糖类的化学结构及代谢.pptx

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1、糖类的种类和功能糖类的种类和功能第1页/共116页主要内容第一节 糖类的化学结构及生物学功能第二节 糖酵解作用第三节 三羧酸循环第四节 戊糖磷酸途径第五节 糖原分解和生物合成第2页/共116页糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物物糖的概念糖的分布广泛分布于植物、动物和微生物中，是重要的有机化合物之一，其中以植物最多。糖的功能碳源、能源、信息分子 糖类化合物又叫碳水化合物，是自然界广泛存在的一类化合物，如淀粉、纤维素、蔗糖、葡萄糖等都属于糖类。糖类化合物是由绿色植物通过光合作用合成，是自然界储存太阳能的物质，是人类和动植物生命活动所不可缺

2、少的一类化合物.第3页/共116页 糖类都是甜的？甜能够作为判断糖类物质和非糖物质的标准吗？糖类，又称碳水化合物，是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。碳水化合物（carbohydrate）名字的来由是生物化学家在先前发现糖类化合物的分子式都能写成Cn(H2O)m，故以为是碳和水的化合物。鼠李糖(C6H12O5)，是糖吗？甲醛(CH2O)，是糖吗？判断Cn(H2O)m已不能作为判断糖的标准。第一节 糖类的化学结构和生物学功能第4页/共116页糖类物质分类：糖类物质分类：单糖单糖(monosaccharide)(monosaccharide)：寡糖寡糖(oligosaccharide

3、)(oligosaccharide)：由：由2-62-6个单糖个单糖多糖多糖(polysaccharide)(polysaccharide)：6 6个以上单糖个以上单糖复合糖复合糖：糖非糖：糖非糖 在在生生物物体体内内，糖糖类类物物质质主主要要以以均均一一多多糖糖、杂杂多多糖糖、糖糖蛋蛋白白和和蛋蛋白白聚聚糖糖、糖糖脂脂和和脂脂多多糖糖形形式存在。式存在。第5页/共116页第一节第一节 单单 糖糖一、单糖的结构一、单糖的结构 （一）链状结构和构型（一）链状结构和构型1 1、葡萄糖（、葡萄糖（Glucose,GGlucose,G）的开链结构）的开链结构第6页/共116页D-D-型和型和L-L-型

4、型GlucoseGlucose什么是手性分子的什么是手性分子的构型构型？手性分子由于不对称碳原子各原子或原子团的空间排手性分子由于不对称碳原子各原子或原子团的空间排布关系所形成的立体化学结构形式。布关系所形成的立体化学结构形式。（1 1）D-D-和和 L-L-的含义的含义 手性分子的异构体用手性分子的异构体用D-D-和和L-L-区分，与伯醇基相连的不对区分，与伯醇基相连的不对称碳原子上，称碳原子上，-OH-OH在在右右者为者为D-D-型；型；-OH-OH在在左左者为者为L-L-型。型。(2)(2)+和和 表示旋光性表示旋光性 +：顺时针右：顺时针右 ：逆时针左。：逆时针左。2 构型有n个手性碳

5、就有2的n次方个异构体第7页/共116页(二二)环状结构与构象环状结构与构象 G G分子的环状结构和分子的环状结构和 -、-型异头物。型异头物。（1 1）为什么提出环状结构？）为什么提出环状结构？因为单糖不具有醛类的某些典型反应性能，如：因为单糖不具有醛类的某些典型反应性能，如：缺少缺少schiffschiff化反应，不能使化反应，不能使H H2 2SOSO3 3漂白的品红还原。漂白的品红还原。醛类能与醛类能与NaHSONaHSO3 3反应，而单糖不能与反应，而单糖不能与NaHSONaHSO3 3起加成起加成反应。反应。仅与一分子醇成半缩醛反应，不能与两分子醇成缩仅与一分子醇成半缩醛反应，不能

6、与两分子醇成缩醛反应。醛反应。一般醛类在水中只有一个比旋光度，而新配制的一般醛类在水中只有一个比旋光度，而新配制的G G水溶液随配制的时间而改变。水溶液随配制的时间而改变。因此，因此，FisherFisher于于18931893年提出了年提出了G G分子的投影式结构称为分子的投影式结构称为FisherFisher投影式投影式。Fisher Fisher 认为醛基与羟基发生加成反应，分子环化成为半缩醛结构式。认为醛基与羟基发生加成反应，分子环化成为半缩醛结构式。第8页/共116页（2 2）“吡喃吡喃”型和型和“呋喃呋喃”型型 在分子热力学上，六元环比五元环稳在分子热力学上，六元环比五元环稳定，故

