6糖代谢

第六章糖代谢第一节代谢概述概念：生物体内的一切反应；包括能量代谢与物质代谢特点：特定途径、酶促反应、可调节第二节双糖与多糖的酶促降解一、双糖的酶促降解(一)蔗糖：1.蔗糖合成酶途径在蔗糖合成酶催化下，蔗糖和核苷二磷酸（NDP)(ADP、GDP、CDP、UDP、TDP)反应，生成果糖和核苷酸葡萄糖（NDPG)+NDP蔗糖合成酶果糖+OCH2OHHOHOHHHCH2OHOCH2OHHHOHHOHOHHOHOHNOHHOHHHCH2OCH2OHHHOHHOHOHHOHPOPOOOOONDPG蔗糖第六章糖代谢第六章糖代谢意义：因NDPG是合成淀粉、纤维素等多糖的活性供糖体，所以该途径的重要意义在于为多糖合成提供糖基。2.蔗糖酶途径：在蔗糖酶催化下，蔗糖水解为葡萄糖和果糖旋光度发生了变化，产物总称为转化糖，蔗糖酶也叫转化酶OCH2OHHOHOHHHCH2OHOCH2OHHHOHHOHOHHOH+H2OOOHCH2OHHOHOHHHCH2OHOCH2OHHHOHHOHOHHOHH+蔗糖酶+66.5°+52.2°-93°-20.4°蔗糖葡萄糖果糖第六章糖代谢（二）麦芽糖：植物体内麦芽糖的主要来源是淀粉的水解，麦芽糖一经生成，就在-葡萄糖苷酶作用下水解为两分子葡萄糖。（三）乳糖：在乳糖酶的催化下乳糖水解为葡萄糖和半乳糖乳糖+H2O葡萄糖+半乳糖乳糖酶OCH2OHHHHOHOHHOHHOCH2OHHHOHHOHOHHOH+H2OOCH2OHHHHOHOHHOHHOHOCH2OHHHOHHOHOHHOHH+-葡萄糖苷酶麦芽糖葡萄糖第六章糖代谢(一)淀粉的酶促降解有两种方式：水解和磷酸解1.水解由淀粉酶催化，有-淀粉酶和--淀粉酶，它们都水解（1→4）苷键，但不能水解（1→6）苷键，其作用机理为麦芽糖麦芽三糖-糊精-淀粉酶-淀粉酶麦芽糖-糊精--淀粉酶作用点与作用方向支链淀粉二、淀粉、糖原的酶促降解第六章糖代谢酶温度（70℃）pH（3.3）作用机理（1→4苷键）直链淀粉产物支链淀粉产物－淀粉酶稳定失活随机作用麦芽糖、少量麦芽三糖和葡萄糖麦芽糖、少量麦芽三糖和葡萄糖、-糊精－淀粉酶失活稳定从非还原端开始、两两作用、不越过1-6苷键麦芽糖麦芽糖、极限糊精两种淀粉酶的比较R－酶降解（1→6）苷键，去除分支，也称为脱支酶麦芽糖酶（－葡萄糖苷酶）水解产物中的麦芽糖淀粉时在-淀粉酶、--淀粉酶、R－酶、麦芽糖酶共同作用下，水解为葡萄糖2.磷酸解：由淀粉磷酸化酶催化，该酶从非还原端开始，催化磷酸解（1→4）苷键，其产物为G－1－P。但不能作用（1→6）苷键，也不能跨过分支点，因此作用于支链淀粉时还产生带分支的很大的磷酸化酶极限糊精。分支点由支链淀粉-6-葡聚糖水解酶去除。第六章糖代谢淀粉磷酸化酶OCH2OHHHHOHOHHOHOCH2OHHHHOHOHHOHOCH2OHHHOHHOHOHHOHOCH2OHHHHOHOHHOHPiOHOCH2OHHHOHHOHOHHOPO3H2HOCH2OHHHHOHOHHOHOCH2OHHHHOHOHHOHOCH2OHHHHOHOHHOH+（非还原端）淀粉（n）淀粉（n-1）G–1–PG-1-PG-1-P磷酸化酶极限糊精支链淀粉-6-葡聚糖水解酶第六章糖代谢（二）糖原的酶促降解：磷酸解（糖原磷酸化酶、转移酶、脱支酶）糖原(n)+Pi糖原（n-1）＋G-1-P糖原磷酸化酶Pi糖原磷酸化酶转移酶脱支酶G-1-P第六章糖代谢三、细胞壁多糖的降解1.纤维素2.果胶纤维素纤维二糖葡萄糖纤维素酶纤维二糖酶果胶半乳糖醛酸甲酯半乳糖醛酸+半乳糖醛酸聚半乳糖醛酸酶果胶裂解酶果胶酯酶（解聚）（去酯）裂解产物3.半纤维素半纤维素+H2O半纤维素酶单糖第六章糖代谢第三节糖酵解（EMP途径）一、概念：葡萄糖转变为丙酮酸的过程。产生少量能量，发生于细胞质。二、历程：1.准备阶段G-1-PG-6-P磷酸葡萄糖变位酶己糖激酶是催化该步反应的主要酶类OCH2OHHHOHHOHOHHOHHOCH2OHHOHHOHOHHOHHPMg2+ATPADP己糖激酶或葡萄糖激酶葡萄糖G-6-P①第六章糖代谢磷酸葡萄糖异构酶G-6-PF-6-P②OCH2OHHOHHOHOHHOHHPOOHCH2OHHOHOHHHCH2OPF-6-PF-1,6-2P磷酸果糖激酶③Mg2+ATPADPOOHCH2OHHOHOHHHCH2OPOOHCH2OPHOHOHHHCH2OP+OOHCH2OPHOHOHHHCH2OPCH2OHCH2OPCOCHOHCH2OPCHO④F-1,6-2P磷酸二羟丙酮3-磷酸-甘油醛第六章糖代谢2.