生物化学ppt第五章糖代谢.ppt
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1、糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 七 章,第一节 新陈代谢概述第二节 生物体内的主要糖类及生物功能第三节 双糖和多糖的酶促降解第四节 糖酵解第五节 三羧酸循环第六节 磷酸戊糖途径,第一节 新陈代谢的概念和特点,新陈代谢的研究方法示踪法(化合物示踪、同位素示踪)抗代谢物和酶抑制剂的利用体内试验(in vivo)和体外试验(no vivo),新陈代谢(metabolism)是生命最基本的特征之一,泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质,通过一系列生物反应转变成自身组织成分,即所谓同化作用(assimilati
2、on);另一方面,将原有的组成成份经过一系列的生化反应,分解为简单成分重新利用或排出体外,即所谓异化作用(dissimilation),通过上述过程不断地进行自我更新。特点:特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行,新陈代谢的概念及内涵,小分子 大分子合成代谢(同化作用)需要能量 释放能量分解代谢(异化作用)大分子 小分子,物质代谢,能量代谢,新陈代谢,糖(carbohydrates)即碳水化合物,其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,第二节 生物体内的糖类,一 糖的概念,(二)糖的分类及其结构,根据其组分,糖主要可分为以下四大类。,单糖(monosacchride)寡糖(
3、oligosacchride)多糖(polysacchride)结合糖(glycoconjugate),1 单糖 是最简单的糖,不再被水解成更小的糖单位。根据其所含碳原子数目分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖。根据其结构特点又分为醛糖和酮糖。,(galactose),D系醛糖的立体结构,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),(talose),D(-)-赤鲜糖,(erythrose),D(
4、-)-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),(tagalose),D系酮糖的立体结构,D(-)-赤藓酮糖,(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,二羟丙酮,(dihytroasetone),吡喃型和呋喃型的
5、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,
6、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,2.寡糖,常见的几种二糖有,麦芽糖(maltose)葡萄糖 葡萄糖,蔗 糖(sucrose)葡萄糖 果糖,乳 糖(lactose)葡萄糖 半乳糖,能水解生成几(2-10)个分子单糖的糖,各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。,重要的二糖,蔗糖,D-麦芽糖(-型),乳糖(-型),纤维二糖(-型),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),果 胶(pectin),
7、环糊精结构,-环糊精分子结构,环糊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,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,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,(三)、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,(四)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
8、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,一、双糖的酶促降解,第三节 双糖和多糖的酶促降解,多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用,生产中常称为糖化。,蔗糖+UDP UDPG+果糖,蔗糖合成酶,二、淀粉(糖原)的酶促水解:1 淀粉的酶促水解水解淀粉的淀粉酶有与淀粉酶,二者只能水解淀粉中的-1,4糖苷键,水解产物为麦芽糖。-淀粉酶可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的-1,4糖键。淀粉酶只能从非还原端开始水解。脱支酶是水解淀粉中的-1,6糖苷键的酶麦芽糖酶是水解淀粉水解产物糊精和麦芽糖的-
9、1,4糖键,产物为葡萄糖。,还原末端,非还原末端,-1,4糖苷键,-1,6糖苷键,2 淀粉的磷酸解3 糖原的磷酸解 糖原磷酸化酶a(活化态)糖原磷酸化酶b(失活态),糖原磷酸解的步骤,非还原端,磷酸化酶(释放8个1-P-G),转移酶,脱支酶(释放1个葡萄糖),三、细胞壁多糖的酶促降解,1 纤维素的降解,2 果胶物质的降解 原果胶:可能是可溶性果胶与纤维素 结合而成的高分子杂合物。果胶 果胶:半乳糖醛酸甲酯及少量半乳糖醛酸通 过1,4糖苷键连接而成的长链 高分子化合物。水解后产生半乳糖 醛酸甲酯和半乳糖醛酸。果胶酸:主要成分为1,4多聚半乳糖 醛酸,第四节 糖酵解,一、糖酵解(glycolysi
10、s)的定义,*糖酵解的反应部位:胞浆,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,丙酮酸和ATP的生成,二、糖酵解化学历程EMP,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,(
11、一)已糖的磷酸化,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,6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,(二)磷酸已糖的裂解 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,磷酸丙糖的同分异构化,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,(三)3-磷酸甘油醛生成丙酮酸 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,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,底物分子内部能量重新分布,释放高能键,使ADP磷酸化生成ATP的过程,称为底物水平磷酸化。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸
12、,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,Mg2+,2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,H-,Mg2+或Mn 2+,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,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,三、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。,糖酵解小结,反应部位:胞浆 糖
13、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,四、糖酵解的其他底物,五、丙酮酸的去路,(有氧),(无氧),(一)丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解,葡萄糖,EMP,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。,丙酮酸转变成乙醇,(二)丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解,(EMP),葡萄糖,丙酮酸脱氢酶系,六、糖酵解的调控,关键酶,调节方式,丙酮酸激酶,(一)6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1)最重要,、H+,F-2,6-BP的生成,PFK-
14、2/FBPase2是一种双功能酶,N端一半为PFK-2,C端一半为FBPase2。,FBPase2,(二)丙酮酸激酶,变构调节:F-1,6-BP为变构激活剂;ATP和肝内Ala为变构抑制剂。共价修饰调节:胰高血糖素通过cAMP使其磷酸化而抑制其活性。,(三)葡萄糖激酶及己糖激酶,G-6-P 可反馈抑制己糖激酶.胰岛素可诱导葡萄糖激酶的合成.,第五节 三羧酸循环,一、糖的有氧氧化糖的有氧氧化(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,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
15、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,二、丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体,氧化脱羧为乙酰CoA。,总反应式:,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶E1:丙酮酸脱羧酶E2:硫辛酸乙酰转移酶E3:二氢硫辛酰胺脱氢酶,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle,TCA)也称为柠檬酸循环,是乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸开始,经加水、脱氢、脱羧等多步反应,又重新生成草酰乙酸,构成一个循环途径。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而命名。由于Krebs正式提出了三羧酸
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