7、天然定，故天然G G多是吡喃型的。多是吡喃型的。（3 3）“”和和“”异头物。异头物。形成环状半缩醛结构后，形成环状半缩醛结构后，原子随原子随之也变成不对称原子。半缩醛羟基可之也变成不对称原子。半缩醛羟基可有两种不同的排列方位，由此产生了有两种不同的排列方位，由此产生了和和 型型规定：异头物的半缩醛羟基与决定构规定：异头物的半缩醛羟基与决定构型的羟基在型的羟基在同同侧者为侧者为型，在型，在异异侧者侧者为为型型第9页/共116页第10页/共116页二、单糖性质二、单糖性质1 1、旋光性和比旋光度旋光性和比旋光度 单糖分子都有不对称碳原子，因此其溶液都有旋单糖分子都有不对称碳原子，因此其溶液都有旋

8、光性光性 *100 100 D Dt t：比旋光度：比旋光度 D Dt t=L*C D L*C D：钠光源（：钠光源（5 589.6nm89.6nm）t t：温度：温度 ，常用，常用2020 ：实测旋光度：实测旋光度 L L：旋光管长度：旋光管长度(dm)(dm)C C：糖浓度糖浓度,g/100ml,g/100ml（一）物理性质第11页/共116页2.2.甜度甜度以蔗糖溶剂的甜度为以蔗糖溶剂的甜度为100100进行比较。进行比较。各种糖的甜度各种糖的甜度名 称相对甜度名 称相对甜度名 称相对甜度蔗糖100木糖40葡萄糖74果糖173.3麦芽糖32乳糖16.2转化糖130半乳糖32糖精4003.

9、溶解度易溶于水，不溶于有机溶剂。第12页/共116页主要体现在醛基和酮基上1 1、氧化还原反应（以、氧化还原反应（以G G为例）为例）A.A.弱氧化剂（如溴水）作用下，生成葡萄糖酸弱氧化剂（如溴水）作用下，生成葡萄糖酸 B.B.在强氧化剂（如稀硝酸）作用下，醛基和伯醇基同在强氧化剂（如稀硝酸）作用下，醛基和伯醇基同时被氧化，生成葡萄糖二酸；酮糖在羧基处断裂，时被氧化，生成葡萄糖二酸；酮糖在羧基处断裂，生成两种酸生成两种酸C.C.生物体内，在专一性酶的作用下，伯醇基被氧化，生物体内，在专一性酶的作用下，伯醇基被氧化，生成葡萄糖醛酸生成葡萄糖醛酸D.D.酮糖不能被弱氧化剂氧化，可利用此性质酮糖不能

10、被弱氧化剂氧化，可利用此性质鉴别醛糖鉴别醛糖和酮糖和酮糖E.E.在碱性条件下，还原糖的醛基或酮基变成非常活泼在碱性条件下，还原糖的醛基或酮基变成非常活泼烯醇式结构，具有还原性，能使金属离子（如烯醇式结构，具有还原性，能使金属离子（如CuCu+、AgAg+、HgHg+、BiBi+离子）还原。本身则被氧化成糖离子）还原。本身则被氧化成糖酸及其它产物。根据这个性质，常常用来作糖类定酸及其它产物。根据这个性质，常常用来作糖类定性，定量分析的依据。性，定量分析的依据。F.F.还原反应还原反应（二）化学性质第13页/共116页2 2、酯化反应、酯化反应 单糖具有的羟基与半缩醛羟基都可与酸成酯。单糖具有的羟

11、基与半缩醛羟基都可与酸成酯。生物体内常见的糖酯有磷酸酯和硫酸酯。生物体内常见的糖酯有磷酸酯和硫酸酯。3 3、成苷作用、成苷作用 单糖分子的半缩醛基与醇或者酚的羟基缩合成单糖分子的半缩醛基与醇或者酚的羟基缩合成缩醛，这类化合物被称为糖苷，其名称叫做缩醛，这类化合物被称为糖苷，其名称叫做xxxx基基xxxx糖苷，也有糖苷，也有-与与-之分。之分。4 4、还原成醇、还原成醇 单糖分子的游离醛基被某些还原试剂如钠汞齐单糖分子的游离醛基被某些还原试剂如钠汞齐或硼氢化钠等还原试剂还原。或硼氢化钠等还原试剂还原。5 5、强酸催化脱水作用、强酸催化脱水作用 单糖在强酸作用下，受热脱水生成糖醛或糖单糖在强酸作用

12、下，受热脱水生成糖醛或糖醛衍生物。醛衍生物。第14页/共116页第二节第二节 寡寡 糖和多糖糖和多糖2 26 6个单糖分子组成的糖称为寡糖。自然界中，重要的是双糖和三糖。个单糖分子组成的糖称为寡糖。自然界中，重要的是双糖和三糖。多糖没有确定的分子量多糖没有确定的分子量（一）糖苷和糖苷键（一）糖苷和糖苷键单糖的办缩醛很容易与醇或酚的羟基反应，失水而形成缩醛式衍生物糖单糖的办缩醛很容易与醇或酚的羟基反应，失水而形成缩醛式衍生物糖苷。苷。（二）、双糖（二）、双糖（disaccharide)disaccharide)1.1.蔗糖（蔗糖（sucrosesucrose）1 1分子分子-D-D-葡萄糖和葡萄

