【教学课件】第七章糖类代谢.ppt

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1、第七章 糖类代谢,主要内容：了解糖类的生物学作用和重要的单糖、寡糖、多糖、复合糖的分类和结构。讨论糖的分解与合成，重点掌握以葡萄糖为代表的单糖的分解与合成的主要途径。,返回,思考,目 录,第一节 糖类化学概述第二节 单糖的代谢第三节 糖原的分解和生物合成,第一节 糖类化学概述,1、糖类的生物学作用2、单糖的链状结构和环状结构3、重要的单糖及衍生物4、重要的寡糖5、重要的多糖5、复合糖,糖类的生物学作用,糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，主要的生物学作用如下：,作为生物体的结构成分作为生物体内的主要能源物质作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等 合成的前体作为细胞识别的信息分子,D系醛糖的立

2、体结构,D(+)-阿洛糖,D(+)-阿桌糖,D(+)-葡萄糖,D(+)-甘露糖,D(+)-古洛糖,D(-)-艾杜糖,D(+)-半乳糖,D(+)-塔罗糖,(allose),(altrose),(glucose),(mannose),(gulose),(idose),(galactose),(talose),D(-)-赤鲜糖,(erythrose),D(-)-苏糖,(threose),D(+)-甘油醛,(allose),D(-)-核糖,(ribose),D(-)-阿拉伯糖,(arabinose),D(+)-木糖,(xylose),D(-)-米苏糖,(lysose),D系酮糖的立体结构,D(-)-赤

3、藓酮糖,(erythrulose),D(-)-核酮糖,(ribulose),D(+)-核酮糖,(xylulose),D(+)-阿洛酮糖,(psicose,allulose),D(-)-果糖,(fructose),D(+)-山梨糖,(sorbose),D(-)-洛格酮糖,(tagalose),二羟丙酮,(dihytroasetone),吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）,吡喃,呋喃,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃果糖,-D-呋喃葡萄糖,-D-呋喃果糖,D-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤,转折,旋转,成环,成环,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,重要的单

4、糖戊糖,-D-吡喃木糖,-D-呋喃核糖,2-脱氧-D-呋喃核糖,-D-芹菜糖,-L-呋喃阿拉伯糖,-D-呋喃阿拉伯糖,D-核酮糖,D-木酮糖,重要的单糖己糖,-D-吡喃葡萄糖,-L-吡喃山梨糖,-D-吡喃甘露糖,-L-吡喃半乳糖,-D-吡喃半乳糖,-D-呋喃果糖,重要的单糖庚糖和辛糖,L-甘油-D-甘露庚糖,D-景天庚酮糖,D-甘露庚酮糖,甘油部分,甘露糖部分,单糖磷酸酯,D-甘油醛-3-磷酸,-D-葡萄糖-1-磷酸,-D-葡萄糖-6-磷酸,-D-果糖-6-磷酸,-D-果糖-1，6-二磷酸,重要的二糖,蔗糖,D-麦芽糖（-型）,乳糖（-型）,纤维二糖（-型）,环糊精结构,-环糊精分子结构,环糊

5、精分子的空间填充模型,淀粉和糖原结构,支链淀粉或糖原分支点的结构,纤维素片层结构,纤维素一级结构,糖复合物,糖肽链,糖核酸,糖脂质,(Complex Carbohydrates),细胞膜表面的糖链,蛋白聚糖,糖脂,糖蛋白,细胞膜,第二节 单糖的代谢,一、葡萄糖的主要代谢途径及细胞定位二、糖酵解（EMP）三、丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降解途径四、三羧酸循环（TCA）五、磷酸戊糖途径（PPP）六、糖的异生七、乙醛酸循环,动物细胞,植物细胞,丙酮酸氧化三羧酸循环,磷酸戊糖途径糖酵解糖异生,一、葡萄糖的主要代谢途径,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乙醇,乙酰 CoA,6-磷酸葡萄糖,磷酸戊糖途径,糖酵解,（有

