糖代谢3学习教程.pptx

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1、本章提要本章提要了解双糖和多糖的分解代谢掌握糖酵解、三羧酸循环和磷酸戊糖途径掌握物质代谢过程中的能量代谢掌握糖代谢的调节熟悉乙醛酸循环等其它代谢途径第1页/共89页代谢总论代谢总论第2页/共89页新陈代谢的概念及内涵 小分子 大分子合成代谢（同化作用）需要能量 释放能量分解代谢（异化作用）大分子 小分子物质代谢能量代谢新陈代谢第3页/共89页代谢的概念：有广义与狭义之分，而我们的主要内容围绕中间代谢过程，即物质在细胞中的合成和分解过程。代谢的途径：合成和分解过程是一个动态平衡的过程，代谢途径按照严格的顺序进行。第4页/共89页中间代谢的研究方法1、一般方法（1）体内：利用异常代谢物 利用代谢障

2、碍病患者（2）体外：组织切片、组织溶浆、组织抽提2、同位素法第5页/共89页糖代谢的生物学意义（1）提供能量。（2）是机体重要的碳源。（3）组成人体组织结构的重要成分。如糖蛋白、糖脂是细胞膜的组成成分。（4）特殊生理功能的糖蛋白，如 激素、酶、免疫球蛋白等等。第6页/共89页第一节第一节 糖的酶水解糖的酶水解第7页/共89页一、糖的酶水解多糖的酶水解（1）淀粉的水解：-淀粉酶和-淀粉酶、脱支酶、麦芽糖酶、异麦芽糖酶。（2）淀粉的磷酸解：淀粉磷酸化酶、脱支酶。糖原的酶水解（1）糖原的水解（同淀粉）（2）糖原的磷酸解：糖原磷酸化酶a、寡聚葡萄糖转移酶、脱支酶。第8页/共89页淀粉-淀粉酶、-淀粉酶

3、、脱支酶麦芽糖+麦芽三糖-临界糊精+异麦芽糖-葡萄糖苷酶（包括麦芽糖酶）葡萄糖-临界糊精酶（包括异麦芽糖酶）葡萄糖第9页/共89页淀粉的分解淀粉磷酸化酶 脱支酶淀粉+nH3PO4 nG-1-p+少量葡萄糖 淀粉的磷酸解 淀粉的酶促水解解 淀粉酶：在淀粉分子内部任意水解-1.4糖苷键。（内切酶）淀粉酶:从非还原端开始，水解.4糖苷键，依次水解下一个麦芽糖单位（外切酶）脱支酶（R酶）:水解淀粉酶和淀粉酶作用后留下的极限糊精中的1.6 糖苷键。淀粉酶淀粉酶第10页/共89页糖原磷酸解的步骤非还原端还原端磷酸化酶（释放8个1-P-G）转移酶脱枝酶（释放1个葡萄糖）第11页/共89页双糖的酶促降解 蔗糖

4、+H2O 葡萄糖+果糖蔗糖酶麦芽糖+H2O 2 葡萄糖麦芽糖酶乳糖+H2O 葡萄糖+半乳糖-半乳糖苷酶第12页/共89页单糖的吸收与小肠粘膜上的专一性运载蛋白和Na有关Na+GNa+GNa+Na+Na+GGK+K+Na+泵第13页/共89页第二节第二节 糖的中间代谢糖的中间代谢第14页/共89页一、糖的合成代谢1、光合作用2、糖原的生物合成3、淀粉的生物合成4、蔗糖的生物合成5、乳糖的生物合成6、葡萄糖的生物合成第15页/共89页1、光合作用概念：植物利用光能将CO2和H2O转变成可以贮存能量的有机物，同时释放氧气的过程。反应式：6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+O2意义：将无机

5、物转变成有机物 蓄积太阳能 保护环境：CO2和O2平衡第16页/共89页2、糖原的生物合成合成的原料：葡萄糖反应部位：细胞质中合成过程中参与的酶：己糖激酶、葡萄糖磷酸变位酶、尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、糖原合成酶、分支酶合成过程消耗ATP和UTP第17页/共89页糖原的合成过程（1）葡萄糖ATP 葡萄糖激酶 6-磷酸葡萄糖ADP（2）6-磷酸葡萄糖 葡萄糖变位酶 1-磷酸葡萄糖（3）1-磷酸葡萄糖UTPUDPG焦磷酸化酶 UDPG+PPi（4）UDPG糖原引物 糖原合成酶 糖原(n+1)（5）延长中的糖原 分支酶 糖原注：由非糖物质转变为糖原的作用称糖原异生作用第18页/共89页3、淀粉的生物