13、糖和1 1分子分子-D-D-呋喃果糖通过呋喃果糖通过 ,(1,2)(1,2)糖苷键结合而成的。蔗糖糖苷键结合而成的。蔗糖无游离半缩醛羟基无游离半缩醛羟基，故无还原性，称为，故无还原性，称为“非还非还原糖原糖”第15页/共116页 蔗糖的水解产物含蔗糖的水解产物含D-D-葡萄糖和葡萄糖和D-D-果糖。前者果糖。前者 D D2020为为+52.2+52.2，后者为，后者为92.492.4。两相抵消，。两相抵消，水解液表现为正旋，与原来的蔗糖不同，故称其为水解液表现为正旋，与原来的蔗糖不同，故称其为“转化糖转化糖”。蔗糖易结晶、易溶于水，难溶于乙醇，熔点蔗糖易结晶、易溶于水，难溶于乙醇，熔点1861

14、86，加热至，加热至200,200,则是褐色焦糖。则是褐色焦糖。第16页/共116页 2.乳糖（Lactose）1分子-D-葡萄糖和1 分子-D-半乳糖缩合而成。不易溶于水，甜度低，是还原糖，能成脎，酵母不能发酵乳糖。乳糖是乳汁中的主要糖分，牛奶含4%左右，人奶含5%7%。第17页/共116页3.麦芽糖（maltose)由两分子-D-葡萄糖分子缩合而成。易溶于水，属还原糖，易被酵母发酵。工业上通过酶促水解淀粉大量生产麦芽糖。4.异麦芽糖（isomaltose)由两分子葡萄糖缩合而成，与麦芽糖不同，它是,-1,6-糖苷键,有还原性,不能被酵母发酵第18页/共116页（三）（三）多多 糖糖一一.淀

15、粉（淀粉（starch)starch)（一）分布和结构（一）分布和结构 高等植物的根、茎、高等植物的根、茎、叶、花、果实、种子等叶、花、果实、种子等组织器官中，都有淀粉组织器官中，都有淀粉存在。存在。淀粉由淀粉由-D-D-葡萄葡萄糖组成，根据组成方式糖组成，根据组成方式的不同可分为的不同可分为直链淀粉直链淀粉与支链淀粉。与支链淀粉。第19页/共116页直链淀粉一般由250300个D-葡萄糖以-1，4-苷键连接而成，呈线型直链，支链很少。直链淀粉结构支链淀粉结构在支链淀粉分子的直链上，每隔2025个D-葡萄糖单元便有一个以-1，6-苷键连接的分支第20页/共116页（二）（二）淀粉的性质淀粉的性

16、质1 1、淀粉的糊化和凝沉（回生）（1 1）淀粉的糊化作用 所谓淀粉的糊化，指淀粉在水溶液中加热吸水溶胀，当温度升高到一定限度，体积膨胀几十倍时，淀粉粒解体，分子内和分子间的氢键断裂，分子由原来沉积于淀粉粒中的晶形或非晶形有序状态变成无序状态，分散在热水中，形成胶体溶液。使淀粉发生糊化的温度称为糊化温度，糊化温度受淀粉粒大小、淀粉来源等因素影响。因此，糊化温度是一个范围，一般在60608080间。第21页/共116页3 3、淀粉的重要化学反应、淀粉的重要化学反应（1）碘显色反应显色原因直链淀粉显蓝色，支链淀粉显紫红色。一般天然淀粉是混合物，直链淀粉多，显蓝色。将显色溶液加热至70以上，因为糖键

17、螺旋结构构象被破坏，伸展成直链，颜色随之消失，冷却后，颜色重现。不同链长的淀粉显色不同（2）水解反应及DE值 在酸或酶的作用下，淀粉可以水解成较小分子的糊精，进而变小成寡糖、最后成为麦芽糖或葡萄糖。第22页/共116页随着水解反应的进行，还原糖逐渐增加，测定还原糖量，计算葡萄糖值，可以代表淀粉水解（糖化）的程度。DE值，即葡萄糖值，就是用来表征淀粉水解程度的术语。其定义为：还原糖总量（按葡萄糖计）占试样中干物质质量的质量分数。DE值越高，说明还原糖越多，淀粉水解程度越大。（3）成酯反应：与无机酸和有机酸均可成酯（4）淀粉的化学改性淀粉经适当化学处理，分子中引入相应的化学基团，分子结构发生变化，

18、产生了一些符合特殊需要的理化性能，这种淀粉就称为改性淀粉。第23页/共116页对淀粉进行改性，就改变了它的分子结构和性状（糊化、粘性、胶凝性、凝沉性和亲水性），可以作为增稠剂、胶凝剂、粘合剂、分散剂、淀粉膜等，广泛用于纺织、印染、造纸、食品、包装以及生化分离分析和生物材料的固定化技术等领域。其原料资源丰富,易生物降解,因此具有广阔的发展前景常用的有羧甲基淀粉、氧化淀粉、阳离子淀粉、交联淀粉、接枝淀粉、多元改性淀粉第24页/共116页二、糖二、糖 原原1.1.分布分布 糖原为动物体内贮存的主要多糖，此多糖相糖原为动物体内贮存的主要多糖，此多糖相当于植物体内贮存的淀粉，所以糖原也称为当于植物体内贮

