《糖类与糖代谢》PPT课件.ppt

第七章 糖类与糖代谢,第一节 生物体内的糖类,一、糖的概念,糖即碳水化合物，是多羟基醛与多羟基酮及其衍生物或多聚物。它主要是由绿色植物经光合作用形成的，主要是由C、H、O构成的。,二、糖的分类,根据水解后产生单糖残基的多少分为四大类,单糖寡糖多糖结合糖,1.单糖：指不能再水解的最小单位的糖，包括C3、C4、C5、C6、C7糖，最典型的是葡萄糖和果糖。,D-葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,D-果糖,6-磷酸果糖,2、寡糖,二糖：由两个相同或不同的单糖组成，常见的有乳糖、蔗糖、麦芽糖等。,麦芽糖,-D-葡萄糖苷-（14）-D-葡萄糖,-D-葡萄糖苷-（12）-D-果糖,-D-半乳糖苷-（14）-D-葡萄糖,乳糖,蔗糖,3、多糖：由多个单糖基以糖苷键连接而成的高聚物。eg:淀粉、糖原和纤维素等。,（1）淀粉 植物中养分的储存形式,淀粉,直链淀粉：遇碘呈深蓝色,支链淀粉：遇碘呈紫红色,淀粉(starch),蓝色:-1,4-糖苷键红色:-1,6-糖苷键,直链淀粉支链淀粉,（2）糖原来源广泛存在于动物体中 结构：由D-葡萄糖构成，（14）糖苷键型缩合、失水而成，另有一部分链可通过(16)糖苷键连接。性质：无定形粉末，遇碘显棕红色，无还原性，水解后产生D-葡萄糖。,-1,4-糖苷键,-1,6-糖苷键,4、结合糖：糖与非糖物质的结合物,常见的结合糖有：糖脂：是糖与脂类的结合物糖蛋白：是糖与蛋白质的结合物,三、糖类在生物体的生理功能 氧化供能：糖类占人体全部供能量的70%。作为结构成分：作为生物膜、神经组织等的组分。作为核酸类化合物的成分：构成核苷酸，DNA，RNA等。转变为其他物质：转变为脂肪或氨基酸等化合物。,一、双糖的水解,蔗糖+H2O 葡萄糖+果糖,第二节 双糖和多糖的酶促降解,1.转化酶,2.蔗糖合成酶 催化蔗糖与UDP反应生成果糖和尿苷二磷酸葡萄糖,（一）蔗糖的水解,（二）麦芽糖的水解,（三）乳糖的水解,二、淀粉（糖原）的降解,（一）淀粉的水解,（二）淀粉的磷酸解,-淀粉酶-淀粉酶R-酶(脱支酶）麦芽糖酶,磷酸化酶转移酶脱支酶,糖原降解主要有糖原磷酸化酶和糖原脱支酶催化进行。,G+Pi,（葡萄糖-6-磷酸酶）,进入糖酵解,糖原磷酸化酶：从非还原端催化1-4糖苷键的磷酸解。,（三）糖原的降解,7,7,去单糖降解,三、糖代谢的概况,机体的生存需要能量，机体内主要提供能量的物质是ATP。ATP的形成主要通过两条途径：一条是由葡萄糖彻底氧化为CO2和水，从中释放出大量的自由能形成大量的ATP。另外一条是在没有氧分子参加的条件下，即无氧条件下，由葡萄糖降解为丙酮酸，并在此过程中产生2分子ATP。,第三节 糖无氧分解（糖酵解）,总论,丙酮酸,CO2+H2O,重点,一、糖酵解的概述,糖酵解的概念 糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖进行分解形成2分子的丙酮酸并提供能量。这一过程称为糖酵解作用。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径，也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。也称为EMP途径。糖酵解是在细胞质中进行。不论有氧还是无氧条件均能发生。,E：Embden；M:Meyerhof；P:Parnas,10个酶催化的11步反应,第一阶段：磷酸己糖的生成(活化),四 个 阶 段,第二阶段：磷酸丙糖的生成(裂解),第三阶段：3-磷酸甘油醛转变为2-磷酸 甘油酸,第四阶段：由2-磷酸甘油酸生成丙酮酸,二、糖酵解过程,(G),己糖激酶,葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖异构化转变为6-磷酸果糖,(F-6-P）,(G-6-P）,6-磷酸果糖再磷酸化生成1,6-二磷酸果糖,(F-1,6-2P）,磷酸果糖激酶（PFK）,糖酵解过程的第二个限速酶,(F-6-P）,磷酸丙糖的生成,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,(F-1,6-2P）,醛缩酶,+,磷酸丙糖的互换,磷酸二羟丙酮(dihydroxyacetone phosphate),3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde 3-phosphate),3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate),3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde 3-phosphate),糖酵解中唯一的脱氢反应,1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate),这是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反应,3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油(3-phosphoglycerate),2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate),2-磷酸甘油酸脱水 形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸 转变为烯醇式丙酮酸,烯醇式丙酮酸,糖酵解过程的第三个限速酶,也是第二次底物水平磷酸化反应,烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸,烯醇式丙酮酸(enolpyruvate),丙酮酸(pyruvate),+,丙酮酸,裂解,脱氢,异构,产能,脱水,异构,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,糖酵解过程中ATP的消耗和产生,三、糖酵解中产生的能量,糖酵解中产生的能量,2NADH,呼吸链,原核生物：5ATP,真核生物：3ATP,故：糖酵解可产生原核2+5=7分子ATP；真核2+3=5分子ATP,1、有氧,2、无氧,需要磷酸甘油穿梭系统进入呼吸链,2NADH还原丙酮酸，生成2分子乳酸或乙醇，故净产生2分子ATP,1、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和CO2。