6、合成基本过程与糖原的生物合成相似比较与糖原生物合成的异同点（主要是催化的酶类），合成直链淀粉的是淀粉磷酸化酶（葡萄糖-1-磷酸），在Q酶的作用下生成支链淀粉。第19页/共89页4、蔗糖的生物合成葡萄糖-1-磷酸经蔗糖磷酸化酶作用可以与果糖结合生成蔗糖。第20页/共89页5、乳糖的生物合成与糖原生物合成相似有UTP参与第21页/共89页6、葡萄糖的生物合成糖异生：非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生(gluconeogenesis)。糖异生的反应式：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+6H2O 葡萄糖+2NAD+4ADP+2GDP+6Pi+6H+己糖互变（见下图）第22页/共8

7、9页第23页/共89页二、糖的分解代谢1、糖原的分解 注意：不是糖原合成的逆反应，具体过程如下第24页/共89页2 2、葡萄糖的主要分解代谢途径、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）第25页/共89页*糖酵解（EMP途径）概念：葡萄糖到形成丙酮酸的一系列反应。Pasteur效应：在许多环境条件下，酵解速率因氧存在而降低，表现为低糖消耗和低乳酸生成。进行场所：胞浆反应的三个阶段第26页/共89页E M P 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

8、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磷酸己糖的裂解丙酮酸和ATP的生成第27页/共89页第一阶段：葡萄糖的磷酸化ATP ADPATPADP葡萄糖激酶磷酸果糖激酶异构酶第28页/共89页己糖激酶同工酶的异同比较：同工酶类型、名称己糖激酶葡萄糖激酶分布不同组织肝作用底物G、F、HGKm值Km低Km高抑制情况受葡萄糖6磷酸的抑制不受葡萄糖6磷酸的抑制生理作用糖的分解糖的合成第29页/共89页第二阶段：磷酸己糖的裂解醛缩酶异构酶第30页/共89页第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成NAD

9、+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第31页/共89页途径途径化学计量和生物学意义总反应式:C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3+2NADH +2H+2ATP+2H2O生物学意义 是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量；形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；为糖异生提供基本途径。能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成 2ATP 2NADH 6ATP 或 4ATP 第32页/共89页影响酵解的调控位点及相应调节物 糖原（或淀粉）1-磷酸葡

10、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丙酮酸葡萄糖abc 调控位点 激活剂 抑制剂a 己糖激酶 ATP G-6-P ADPb 磷酸果糖 ADP ATP 激酶 AMP 柠檬酸（限速酶）果糖-2,6-二磷酸 NADHc 丙酮酸激酶 果糖-1,6-二磷酸 ATP Ala 规律：主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度，被调节的酶多数为催化反应历程中不可逆反应的酶，通过酶的变构效应实现活性的调节，调节物多为本途的中间物中间物或与本途径有关的代谢产物。第33页/共89页糖酵解小结一、

11、糖酵解的生化过程全过程分三个阶段、十步反应、十种酶总反应可逆和不可逆反应（三步反应不可逆）脱氢反应和脱水反应定位：胞浆中底物水平磷酸化：代谢中产生的高能化合物作为酶底物水平磷酸化：代谢中产生的高能化合物作为酶的底物被催化使其高能磷酸基团转移给的底物被催化使其高能磷酸基团转移给ADPADP偶联偶联生成生成ATPATP氧化磷酸化：生物氧化过程中伴随着氧化磷酸化：生物氧化过程中伴随着ATPATP生成的作生成的作用用第34页/共89页（2 2）丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解（EPM）葡萄糖COOHC=OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰CoA三羧酸循环 NAD+NADH+H+CO2CoASH

12、葡萄糖的有氧分解 丙酮酸脱氢酶系第35页/共89页总反应反应的两个阶段（）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A进入三羧酸循环（）乙酰辅酶A进入三羧酸循环氧化成CO2和H2O具体步骤 相关要点：第36页/共89页（）丙酮酸进入线粒体后，在丙酮酸脱氢酶系统催化下，经过氧化脱羧多步反应，最终生成乙酰CoA。第37页/共89页焦磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脱羧中的作用C-H+C-CH3-C-COOHOHCO2丙酮酸第38页/共89页硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用用氧化型硫辛酸SSCCC(CH2)4COO-SHSCCC(CH2)4COO-乙酰二氢硫辛酸+2H-2H二氢硫辛酸HSH