19、存的淀粉，所以糖原也称为动物淀粉；高等动物的肝脏和肌肉组织中含动物淀粉；高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原。有较多的糖原。人类肝脏中的糖原含量可达肝脏干重的百分人类肝脏中的糖原含量可达肝脏干重的百分之十左右。软体动物也含有糖原，甚至于在之十左右。软体动物也含有糖原，甚至于在玉米和一些细菌中也曾发现能合成类似糖原玉米和一些细菌中也曾发现能合成类似糖原的多糖成分。的多糖成分。第25页/共116页2.2.糖原的结构糖原的结构借助于甲基化作用已证明糖原的主链骨架由借助于甲基化作用已证明糖原的主链骨架由1-41-4糖苷键联接的糖苷键联接的 -D-D-吡喃葡糖残基构成，同时发现糖原的吡喃葡糖残基构成

20、，同时发现糖原的甲基化产物中含有较多的甲基化产物中含有较多的1 1，4 4，6 6三甲基化的三甲基化的-D-D-吡喃葡萄糖。吡喃葡萄糖。因此糖原分子具有较多的分支结构。支链淀粉的分支结构是以因此糖原分子具有较多的分支结构。支链淀粉的分支结构是以2424个葡萄糖残基为其分支的长度，但糖原的个葡萄糖残基为其分支的长度，但糖原的分支结构则是平均以分支结构则是平均以1212个葡萄糖残基为其分支的长度个葡萄糖残基为其分支的长度 。第26页/共116页糖原糖原第27页/共116页糖原糖原3.3.糖原的性质糖原的性质与红色糊精相似，无还原性，不能与苯肼作用生成糖脎，可溶于沸水及三氯乙酸，不溶于乙醇及其他有机

21、溶剂。（可用于动物肝脏中糖原提取）4.4.糖原的生理功能糖原的生理功能能量储存第28页/共116页三、纤维素三、纤维素 1.1.分布分布纤纤维维素素是是自自然然界界中中分分布布最最广广、含含量量最最多多的的一一种种多多糖糖。无无论论一一年年生生或或多多年年生生植植物物，尤尤其其是是各各种种木木材材都都含含布布大大量量的的纤纤维维素素。植植物物体体内内约约有有5050的碳存在于纤维素的形式。的碳存在于纤维素的形式。估估计计地地球球上上绿绿色色植植物物每每年年大大约约净净产产有有机机物物15-15-201020101010吨吨，其其中中纤纤维维素素占占三三分分之之一一至至二二分分之一。之一。棉花、

22、亚麻、芋麻和黄麻部含有大量优质的棉花、亚麻、芋麻和黄麻部含有大量优质的纤维素。木材中的纤维素则常与半纤维素和纤维素。木材中的纤维素则常与半纤维素和木质素共同存在。木质素共同存在。第29页/共116页2.2.纤维素的结构纤维素的结构由葡萄糖以由葡萄糖以-1,4-1,4-糖苷糖苷键连接而成键连接而成 的直链。的直链。天然纤维素无天然纤维素无色、无味、难溶色、无味、难溶解，在浓酸中加解，在浓酸中加热可分解为纤维热可分解为纤维二糖二糖 3.性质第30页/共116页4.4.纤维素的生理功能纤维素的生理功能是反刍动物的主要饲料，可促进人体胃肠蠕动。是反刍动物的主要饲料，可促进人体胃肠蠕动。纤维素是食物中一

23、种不被消化吸收的物质，过去认为是纤维素是食物中一种不被消化吸收的物质，过去认为是“废物废物”，现在认为它在保障人类健康，延长生命方面有着重要作用。，现在认为它在保障人类健康，延长生命方面有着重要作用。因此，称它为第七种营养素。纤维素的主要生理作用是吸附大因此，称它为第七种营养素。纤维素的主要生理作用是吸附大量水分，增加粪便量，促进肠蠕动，加快粪便的排泄，使致癌量水分，增加粪便量，促进肠蠕动，加快粪便的排泄，使致癌物质在肠道内的停留时间缩短，对肠道的不良刺激减少，从而物质在肠道内的停留时间缩短，对肠道的不良刺激减少，从而可以预防肠癌发生。可以预防肠癌发生。纤维素还能减慢人体对糖的吸收，降低血液中