6、氧）,（无氧）,（有氧或无氧）,糖异生,二、糖酵解（glycolysis）,1、化学历程和催化酶类2、化学计量和生物学意义3、糖酵解的调控,糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称途径。,EMP的化学历程,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,21，3-二磷酸甘油酸,23-磷酸甘油酸,22-磷酸甘油酸,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,第一阶段,第二阶段,第三阶段,葡萄糖,葡萄糖的磷酸化,磷酸己糖的裂解,丙

7、酮酸和ATP的生成,第一阶段：葡萄糖的磷酸化,葡萄糖激酶,磷酸果糖激酶,异构酶,第二阶段：磷酸己糖的裂解,醛缩酶,异构酶,第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成,Mg或Mn,丙酮酸,PEP,丙酮酸激酶,脱氢酶,激酶,变位酶,烯醇化酶,糖酵解途径,途径化学计量和生物学意义,总反应式:C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3+2NADH+2H+2ATP+2H2O,生物学意义 是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量；形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；为糖异生提供基本途径。,糖酵解的调控位点及相应调节物

8、,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,21，3-二磷酸甘油酸,23-磷酸甘油酸,22-磷酸甘油酸,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,葡萄糖,机理：主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度，被调节的酶为催化反应历程中不可逆反应的三种酶，通过酶的别构效应或共价修饰实现活性的调节，调节物多为本途的中间物中间物或与本途径有关的代谢产物。,磷酸果糖激酶,丙酮酸激酶,己糖激酶,酶的别构（变构）效应示意图,别构酶的反馈调控机理,酶的共价修饰,某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变

9、状态，从而调节酶活性。这类酶称为共价修饰酶。目前发现有数百种酶被翻译后都要进行共价修饰，其中一部分处于分支代谢途径，成为对代谢流量起调节作用的关键酶或限速酶。由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能量，机制多样，在体内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联放大反应，所以日益引人注目。,A,P1,G,E,D,C,B,H,Ea-b,Ec-d,Ec-g,关键酶（限速酶）,P2,蛋白质的磷酸化和脱磷酸化,第一类：Ser/Thr型第二类：Tyr型,第一类：Ser/Thr型 第二类：Tyr型 第三类：双重底物型,2，6-二磷酸果糖合成和降解的调控,磷酸化的前后酶,去磷酸化的前后酶,F-

10、6-P,低血糖,F-2,6-BP,ATP,ADP,H2O,Pi,F-6-P,F-6-P,丙酮酸激酶催化活性控制关系图,磷酸化的丙酮酸激酶（低活性）,去磷酸化的丙酮酸激酶（高活性）,H2O,Pi,ATP,ADP,果糖-1，6-二磷酸,ATP,丙氨酸,低血糖,Pi,三、丙酮酸的去路,（有氧）,（无氧）,丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解,葡萄糖,EMP,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,丙酮酸脱氢酶系,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+,焦

11、磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脱羧中的作用,硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用,+2H,-2H,泛酸和 辅酶 A（CoASH）,SH,维生素pp和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）,R,NAD+:R=HNADP+:R=PO3H2,递氢体作用：NAD+2H NADH+H+,维生素B2和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）,四、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle,TCA 循环）,1、三羧酸循环的化学历程2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量3、三羧循环的生物学意义4、三羧酸循环的调控5、草酰乙酸的回补反应（自学）,CoASH,+CO2,+CO2,三羧酸循环（TCA）,草酰乙

12、酸 再生阶段,柠檬酸的生成阶段,氧化脱 羧阶段,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,TCA第一阶段：柠檬酸生成,草酰乙酸,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,TCA第二阶段：氧化脱羧,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,三羧循环的化学计量和能量计量,a、总反应式:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP,葡萄糖完全氧化产生的ATP,总计：38 ATP或36 ATP,CoASH,三羧酸循环的调节

