生物化学-第七章糖类化合物代谢.ppt

第七章 糖类化合物代谢,第一节 糖类化合物,糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物，根据其水解情况分为单糖、寡糖和多糖。单糖：不能被水解称更小分子的糖。如：葡萄 糖、果糖、脱氧核糖。寡糖：2-6个单糖分子脱水缩合而成。如：蔗糖、麦芽糖、乳糖。多糖：淀粉、纤维素、糖原,葡萄糖及其环状结构,葡萄糖,果 糖,蔗 糖,麦芽糖,glycogen,第二节 糖的合成与分解,UDPG：尿苷二磷酸葡萄糖ADPG：腺苷二磷酸葡萄糖,一、UDPG和ADPG的生物合成,1-磷酸葡萄糖UTP,UDPG和ADPG是生物体内重要的活化单糖。单糖必须经过活化后才能用于寡糖和多糖的合成。,UDPGPPi,UDPG焦磷酸化酶,糖核苷酸,二、蔗糖的生物合成与分解,蔗糖的生物合成：有3条途径,1,2,3,此途径主要在细胞质中进行，是蔗糖生物合成的主要途径。,此途径存在于高等植物中。,此途径存在于微生物中,蔗糖的分解,蔗糖酶（sucrase）又称转化酶(invertase)，广泛存在植物、微生物和动物中。,蔗糖+H2O,蔗糖酶,葡萄糖+果糖,三、淀粉的生物合成与分解,淀粉的生物合成,1、直链淀粉的生物合成,直链淀粉是通过a-1，4-糖苷键连接而成的线性分子，合成有3条途径：淀粉磷酸化酶催化途径 淀粉合成酶催化途径：主要途径 D酶催化途径：转移短片段糖链,合成了直链淀粉后，在Q 酶的催化下，将直链淀粉的非还原性端上6-8个葡萄糖基切下，通过a-1，6-糖苷键与直链淀粉连接，形成支链淀粉。,2、支链淀粉的生物合成,淀粉的分解,1、淀粉的水解,a-淀粉酶(a-1,4-葡聚糖酶):无规则内切-淀粉酶(a-1,4-麦芽糖酶):外切一个麦芽糖R 酶(脱支酶):水解a-1，6-糖苷键,2、淀粉的磷酸解,淀粉磷酸化酶磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖酯酶,四、纤维素的生物合成与分解,纤维素的生物合成,纤维素的分解,以UDPG或GDPG为原料，以一小段纤维素为引子，由纤维素合成酶催化合成。,由纤维素酶（cellulase）催化。人和大多数哺乳动物体内无纤维素酶。,葡萄糖进入细胞后，在一系列酶的催化下，发生分解代谢过程。葡萄糖的分解代谢分两步进行：糖酵解：葡萄糖 丙酮酸。此反应过程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。三羧酸循环：丙酮酸 CO2+H2O。由于分子氧是此系列反应的最终受氢体，所以又称为有氧分解。,五、葡萄糖的分解,第三节 糖 酵 解,糖酵解（glycolysis）是指在无氧条件下，葡萄糖经过酶催化作用降解成丙酮酸，并伴随生成ATP的过程。它是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径。,为了纪念对糖酵解途径的阐明作出了重大贡献的德国科学家Embden、Meyerhof 和Parnas，糖酵解途径又称EMP途径。,糖酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。如果供氧不足，NADH不进入呼吸链，而是把丙酮酸还原成乳酸or乙醇。,二、糖酵解的生物化学过程,糖酵解的底物一般为葡萄糖，全过程在细胞质中进行，参与糖酵解各反应的酶都存在于细胞质中。,糖酵解过程包括10步反应。,此步不可逆,激酶(kinase)：将ATP上的磷酸基团转移到受体上的酶。,葡萄糖激酶,磷酸葡萄糖异构酶,磷酸果糖激酶,此步不可逆，为限速步骤,醛缩酶,磷酸丙糖异构酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶是一种巯基酶，-SH为活性部位。重金属离子和烷化剂（如碘乙酸）能抑制该酶活性。,磷酸甘油酸激酶,底物磷酸化,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,此步不可逆,丙酮酸激酶,葡萄糖,葡萄糖+2 NAD+2ADP+2Pi,2 丙酮酸+2NADH+2H+2H2O+2ATP,三、糖酵解过程的化学计量,获能效率61.0KJ/191KJ 10031,四、糖酵解的生物功能,获得适应缺氧环境所需能量。