第二单元 物质代谢和能量代谢 第四章 糖代谢.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流第二单元 物质代谢和能量代谢 第四章 糖代谢 第四章糖代谢二、生化术语1中间代谢:通常指消化吸收的营养物质和体内原有的物质在一切组织和细胞中进行的各种化学变化。2糖原(glycogen):动物细胞中葡萄糖的贮存形式。肌糖原主要供给肌肉收缩时能量的需要,肝糖原主要维持血糖的稳定。3血糖:血液中的葡萄糖。其水平的稳定对确保细胞执行正常功能具有重要意义(正常人的血糖值为每100ml血含有80120mg葡萄糖)。 4糖酵解(glycolysis):在无氧条件下,由葡萄糖氧化分解转化为丙酮酸的过程。5发酵(fermentation):指葡萄糖及其他有机
2、物的厌氧降解过程,生成乳酸称乳酸发酵,生成乙醇称生醇发酵。6丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex):一种多酶复合体,分布在线粒体内膜上,催化丙酮酸氧化脱羧,生成乙酰辅酶A。在大肠杆菌中,这种复合体包括3种酶(丙酮酸脱氢酶 E1、二氢硫辛酸转乙酰基酶 E2、二氢硫辛酸脱氢酶 E3)和6种辅因子(TPP、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD、Mg2+)。7三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle 简称TCA循环):以乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸后再经一系列反应又重新生成草酰乙酸的环状途径。该途径的第一个代谢物是柠檬酸,所以又称柠檬酸循环;柠
3、檬酸含有三个羧基,故称三羧酸循环;德国科学家H.Krebs发现,又称Krebs循环。8回补反应(anaplerotic reaction):三羧酸循环的中间代谢物也是其他物质生物合成的前体,当它们为了同化的目的而被移去时,必须进行“补充”或“填充”,才能维持TCA循环的正常进行。如丙酮酸在丙酮酸羧化酶的催化下生成草酰乙酸反应。9乙醛酸循环(glyoxylate cycle):存在于植物和微生物中,是将 2个乙酰CoA转变成一分子草酰乙酸的环状途径。循环中有乙醛酸,所以称乙醛酸循环。10磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway):又叫磷酸己糖支路(hexose monop
4、hosphate shunt,HMS)。在胞质中由6-磷酸葡萄糖开始,经过脱氢、脱羧生成核糖-5-磷酸和NADPH。NADPH可以为生物合成提供还原力,而核糖-5-磷酸及其衍生物用于合成核酸、NAD+、FAD、ATP和辅酶A等重要生物分子。11糖原引物:糖原合成是以体内原有的小分子糖原为引物,逐加的葡萄糖残基以-1,4糖苷键连于糖原引物的非还原端,该小分子糖原即为糖原引物。12葡糖异生作用(gluconeogenesis):由非糖物质为前体合成葡萄糖的过程。非糖物质有乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸等。13可立氏循环(Cori cycle):肌肉中积累的乳酸经血循环进入肝脏,异生为葡萄糖后又回到
5、肌肉中被利用的过程。 三、例题解析例1. 糖在生物体中有哪些重要的功能?答:糖分解产生能量,供给生物体生理活动需要,糖代谢的中间产物可以转变为其他含碳的有机化合物,作为有机物质合成的碳源。另外糖在受体结构、蛋白质运输和分泌中也起作用。例2催化葡萄糖磷酸化的两类酶有( ) 和( ),前者的专一性强,不被其产物( )所抑制,其Km值较大,在葡萄糖浓度较高时才起作用;后者专一性不强,能被其产物( )强烈抑制。答:催化葡萄糖磷酸化作用的两类酶为葡萄糖激酶和己糖激酶。 葡萄糖激酶存在于肝细胞中,对D-葡萄糖有特异性,它的Km为10mmol/L,因此在细胞平时的葡萄糖浓度(5mmol/L)时,并不活跃,只