13、SCCC(CH2)4COO-第39页/共89页泛酸和 辅酶 A（CoASH）SH酰基结合位点第40页/共89页维生素pp和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）RNAD+:R=HNADP+:R=PO3H2 递氢体作用：NAD+2H NADH+H+第41页/共89页维生素B2和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）递氢体作用：FAD+2H FADH2第42页/共89页丙酮酸脱氢酶系NAD+H+丙酮酸脱羧酶FAD硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶CO2乙酰硫辛酸二氢硫辛酸NAD+H+TPP硫辛酸CoASHNAD+CH3-C-SCoAO第46页/共89页小结：三种酶、六个辅助因子包括了脱羧、脱氢转乙酰基、转乙酰基、

14、脱氢、脱氢等生化过程。调节：产物抑制和共价调节定位：线粒体衬质ATP的生成（进入呼吸链）第47页/共89页（）三羧酸循环（tricarboxylic tricarboxylic acid cycle,TCA acid cycle,TCA 循环）循环）第48页/共89页 OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP三羧酸循环 （TCA）草酰乙酸 再生阶段柠檬酸的生成阶段氧化脱 羧阶段NAD+NAD+FADNAD+第49页/共89页TCA第一阶段：柠檬酸生成H2O草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合成酶顺乌头酸酶第50页/共89

15、页TCA第二阶段：氧化脱羧CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶CO2酮戊二酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶第51页/共89页TCA第三阶段：草酰乙酸再生FAD FADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶第52页/共89页三羧循环的化学计量和能量计量三羧循环的化学计量和能量计量 a、总反应式:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP能量“现金”:1 GTP 能 量“支 票”:3 NADH 1 FADH2兑换率 1：39ATP兑换率 1：2

16、2ATP1ATP12ATPb、三羧酸循环的能量计量第53页/共89页葡萄糖完全氧化产生的ATP酵解阶段：2 ATP 2 1 NADH兑换率 1：3(或2)2 ATP2 (3ATP或2 ATP)三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH22 1 ATP2 9 ATP2 2 ATP兑换率 1：3兑换率 1：2丙酮酸氧化：2 1NADH兑换率 1：32 3 ATP总计：38 ATP或36 ATP第54页/共89页三羧酸循环的调控位点及相应调节物abc 调控位点 激活剂 抑制剂a 柠檬酸合酶 NAD+ATP（限速酶）NADH 琥珀酰CoA 脂酰CoAb 异柠檬酸 ADP ATP 脱

17、氢酶 NAD+NADHc-酮戊二酸 ADP NADH 脱氢酶 NAD+琥珀酰CoA 关键因素：NADH/NAD+ATP/ADP第55页/共89页三羧酸循环反应的全过程：第56页/共89页三羧酸循环的特点在有O2条件下运转，是生成ATP的主要途径；*循环中有4次脱氢，生成3分子NADH，1分子FADH2，另有1次底物水平磷酸化。*共生成12分子ATP。循环一周产生2分子CO2；CO2来自草酰乙酸而不是乙酰CoA,但净结果是氧化了1分子乙酰CoA；第57页/共89页限速酶：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、-KG脱氢酶复合体；三羧酸循环的中间产物包括草酰乙酸在内起着催化剂的作用，本身并无量的变化，不可

18、能通过三羧酸循环从乙酰CoA合成草酰乙酸或其它中间产物；这些中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化成CO2和H2O。第58页/共89页三羧酸循环的生物学意义 第一是提供ATP 第二是通过三羧酸循环，将糖、脂类、蛋白质、核酸等代谢有机地关联起来。第三是通过三羧酸脱羧生成CO2，一部分由动物机体排除，一部分用于脂肪酸等合成。在植物机体内则用于光合作用。第61页/共89页糖原脂肪蛋白质葡萄糖脂肪酸 甘油氨基酸乙酰CoATCA营养物分解代谢的三个阶段第62页/共89页三羧酸循环与脂肪酸合成的关系第63页/共89页三、丙酮酸的去路三、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

19、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）第64页/共89页丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解葡萄糖EMP NADH+H+NAD+CH2OHCH3乙醇 NADH+H+NAD+CO2 乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛CHOCH3COOHC=OCH3丙酮酸 葡萄糖的无氧分解第65页/共89页丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解（EPM）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 丙酮酸脱氢酶系第66页/共89页乙醛酸循环乙醛酸循环(4)(4)乙醛酸循环乙醛酸循环三羧酸循环

20、支路三羧酸循环在异柠三羧酸循环在异柠檬酸与苹果酸间檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。搭了一条捷径。（省了省了6 6步步）异柠檬酸柠檬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67页/共89页只有一些植物和微生物兼具有这样的途径；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68页/共89页五、磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway,ppp）1、化学反应历程及催化酶类 特点：氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段2、总反应式和生理意义第69页/共89页磷酸戊糖途径的两个阶段

