生物化学第4章-糖代谢

南华大学生物化学多媒体课件第四章糖代谢MetabolismofCarbohydrates生物化学本章要求1.掌握糖酵解的过程、部位、关键酶和意义。2.掌握糖有氧氧化的过程、部位、关键酶和意义。3.掌握磷酸戊糖途径的意义。4.掌握糖原合成与分解的过程、关键酶。5.掌握糖异生的过程、部位、关键酶和意义。6.掌握血糖正常值、来源、去路和意义。生物化学糖(carbohydrates)是含有多羟基的醛类或酮类化合物及其衍生物或多聚物。其实验式为Cn(H2O)m,其中H:O=2:1。•糖的化学（一）糖的概念生物化学（二）糖的分类及其结构根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类:•单糖(monosacchride)•寡糖(oligosacchride)•多糖(polysacchride)•结合糖(glycoconjugate)生物化学1.单糖:不能再水解的糖。葡萄糖(glucose)——已醛糖果糖(fructose)——已酮糖OOHHHHOHOHHOHHCH2OHOHOHOHOHHHOHHOHOHOHHHOHHOHOOHOOHOHHOH2CHHOHHCH2OH生物化学OOHHHOHHOHHOHHCH2OHOHOHOHOHHOHHHOH半乳糖(galactose)—已醛糖核糖(ribose)—戊醛糖OHHHHOHOHOHHOH2COHHOHHOHOHOH生物化学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。生物化学能水解生成多个分子单糖的糖。常见的多糖有：•淀粉(starch)•糖原(glycogen)•纤维素(cellulose)3.多糖生物化学①淀粉：是植物中养分的储存形式。淀粉颗粒生物化学②糖原：是动物体内葡萄糖的储存形式。生物化学③纤维素：作为植物的骨架。β-1,4-糖苷键生物化学•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：4.结合糖：糖与非糖物质的结合物。生物化学第一节概述Introduction生物化学1.氧化供能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.作为机体组织细胞的组成成分这是糖的主要功能。4千卡/g2.提供合成体内其他物质的原料如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。一、糖的生理功能生物化学二、糖的消化与吸收（一）糖的消化人类食物中的糖主要有植物淀粉、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。生物化学消化过程淀粉麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）α-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%）葡萄糖唾液中的α-淀粉酶α-葡萄糖苷酶α-临界糊精酶肠粘膜上皮细胞刷状缘胃口腔肠腔胰液中的α-淀粉酶食物中含有的大量纤维素，因人体内无-糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。生物化学（二）糖的吸收1.吸收部位：小肠上段2.吸收形式：单糖生物化学3.吸收机制ADP+PiATPGluNa+K+Na+泵小肠粘膜细胞肠腔门静脉Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependentglucosetransporter,SGLT)刷状缘细胞内膜生物化学4.吸收途径小肠肠腔肠粘膜上皮细胞门静脉肝脏体循环SGLT各种组织细胞GLUTGLUT：葡萄糖转运体(glucosetransporter)，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT1～5)。生物化学第二节糖的无氧分解Glycolysis生物化学第一阶段:由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolyticpathway)。第二阶段:由丙酮酸转变成乳酸。*糖酵解的定义:*糖酵解分为两个阶段:*糖酵解的反应部位：胞浆.在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。一、糖酵解的反应过程生物化学⑴葡萄糖磷酸转化为6-磷酸葡萄糖ATPADPMg2+己糖激酶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3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖OCH2HOHHOOHHOHHOHHH6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P)PPOCH2OHHOOHHOHHOHHH（一）葡萄糖分解成丙酮酸关键酶或限速酶:己糖激酶生物化学反应特点：反应不可逆，消耗能量。哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是：①对葡萄糖的亲和力很低②受激素调控生物化学⑵6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖己糖异构酶6-磷酸葡萄糖PPOCH2OHHOOHHOHHOHHH6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)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3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸生物化学⑶6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖ATPADPMg2+6-磷酸果糖激酶-1关键酶或限速酶:6-磷酸果糖激酶-16-磷酸果糖1,6-双磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P)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3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸生物化学反应特点：反应不可逆，消耗能量。