06糖代谢

第六章糖代谢重点：熟悉糖的概念、糖的主要生物学作用，糖的分类及自然界存在的重要多糖。掌握糖酵解、三羧酸循环的反应历程及生物学意义；糖原的异生作用；磷酸戊糖途径的特点及生物学意义；明确生物体内糖代谢的基本途径。难点：代谢能量变化，糖代谢各过程反应的调节；糖酵解途径与糖原的异生作用的相互关系。本章的重点及难点第一节概述糖(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。已经不符合于传统对糖的定义Cn(H2O)m，有些糖并不符合这一通式，而符合这一通式的不是糖。一、糖的概念二、糖的分类及其结构根据能否被水解以及其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类：单糖(monosacchride):不能再水解的糖。寡糖(oligosacchride):能水解生成少数几个分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。多糖(polysacchride):能水解生成多个分子单糖的糖。复合糖(glycoconjugate):糖与非糖物质的结合物。重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。OOHHHHOHOHHOHHOHOOHHHOHHOHHOHHOH-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃半乳糖1.单糖的结构OOHOHHHOHOHHHHOHOOHHOHOHHHOHOH-D-吡喃甘露糖-D-呋喃果糖甲基-α-D-葡萄糖苷α-苷键α-D-葡萄糖甲苷OHOCH2OHHOOHCH3OOHOHOCH2OHHOOHCH3OHHCl干+单糖的半缩醛羟基(称苷羟基)，与其他含羟基的化合物形成环状缩醛，在糖化学中叫糖苷。单糖的成苷反应2.寡糖常见的几种二糖有:麦芽糖(maltose)葡萄糖—葡萄糖蔗糖(sucrose)葡萄糖—果糖乳糖(lactose)葡萄糖—半乳糖能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。3.常见的多糖有淀粉(starch)糖原(glycogen)纤维素(cellulose)淀粉是植物体中储藏的养分，存在于种子与块茎中。用α-淀粉酶水解可得到麦芽糖；在酸的作用下，彻底水解为葡萄糖。淀粉是白色无定形粉末，由直链淀粉和支链淀粉组成。直链淀粉是葡萄糖以α-1，4糖苷键结合成的链状化合物。淀粉支链淀粉葡萄糖分子间除以α-1，4糖苷键相连外，还有以α-1，6糖苷键相连的。支链淀粉带有分支，大约相隔20个葡萄糖单位有一个分支。糖原糖原是动物体内储藏的糖类化合物，主要存在于肝脏和肌肉中。也叫动物淀粉。糖原也是由葡萄糖组成的，结构与支链淀粉相似，但分支程度比支链淀粉要高。糖原是动物体能量的主要来源，葡萄糖在血液中的含量较高时，就结合成糖原储存于肝脏中，当血液中含糖量降低时，就分解为葡萄糖而供给机体能量。糖原是无色粉末，溶于水呈乳色，遇碘显棕至紫色。糖原是动物体内葡萄糖的储存形式纤维素作为植物的骨架β-1,4-糖苷键纤维素植物细胞壁含有高百分比的结构同多糖纤维素，纤维素大约占生物圈中的有机物质的50％以上。不象贮存多糖那样位于细胞内，纤维素和其它结构多糖是由细胞内合成然后分泌出来的细胞外分子。糖脂(glycolipid)：是糖与脂类的结合物。糖蛋白(glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。常见的结合糖有三、糖的主要生理功能1.氧化供能（能源）如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。3.作为生物体的结构成分这是糖的主要功能。糖类占机体全部能量的70%。2.提供合成体内其他物质的原料（碳源）如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。作为生物膜、神经组织等的组分。作为核酸类化合物的成分,构成核苷酸，DNA，RNA等。4.作为细胞识别的信息分子四、食物中糖的消化和吸收（一）糖的消化动物的食物中糖:主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。