21、2、非氧化分子重排阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖-P 6 NADP+NADPH 6 NADP+6NADPH6CO26H2O第70页/共89页磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段NADP+NADPH+H+H2O NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖 脱氢酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶第71页/共89页磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段段H2OPi6 5-磷酸核酮糖2 5-磷酸核糖2 5-磷酸木酮糖2 3-磷

22、酸甘油醛2 7-磷酸景天庚酮糖2 4-磷酸赤藓丁糖2 6-磷酸果糖2 5-磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛2 6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖1 6-磷酸果糖转醛酶异构酶转酮酶转酮酶醛缩酶阶段之一阶段之二阶段之三第72页/共89页磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一（5-磷酸核酮糖异构化）差向异构酶异构酶5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸核酮糖第73页/共89页磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二（基团转移）+24-磷酸赤藓糖+25-磷酸核糖23-磷酸甘油醛转酮酶转醛酶26-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖第74页/共89页基团转移（续前）+24-磷酸赤藓糖+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖转酮酶2

23、5-磷酸木酮糖第75页/共89页H2O Pi1,6-二 磷酸果糖23-磷酸甘油醛6-磷酸果糖醛缩酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）异构酶第76页/共89页磷酸戊糖途径的总反应式磷酸戊糖途径的总反应式6 G-6-P+12NADP+7 H2O 5 G-6-P+6CO2 +12NADPH+12H+磷酸戊糖途径的生理意义产生大量NADPH,主要用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力产生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物与光合作用联系，实现某些单糖间的转变第77页/共89页HMP途径的调节限速反应：葡萄糖-6-磷酸生成6-磷酸葡萄糖酸内酯调节酶：葡萄糖-6-磷酸

24、脱氢酶（抑制剂NADPH+H+/激活剂NADP)氧化阶段的调节因素：NADPH+H+/NADP非氧化阶段的调节因素：底物浓度总体而言，磷酸戊糖途径可与其它途径灵活相连。第78页/共89页机体对5-磷酸核糖的需要较高：EMP途径介入，转酮酶和转醛酶介入PPP途径的逆反应。机体对于5-磷酸核糖和NADPH的需要平衡：PPP途径的氧化阶段占优势。机体需要还原力：6-磷酸葡萄糖完全氧化分解。第79页/共89页六、其它糖进入单糖分解的途径半乳糖半乳糖-1-PUDP-半乳糖UDP-葡萄糖葡萄糖-1-磷酸糖原或淀粉葡萄糖葡萄糖-6-磷酸果糖葡萄糖果糖-6-磷酸果糖-1、6-磷酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油甘油3

25、-磷酸甘油醛进入糖酵解甘露糖甘露糖-6-磷酸ATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPNADH+H+NAD+PiUTPPPi第80页/共89页七、糖代谢的调节激素水平的调节细胞水平的调节（1）酶的区域化分布（2）酶分子结构的调节（变构和化学修饰）（3）酶含量的调节（酶蛋白的合成/降解）第81页/共89页第82页/共89页第83页/共89页表1糖代谢酶系中某些变构酶及其变构效应剂代谢途径变构酶激活变构剂抑制变构剂糖氧化分解已糖激酶G-6-P磷酸果糖激酶AMP、ADP、FDP、PiATP、柠檬酸丙酮酸激酶FDPATP、乙酸CoA异柠檬酸脱氢酶AMPATP、长链脂酰Co

26、A柠檬酸合酶ADP、AMPATP糖异生果糖-1，6-二磷酸酶AMP丙酮酸羟化酶乙酰CoA、ATP 第84页/共89页变构调节的机理果糖1，6二磷酸酶的变构效应 第85页/共89页表2某些酶的酶促化学修饰调节酶类反应类型效应糖无磷酸化酶磷酸化脱磷酸激活/抑制磷酸化酶b激酶磷酸化脱磷酸激活/抑制磷酸化酶磷酸酶磷酸化脱磷酸抑制/激活糖元合成酶磷酸化脱磷酸抑制/激活丙酮酸脱羟酶磷酸化脱磷酸抑制/激活脂肪酶（脂肪细胞）磷酸化脱磷酸激活/抑制谷氨酰胺合成酶（大肠杆菌）腺苷化脱腺苷抑制/激活黄嘌呤氧化（脱氢）酶SH/-S-S-脱氢/氧化第86页/共89页肌肉磷酸化酶的酶促化学修饰作用 第87页/共89页本章习题本章习题1、为什么说三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的共通路？2、糖代谢和脂代谢是通过那些反应联系起来的？3、什么是乙醛酸循环？有何意义？4、磷酸戊糖途径有什么生理意义？5、糖分解代谢可按EMP-TCA途径进行，也可按磷酸戊糖途径，决定因素是什么？第88页/共89页感谢您的观看！第89页/共89页