生物化学糖类代谢.ppt

第八讲 糖类代谢,第一节 新陈代谢概述第二节 双糖和多糖的酶促降解第三节 单糖的分解代谢第四节 糖的生物合成,新陈代谢的概念、特点和内涵,小分子 大分子合成代谢（同化作用）Assimilation 需要能量 释放能量分解代谢（异化作用）Dissimilation 大分子 小分子,物质代谢,能量代谢,新陈代谢,新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行,第二节 双糖和多糖的酶促降解,1.双糖的酶促降解2.多糖的酶促降解2.1 淀粉的分解2.2 糖原的分解,双糖的酶促降解,2.1 淀粉的分解,2.1.1 淀粉的酶促水解 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）脱支酶（R酶）:水解淀粉酶和淀粉酶作用后留下的极限糊精中的1.6 糖苷键。不能直接水解支链淀粉内部的-1，6糖苷键 麦芽糖酶:催化麦芽糖水解为葡萄糖，是淀粉水解的最后一步。淀粉的彻底水解需要上述水解酶的共同作用，其最终产物是葡萄糖。,极限糊精是指淀粉酶和淀粉酶不能再分解的支链淀粉残基,麦芽糖酶,脱枝酶,淀粉酶,淀粉酶,麦芽糖酶,淀粉酶,2.1.2 淀粉的磷酸解磷酸化酶:催化淀粉非还原末端的葡萄糖残基转移给P，生成G-1-P,同时产生一个新的非还原末端，重复上述过程。磷酸化酶不能将支链淀粉完全降解，只能降解到距分支点4个葡萄糖残基为止，留下一个大而有分支的多糖链，称为磷酸化酶极限糊精。,所以磷酸化酶磷酸解的产物是直链淀粉 G-1-P支链淀粉 G-1-P+磷酸化酶极限糊精,转移酶:将距1,6键前3个G残基转移至另一链上,以-1,4键相连,分支点处留下一个G残基脱支酶:水解转移酶留下的那个G残基,释放下一个G分子,G,葡萄糖转移酶,2.2 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转移）脱枝酶（催化1.6-糖苷键断裂）,糖原的磷酸解,糖原磷酸解的步骤,非还原端,磷酸化酶（释放8个1-P-G）,转移酶,脱枝酶（释放1个葡萄糖）,最终产物是G和1-P-G,+G,第三节 单糖的分解代谢,1.生物体内单糖的主要分解代谢途径及细胞定位2.糖酵解（EMP）丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降解途径3.三羧酸循环（TCA）4.磷酸戊糖途径（PPP）,1.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）,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,2.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1940年被阐明,Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多，故糖酵解过程也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。在细胞质中进行,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,磷酸G变位酶,第一阶段：葡萄糖的磷酸化,葡萄糖激酶,磷酸果糖激酶,磷酸己糖异构酶,第二阶段：磷酸己糖的裂解,醛缩酶,磷酸丙糖异构酶,第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成,Mg或Mn,丙酮酸,PEP,丙酮酸激酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶(碘乙酸抑制其活性),磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,高能磷酸化合物,高能磷酸化合物,底物水平磷酸化,底物水平磷酸化,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,糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的普遍途径通过糖酵解使葡萄糖降解生成ATP，为生命活动提供部分能量，尤其对厌氧生物是获得能量的主要方式糖酵解途径的许多中间产物可作为合成其他物质的原料（提供碳骨架），如磷酸二羟丙酮甘油是糖有氧分解的准备阶段由非糖物质转变为糖的异生途径基本为之逆过程,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 G激酶 ATP G-6-P ADPb 磷酸果糖 ADP ATP 激酶 AMP 柠檬酸（限速酶）果糖-1,6-二磷酸 NADHc 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，调节物多为本途径的中间物或与本途径有关的代谢产物。,细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。在代谢途径中，催化不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。,糖酵解的调控解释,丙酮酸的去路,（有氧）,（无氧）,转化为脂肪酸或酮体,丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解,葡萄糖,EMP,丙酮酸脱羧酶,乙醇脱氢酶,乳酸脱氢酶,由葡萄糖转变为乙醇的过程称为酒精发酵:酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和CO2葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O由葡萄糖转变为乳酸动物在激烈运动时或由于呼吸、循环系统障碍而发生供氧不足时生长在厌氧或相对厌氧条件下的许多细菌葡萄糖+2Pi+2ADP 2乳酸+2ATP+2H2O,丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解,（EMP）,葡萄糖,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸脱氢酶系是一个十分大的多酶复合体，包括：三种酶：丙酮酸脱羧酶E1、二氢硫辛酸乙酰转移酶E2、二氢硫辛酸脱氢酶E3 六种辅助因子：焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，FAD,NAD+,CoA 及Mg2+,3.