《糖类与糖类代谢》PPT课件.ppt

第五章 糖 类 代 谢,生物体内的糖类 双糖和多糖的酶促降解 糖酵解 三羧酸循环 磷酸戊糖途径 单糖的生物合成(糖异生）蔗糖和多糖的生物合成,第一节 生物体内的糖类（简介）,一、糖的主要生物学作用：作为生物体的主要能源物质：通过氧化释放大量能量，以满足生命活动的需要（淀粉、糖原是重要生物能源。作为其他物质生物合成的原料：如作为蛋白质和脂类、核酸等大分子物质合成的碳骨架。作为生物体的结构成分：如纤维素是植物的结构糖。作为细胞识别的信息分子：糖可与蛋白质、脂类以共价键结合形成肽聚糖（或糖蛋白）或糖脂，存在生物膜中，担负着大分子及细胞间的相互识别。（glycobiology）,二、糖的分类（据分子的大小分类):单糖：在温和条件下不能水解为更小分子的糖 寡糖（双糖）：水解时每个分子产生2-10个 单糖残基多糖:能水解成多个单糖分子，属于高分子碳水化合物，分子量可达到数百万。,糖的分类 单糖 植物体内的单糖主要是戊糖、己糖、庚糖 戊糖主要有核糖、脱氧核糖（木糖和阿拉伯糖）己糖主要有葡萄糖、果糖和半乳糖（甘露糖、山梨糖）,吡喃葡萄糖,呋喃果糖,半乳糖,以游离状态存在的双糖有蔗糖、麦芽糖和乳糖。还有以结合形式存在的纤维二糖。蔗糖是由-D-葡萄糖和-D-果糖各一分子按、（1,2糖苷键）键型缩合、失水形成的。它是植物体内糖的运输形式。,双糖,1,2,非还原糖,麦芽糖是由两个葡萄糖分子缩合、失水形成的。其糖苷键型为（14）。麦芽糖分子内有一个游离的半缩醛羟基，具有还原性。,1,4,半乳糖,葡萄糖,乳糖：是还原糖,存在哺乳动物的乳汁中，及高等植物的花粉管及微生物中,多糖 淀粉（starch）糖原(glycogen),是植物体内最重要的贮藏多糖。用热水处理淀粉时，可溶的一部分为“直链淀粉”，另一部分不能溶解的为“支链淀粉”。,淀粉,直链淀粉中葡萄糖以-1，4糖苷键缩合而成。每个直链淀粉分子只有一个还原端基和一个非还原端基。遇碘显蓝紫色,分子量在10000-50000之间。,碘与直链淀粉靠范德华力结合,支链淀粉中葡萄糖主要以-1，4糖苷键相连，少数以-1，6糖苷键相连，所以支链淀粉具有很多分支。遇碘显紫色或紫红色。,分子量在50000-100000,支链淀粉,糖原 糖原是动物体内重要的贮藏多糖，相当于植物体内贮存的淀粉，也叫动物淀粉。高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原。其结构与支链淀粉相似。,糖原,遇碘显红色,第二节 双糖和多糖的酶促降解,蔗糖+H2O 葡萄糖+果糖 66.5-20.4,一、蔗糖的酶促降解,1、蔗糖酶途径,2、蔗糖合酶途径,ADPGGDPGCDPGUDPG,作为多糖合成的底物,淀粉的水解 淀粉的磷酸解,二、淀粉的降解,淀粉的水解,-淀粉酶-淀粉酶R-酶(脱支酶）麦芽糖酶,是淀粉内切酶，作用于淀粉分子内部的任意的-1，4 糖苷键。直链淀粉 葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+低聚糖的混合物 支链淀粉 葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+-极限糊精 极限糊精是指淀粉酶不能再分解的支链淀粉残基。-极限糊精是指含-1，6糖苷键由3个以上葡萄糖基构成的极限糊精。,1、-淀粉酶（-amylase）,是淀粉外切酶，水解-1，4糖苷键，从淀粉分子外即非还原端开始，每间隔一个糖苷键进行水解，每次水解出一个麦芽糖分子。直链淀粉 麦芽糖 支链淀粉 麦芽糖+-极限糊精-极限糊精是指-淀粉酶作用到离分支点2-3个葡萄糖基为止的剩余部分。两种淀粉酶降解的最终产物都有麦芽糖。,2、-淀粉酶(-amylase),两种淀粉酶性质的比较,-淀粉酶不耐酸，pH3时失活耐高温，70C时15分钟仍保持活性广泛分布于动植物和微生物中。唾液和胰液中,-淀粉酶耐酸，pH3时仍保持活性不耐高温，70C15分钟失活主要存在植物体中,第二节 双糖和多糖的酶促降解,蔗糖+H2O 葡萄糖+果糖 66.5-20.4,一、蔗糖的酶促降解,1、蔗糖酶途径,2、蔗糖合酶途径,ADPGGDPGCDPGUDPG,作为多糖合成的底物,淀粉的水解,-淀粉酶-淀粉酶R-酶(脱支酶）麦芽糖酶,水解-1，6糖苷键，将及-淀粉酶作用支链淀粉最后留下的极限糊精的分支点水解，产生短的只含-1，4糖苷键的糊精，使之可进一步被淀粉酶降解。不能直接水解支链淀粉内部的-1，6糖苷键。,3、R-酶(脱支酶-debranching enzyme）,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4种水解酶的共同作用，其最终产物是葡萄糖。