生物化学-糖类与糖代谢-课件.ppt

第六章糖类与糖代谢本章内容 糖类 双糖和多糖的酶促降解 糖的分解代谢 糖的合成代谢第一节 糖类一、糖的概念 糖即碳水化合物，是多羟基醛与多羟基酮及其衍生物或多聚物.它主要是由绿色植物经光合作用形成的,主要是由C、H、O构成的。二、糖的分类 根据水解后产生单糖残基的多少分为四大类单糖寡糖多糖糖复合物参见 参见103-121 103-1211.单糖：不能再水解的糖D-葡萄糖1234566-磷酸葡萄糖参见 参见104-109 104-109 D-果糖1234566-磷酸果糖核糖321455-磷酸核糖核酮糖321455-磷酸核酮糖核酮糖 戊酮糖甘油醛1233-磷酸甘油醛甘油醛 丙醛糖二羟丙酮123磷酸二羟丙酮二羟丙酮 丙酮糖葡萄糖在体内的作用葡萄糖在体内的作用葡萄糖是体内糖代谢的中心（1）葡萄糖是食物中糖(如淀粉)的消化产物（2）葡萄糖在生物体内可转变成其它的糖，如核糖、果糖、半乳糖、糖原等；（3）葡萄糖是哺乳动物及胎儿的主要供能物质（4）葡萄糖可转变为氨基酸和脂肪酸的碳骨架2.双糖双糖：由两个相同或不同的单糖组成,常见的有乳糖、蔗糖、麦芽糖等.14麦芽糖-D-葡萄糖苷-（14）-D-葡萄糖参见 参见109-111 109-1111121 4-D-葡萄糖苷-（12）-D-果糖-D-半乳糖苷-（14）-D-葡萄糖乳糖蔗糖3.多糖定义：水解产物含6个以上单糖常见的多糖淀粉、糖原、纤维素等参见 参见111-118 111-118淀粉(starch)蓝色:-1,4-糖苷键红色:-1,6-糖苷键直链淀粉支链淀粉糖原糖原(glycogen(glycogen)非还原端还原端糖原的分子结构糖原的分子结构糖原在体内的作用糖原是体内糖的贮存形式 糖原贮存的主要器官是肝脏和肌肉组织肝糖原：含量可达肝重的5%(总量为90-100g)肌糖原：含量为肌肉重量的1-2%(总量为200-400g)人体内糖原的贮存量有限，一般不超过500g.肝细胞中的糖原颗粒糖原颗粒纤维素 作为植物的骨架-1,4-糖苷键参见 参见114 1144.糖复合物糖与非糖物质的结合物常见的糖复合物有：糖与蛋白质的复合物糖蛋白：以蛋白质为主，糖为蛋白质的辅基。如卵清蛋白含糖基1%蛋白多糖：以多糖为主，蛋白质或多肽的比例较少见的辅基。如粘蛋白含糖基80%糖与脂类的结合物糖脂：脂多糖：参见 参见77-80 77-80 氧化功能 1g葡萄糖 16.7kJ 正常情况下约占机体所需总能量的50-70%构成组织细胞的基本成分1、核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分；2、糖与脂类或蛋白质结合形成糖脂或糖蛋白/蛋白聚糖（统称糖复合物）。糖复合物不仅是细胞的结构分 子，而且是信息分子。3、体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖蛋白，如抗 体、许多酶类和凝血因子等。三、糖的主要生理功能参见 参见159 159一、双糖的水解 蔗糖+H2O 葡萄糖+果糖 转化酶蔗糖酶第二节 双糖和多糖的酶促降解1.转化酶2.蔗糖合成酶 催化蔗糖与UDP反应生成果糖和尿苷二磷酸葡萄糖 蔗糖+UDP UDPG+果糖（一）蔗糖的水解（二）麦芽糖的水解麦芽糖+H2O麦芽糖酶2葡萄糖（三）乳糖的水解乳糖+H2O葡萄糖-半乳糖+乳糖酶-半乳糖苷酶二、淀粉（糖原）的降解1.1.淀粉的水解淀粉的水解2.2.淀粉淀粉（糖原）（糖原）的磷酸解的磷酸解-淀粉酶淀粉酶-淀粉酶淀粉酶R-R-酶酶(脱支酶）脱支酶）麦芽糖酶麦芽糖酶磷酸化酶磷酸化酶转移酶转移酶脱支酶脱支酶胞外降解 胞外降解胞内降解 胞内降解参见 参见226 226 是淀粉内切酶，作用于淀粉分子内部的任意的-1，4 糖苷键。极限糊精是指淀粉酶不能再分解的支链淀粉残基。-极限糊精是指含-1，6糖苷键由3个以上葡萄糖基构成的极限糊精。（一）淀粉的水解1、-淀粉酶直链淀粉 直链淀粉 葡萄糖 葡萄糖+麦芽糖 麦芽糖+麦芽三糖 麦芽三糖+低聚糖的混合物 低聚糖的混合物支链淀粉 支链淀粉 葡萄糖 葡萄糖+麦芽糖 麦芽糖+麦芽三糖 麦芽三糖+-极限糊精 极限糊精2、-淀粉酶 是淀粉外切酶，水解是淀粉外切酶，水解-1-1，44糖苷键，从淀粉分糖苷键，从淀粉分子外即子外即非还原端非还原端开始，每开始，每间隔一个糖苷键间隔一个糖苷键进行水进行水解，解，每次水解出一个麦芽糖分子。每次水解出一个麦芽糖分子。直链淀粉直链淀粉 麦芽糖麦芽糖支链淀粉支链淀粉 麦芽糖麦芽糖+-极限糊精极限糊精-极限糊精极限糊精是指是指-淀粉酶作用到离分支点淀粉酶作用到离分支点2-2-33个葡萄糖基为止的剩余部分。个葡萄糖基为止的剩余部分。两种淀粉酶降解的终产物主要是麦芽糖两种淀粉酶性质的比较-淀粉酶 不耐酸，pH3时失活 耐高温，70C时15分钟仍保持活性 广泛分布于动植物和微生物中。-淀粉酶 耐酸，pH3时仍保持活性 不耐高温，70C15分钟失活 主要存在植物体中-淀粉酶及-淀粉酶水解支链淀粉的示意图-淀粉酶-淀粉酶3、R-酶(脱支酶）水解-1，6糖苷键，将及-淀粉酶作用支链淀粉最后留下的极限糊精的分支点水解，产生短的只含-1，4-糖苷键的糊精，使之可进一步被淀粉酶降解。不能直接水解支链淀粉内部的-1，6糖苷键。4、麦芽糖酶 催化麦芽糖水解为葡萄糖，是淀粉水解的最后一步。u淀粉的彻底水解需要上述水解酶的共同作用，其最终产物是葡萄糖（二）淀粉的磷酸解磷酸化酶催化淀粉非还原末端的葡萄糖残基转移给P，生成G-1-P,同时产生一个新的非还原末端，重复上述过程。