03糖代谢.

糖代谢MetabolismofCarbohydrates糖的概念糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。葡萄糖（glucose）结构CHOOHHOHHOHHOHHHOCHOCOHCHHOCOHHCOHHCH2OHHOHOHHOHHOHHOHCH2HHO123456123456123456开链型环型开链型OHOHHOHHOHHOHCH2HHOOHCH2OHHCH2OHHHOHOHO葡萄糖（glucose）果糖（fructose）123456123456醛糖酮糖互变异构醛糖CHOCOHCHHOCOHHCOHHCH2OH酮糖CH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OHH异构酶CCOHHOH第一节概述Introduction一、糖的生理功能1.提供能源3.构成细胞的成分2.提供碳源4.构成某些生物活性物质淀粉口腔a-淀粉酶胃小肠胰a-淀粉酶a-糊精酶糖淀粉酶麦芽糖酶葡萄糖主动吸收或易化扩散血液二、糖的消化吸收ADP+PiATPGNa+K+Na+泵小肠粘膜细胞肠腔门静脉G吸收机制Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependentglucosetransporter,SGLT)刷状缘细胞内膜•糖酵解、柠檬酸循环、磷酸戊糖途径、糖原的分解与合成及光合作用统称为糖代谢。•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。另一方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。三、糖代谢的概况葡萄糖酵解途径丙酮酸有氧无氧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磷酸核糖+NADPH+H+淀粉消化与吸收H2O＋CO2ATP三、糖代谢的概况葡萄糖G-6-P丙酮酸丙酮酸乙酰CoACO2H2O胞液线粒体H＋+eO2O2O2TAC糖的有氧氧化概况第二节糖酵解Glycolysis糖酵解（Glycolysis）与发酵（Fermentation）•无氧条件下糖的降解过程，糖经一系列的酶促反应变成丙酮酸，并生成ATP，是一切生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径，也称糖酵解途径(Glycolyticpathway），或Embden-Meyerhof-Parnas(EMP)pathway。巴斯德LouisPasteur应追溯到4000年前的制酒工业。（发酵过程）1854-1864年，LouisPaster的观点占统治地位：认为发酵由微生物引起的，是离不开生命物质活力的过程，即不需要空气的生命。1897年，HansBuchner和EdwardBuchner兄弟，发现酵母汁可以使蔗糖发酵。葡萄糖亦经酵母汁作用产生酒精。1905年，阐释酵母汁作用原理：发酵过程需要磷酸参与。分离得到果糖-1，6-二磷酸。针对果糖-1，6-二磷酸裂解形式进行研究，对全过程的能力学研究。（Embden,Meyerhof,Parnas）1940年，阐释整个糖酵解过程。研究历史1940年糖酵解整个过程被阐明。Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多，故糖酵解过程一也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。在细胞质中进行。乳酸糖酵解一次脱氢二次底物水平磷酸化已糖激酶6-磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶三个关键酶①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑾需掌握的内容1、糖酵解的反应机制及反应步骤。2、能量变化3、糖酵解的调节4、丙酮酸的去路5、各步中应掌握：底物和产物是什么？什么酶催化？需要什么辅因子？产能还是需能？是需要ATP还是产生ATP？是否可逆反应？是否限速步骤？受哪些物质抑制？大概的反应机制一、糖酵解的反应过程葡萄糖丙酮酸酵解途径反应部位：胞浆大体过程：1.葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate,G-6-P)OHOHHOHHOHHOHCH2HHOOHOHHOHHOHHOHCH2HOPATPADP己糖激酶Mg2+GG-6-P•磷酸化使葡萄糖不能自由逸出细胞；•己糖激酶(hexokinase,HK)，关键酶，主要分布于肝肾外不能合成糖原的组织，肝中为葡萄糖激酶(glucokinase,GK)；•反应不可逆。已糖激酶(hexokinase)激酶：能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶。已糖激酶：是催化从ATP转移磷酸基团至各种六碳糖（G、F）上去的酶。激酶都需离子要Mg2+作为辅助因子1、催化不可逆反应特点2、催化效率低3、受激素或代谢物的调节4、常是在整条途径中催化初始反应的酶5、活性的改变可影响整个反应体系的速度和方向限速酶/关键酶己糖激酶葡萄糖激酶存在部位肝外组织肝Km值0.1mmol/L10mmol/L底物G,果糖,甘露糖G调节G-6-P反馈抑制胰岛素诱导己糖激酶和葡萄糖激酶的比较2.6-磷酸葡萄糖异构为6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)OHOHHOHHOHHOHCH2HOPG-6-PF-6-P磷酸己糖异构酶OHCH2OHHCH2OHHHOHOOP3.6-磷酸果糖转变成1,6-二磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-BP)•是第二个磷酸化反应，反应不可逆。•磷酸果糖激酶-1(phosphofructo-kinase-1,PFK-1)是糖酵解的限速酶。F-6-POHCH2OHHCH2OHHHOHOOPF-1,6-BPOHCH2HCH2OHHHOHOOPOPATPADPMg2+磷酸果糖激酶4.磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖•反应可逆,由醛缩酶(aldolase)催化F-1,6-BPCH2COCHHOCOHHCOHHCH2OPOPCH2COOPCHOCHOHCH2OPCH2OH+醛缩酶磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛1234561234565.磷酸丙糖同分异构化•磷酸丙糖异构酶（triosephosphateisomerase)•G→2分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。