生物化学第四章(1).ppt

第四章 糖代谢主要内容和要求：建立起物质代谢和能量代谢的整体概念，进而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。目 录第一节 新陈代谢概述第二节 生物体内的主要糖类第三节 双糖和多糖的酶促降解第四节 单糖的分解代谢第五节 糖的生物合成第一节 新陈代谢概述新陈代谢的概念 新陈代谢指生物与周围环境进行物质和能量交换的过程。包括同化和异化作用。合成代谢 合成代谢 物质上 物质上-小分子 小分子-大分子 大分子（同化作用）能量上（同化作用）能量上-积能过程 积能过程生物体新陈代谢 生物体新陈代谢 分解代谢 分解代谢 物质上 物质上-大分子 大分子-小分子 小分子（异化作用）能量上（异化作用）能量上-放能过程 放能过程 合成和分解过程中主次关系互相转化。若合成大于分解，生命体旺盛；反之，则衰老。新陈代谢与糖类的分解有密切的联系，因为糖类的分解对生物体来讲，具重要的意义。1.糖类作为能源物质ATP是糖类降解时通过氧化磷酸化作用而形成的最重要的能量载体物质。生物细胞只能利用高能化合物（主要是ATP）水解时释放的化学能来做功，以满足生长发育等所需要的能量消耗。2.作为合成生物体内重要代谢物质的碳架和前体 葡萄糖、果糖等在降解过程中除了能提供大量能量外，其分解过程中还能形成许多中间产物或前体，生物细胞通过这些前体产物再去合成一系列其它重要的物质，包括：(1)乙酰辅酶A、氨基酸、核苷酸等，它们分别是合成脂肪、蛋白质和核酸等大分子物质的前体。(2)生物体内许多重要的次生代谢物、抗性物质，如生物碱、黄酮类等物质，它们对提高植物的抗逆性起着重要的作用。3.细胞中结构物质 细胞中的结构物质如植物细胞壁等是由纤维素、半纤维素、果胶质等物质组成；甲壳质或几丁质为N-乙酰葡萄糖胺的同聚物，是组成虾、蟹、昆虫等外骨骼的结构物质。这些物质都是由糖类转化物聚合而成4.参与分子和细胞特异性识别 由寡糖或多糖组成的糖链常存在于细胞表面，形成糖脂和糖蛋白，参与分子或细胞间的特异性识别和结合，如抗体和抗原、激素和受体、病原体和宿主细胞、蛋白质和抑制剂等常通过糖链识别后再进行结合。第二节 生物体内的主要糖类1 单糖 单糖（monosaccharide）是指最简单的糖，即在温和条件下不能再分解成更小的糖单位，如葡萄糖、果糖等。按碳原子的数目单糖又可分为三碳（丙）糖、四碳（丁）糖、五碳（戊）糖、六碳（己）糖、七碳（庚）糖等。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)(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(-)-D(-)-赤藓酮糖 赤藓酮糖(erythrulose erythrulose)D(-)-D(-)-核酮糖 核酮糖(ribulose ribulose)D(+)-D(+)-核酮糖 核酮糖(xylulose xylulose)D(+)-D(+)-阿洛酮糖 阿洛酮糖(psicose,allul psicose,allulose ose)D(-)-D(-)-果糖 果糖(fructose)(fructose)D(+)-D(+)-山梨糖 山梨糖(sorbose sorbose)D(-)-D(-)-洛格酮糖 洛格酮糖(tagalose tagalose)二羟丙酮 二羟丙酮(dihytroasetone dihytroasetone)D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖(开链式)(环式)-D-D-呋喃果糖呋喃果糖(开环式开环式)-D-D-呋喃果糖呋喃果糖(环式环式)吡喃型和呋喃型的吡喃型和呋喃型的D-D-葡萄糖和葡萄糖和D-D-果糖（果糖（HaworthHaworth式）式）吡喃 呋喃-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃果糖-D-呋喃葡萄糖-D-呋喃果糖麦芽糖2、一些重要双糖的结构-葡萄糖（14）葡萄糖苷蔗糖-葡萄糖（12）-果糖苷 乳糖乳糖（半乳糖-1,4-葡萄糖）3、一些重要多糖的结构淀粉直链淀粉直链淀粉大约由200300 个葡萄糖以-1,4-糖苷键连接组成。括号中的二糖基是一个相当于麦芽糖的基本结构单位，直链淀粉可以看成是这个基本单位的延伸。直链：a-1,4-糖苷键分支点：a-1,6-糖苷键支链淀粉中除有-1,4-糖苷键外，还有-1,6-糖苷键，大约每间隔30 个-1,4-糖苷键就有一个-1,6-糖苷键支链淀粉含有大约1 300 个葡萄糖基，有50 个以上支链，每一个支链由2430 个葡萄糖基通过-1,4-糖苷键连接起来。