食品生物化学-5糖代谢2课件.ppt

5 糖代谢,糖的消化,淀粉(starch)口腔，-amylase，少量作用 胃，几乎不作用 小肠，胰-amylase，主要的消化场所 麦芽糖、糊精、蔗糖、乳糖等（食物中所混入）麦芽糖酶，糊精酶，蔗糖酶，乳糖酶等 葡萄糖(为主）,糖的吸收,葡萄糖 肠黏膜细胞肠壁毛细血管门静脉血液组织、细胞,5.1糖与生命活动的关系,5.1.1供给能量5.1.2参与物质构成5.1.3保肝解毒作用5.1.4抗生酮和节约蛋白质作用5.1.5血糖,血糖:指血液中的葡萄糖,正常人血糖的来源有3条途经：1、饭后从食物中消化吸收的葡萄糖，为血糖的主要来源。2、空腹时肝糖原分解成葡萄糖进入血液3、乳酸通过糖异生过程转变成葡萄糖进入血液，称为血糖的补充来源。正常人血糖的去路：1、在细胞中氧化分解成二氧化碳和水，并且释放出大量的能量，供机体生命活动的需要，这是血糖的主要去路。2、进入肝脏转变为肝糖原储存起来3、进入肌肉细胞转变成肌糖原储存起来4、转变为脂肪储存在脂肪组织或包裹在脏器周围5、与蛋白质、脂类结合构成细胞的组成成分。正常人血糖平衡，主要依靠一下几个方面来调节：1、肝脏调节2、激素调节3、神经系统调节,5.2.1.1 糖酵解的反应历程,化学历程：由葡萄糖分解为丙酮酸的过程，有10步反应。前5步是准备阶段，葡萄糖分解为三碳糖，消耗2分子ATP；后5步是放能阶段，三碳糖生成丙酮酸，共产生4分子ATP。总过程需10种酶，都在细胞质中，多数需要Mg2+。酵解过程中所有的中间物都是磷酸化的，可防止从细胞膜漏出、保存能量，并有利于与酶结合。分三个阶段：己糖的磷酸化 1-3步 磷酸己糖的裂解 4-5步 3-磷酸甘油醛生成丙酮酸 6-10步场所：细胞液（质）中,（1）葡萄糖磷酸化形成G-6-P（2）G-6-P异构化为F-6-P（3）F-6-P磷酸化，生成F-1,6-P（4）F-1,6-P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）（5）磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成3-磷酸甘油醛（6）3-磷酸甘油醛氧化成1.3-二磷酸甘油酸（7）1，3-二磷酸甘油酸转化成3-磷酸甘油酸和ATP（8）3-磷酸甘油酸转化成2-磷酸甘油酸（9）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）（10）磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸,（1）葡萄糖磷酸化形成G-6-P（）G-6-P异构化为F-6-P（）F-6-P磷酸化，生成F-1,6-P,（）F-1,6-P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）（）磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成3-磷酸甘油醛,（）3-磷酸甘油醛氧化成1.3-二磷酸甘油酸（）1，3-二磷酸甘油酸转化成3-磷酸甘油酸和ATP（）3-磷酸甘油酸转化成2-磷酸甘油酸,（）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）（）磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸,5.2.1.2糖酵解的生物学意义与能量计算,糖酵解的生物学意义：P132,EMP总反应式：1葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O,原核细胞：2ATP+2NADH（2*3ATP）=8ATP真核细胞产生的2NADH在细胞质中，需经过线粒体穿梭系统进入，不同穿梭系统产生的ATP量不同。1.苹果酸-天冬氨酸穿梭：2ATP+2NADH（2*3ATP）=8ATP2.-磷酸甘油穿梭：2ATP+2NADH（2FADH2 2*2ATP）=6ATP,有氧时2个NADH经呼吸链可产生6个ATP，共产生8个ATP；无氧时生成乳酸，只有2个ATP。,5.2.1.3 丙酮酸的去向,5.2.1.4 糖酵解的调控,控制部位：三个不可逆反应处，也叫“三个限速步”，由关键性酶控制。