第七章糖类代谢.

第七章糖类代谢要求掌握：1、糖酵解的定义。2、掌握糖酵解的全过程以及丙酮酸的去路。3、糖酵解作用的调节作用以及关键酶的调节。4、糖酵解的生理意义。5、何谓柠檬酸循环。6、掌握柠檬酸循环的全过程以及化学能量的计算。7、柠檬酸循环的调控。8、檬酸循环的生理意义。9、掌握戊糖磷酸途径的过程及特点。10、掌握戊糖磷酸途径的生理意义。11、何谓葡糖的异生作用。12、熟识乙醛酸循环途径。第一节多糖的酶促降解糖代谢即糖类物质在生物体内所起的一切生物化学变化，包括分解和合成两个方面。糖的分解代谢是指糖类物质分解成为小分子物质的过程。通过一系列的分解反应，释放出大量能量，供生物体利用。糖分解过程中形成的某些中间产物可作为脂类、蛋白质、核酸等生物大分子物质的原料（碳架）。如：多糖类酶促降解葡萄糖（G）酶促分解代谢丙酮酸（中间产物）丙酮酸（中间产物）蛋白质酶促分解代谢氨基转化合成酶促降解脱氨基作用逆EMP途径逆EMP途径乙酸（乙酰辅酶A的形式）高级脂肪酸脂肪合成脂肪酸的合成转化氨基酸酶促降解酶促分解代谢转化糖类物质是大多数微生物、动物及人类在生命活动中的主要能源和碳架。糖的概念（一）化学概念：糖类是多羟醛或多羟酮及其缩聚物及某些衍生物的总称。其分子式通常：Cn(H2O)n主要是由碳、氢、氧三种元素构成的，故有碳水化合物（Carbohydrate)之称。（二）糖类分布：植物的淀粉、纤维素等；动物的糖原。（三）糖的生物学作用：通过氧化释放能量，以满足生命活动；或转化成蛋白质和脂类物质等。(四)糖的分类糖类可分为单糖、寡糖、多糖和复合糖四大类。第一节、生物体内的糖类一、生物体内的糖类（一）单糖单糖是不能水解的最简单糖类，是多羟醇的醛或酮的衍生物，如葡萄糖、果糖等。根据所含碳原子数目又分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖等。每种单糖都有醛糖（含醛基）和酮糖（含酮基）即同分异构体。（二）低聚糖（寡糖）寡糖：由少数分子的单糖（3－6个）缩合形成的糖。与稀酸共煮，可以水解成单糖。（1）蔗糖（2）乳糖（3）麦芽糖（4）异麦芽糖1、二糖：三种二糖的比较三糖中的棉子糖与人类关系较大，因为棉子可被用作饲料和油料。棉子糖主要存在于棉子和甜菜中。用蜜二糖酶可使棉子糖水解成蔗糖和半乳糖，也可提高用甜菜制蔗糖的产量。用甜菜制糖的废糖蜜中，含有大量的棉子糖，是酵母不可发酵糖。2、三糖：包括棉子糖、龙胆三糖和松三糖等。（三）多糖高分子多糖是指由多个单糖分子缩合而成的糖类，相对分子质量都很大，在水中不能成真溶液，只能成胶态糖液，纤维素根本不溶于水，皆无甜味，也无还原性。1、淀粉淀粉为D－葡萄糖所组成。直链淀粉与支链淀粉的结构各有差异。直链淀粉与支链淀粉皆与碘作用而显色。直链淀粉与碘作用呈蓝色，支链淀粉与碘作用则呈紫红色。淀粉水解后产生的红色糊精与碘作用呈红色，无色糊精与碘作用不显色酸可使淀粉分解成葡萄糖，淀粉酶可使淀粉水解成麦芽糖。在水解过程中有不同的糊精产生（淀粉→红糊精→无色糊精→麦芽糖）。（1）直链淀粉是由葡萄糖单位所组成，连接方式和麦芽糖分子中的葡萄糖单位间的连接相同，是以α－葡萄糖苷键（即α－1，4－苷键）连接而成，链长约为250到300个葡萄糖单位，其结构式如下：（2）支链淀粉是由多个较短的1，4苷键直链（不超过30个葡萄糖单位）结合而成。每2个短直链之间的连接为1，6苷键，即1个较短直链链端葡萄糖分子第1碳原子上的OH基与邻近另1个短链中葡萄糖第6碳原子上的OH基结合。支链淀粉分子中的小支链又和邻近的短链相结合，因此支链淀粉的分子形式是树枝状态。支链淀粉的每一单位直链的长度约为20～30个葡萄糖分子。主链中每隔8～9个葡萄糖单位即有一分支。淀粉→热水糊化→吸水膨胀淀粉粒解体，分子分散→形成胶体溶液（1）淀粉的糊化作用：■淀粉的糊化和凝沉（2）糊化淀粉的凝沉作用糊化淀粉溶液→快速冷却冻状凝胶↓→缓慢冷却浑浊→凝结沉淀→凝沉＆发生凝沉的淀粉不易再溶解，也不易被水解(3)OE值:即葡萄糖值,是在淀粉糖浆生产中用于表示淀粉水解程度的术语.