生物化学糖代谢1ppt课件.ppt

第七章 糖代谢,第一节 糖类代谢的概述,糖类是自然界分布最广泛的有机物，对于人体来说具有重要作用人体中糖类的主要存在形式是糖原和葡萄糖。糖类对于其他生物体也有重要作用（提供能量、特别对脑、红细胞组织更为重要）,*葡萄糖的来源,（1）糖类食物经口腔、胃，在小肠中被消化，经小肠粘膜细胞的肠壁毛细血管以G的形式进入血液，然后被运输到需要能量的组织和细胞中；（2）动物体中贮存糖原的降解产生葡萄糖；（3）通过葡萄糖的糖异生作用由非糖前体（如氨基酸等物质）来提供葡萄糖。,*糖的消化、吸收与转运,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、半乳糖、果糖 肠黏膜细胞肠壁毛细血管门静脉血液 组织、细胞,第二节 双糖和多糖的分解（回顾内容）,1 麦芽糖水解2 蔗糖水解3 淀粉水解（、淀粉酶，脱支酶，麦芽糖酶）4 糖原的磷酸解（糖原磷酸化酶、转移酶、脱支酶）,第三节 糖酵解（glycolysis）,糖经一系列的酶促反应变成丙酮酸，并生成ATP，是一切生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径，也称Glycolytic pathway，或Embden-Meyerhof-Parnas(EMP)pathway。厌氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成的NADH+H+用于还原丙酮酸生成乙醛，进而产生乙醇，称为乙醇（酒精）发酵（fermentation）。肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，酵解中生成的NADH+H+用于丙酮酸乳酸，称为乳酸发酵。,糖酵解研究中需要注意的问题,1 ATP的消耗和生成2 限制步骤和限速酶3 是否生成NADH，NADH的去向和重新生成4 底物磷酸化,一 糖酵解的主要过程,第一阶段：磷酸丙糖生成阶段（耗能）包括5步反应。葡萄糖在己糖激酶、磷酸葡萄糖异构酶、磷酸果糖激酶、醛缩酶和磷酸丙糖异构酶作用下生成2分子3-磷酸甘油醛，同时消耗2个ATP，进行2次磷酸化反应。第二阶段：丙酮酸生成阶段（放能），也包括5步反应。本阶段中，3-磷酸甘油醛在3-磷酸甘油醛脱氢酶、磷酸甘油酸激酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶和丙酮酸激酶作用下生成丙酮酸，同时进行两次底物磷酸化，产生2个ATP。由于一分子葡萄糖产生两分子3磷酸甘油醛，因此第二阶段共生成4分子ATP。,一分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛（第一和第二阶段）,3-磷酸甘油醛降解为丙酮酸（第三阶段）,第一阶段耗能过程,1 ATP的-磷酸基转移，强放热反应，不可逆，保证G迅速磷酸化2 己糖激酶，非特异性，Km小，容易接合G，提高机体G利用率，受G6P的别构抑制。3 葡萄糖激酶（肝脏）不受G6P的抑制，但Km大,1 自由能变化小，反应可逆2 异构化反应，需开链进行3 磷酸葡萄糖异构酶具有绝对专一性，有竞争性抑制剂（6-磷酸葡萄糖酸、赤鲜糖-4-磷酸、景天庚酮糖-7-磷酸）,糖酵解限速步骤1 自由能大，反应不可逆，限速步骤2 ATP的使用，磷酸化通常伴随着ATP消耗3 磷酸果糖激酶是一种变构酶，含有四个亚基。