E1:己糖激酶：（受6-磷酸葡萄糖的反馈抑制)E2:磷酸果糖激酶：（ATP和柠檬酸是此酶的变构抑制剂。AMP、ADP、2，6-二磷酸果糖是此酶的变构激活剂。）E3:丙酮酸激酶:(ATP和丙氨酸具有抑制作用；1，6二磷酸果糖、ADP是变构激活剂),葡萄糖 丙酮酸 乙酰 CoA CO2+H2O,大部分生物的糖降解是在有氧条件下进行的。,柠檬酸循环(三羧酸循环)(线粒体),糖酵解(细胞质),丙酮酸的氧化(线粒体),5.2.2 三羧酸循环（TCA循环、Krebs循环、柠檬酸循环）,糖的有氧降解是丙酮酸在有氧条件下的彻底氧化分解，这个过程在线粒体中进行，反应分两个阶段：丙酮酸氧化为乙酰CoA；乙酰CoA的乙酰基经过柠檬酸循环彻底氧化为CO2 和H2O，同时释放大量能量。概念：TCA循环是一个由一系列酶促反应构成的循环反应系统，在该反应过程中，首先由乙酰CoA（主要来自于三大营养物质的分解代谢）与草酰乙酸缩合生成含3个羧基的柠檬酸，再经过4次脱氢、2次脱羧，生成4分子还原当量和2分子CO2，重新生成草酰乙酸的这一循环反应过程称为三羧酸循环。场所：线粒体,三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA),又叫柠檬酸循环(citric acid cycle)循环。德国科学家Hans Krebs于年提出，Krebs因此于年获得诺贝尔奖。,Hans Krebs,5.2.2.1 丙酮酸氧化脱羧,丙酮酸脱氢复合体：多酶体系，位于线粒体膜上。由丙酮酸脱羧酶（E1），二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）和二氢硫辛酸脱氢酶（E3）三种不同的酶及焦磷酸硫胺素（TPP）、硫辛酸、FAD、NAD+、Mg2+及CoA6种辅酶因子组成。,经电子传递链被氧化生成3ATP。,乙酰CoA,二氢硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸,乙酰二氢硫辛酸,丙酮酸,丙酮酸脱羧酶,硫辛酸,二氢硫辛酸脱氢酶,不可逆反应分五步反应,结果：一分子丙酮酸转变为一分子乙酰CoA，生成一分子NADH+H+，放出1分子CO2,5.2.2.2 三羧酸循环途径,三羧酸循环包含8个（细分为10个）步骤：（1）乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,柠檬酸合酶,该反应不可逆，三羧酸循环的第一个限速酶。柠檬酸合酶(EC2.3.3.1)活性受ATP、NADH、琥珀酸CoA等抑制。,(2)柠檬酸脱水生成顺乌头酸，然后加水生成异柠檬酸,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶实际上起异构化作用，反应平衡时，柠檬酸占90%，顺乌头酸占4%，异柠檬酸占6%，但由于在线粒体内，异柠檬酸不断向下反应，整个反应趋向于异柠檬酸的生成。,(3)异柠檬酸氧化与脱羧生成-酮戊二酸,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,Mn2+,异柠檬酸脱氢酶特性：1）具有脱氢和脱羧两种功能，脱羧反应需要Mn2+；2）是别构酶：ADP是激活剂；ATP和NADH是抑制剂。3）是限速酶此步反应为一分界点，之前为三羧酸转化，之后为二羧酸变化。,经电子传递链被氧化生成3ATP。,(4)-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶A,-酮戊二酸脱氢酶系特性：1）包含三种酶（-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰转移酶和二氢硫辛酸脱氢酶）和六种辅助因子（TPP、硫辛酸、CoASH、FAD、NAD+、Mg2+）。2）限速酶：受ATP、NADH和琥珀酰辅酶A的抑制。,经电子传递链被氧化生成3ATP。,-酮戊二酸脱氢酶,（5）琥珀酸的生成,琥珀酰CoA合成酶,Mg2+,GTP+ADP GDP+ATP,二磷酸核苷激酶,Mg2+,三羧酸循环中唯一生成ATP的反应（底物水平磷酸化）。,（6）琥珀酸脱氢被氧化生成延胡索酸,经电子传递链被氧化生成2ATP。,琥珀酸脱氢酶,（7）延胡索酸加水生成苹果酸,延胡索酸酶,（8）苹果酸被氧化生成草酰乙酸,经电子传递链被氧化生成3ATP。