《烟大生化》课件.ppt

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1、第22章 糖代谢 Metabolism of Saccharides 糖酵解作用 glycolysis,2023/5/31,2,糖酵解的概念、糖酵解途径 ATP生成、限速酶及其生理意义 反应的亚细胞部位 熟悉糖酵解调节,本章要求,2023/5/31,3,糖代谢概述,有机体重要的能源和碳源,分解代谢（糖酵解（胞浆）、三羧酸循环（线粒体）合成代谢（糖异生、糖原的合成、结构多糖的合成）中间代谢（磷酸戊糖途径、糖醛酸途径）,糖代谢受神经、激素及别构物的调节控制,2023/5/31,4,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,肝糖原分解,糖原合成,核糖+NADPH+H+,淀粉,2

2、023/5/31,5,ATP形成途径,G CO2+H2O+38 ATP,G 丙酮酸+2 ATP,O2,无O2,有氧氧化（三羧酸循环）,无氧酵解（糖酵解）,糖类的消化和吸收,2023/5/31,6,第一节 糖类的消化、吸收和转运,一、糖类的消化,消化部位：小肠（主要）口腔（少量）,2023/5/31,7,消化过程,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-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,肠腔,胰液-淀粉酶,2023/5/31,8,二、糖类的吸收,1、吸收部位：小肠上段,2、吸收形式：D-型单糖D-半乳糖D-葡萄

3、糖D-果糖D-甘露糖D-木糖阿拉伯糖,3、吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter,SGLT),2023/5/31,9,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter,SGLT),刷状缘,细胞内膜,2023/5/31,10,4、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 1

4、5)。,2023/5/31,11,5-磷酸核糖,丙酮酸,糖原淀粉，蔗糖,磷酸戊糖途径,糖酵解,2023/5/31,12,三、糖的转运,Na+单糖协同转运系统：转运D葡萄糖和D半乳糖 单糖易化扩散系统：D果糖,2023/5/31,13,第二节 糖类的酵解（glycolysis）,糖酵解：糖的无氧分解，糖类代谢的共同途径（胞液）,一、糖酵解与发酵,无氧条件下，葡萄糖（在酶的作用下）进行分解，形成2分子丙酮酸并提供能量生成ATP的过程。,1、糖酵解(glycolysis)：,好氧动物、植物和微生物细胞分解产生能量的共同代谢途径,2023/5/31,14,O2充足,丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环彻底氧

5、化生成CO2、H2O，NADH进入呼吸链氧化产生ATP,O2不足,NADH将丙酮酸还原成乳酸，在胞液中进行,厌氧有机体（如酵母）把酵解产生的NADH中的H交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，乙醛还原形成乙醇酒精发酵 若将H交给丙酮酸生成乳酸乳酸发酵,2、发酵(fermentation)：,2023/5/31,15,二、酵解的研究历史（P63）,发酵历史悠久，酿酒、工业酒精、面包研究发酵，19世纪下半叶开始,18541864，法国Louis Paster葡萄糖在无氧条件下被酵母菌分解生成乙醇“活力”、“酵素”发酵：“不要空气的生命”,2023/5/31,16,1897，德汉斯巴克纳兄弟(Hans buch

6、ner、Edward buchner)发酵作用可以在不含细胞的酵母抽提液中进行,1905，哈登(Arthur Harden)、杨(William Young)实验证明：无机磷酸的作用,1940，德国恩伯顿(Gustar Embden)迈耶霍夫(Otto Meyerhof)阐明糖酵解的整个途径，揭示其普遍性因此，糖酵解途径：Embden-Meyerhof途径(EMP),2023/5/31,17,糖酵解途径实验依据,酵母抽提液的发酵速度比完整酵母慢，且逐渐缓慢直至停顿 如果加入无机磷酸盐，可以恢复发酵速度，但不久又会再次 缓慢，同时加入的磷酸盐浓度逐渐下降,上述现象说明：发酵过程需要磷酸，可能磷酸

7、与葡萄糖代谢中间产物生成了糖磷酸酯。完整细胞可通过ATP水解提供磷酸,2023/5/31,18,糖酵解途径实验依据,碘乙酸对酵母生长有抑制作用 将葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保温，可以分离出 少量的磷酸丙糖（3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的平衡混合物）,推断：磷酸己糖可能裂解为两分子三碳糖 碘乙酸对三碳糖进一步分解的酶有抑制作用,2023/5/31,19,糖酵解途径实验依据,氟化钠对酵母生长也有抑制作用 将1,6-二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提液以及氟化钠 一起保温 磷酸甘油酸积累（3-、2-磷酸甘油酸的平衡混合物）,推断：3-磷酸甘油酸是3-磷酸甘油醛的氧化产物 2-磷酸甘油酸是前者变位后的