消化部位：主要在小肠，少量在口腔（二）糖的吸收1.吸收部位：小肠上段2.吸收形式：单糖五、糖代谢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第二节多糖和低聚糖的酶促降解一、淀粉（糖原）的酶促水解1.淀粉的水解2.糖原的磷酸解α-淀粉酶β-淀粉酶R-酶(脱支酶）麦芽糖酶磷酸化酶转移酶脱支酶是淀粉内切酶，作用于淀粉分子内部的任意的α-1，4糖苷键。极限糊精是指淀粉酶不能再分解的支链淀粉残基。α-极限糊精是指含α-1，6糖苷键由3个以上葡萄糖基构成的极限糊精。（一）淀粉的水解1、α-淀粉酶直链淀粉葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+低聚糖的混合物支链淀粉葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+α-极限糊精2、β-淀粉酶是淀粉外切酶，水解α-1，4糖苷键，从淀粉分子外即非还原端开始，每间隔一个糖苷键进行水解，每次水解出一个麦芽糖分子。直链淀粉麦芽糖支链淀粉麦芽糖+β-极限糊精β-极限糊精是指β-淀粉酶作用到离分支点2-3个葡萄糖基为止的剩余部分。两种淀粉酶降解的终产物主要是麦芽糖α-1,6-糖苷键α-1,4-糖苷键非还原端非还原端还原端两种淀粉酶性质的比较α-淀粉酶不耐酸，pH3时失活耐高温，70C时15分钟仍保持活性广泛分布于动植物和微生物中。-淀粉酶耐酸，pH3时仍保持活性不耐高温，70C15分钟失活主要存在植物体中α-淀粉酶及β-淀粉酶水解支链淀粉的示意图3、R-酶(脱支酶）水解α-1，6糖苷键，将α及β-淀粉酶作用支链淀粉最后留下的极限糊精的分支点水解，产生短的只含α-1，4-糖苷键的糊精，使之可进一步被淀粉酶降解。不能直接水解支链淀粉内部的α-1，6糖苷键。4、麦芽糖酶催化麦芽糖水解为葡萄糖，是淀粉水解的最后一步。淀粉的彻底水解需要上述水解酶的共同作用，其最终产物是葡萄糖（二）淀粉的磷酸解1、磷酸化酶催化淀粉非还原末端的葡萄糖残基转移给P，生成G-1-P,同时产生一个新的非还原末端，重复上述过程。直链淀粉G-1-P支链淀粉G-1-P+磷酸化酶极限糊精磷酸化酶不能将支链淀粉完全降解，只能降解到距分支点4个葡萄糖残基为止，留下一个大而有分支的多糖链，称为磷酸化酶极限糊精。淀粉（或糖原）降解1.到分枝前4个G时，淀粉磷酸化酶停止降解2.由转移酶切下前3个G，转移到另一个链上3.脱支酶水解α-1，6糖苷键形成直链淀粉。脱下的Z是一个游离葡萄糖4.最后由磷酸化酶降解形成G-1-PG—1—P脱支酶磷酸化酶糖原降解主要有糖原磷酸化酶和糖原脱支酶催化进行。肝脏肌肉G+Pi（葡萄糖-6-磷酸酶）进入糖酵解糖原磷酸化酶：从非还原端催化1-4糖苷键的磷酸解。（三）糖原的降解磷酸葡萄糖变位酶G-6-PG-1-P糖原+Pi糖原+G-1-P（n残基）（n-1残基）例肝糖元的分解77磷酸化酶(别构酶)ATP抑制-AMP激活+H3PO4α葡萄糖1，4糖苷键α葡萄糖1，6糖苷键糖原核心糖原核心G-1-P+去分枝酶+H3PO41G-1-P糖原核心磷酸化酶+H3PO4G-1-P去单糖降解转移酶糖原核心二、双糖的水解蔗糖+H2O葡萄糖+果糖转化酶蔗糖酶1.转化酶2.蔗糖合成酶催化蔗糖与UDP反应生成果糖和尿苷二磷酸葡萄糖蔗糖+UDPUDPG+果糖（一）蔗糖的水解（二）麦芽糖的水解麦芽糖+H2O麦芽糖酶2葡萄糖（三）乳糖的水解乳糖+H2O葡萄糖半乳糖+乳糖酶β-半乳糖苷酶第三节糖的分解代谢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）（有氧）发酵动物细胞植物细胞细胞膜细胞质线粒体高尔基体细胞核内质网溶酶体细胞壁叶绿体有色体白色体液体晶体分泌物吞噬中心体胞饮细胞膜丙酮酸氧化三羧酸循环磷酸戊糖途径糖酵解（一）糖的无氧酵解糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖在人体组织中进行分解生成乳酸的过程，这一过程称为糖酵解作用。糖酵解途径几乎是具有细胞结构的所有生物所共有的葡萄糖降解的途径，它最初是从研究酵母的酒精发酵发现的，故名糖酵解。整个糖酵解过程是1940年得到阐明的。