CH2COOPCHOCHOHCH2OPCH2OH磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶321123己糖原来的碳原子的C3和C4是3-磷酸甘油醛的C1；C5和C2变成C2；C1和C6变成C31236.3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸CHOCHOHCH2OP3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+Pi3-磷酸甘油醛脱氢酶CCHOHCH2OPOO~P1，3-二磷酸甘油酸醛基氧化成羧基，并加入一分子无机磷酸，形成混合酸酐。脱下的氢由NAD+接受。H3-磷酸甘油醛脱氢机理碘乙酸可强烈地抑制此酶的活性，因为碘乙酸可与——SH基反应，所以证明—SH是酶活性中心所必须的。砷酸盐（AsO43—）可以与磷酸竞争，形成不稳定的1-砷-3磷酸甘油酸。7.1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸•此步为底物水平磷酸化•反应可逆COO-CHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶CCHOHCH2OPOO~P1，3-二磷酸甘油酸ADPATP底物磷酸化：这种直接利用代谢中间物氧化释放的能量产生ATP的磷酸化类型称为底物磷酸化。其中ATP的形成直接与一个代谢中间物（1,3-二磷酸甘油酸）上的磷酸基团的转移相偶联这一步反应是糖酵解过程的第7步反应，也是糖酵解过程开始收获的阶段。在此过程中产生了第一个ATP。•砷酸盐的解耦联作用1-砷-3磷酸甘油酸可以进一步分解产生3-磷酸甘酸，但没有磷酸化作用。与ADP生成ATP解偶联。8.3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸COO-CHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶COO-CHCH2OHOP2-磷酸甘油酸9.2-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)反应引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键。磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）O-HOOCCCH2P+OOHOH2-磷酸甘油酸HOHHOOOCCCH2POOHOH烯醇化酶(Mg2+/Mn2+)H2O氟化物能与Mg2+络合而抑制此酶活性10.PEP转变成丙酮酸（pyruvate)•第二个底物水平磷酸化，反应不可逆。•烯醇式立即自发转变为酮式。COO-CCH3ADPATPCOO-CCH2OPEP~P丙酮酸激酶O丙酮酸二丙酮酸的去路（一）丙酮酸转变成乳酸(lactate)COO-CCH3NAD+NADH+H+O丙酮酸COO-CHOHCH3乳酸脱氢酶乳酸•此为还原反应，NADH+H+来自于3-磷酸甘油醛脱氢生成1,3-二磷酸甘油酸。•乳酸是糖酵解的终产物。糖酵解的全过程GG-6-PF-6-PF-1,6-BP磷酸二羟丙酮1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸PEP丙酮酸乳酸ATPADPATPADPNADH+H+NAD+H2O醛缩酶Pi异构酶PFK-13-磷酸甘油醛脱氢酶ATPADP磷酸甘油酸激酶变位酶烯醇化酶ADPATP丙酮酸激酶LDH己糖激酶异构酶3-磷酸甘油醛糖酵解过程中ATP的消耗和产生2×1葡萄糖→6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖→1,6-二磷酸果糖1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸-1反应ATP-12×1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O糖酵解中产生的能量总反应：C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2OATP的生成：糖酵解时，1mol葡萄糖共生成4molATP，净生成2molATP无氧条件下丙酮酸的去路兼性微生物或厌氧微生物及高等动植物的兼性细胞，在无氧条件下糖酵解生成的丙酮酸，进一步转化则成发酵产物。不同生物的酶系不同，得到的发酵产物也不一样。常见的如：酵母菌的酒精发酵、甘油发酵、乳酸菌的乳酸发酵，丁酸菌的丙酮-丁醇发酵，等等。这类发酵产品的生成机理都是以无氧糖酵解途径为基础的，故统称为EMP途径类型的发酵。酵母菌的酒精发酵酵母细胞能产生酵解途径的全部酶系，还能产生丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶。丙酮酸脱羧酶以焦磷酸硫胺素（TPP）作为辅酶，催化丙酮酸脱羧，生成乙醛。乙醇脱氢酶则以酵解途径第6步反应生成的NADH为辅酶，催化乙醛还原生成乙醇。COOHC=OCH3HOCHCH32HCCH3O丙酮酸脱羧酶CO2乙醇脱氢酶NADH+H+NAD葡萄糖酒精发酵的总反应式为：（CH2OH）4CHOCH2OH＋2Pi＋2ADP2CH2OHCH3＋2CO2＋2ATP＋H2O酒精发酵是酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖取得生物能量的代谢方式，释放的化学能总共为234.3kJ／mol，净生成2molATP，能量利用率为28.6％。其余的能量以热能形式散发到发酵罐中，使发酵罐温度升高，必要时需采取降温措施。乳酸菌的同型乳酸发酵丙酮酸乳酸反应中的NADH+H+来自于3-磷酸甘油醛脱氢反应。乳酸脱氢酶(LDH)NADH+H+NAD+COOHCHOHCH3COOHC=OCH3甘油发酵在酵母酒精发酵时加入亚硫酸氢钠，能与乙醛起加成反应，生成难溶的结晶状加成物，这样就使已醛不能再作为受氢体，而迫使NADH用于磷酸二羟丙酮还原，生成甘油。三、糖酵解的调节细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。在代谢途径中，催化不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。三、糖酵解的调节（一）6-磷酸果糖激酶-1（PFK-1）最重要F-6-PF-1,6-BPPFK-1AMP、ADP、F-2,6-BP（强）ATP、柠檬酸别构调节F-2,6-BPF-6-PPFK-1F-1,6-PPFK-2有活性FBP-2无活性6磷酸果糖激酶2PFK-2无活性FBP-2有活性果糖双磷酸酶2PPPKAATPADP磷蛋白磷酸酶PiATPcAMP胰高血糖素AMP+柠檬酸–Pi（二）丙酮酸激酶•变构调节：F-1,6-BP为变构激活剂；ATP和肝内Ala为变构抑制剂。•共价修饰调节：胰高血糖素通过cAMP和蛋白激酶A（PKA)使其磷酸化而抑制其活性。共价修