其定义为还原糖总量(按葡萄糖计)占试样中干物质量的质量分数.◆目前,生产上常用的淀粉水解方法有酸法、酸酶二步法和双酶法.◆利用DE值代表淀粉水解(糖化)的程度，DE值越高,说明还原糖越多,剩余的糊精就越少,淀粉的水解程度也就越大.DE值定义为还原糖总量(按葡萄糖计)占试样中干物质量的质量分数.◆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.◆生产上常用生产上,常用酒精沉淀和碘反应来了解淀粉水解过程.如：取淀粉水解液加入到50%－70%酒精中,若有白色沉淀,则证明有糊精存在,说明淀粉未完全水解.二、糖原（动物淀粉）糖原也是由D一葡萄糖构成，分子中主链的葡萄糖连接方式与支链淀粉相同，是以α－l，4糖苷键相连接。支链的连接键亦为α－1，6苷键。但糖原含支链较多，而且外围的支链约含6－7个葡萄糖单位，主链含12－18个，多数为12个葡萄糖单位所组成。在主链中平均每隔3个葡萄糖单位即有一个支链。糖原分子的部分结构糖原的性质与红糊精相似，溶于沸水，遇碘呈红色。无还原性．亦不能与苯肼作用成糖脎。完全水解后产生D一葡萄糖。三、纤维素纤维素为植物纤维部分（如细胞壁）的主要成分。纤维素是β－D－葡萄糖以1，4－β－葡萄糖苷键相连接（淀粉、糖原分子的D－葡萄糖是α－葡萄糖以l．4－α－葡萄糖苷键连接），不含支链，其结构式如下：（四）复合糖由糖与非糖物质结合形成的分子为复合糖主要有糖脂、糖蛋白和蛋白聚糖。1、糖蛋白2、蛋白聚糖糖代谢包括分解代谢和合成代谢。动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如为氨基酸、核苷酸和脂肪酸等提供碳源或碳链骨架。植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程。蔗糖→D-葡萄糖+D-果糖→酒精+CO2水解发酵乳糖水解D-葡萄糖→发酵酒精+CO2麦芽糖→水解2分子D-葡萄糖异麦芽糖→不能被酵母发酵D-半乳糖（较难发酵）第二节双糖和多糖的酶促降解一、双糖的酶促降解（一）蔗糖的酶促降解（二）麦芽糖的酶促降解（三）乳糖的酶促降解二、淀粉的酶促降解1、定义：凡是能够催化淀粉分子降解的酶，统称为淀粉酶。2、淀粉酶的种类1）-淀粉酶（淀粉-1.4糊精酶液化型淀粉酶）（2）-淀粉酶以直链淀粉为底物时，反应按两个阶段进行：首先，直链淀粉快速地降解而产生寡糖这是-淀粉酶随机作用于淀粉的结果。在这一阶段直链淀粉的粘度下降。（1）-淀粉酶是一种内切酶能在淀粉分子内部随机切割-1.4-糖苷键，生成小分子糊精。第二阶段包括寡糖缓慢水解生成最终产物葡萄糖和麦芽糖而且并不是随机作用的模式。（一）淀粉的水解-淀粉酶只能水解淀粉链的-D-1.4-葡萄糖苷键，但不能水解麦芽糖，它作用最小的底物为麦芽三糖。（3）-淀粉酶主要作用是淀粉水解生成糊精，使粘度下降而成为稀溶液状态，工业上称为“液化”。（4）-淀粉酶存在于植物、动物和微生物中，现已经从大麦芽、人的唾液和猪胰脏以及古草杆菌和米曲霉等微生物制备。现工业上的酶制剂主要靠芽孢杆菌发酵生产-淀粉酶。（5）-淀粉酶一般在PH4.5-7.0之间具有最高的活力，而且-淀粉酶的耐热性比-淀粉酶高。如淀粉液化芽孢杆菌-淀粉酶在最适条件下的最高温度为85-900C。（这些取决于它们的来源。）2）-淀粉酶（淀粉-1.4-麦芽糖苷酶）-淀粉酶是一种外切酶，作用于淀粉分子的非还原性末端裂开-1.4-糖苷键，依次切下麦芽糖单位，同时将-构型转变成型。-淀粉酶不能裂开支链淀粉中的-1.6-糖苷键，也不能绕过支链淀粉的分支点而继续作用于-1.4-糖苷键。故-淀粉酶对支链淀粉的作用是不完全的。-淀粉酶的产物主要为麦芽糖-淀粉酶作用的最适pH范围是5.0-6.0，-淀粉酶的热稳定性比-淀粉酶的低。-淀粉酶主要存在于植物中，现有报道微生物中也存在有-淀粉酶。3)糖化酶（淀粉--葡糖苷酶，葡萄糖淀粉酶）1.41.6葡萄糖淀粉酶是一种外切酶，从淀粉分子非还原性末端逐个水解下葡萄糖分子。