糖代谢1生物化学.pptx
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1、糖生理学作用及主要代谢:1.活细胞多数靠葡萄糖降解获得能量:2.糖分解过程形成许多中间代产物或前体葡萄糖丙酮酸+ATP+NADH糖酵解CO2+H2O+36ATP有氧氧化HMP磷酸核糖、磷酸脱氧核糖、磷酸庚酮糖、NADPH第1页/共46页核糖-5-P核苷酸核酸淀粉糖原G-1-PG-6-P丙酮酸乙酰CoATCA-酮戊二酸草酰乙酸脂肪酸酮 体胆固醇磷酸二羟丙酮磷酸甘油脂肪蛋白质氨基酸生糖 氨基酸生酮 氨基酸?第2页/共46页3.糖是构成膜糖蛋白、糖脂必要成分第3页/共46页4.糖是细胞结构成分细胞壁、躯干支撑第4页/共46页1.蔗糖合成酶途径 在蔗糖合成酶催化下,蔗糖和核苷二磷酸(NDP:ADP、G
2、DP、CDP、GDP、UDP、TDP)反应,生成果糖和核苷酸葡萄糖(NDPG)一、双糖的酶促降解第一节 双糖与多糖的酶促降解 蔗糖HOOHCH2OHOHOOHOOHCH2OHO UDPOHOOHO-P-O-P-O-CH2U=OO-=OO-蔗糖合成酶果糖 OHOOHCH2OHHOUDPGHOOHCH2OHOHOOHOOHO-P-O-CH2U=OO-(一)蔗糖第5页/共46页意义:因UDPG是合成淀粉、纤维素等多糖的活性葡萄糖残基的供体,所以该途径的重要意义在于其逆反应,即为多糖合成提供糖基。2.蔗糖酶途径在蔗糖酶催化下,蔗糖水解为葡萄糖和果糖旋光度发生了变化,产物总称为转化糖,蔗糖酶也叫转化酶.
3、+66.5 +52.2 -93-20.4 葡萄糖果糖OHOOHCH2OHHOHOOHOHCH2OHOHO蔗糖酶HOH蔗糖HOOHCH2OHOHOOHOOHCH2OHO第6页/共46页(二)麦芽糖水解(三)乳糖:在乳糖酶的催化下乳糖水解为葡萄糖和半乳糖麦芽糖HOOOHCH2OHOHOOHOHCH2OHOHO2葡萄糖HOOHOHCH2OHOHOHOOHOHCH2OHOHOH2O乳糖酶乳糖植物体内麦芽糖的主要来源是淀粉的水解,麦芽糖一旦生成,就在-葡萄糖苷酶作用下水解为两分子葡萄糖。HOOOHCH2OHOHOOHOHCH2OHOHO葡萄糖半乳糖HOOHOHCH2OHOHOOHOHCH2OHOHOHO
4、-葡萄糖苷酶HOH第7页/共46页(一)淀粉的酶促降解 有两种方式:水解和 磷酸解二、淀粉、糖原的酶促降解1.水解支链淀粉-淀粉酶作用点与方向-淀粉酶-D-麦芽糖 极限糊精-D-麦芽糖-淀粉酶糊精葡萄糖麦芽糖麦芽三糖由淀粉酶催化,有-淀粉酶和-淀粉酶,它们都水解(14)苷键,但不能水解(16)苷键,其作用机理如下:第8页/共46页 极限糊精糊精R-酶脱支酶第9页/共46页酶类最适温度(C)pH敏感性作用机理14苷键作用产物水解支链产物-淀粉酶70保持15minpH3.3时失活随机作用葡萄糖麦芽糖少量麦芽三糖葡萄糖麦芽糖少量麦芽三糖和糊精-淀粉酶70快速失活3.3保持活性非还原端每次1麦芽糖麦芽
5、糖麦芽糖极限糊精R-酶仅仅水解16苷键去除分支寡聚糖继-淀粉酶与-淀粉酶之后去分支淀粉酶的性质比较表第10页/共46页2.淀粉的磷酸化酶淀粉磷酸化酶催化淀粉的非还原端的糖苷键与磷酸作用裂解释放出1-磷酸葡萄糖。此酶广泛存在植物的叶片及绝大多数储存器官中。(amylophosphorylase)淀粉(Gn)淀粉磷酸化酶淀粉(Gn-1)+G-1-P(二)糖原的磷酸解1.糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶是降解糖原的限速酶,有活性和非活性两种形式:糖原磷酸化酶a(有活性),糖原磷酸化酶b(无活性)。糖原(n)+Pi 糖原(n-1)G-1-P糖原磷酸化酶第11页/共46页2.转移酶、脱支酶转移酶又称1,41,4