直链淀粉 G-1-P支链淀粉 G-1-P+磷酸化酶极限糊精 磷酸化酶不能将支链淀粉完全降解，只能降解到距分支点4个葡萄糖残基为止，留下一个大而有分支的多糖链，称为磷酸化酶极限糊精。磷酸化酶 淀粉（或糖原）降解 1.到分枝前4个G时，淀粉磷酸化酶停止降解2.由转移酶切下前3个G，转移到另一个链上3.脱支酶水解-1，6糖苷键形成直链淀粉。脱下的Z是一个游离葡萄糖4.最后由磷酸化酶降解形成G-1-PG1P脱支酶磷酸化酶 糖原降解主要有糖原磷酸化酶和糖原脱支酶催化进行。肝脏肌肉G+Pi（葡萄糖-6-磷酸酶）进入糖酵解糖原磷酸化酶：从非还原端催化1-4糖苷键的磷酸解。（三）糖原的降解(自学)磷酸葡萄糖变位酶G-6-PG-1-P糖原+Pi 糖原+G-1-P（n残基）（n-1残基）参见 参见226-227 226-227例 肝糖元的分解77磷酸化酶(别构酶)ATP抑制-AMP激活+H3PO4葡萄糖1，4糖苷键葡萄糖1，6糖苷键糖原核心糖原核心 G-1-P+去分枝酶+H3PO41 G-1-P糖原核心磷酸化酶+H3PO4G-1-P去单糖降解转移酶糖原核心 机体的生存需要能量，机体内主要提供能量的物质是ATP。ATP的形成主要通过两条途径：在无氧条件下，由葡萄糖降解为丙酮酸，产生2分 子ATP。在有氧条件下，由葡萄糖彻底氧化为CO2和水，形 成大量的ATP。第三节 糖的分解代谢丙酮酸葡萄糖“糖酵解”不需氧“磷酸戊糖途径”需氧有氧情况缺氧情况好氧生物厌氧生物“三羧酸循环”“乙醛酸循环”CO2+H2O“乳酸发酵”乳酸“乳酸发酵”、“乙醇发酵”乳酸或乙醇 CO2+H2O重点一、一、糖酵解的概述3.1 3.1 糖酵解糖酵解1、糖酵解的概念 糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖进行分解形成2分子的丙酮酸并提供能量。这一过程称为糖酵解作用。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径，也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。也称为EMP途径。v 糖酵解是在细胞质中进行。不论有氧还是无氧条件均能发生。E：Embden；M:Meyerhof；P:Parnas 10个酶催化的11步反应第一阶段：磷酸已糖的生成(活化)四 个 阶 段第二阶段：磷酸丙糖的生成(裂解)第三阶段：3-磷酸甘油醛转变为2-磷酸 甘油酸 第四阶段：由2-磷酸甘油酸生成丙酮酸二、糖酵解过程(G)已糖激酶ATP ADPMg2+糖酵解过程的第一个限速酶(G-6-P）葡萄糖磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖异构化 转变为6-磷酸果糖(F-6-P）磷酸葡萄糖异构酶(G-6-P）6-磷酸果糖再磷酸化 生成1,6-二磷酸果糖(F-1,6-2P）磷酸果糖激酶（PFK）ATP ADPMg2+糖酵解过程的第二个限速酶(F-6-P）磷酸丙糖的生成磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛(F-1,6-2P）醛缩酶+磷酸丙糖的互换磷酸二羟丙酮(dihydroxyacetone phosphate)3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde 3-phosphate)磷酸丙糖异构酶1,6-二磷酸果糖 2 3-磷酸甘油醛 上述的5步反应完成了糖酵解的准备阶段。酵解的准备阶段包括两个磷酸化步骤由六碳糖裂解为两分子三碳糖，最后都转变为3-磷酸甘油醛。在准备阶段中，并没有从中获得任何能量，与此相反，却消耗了两个ATP分子。以下的5步反应包括氧化还原反应、磷酸化反应。这些反应正是从3-磷酸甘油醛提取能量形成ATP分子。3-磷酸甘油醛氧化为 1,3-二磷酸甘油酸 1,3-二磷酸甘油酸 转变为3-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸激酶 3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)这是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反应1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)OPO 3 2-ADP ATPMg2+底物磷酸化：直接利用代谢中间物氧化释放的能量产生ATP的磷酸化类型称为底物磷酸化。其中ATP的形成直接与一个代谢中间物（1,3-二磷酸甘油酸）上的磷酸基团的转移相偶联 这一步反应是糖酵解过程的第7步反应，也是糖酵解过程开始收获的阶段。在此过程中产生了第一个ATP。3-磷酸甘油酸转变 为2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)磷酸甘油酸变位酶 2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate)2-磷酸甘油酸脱水 形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）磷酸烯醇式 丙酮酸（PEP）2-磷酸甘油酸烯醇化酶(Mg2+/Mn2+)H2O氟化物能与Mg2+络合而抑制此酶活性反应引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键。