24、葡萄糖的含量，纤维素还能减慢人体对糖的吸收，降低血液中葡萄糖的含量，可减轻体重，控制肥胖。另外，纤维素还能预防便秘、痔疮等可减轻体重，控制肥胖。另外，纤维素还能预防便秘、痔疮等疾病。疾病。第31页/共116页四、几丁质（壳多糖）四、几丁质（壳多糖）几丁质也大量存在于昆虫和甲壳类动物的甲壳之中。因此几丁质几丁质也大量存在于昆虫和甲壳类动物的甲壳之中。因此几丁质(chitin)(chitin)可称为甲壳质。可称为甲壳质。甲壳质是一种白色、无定形的半透明物质。据研究资料估计自然界中每年生甲壳质是一种白色、无定形的半透明物质。据研究资料估计自然界中每年生成的几丁质约有一百亿吨。成的几丁质约有一百亿吨。

25、在天然聚合物中几丁质的贮存量占第二位，仅次于纤维素。在天然聚合物中几丁质的贮存量占第二位，仅次于纤维素。第32页/共116页第33页/共116页几丁质的结构几丁质的结构几几丁丁质质的的水水解解产产物物为为2-2-氨氨基基-D-D-葡葡萄萄糖糖(简简称称为为葡葡糖糖胺胺)。目目前前认认为为几几丁丁质质是是由由乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖聚聚合合而而成成的的多多糖糖。因因此此几几丁丁质质(甲甲壳壳质质)也也可可称称为聚乙酰氨基葡糖为聚乙酰氨基葡糖(或壳多糖或壳多糖)。由由几几丁丁质质的的提提纯纯和和部部分分水水解解作作用用可可鉴鉴出出几几丁丁质质中中的的寡寡糖糖成成分分，从从而而证证明明几几丁丁质

26、质分分子子为为2-2-乙乙酰酰氨氨基基-2-2-脱脱氧氧-D-D-吡吡喃喃葡葡糖糖的的同同聚聚物物；各各个个残残基基都都是是通通过过-l-l，4-4-糖糖苷苷键键的的形形式式联联接接成成不不分分支支的长链结构的长链结构。几几丁丁质质也也可可视视为为纤纤维维素素的的类类似似物物。相相当当于于纤纤维维素素的的C-2C-2位位置置上上的的羟羟基基由由乙乙酰酰氨氨基基团团置置换换。几几丁丁质质一一般般不不单单独独存存在在于于自自然然界界，一一殷殷都都与与蛋蛋白白质络合或呈现共价的结合。质络合或呈现共价的结合。第34页/共116页几丁质几丁质的结构的结构4.4 糖蛋白第35页/共116页多糖 折叠和氢键

27、 多糖三维折叠所遵循的原则与多肽类似：由共价键连接而具有不同刚性的亚基形成特定的三维大分子结构，相互之间通过各种弱相互作用得以稳定。直链淀粉最稳定的结构如图所示，是致密的螺纹状，由于相邻的残疾呈60，每个螺旋为6个残疾，其间恰好容纳碘离子，这是直链淀粉可常规定量检测的原理第36页/共116页复合糖除了用作储存能量（淀粉、葡萄糖及糖原）和结构物质（纤维素、几丁质和肽聚糖）之外，多糖和寡糖还具有信息载体功能：即可作为某些蛋白质转移去向的标记，亦可作为细胞核细胞外基质之间的特定细胞-细胞相互作用的媒介。这些信息糖分子在这些功能中大多是共价结合于某些蛋白质或脂质，形成复合糖。第37页/共116页细胞壁

28、多糖与蛋细胞壁多糖与蛋白的连接白的连接第38页/共116页 糖的生理功能 1.1.1.1.供给能量供给能量:60%(:60%(:60%(:60%(动物、植物动物、植物)2.2.2.2.机体的重要碳源：糖代谢中间产物（氨基酸、脂肪酸、类固醇、核苷）机体的重要碳源：糖代谢中间产物（氨基酸、脂肪酸、类固醇、核苷）3.3.3.3.机体结构的重要组分：蛋白聚糖和糖蛋白（结缔组织、软骨和骨的基质），糖蛋白和糖机体结构的重要组分：蛋白聚糖和糖蛋白（结缔组织、软骨和骨的基质），糖蛋白和糖脂（细胞膜）脂（细胞膜）4.4.4.4.细胞间的信息传递：膜糖蛋白（与细胞的免疫、识别作用有关）细胞间的信息传递：膜糖蛋白（

29、与细胞的免疫、识别作用有关）5.5.5.5.特殊生理功能的物质：糖蛋白（激素、酶、血型物质等特殊生理功能的物质：糖蛋白（激素、酶、血型物质等）6.6.6.6.保护与润滑：蛋白聚糖（粘膜与分泌物）保护与润滑：蛋白聚糖（粘膜与分泌物）第39页/共116页单糖:果糖、葡萄糖、半乳糖等；二糖:蔗糖、麦牙糖、乳糖等；多糖:淀粉、糖元、纤维素等。按水解程度分类：糖的分类小结按动植物分类：动植物细胞共有的糖：核糖、脱氧核糖、葡萄糖动物细胞特有的糖是：糖原、乳糖植物细胞特有的糖是：果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素按功能分类：生物细胞生命活动的主要能源物质：葡萄糖生物细胞的储能物质：糖原、淀粉参与生物细胞构成的