,4、麦芽糖酶（-葡萄糖苷酶）,（二）淀粉的磷酸解,磷酸化酶转移酶与脱支酶,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。直链淀粉 G-1-P 支链淀粉 G-1-P+磷酸化酶极限糊精 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。,1、磷酸化酶,磷酸化酶、转移酶、脱支酶共同作用将支链淀粉彻底降解为G-1-P。,转移酶,磷酸化酶,G-1-P,2、转移酶与脱支酶,脱支酶,三、糖原的降解,糖原主要为动物肝脏和骨骼肌中的贮能物质，且易动员。在肌肉中贮存糖原是为了肌肉收缩提供能源，而在肝脏中贮存糖原是为了维持血糖平衡。糖原降解主要有糖原磷酸化酶和转移酶、脱支酶催化进行。糖原+Pi 糖原+G-1-P（n残基）（n-1残基）糖原以颗粒状存在细胞质中，颗粒中除了有糖原外还有催化其合成与分解的酶及调节蛋白。脑在正常情况下每天需要葡萄糖140g。转移酶、脱支酶在同一个肽链上的两个催化酶。,G-1-P,糖的分类及降解,蔗糖的降解（蔗糖酶或转化酶）淀粉的降解：淀粉的水解-淀粉酶-淀粉酶 R-酶(脱支酶）麦芽糖酶 淀粉的磷酸解淀粉磷酸化酶、转移酶、脱支酶。糖原的磷酸解：磷酸化酶和转移酶、脱支酶单糖的降解,小结,第三节 糖酵解,定义：糖酵解是酶将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随ATP生成的过程。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径。1940年被阐明。(研究历史)Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多，故糖酵解过程一也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。在细胞质中进行,糖酵解,一、糖酵解过程二、糖酵解中产生的能量三、糖酵解的意义四、糖酵解的控制五、丙酮酸的去路,一、糖酵解过程,在细胞质中进行，共分4个阶段，每个阶段又分若干反应：,（1）第一阶段：葡萄糖 1,6-二磷酸果糖,2+,1,2,3,2+,ATP,提高糖的能量水平糖磷酸化后不能穿膜,底物,2+,2+,1,2,3,在所有细胞内都有己糖激酶,对六碳糖均起作用.在肝脏中有葡萄糖激酶,调节G水平.磷酸果糖激酶是变构酶。从兔子中分离出三种同工酶。其他二价阳离子也可作为激活剂，但体内选择镁离子。,（2）第二阶段：1,6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛,4,5,但在体内反应朝向3-磷酸甘油醛方向进行.异构酶催化的反应是很快的.,（3）第三阶段：3-磷酸甘油醛 2-磷酸甘油酸（氧化和磷酸化偶连）,6,7,2+,8,ATP,NADH+H+,3-磷酸甘油醛脱氢酶,碘乙酸通过与3-磷酸甘油醛脱氢酶的巯基结合而抑制其活性砷酸盐（AsO3-4）破坏1，3-二磷酸甘油酸的形成,Pi,2、3-二磷酸甘油酸是辅助因子2、3-二磷酸甘油酸是辅助因子。是辅助因子2.3-二磷酸甘油酸是变位酶的辅助因子。砷酸盐（AsO3-4）是解偶联剂。有砷酸盐存在是反应照常进行，但不能形成高能磷酸键。,（4）第四阶段：2-磷酸甘油酸 丙酮酸,9,10,ATP,Mg2+与烯醇化酶紧密结合，而F-与Mg2+结合，则氟化物是该酶的抑制剂,H2O,pH=7,11,底物水平磷酸化：高能磷酸化合物在酶的作用下将高能磷酸基团转移给ADP合成ATP的过程。,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O 有氧时，2NADH进入线粒体（苹果酸穿梭）经呼吸链氧化又可产生5分子ATP,再加上由底物水平的磷酸化形成的2个ATP，故共可产生2+5=7分子ATP（沈同第三版）无氧时，2NADH还原丙酮酸，生成2分子乳酸或乙醇，故净产生2分子ATP,二、糖酵解中产生的能量,1、糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的普遍途径 2、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 3、糖酵解途径为其他代谢途径提供中间产物（提供碳骨架），如6-磷酸葡萄糖是磷酸戊糖途径的底物；磷酸二羟丙酮-磷酸甘油合成脂肪 4、是糖有氧分解的准备阶段 5、由非糖物质转变为糖的异生途径基本为之逆过程,三、糖酵解的意义,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。限速酶：在系列代谢反应中，若其中一个反应进行的比较慢，则其后的反应也随之减慢，将前面这一反应较慢的步骤称为限速步骤，催化该反应的酶称为限速酶。,四、糖酵解的调控,糖酵解的控制,磷酸果糖激酶：磷酸果糖激酶是酵解过程中最重要的调节酶，酵解速度主要取决于该酶活性，因此它是一个限速酶。