ADPA T PMg2+,K+磷酸烯醇式丙酮酸 转变为烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶(PK)烯醇式丙酮酸糖酵解过程的第三个限速酶也是第二次底物水平磷酸化反应 烯醇式丙酮酸 转变为丙酮酸ATP磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸ADP丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸(enolpyruvate)自发进行 丙酮酸(pyruvate)P3P POOHO HCH2CH2O O12 546P磷酸二羟丙酮123+P异构6-磷酸果糖P564磷酸甘油醛PP1，3-二磷酸甘油酸PC OHCOHH2C OO H3-磷酸甘油酸P2-磷酸甘油酸P磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸6-磷酸葡萄糖PG葡萄糖活化裂解脱氢异构P P1，6-二磷酸果糖活化产能 脱水 异构产能HHOHE1:己糖激酶 E2:6-磷酸果糖激酶-1 E3:丙酮酸激酶 NAD+乳 酸 糖酵解的代谢途径Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 丙 酮 酸 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 NAD+NADH+H+ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+参见 参见235 2351、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和CO2。(l)丙酮酸脱羧三、丙酮酸的去路葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为：葡萄糖+2Pi+2ADP 2乙醇+2CO2+2ATPCH3COCOOH CH3CHO+CO2丙酮酸 乙醛丙酮酸脱羧酶TPP(2)乙醛被还原为乙醇参见 参见235 235CH CH3 3CHO+NADH+H CHO+NADH+H+CH CH3 3CH CH2 2OH+NAD OH+NAD+乙醛 乙醛 乙醇 乙醇Zn Zn2+2+乙醇脱氢酶 乙醇脱氢酶 2、丙酮酸还原为乳酸丙酮酸(pyruvate)3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛脱氢酶Pi 乳酸(lactate)乳酸脱氢酶NAD H+H+NAD+参见 参见235 2351,3-二磷酸甘油酸OPO 3 2-4、转化为脂肪酸或酮体 参见参见270-271270-271 当细胞ATP水平较高时，柠檬酸循环的速率下降，乙酰CoA开始积累，可用作脂肪的合成或酮体的合成。3、在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成乙酰CoA丙酮酸+NAD+CoA 乙酰CoA+CO2+NADH+H+糖酵解过程中ATP的消耗和产生2 1葡 萄 糖 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙 酮 酸-1 反 应 ATP-12 1 葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O四、糖酵解中产生的能量参见 参见236 236五、糖酵解意义1、主要在无氧条件下迅速提供少量的能量应急.如:肌肉收缩、人到高原。2、是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源。3、是糖的有氧氧化的前过程，亦是糖异生作用大部分逆过程。5、是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径.其中间产物是许多重要物质合成的原料。6、若糖酵解过度，可因乳酸生成过多而导致乳酸中毒。参见 参见168 168肌肉收缩与糖酵解供能 背景：剧烈运动时肌肉内ATP含量很低；肌肉中磷酸肌酸储存的能量可 供肌肉收缩所急需的化学能;即使氧不缺乏，葡萄糖进行有氧氧化的过程 比糖酵解长得多,来不及满足需要;肌肉局部血流不足，处于相对缺氧状态。结论：糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量u细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。u在代谢途径中，催化不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。u糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。六、糖酵解的调控参见 参见237 2371、磷酸果糖激酶（PFK）的调控6-磷酸果糖激酶-16-phosphofructokinase-1ATP柠檬酸长链脂肪酸-ADP、AMP1,6-双磷酸果糖2,6-双磷酸果糖+磷酸果糖激酶是一种变构酶，是糖酵解三个限速酶中催化效率最低的酶,是糖酵解作用最重要的限速酶。2、己糖激酶的调控己糖激酶hexokinaseG-6-P-己糖激酶不是糖酵解过程关键的限速酶丙酮酸激酶pyruvate kinaseATP丙氨酸(肝)-1,6-双磷酸果糖+3、丙酮酸激酶的调控 葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化成水和CO2的反应过程称为有氧氧化。