1分子葡萄糖经糖酵解可净产生2分子ATP（相当于61KJ）。,形成的中间产物为其它代谢提供原料。6-磷酸葡萄糖、磷酸二羟丙酮、磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸。,五、糖酵解的调节,1、己糖激酶的调节 6-磷酸葡萄糖,2、磷酸果糖激酶的调节 ATP、AMP、柠檬酸,3、丙酮酸激酶的调节 ATP,-,-,-,-,六、丙酮酸的去路,丙酮酸 乙醇（酒精发酵）,无氧条件下，在酵母、有些微生物及植物细胞中存在此途径。,丙酮酸 乳酸（乳酸发酵）,厌氧乳酸菌在无氧条件下，或动物（包括人）的某些组织供氧不足时存在此途径。,丙酮酸 乙酰CoA，进入三羧酸循环,在有氧条件下，乙酰CoA被彻底分解为CO2和H2O，并放出大量能量。,八、葡萄糖异生作用,葡萄糖异生作用（gluconeogenesis）是指生物体利用非碳水化合物的前体（如丙酮酸、草酸乙酸）合成葡萄糖的过程。葡萄糖异生作用基本上是糖酵解的逆转，但需要绕过3个不可逆反应才能实现。,绕过丙酮酸激酶催化的反应,以上二步反应称为丙酮酸羧化支路。,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,绕过磷酸果糖激酶催化的反应,1,6-二磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖酶,磷酸果糖激酶,6-磷酸果糖,绕过己糖激酶催化的反应,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酶,己糖激酶,葡萄糖,底物循环,2mol乳酸经糖异生作用转化成1mol葡萄糖，需消耗多少mol ATP？,第四节 三羧酸循环,（Tricarboxylic Acid Cycle,简称TCA或 TAC）,葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，在有氧条件下，将进入三羧酸循环进行完全氧化，生成H2O 和CO2，并释放出大量能量。,三羧酸循环是在细胞的线粒体中进行的，在细胞质中形成的丙酮酸需运输进入线粒体后才能进行。,丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段：第一阶段：丙酮酸的氧化脱羧（丙酮酸 乙酰辅酶A，简写为乙酰CoA）第二阶段：三羧酸循环（乙酰CoA CO2，释放出能量）,1.准备阶段（第一阶段）-丙酮酸的氧化脱羧,二、三羧酸循环的生化过程,丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下，脱羧形成乙酰CoA。丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系，主要包括：三种不同的酶（丙酮酸脱氢酶E1、硫辛酸乙酰转移酶E2和二氢二硫辛酸脱氢酶E3），和6种辅因子（TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和Mg2+）。,E1:丙酮酸脱氢酶E2:硫辛酸乙酰转移酶E3:二氢二硫辛酸脱氢酶,E1,E2,E2,E3,E3,1,2,3,4,5,2.三羧酸循环（8步反应）,柠檬酸合成酶,此步不可逆，为限速步骤,乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,此步不可逆，为限速步骤,-酮戊二酸脱氢酶系,此步不可逆，为限速步骤,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,TCA cycle,草酰乙酸(4C),柠檬酸(6C),异柠檬酸(6C),琥珀酸辅酶A(4C),琥珀酸(4C),延胡索酸(4C),苹果酸(4C),乙酰辅酶A(2C),-酮戊二酸(5C),一轮TCA cycle 的计算,乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O,2CO2+CoA+3NADH+3H+FADH2+GTP,三羧酸循环总反应式：,三、三羧酸循环过程的化学计量,每循环一次，一个乙酰CoA 的两个碳原子被氧化生成 2 分子CO2（两步脱羧反应）。,每循环一次，形成 3 分子NADH和 1 分子FADH2（4 步脱氢氧化反应）。