ATP：ATP是该酶的变构抑制剂，细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号，柠檬酸通过增加ATP对该酶的抑制作用而起抑制作用.丙酮酸激酶的调控：抑制剂：Ala、ATP、乙酰CoA、长链脂肪酸激活剂：F-1.6-2P ATP：变构抑制该酶活性。Ala：变构抑制该酶活性。丙氨酸是丙酮酸接受一个氨基形成的，丙氨酸浓度增加意味着丙酮酸作为丙氨酸的前体过量。F-2.62P由6-磷酸果糖来,所以又称之为前馈激活.别构调节 非竞争性抑制和能荷调节 变构调节,其它糖进入糖酵解途径,五、丙酮酸去路,（有氧）,（无氧）,1、酵母等微生物将丙酮酸转化为 乙醇和C2O,由葡萄糖转变为乙醇的过程称为酒精发酵:葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2乙醇+2C2O+2ATP+2H2O,五、丙酮酸的去路,无氧条件下,动物细胞中不存在丙酮酸脱羧酶。,2、丙酮酸生成乳酸,葡萄糖+2Pi+2ADP 2乳酸+2ATP+2H2O,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,无氧条件下,乳酸脱氢酶有绝对立体异构的选择性。,3、在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成乙酰CoA，参加TCA循环（柠檬酸循环），被彻底氧化成CO2和H2O。4、转化为脂肪酸或酮体。当细胞ATP水平较高时，柠檬酸循环的速率下降，乙酰CoA开始积累，可用作脂肪的合成或酮体的合成。,丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解,（EPM）,葡萄糖,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸的去路,（有氧）,（无氧）,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乙醇+C2O,乙酰 CoA,丙酮酸,乳酸,乙酰 CoA,糖酵解途径,（有氧或无氧）,糖酵解（EMP）,一、糖酵解过程二、糖酵解中产生的能量三、糖酵解的意义四、糖酵解的控制五、丙酮酸的去路,复 习,磷酸丙糖生成阶段,丙酮酸生成阶段,第四节 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与草酰乙酸合成柠檬酸，而后经一系列氧化、脱羧生成CO2并再生草酰乙酸的循环反应过程，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。,三羧酸循环,一.由丙酮酸形成乙酰CoA二.三羧酸循环的过程三.三羧酸循环的化学计量四.三羧酸循环的回补反应五.三羧酸循环的调控六.三羧酸循环的生物学意义,丙酮酸进入线粒体转变为乙酰CoA，这是连接糖酵解和三羧酸循环的纽带：丙酮酸+CoA+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+,（一）、由丙酮酸形成乙酰CoA,反应不可逆，分5步进行，由丙酮酸脱氢酶复合体催化。,丙酮酸脱氢酶复合体是一个十分大的多酶复合体，包括丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酸乙酰转移酶E2、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+,CoA 及Mg2+六种辅助因子组装而成。,大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体的内容,缩写 肽链数 辅基 催化反应丙酮酸脱氢（羧）酶 E1 24 TPP 丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酸乙 E2 24 硫辛酸 将乙酰基转移到CoA 酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶 E3 12 FAD 将还原型硫辛酰胺 转变为氧化型,丙酮酸脱氢酶复合体,NAD+H+,丙酮酸脱羧酶,FAD,硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,CO2,乙酰硫辛酸,二氢硫辛酸,NADH+H+,TPP,硫辛酸,CoASH,NAD+,丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸脱氢酶复合体,形成酶复合体有什么好处呢？