有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多数组织细胞都通过有氧氧化获得能量。3.2 糖有氧分解参见 参见237 237糖有氧氧化过程葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoACO2+H2O+ATP三羧酸循环糖的有氧氧化乳酸糖酵解线粒体内胞浆细胞质糖的有氧氧化与糖酵解细胞胞浆线粒体葡萄糖丙酮酸乳酸(糖酵解)葡萄糖丙酮酸CO2+H2O+ATP(糖的有氧氧化）丙酮酸第一阶段：丙酮酸的生成（胞浆）第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA（线粒体）第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环 彻底氧化（线粒体）三 个 阶 段糖的有氧氧化过程 一、丙酮酸的生成（胞浆）葡萄糖+2NAD+2ADP+2Pi 2（丙酮酸+ATP+NADH+H+）2丙酮酸进入线粒体进一步氧化2(NADH+H+)2H2O+5/7 ATP线粒体内膜上特异载体穿梭系统氧化呼吸链二、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶ANAD+NADH+H+丙酮酸乙酰CoA+CoA-SH辅酶A+C O2丙酮酸脱氢酶系丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA+C O2+NADH+H+多酶复合体：是催化功能上有联系的几种酶通过非共价键连接彼此嵌合形成的复合体。其中每一个酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的辅酶。参见 参见238 238丙酮酸脱氢酶系3 种 酶：丙酮酸脱羧酶(TPP、Mg2+)催化丙酮酸氧化脱羧反应 二氢硫辛酸乙酰转移酶(硫辛酸、辅酶A)催化将乙酰基转移到CoA反应 二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+)催化将还原型硫辛酰胺转变成为氧化型反应6种辅助因子：TPP、Mg2+、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD+FADFADH2丙酮酸氧化脱羧反应TPPCO2TPPHSCoA CH3COSCoANAD+NADH+H+丙酮酸脱羧酶Mg2+硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA+C O2+NADH+H+CO2 CoASHNAD+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 三、三羧酸循环 概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成C2O和H2O并产生能量的过程.因为该循环第一个产物的化合物是柠檬酸,所以称为柠檬酸循环,又因其中间产物中有4个三个羧酸,所以亦称为三羧酸循环,简称TCA循环。由于它是由H.A.Krebs（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环。C6H12O6+6O2 6 CO2+6 H2O+30/32ATP参见 参见238 238 乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸柠檬酸合成酶草酰乙酸CH3COSCoA乙酰辅酶A柠檬酸(citrate)HSCoA乙酰CoA+草酰乙酸 柠檬酸+CoA-SH关键酶H2O（一）三羧酸循环的反应过程异柠檬酸H2O 柠檬酸异构化生成异柠檬酸柠檬酸顺乌头酸柠檬酸 异柠檬酸顺乌头酸酶CO2NAD+异柠檬酸 异柠檬酸氧化脱羧 生成-酮戊二酸-酮戊二酸草酰琥珀酸NADH+H+异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸+NAD+-酮戊二酸+CO2+NADH+H+关键酶CO2-酮戊二酸氧化脱羧 生成琥珀酰辅酶A-酮戊二酸脱氢酶系HSCoANAD+NADH+H+琥珀酰CoA-酮戊二酸-酮戊二酸+CoA-SH+NAD+琥珀酰CoA+C O2+NADH+H+关键酶 琥珀酰CoA转变为琥珀酸琥珀酰CoA合成酶琥珀酰CoAATPADP琥珀酸GDP+PiGTPHSCoA琥珀酰CoA+GDP+Pi 琥珀酸+GTP+CoA-SH 琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸延胡索酸(fumarate)琥珀酸脱氢酶FADFADH2琥珀酸+FAD 延胡索酸+FADH2琥珀酸(succinate)延胡索酸水化生成苹果酸延胡索酸(fumarate)苹果酸(malate)延胡索酸酶H2O延胡索酸+H2O 苹果酸 苹果酸脱氢生成草酰乙酸 苹果酸脱氢酶 草酰乙酸(oxaloacetate)NAD+NADH+H+苹果酸+NAD+草酰乙酸+NADH+H+苹果酸(malate)三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环特点 循环反应在线粒体(mitochondrion)中进行，为不可逆反应。三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶系。循环的中间产物既不能通过此循环反应生成，也不被此循环反应所消耗。