当它裂开淀粉分子中的糖化酶的产物为葡萄糖。-1.4-糖苷键时，将型转变为型。在商业上各种不同纯度的葡萄糖淀粉酶主要是由霉菌中的曲霉和根霉生产的。工业用的糖化酶主要是霉菌发酵生产。4）异淀粉酶（淀粉-1.6-葡萄糖苷酶）异淀粉酶工业用的酶制剂主要由微生物发酵生产，主要的菌种有酵母菌、细菌、放线菌。异淀粉酶能水解支链淀粉分子中的-D-1.6-葡糖苷键使支链淀粉变为直链状的糊精，故称为脱支酶。（γ-淀粉酶）（二）淀粉的磷酸解作用三、糖原的酶促降解糖原的降解主要是在糖原磷酸化酶、糖原脱支酶两种酶催化的。OCH2OHOHOHOHHHHHOOCH2OHOHOHHHHHOCH2OHOHOHHHHHOOOCH2OHOHOHOHOHHHHPOCH2OHOHOHHHHHOCH2OHOHOHOHHHHHOO细胞内糖原在磷酸化酶和脱枝酶催化下形成1-磷酸葡萄糖二、纤维素的酶促降解1、纤维素的组成：由葡萄糖组成，由-D-1.4-葡糖苷键组成的多糖。2、能分解纤维素作为营养源的微生物是细菌、放线菌、真菌等，现在主要为真菌。3、纤维素酶是水解纤维素的一类酶的总称，至少包括三种类型：♫破坏天然纤维素晶状结构的C1酶—降解结晶的纤维素♫水解游离（直链）纤维素分子的Cx酶（-1.4-葡聚糖酶）♫水解纤维二糖的-葡萄糖苷酶{-1.4-葡聚糖酶{外切--1.4-葡聚糖酶：从纤维素链的非还原性末端逐个地将葡萄糖水解下来。内切--1.4-葡聚糖酶：以随机的方式从纤维素链的内部将它裂开。纤维素酶作用的顺序为：天然纤维素C1链酶直链（游离）纤维素纤维二糖葡萄糖-葡糖苷酶Cx酶（结晶）（无定型）4、纤维素酶的存在有两种方式胞外酶：溶解并游离于培养基中。如霉菌细胞表面酶：结合存在于细胞表面上。如粘细菌5、影响纤维素酶作用的因素最适PH值：一般在4.5~6.5之间纤维素酶具有较高的热稳定性，随生产菌的不同而异。{糖代谢的概况葡萄糖酵解途径丙酮酸有氧无氧H2O及CO2乳酸糖异生途径乳酸、氨基酸、甘油糖原肝糖原分解糖原合成磷酸戊糖途径核糖+NADPH+H+淀粉消化与吸收ATP第三节糖酵解作用（EMP途径）葡萄糖的分解代谢葡萄糖进入细胞后，在一系列酶的催化下，发生分解代谢过程。葡萄糖的分解代谢分两步进行：（1）无氧环境下进行糖酵解：葡萄糖丙酮酸。此反应过程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。（2）有氧条件下的柠檬酸循环(三羧酸循环)：丙酮酸CO2+H2O。由于此氧化过程是通过柠檬酸等几种三元羧酸的循环反应来完成的，通常称为三羧酸循环或柠檬酸循环。由于分子氧是此系列反应的最终受氢体，所以又称为有氧分解。酵解与发酵的涵义酵解（glycolysis）：是酶将葡萄糖降解成丙酮酸并伴随着生成ATP的过程。发酵（fermentation）：是指微生物在有氧或无氧条下通过物质的分解与合成的代谢过程产生某些中间产物的生物化学过程。一、糖酵解的过程糖酵解在胞液中进行（无氧条件），是葡萄糖经过酶催化作用降解成丙酮酸，并伴随生成ATP的过程。它是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径。三羧酸循环在线粒体中进行（有氧条件）。在有氧条件下，糖酵解生成的丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环氧化成CO2和H2O。酵解过程中产生的NADH，则经呼吸链氧化产生ATP和H2O。所以糖酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前提。如果供氧不足，NADH不进入呼吸链，而是把丙酮酸还原成乳酸或乙醇等.⑴葡萄糖磷酸化：葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖ATPADPMg2+己糖激酶(hexokinase)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