,中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中心快速准确！（硫辛酰赖氨酰臂）,1992年，science杂志上报道了E2立体结构,丙酮酸氧化脱羧的调控,由丙酮酸到乙酰CoA是一个重要步骤，处于代谢途径的分支点，所以此体系受到严密的调节控制：1、产物抑制：乙酰CoA抑制乙酰转移酶E2组分，NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效应被CoA和NAD+逆转。（属于竞争性抑制作用）2、能荷调节：丙酮酸脱氢酶E1受GTP抑制，被AMP活化。3、可逆磷酸化作用的调节（共价修饰）：丙酮酸脱氢酶E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。4、砷化物与E2中的辅基硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。5、Ca2+激活丙酮酸脱氢酶E1,（二）乙酰CoA彻底氧化三羧酸循环,柠檬酸的生成阶段,草酰乙酸 再生阶段,氧化脱 羧阶段,复 习,磷酸丙糖生成阶段,丙酮酸生成阶段,丙酮酸的去路,（有氧）,（无氧）,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乙醇+C2O,乙酰 CoA,丙酮酸,乳酸,乙酰 CoA,糖酵解途径,（有氧或无氧）,糖酵解的控制,丙酮酸氧化脱羧的调控,由丙酮酸到乙酰CoA是一个重要步骤，处于代谢途径的分支点，所以此体系受到严密的调节控制：1、产物抑制：乙酰CoA抑制乙酰转移酶E2组分，NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效应被CoA和NAD+逆转。（属于竞争性抑制作用）2、能荷调节：丙酮酸脱氢酶E1受GTP抑制，被AMP活化。3、可逆磷酸化作用的调节（共价修饰）：丙酮酸脱氢酶E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。4、砷化物与E2中的辅基硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。5、Ca2+激活丙酮酸脱氢酶E1,TCA第一阶段：柠檬酸生成,草酰乙酸,C-CH3,S-COA,O,CH2,COO-,HO-C-COO-,COO-,CH2,柠檬酸合酶,+,H2O,COA,单向不可逆 可调控的限速步骤 氟乙酰CoA导致致死合成 常作为杀虫药,三羧酸,HO-CH,COO-,CH-COO-,COO-,CH2,柠檬酸异构化成异柠檬酸（顺乌头酸酶）,H2O,H2O,顺乌头酸,在pH7.0，25C的平衡态时，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：4：6,柠檬酸,异柠檬酸,TCA第二阶段：氧化脱羧,异柠檬酸脱氢酶,酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,由异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）,NAD+,NADH+H+,H+,CO2,TCA中第一次氧化作用、脱羧过程 异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶（存在线粒体中的酶对NAD+专一性高；而对NADP+专一性强的酶即在线粒体中也在细胞质中）三羧酸到二羧酸的转变,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,Mg 2+,-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰COA（-酮戊二酸脱氢酶复合体）,+COASH+NAD+,+NADH+H+CO2,TCA中第二次氧化作用、脱羧过程-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似-酮戊二酸脱氢酶E1琥珀酰转移酶E2 二氢硫辛酸脱氢酶E3 TPP、硫辛酸、COA、FAD、NAD+、Mg2+,-酮戊二酸氧化脱羧的调控,产物抑制：-酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰COA和NADH抑制；高能荷抑制Ca2+激活不受磷酸化影响,琥珀酰COA转化成琥珀酸，并产生GTP（琥珀酰COA 合成酶）,GDP+Pi,GTP+HSCOA,TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤 GTP+ADP GDP+ATP,TCA第三阶段：草酰乙酸再生,草酰乙酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,琥珀酸脱氢生成延胡索酸,+FAD,+FADH2,TCA中第三次氧化的步骤 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂 开始四碳酸之间的转变,琥珀酸脱氢酶,HC,COOHCH2COOH,嵌入线粒体内膜呼吸链组分,柠檬 酸,草酰乙酸,H2O,琥珀酰CoA,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,CO2,三羧酸循环,FAD,ATP,GTP是在哺乳动物，ATP在植物体中。