产能阶段磷酸二羟丙酮3—磷酸甘油醛CH2OHCH2OPCOCHOHCH2OPCHO磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶⑤1,3—二磷酸甘油酸Mg2+ADPATPCHOHCH2OPCOO~PCHOHCH2OPCOHO3—磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶⑦3—磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢酶1,3—二磷酸甘油酸+NAD+Pi+CHOHCH2OPCHOHCH2OPCHO+NADH+H+COO~P⑥第六章糖代谢3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶CHOHCH2OPCOOHCH2OPCH2OHCOOH⑧2-磷酸甘油酸H2OCHOPCH2OHCOOHCCH2OCOOH~P+Mg2+或Mn2+磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）烯醇化酶⑨烯醇式丙酮酸PEP丙酮酸激酶⑩Mg2+ADPATPCCH2OCOOH~PCCH2OHCOOH第六章糖代谢烯醇式丙酮酸丙酮酸CCH2OHCOOHCOCH3COOH11反应特点：两个阶段（六碳和三碳阶段），两步需能反应（己糖激酶、磷酸果糖激酶），一步脱氢（磷酸甘油醛脱氢酶）,两步底物水平磷酸化（磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶）第六章糖代谢第六章糖代谢葡萄糖++NADNADH+H丙酮酸乳酸乳酸脱氢酶++NADCH3CH2OHCOOHNADH+HCOCH3COOH3.生成乳酸乙醇发酵葡萄糖+2Pi+2ADP2乙醇+2CO2+2ATP+H2O乳酸发酵葡萄糖+2Pi+2ADP2乳酸+2ATP+H2O三、丙酮酸去路1.进入三羧酸循环彻底氧化2.生成乙醇葡萄糖++NADNADH+H++NADCH3CHOCH3CH2OHCO2NADH+HCOCH3COOH丙酮酸乙醛乙醇丙酮酸脱羧酶醇脱氢酶第六章糖代谢葡萄糖G-6-PF-6-PF-1,6-2P3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮21,3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2PEP2烯醇式丙酮酸2丙酮酸乳酸乙醛乙醇三羧酸循环淀粉、糖原G-1-PATPATP2NADH2ATP2ATP第六章糖代谢产生ATP数目步骤能量产物ATP数有氧无氧葡萄糖→G-6-P-ATP-16或82F-6-P→F-1,6-2P-ATP-13-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸+2NADH+4或61,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸+2ATP+2PEP→烯醇式丙酮酸+2ATP+2丙酮酸→乳酸（乙醇）-2NADH-4或62.生物学意义（1）为代谢提供能量（2）提供中间产物（3）为彻底氧化准备原料1.化学计量葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+——→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++H2O四、化学计量及生物学意义第六章糖代谢1.限速酶2.糖酵解途径的调节位点（1）己糖激酶：ADP（－）；ATP、Pi（+）（2）磷酸果糖激酶：是糖酵解中最主要的调节酶，调节方式有三种：能荷调节：高ATP抑制活性，AMP可逆转这种抑制；柠檬酸调节：可通过增加ATP的方式对该酶进行抑制2，6-二磷酸果糖调节，是该酶有效的别构激活剂（3）丙酮酸激酶：F-1,6-2P（+）;长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP、丙氨酸（-）五、调控第六章糖代谢第四节三羧酸循环（TCA途径）一、丙酮酸氧化脱羧（发生于线粒体内部）丙酮酸脱氢酶复合体E1：丙酮酸脱羧酶（TPP）E2：硫辛酸转乙酰酶（硫辛酸）E3：二氢硫辛酸脱氢酶（FAD、NAD+）LSSE2LSSHE2COCH3LSHSHE2CoA--SHCH3COSCoAFADFADH2E3CH3CHOHTPPCOCH3COOHCO2TPPE1+NADH+H+NAD第六章糖代谢丙酮酸+CoA+NAD+—→乙酰CoA+NADH+H++CO2二、三羧酸循环1.