13、,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,调节位点柠檬酸合成酶（限速酶）异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶,苹果酸,草酰乙酸,三羧循环的生物学意义,是有机体获得生命活动所需能量的主要途径是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽形成多种重要的中间产物 是发酵产物重新氧化的途径,五、磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway,ppp）,1、化学反应历程及催化酶类 特点：氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段2、总反应式和生理意义,磷酸戊糖途径的两个阶段,2、非氧化分子重排阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P,1、氧化脱羧阶段 6

14、 G-6-P 6 葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖-P 6 NADP+6 NADPH+6H+6 NADP+6 NADPH+6H+,6CO2,6H2O,磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段,NADPH+H+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,CO2,6-磷酸葡萄糖 脱氢酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶,磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段,阶段之一,阶段之二,阶段之三,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一（5-磷酸核酮糖异构化）,差向异构酶,异构酶,5-磷酸木酮糖,5-磷酸核糖,5-磷酸核酮糖,磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二（基团转移）,+,2,4-磷酸赤藓糖,+,2,5-磷酸核

15、糖,2,3-磷酸甘油醛,转酮酶,转醛酶,2,6-磷酸果糖,+,7-磷酸景天庚酮糖,2,5-磷酸木酮糖,基团转移（续前）,+,转酮酶,1,6-二 磷酸果糖,6-磷酸果糖,醛缩酶,二磷酸果糖酯酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）,异构酶,磷酸戊糖途径的总反应式,磷酸戊糖途径的生理意义产生大量NADPH,主要用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力产生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物与光合作用联系，实现某些单糖间的转变,其它糖进入单糖分解的途径,六、糖的异生,1、糖异生作用的主要途径和关键反应2、葡萄糖代谢与糖异生作用的关系,糖异生主要途径和关键反应,非糖物质转化成糖代谢

16、的中间产物后，在相应的酶催化下,绕过糖酵解途径的三个不可逆反应,利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生。,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,果糖激酶,二磷酸果糖磷酸酯酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶,6-磷酸葡萄糖,2草酰乙酸,PEP羧激酶,糖异生途径关键反应之一,糖异生途径关键反应之二,糖异生途径关键反应之三,糖酵解和葡萄糖异生的关系,A G-6-P磷酸酯酶B F-1.6-P磷酸酯酶C1 丙酮酸羧化酶C2 PEP羧激酶,（胞液）,（线粒体）,葡萄糖,丙酮酸,草

17、酰乙酸,天冬氨酸,磷酸二羟丙酮,3-P-甘油醛,-酮戊二酸,乳酸,谷氨酸,丙氨酸,TCA循环,乙酰CoA,PEP,G-6-P,F-6-P,F-1.6-P,丙酮酸,草酰乙酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,3-P-甘油,甘油,（胞液）,（线粒体）,葡萄糖代谢和 糖异生的关系,（PEP）,七、乙醛酸循环,1、乙醛酸循环的生化历程,3、乙醛酸循环的生理意义 植物种子萌发的脂肪转化为糖,2、乙醛酸循环总反应式及其糖异生的关系,CoASH,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,乙醛酸循环反应历程,NAD+,NADH,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,CoASH,OCH3-CSCoA,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合成酶,O OH-C-

18、C OH,乙醛酸,NAD+,草酰乙酸,CoASH,乙醛酸循环和三羧酸循环反应历程的 比较,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,草酰乙酸,苹果酸,延胡索酸,乙醛酸循环总反应式及其与糖异生的关系,第三节 糖原的分解和生物合成,一、糖原的分解二、糖原的生物合成三、糖原代谢的调控,一、糖原的酶促磷酸解,糖原的结构及其连接方式,磷酸化酶a（催化1.4-糖苷键l磷酸解断裂）三种酶协同作用：转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）脱枝酶（催化1.6-糖苷键水解断裂）,糖原的磷酸解,-1，4-糖苷键,-1，6糖苷键,非还原性末端,糖原磷酸化酶的作用位点及产物,G-1-P,磷酸化酶 a,非还原性