(l)丙酮酸脱羧,四、丙酮酸的去路,CH3CHO+NADH+H+乙醛 CH3CH2OH+NAD+乙醇,(2)乙醛被还原为乙醇,2、丙酮酸还原为乳酸,丙酮酸(pyruvate),3-磷酸甘油醛,乳酸(lactate),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。,第四节 糖的有氧分解（三羧酸循环）,一、三羧酸循环的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。因为在循环的一系列反应中,关键的化合物是柠檬酸，所以称为柠檬酸循环，又因为它有三个羧基，所以亦称为三羧酸循环，简称TCA循环。,有氧氧化的反应过程,糖的有氧氧化代谢途径可分为：葡萄糖酵解、丙酮酸氧化脱羧和三羧酸循环三个阶段。,糖的有氧氧化与糖酵解,葡萄糖丙酮酸乳酸(糖酵解),葡萄糖丙酮酸,第一阶段：丙酮酸的生成（胞浆）第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA（线粒体）第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环 彻底氧化（线粒体）,三 个 阶 段,二、三羧酸循环的过程,葡萄糖+2NAD+2ADP+2Pi 2（丙酮酸+ATP+NADH+H+）,（一）丙酮酸的生成（胞浆）,（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A,丙酮酸,乙酰CoA,+CO2,丙酮酸脱氢酶系,多酶复合体：是催化功能上有联系的几种酶通过非共价键连接彼此嵌合形成的复合体。其中每一个酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的辅酶。,丙酮酸脱氢酶系,3 种 酶：丙酮酸脱羧酶(TPP、Mg2+)催化丙酮酸氧化脱羧反应 二氢硫辛酸乙酰转移酶(硫辛酸、辅酶A)催化将乙酰基转移到CoA反应 二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+)催化将还原型硫辛酰胺转变成为氧化型反应6种辅助因子：TPP、Mg2+、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD+,乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,柠檬酸合成酶,草酰乙酸,柠檬酸(citrate),HSCoA,关键酶,H2O,（三）乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化（线粒体）,异柠檬酸,柠檬酸异构化生成异柠檬酸,柠檬酸,顺乌头酸,TCA循环,顺乌头酸酶,异柠檬酸,异柠檬酸氧化脱羧 生成-酮戊二酸,-酮戊二酸,草酰琥珀酸,NADH+H+,异柠檬酸脱氢酶,关键酶,TCA循环,-酮戊二酸氧化脱羧 生成琥珀酰辅酶A,-酮戊二酸脱氢酶系,琥珀酰CoA,-酮戊二酸,关键酶,TCA循环,琥珀酰CoA转变为琥珀酸,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酰CoA,琥珀酸,TCA循环,琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸,TCA循环,延胡索酸(fumarate),琥珀酸(succinate),延胡索酸水化生成苹果酸,TCA循环,延胡索酸(fumarate),苹果酸(malate),苹果酸脱氢生成草酰乙酸,草酰乙酸(oxaloacetate),TCA循环,苹果酸(malate),P,三羧酸循环总图,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,三羧酸循环特点,循环反应在线粒体(mitochondrion)中进行，为不可逆反应。三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶系。循环的中间产物既不能通过此循环反应生成，也不被此循环反应所消耗。,三羧酸循环中有两次脱羧反应，生成两分子CO2。循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADH和一分子FADH2。循环中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP。每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成10分子ATP。,三羧酸循环小结,TCA运转一周的净结果是氧化1分子乙酰CoA，草酰乙酸仅起载体作用，反应前后无改变。