8、产物 氟化钠对2-磷酸甘油酸进一步反应的酶有抑制作用,2023/5/31,20,糖酵解途径实验依据,酵母液透析，失去发酵能力 酵母液加热到50，失去发酵能力 经过透析失活的酵母液混合，恢复发酵能力,推断：发酵需要两类物质：一是热不稳定的，不可透析的组分即酶 二是热稳定的可透析的组分 如辅酶、ATP、金属离子等,2023/5/31,21,三、糖酵解途径（无氧分解、EMP途径）,酶将葡萄糖降解成丙酮酸并伴随着生成ATP的反应序列氧化磷酸化和三羧酸循环的前奏,场所:细胞质 氧气:NO,2023/5/31,22,酵解途径,葡萄糖酵解的总反应式：,Glc+2Pi+2ADP+2NAD+,2丙酮酸2ATP+

9、2NADH+H+2H2O,乳酸,糖酵解,乙醛乙醇,生醇发酵,2023/5/31,23,糖酵解的反应过程,葡萄糖丙酮酸两个部分：准备、放能三个阶段：活化、裂解、放能10步反应,2023/5/31,24,（一）准备,2023/5/31,25,1、葡萄糖磷酸化(phosphorylation)6-磷酸葡萄糖（G-6-P）,己糖激酶,分布广泛，专一性低,葡糖糖激酶,仅肝脏，专一性高,关键酶、调节酶，消耗1分子ATP,2023/5/31,26,2、G-6-P异构化 6-磷酸果糖（F-6-P）,可逆，反应方向由底物与产物含量水平控制,磷酸葡萄糖异构酶,2023/5/31,27,3、F-6-P磷酸化 1，6

10、-二磷酸果糖（F-1，6-BP）,关键反应步骤，限速酶 消耗1分子ATP,磷酸果糖激酶,2023/5/31,28,（二）裂解（lysis）磷酸丙糖的生成,1分子F-1,6-BP2分子磷酸丙糖（可互变）（triose phosphate）,2023/5/31,29,4、F-1，6-2P 裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）,2个三碳糖,醛缩酶,2023/5/31,30,5、磷酸三碳糖的异构化,磷酸丙糖异构酶,2023/5/31,31,（三）放能（贮能）,3-磷酸甘油醛脱氢、磷酸化、脱水、放能等丙酮酸、ATP,2023/5/31,32,2023/5/31,33,2023/5/31,34,

11、6、3-磷酸甘油醛氧化生成1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛+NAD+H3PO3 1，3-二磷酸甘油酸+NADH+H+,3-磷酸甘油醛脱氢酶,2023/5/31,35,7、1，3-二磷酸甘油酸氧化生成3-磷酸甘油酸、ATP,1，3-二磷酸甘油酸+ADP 3-磷酸甘油酸+ATP,磷酸甘油酸激酶，Mg2+,2023/5/31,36,8、3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶，Mg2+,2023/5/31,37,9、2-磷酸甘油酸脱水 磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶，Mg2+,2023/5/31,38,10、磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP形成ATP和丙酮酸,2023/5/31,39,2

12、023/5/31,40,总结：10步反应，三个阶段 每分解1个己糖分子消耗2分子ATP 产生2分子三碳糖 每分子三碳糖产生2分子ATP 需要10种酶，大部分过程需Mg+参与 两个阶段链接,2023/5/31,41,2023/5/31,42,中间产物磷酸化的意义,中间产物具有极性（PO43-：负电荷）：不易透过脂膜失散信号基团：有利于与酶结合而催化保存能量：最终形成ATP的末端磷酸基团,2023/5/31,43,糖酵解的意义,1单糖分解代谢最重要的基本途径之一2快速提供能量，使机体或组织有效适应缺氧3某些特殊组织或细胞的主要获能方式（如成熟红细胞、皮肤、视网膜）4G完全氧化分解成CO2、H2O的

13、必要准备阶段,代谢中间产物是合成其它物质的原料（如：丙酮酸）,2023/5/31,44,2023/5/31,45,2023/5/31,46,2023/5/31,47,四、糖酵解第一阶段的反应机制,准备阶段,（一）G的磷酸化,2023/5/31,48,1、G与ATP的反应机制,G（6）-OH孤电子对的攻击作用 Mg2+吸引O的负电荷作用,激酶：催化ATP分子与底物间磷酸基转移的酶，一般需要Mg2+、Mn2+为辅因子。Mg2+可掩盖ATP/ADP中磷酸基氧原子负电荷，使葡萄糖C-6/C-1位羟基易于亲核攻击ATP磷原子机理：葡萄糖C-6/C-1位羟基亲核进攻击ATP位磷原子,2023/5/31,4

14、9,2、己糖激酶（hexokinase，HK）、葡萄糖激酶（glucokinase，GK）,所有细胞,维持血糖恒定,肝脏,ATP+Mg2+Mg2+-ATP（复合物）游离的ATP分子，强竞争性抑制己糖激酶 正常情况，对己糖激酶起活化作用的是Mg2+,2023/5/31,50,HK：,GHKATP-Mg2+（三元体复合物）HK构象变化（G诱发）ATP 向 C（6）-OH靠拢快速转移磷酸基团（磷酸化），比向H2O转移速度快40，000倍,Hexokinase,Glucose,Induced fit,MW：108，000；,2023/5/31,51,调节酶 产物（G-6-P、ADP）的变构抑制 Km：