三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle,TCA 循环）,3.1 三羧酸循环的概念和化学历程3.2 三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量3.3 三羧循环的特点和生物学意义3.4 三羧循环的调控,三羧酸循环概念,在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程，称为柠檬酸循环亦称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle),简称TCA循环由于它是由（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环三羧酸循环在线粒体基质中进行TCA经四次氧化，二次脱羧，通过一个循环，可以认为乙酰CoA2CO2,H2O,H2O,+HS-CoA,HSCoA Pi,三羧酸循环的化学计量和能量计量,a、总反应式:CH3COSCoA+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,贮能效率:38*7.3/686*100%=42%,循环有以下特点：,循环实质：消耗一个分子的乙酰CoA内的2个C，以2个CO2的形式离开循环，其余物质循环使用在循环中生成3个NADH2和1个FADH2由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP,1GTP1ATP单向进行整个循环不需要氧，但离开氧无法进行1分子乙酰CoA通过TCA循环被氧化，可生成12分子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,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CoAb 异柠檬酸 ADP ATP 脱氢酶 NAD+NADHc-酮戊二酸 ADP NADH 脱氢酶 NAD+琥珀酰CoA,关键因素：NADH/NAD+ATP/ADP,4.磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway,ppp）,4.1 概述4.2 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4.3 总反应式和生理意义,4.1 磷酸戊糖途径概述,在组织中添加酵解抑制剂碘乙酸（抑制3-P-甘油醛脱氢酶)或氟化物（抑制烯醇化酶）等，葡萄糖仍可被消耗,说明葡萄糖还有其他代谢途径1953年阐述了磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway)，简称PPP途径，也叫磷酸己糖支路；亦称戊糖磷酸循环；亦称Warburg-Dickens戊糖磷酸途径在细胞质中进行和EMP、TCA相互补充、相互配合，增加机体的适应能力。,磷酸戊糖途径的两个阶段,2、非氧化分子重排阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P,1、氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖-P 6 NADP+6NADPH 6 NADP+6NADPH,6CO2,6H2O,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分子重排阶段,异构酶,转酮酶,转酮酶,醛缩酶,阶段之一,阶段之二,阶段之三,分子重排过程如下,6C-P 6C-P 6C-P 6C-P 6C-P 6C-PCO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 2NADPH2 2NADPH2 2NADPH2 2NADPH2 2NADPH2 2NADPH2 5C-P 5C-P 5C-P 5C-P 5C-P 5C-P 3C-P 7C-P 7C-P 3C-P 4C-P 4C-P 6C-P 6C-P 3C-P 3C-P 6C-P 6C-P 6C-P,3C,2C,2C,3C,2C,2C,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,沟通了己糖和戊糖代谢,即糖代谢和核酸代谢形成许多重要中间产物,能量计算:G第一次循环生成30个ATP;第二次开始.每次生成35个ATP,其它糖进入单糖分解的途径,第四节 糖的生物合成,1.单糖的生物合成2.双糖的生物合成3.多糖的生物合成,1.单糖的生物合成,1.1 葡萄糖生物合成的最基本途径：光合作用1.2 糖异生作用 糖异生作用的主要途径和关键反应 糖异生作用的意义,光合作用,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,G激酶,果糖激酶,二磷酸果糖磷酸酯酶,丙酮酸激酶,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,Pi,Pi,丙酮酸羧化酶,CO2 ATP ADP,GTP,GDP+CO2,糖异生途径的意义,1.葡萄糖异生对人类以及其他动物是绝对需要的途径：人脑对葡萄糖有高度依赖性。红细胞也需要葡萄糖。尤其在饥饿状态下葡萄糖异生尤为重要；在机体处在剧烈运动时，也需要非糖物质及时提供葡萄糖，以维持血糖水平。2.当油料种子萌发时，脂肪酸经乙酰CoA通过乙醛酸循环合成琥珀酸 TCA循环 糖异生3.乳酸的再利用，防止酸中毒;4.促进某些氨基酸的代谢,葡萄糖,供种子萌发使用,2.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 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和UDPG，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,蔗糖的合成途径,蔗糖合成酶途径(植物)G 1-P-G UDPG 蔗糖 磷酸蔗糖合成酶途径（植物光合组织）G 6-P-G 6-P-F UDP G 1-P-G UDPG 磷酸蔗糖 蔗糖,己糖激酶,ATP ADP,UTP PPi,UDPG焦磷酸化酶,F UDP,蔗糖合成酶,己糖激酶,ATP ADP,UDPG焦磷酸化酶,UTP PPi,磷酸蔗糖合成酶,G激酶,ATP ADP,磷酸己糖异构酶,Pi,磷酸酯酶,蔗糖磷酸化酶途径(微生物)G 1-P-G 蔗糖,己糖激酶,ATP ADP,蔗糖磷酸化酶,F Pi,3.多糖的生物合成,3.1 淀粉的生物合成3.2 糖原的生物合成 3.3 纤维素的生物合成（自学）,淀粉的结构特点 直链淀粉合成 由淀粉合成酶催化，需引物（Gn）,ADPG供糖基，形成1.4糖苷键。支链淀粉合成 淀粉合成酶:催化形成-1.4糖苷键 Q酶（分支酶）:既能催化-1.4糖苷键的断裂，又能催化-1、6糖苷键的形成,3.1 淀粉的生物合成,淀粉的分枝结构,直链淀粉的合成,引物（Gn）,+,+,直链淀粉(Gn+1),ADPG(UDPG)转G苷酶(淀粉合成酶),在Q酶作用下的支链淀粉的合成,3.2 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,问答题,1、何谓三羧酸循环？它有何特点和生物学意义？2、磷酸戊糖途径有何特点？其生物学意义何在？3、何谓糖酵解？糖酵解与糖异生途径有哪些差异？糖酵解与糖的无氧氧化有何关系?4、为什么说6-磷酸葡萄糖是各条糖代谢途径的交叉点?名词解释糖酵解 三羧酸循环磷酸戊糖途径 糖异生作用糖的有氧氧化,练习题,1.已知有一系列酶反应，这些反应可以使苹果酸转变成4分子的CO2。除了H2O,Pi，ATP,FAD,NAD外，这些反应并不净摄取或产生其他代谢中间产物。请写出这些酶反应顺序。并计算可产生的ATP数2.已知有一系列酶反应，这些反应将导致从丙酮酸到酮戊二酸的净合成。该过程并没有净消耗三羧酸循环的代谢物。请写出这些酶反应顺序。,