30、物质：核糖、脱氧核糖、纤维素按是否具有还原性分类：还原性糖:单糖、麦芽糖、乳糖等非还原性糖：淀粉、蔗糖等第40页/共116页生物体内葡萄糖(糖原)的分解主要有三条途径:1、酵解（有氧或无氧）：葡萄糖（Glucose）丙酮酸（Pyr）2、三羧酸循环（有氧）:Glucose CO2+H2O 3、戊糖磷酸途径：Glucose CO2+H2O第二节 糖的分解代谢此外,还有乳酸发酵、生醇发酵及乙醛酸循环。第41页/共116页一、糖酵解（glycolysis）（一）糖酵解的概念 葡萄糖经酶促作用降解成丙酮酸，并伴随生成ATP的过程称为糖酵解，也称作Embden-Meyerhof-Parnas途径，简称途径

31、。此过程在细胞胞液中进行，是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径。第42页/共116页（三）糖酵解过程 从葡萄糖或糖原开始至生成丙酮酸,分别包括10或11步连续的酶促步骤:1.己糖磷酸酯的生成 3个阶段 2.丙糖磷酸的生成 3.丙酮酸和ATP的生成第43页/共116页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己糖磷酸酯的生成丙糖磷酸的生成丙酮酸与ATP的合成第44页/共116页ATP ADPATPADP

32、葡萄糖激酶果糖磷酸激酶异构酶1、己糖磷酸酯的生成从葡萄糖开始经过三步-消耗2个ATP，有2个不可逆反应第45页/共116页第一步：葡萄糖磷酸化（注：ATP的磷酸基团转移给接受体的反应都由激酶催化，并需Mg2+）己糖激酶（肝为葡萄糖激酶）葡萄糖-6-磷酸葡萄糖第46页/共116页 第二步：葡萄糖-6-磷酸生成果糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸己糖磷酸异构酶果糖-6-磷酸第47页/共116页第三步：果糖-6-磷酸生成果糖-1,6-二磷酸（1）不可逆反应，第二个关键酶（2）G0 =-14.2 kJ/mol ATP（3）果糖磷酸激酶是EMP 中最关键的限速酶。果糖磷酸激酶果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸

33、第48页/共116页如从糖原开始酵解：糖原（或淀粉）磷酸化酶+H3PO4葡糖-1-磷酸葡糖磷酸变位酶葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶葡糖磷酸变位酶催化的变位机制酶-+葡糖-1-磷酸P酶+葡糖-1,6-二磷酸酶-+葡糖-6-磷酸P第49页/共116页 CH2O-C=OHO-C-H H-C-OH H-C-OH CH2O-P果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸 CH2-O-P C O CH2OH H-C=O H-C-OH CH2O-P醛缩酶丙糖磷酸异构酶（4）（5）P 2.丙糖磷酸的生成：第四、五步果糖-1,6-二磷酸分裂为两个丙糖磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸第50页/

34、共116页果糖-1,6-二磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸醛缩酶第51页/共116页二羟丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸丙糖磷酸异构酶第52页/共116页果糖-1,6-二磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸丙糖磷酸异构酶醛缩酶第53页/共116页NAD+NADH+H+PiADP ATPH2OMg或MnATP ADP 丙酮酸PEP丙酮酸激酶脱氢酶激酶变位酶烯醇化酶3.丙酮酸和ATP的生成生成2个NADH,4个ATP第54页/共116页第六步：甘油酸-1,3-二磷酸的生成（氧化作用）甘油醛-3-磷酸无机磷酸甘油醛-3-磷酸脱氢酶 甘油酸-1,3-二磷酸高能磷酸键第55页/共116页第七步：甘油酸-3-磷酸和第

35、一个ATP生成底物水平磷酸化核糖腺嘌呤甘油酸-1,3-二磷酸甘油酸-3-磷酸核糖腺嘌呤甘油酸磷酸激酶第56页/共116页第八步：甘油酸-2-磷酸的生成甘油酸-3-磷酸甘油酸-2-磷酸甘油酸磷酸变位酶第57页/共116页甘油酸磷酸变位酶的作用机理+第58页/共116页第九步：烯醇式丙酮酸磷酸的生成甘油酸-2-磷酸烯醇化酶烯醇式丙酮酸-2-磷酸高能磷酸键第59页/共116页烯醇式丙酮酸磷酸丙酮酸激酶丙酮酸核糖腺嘌呤腺嘌呤核糖高能磷酸键第十步：丙酮酸和第二个ATP的生成底物水平磷酸化第60页/共116页丙酮酸激酶第三个关键酶 +1ATP 第三处不可逆反应丙酮酸激酶自动烯醇式结构酮式结构丙酮酸第61页