,苹果酸脱氢酶,TAC小结,1)循环从C4物与乙酰CoA缩合生成C6物开始2)每一次循环经历两次脱羧，放出2CO23)每一循环经历四次脱氢，其中3次以NAD+为氢受体，1次以FAD为氢受体；4)每循环一次，底物水平磷酸化一次生成1GTP(ATP)；,5)循环一次结束以C4物（草酰乙酸）重新生成为标志；6)总反应：7)三羧酸循环是不可逆的；8)三羧酸循环本身不会改变其中间产物的总量,但其它代谢会消耗其中间产物,需要及时补充。,CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP,5.2.2.3 草酰乙酸的回补反应,丙酮酸的羧化支路是生物体内草酰乙酸回补的重要途径。,5.2.2.4 三羧酸循环能量计算及其意义,三羧酸循环一次生成生成12个ATP。1mol的葡萄糖彻底氧化生成和CO2和H2O，可净生成36或38mol ATP。胞质内的NADH不能透过线粒体膜，需要经过-磷酸甘油穿梭和苹果酸-天冬氨酸穿梭作用进入线粒体。,-1-12 3/22 12 12 32 32 32 12 22 3,NAD+NAD+NAD+NAD+FADNAD+,Glu6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖 1，6-磷酸果糖23-磷酸甘油醛 2 1，3-磷酸甘油酸2 1，3-磷酸甘油酸 23-磷酸甘油酸2磷酸烯醇式丙酮酸 2丙酮酸2丙酮酸 2乙酰CoA2异柠檬酸 2-酮戊二酸2-酮戊二酸 2 琥珀酰CoA2 琥珀酰CoA 2 琥珀酸2 琥珀酸 2 延胡索酸2苹果酸 2 草酰乙酸,第一阶段糖酵解第二阶段第三阶段三羧酸循环,ATP,辅酶,反应,38/36,1mol葡萄糖在有氧分解时所产生的ATP的mol数,2,2,2,2,6,2,4,10,2,4+103+22=38,4+22+83+22=36,或,4+102.5+21.5=32,4+21.5+82.5+21.5=30,三羧酸循环的生物学意义,（1）三羧酸循环式机体获取能量的主要方式（2）三羧酸循环是糖、脂肪和蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径。（3）三羧酸循环不仅是三种主要有机物分解代谢的共同代谢途径，而且也是它们通过代谢相互转换的联系枢纽。（4）三羧酸循环所产生的多种中间产物是生物体内许多重要物质生物合成的原料。（5）发酵工业利用微生物三羧酸循环生产各种代谢产物，在生产实践中应用潜力巨大。,5.2.2.5 三羧酸循环的调控,乙酰CoA是三羧酸循环的直接底物，因此对乙酰CoA生成速度的调节是一个重要环节。丙酮酸脱氢酶复合体的调控三羧酸循环中有三个不可逆反应：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶催化的反应。目前认为异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶才是三羧酸循环的调节点。P40,糖有氧氧化的反应过程包括糖酵解途径、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环及氧化磷酸化,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,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体,乙醛酸途径（循环）,是柠檬酸循环的一个旁路，涉及两个反应。由于苹果酸和琥珀酸通过柠檬酸循环转化为草酰乙酸，而草酰乙酸可沿糖异生途径生成葡萄糖，因此，乙醛酸途径实现了从乙酰CoA到糖的转变。,乙醛酸途径的意义,1、以二碳物为起始物合成三羧酸循环中的二羧酸和三羧酸，作为三羧酸循环上化合物的补充；2、由于丙酮酸的氧化脱羧生成乙酰辅酶A是不可逆的，在一般情况下，靠脂肪合成大量糖是较困难的。但在植物和微生物中脂肪可以通过乙醛酸途径转变为糖。,作业与思考题,1.名词解释：糖酵解、三羧酸循环2.绘制糖酵解的反应历程示意图3.绘制三羧酸循环示意图4.糖酵解的生物学意义？5.简述糖酵解的调控。6.三羧酸循环的生物学意义？7.简述三羧酸循环的调控。8.写出糖酵解及三羧酸循环的能量计算方式。,5.2.3磷酸戊糖途径,糖无氧分解和有氧分解是体内糖分解的主要途径，但不是唯一途径。