,乙酰辅酶A+3NAD+FAD+Pi+2 H2O+GDP2 CO2+3(NADH+H+)+FADH2+HSCoA+GTP,TCA中的一些反应在生理条件下是不可逆的，所以整个三羧酸循环是一个不可逆的系统,TCA的中间产物可转化为其他物质，故需不 断补充,有氧氧化生成的ATP,有氧氧化的调节,关键酶,酵解途径：己糖激酶,丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环：柠檬酸合酶,磷酸果糖激酶丙酮酸激酶,异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体,1、2mol丙酮酸彻底氧化为CO2和H2O时，净生成多少ATP和多少个CO2?2、计算1mol草酰琥珀酸氧化为苹果酸，生成多少ATP?3、1mol葡萄糖彻底氧化为CO2和H2O时，净生成多少ATP?写出生成或消耗ATP的各步反应。（作业）,一、糖异生的反应过程,*过程,酵解途径中有3个由关键酶催化的不可逆反应。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。,糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；,*糖异生途径(gluconeogenic pathway)是从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。,第五节 糖异生途径（单糖的生物合成）,1.丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸,草酰乙酸,PEP,丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体）,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在胞液）,草酰乙酸转运出线粒体,丙酮酸,线粒体,胞液,糖异生途径所需NADH+H+的来源,糖异生途径中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛时，需要NADH+H+。,由氨基酸为原料进行糖异生时，NADH+H+则由线粒体内NADH+H+提供，它们来自于脂肪酸的-氧化或三羧酸循环，NADH+H+转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。,2.1,6-二磷酸果糖转变为 6-磷酸果糖,3.6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,非糖物质进入糖异生的途径,糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物,上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原,二、糖异生的调节,在前面的三个反应过程中，作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这样一对由不同酶催化所进行的正逆反应称之为底物循环,因此，有必要通过调节使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖之间和磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间进行调节。,当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而称之为无效循环(futile cycle)。,第六节 蔗糖与多糖的生物合成,一、糖核苷酸的形成,UDPG,尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphosphate glucose,UDPG),二、蔗糖的生物合成,1、蔗糖磷酸化酶（微生物）,2、蔗糖合酶,3、蔗糖磷酸合酶,（二）合成部位,（一）定义,糖原的合成(glycogenesis)指由葡萄糖合成糖原的过程。,组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆,三、糖原的合成代谢,-1,6-糖苷键,-1,4-糖苷键,1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖（磷酸化）,（三）合成途径,（1）活化,ATP,葡萄糖激酶,Mg2+,磷酸葡萄糖变位酶,2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖（异构）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,+,3.1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖（转形）,1-磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphosphate glucose,UDPG),UDPG,葡萄糖引物,糖原合成酶,(Gn+1),UDP,（2）缩合,*糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)，作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。,（3）分支当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在分支酶(branching enzyme)的催化下，将距末端6-7个葡萄糖残基组成的寡糖链由-1,4-糖苷键转变为-1,6-糖苷键，使糖原出现分支。,糖原分支的形成,糖原的合成与分解代谢,