生物化学04糖代谢ppt课件.ppt
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1、糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 四 章,糖(carbohydrates)即碳水化合物Cx(H2O)y,其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,糖的化学,(一)糖的概念,(二)糖的分类及其结构,根据其水解产物的情况,糖主要可分为以下四大类。,单糖(monosacchride)寡糖(oligosacchride)多糖(polysacchride)结合糖(glycoconjugate),葡萄糖(glucose)已醛糖,果糖(fructose)已酮糖,1.单糖 不能再水解的糖。,目 录,2.寡糖,常见的几种二糖有,麦芽糖(maltose)葡萄糖 葡萄糖
2、,蔗 糖(sucrose)葡萄糖 果糖,乳 糖(lactose)葡萄糖 半乳糖,能水解生成几分子单糖的糖,各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。,3.多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。,常见的多糖有,淀 粉(starch),糖 原(glycogen),纤维素(cellulose),淀粉 是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒,糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式,每个支链的长度一般不超过10个葡萄糖单位。,纤维素 作为植物的骨架,4.结合糖 糖与非糖物质的结合物。,糖脂(glycolipid):是糖与脂类的结合物。糖蛋白(glycoprotein):是糖与蛋白质的结合物。,常见的结合糖有,第 一 节 概 述
3、,Introduction,一、糖的生理功能,1.氧化供能,如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。,3.作为机体组织细胞的组成成分,这是糖的主要功能。,2.提供合成体内其他物质的原料,如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。,二、糖的消化与吸收,(一)糖的消化,人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等,其中以淀粉为主。,消化部位:主要在小肠,少量在口腔,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖(40%)(25%),-临界糊精+异麦芽糖(30%)(5%),葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中
4、的-淀粉酶,食物中含有的大量纤维素,因人体内无-糖苷酶而不能对其分解利用,但却具有刺激肠蠕动等作用,也是维持健康所必需。,(二)糖的吸收,1.吸收部位 小肠上段,2.吸收形式 单 糖,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,3.吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter,SGLT),刷状缘,细胞内膜,4.吸收途径,小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,GLUT:葡萄糖转运体(glucose transporter),已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 15)。,三
5、、糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖+NADPH+H+,淀粉,第 二 节糖的无氧分解 Glycolysis,一、糖酵解的反应过程,第一阶段,第二阶段,*糖酵解(glycolysis)的定义,*糖酵解分为两个阶段,*糖酵解的反应部位:胞浆,在缺氧情况下,葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate),称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。,由丙酮酸转变成乳酸。,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P),(一)葡萄糖分
6、解成丙酮酸,哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶,分别称为至型。肝细胞中存在的是型,称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是:对葡萄糖的亲和力很低受激素调控,6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P),6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1),6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P),1,6-双磷酸果糖,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶(ph
7、osphotriose isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,在以上反应中,底物分子内部能量重新分布,生成高能键,使ADP磷酸化生成ATP的过程,称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase),3-磷酸甘油酸转变
8、为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase),3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸,并通过底物水平磷酸化生成ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,(二)丙酮酸转变成乳酸,丙酮酸,乳酸,反应中的NADH+H+来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,糖酵解小结,反应部位:胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应,产能的方式和数量方式:底物水平磷酸化净生成ATP数量:从G开始 22-2=2ATP 从Gn开始 22-
9、1=3ATP 终产物乳酸的去路释放入血,进入肝脏再进一步代谢。分解利用 乳酸循环(糖异生),除葡萄糖外,其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。,二、糖酵解的调节,关键酶,己糖激酶,6-磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,调节方式,别构调节,共价修饰调节,(一)6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1),*别构调节,别构激活剂:AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P,别构抑制剂:柠檬酸;ATP(高浓度),此酶有二个结合ATP的部位:活性中心底物结合部位(低浓度时)活性中心外别构调节部位(高浓度时),F-1,6-2P 正反馈调节该酶,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋
10、白磷酸酶,PKA,目 录,(二)丙酮酸激酶,1.别构调节,别构抑制剂:ATP,丙氨酸,别构激活剂:1,6-双磷酸果糖,2.共价修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,(无活性),(有活性),PKA:蛋白激酶A(protein kinase A),CaM:钙调蛋白,(三)己糖激酶或葡萄糖激酶,*6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶,但肝葡萄糖激酶不受其抑制。,*长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。,三、糖酵解的生理意义,1.是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。,2.是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。,无线粒体的细胞,如:红细胞,代谢活跃的细胞,如:白细胞
11、、骨髓细胞,第 三 节糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时,葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2,并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。,*部位:胞液及线粒体,*概念,一、有氧氧化的反应过程,第一阶段:酵解途径,第二阶段:丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段:三羧酸循环,G(Gn),第四阶段:氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体,(一)丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体,氧化脱羧为乙酰CoA(acetyl CoA)。,总反应式:,丙酮酸脱氢酶复合体
12、的组成,酶E1:丙酮酸脱氢酶E2:二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3:二氢硫辛酰胺脱氢酶,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5.NADH+H+的生成,1.-羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,4.硫辛酰胺的生成,目 录,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle,TAC)也称为柠檬酸循环,这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说,故此循环又称为Krebs循环。,所有的反应均在线粒体中进行。,(二)三羧酸循环,*概述,*反应部位,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GT
13、P,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,目 录,小 结,三羧酸循环的概念:指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸,反复的进行脱氢脱羧,又生成草酰乙酸,再重复循环反应的过程。TAC过程的反应部位是线粒体。,三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环,消耗一分子乙酰CoA,经四次脱氢,二次脱羧,一次底物水平磷酸化。生成1分子FADH2,3分子NADH+H+,2分子CO2,1分子GTP。关键酶有:柠檬酸合酶-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶,三羧
14、酸循环的中间产物三羧酸循环中间产物起催化剂的作用,本身无量的变化,不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物,同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。,整个循环反应为不可逆反应,表面上看来,三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的,它可被反复利用。但是,,例如:,机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的,TAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质,借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。,机体糖供不足时,可能引起TAC运转障碍,这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸,再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解。,*所以,草酰乙酸必
15、须不断被更新补充。,草酰乙酸,其来源如下:,2.三羧酸循环的生理意义,是三大营养物质氧化分解的共同途径;是三大营养物质代谢联系的枢纽;为其它物质代谢提供小分子前体;为呼吸链提供H+e。,H+e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。,二、有氧氧化生成的ATP,葡萄糖有氧氧化生成ATP数统计,反 应 辅 酶 ATP,第一阶段 葡萄糖6-磷酸葡萄糖-1,6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖-1,23-磷酸甘油醛 21,3-二磷酸甘油醛 NAD+23/22,21,3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸 21,2磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸 21,第二阶段 2丙酮酸2乙酰CoA NAD+23
16、,第三阶段 2异柠檬酸2a-酮戊二酸 NAD+23,2a-酮戊二酸 2琥珀酰CoA NAD+23,2琥珀酰CoA 2琥珀酸 21,2琥珀酸 2延胡索酸 FAD 22,2苹果酸 2草酰乙酸 NAD+23,净生成 38(或36),有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高,而且由于产生的能量逐步分次释放,相当一部分形成ATP,所以能量的利用率也高。,简言之,即“供能”,三、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,丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1,-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶,1.丙酮酸脱氢酶复合体
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