,琥珀酰CoA,GDP+Pi+,GTP,CoASH,CH2COOH,CH2COOH,琥珀酸,琥珀酰CoA合成酶,这是三羧酸循环的唯一一次底物水平磷酸化。,GTP,H,H,（6

23、）延胡索酸的生成,CHCOOH,CHCOOH,琥珀酸,+ FAD,H,H,+ FADH2,H2,延胡索酸,琥珀酸脱氢酶,H2O,（7）苹果酸的生成,延胡索酸,H2O,CHCOOH,CHCOOH,H,HO,延胡索酸酶,苹果酸,+,（8）草酰乙酸的再生,CHCOOH,CCOOH,苹果酸,O,CCOOH,CH2COOH,草酰乙酸,NAD+,NADH+H+,H,苹果酸脱氢酶,小 结, 三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。 TCA过程的反应部位是线粒体。, 三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环， 消耗一分子乙酰Co

24、A， 经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP。 关键酶有：柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶, 整个循环反应为不可逆反应, 三羧酸循环的中间产物 三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。,表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，,例如：, 机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TCA循环中的某些中间代

25、谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。, 机体糖供不足时，可能引起TCA运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TCA氧化分解。,* 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。,草酰乙酸,其来源如下：,ATP H2O 生物素,CO2,苹果酸酶,PEP,PEP羧激酶酶,CO2,GTP,三羧酸循环的生理意义,是三大营养物质氧化分解的共同途径； 是三大营养物质代谢联系的枢纽； 为其它物质代谢提供小分子前体； 为呼吸链提供H+ + e。,H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。,(三）有氧氧化生成的ATP,葡萄糖有

26、氧氧化生成的ATP,*NADH + H+ 通过磷酸甘油穿梭进入线粒体 则变成FADH2,有氧氧化的生理意义,1.普遍存在 2.生物体获得能量的最有效方式 3.是糖类、蛋白质、脂肪三大物质转化的枢纽 4.获得微生物发酵产品的途径 柠檬酸、谷氨酸,简言之，即“供能”,（四）有氧氧化的调节,关键酶, 酵解途径：己糖激酶, 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体, 三羧酸循环：柠檬酸合酶,丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1,-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶,1. 丙酮酸脱氢酶复合体, 别构调节, 共价修饰调节,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸 脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+, ATP、ADP

27、的影响, 产物堆积引起抑制, 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶, 其他，如Ca2+可激活许多酶,2. 三羧酸循环的调节,有氧氧化的调节特点, 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。 ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,三、磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pathway,* 概念,磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变

28、成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。,* 细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,（一）磷酸戊糖途径的反应过程,* 反应过程可分为二个阶段,第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,1. 磷酸戊糖生成,5-磷酸核糖,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。 两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。 反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,转酮醇反应 转酮醇酶催化磷酸酮糖上的二碳单位羟乙酰基转移到磷酸醛糖的第1碳原子上,形成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。转酮醇酶转移一个二碳单位。,