概念乙酰CoA彻底氧化分解并释放能量的过程。发生于线粒体内2.反应历程柠檬酸合成酶+CCOOHOCH2COOHCH2COHCOOHCH2COOHCOOH+CoA--SHCH3COSCoA~乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸顺乌头酸CH2COHCOOHCH2COOHCOOHCH2CCOOHCHCOOHCOOHHCH2CHCOOHCHCOOHCOOHOHOH2OH2顺乌头酸酶顺乌头酸酶柠檬酸异柠檬酸丙酮酸脱氢脱羧的总反应：第六章糖代谢CH2CHCOOHCHCOOHCOOHOHCH2CHCOOHCCOOHCOOHOCH2CH2CCOOHCOOHOCO2NAD+NADHH++异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸草酰琥珀酸-酮戊二酸—酮戊二酸脱氢酶系—酮戊二酸CCOOHOCH2CH2COOHCOCH2CH2COOHSCoA~CO2NAD+NADHH++CoA--SH琥珀酰CoA第六章糖代谢琥珀酰CoACH2CH2COOHCOOHCOCH2CH2COOHSCoA~SHCoA+GDP+PiGTP琥珀酸琥珀酰CoA合成酶CH2CH2COOHCOOHCCHHCOOHHOOCFADFADH2琥珀酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶第六章糖代谢CCHHCOOHHOOCCCOOHOHHCH2COOHOH2延胡索酸延胡索酸酶苹果酸草酰乙酸苹果酸苹果酸脱氢酶CCOOHOHHCH2COOHCCOOHOCH2COOHNAD+NADHH++乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+CoA第六章糖代谢第六章糖代谢第六章糖代谢草酰乙酸柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸?草酰琥珀酸-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸乙酰—CoA丙酮酸NADHNADHNADHNADHGTPFADH2CO2CO2CO2三羧酸循环第六章糖代谢2.草酰乙酸的回补反应（1）丙酮酸羧化丙酮酸羧化酶CCOOHOCH3+CO2+ATPCCOOHOCH2COOH+ADP+Pi丙酮酸草酰乙酸（2）磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶+CO2+CCOOHOCH2COOH+GTPGDPCCOOHOCH2~P第六章糖代谢（3）天冬氨酸转化天冬氨酸草酰乙酸转氨酶CHCOOHNH2CH2COOHCCOOHOCH2COOH+氨基酸+酮酸三、ATP的形成途径步骤能量物质底物水平磷酸化氧化磷酸化产生ATP数小计丙酮酸氧化丙酮酸→乙酰CoANADH√3×13三羧酸循环异柠檬酸→草酰琥珀酸NADH√3×115-酮戊二酸→琥珀酰CoANADH√3×1琥珀酰CoA→琥珀酸GTP√1琥珀酸→延胡索酸FADH2√2×1苹果酸→草酰乙酸NADH√3×1第六章糖代谢丙酮酸脱氢酶系调控：反馈抑制：乙酰CoA（硫辛酸转乙酰基酶）、NADH（二氢硫辛酸脱氢酶）（-）；抑制效应可被CoA、NAD逆转。能荷调节：GTP（-），AMP（+）,主要是丙酮酸脱羧酶共价修饰调节：丙酮酸脱羧酶的丝氨酸可磷酸化失去活性，脱磷酸后恢复活性。三羧酸循环的调节：柠檬酸合成酶：ATP是别构抑制剂，可增大酶对乙酰CoA的米氏常数异柠檬酸脱氢酶：ADP是别构激活剂，NADH是抑制剂－酮戊二酸脱氢酶：调节方式与丙酮酸脱氢酶相似。五、意义：①大量供能，②糖、脂、蛋白质转化的枢纽，③物质彻底氧化的主要途径，④供出中间产物葡萄糖+2ADP+2Pi—→2乳酸（2乙醇+2CO2）+2ATP六、糖的无氧氧化与有氧氧化1.糖的无氧氧化四、调控第六章糖代谢能量利用率：葡萄糖彻底氧化-2870.22kJ/mol，利用60.1kJ/mol(30.5×2)利用率2.1%2.糖的有氧氧化葡萄糖+10NAD++2ADP+2GDP+4Pi+2FAD—————→6