6.2012糖代谢

第九章糖类代谢主要内容和要求：建立起物质代谢和能量代谢的整体概念，进而讨论糖的分解与合成，重点掌握以葡萄糖为代表的单糖的分解与合成的主要途径。目录第一节新陈代谢概述第二节生物体内的主要糖类及生物功能第三节单糖的分解代谢第四节双糖和多糖的酶促降解第五节糖的生物合成新陈代谢的概念和特点新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用（dissimilation），通过上述过程不断地进行自我更新。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特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行自养生物异样生物光养生物化养生物新陈代谢的研究方法体内试验（invivo）和体外试验（novivo）示踪法（化合物示踪、同位素示踪）抗代谢物和酶抑制剂的利用体内物质代谢的种类糖代谢能量代谢脂代谢氨基酸代谢核酸代谢糖代谢C、H、O，（CH2O）n。多羟基醛（或酮）及其衍生物。能源：1g葡萄糖完全氧化为CO2和H2O可生成16.74KJ的能量，其中约34%转化为ATP。碳源：是很多含碳物质的前体物质，可转变成非糖物质。糖的消化吸收是在小肠进行的（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，少量在口腔淀粉麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）α-极限糊精+异麦芽糖（30%）（5%）葡萄糖唾液中的α-淀粉酶α-葡糖苷酶α-极限糊精酶消化过程肠粘膜上皮细胞刷状缘胃口腔肠腔胰液中的α-淀粉酶（二）糖的吸收1.吸收部位小肠上段2.吸收形式单糖第二节生物体内的主要糖类及生物功能1、单糖的链状结构和环状结构2、重要的单糖及衍生物3、重要的寡糖4、重要的多糖5、糖类的生物学作用L/左旋D/右旋D系醛糖的立体结构D(+)-阿洛糖D(+)-阿桌糖D(+)-葡萄糖D(+)-甘露糖D(+)-古洛糖D(-)-艾杜糖D(+)-半乳糖D(+)-塔罗糖(allose)(altrose)(glucose)(mannose)(gulose)(idose)(galactose)(talose)D(-)-赤鲜糖(erythrose)D(-)-苏糖(threose)D(+)-甘油醛(allose)D(-)-核糖(ribose)D(-)-阿拉伯糖(arabinose)D(+)-木糖(xylose)D(-)-米苏糖(lysose)D系酮糖的立体结构D(-)-赤藓酮糖(erythrulose)D(-)-核酮糖(ribulose)D(+)-核酮糖(xylulose)D(+)-阿洛酮糖(psicose,allulose)D(-)-果糖(fructose)D(+)-山梨糖(sorbose)D(-)-洛格酮糖(tagalose)二羟丙酮(dihytroasetone)吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）吡喃呋喃-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃果糖-D-呋喃葡萄糖-D-呋喃果糖D-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤转折旋转-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖重要的单糖—戊糖-D-吡喃木糖-D-呋喃核糖2-脱氧-D-呋喃核糖-D-芹菜糖-L-呋喃阿拉伯糖-D-呋喃阿拉伯糖D-核酮糖D-木酮糖重要的单糖—己糖-D-吡喃葡萄糖-L-吡喃山梨糖-D-吡喃甘露糖-L-吡喃半乳糖-D-吡喃半乳糖-D-呋喃果糖重要的单糖—庚糖和辛糖L-甘油-D-甘露庚糖D-景天庚酮糖D-甘露庚酮糖甘油部分甘露糖部分单糖磷酸酯D-甘油醛-3-磷酸-D-葡萄糖-1-磷酸-D-葡萄糖-6-磷酸-D-果糖-6-磷酸-D-果糖-1，6-二磷酸重要的二糖蔗糖D-麦芽糖乳糖纤维二糖环糊精结构-环糊精分子结构环糊精分子的空间填充模型淀粉和糖原结构NRERE直链淀粉支链淀粉或糖原分支点的结构RENRE(16)分支点支链淀粉或糖原分子示意图直链淀粉的螺旋结构0.8nm1.4nm6个残基纤维素片层结构纤维素一级结构植物细胞壁与纤维素的结构微纤维纤维素链植物细胞中的纤维素微纤维细胞壁糖类的生物学作用糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，主要的生物学作用如下：作为生物体的结构成分作为生物体内的主要能源物质作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等合成的前体作为细胞识别的信息分子双糖的酶促降解蔗糖+H2O葡萄糖+果糖蔗糖酶麦芽糖+H2O2葡萄糖麦芽糖酶乳糖+H2O葡萄糖+半乳糖--β-半乳糖苷酶蔗糖合酶+果糖UDPUDPG蔗糖+多糖的酶促降解1.糖原的分解糖原的结构及其连接方式-1，6糖苷键-1，4-糖苷键是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。肌肉：肌糖原，180~300g，主要供肌肉收缩所需肝脏：肝糖原，70~100g，维持血糖水平糖原(glycogen)糖原储存的主要器官及其生理意义糖原的磷酸解磷酸化酶（催化1.4-糖苷键断裂）转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）脱支酶（催化1.6-糖苷键断裂）三种酶协同作用：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）转移酶脱支酶（释放1个葡萄糖）1-磷酸葡糖6-磷酸葡糖磷酸葡糖变位酶1-磷酸葡糖转变成6-磷酸葡糖6-磷酸葡糖水解生成葡萄糖葡糖-6-磷酸酶（肝，肾）葡萄糖6-磷酸葡糖肌糖原分解的前几步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡糖之后，由于肌肉组织中不存在葡糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。2、淀粉的分解淀粉磷酸化酶脱支酶淀粉+nH3PO4n1-p-G+少量葡萄糖淀粉的磷酸解淀粉的酶促水解解α－淀粉酶：在淀粉分子内部任意水解α-1.4糖苷键。