19、末端,磷酸,+,断键部位,糖原磷酸解的步骤,非还原端,糖原核心,磷酸化酶a,转移酶,脱枝酶（释放1个葡萄糖）,G-1-P,G,二、糖原的生物合成,1、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（UDP-glucose pytophosphorylase）催化单糖基的活化形成糖核苷二磷酸，为各种聚糖形成时，提供糖基和能量。动物细胞中糖元合成时需UDPG；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。2、糖原合成酶（glycogen synthase）催化-1，4-糖苷键合成3.糖原分支酶（glycogen branching enzyme）催化-1，6-糖苷键合成,UDP

20、G的结构,糖核苷酸的生成,糖原合成酶反应,UDPG,UDP,糖原（n个G分子）,糖原（n+1）,糖原新分支的形成,糖原核心,糖原核心,糖原核心,糖原核心,非还原性末端,-1，4 糖苷键,-1，6 糖苷键,糖原分支酶,三、糖原分解和合成的调控,糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其限速酶分别为磷酸化酶和糖原合成酶。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调节及变构效应的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。,糖原合成酶 a(有活性),糖原磷酸化酶 b(无活性),OH,OH,ATP,ADP,H2O,Pi,糖原合成酶 b(无活性),糖原磷酸化酶 a(有活性

21、),激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图,内在蛋白质的磷酸化作用,改变细胞的生理过程,细胞膜,细胞膜,蛋白激酶（无活性）,蛋白激酶（有活性）,受体,非磷酸化蛋白激酶,cAMP激活蛋白激酶的作用机理,激素对肝糖原合成与分解的调控,意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。,肾上腺素或胰高血糖素,1、腺苷酸环化酶（无活性）,腺苷酸环化酶（活性）,2、ATP,cAMP,R、cAMP,3、蛋白激酶（无活性）,蛋白激酶（活性）,4、磷酸化酶激酶（无活性）,磷酸化酶激酶

22、（活性）,5、磷酸化酶 b（无活性）,磷酸化酶 a（活性）,6、糖原,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,葡萄糖,血液,肾上腺素或胰高血糖素,1,108,葡萄糖,4,5,6,双糖的酶促降解,淀粉的结构特点 直链淀粉合成 由淀粉合成酶催化，需引物（Gn）,ADPG供糖基，形成1.4糖苷键。支链淀粉合成 淀粉合成酶:催化形成-1.4糖苷键 Q酶（分支酶）:既能催化-1.4糖苷键的断裂，又能催化-1、6糖苷键的形成,淀粉的生物合成,淀粉的分枝结构,直链淀粉的合成,引物（Gn）,+,+,直链淀粉(Gn+1),2、淀粉的分解,淀粉的磷酸解,淀粉的酶促水解解 淀粉酶：在淀粉分子内部任意水解-1.4糖苷键。（内

23、切酶）淀粉酶:从非还原端开始，水解.4糖苷键，依次水解下一个麦芽糖单位（外切酶）脱支酶（R酶）:水解淀粉酶和淀粉酶作用后留下的极限糊精中的1.6 糖苷键。,在Q酶作用下的支链淀粉的合成,糖原的生物合成,糖原生物合成过程与植物支链淀粉合成过程相似，但参与合成的引物、酶、糖基供体等是不相同的。引物：结合有一个寡糖链的多肽 酶：糖原合成酶，分支酶 糖基供体：UDPG,问答题,1、何谓三羧酸循环？它有何特点和生物学意义？2、磷酸戊糖途径有何特点？其生物学意义何在？3、何谓糖酵解？糖酵解与糖异生途径有那些差异？糖酵解与糖的无氧氧化有何关系?4、为什么说6-磷酸葡萄糖是各条糖代谢途径的交叉点?名词解释糖酵解 三羧酸循环磷酸戊糖途径 糖异生作用糖的有氧氧化,2003年运动会入场式,2003年运动会入场式,