三羧酸循环中有两次脱羧反应，生成两分子CO2。循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADH和一分子FADH2。循环中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP。每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成10分子ATP。三羧酸循环小结 TCA运转一周的净结果是氧化1分子乙酰CoA，草酰乙酸仅起载体作用，反应前后无改变。乙酰辅酶A+3NAD+FAD+Pi+2 H2O+GDP2 CO2+3(NADH+H+)+FADH2+HSCoA+GTPTCA中的一些反应在生理条件下是不可逆的，所以整个三羧酸循环是一个不可逆的系统TCA的中间产物可转化为其他物质，故需不 断补充（二）.TCA中ATP的形成v1分子乙酰辅酶A经三羧酸循环可生成1分子 GTP(可转变成ATP)，共有4次脱氢，生成3分子 NADH和1分子 FADH2。v当经呼吸链氧化生成H2O时，前者每对电子可生成 2.5分子ATP，3对电子共生成7.5分子ATP；后者则生 成1.5分子ATP。v因此，每分子乙酰辅酶A经三羧酸循环可产生10分 子ATP。若从丙酮酸开始计算，则1分子丙酮酸可 产生12.5分子ATP。v1分子葡萄糖可以产生2分子丙酮酸，因此，2分子丙酮酸经三羧酸循环及氧化磷酸化共产生212.525个ATP分子。参见 参见243 243反 应ATP第一阶段 两次耗能反应-2两次生成ATP的反应 22一次脱氢(NADH+H+)21.5 或22.5 第二阶段一次脱氢(NADH+H+)22.5第三阶段三次脱氢(NADH+H+)232.5一次脱氢(FADH2)21.5一次生成ATP的反应 21净生成30或32糖有氧氧化过程中ATP的生成参见 参见243 243（三）TCA生物学意义 糖的有氧分解代谢产生的能量最多，是机体利用糖或其他物质氧化而获得能量的最有效方式。三羧酸循环之所以重要在于它不仅为生命活动提供能量，而且还是联系糖、脂、蛋白质三大物质代谢的纽带。三羧酸循环所产生的多种中间产物是生物体内许多重要物质生物合成的原料。在细胞迅速生长时期，三羧酸循环可提供多种化合物的碳架，以供细胞生物合成使用。参见 参见243 243 植物体内三羧酸循环所形成的有机酸，既是生物氧化的基质，又是一定器官的积累物质，发酵工业上利用微生物三羧酸循环生产各种代谢产物.四、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：柠檬酸合酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体参见 参见244 244丙酮酸脱氢酶系Pyruvate dehydrogenase complex乙酰CoA、ATPNADH+H+-+AMP、ADPNAD+*乙酰CoA/HSCoA 或 NADH/NAD+时，其活性也受到抑制。1、丙酮酸脱氢酶复合体 乙酰CoA 柠檬酸 草酰乙酸 琥珀酰CoA-酮戊二酸 异柠檬酸 苹果酸 NADH FADH2 GTP ATP 异柠檬酸 脱氢酶柠檬酸合酶-酮戊二酸脱氢酶复合体 ATP+ADP ADP+ATP 柠檬酸 NADH 琥珀酰CoA 琥珀酰CoA NADH ATP、ADP的影响 产物堆积引起抑制 循环中后续反应中间产物反馈抑制前面反应中的酶2、柠檬酸循环的调节柠檬酸合酶citrate synthaseATP柠檬酸、琥珀酰CoANADH+H+-+ADP异柠檬酸脱氢酶isocitrate dehydrogenaseATP-+AMP，ADP-酮戊二酸脱氢酶系-ketoglutarate dehydrogenase complex琥珀酰CoANADH+H+-3、有氧氧化的调节特点 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。乙醛酸循环 乙醛酸循环3.3 乙醛酸循环三羧酸循环支路(自学)乙醛酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。（省了6步）异柠檬酸柠檬酸琥珀酸 琥珀酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环 三羧酸循环乙酰CoA乙醛酸乙酰CoACoASH只有一些植物和微生物兼具这两种代谢途径。异柠檬酸裂解酶 异柠檬酸裂解酶异柠檬酸 琥珀酸 乙醛酸乙醛酸 乙酰CoA 苹果酸 苹果酸合成酶 苹果酸合成酶1.概念：以6-磷酸葡萄糖开始，在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，进而代谢生成以磷酸戊糖为中间代谢物的过程，称为磷酸戊糖途径，简称PPP途径。又称磷酸已糖旁路一、磷酸戊糖途径的概念36-磷酸葡萄糖+6 NADP+2 6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+)+3CO2 2.