受ATP、H+的抑制，AMP、ADP和Pi可消除抑制；从兔中分离三种同工酶，分别为A（心肌、骨骼）B（肝脏）C（脑），三种酶对不同影响因素反应不同。,1 自由能看，应从右向左进行，但实际从左向右；2 有两种类型的醛缩酶（I型存在于动植物体中，II型存在于细菌、酵母、真菌，含有金属离子），两种类型的酶催化机制不同。,1 自由能看，从右向左，实际从左向右进行；2 丙糖磷酸异构酶的活性部位是以Glu残基的游离羧基与底物相结合，反应非常迅速，一旦接触即刻完成。,第二阶段放能过程,1 包含两个反应，醛基氧化+磷酸化2 酰基磷酸是有高能磷酸基团转移势能的化合物3 在3-磷酸甘油醛脱氢酶作用下，由磷酸和NAD+参与完成的酰基磷酸。,1 该反应在磷酸甘油酸激酶催化下进行，需要Mg离子参与2 自由能-18.5KJ/mol，因此释放出大量能量推动ATP生成3 底物磷酸化：在底物氧化的基础上释放出的能量推动ADP生成ATP的反应（与氧化磷酸化区别）,底物水平磷酸化,底物氧化、分子内基团重排等所释放的能量偶联ATP的生成，涉及可溶性的酶和代谢中间物，不涉及膜结合的酶、跨膜质子梯度和电子传递。,1 该反应在变位酶作用下完成，属于异构酶类2 由于后续反应是高度放能，因此该反应能向2-磷酸甘油酸方向进行3反应并不直接发生，有活性的变位酶活性部位His结合有一个磷酸基，当3-磷酸甘油酸进入到该酶活性部位时，首先生成2，3-二磷酸甘油酸-酶复合物，然后复合物分解，释放出2-磷酸甘油酸,1 该反应在烯醇化酶作用下进行2 生成的磷酸烯醇式丙酮酸具有高能磷酸键,1 丙酮酸激酶作用下完成，同时需要Mg离子的参与2 该反应放出大量能量，磷酸烯醇式的高能磷酸键转移到ADP中生成ATP，又是一次底物磷酸化3 包括两个反应，水解+异构。两反应自由能足以推动ATP生成,二 糖酵解的化学计量,（1）从葡萄糖开始的化学计量 葡萄糖2丙酮酸产生能量见下表：,二 糖酵解的化学计量,（2）从糖原开始的化学计量 从糖原开始，则第一步无消耗，整个反应过程可生成3分子ATP。原因很简单：糖原磷酸解生成1磷酸葡萄糖，1磷酸葡萄糖经变位酶生成6磷酸葡萄糖，直接进入糖酵解过程。磷酸解过程中的磷酸是由磷酸本身来提供，而并非ATP来提供，因此少消耗1分子ATP。,糖酵解与所有代谢途径一样，酵解速度是受调节控制的，有三个调控步骤。其中最主要的是EMP第三步，即由磷酸果糖激酶催化6磷酸果糖生成，6磷酸二果糖。（一）磷酸果糖激酶处在最关键的控制部位 研究表明，己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶受到不同因素影响。但己糖激酶催化产生的G-6-P也可直接通过糖原降解产生，而且G-6-P可进入糖其他代谢途径，如磷酸戊糖途径、或者用于糖原合成；丙酮酸激酶催化的是EMP最后一步，因而不可能成为控制G进入EMP的主要控制点。因此，只有磷酸果糖激酶处在最关键部位上。,三 EMP途径的调控,三 EMP途径的调控,1 ADP和AMP对此酶有激活作用，而ATP、NADH、柠檬酸和长链脂肪酸是此酶的别构效应物，能抑制此酶活性。当细胞处于低能时，ADP/AMP较多，而ATP较少，此时磷酸果糖激酶被激活，与底物亲和力增高；细胞处于高能状态时，ATP含量增加，与酶调节部位结合，使酶构象改变，与底物亲和力降低，反应速率下降。另外，柠檬酸是丙酮酸有氧状态下的中间产物，也是一种别构效应物。2 2，6-二磷酸果糖对EMP有调节作用。是磷酸果糖激酶强有力的激动剂，提高磷酸果糖激酶与6-磷酸果糖亲和力，并降低ATP的抑制作用。