6、有当进食时,肝细胞的葡萄糖浓度增高时才起作用,将葡萄糖转化为6-磷酸葡萄糖,继而合成糖原贮存起来,所以葡萄糖激酶主要与糖原的合成有关。另外葡萄糖激酶不受其产物6-磷酸葡萄糖所抑制。己糖激酶是酵解途径中的第一个调节酶,专一性不强,除了以葡萄糖为底物外,还以其他六碳糖如:果糖、甘露糖等为底物,它的Km较小(0.1mmol/L),在较小的葡萄糖浓度时就起作用,它被其产物6-磷酸葡萄糖强烈抑制。例3由于醛缩酶催化反应的标准自由能变化为24kJ/mol,所以在酵解途径中反应向1,6-二磷酸果糖合成的方向进行。答:此句话是错误的。虽然醛缩酶的标准自由能变化为正值,理论上在酵解中反应有利于向逆反应方向进行,
7、但是由于正常的生理条件下,3-磷酸甘油醛不断地转化为丙酮酸,大大降低了细胞中3-磷酸甘油醛的浓度,从而驱动反应向裂解方向进行。例4碘乙酸可以抑制:A.醛缩酶 B.3-磷酸甘油醛脱氢酶 C.丙酮酸激酶 D.磷酸丙糖异构酶答:正确的答案是B。一般动物组织中的醛缩酶对金属离子或其他辅因子无要求,而来自酵母和多种细菌中的醛缩酶则对铁离子、钴离子或锌离子所激活,并对这些金属的结合试剂所抑制。丙酮酸激酶是酵解中重要的调节酶,长链的脂肪酸、ATP和丙酮酸能抑制该酶的活性。磷酸是磷酸丙糖异构酶的弱抑制剂,但磷酸与缩水甘油形成磷酸缩水甘油时对其有强烈的抑制作用。碘乙酸可强烈地抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶,它可与酶分
8、子活性部位上半胱氨酸残基的-SH基结合,从而抑制了该酶的活性。例5关于三羧酸循环的叙述,正确的有:A.其中间产物均能通过异生作用合成葡萄糖B.反应只能朝单方向进行C.循环中脱下的氢进入呼吸链后被氧化而生成ATPD.乙酰CoA进入三羧酸循环后的两次脱羧生成的两个二氧化碳的碳原子均来自乙酰基自身答:正确的答案是A、B、C。三羧酸循环的中间产物为4碳、5碳和6碳化合物,它们通过循环都可转化为草酰乙酸,草酰乙酸出环后可在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化下转变成磷酸烯醇式丙酮酸,然后基本上沿酵解的途径异生为葡萄糖。由于柠檬酸合成酶和-酮戊二酸脱氢酶系所催化的是不可逆反应,因此整个循环只能朝向一个方向进行。整
9、个三羧酸循环链上只有一次底物水平的磷酸化产生ATP,其他ATP是脱下的氢进入呼吸链氧化成水时偶联产生的。乙酰CoA在循环的第一步和草酰乙酸合成为柠檬酸,柠檬酸被认为一个潜手性分子,顺乌头酸酶第一次作用的三位点中不包括新加入的两个碳原子(即乙酰CoA中的甲基碳和羰基碳),因此两次的脱羧产生的二氧化碳的碳原子来自于草酰乙酸,而不是来自于乙酰基。例6丙酮酸羧化酶只有在乙酰CoA存在时,才表现出较高的活性,为什么?答:当乙酰CoA的生成速度大于它进入三羧酸循环的氧化速度时,乙酰CoA可激活丙酮酸羧化酶,而使丙酮酸羧化成草酰乙酸,草酰乙酸的增多,加快了乙酰CoA进入三羧酸循环的速度。例7如果1分子糖原是
10、由n个葡萄糖基组成,细胞在无氧条件下,1分子糖原可转化为多少分子的乳酸?将产生多少分子的ATP?答:由于1分子葡萄糖基可通过酵解作用生成2分子的乳酸,所以n个葡萄糖基可生成2n个乳酸。 糖原是由n个葡萄糖基组成,由于-1,6分支点是由去分支酶催化下去分支,产物之一为葡萄糖,其数量约占总葡萄糖残基数的5%,另95%是经磷酸化酶催化生成的葡萄糖-1-磷酸。所以: 糖原由葡萄糖-1-磷酸到葡萄糖-6-磷酸,无ATP的消耗,经酵解得3 分子ATP。 糖原经葡萄糖-6-磷酸,按酵解可得2分子 ATP。一分子糖原经酵解共生成ATP:30.95n+20.05n2.95n例8. 分析1分子葡萄糖完全氧化后能量