反应部位：胞浆参见 参见246 2463.4 磷酸戊糖途径第一阶段：氧化反应 生成NADPH和CO2第二阶段：非氧化反应 一系列基团转移反应(生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖)二、磷酸戊糖途径的过程(1)6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸葡萄糖酸内酯NADP+NADPH+H+6-磷酸葡萄糖glucose 6-phosphate6-磷酸葡萄糖酸-内酯6-phosphoglucono-lactone6-磷酸葡萄糖脱氢酶限速酶，对NADP+有高度特异性(2)6-磷酸葡萄糖酸内酯 转变为6-磷酸葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖酸-内酯6-phosphoglucono-lactone6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconateH2O内酯酶CO2NADP+NADPH+H+(3)6-磷酸葡萄糖酸 转变为5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate5-磷酸核酮糖ribulose 5-phosphate6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶5-磷酸核酮糖ribulose 5-phosphate(4)三种五碳糖的互换5-磷酸核糖ribose 5-phosphate异构酶5-磷酸木酮糖xylulose 5-phosphate差向酶 许多细胞中合成代谢消耗的NADPH远比核糖需要量大，因此，葡萄糖经此途径生成了多余的核糖。第二阶段反应的意义就在于能通过一系列基团转移反应，将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而与糖酵解过程联系起来，因此磷酸戊糖途径亦称为磷酸已糖旁路。(5)二分子五碳糖的基团转移反应5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖7-磷酸景天庚酮糖3-磷酸甘油醛转酮酶(6)七碳糖与三碳糖的基团转移反应7-磷酸景天庚酮糖sedoheptulose 7-phosphate3-磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate转醛酶4-磷酸赤藓糖erythrose 4-phosphate6-磷酸果糖fructose 6-phosphate(7)四碳糖与五碳糖的基团转移反应4-磷酸赤藓糖erythrose 4-phosphate5-磷酸木酮糖ribulose 5-phosphate6-磷酸果糖Fructose 6-phosphate3-磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate转酮酶转酮酶与转醛酶h转酮酶(transketolase)就是催化含有一个酮基、一个醇基的2碳基团转移的酶。其接受体是醛，辅酶是TPP。h转醛酶(transaldolase)是催化含有一个酮基、二个醇基的3碳基团转移的酶。其接受体亦是醛，但不需要TPP。磷酸戊糖途径二个阶段的反应式6-磷酸葡萄糖+2 NADP+5-磷酸核糖+2(NADPH+H+)+CO2 35-磷酸核糖 26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛36-磷酸葡萄糖+6 NADP+2 6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+)+3CO2 三、磷酸戊糖途径的小结磷酸戊糖途径总反应图糖酵解途径36-磷酸葡萄糖5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸木酮糖7-磷酸景天糖3-磷酸甘油醛4-磷酸赤藓糖6-磷酸果糖3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖36-磷酸葡萄糖酸内酯3NADPH36-磷酸葡萄糖酸3H2O35-磷酸核酮糖3NADPH3CO2磷酸戊糖途径 第一阶段磷酸戊糖的生成 第二阶段基团转移5-磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛 C34-磷酸赤藓糖 C46-磷酸果糖 C66-磷酸果糖 C63-磷酸甘油醛 C36-磷酸葡萄糖(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸(C6)3 5-磷酸核酮糖(C5)3 5-磷酸核糖 C53NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶 3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 3CO2C原子数目变化示意图C5C5C7C3C4C6C3C7C5C6C3C4糖的分解代谢C6CO2C6CO2C6CO2磷酸戊糖途径小结x 反应部位：胞浆x 反应底物：6-磷酸葡萄糖x 重要反应产物：NADPH、5-磷酸核糖x 限速酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD)四、磷酸戊糖途径的生物学意义1、磷酸戊糖途径也是普遍存在的糖代谢的一种方式2、产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力3、该途径的反应起始物为6-磷酸葡萄糖，不需要 ATP参与起始反应，因此磷酸戊糖循环可在低ATP浓度下进行。4、此途径中产生的5-磷酸核酮糖是辅酶及核苷酸生物合成的必需原料。5、磷酸戊糖途径是机体内核糖产生的唯一场所。