（内切酶）β－淀粉酶:从非还原端开始，水解α－１.4糖苷键，依次水解下一个β－麦芽糖单位（外切酶）脱支酶（R酶）:水解α－淀粉酶和β－淀粉酶作用后留下的极限糊精中的1.6－糖苷键。α－淀粉酶β－淀粉酶第三节单糖的分解代谢一、生物体内单糖的主要分解代谢途径及细胞定位二、糖酵解（EMP）三、丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降解途径四、三羧酸循环（TCA）草酰乙酸回补反应五、磷酸戊糖途径（PPP）六、其它糖进入单糖分解的途径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、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）二、糖酵解（glycolysis）1、化学历程和催化酶类2、化学计量和生物学意义3、糖酵解的调控糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称ＥＭＰ途径。EMP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-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-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的生成第一阶段：葡萄糖的磷酸化ATPADP己糖激酶Mg2+磷酸己糖异构酶第二阶段：磷酸己糖的裂解醛缩酶磷酸丙糖异构酶第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成NAD+NADH+H+PiADPATPH2OATPADP丙酮酸PEP丙酮酸激酶Mg2+或Mn2+3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸变位酶Mg2+烯醇化酶Mg2+或Mn2+糖酵解途径ＥＭＰ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2ATP2NADH5ATP或3ATP影响酵解的调控位点及相应调节物糖原（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-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-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ATPG-6-PADPb磷酸果糖ADPATP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ATPAla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。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三羧酸循环（有氧或无氧）乳酸乙醇糖酵解途径（有氧或无氧）丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解乳酸COOHCH(OH)CH3葡萄糖EMPCH2OHCH3乙醇TPPCO2乙醛CHOCH3COOHC==OCH3丙酮酸葡萄糖的无氧分解乳酸脱氢酶丙酮酸脱羧酶醇脱氢酶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线粒体内丙酮酸脱氢酶系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NADH+H+TPP硫辛酸CoASHNAD+CH3-C-SCoAO羟乙基TPP焦磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脱羧中的作用C-H+C-CH3-C-COOHOHCO2丙酮酸硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用氧化型硫辛酸SSCCC(CH2)4COO-SHSCCC(CH2)4COO-乙酰二氢硫辛酸+2H-2H二氢硫辛酸HSHSCCC(CH2)4COO-泛酸和辅酶A（CoASH）SH酰基结合位点维生素pp和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）递氢体作用：NAD++2HNADH+H+维生素B2和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）递氢体作用：FAD+2HFADH2四、三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle,TCA循环）1、三羧酸循环的化学历程2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量3、三羧循环的生物学意义4、三羧酸循环的调控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氧化脱羧阶段柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸－酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸苹果酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+TCA第一阶段：柠檬酸生成H2OOCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合成酶顺乌头酸酶草酰乙酸TCA第二阶段：氧化脱羧CO2GDP＋PiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASHCoASH异柠檬酸脱氢酶CO2－酮戊二酸脱氢酶琥珀酰CoA合成酶Mg2+~TCA第三阶段：草酰乙酸再生FADFADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶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”:1GTP能量“支票”:3NADH1FADH2兑换率1：2.57.5ATP兑换率1：1.51.5AT