,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,a-酮戊二酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶A,三羧酸循环的过程,TCA经四次氧化，二次脱羧，通过一个循环，可以认为乙酰COA,乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+1、乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C原子进入循环。以后有两个C原子以CO2的形式离开循环，相当于乙酰CoA的2个C原子形成CO2。2、在循环中有4对H原子通过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原NAD+生成3个NADH+H+,1对用以还原FAD,生成1个FADH2。3、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。4、循环中消耗两分子水。5、单向进行6、整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。,循环特点：,三、三羧酸循环的化学计量 乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+3NADH 7.5 ATP，1FADH2 1.5ATP，再加上1个GTP 1分子乙酰CoA通过TCA循环被氧化，可生成10分子ATP。,若从丙酮酸开始，加上纽带 生成的1个NADH，则共产生10+2.5=12.5个ATP。若从葡萄糖开始，共可产生12.52+7=32个ATP。可见由糖酵解和TCA循环相连构成的糖的有氧氧化途径，是机体利用糖氧化获得能量的最有效的方式，也是机体产生能量的主要方式。,-酮戊二酸 谷氨酸 草酰乙酸 天冬氨酸 琥珀酰CoA 卟啉环 上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为回补反应(anaplerotic reaction)。,四、三羧酸循环的回补反应,三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它的中间产物也是生物合成的前体，如,丙酮酸羧化 PEP的羧化 由氨基酸形成 苹果酸脱氢,草酰乙酸的回补反应主要通过4个途径：,丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应),草酰乙酸或循环中任何一种中间产物不足,TCA循环速度降低,乙酰-CoA浓度增加,激活,丙酮酸羧化酶,产生更多的草酰乙酸,生物素Mg2+,在线粒体内进行,对草酰乙酸需求的信号,+CO2,PEP羧化,（在脑和心肌中）,羧化激酶对CO2的亲和力较小，对草酰乙酸亲和力较大，所以反应利于向生成丙酮酸的方向进行反应在胞液中进行,氨基酸转化,-酮戊二酸,天冬氨酸,谷氨酸,草酰乙酸,Asp、Glu转氨可生成草酰乙酸和-酮戊二酸Ile、Val、Thr、Met也会形成琥珀酰CoA，最后生成草酰乙酸。,（广泛存在）,五、三羧酸循环的调控,三羧酸循环的的速度主要取决于细胞对ATP的需求量，另外也受细胞对于中间产物需求的影响。有 3个调控部位。,Ca2+激活,六、三羧酸循环的生物学意义 与糖酵解构成糖的有氧代谢途径，为机体提供大量的能量，一分子葡萄糖经EMP、TCA循环和呼吸链氧化共可产生32个ATP。TCA循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络的枢纽。,TCA循环,中间产物,脂肪酸、氨基酸,合成代谢,分解代谢产物,CO2+H2O+能量,TCA循环既是物质分解代谢的组成部分，亦是物质合成的重要步骤，为其他生物合成提供原料。,糖代谢小结,丙酮酸,第五节 磷酸戊糖途径,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；并且C1更容易氧化成CO2；发现了6-P-葡萄糖脱氢酶和6-P-葡萄糖酸脱氢酶及NADP+；发现了五碳糖、六碳糖和七碳糖；说明葡萄糖还有其他代谢途径（1931-1951）。