11、的产生情况。答:1分子葡萄糖转化为2分子丙酮酸时,经底物水平的磷酸化,净生成2分子的ATP。胞浆中2分子的3-磷酸甘油醛脱氢变为2分子的3-磷酸甘油酸时,得到2分子的NADH,如果是通过苹果酸-天冬氨酸穿梭(存在于肝脏、),进入呼吸链中,可生成6分子ATP,如果通过-磷酸甘油穿梭(骨骼肌),可生成4分子的ATP。 线粒体内,1分子丙酮酸经乙酰CoA到TCA循环彻底氧化,共有5次脱氢,生成4分子的NADH和1分子的FADH2,进入呼吸链可得到34+2114,另有1次底物水平的磷酸化,所以1分子丙酮酸完全氧化可得到15分子的ATP。 1分子的葡萄糖完全氧化可净生成38(或36)分子的ATP。例91
12、分子琥珀酸彻底氧化产生多少分子的ATP?答:有关的产能反应如下: 琥珀酸FAD 延胡索酸FADH2 1.5分子ATP 苹果酸NAD 草酰乙酸NADHH 2.5分子ATP 草酰乙酸ADPPi 丙酮酸ATP 1分子ATP 丙酮酸NAD HSCoA 乙酰CoACO2NADHH 2.5分子ATP 乙酰CoA TCA循环 10分子ATP共生成17.5分子的ATP。例10叙述ATP、ADP、AMP和柠檬酸在糖酵解和三羧酸循环的代谢调节控制中的作用。答:ATP在糖酵解过程中激活己糖激酶,但是抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶,在三羧酸循环中抑制丙酮酸脱氢酶、柠檬酸合成酶和异柠檬酸脱氢酶。ADP在糖酵解中抑制己糖激
13、酶。AMP可激活磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。柠檬酸在糖酵解中抑制果糖激酶。四、自测题(一)是非题1.-淀粉酶是从淀粉的非还原端开始,水解淀粉的-1,4-糖苷键。2.人和动物的小肠粘膜细胞对单糖的吸收不是简单的扩散,而是消耗能量的主动吸收过程。3.糖酵解只发生在一些厌氧的微生物体内,对于好氧的生物体不存在此途径。4.和己糖激酶一样,葡萄糖激酶是一个调节酶,高浓度的6-磷酸葡萄糖可对其进行反馈抑制。5.胰岛素可以促使葡萄糖激酶的合成,在肝细胞内葡萄糖浓度较高时才起作用,可将葡萄糖转化为糖原而贮存起来。6.醛缩酶可催化1,6-二磷酸果糖裂解为3-磷酸甘油醛和磷酸二羟基丙酮,反应是不可逆的。7.在糖酵解
14、中,共有4个激酶,即己糖激酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油酸激酶和丙酮酸激酶,它们都催化不可逆反应。8.碘乙酸可强烈地抑制3磷酸甘油醛脱氢酶的活性,因为它是该酶的竞争性抑制剂。9.丙酮酸脱羧酶存在于酵母或其他微生物中,催化丙酮酸脱羧成为乙醇,此酶的辅酶是焦磷酸硫胺素。10. 三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白质三大物质氧化产能的最终共同通路。11. 一摩尔磷酸烯醇式丙酮酸被哺乳动物细胞匀浆完全氧化生成二氧化碳,在糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化都处于正常运转的情况下,可生成15摩尔的ATP。12. 哺乳动物无氧时不能存活,因为葡萄糖无氧酵解时不能合成ATP。13. 所有与糖代谢途径有关的酶都存在于细胞浆中。1
15、4. 在丙酮酸脱氢酶复合体中,只有丙酮酸脱羧酶E1受到调节。15. 柠檬酸合成酶催化乙酰CoA与草酰乙酸合成柠檬酸,反应所需的能量来自ATP。16. -酮戊二酸脱氢酶复合体也是一调节酶,但调节的精细程度不如丙酮酸脱氢酶复合体。17. 三羧酸循环中有四次脱氢,氢的载体是NAD或FMN。18. 肝脏中,一分子葡萄糖完全氧化成二氧化碳和水共生成38分子的ATP。19. 骨骼肌中,一分子葡萄糖完全氧化成二氧化碳和水生成38分子的ATP。20. 乙酰CoA进入三羧酸循环被彻底氧化时,其乙酰基的2个碳原子分别以两分子二氧化碳的形式释放。21. 乙醛酸循环是三羧酸循环的补充途径,也广泛地存在于生物界中。22