淀粉直链：-1,4-糖苷键分支点：-1,6-糖苷键纤维素纤维素的基本结构单位是纤维二糖（cellobiose），可以将纤维素分子看成是几千个葡萄糖按照纤维二糖的结构特点，通过-1,4-糖苷键连接起来的。纤维素片层结构纤维素 纤维素一级 一级结构 结构植物细胞壁与纤维素的结构微纤维纤维素链植物细胞中的纤维素微纤维细胞壁细胞膜表面的糖链蛋白聚糖糖脂糖蛋白细胞膜第三节 双糖和多糖的酶促降解3.1 双糖的酶促降解 蔗糖+H2O 葡萄糖+果糖蔗糖酶麦芽糖+H2O 2 葡萄糖麦芽糖酶 麦芽糖酶乳糖+H2O 葡萄糖+半乳糖-半乳糖苷酶 半乳糖苷酶3.2 多糖的酶促降解1、糖原的分解糖原的结构及其连接方式磷酸化酶（催化1.4-糖苷键断裂）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-糖苷键断裂）糖原的磷酸解-1，6糖苷键-1，4-糖苷键淀粉分解有两条途径：2 淀粉的降解 水解 产生葡萄糖 磷酸解 产生磷酸葡萄糖 多糖在细胞内和细胞外的降解方式不同，细胞外的降解（如动物消化道的消化，微生物胞外酶作用）是一种水解作用；细胞内的降解则是磷酸解（加磷酸分解）。3.2.1 淀粉的水解酶 参与淀粉水解的酶主要有三种：淀粉酶、脱支酶、麦芽糖酶 淀粉酶是指参与淀粉-1,4-糖苷键水解的酶。有-淀粉酶和-淀粉酶两种。(1)淀粉酶：其产物为：若直链淀粉 葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+低聚糖 若支链淀粉 葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+极限糊精v a-淀粉酶：（a-1,4-葡聚糖水解酶）可水解淀粉分子内部任何部位的a-1,4-糖苷键，所以又称为内切淀粉酶。该酶对非还原末端的5个葡萄糖基不发生作用。Ca2+需要。也水解a-1,4-糖苷键，但须从淀粉分子外围非还原末端开始切，每次切下两个葡萄糖基。又称为外切淀粉酶。v-淀粉酶：其产物为：若直链淀粉 麦芽糖 若支链淀粉 麦芽糖+极限糊精还原末端非还原末端-1，4糖苷键-1，6糖苷键(2)脱支酶(R-酶)：（a-1,6-葡萄糖苷酶）水解a-1,6-糖苷键，但只能作用于外围的这种键，而不能水解内部的分支。植物体内的麦芽糖酶通常与淀粉酶同时存在，并配合使用，从而使淀粉彻底水解成葡萄糖。(3)麦芽糖酶：其中，淀粉磷酸化酶又叫P-酶。淀粉磷酸化酶脱支酶淀粉+nH3PO4 nG-1-p+少量葡萄糖3.2.2 淀粉的磷酸解 此反应为可逆反应，但在植物体内，由于此反应为可逆反应，但在植物体内，由于（11）PiPi很高（如施肥）很高（如施肥）（22）G-1-PG-1-P低（因不断被利用）低（因不断被利用）所以，反应向正方向进行。所以，反应向正方向进行。淀粉磷酸化酶从淀粉的非还原端开始，一个一个地磷酸解-1,4-糖苷键，直到距分支点4个葡萄糖基为止。所以，如果是支链淀粉，还需要另外两个酶的参与，即转移酶和脱支酶。3.3糖原磷酸解的步骤非还原端还原端磷酸化酶 磷酸化酶（释放8个1-P-G）转移酶脱枝酶（释放1个葡萄糖）三.纤维素的酶促降解 人的消化道中没有水解纤维素的酶，但很多微生物如细菌、真菌、放线菌、原生动物等能产生纤维素酶及纤维二糖酶，它们能催化纤维素完全水解成葡萄糖。第四节 单糖的分解代谢糖氧化分解的主要途径：一、在无氧条件下进行的无氧分解二、在有氧条件下进行的有氧氧化三、通过磷酸戊糖途径进行的分解代谢葡萄糖的主要分解代谢途径葡萄糖 丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA6-磷酸葡萄糖磷酸戊糖途径糖酵解（有氧）（无氧）三羧酸循环（有氧或无氧）一、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 EMP的化学历程 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 葡萄糖的磷酸化磷酸己糖的裂解 磷酸己糖的裂解丙酮酸和 丙酮酸和ATP ATP的生成 的生成 二.糖酵解的过程第一步：葡萄糖的磷酸化激酶：催化将ATP上的磷酸基团转移到受体上的酶。激酶都需要Mg2+作为辅助因子。第一步：葡萄糖的磷酸化 第一阶段己糖激酶是糖酵解途径的第一个限速酶第二步：6-磷酸果糖的生成 第一阶段第三步：1,6-二磷酸果糖的生成 第一阶段磷酸果糖激酶(PFK)是EMP途径的关键酶，其活性大小控制着整个途径的进程。是糖酵解途径的最重要的限速酶 第一阶段碳链不变，但两头接上了磷酸基团，为断裂作好准备。消耗两个ATP。第四步：1,6-二磷酸果糖的裂解1个己糖分裂成2个丙糖丙酮糖和丙醛糖，它们为同分异构体。第二阶段：磷酸己糖的裂解 第二阶段第五步：磷酸丙糖的同分异构化1分子二磷酸己糖裂解成2分子3-磷酸甘油醛。