而6-磷酸果糖加速2，6-二磷酸果糖合成，抑制水解，导致机体具有高浓度2，6-二磷酸果糖，从而激活磷酸果糖激酶活性。这种现象叫做前馈刺激作用。,三 EMP途径的调控,（二）己糖激酶的活性调节 己糖激酶活性受到产物6-磷酸葡萄糖浓度的调控产物抑制。如果体内足够多G-6-P，则己糖激酶活性降低，如果G供给不断，而磷酸化被抑制，则大量G积累，造成血糖过高，这对于机体来说不是好现象。因此，此时另一种酶G激酶起到作用，使G变成G-6-P。G激酶不受G-6-P的调控，受血糖水平调控。但一般来讲，己糖激酶亲和力远远大于G激酶，只有血糖达到一定程度时才启动G激酶。,三 EMP途径的调控,（三）丙酮酸激酶催化的磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸过程 1 1，6二磷酸果糖和磷酸烯醇式丙酮酸是丙酮酸激酶的激活剂。2 ATP、柠檬酸和长链脂肪酸是抑制剂，调控方式类似于果糖激酶。细胞处于高能时，磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶都受到抑制；处于低能时，在ATP较少，而AMP/ADP较多时，磷酸果糖激酶激活产生1，6-二磷酸果糖。1，6-二磷酸果糖氧化后产生的磷酸烯醇式丙酮酸是第二个激活剂。两种激活剂同时作用，加速糖酵解的过程。,四 糖酵解的意义,1 是最古老的生物体产生能量的方式，由于生命起源于无氧的年代，因此可能与生物进化有关；2 厌氧微生物获得能量的唯一方式，兼性生物也能通过此途径获得能量；3 人体缺氧时提供能量的方式；睾丸和红细胞组织获得能量的主要途径。,五 丙酮酸的代谢命运,1）无氧条件下，丙酮酸转变为乳酸。2）无氧条件下，丙酮酸转变为乙醛，进而生成乙醇。3）有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA，进入三羧酸循环，氧化供能（乙酰-CoA在能量状态高的情况下可用于合成脂类物质）。4)丙酮酸作为其他物质合成的前体（如Ala）。,酵解产生的丙酮酸的三个可能的分解代谢命运,六 NADH的命运,无氧条件下:通过乙醇发酵受氢，解决重氧化 通过乳酸发酵受氢，解决重氧化有氧条件下:通过呼吸链递氢，最终生成H2O,并生成ATP。,七 其他单糖进入糖酵解的途径,淀粉和糖原经消化后都转变为葡萄糖进入糖酵解途径。水果中或蔗糖水解产生的果糖、乳糖水解产生的半乳糖，糖蛋白等多糖消化后产生的甘露糖也都通过转变成糖酵解途径的中间产物而进入糖酵解过程。,七其他单糖进入糖酵解的途径,一 果糖 1 在肌肉中，果糖ATP（己糖激酶）F-6-P。2 在肝脏中，果糖要进入糖酵解，是形成糖酵解中间产物3磷酸甘油醛来进入的。果糖ATP（果糖激酶）F-1-P F-1-P（果糖-1-磷酸醛缩酶）甘油醛磷酸二羟丙酮 甘油醛ATP（甘油醛激酶）3磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮（磷酸丙糖异构酶）3磷酸甘油醛,七其他单糖进入糖酵解的途径,二 半乳糖 半乳糖ATP（半乳糖激酶）半乳糖-1-P 半乳糖-1-P（UDP葡萄糖：半乳糖-1-磷酸尿苷酰基转移酶，UDP-半乳糖-4-差向异构酶）G-1-P G-1-P（磷酸葡萄糖异构酶）G-6-P三 甘露糖 甘露糖ATP（己糖激酶）6磷酸甘露糖 6磷酸甘露糖（磷酸甘露糖异构酶）F-6-P 从而进入到糖酵解过程中。,