16、. 糖代谢的中间产物乙酰CoA在动物体中能很容易地转变为葡萄糖。23. 在磷酸戊糖途径的第二阶段磷酸戊糖分子的重排反应中,催化二碳片段和三碳片段转移的转酮醇酶和转醛醇酶的辅酶都是焦磷酸硫胺素。24. 糖异生作用即非糖物质转化为葡萄糖的过程,实际上是糖酵解的逆过程。25. 由二分子乳酸合成一分子葡萄糖需要消耗5分子的ATP。26. 丙酮酸羧化酶是一个别构酶,当乙酰CoA的浓度很低时,才有活性。27. 肌肉剧烈收缩后产生大量的乳酸,乳酸也可以在肌肉细胞中经糖异生而转化为葡萄糖,继而合成肌糖原。28. 糖原和淀粉分子都具有一个还原末端。29. 和糖原合成类似,淀粉合成中葡萄糖的活化形式也是UDP-G
17、。30. 在三羧酸循环中ATP的产生是通过呼吸链进行的,无底物水平的磷酸化作用。31. 糖原分子中的一个葡萄糖基经酵解作用可净生成2分子的ATP。32. 在糖代谢中,由葡萄糖到丙酮酸的途径是在细胞质中进行的,而丙酮酸通过三羧酸循环氧化是在线粒体中进行的。33. 丙酮酸羧化酶在糖酵解和糖异生中都起作用。34. 磷酸戊糖途径是在无氧情况下进行的。35. 乙酰CoA和琥珀酰CoA均是高能化合物。36. ATP是磷酸果糖激酶的底物,因此高浓度的ATP可以加快磷酸果糖激酶催化6-磷酸果糖生成1,6-二磷酸果糖。37. -淀粉酶和-淀粉酶的区别在于-淀粉酶水解淀粉的-1,4糖苷键,-淀粉酶水解淀粉的-1,
18、4糖苷键。38. 糖酵解中主要的限速酶是己糖激酶。39. 三羧酸循环中的主要限速酶是柠檬酸合成酶。40. 胰岛素和胰高糖素的作用都是降低血糖的浓度。(二)填空题1.糖分解可以产生( ),供有机体生理活动的需要,糖代谢的( )可以作为其他含碳化合物生物合成的前体物质。2.糖类除了作为能源外,还与生物大分子间的( )有关,也是生物体合成( )、( )、( )等大分子碳骨架的供体。3.酵解是细胞在无氧的条件下,将葡萄糖分解为( )。在人的肌肉组织中,酵解的终产物是( );在酵母细胞内,酵解的终产物是( )。4.动物细胞中糖原的磷酸解始于糖原的( ),是由( )所催化,每次磷酸解生成一分子的( )。5
19、.糖酵解的第一阶段是磷酸化阶段,催化磷酸基转移到糖分子上去的两个酶是( )和( ),它们催化的反应都是( ),此阶段的终产物是( )。6.在ATP存在时,果糖-6-磷酸在磷酸果糖激酶的催化下生成( ),它是酵解过程中的( )步骤之一。7.醛缩酶是一种( )酶类,它催化果糖-1,6-二磷酸生成两分子的三碳物质,即( )和( )。8.在糖酵解中,惟一的一次脱氢反应是( ),氢的受体是( )。 9.酵解中的两步底物水平的磷酸化反应是( )和( ),一分子葡萄糖在无氧情况下分解可净生成( )分子的ATP,糖原分子中的一个葡萄糖基无氧酵解可净生成( )分子的ATP。10.己糖激酶和葡萄糖激酶分别在( )
20、和( )中催化葡萄糖的磷酸化,生成( )。11.因为肌肉组织中没有( )酶,故肌糖原磷酸解后不能转变为血糖,而转变为( )。12.糖酵解的最关键调控酶是( ),果糖-2,6-二磷酸的作用是( )。13.碘乙酸强烈地抑制酵解中的( ),它可以和酶的相( )结合。14.酵解过程是在( )中进行的,三羧酸循环是在( )中进行的。 15.丙酮酸进入线粒体中,被氧化脱羧生成乙酰CoA,此反应由( )所催化,此酶系包括( )、( )和( )三种酶,其辅因子有( )、( )、( )、( )、( )、和( )六种。16.生物体中至少有四个多酶体系,即( )、( )、( )和S短杆菌肽合成酶系。17.乙酰CoA
21、进入三羧酸循环时,第一步反应是与( )结合生成( ),该过程由( )所催化。18.三羧酸循环中的四步脱氢反应是( )、( )、( )和( )。氢的载体是( )或( )。19.在三羧酸循环中有一步是底物水平的磷酸化,催化此反应的酶是( ),反应过程是( )。20.琥珀酸脱氢酶的辅酶是( ),所催化的反应是( ),此酶的主要竞争性抑制剂是( )。21.由于三羧酸循环中的两步反应( )和( )是不可逆的,所以整个循环朝向正方向进行。22.一分子葡萄糖彻底氧化为二氧化碳和水,在肌肉细胞内可生成( )分子的ATP,在肝脏中可生成( )分子的ATP。23.乙醛酸循环存在于( )和( )中,主要是这些生物体
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