第六步：3-磷酸甘油醛氧化糖酵解过程中第一次产生糖酵解过程中第一次产生高能磷酸键高能磷酸键，并且产生了，并且产生了还原剂还原剂NADHNADH。催化此反应的酶是巯基酶，所以它可催化此反应的酶是巯基酶，所以它可被被碘乙酸碘乙酸(ICH2COOH)(ICH2COOH)不可逆地抑制。故碘乙酸能抑制糖不可逆地抑制。故碘乙酸能抑制糖酵解。酵解。第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATPATP的生成的生成这是糖酵解过程中唯一一步脱氢反应 第三阶段第七步：3-磷酸甘油酸和ATP的生成糖酵解过程中第一次产生ATP。第八步：3-磷酸甘油酸异构第九步：PEP的生成这一步其实是分子内的氧化还原，使分子中的能量重新分布，使能量集中，第二次产生了高能磷酸键。第十步：丙酮酸的生成糖酵解过程中第二次产生ATP。糖酵解中第二次底物水平磷酸化，丙酮酸激酶是第三个限速酶1分子葡萄糖产生2分子ATP三 糖酵解的能量计算要点：1.全过程：三个阶段，10步反应，需10种酶2.三个关键酶？不可逆反应！3.调节位点：已糖激酶G-6-P；磷酸果糖激酶ATP、柠檬酸、脂肪酸；ADP、AMP；丙酮酸激酶乙酰CoA、ATP；ADP、AMP要点：4.定位：细胞质5.意义：产生少许能量，产生一些中简产物如，丙酮酸 和甘油等6.底物水平的磷酸化 途径途径化学计量和生物学意义化学计量和生物学意义总反应式:C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3+2NADH+2H+2ATP+2H2O能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成 2ATP2NADH6ATP或4ATP1 丙酮酸的去路（有氧）（无氧）葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA三羧酸循环（有氧或无氧）丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA糖酵解途径三羧酸循环（有氧或无氧）四.糖酵解产物的去路(1)在无氧或相对缺氧时 发酵 有两种发酵：酒精发酵、乳酸发酵酒精发酵：由葡萄糖 乙醇的过程丙酮酸脱羧酶需要TPP作为辅酶。(1)在无氧或相对缺氧时 酒精发酵(2)在无氧或相对缺氧时 乳酸发酵 乳酸发酵：由葡萄糖 乳酸的过程乳酸脱氢酶在动物体内有5种同工酶：H4、H3M、H2M2、HM3、M4(2)在无氧或相对缺氧时 乳酸发酵 许多微生物常进行这种过程。此外，高等动物在氧不充足时，也可进行这条途径，如肌肉强烈运动时即产生大量乳酸。(3)在有氧条件下 丙酮酸有氧氧化 丙酮酸被彻底氧化成CO2。这一过程在线粒体中进行。通过此过程可以使葡萄糖彻底降解、氧化成CO2。2.NADH的去路(1)在无氧或相对缺氧时酒精发酵中：作为 乙醛 乙醇 的供氢体乳酸发酵中：作为 丙酮酸 乳酸 的供氢体 11分子葡萄糖通过无氧酵解，只能生成分子葡萄糖通过无氧酵解，只能生成 2 2 个个ATPATP(2)在有氧条件下原核生物中：1分子的NADH通过呼吸链可产生3个ATP，真核生物中：在植物细胞或动物的肌细胞中，1分子 的NADH通过呼吸链可产生2个ATP。1分子葡萄糖通过有氧酵解，可生成 2+22=6 个ATP 1分子葡萄糖通过有氧酵解，可生成 2+32=8 个ATP丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解葡萄糖EMPNADH+H+NAD+CH2OHCH3乙醇NADH+H+NAD+CO2 乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛CHOCH3COOHC=OCH3丙酮酸 葡萄糖的无氧分解丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解（EMP）葡萄糖COOHC=OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰CoA三羧酸循环NAD+NADH+H+CO2CoASH 葡萄糖的有氧分解丙酮酸脱氢酶系五.糖酵解的生物学意义1.为生物体提供一定的能量；2.糖酵解的中间物为生物合成提供原料；如丙酮酸可转变为氨基酸，磷酸二羟丙酮可合成甘油。3.为糖异生作用提供了基本途径。六.糖酵解的调控 在代谢途径中，发生不可逆反应的地方常常是整个途径的调控部位，而催化这些反应的酶常常要受到调控，从而影响这些地方的反应速度，进而影响整个途径的进程。这些酶称该途径的关键酶。在糖酵解中，有三种酶催化的不可逆反应 己糖激酶、PFK、丙酮酸激酶。所以它们是关键酶。这三种酶都是变构酶。