生物化学CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHPPPP1,6-双磷酸果糖⑷磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖醛缩酶(aldolase)+3-磷酸甘油醛CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO磷酸二羟丙酮CH2OHCOCH2POCH2PPOGluG-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3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸生物化学⑸磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖异构酶3-磷酸甘油醛CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO磷酸二羟丙酮CH2OHCOCH2POCH2PPOGluG-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3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸生物化学阶段A特点：一分子6碳糖裂解为两分子3碳糖两个不可逆反应步骤：HK或GK；PFK-1耗能：消耗2ATP（糖原消耗1ATP）糖原n+1糖原n+1-磷酸葡萄糖磷酸化酶生物化学⑹3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸Pi,NAD+NADH+H+3-磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO1,3-二磷酸甘油酸O=CCOHCH2POPPOPPOGluG-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3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸生物化学⑺1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶1,3-二磷酸甘油酸O=CCOHCH2POPPOPPO3-磷酸甘油酸COOHCOHCH2POPPO※底物在脱氢或脱水时由于分子内部能量重新分布而生成高能键，底物将其高能键直接转给ADP生成ATP的方式，称为底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)。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3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸生物化学⑻3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油酸COOHCOHCH2POPPO2-磷酸甘油酸COOHCCH2POPPOOHOHGluG-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3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸生物化学⑼2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶2-磷酸甘油酸COOHCCH2POPPOOHOH+H2O磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)COOHCCH2PPOGluG-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3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸生物化学ADPATP丙酮酸激酶⑽磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，并通过底物水平磷酸化生成ATP磷酸烯醇式丙酮酸COOHCCH2PPO丙酮酸COOHC=OCH3关键酶或限速酶:丙酮酸激酶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3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸生物化学阶段B特点：一个不可逆反应步骤：PK产生能量：2×2ATP=4ATP一次脱氢反应，NADH+H+用于丙酮酸还原成乳酸生物化学反应中的NADH+H+来自于上述第6步反应中的3-磷酸甘油醛脱氢反应。乳酸脱氢酶(LDH)NADH+H+NAD+乳酸COOHCHOHCH3丙酮酸COOHC=OCH3(二)丙酮酸转变成乳酸生物化学E1:己糖激酶E2:6-磷酸果糖激酶-1E3:丙酮酸激酶NAD+乳酸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3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸E2E1E3NADH+H+糖酵解的代谢途径总图生物化学GG-6-PATPADP己糖激酶ADPATPPEP丙酮酸丙酮酸激酶⑴反应部位：胞浆⑵糖酵解是一个不需氧的产能过程⑶反应全过程中有三步不可逆的反应糖酵解小结:ATPADPF-6-PF-1,6-2P磷酸果糖激酶-1生物化学⑷产能的方式和数量方式：底物水平磷酸化净生成ATP数量：从G开始:2×2-2=2ATP⑸终产物乳酸的去路释放入血，进入肝脏再进一步代谢。分解利用乳酸循环（糖异生）生物化学关键酶①己糖激酶②6-磷酸果糖激酶-1③丙酮酸激酶调节方式①别构调节②共价修饰调节二、糖酵解的调节生物化学（一）6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1)*别构调节别构激活剂：AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P。别构抑制剂：柠檬酸;ATP（高浓度）。F-1,6-2P正反馈调节该酶此酶有二个结合ATP的部位：①活性中心底物结合部位（低浓度时）②活性中心外别构调节部位（高浓度时）生物化学（二）丙酮酸激酶1.别构调节别构抑制剂：ATP，丙氨酸。别构激活剂：1,6-双磷酸果糖。生物化学2.共价修饰调节丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATPADPPi磷蛋白磷酸酶（无活性）（有活性）胰高血糖素PKA,CaM激酶PPKA：蛋白激酶A(proteinkinaseA)CaM：钙调蛋白cAMP生物化学(三)己糖激酶或葡萄糖激酶*6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。*长链脂肪酰CoA可变构抑制肝葡萄糖激酶。*胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录,促进酶的合成。生物化学三、糖酵解的生理意义1.是