15、0.1mmol/L（G）,HK的区域性分布,：脑、肾：骨骼、心肌：肝、肺（GK）：肝脏；,组织不能合成糖原 无机磷酸解除底物抑制 型酶最敏感，柠檬酸激活,胰岛素（Insulin）诱导,机体调控酶活性的一种方式,2023/5/31,52,440个AA,GK,GK不受G-6-P抑制 Km：510mmol/L（G）高G，催化作用,血、肝G GK催化 G G-6-P,糖原（肝）,2023/5/31,53,2023/5/31,54,（二）G-6-P异构化,磷酸葡萄糖异构酶,反应可逆，自由能变化微小,2023/5/31,55,G-6-P、F-6-P：主要为环式存在 异构化：开链反应，F-6-P成环 底物、

16、立体专一性,6PG、E4P、S7P：竞争性抑制剂,2023/5/31,56,催化机制,1、酸性催化开环,2、顺式-烯二醇中间体的形成,3、（C1）质子的取代,4、关环,2023/5/31,57,（三）F-6-P F-1，6-BP,变构酶，决定酵解速度，限速酶,磷酸果糖激酶,ATP、H+：抑制作用,2023/5/31,58,（四）F-1，6-P 裂解,醛缩酶,2023/5/31,59,3,2,1,4,5,6,2023/5/31,60,（五）磷酸三碳糖的异构化,磷酸丙糖异构酶,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,2023/5/31,61,五、酵解第二阶段的反应机制（见74页）,放能阶段,2023/5/3

17、1,62,能量计算：无O2：葡萄糖开始，净增2分子ATP 从糖原开始：净增3分子ATP NADH用于还原丙酮酸生成乳酸,六、酵解过程ATP的合成,2023/5/31,63,七、丙酮酸的去路,2023/5/31,64,（一）丙酮酸的无氧降解,发酵：G在缺乏O2的条件下，经丙酮酸生成乙醇或乳酸的过程。,1、酒精发酵（酵母及其它微生物）,2023/5/31,65,2、乳酸发酵（微生物、高等生物氧气不足）,2023/5/31,66,（二）丙酮酸的有氧降解,丙酮酸（细胞质）进入线粒体基质丙酮酸脱氢酶系催化，脱羧、脱氢乙酰CoA和NADH,2023/5/31,67,2023/5/31,68,八、糖酵解作用

18、的调节（83页）,（一）果糖磷酸激酶活性的调节：最关键的限速酶,ATP/AMP：调节酶活性，重要的生理意义 ATP：几乎无活性，酵解作用减弱 AMP，ATP：活性恢复，酵解作用增强 H+：抑制，防止肌肉中乳酸过量，血液酸中毒 柠檬酸：增加ATP对酶的抑制作用-D-果糖-2，6-二磷酸：消除ATP抑制，活化酶,2023/5/31,69,2）己糖激酶活性的调节：非限速酶,G-6-P：别构抑制剂 果糖二磷酸激酶活性抑制，G-6-P积累，酵解减弱 G-6-P糖原、磷酸戊糖，非关键的限速酶,2023/5/31,70,3）丙酮酸激酶活性的调节：,F-1，6-P：激活剂 丙氨酸：别构抑制剂 ATP、乙酰Co

19、A：抑制,2023/5/31,71,2023/5/31,72,调节部位,变构激活剂,变构抑制剂,磷酸果糖激酶*,己糖激酶,丙酮酸激酶,ADP、AMPF-1,6-P,ATP、柠檬酸脂肪酸,G,F-6-P,F-1,6-P,ATP、Ala、乙酰CoA,2023/5/31,73,九、其它单糖进入酵解的途径（91页）,（一）果糖,1、肌肉 F+ATP F-6-P,2023/5/31,74,2、肝脏：无HK，只有GK（专一性），6步反应,1）F+ATP F-1-P,2023/5/31,75,2）F-1-P 裂解,2023/5/31,76,3）甘油醛磷酸化,2023/5/31,77,4）甘油醛还原,2023

20、/5/31,78,5）甘油磷酸化,2023/5/31,79,6）甘油-3-P 的氧化,丙糖磷酸异构酶,3-P-甘油醛,EMP,2023/5/31,80,（二）半乳糖,1、途径,1）磷酸化,2023/5/31,81,2）UDP-半乳糖的形成尿苷酰转移,缺乏：半乳糖血症,血半乳糖积累，眼睛晶状体半乳糖,半乳糖醇,白内障,2023/5/31,82,3）UDP-半乳糖 UDP-G,2023/5/31,83,4）UDPG G-1-P,2023/5/31,84,5）G-1-P G-6-P,EMP,2023/5/31,85,2、半乳糖血症,生长停滞、智力迟钝肝脏损伤致死,不含半乳糖的饮食,2023/5/31,86,（三）甘露糖,磷酸甘露糖异构酶,F-6-P,EMP,2023/5/31,87,