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（HMP）；亦称戊糖磷酸循环；亦称Warburg-Dickens戊糖磷酸途径。PPP途径广泛存在动、植物细胞内，在细胞质中进行。,磷酸戊糖途径,一、磷酸戊糖途径的反应历程二、磷酸戊糖途径的意义三、磷酸戊糖途径调控,6-P葡萄糖脱氢酶,6-P葡萄糖酸内酯酶,6-P葡萄糖酸脱氢酶,H20,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,6-P葡萄糖酸内酯,6-P葡萄糖酸,5-P-核酮糖,6-P葡萄糖,葡萄糖的氧化脱羧阶段 6-P葡萄糖+NADP+6-P葡萄糖酸内酯+NADPH+H+6-P葡萄糖酸内酯 6-P葡萄糖酸（容易进行）6-P葡萄糖酸+NADP+5-P核酮糖+CO2+NADPH+H+本阶段总反应：6-P葡萄糖+2NADP+H2O 5-P-核酮糖+CO2+2NADPH+2H+,6-P葡萄糖脱氢酶,6-P葡萄糖酸内酯酶,6-P葡萄糖酸脱氢酶,H20,6X6-P葡萄糖+6X2NADP+6XH2O 6X5-P-核酮糖+6XCO2+6X2NADPH+6X2H+,葡萄糖的氧化脱羧阶段：,5-磷酸木酮糖,（二）非氧化的分子重排阶段（之一5-磷酸核酮糖异构化）,差向异构酶,磷酸戊糖 异构酶,5-磷酸核酮糖,5-磷酸核糖,非氧化阶段之二（基团转移）,基团转移（续前）,非氧化的分子重排阶段 5-P-核酮糖 5-P核糖 5-P核酮糖 5-P木酮糖（转酮酶的底物、连接EMP）5-P木酮糖+5-P核糖 7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛 7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛 6-P果糖+4-P赤藓糖 5-P木酮糖+4-P赤藓糖 6-P果糖+3-P甘油醛本阶段总反应：35-P核酮糖 26-P果糖+13-P甘油醛 65-P核酮糖 46-P果糖+23-P甘油醛,P戊糖异构酶,P戊糖差向酶,转酮酶,转醛酶,转酮酶,65-P核酮糖 46-P果糖+23-P甘油醛 65-P核酮糖+H2O 56-P葡萄糖+Pi(非氧化阶段),其中1分子转变为 P-二羟丙酮,1，6-二P果糖,1X6-P果糖,醛缩酶,二P果糖酯酶,H2O,Pi,56-P葡萄糖,故反应带有循环机制,氧化脱羧阶段6X6-P葡萄糖+6X2NADP+6XH2O 6X5-P-核酮糖+6XCO2+6X2NADPH+6X2H+非氧化阶段65-P核酮糖+H2O 56-P葡萄糖+Pi,总反应：66-P葡萄糖+12NADP+7H2O 6CO2+12NADPH+12H+Pi+56-P葡萄糖,表明1个6-P葡萄糖经6次循环被彻底氧化为6个CO2,二、磷酸戊糖途径的意义 1、产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原剂（力），比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成。2、在红细胞中保证谷胱甘肽的还原状态。（防止膜脂过氧化；维持血红素中的Fe2+;）（6-磷酸-葡萄糖 脱氢酶缺陷症贫血病）3、该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料，如：5-P-核糖 核苷酸 4-P-赤藓糖 芳香族氨基酸 4、非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同，因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些单糖间的互变。,5-P-核糖的唯一来源就是PPP途径。PPP途径有无氧均可以进行。,5、PPP途径是由葡萄糖直接氧化起始的可单独进行氧化分解的途径。因此可以和EMP、TCA相互补充、相互配合，增加机体的适应能力。,三、磷酸戊糖途径的调控 磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时NADPH的需要所调节。NADPH反馈抑制6-P-葡萄糖脱氢酶的活性。12NADPH 12NADH,？,在体内相当缺乏NADH是才可以转变。主要是提供还原力。,小 结,+CO2,第五章 糖 类 代 谢,生物体内的糖类 双糖和多糖的酶促降解 糖酵解 三羧酸循环 磷酸戊糖途径 单糖的生物合成(糖异生）蔗糖和多糖的生物合成,第六节 单糖的生物合成,高等植物葡萄糖的合成可有多个途径:卡尔文循环蔗糖、淀粉的降解糖异生动物体内葡萄糖的合成途径：糖原的降解 糖异生,一、糖异生的概念 由丙酮酸、草酰乙酸、乳酸等非糖物质转变成葡萄糖的过程称为糖异生。