为纪念在这方面贡献较大的三位生化学家，也称糖酵解过程为Embden-Meyerhof-Parnas途径(简称EMP途径)。糖酵解中葡萄糖丙酮酸是在细胞质中进行。不论有氧还是无氧条件均能发生。E：Embden；M:Meyerhof；P:Parnas发酵作用和糖酵解→统称为糖的无氧代谢发酵：指葡萄糖或其他有机物质的厌氧降解过程，包括乳酸发酵和乙醇发酵。糖酵解中葡萄糖生成丙酮酸的过程，是糖的共同分解途径。二者异同点：a.这两种过程均不需要氧的参加，均属无氧代谢；b.起始物相同：葡萄糖；c.终产物不同：前者为乙醇和二氧化碳后者为乳酸；d.糖酵解并不涉及有氧气存在与否，而发酵一定是在无氧条件下进行。糖酵解过程10个酶催化的11步反应3个阶段三个阶段一：已糖磷酸酯的生成(活化)二：丙糖磷酸的生成(裂解)三：甘油醛3-磷酸生成丙酮酸四：丙酮酸还原成乳酸（无氧）⑴葡萄糖磷酸化生成葡萄糖6-磷酸糖酵解阶段1(G)HCCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOHATPADPMg2+已糖激酶(G-6-P）HCCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOHOHO-OHOP糖酵解过程的第一个限速酶已糖激酶(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+作为辅助因子限速酶/关键酶特点:1、催化不可逆反应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⑵葡萄糖6-磷酸异构化转变为6-磷酸果糖糖酵解阶段1(G-6-P）HCCCCCCH2OOHOHOHHHOHHOHPOOHOH磷酸葡萄糖异构酶(F-6-P）OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH⑶果糖6-磷酸再磷酸化生成果糖1,6-二磷酸糖酵解过程1(F-6-P）OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOHATPADPMg2+磷酸果糖激酶（PFK）糖酵解过程的第二个限速酶(F-1,6-2P）O-CH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOHO-POOHOH磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶是一种变构酶是糖酵解三个限速酶中催化效率最低的酶,因此被认为是糖酵解作用最重要的限速酶。变构激活剂：AMP、ADP、1,6-二磷酸果糖、2,6-二磷酸果糖变构抑制剂：ATP、柠檬酸、长链脂肪酸糖酵解阶段2⑷磷酸丙糖的生成(F-1,6-2P）CCCCCH2OOOHHHOHHOHCH2OPOOHOHPOOHOH二羟丙酮磷酸OHCH2COCH2OPOOHOH甘油醛3-磷酸OHHOCCHCH2OPOOHOH醛缩酶+糖酵解阶段2⑸磷酸丙糖的互换二羟丙酮磷酸(dihydroxyacetonephosphate)OHCH2COCH2OPOOHOH丙糖磷酸异构酶OHHOCCHCH2OPOOHOH甘油醛3-磷酸(glyceraldehyde3-phosphate)果糖1,6-二磷酸2×甘油醛3-磷酸上述的5步反应（二个阶段）完成了糖酵解的准备阶段。酵解的准备阶段包括两个磷酸化步骤由六碳糖裂解为两分子三碳糖，最后都转变为甘油醛3-磷酸。在准备阶段中，并没有从中获得任何能量，与此相反，却消耗了两个ATP分子。是投资阶段。以下的5步反应包括氧化—还原反应、磷酸化反应。这些反应正是从甘油醛3-磷酸提取能量形成ATP分子。糖酵解阶段3⑹甘油醛3-磷酸氧化为甘油酸1,3-二磷酸甘油醛3-磷酸(glyceraldehyde3-phosphate)OHHOCCHCH2OPOOHOH+NADH+H+NAD+3-磷酸甘油醛脱氢酶HPO42-OHO-OCCHCH2OPOOHOH甘油酸1,3-二磷酸(1,3-diphosphoglycerate)OPO32-糖酵解中唯一的脱氢反应糖酵解阶段3⑺甘油酸-1,3-二磷酸转变为甘油酸-3-磷酸OHO-OCCHCH2OPOOHOH甘油酸-1,3-二磷酸(1,