生物化学课件-糖代谢

第4章糖代谢MetabolismofCarbohydrates陈耕夫副教授生物化学与分子生物学教研室[e-mail]主要内容一、概述二、糖的无氧分解（糖酵解）三、糖的有氧分解四、磷酸戊糖途径五、糖原的合成与分解六、糖异生七、血糖及其调节一、概述（一）糖的概念糖(carbohydrates)即碳水化合物，大多数可以用Cx(H2O)y标示其分子式。其化学本质为多羟基醛或多羟基酮类及其衍生物或多聚物。一、概述（二）糖的分类单糖：不能再水解的糖，如葡萄糖、果糖等。寡糖：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，如蔗糖、麦芽糖等多糖：能水解生成多个分子单糖的糖，如淀粉、糖原、纤维素等。结合糖：糖与非糖物质的结合物。又分为糖脂：糖与脂类的结合物。糖蛋白：糖与蛋白质的结合物，表现为蛋白质的理化性质。蛋白聚糖：糖与蛋白质结合物，表现为多糖的理化性质。单糖OHOHHHOHHOHOOHOOHHHHOHOHHOHHCH2OH葡萄糖(glucose)（已醛糖）果糖(fructose)（已酮糖）OHOHOHOHHHOHHOHOOHOHHOH2CHHOHHCH2OH寡糖麦芽糖(maltose)：葡萄糖—葡萄糖蔗糖(sucrose)：葡萄糖—果糖乳糖(lactose)：葡萄糖—半乳糖多糖淀粉——是植物中养分的储存形式。淀粉颗粒a-1,4-糖苷键多糖糖原——是动物体内葡萄糖的储存形式。糖原的结构特点：1.葡萄糖单元以a-1,4-糖苷键形成长链。2.约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以a-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。3.每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。多糖纤维素——作为植物的骨架。β-1,4-糖苷键结合糖——糖脂糖类与脂类结合形成的复合物。结合糖——糖蛋白如血型的抗原性来源于糖蛋白多糖链，糖链末端单糖的不同决定了不同的血型。↓Gal→GNAc→Gal→GalNAc→Ser（Thr）↑Gal→GNAcFuc↓Gal→GNAc↓FucO型Gal→B型GalNAc→A型Gal→B型GalNAc→A型Gal↓GNAc↓（α1→3）（α1→2）【Gal半乳糖;GalNAc乙酰半乳糖胺;Fuc岩藻糖;GNAc乙酰葡萄糖胺】结合糖——蛋白聚糖由一条或多条糖基侧链和一个核心蛋白以共价键相连形成的复合糖。在复合糖中糖的含量远高于蛋白质（糖的含量可超过95%），故蛋白聚糖主要表现为多糖的理化性质。透明质酸硫酸角质素硫酸软骨素连接蛋白蛋白聚糖核心蛋白一、概述（三）糖的主要生理功能是氧化供能糖在生命活动中的主要作用是提供碳源和能源提供合成体内其他物质的原料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。作为机体组织细胞的组成成分如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。一、概述（四）糖的消化吸收主要是在小肠进行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。淀粉消化的基本过程人体不能消化食物中所含有的大量纤维素，但纤维素是维持人体健康所必需的成分。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口腔肠腔胰液中的α-淀粉酶一、概述（五）葡萄糖的吸收和转移葡萄糖的吸收葡萄糖吸收部位为小肠上段，以单糖形式吸收。葡萄糖吸收是一个依赖特定载体转运的、间接耗能的主动吸收。葡萄糖的转移葡萄糖吸收进入血液后，主要依赖葡萄糖转运体(glucosetransporter，GLUT)的作用进入细胞。一、概述（六）葡萄糖的代谢概况葡萄糖酵解途径丙酮酸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核糖+NADPH+H+淀粉消化与吸收有氧H2O及CO2ATP主要内容一、概述二、糖的无氧分解（糖酵解）三、糖的有氧分解四、磷酸戊糖途径五、糖原的合成与分解六、糖异生七、血糖及其调节二、糖的无氧分解（糖酵解）（一）定义在机体缺氧条件下，葡萄糖经一系列酶促反应生成丙酮酸进而还原生成乳酸的过程称为糖酵解（glycolysis），亦称糖的无氧氧化（anaerobicoxidation）。糖酵解的反应部位：胞浆二、糖的无氧分解（糖酵解）（二）糖无氧分解的基本过程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。1.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第一阶段：葡萄糖经酵解途径分解为两分子丙酮酸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。这些特性使葡萄糖激酶在维持血糖水平和糖代谢中起着重要的生理作用。己糖激酶的同工酶2.6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖己糖异构酶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6-磷酸葡萄糖PPOCH2OHHOOHHOHHOHHH6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)3.6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖ATPADPMg2+6-磷酸果糖激酶-1GluG-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6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1)6-磷酸果糖1,6-双磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P)CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHPPPP1,6-双磷酸果糖4.磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖醛缩酶(aldolase)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磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛+CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPOCH2OHCOCH2POCH2PPO5.磷酸丙糖的同分异构化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磷酸烯醇式丙酮酸磷酸丙糖异构酶(phosphotrioseisomerase)3-磷酸甘油醛CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO磷酸二羟丙酮CH2OHCOCH2POCH2PPO6.3-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(glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase)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3-磷酸甘油醛CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO1,3-二磷酸甘油酸O=CCOHCH2POPPOPPO7.1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶(phosphoglyceratekinase)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磷酸烯醇式丙酮酸在以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)。1,3-二磷酸甘油酸O=CCOHCH2POPPOPPO3-磷酸甘油酸COOHCOHCH2POPPO8.3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸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磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸变位酶(phosphoglyceratemutase)3-磷酸甘油酸COOHCOHCH2POPPO2-磷酸甘油酸COOHCCH2POPPOOHOH9.2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶(enolase)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2-磷酸甘油酸COOHCCH2POPPOOHOH+H2O磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)COOHCCH2PPOADPATPK+Mg2+丙酮酸激酶(pyruvatekinase)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10.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第二阶段：丙酮酸转变成乳酸反应中的NADH+H+来自于上述第6步反应中的3-磷酸甘油醛脱氢反应。丙酮酸乳酸乳酸脱氢酶(Lactatedehydrogenase,LDH)NADH+H+NAD+COOHCHOHCH3COOHC=OCH3E1:己糖激酶E2:6-磷酸果糖激酶-1E3:丙酮酸激酶NAD+乳酸糖酵解的代谢途径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+二、糖的无氧分解（糖酵解）（三）糖无氧分解过程总结（1）反应部位：胞浆；（2）糖酵解是一个不需氧的产能过程；（3）反应全过程中有三步不可逆的反应，催化不可逆反应的三个关键酶是己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶；二、糖的无氧分解（糖酵解）（三）糖无氧分解过程总结（4）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=2ATP从Gn开始2×2-1=3ATP（5）终产物乳酸的去路释放入血，分解利用或者进行乳酸循环（糖异生）。二、糖的无氧分解（糖酵解）（三）糖无氧分解过程总结（6）除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。果糖GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP半乳糖1-磷酸半乳糖1-磷酸葡萄糖半乳糖激酶变位酶甘露糖6-磷酸甘露糖己糖激酶丙酮酸二、糖的无氧分解（糖酵解）（四）糖无氧分解的调控关键酶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化学修饰调节F-6-PF-1,6-2PATPADPPFK-1磷蛋白磷酸酶