参见 参见248-249 248-249l磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时NADPH的需要所调节。l NADPH反馈抑制6-P-葡萄糖脱氢酶的活性。五、磷酸戊糖途径的调节第四节 糖的合成代谢一、糖核苷酸的作用与形成1、概念 单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为糖核苷酸。UDPG 尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphosphate glucose,UDPG)2、作用 在高等动植物体内，糖核苷酸是合成双糖和多糖过程中单糖的活化形式与供体。3、形成1-1-磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖（G-1-PG-1-P）+尿苷三磷酸（尿苷三磷酸（UTPUTP）尿苷二磷酸葡萄糖（尿苷二磷酸葡萄糖（UDPGUDPG）UDPGUDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 二、蔗糖的生物合成1、蔗糖磷酸化酶（微生物）2、蔗糖合酶G-1-P+F 蔗糖+Pi蔗糖磷酸化酶蔗糖磷酸化酶UDPG+果糖 UDP+蔗糖蔗糖合酶蔗糖合酶3、蔗糖磷酸合酶磷酸蔗糖 蔗糖+磷酸蔗糖磷酸酯酶蔗糖磷酸酯酶UDPG+F-6-P UDPG+F-6-P 磷酸蔗糖磷酸蔗糖+UDP+UDP蔗糖磷酸合酶蔗糖磷酸合酶P253 P253是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。糖原是由葡萄糖残基构成的含许多分支的大分子高聚物。肌肉：肌糖原，180300g，主要供肌肉收缩所需 肝脏：肝糖原，70100g，维持血糖水平 糖原糖原储存的主要器官及其生理意义 三、糖原的生物合成P252-253 P252-2531.葡萄糖单元以-1,4-糖苷 键形成长链。2.约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。3.每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。糖原的结构特点及其意义-1,6-糖苷键-1,4-糖苷键（二）合成部位（一）定义糖原的合成(glycogenesis)指由葡萄糖合成糖原的过程。组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆糖原的合成代谢 1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖（磷酸化）（三）合成途径（1）活化ATP ADP 葡萄糖激酶Mg2+磷酸葡萄糖变位酶 2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖（异构）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。+UTP 尿苷 P P PPPi UDPG焦磷酸化酶 3.1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖（转形）2Pi+能量 1-磷酸葡萄糖 尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphosphate glucose,UDPG)UDPG葡萄糖引物糖原合成酶(Gn+1)UDP（2）缩合 糖原n+UDPG 糖原n+1+UDP 糖原合成酶(glycogen synthase)UDP UTP ADP ATP 核苷二磷酸激酶*糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)，作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。（3）分支当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在分支酶(branching enzyme)的催化下，将距末端67个葡萄糖残基组成的寡糖链由-1,4-糖苷键转变为-1,6-糖苷键，使糖原出现分支。糖原引物 糖原合成酶分枝酶限速酶1218G糖原分枝的形成 糖原的合成与分解代谢G-6-P G 己糖(葡萄糖)激酶 磷酸葡萄糖变位酶 G-1-P UDPG焦磷酸化酶 UTP UDPG PPi 糖原合酶 Gn+1 UDP Gn 葡萄糖-6-磷酸酶（肝）糖原磷酸化酶 Pi Gn（二）糖原合成的特点：n n 11必须以原有糖原分子作为引物；必须以原有糖原分子作为引物；n n 2 2合成反应在糖原的非还原端进行；合成反应在糖原的非还原端进行；n n 3 3合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖 残基，需消耗残基，需消耗22个高能磷酸键个高能磷酸键 n n 4 4其关键酶是糖原合酶。其关键酶是糖原合酶。n n 5 5需需UTPUTP参与（以参与（以UDPUDP为载体）。为载体）。（分解代谢）GG-6-P在糖代谢中的作用G-6-P 6-磷酸葡萄糖酸内酯（磷酸戊糖途径）G-1-PGnUDPG（糖原合成）（糖原分解）乳酸（无氧酵解）CO2+H2O（有氧氧化）（补充血糖）（糖异生）F-6-P丙酮酸（酵解途径）四 糖异生作用(自学)糖异生作用是指以非糖物质作为前体合成为葡萄糖的作用。