,每循环一次，消耗两分子水（用于柠檬酸和苹果酸的合成）。,每循环一次，琥珀酰CoA 的高能键生成 1 分子GTP（相当于形成 1 分子ATP）。,另外：1 分子NADH通过氧化磷酸化将电子传给O2，可推动 2.5 分子ATP 生成；1 分子FADH2通过氧化磷酸化将电子传给O2，可推动 1.5 分子ATP 生成。问：1 乙酰CoA？ATP 1 丙酮酸？ATP 1 葡萄糖？ATP,四、三羧酸循环的生物功能,1.释放能量获得ATP,2.为其它代谢提供原料,1 glucose 有氧条件 32/30 ATP 缺氧条件 2 ATP,三羧酸循环是各种代谢的枢纽,3.生成CO2的作用,回补反应（anaplerotic reaction）,五、三羧酸循环的调控,丙酮酸脱氢酶系,柠檬酸合成酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶系,琥珀酸脱氢酶,第五节 乙醛酸循环,乙醛酸循环在乙醛酸循环体中进行。油料种子以脂肪酸为主要贮藏物质，当其萌发时，种子内贮藏的脂肪酸 通过乙醛酸循环转化为的碳水化合物，运到胚中供幼苗生长。,乙醛酸循环与三羧酸循环有一定的相似性，但有本质的区别：进行部位不同；能量释放不同；乙醛酸循环没有CO2的释放。,（Glyoxylate cycle）,草酰乙酸(4C),乙酰辅酶A(2C),柠檬酸(6C),异柠檬酸(6C),琥珀酸(4C),乙醛酸(2C),苹果酸(4C),异柠檬酸裂解酶,苹果酸合成酶,2 乙酰CoA+NAD+,琥珀酸+2 CoA-SH+NADH+H+,生成的琥珀酸由乙醛酸循环体转移到线粒体内，在其中转化为草酰乙酸，进入葡萄糖异生途径。,第五节 磷酸戊糖途径,（Phosphopentose pathway）,细胞内葡萄糖的氧化分解，除EMP-TCA外，还存在另一条氧化分解途径：磷酸戊糖途径。,磷酸戊糖途径在细胞质中进行。全部反应分为氧化阶段和非氧化阶段。,一、磷酸戊糖途径的生化过程,1.氧化阶段,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖-内酯,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-内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,5-磷酸核酮糖,5-磷酸核糖,5-磷酸木酮糖,5-磷酸木酮糖 5C,5-磷酸核糖 5C,3-磷酸甘油醛 3C,7-磷酸景天庚酮糖 7C,4-磷酸赤藓糖 4C,6-磷酸果糖 6C,3-磷酸甘油醛 3C,6-磷酸果糖 6C,6-磷酸葡萄糖 6C,5-磷酸木酮糖 5C,2.非氧化阶段,6 6-磷酸葡萄糖+12 NADP+7 H2O,5 6-磷酸葡萄糖+6 CO2+12 NADPH+12 H+Pi,总反应式：,二、磷酸戊糖途径的生理意义,1.为各种反应提供还原力,在脂肪酸和固醇类的生物合成、光合作用、由核糖核苷酸转变为脱氧核糖核苷酸等过程都需要NADPH。,5-磷酸核糖、4-磷酸赤藓糖、3-磷酸甘油醛等。,2.为其它代谢提供原料,三、磷酸戊糖途径的调节,1、6-磷酸葡萄糖脱氢酶的调节 NADP+,2、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的调节 5-磷酸核酮糖 NADPH,3、6-磷酸葡萄糖去路的调节,+,简答题1、何谓糖酵解？糖酵解与糖异生途径有那些差异？2、磷酸戊糖途径有何特点？其生物学意义何在？3、何谓底物水平磷酸化，举例说明。4、为什么说三羧酸循环是糖、脂、蛋白质代谢的共同通路？5、油料种子其萌发时，怎样将种子内贮藏的脂肪酸 转化为的碳水化合物？,名词解释 糖酵解 磷酸戊糖途径 糖异生作用 UDPG,熟悉下列酶催化的反应,已糖激酶、磷酸果糖激酶、3-磷酸甘油醛脱氢酶、丙酮酸激酶、丙酮酸脱氢酶系、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系、琥珀酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸裂解酶、苹果酸合成酶、6-磷酸葡萄糖脱氢酶、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,