糖异生研究中最直接的证据来自动物实验：大鼠禁食24小时，肝中糖原从7%-1%，若喂乳酸、丙酮酸等非糖物质使糖原的量会增加。,1、克服糖酵解的三步不可逆反应。2、糖酵解在细胞液中进行，糖异生则分别在线粒体和细胞液中进行。,糖异生途径的大部分反应与糖酵解的逆反应相同，但有两方面不同：,二、糖异生的途径,葡萄糖,6-P葡萄糖,6-P果糖,1，6-二P果糖,3-磷酸甘油醛,P-二羟丙酮,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,PEP,丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸（不能跨越 线粒体膜）,丙酮酸羧化酶,丙酮酸,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,PEP,PEP羧化激酶,1、丙酮酸 PEP,胞液,线粒体,NADH+H+,2、1，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖+H2O 6-磷酸果糖+Pi3、6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖+H2O 葡萄糖+Pi,二磷酸果糖磷酸酯酶,6-P葡萄糖磷酸酯酶,葡萄糖,6-P葡萄糖,6-P果糖,1，6-二P果糖,3-磷酸甘油醛,P-二羟丙酮,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,PEP,丙酮酸,大多数氨基酸,乳酸,Cori循环,TCA的中间产物,糖异生途径及其前体,草酰乙酸,反刍动物体内乙酸、丙酸丁酸,琥珀酰C0A,糖异生的能量计算？,甘油,葡萄糖,6-P葡萄糖,6-P果糖,1，6-二P果糖,3-磷酸甘油醛,P-二羟丙酮,2X1，3-二磷酸甘油酸,2X3-磷酸甘油酸,2X2-磷酸甘油酸,2XPEP,2丙酮酸,糖异生的能量计算？4ATP+2GTP+2NADH+H+,消耗2ATP+2GTP,消耗2ATP,2NADH+2H+？,三、糖异生途径的意义,1.动物在饥饿、剧烈运动时糖原下降，可将生糖氨基酸及糖酵解产生的乳酸异生为糖,以维持血糖水平。2.油料种子萌发时，胚乳里储存的脂肪降解,四、糖异生作用的调节,糖酵解作用 6-P果糖 糖异生作用,磷酸果糖激酶,果糖1.6-二磷酸酶,1、6-二磷酸果糖,PEP,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,PEP羧激酶,GF-2、6BPAMPATP柠檬酸H+,活化,抑制,F-1、6BP活化ATPALa,抑制,F-2、6BPAMP,柠檬酸活化,抑制,ADP抑制,乙酰CoA活化ADP抑制,-,脱磷酸化的酶（激酶活性）（酯酶活性）,F-6-P,F-2、6-BP,磷酸果糖激酶2和果糖二磷酸酶2:具有一条肽链的酶蛋白，由于某些氨基酸的磷酸化和脱磷酸化使之具有两种酶活性，这种酶称双功能酶。,2、6-二磷酸果糖合成与降解的调控,血糖低-胰高血糖素释放-cAMP级联作用-蛋白磷酸化。血糖高-胰岛素释放-F-2、6-BP多,磷酸化的酶,糖异生与糖酵解作用的相互调节（能荷、物质代谢、激素水平）：,1、磷酸果糖激酶（PFK）和果糖-1、6-二磷酸酶的调节：当AMP水平高时，表明需要ATP，PFK激活，增加糖酵解，由于果糖-1、6-二磷酸酶受抑制，则糖异生关闭。当ATP和柠檬酸水平高时，PFK受抑制，降低糖酵解的速率，柠檬酸增加果糖-1、6-二磷酸酶活性，从而增加糖异生速率。当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用，使酶蛋白磷酸化,降低F-2、6-BP；当进食时，血糖水平较高，激素胰岛素释放，使F-2、6-BP增加，激活PFK，加速酵解；同时F-2、6-BP的增加抑制果糖-1、6-二磷酸酶活性，使糖异生作用受抑制。,2、丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶的调节：高水平的ATP和Ala抑制丙酮酸激酶，从而抑制糖酵解；由于该情况下乙酰CoA亦是充裕的，则活化丙酮酸羧化酶，有助于糖异生的进行。反之，在细胞供能状态较低时，ADP水平较高，则抑制丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶，关闭糖异生作用。丙酮酸激酶被F-1、6BP活化（前馈激活），即需要糖酵解加速时该酶的活性被提高。当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用，使丙酮酸激酶发生磷酸化，从而失去活性，抑制糖酵解。