*部位*原料*概念 主要在肝脏、肾脏细胞的胞浆及线粒体 主要有乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸参见 参见256-258一、糖异生的反应过程*过程 酵解途径中有3个由关键酶催化的不可逆反应。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛 NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸*糖异生途径(gluconeogenic pathway)是从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。1.丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)丙酮酸 草酰乙酸 PEP ATP ADP+Pi CO2 GTP GDPCO2 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体）磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在胞液）草酰乙酸转运出线粒体 出线粒体 苹果酸 苹果酸 草酰乙酸 草酰乙酸 草酰乙酸 天冬氨酸 出线粒体 天冬氨酸 草酰乙酸 丙酮酸 丙酮酸 草酰乙酸 丙酮酸羧化酶 ATP+CO2ADP+Pi 苹果酸 NADH+H+NAD+天冬氨酸 谷氨酸-酮戊二酸 天冬氨酸 苹果酸 草酰乙酸 PEP 磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶 GTP GDP+CO2 线粒体胞液糖异生途径所需NADH+H+的来源 糖异生途径中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛时，需要NADH+H+。由乳酸为原料异生糖时，NADH+H+由下述 反应提供。乳酸 丙酮酸 LDH NAD+NADH+H+由氨基酸为原料进行糖异生时，NADH+H+则由线粒体内NADH+H+提供，它们来自于脂酸的-氧化或三羧酸循环，NADH+H+转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。苹果酸 线粒体 苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+胞浆 2.1,6-二磷酸果糖转变为 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 6-磷酸果糖 Pi 二磷酸果糖磷酸酯酶3.6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 Pi 6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶非糖物质进入糖异生的途径 糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物 生糖氨基酸-酮酸-NH2 甘油-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 乳酸 丙酮酸 2H 上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原 二、糖异生的调节 在前面的三个反应过程中，作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这样一对由不同酶催化所进行的正逆反应称之为底物循环6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 6-磷酸果糖激酶 磷酸果糖磷酸酯酶 ADP ATP Pi 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶己糖激酶 ATP ADP Pi PEP 丙酮酸草酰乙酸 丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶 ADP ATP CO2+ATP ADP+Pi GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶GDP+Pi+CO2 因此，有必要通过调节使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖之间和磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间进行调节。当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而称之为无效循环(futile cycle)。6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 ATP ADP 6-磷酸果糖激酶 Pi 磷酸果糖磷酸酯酶 2,6-双磷酸果糖 AMP 1.6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖之间 2.磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间PEP 丙 酮 酸 ATP ADP 丙酮酸激酶 1,6-双磷酸果糖 丙氨酸 乙 酰 CoA 草酰乙酸 三、糖异生的生理意义（一）葡糖异生可维持动物和人体内血糖浓度的相对恒定。这对需糖较多的脑组织、红细胞和视