6、葡聚糖转移酶,能将分支点上4个葡萄糖基的葡聚三糖转移至同一个分支点的另一个葡聚四糖链的末端,使分支点留下一个(16)糖苷键链接的葡萄糖残基。糖原磷酸化酶PiG-1-P转移酶脱支酶第12页/共46页一、糖酵解的概念第三节 糖酵解 葡萄糖(1分子)细胞质中转变为丙酮酸(2分子),并能产生少量ATP的过程。由于德国生物化学家G.Embden和O.Meyerhof等发现肌肉组织提取液实验条件下也能完成和酵母发酵十分相似的代谢过程。为了纪念G.Embden、O.Meyerhof和荷兰科学家J.Parnas对此做出的贡献,糖酵解(glycolysis)过程常被称为Embden-Meyerhof途径,或称E
7、MP途径。(glycolysis)第13页/共46页线粒体内细胞质2CO22乙酰CoA2ATPTCA4CO22丙酮酸葡萄糖2ATP糖酵解12ATPH2OO23NADHFADH22NADH2NADH线粒体内膜电子传递链脂肪酸、氨基酸等第14页/共46页己糖激酶(组织)(肝:葡萄糖激酶)ATP ADPMg2+葡萄糖OHOHOHCH2OHOHO二、糖酵解的化学历程1.己糖活化与磷酸丙糖生成阶段HOOHOHCH2O-OHPG-6-PO磷酸化的葡萄糖有利于进一步参加代谢,使进入细胞的葡萄糖不再渗出。第15页/共46页HOOHOHCH2O-OHPG-6-PO磷酸葡萄糖异构酶HOOHCH2O-OHHOCH2
8、OHPF-6-POATPADPMg2+HOOOHCH2O-OHHOCH2O-PF-1,6-2PP磷酸果糖激酶磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛CH2-OHCH2-O-C=OP_HC=OCH2-O-P_CH-OH+醛缩酶第16页/共46页磷酸二羟丙酮CH2-OHCH2-O-C=OP_3-磷酸甘油醛HC=OCH2-O-P_CH-OH磷酸丙糖异构酶1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛脱氢酶NAD+PiNADH+H+2.产能阶段:两次底物水平磷酸化HCOOHCH2-O-P_CH-OH3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶HC-O PCH2-O-P_CH-OHADPATPMg2+第17页/共46页HCOOHCH2-O-P_
9、CH-OH3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶HCOOHCH2-OH_CH-O-PADPATPMg2+磷酸烯醇式丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸HCOOHCH2_C-OH_HCOOHCH2_C-O P_磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶Mg2+或 Mn2+H2O丙酮酸HCOOHCH2_C=O自发转变第18页/共46页EMP途径特点:两个阶段,两步需能反应(己糖激酶、磷酸果糖激酶),一步脱氢(磷酸甘油醛脱氢酶);两步底物水平磷酸化(磷酸甘油酸激酶,磷酸烯醇式丙酮酸激酶)。三、丙酮酸去路1、进入三羧酸循环彻底氧化2.生成乙醇葡萄糖CH3C=OCOOH_NAD+NADH+H+CO2丙酮酸脱羧酶CH3CH=O乙醛