,糖异生与糖酵解作用的紧密相互调节防止了二者共同进行时的无效循环。,第七节 蔗糖和多糖的生物合成,一、糖核苷酸的作用及形成 二、蔗糖的生物合成 三、淀粉的生物合成 四、糖原的生物合成,定义：单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为糖核苷酸。作用：糖核苷酸是高等动植物体内合成双糖和多糖时，葡萄糖的活化形式与供体。种类：目前发现的糖核苷酸主要有UDPG,ADPG,TDPG,GDPG,CDPG等。在糖类代谢中，以UDPG,ADPG为最重要。（结构见书）,一、糖核苷酸的作用及形成,植物细胞中蔗糖合成时需UDPG，淀粉合成时需ADPG，纤维素合成时需GDPG和UDPG；动物细胞中糖元合成时需UDPG。,糖核苷酸的生成,+,+PPi,1-磷酸葡萄糖,UTP,UDPG,焦磷酸化酶,二、蔗糖的生物合成 有三条途径：1、蔗糖磷酸化酶途径（微生物）1-P葡萄糖+果糖 蔗糖+Pi 2、蔗糖合酶(植物非光合组织中，降解蔗糖）UDPG+果糖 UDP+蔗糖 该酶也可利用ADPG,GDPG,TDPG,CDPG作为葡萄糖基供体。在发育的谷类籽粒（非光合组织）中主要是分解反应。,3、蔗糖磷酸合酶途径（植物光合组织）UDPG+6-P果糖 磷酸蔗糖+UDP 磷酸蔗糖 蔗糖+Pi,蔗糖磷酸合酶,蔗糖磷酸酯酶,三、淀粉的生物合成直链淀粉的生物合成 1、淀粉磷酸化酶 1-P葡萄糖+引物 淀粉+Pi 引物是作葡萄糖的受体，它是含-1，4糖苷键的葡萄多糖，最小为麦芽三糖。转移来的葡萄糖分子结合在引物非还原末端C4的羟基上。该酶的作用主要是催化淀粉的分解（植物细胞中磷酸 的浓度较高）。,（葡萄糖）nn 3有效,引物的来源：D-酶是糖苷转移酶，作用于-1，4糖苷键，用来合成引物。+2、淀粉合酶（焦磷酸化酶、D-酶、淀粉合酶）是淀粉合成的主要途径。ADPG+引物 淀粉+ADP 也可用UDPG做供体。,D酶,麦芽三糖 给体,麦芽三糖 受体,麦芽五糖,葡萄糖,+,3、蔗糖转化为淀粉：植物光合组织中蔗糖合成的活性比较高，可以转移到非光合组织在一系列酶的作用下转变为淀粉。,支链淀粉的合成（UDPG焦磷酸化酶、D-酶、淀粉合酶、Q酶）,支链淀粉的-1，6糖苷键的分支是由直链底物转化而来，催化这个转化的酶称为Q酶。,m,n,+,m,m,n,n,Q酶,Q酶,还原端,从非还原端切断1个小寡聚糖碎片A（6-7G）,将A转移到B或另一直链淀粉的一个葡萄糖残基的C6-OH上，形成-1，6糖苷键,A,B,四、糖原的生物合成（UDPG焦磷酸化酶、糖原合酶、分支酶）,1、UDPG+引物,糖原合酶,UDP+（葡萄糖）n+1,2、,非还原端,分支酶,n,第五章 糖 类 代 谢,生物体内的糖类 双糖和多糖的酶促降解 糖酵解 三羧酸循环 磷酸戊糖途径 单糖的生物合成(糖异生）蔗糖和多糖的生物合成,1、磷酸果糖激酶（PFK）的调控,磷酸果糖激酶是酵解过程中最重要的调节酶，酵解速度主要取决于该酶活性，因此它是一个限速酶。ATP/AMP比值的调节：高浓度的ATP是该酶的变构抑制剂，ATP的抑制作用可被AMP解除。柠檬酸的调节：也可抑制该酶活性。因为细胞内柠檬酸含量高，意味着有丰富的碳骨架存在（有丰富的生物合成前体），葡萄糖无须为提供碳骨架而降解。柠檬酸通过增加ATP对该酶的抑制作用而起抑制作用。H+的调节：当pH下降时，H+对该酶有抑制作用。（防止缺氧时有过量的乳酸形成。）2、6二磷酸果糖的调节：是磷酸果糖激酶的激活剂，增加该酶与其底物的亲和力。（1980年新发现）,2、己糖激酶的调控 其产物6-P-葡萄糖变构抑制该酶活性。激活3、丙酮酸激酶的调控 ATP变构抑制该酶活性。丙氨酸变构抑制该酶活性。丙氨酸是丙酮酸接受一个氨基形成的，丙氨酸浓度增加意味着丙酮酸作为丙氨酸的前体过量。1、6二磷酸果糖对该酶有激活作用。（为什么己糖激酶和丙酮酸激酶不是糖酵解的关键酶？）,它们的产物不是唯一的糖酵解的中产物,1.名词解释:Tm;肽;盐溶;生物膜;氨基酸的等电点;Ribozyme;增色效应;被动运输;分子杂交;酶的活性中心2、简答题：（1）蛋白质多肽链空间折叠的限制因素？（2）蛋白质提取液中加入中性盐硫酸铵，随着量 的增加，出现沉淀，解释此现象。（3）测定酶反应速度时为什么测定初速度？（4）B型DNA双螺旋结构的特点有哪些?,二 TCA循环的过程,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,a-酮戊二酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶A,三羧酸循环的过程及其调控,1 ATP、NADH 琥珀酰-CoA抑制,2 ATP、NADH抑制 ADP、Ca2+激活,3 ATP、NADH 琥珀酰-CoA抑制 ADP、Ca2+激活,小 结,作业：画出单糖分解途径的联系图,