36、/共116页 EMP 小小 结结：1 1、底物：、底物：1 1分子葡萄糖或葡萄糖单位分子葡萄糖或葡萄糖单位 产物：产物：2 2分子丙酮酸分子丙酮酸 2 2、三步不可逆反应（关键酶）：、三步不可逆反应（关键酶）：己糖激酶己糖激酶 果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 3 3、耗能：、耗能：2 2分子或分子或1 1分子分子ATPATP 产能：产能：4 4分子分子ATPATP，净生成，净生成2 2或或3 3分子分子ATP ATP 4 4、细胞定位：细胞液、细胞定位：细胞液 5 5、总反应：、总反应：别构酶 C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3+2NADH+2H+2AT

37、P+2H2O第62页/共116页EMP中间产物磷酸化的意义：从葡萄糖到丙酮酸，所有中间产物都是磷酸化的，磷酸基团的功能有三个方面：在细胞内接近中性环境时，各中间物质为带负电的极性物质，不会因扩散而漏出细胞膜，使全部反应在胞液中进行；在形成ES复合物时，底物上的磷酸基团有利于结合或识别酶；有利于保存和转移能量。第63页/共116页（四）糖酵解中的反应类型：1.磷酸转移G+ATP G-6-P+ADP2.磷酸移位3-PG 2-PG3.异构化DHAP G-3-P4.脱水2-PG PEP5.醇醛断裂F-1,6-2P DHAP+G-3-P第64页/共116页（八）、丙酮酸的去路第65页/共116页（六）糖

38、酵解反应速度的调控-3个关键酶 （1）果糖磷酸激酶是最关键的限速酶 （2）己糖激酶活性的调控 （3）丙酮酸激酶活性的调节 第66页/共116页u果糖磷酸激酶是最关键的限速酶ADP、AMP、-D-果糖-2,6-二磷酸是别构激活 剂；ATP、H+是别构抑制剂ATPAMP比值对该酶括性的调节对细胞有重 要的生理意义 H+可抑制果糖磷酸激酶活性，它可防止肌肉中 形成过量乳酸而使血液酸中毒 柠檬酸可增加ATP对酶的抑制作用-D-果糖-2,6-二磷酸可消除ATP对酶的抑制效 应，使酶活化（控制酶构象转换）第67页/共116页u己糖激酶活性的调控 G-6-P是该酶的别构抑制剂（反馈抑制）u丙酮酸激酶活性的调

39、节 果糖-1,6-二磷酸是该酶的激活剂（前馈激活）丙氨酸是该酶的别构抑制剂。酵解产物丙酮酸为丙氨酸的生成提供了碳骨架。丙氨酸抑制丙酮酸激酶的活性，可避免丙酮酸的过剩（反馈抑制）ATP、乙酰CoA等也可抑制该酶活性，减弱酵解作用（反馈抑制）第68页/共116页糖原 三酯酰甘油 蛋白质 葡萄糖 脂酸+甘油 氨基酸 乙酰CoA TCA循环 2H 2H 呼吸链 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 营养物在生物体内氧化的一般过程第三节三羧酸循环第69页/共116页一.三羧酸循环的概念 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，

40、最终生成C2O和H2O并产生能量的过程.因为在循环的一系列反应中,关键的化合物是柠檬酸,所以称为柠檬酸循环,又因为它有三个羧基,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 +36/38 ATP第70页/共116页一、TCA循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统TCA循环是一个由一系列酶促反应构成的循环反应系统，在该反应过程中，首先由乙酰CoA（主要来自于三大营养物质的分解代谢）与草酰乙酸缩合生成含3个羧基的柠檬酸（citric acid），再经过4次脱氢、2次脱羧，生成4分子还原

41、当量（reducing equivalent）和2分子CO2，重新生成草酰乙酸的这一循环反应过程称为三羧酸循环。第71页/共116页1937年，Hans Krebs利用鸽子胸肌（这块肌肉在飞行中有相当高的呼吸频率，因此特别适合于氧化过程的研究）的组织悬液，测定了在不同的有机酸作用下，丙酮酸氧化过程中的耗氧率，首次提出在动物组织中丙酮酸氧化途径的假说。第72页/共116页Albert Szent-Gyorgyi等已经发现动物肌肉组织中某些4碳二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、苹果酸和草酰乙酸）能刺激氧的消耗。Krebs证实了这项发现，并且发现它们也可刺激丙酮酸的氧化过程。而且他还发现肌肉中丙酮酸的氧化还

42、可被6碳三羧酸，如柠檬酸、顺乌头酸和异柠檬酸及5碳的-酮戊二酸激活。上述有机酸的激活效应是显著的，任何一种这些有机酸的增加，甚至是很少量的增加都能大大激活丙酮酸的氧化过程。第73页/共116页Krebs的第二项重大发现是观察到丙二酸对丙酮酸有氧氧化的抑制作用。丙二酸是琥珀酸的类似物，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，在肌肉悬浮液中，无论加入上述哪一种有机酸，只要丙二酸存在，丙酮酸的有氧氧化过程就会被抑制。这表明在涉及丙酮酸氧化的酶促反应中，琥珀酸和琥珀酸脱氢酶必定是很关键的成分。Krebs进一步发现，当用丙二酸去抑制肌肉组织悬液中的丙酮酸的有氧氧化时，在这个悬液介质中就会有柠檬酸、-酮戊二酸和琥珀