10、 CH2CH2OHNAD+NADH+H+醇脱氢酶乙醇丙酮酸进入三羧酸循环彻底氧化也称乙醇发酵 葡萄糖+2Pi+2ADP 2乙醇+2CO2+2ATP+H2O第19页/共46页3.生成乳酸乳酸发酵 葡萄糖+2Pi+2ADP 2乳酸+2ATP+H2OCH3C=OCOOH_丙酮酸NAD+NADH+H+葡萄糖乳酸NADH+H+NAD+乳酸脱氢酶CH3C-OHCOOH_第20页/共46页淀粉糖原G-1-P-ATP葡萄糖G-6-P-ATP三羧酸循环F-1,6-2PF-6-P3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮2NADH21,3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸2ATP22-磷酸甘油酸2PEP2烯醇式丙酮酸 2ATP乳酸乙
11、醛乙醇2丙酮酸第21页/共46页产生ATP数目耗能产能步骤能量形式ATP数有氧无氧葡萄糖 G-6-P ATP-1F-6-P F-1,6-2PATP-1 丙酮酸乳酸(乙醇)-2NADH 乳酸丙酮酸+2NADH葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+H2O四、化学计量及生物学意义1.化学计量+2NADH3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸PEP 烯醇式丙酮酸ATPATP+5(3)+2+2+5或+3生成ATP7分子生成ATP2分子第22页/共46页 (1)生物机体暂时缺氧提供能量主要方式。2.生物学意义(2)部分组织细胞正常生理情况下
12、获取能量,或厌氧生物获取能量的主要方式。(3)为其它代谢途径提供中间产物,为彻底氧化准备原料。如短跑运动员剧烈运动,肌体处于暂时缺氧状态;病态情况下:呼吸障碍或循环功能受阻(失血、休克、心功能不全等)。动物视网膜,成熟红细胞,皮肤,睾丸;炭疽菌,破伤风杆菌,肉毒梭菌,酵母等。磷酸二羟丙酮可以还原生成磷酸甘油,用于脂肪合成,丙酮酸可以通过转氨基化转变成丙氨酸,用于蛋白质合成等。第23页/共46页 1.限速酶五、调控多酶体系中反应速度最慢的步骤,催化该步的酶称为限速酶。整个途径进行的快慢取决于最慢的一步,该步为限速步骤;E1或附近E;能耗较大,单向反应,便于调节。E1 E2 E3 E4 E5A B
13、 C D G P 限速酶催化特点:能量损耗大;变构酶;受调因子多。第24页/共46页葡萄糖G-6-P三羧酸循环F-1,6-2PF-6-P3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮2NADH21,3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸2ATP22-磷酸甘油酸2PEP2烯醇式丙酮酸 2ATP乳酸乙醛乙醇2丙酮酸己糖激酶(组织)葡萄糖激酶(肝脏)当G-6-P累积时该酶受G-6-P反馈抑制,后续的葡萄糖磷酸化将被减弱,继发血糖升高。在肝脏G-6-P对于葡萄糖激酶无抑制作用,当血糖浓度较高时,肝外其它组织利用葡萄糖可能减弱,而肝脏仍能正常储备葡萄糖。例如饱餐之后。是变构酶、限速酶,高能荷时受ATP和NADH抑制;并受柠檬酸、
14、长链脂肪酸抑制;低能荷时受ADP和AMP激活,对6-磷酸葡萄糖亲和力增大。2,6-二磷酸果糖是最有效的激活剂,2,6-二磷酸果糖浓度又受G-6-P诱导。G-6-P的这种作用称前馈激活。是变构酶,受F-1,6-2P和PEP激活,两种物质同时累积会大大提高该酶活性加速EMP进行。高能荷时ATP,柠檬酸,长链脂肪酸累积分别与该酶结合变构抑制该酶活性。2.糖酵解途径的调节位点第25页/共46页第四节 三羧酸循环(TCA途径)E1:丙酮酸脱羧酶(TPP)E2:硫辛酸转乙酰酶(硫辛酸)E3:二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+)丙酮酸脱氢酶复合体一、丙酮酸氧化脱羧(发生于线粒体内部)HSHSL-E2CH3C
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