实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway,PPP），也称为磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/shunt,HMP）。动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。进行部位：细胞质,5.2.3.1磷酸戊糖途径的反应历程,反应过程可分为二个阶段:,第一阶段：氧化反应,第二阶段：非氧化反应（非氧化的分子重排阶段）,生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2。,包括一系列基团转移。戊糖经几种不同碳数的糖的转化，最终重新合成己糖。,磷酸戊糖途径的特点:,脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。反应中生成了重要的中间代谢物5-磷酸核糖。一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。无ATP的产生与消耗。,5.2.3.2磷酸戊糖途径的结果及生物学意义,（1）磷酸戊糖途径的结果总反应式:,6(6-磷酸葡萄糖)+12 NADP+6H2O,5(6-磷酸葡萄糖)+12 NADPH+12 H+6 CO2+H3PO4,（2）磷酸戊糖途径的生物学意义该途径是葡萄糖在体内生成5-磷酸核糖的唯一途径，故命名为磷酸戊糖通路。NADPH（为高还原力物质)+H+生成的唯一途径，作为供氢体参与多种代谢反应。磷酸戊糖途径的酶类已在许多动植物中发现，说明磷酸戊糖途径是普遍存在的一种糖代谢方式。磷酸戊糖途径与植物的关系更为密切。磷酸戊糖途径是由6-磷酸葡萄糖开始的完整、可单独进行的途径，通过3-磷酸甘油醛及磷酸己糖可与糖酵解沟通，相互补充，以增加机体的适应能力。,5.2.3.3磷酸戊糖途径的调节,P145,5.3糖的合成代谢,光合作用（是糖生物合成的最基本途径）：绿色植物、光合细菌。葡萄糖异生作用：生物体普遍存在。,5.3.1糖异生作用,糖的异生作用是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。非糖物质包括：丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油等均可以在哺乳动物的肝脏中转变为葡萄糖或糖原。糖异生的主要场所：动物肝脏这一过程基本上是糖酵解途径的逆过程，但具体过程并不是完全相同，因为在酵解过程中有三步是不可逆的反应，而在糖异生中要通过其它的旁路途径来绕过这三步不可逆反应，完成糖的异生过程。,5.3.1.1糖异生作用的反应历程,丙酮酸异生成糖为例：,如何跨越这三步反应？,5.3.1.2糖异生的重要意义,保证血糖浓度的相对稳定 协助氨基酸代谢糖异生可以促进脂肪氧化分解供应能量，当体内糖供应不足时，机体会大量动员脂肪分解，此时会产生过多的酮体（乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮），而酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，此时糖异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用。,糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料的，成人每天约需要160克葡萄糖，其中120克用于脑代谢，而糖原的贮存量是很有限的，所以需要糖异生来补充糖的不足。在饥饿或剧烈运动造成糖原下降后，糖异生能使酵解产生的乳酸（是体内乳酸利用的主要方式）、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，满足组织对糖的需要是十分重要的。,5.3.1.3 糖异生的调控,（1）酶的调节（2）激素对糖异生的调节（3）代谢物对糖异生的调节,5.4糖代谢紊乱,血糖水平异常糖尿病先天性酶缺陷导致糖原累积症果糖代谢障碍半乳糖代谢障碍丙酮酸代谢障碍,作业与思考题,1.名词解释：磷酸戊糖途径、糖的异生作用2.简述磷酸戊糖途径的结果及生物学意义。3.磷酸戊糖途径的特点有哪些？,