43、酸的积累，这表明柠檬酸和-酮戊二酸通常为琥珀酸的前体。第74页/共116页根据上述实验观察和一些其它的证据，Krebs得出一个结论：上述有机三羧酸和二羧酸可以以一个符合化学逻辑的序列排列。因为用丙酮酸和草酰乙酸与肌组织共同孵育，即可导致溶液介质中柠檬酸的堆积，所以Krebs推理这一系列反应是以循环的方式而不是以线性的方式存在，即它的开始和结尾是连在一起的。第75页/共116页从这些简单的实验和逻辑推理中，Krebs假定他所称的柠檬酸循环是肌肉中碳水化合物氧化的主要途径。柠檬酸循环也称TCA循环，因为在Krebs提出这个循环假说的若干年以后，还不确定柠檬酸或者一些其它的三羧酸，例如异柠檬酸是否是

44、由丙酮酸和草酰乙酸反应所形成的第一个产物。自Krebs提出TCA循环的假设后，研究发现该循环不仅在肌肉组织中起作用，而且在需氧动物和植物的所有组织中，以及许多需氧微生物中均发挥着功能。第76页/共116页TCA循环最初只是建立在实验基础上的假说。随后，在体外对参与循环中酶的研究证实并阐明了该循环的细节。但是这些酶是否在完整的活细胞的循环中真正发挥功能？细胞内该循环的效率是否足以解释动物组织中葡萄糖氧化的效率？这些问题已经通过用同位素标记的代谢物研究（如丙酮酸或乙酸酯分子中特定碳原子的13C或14C标记等同位素示踪实验），证实TCA循环确实以很高的效率在活细胞中存在。现在TCA循环已被公认为是营

45、养物分解代谢的必经途径。第77页/共116页第第 二二 节节三羧酸循环的反应过程及其调控三羧酸循环的反应过程及其调控 Reactions and Regulation of Tricarboxylic Acid Cycle 第78页/共116页一、三羧酸循环由8步代谢反应组成第79页/共116页1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸的合成 乙酰辅酶A（acetyl CoA）与草酰乙酸（oxaloacetate）缩合成柠檬酸（citrate）；反应由柠檬酸合酶（citrate synthase）催化。第80页/共116页2.柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸此反应是由顺乌头酸酶催化的异构化反应；由两步

46、反应构成，(1)：脱水反应；(2)：水合反应。第81页/共116页3.异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸羧异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶（Isocitrate dehydrogenase）作用下，氧化脱羧而转变成-酮戊二酸（-Ketoglutarate）。第82页/共116页4.-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoA在-酮戊二酸脱氢酶复合体催化下-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA)；该脱氢酶复合体的组成及催化机理与丙酮酸脱氢酶复合体类似。第83页/共116页5.琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应 在琥珀酰CoA合成酶催化下，琥珀酰CoA的高能硫酯键水解与GDP磷酸化偶联，

47、生成琥珀酸、GTP和辅酶A。这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。第84页/共116页6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸 此步反应由琥珀酸脱氢酶催化，其辅酶是FAD，是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。第85页/共116页7.延胡索酸加水生成苹果酸苹果酸酶催化此步反应。第86页/共116页CoASHNADH+H+NAD+COCO2 2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶顺乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体琥珀酰CoA合成酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶GT

48、PGDPATPADP核苷二磷酸激酶目 录第87页/共116页化学计量及三羧酸循环的生物学意义TCA循环总反应式：CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+3H+FADH2+HSCoA+GTPTCA循环过程中，共有4次脱氢，其中3次脱氢由NAD+接受，1次由FAD接受。TCA循环本身每循环一次只能以底物水平磷酸化生成1个ATP第88页/共116页三羧酸循环特点三羧酸循环特点 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

49、循环反应所消耗。第89页/共116页 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12分子ATP。第90页/共116页三羧酸循环的生物学意义：1）三羧酸循环是机体将糖类和其他还原态化合物氧化分解以获取能量的最有效方式2)三羧酸循环是糖类、脂类、和蛋白质三大类营养物代谢与转化的枢纽，是异化和同化两用代谢途径：除了参与糖类、蛋白质和脂类的氧化降解外，该循环还可以为多种生物合成提供必须的4C/5C前躯体。第91页/共116页乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛

50、酸循环乙醛酸循环三羧酸循环支路三羧酸循环支路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第92页/共116页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第93页/共116页一、戊糖磷酸途径概念：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。又称磷酸已糖旁路第四节、磷酸戊糖途径和糖