师范学院糖代谢

《师范学院糖代谢》由会员分享，可在线阅读，更多相关《师范学院糖代谢（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第八章 糖代谢,一、生物体内的糖类 二、双糖和多糖的酶促降解 三、糖酵解(EMP途径) 四、三羧酸循环(TCA循环) 五、磷酸戊糖途径(PPP途径） 六、单糖的生物合成 七、蔗糖和多糖的生物合成,一、生物体内的糖类,（一）糖的主要生物学作用： 通过氧化释放大量能量，以满足生命活动的需要（淀粉、糖原是重要的生物能源）。 也可转化为生命必需的其它物质，如蛋白质和脂类、核酸等大分子物质。 纤维素是植物的结构糖。 碳水化合物可与蛋白质、脂类以共价键结合形成肽聚糖（或糖蛋白）或糖脂，存在生物膜中，担负着大分子及细胞间的相互识别。,（二）糖的分类（据分子的大小分类):,单糖：在温和条件下不能水解为更小的单

2、位。寡糖（双糖）：水解时每个分子产生2-10个单糖残基。 多糖: 能水解成多个单糖分子，属于高分子碳水化合物，分子量可达到数百万。,1.单糖植物体内的单糖主要是戊糖、己糖、庚糖戊糖主要有核糖、脱氧核糖（木糖和阿拉伯糖）己糖主要有葡萄糖、果糖和半乳糖（甘露糖、山梨糖）,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃半乳糖,单糖的结构,-D-吡喃甘露糖,-D-呋喃果糖,2.双糖 以游离状态存在的双糖有蔗糖、麦芽糖和乳糖 。还有以结合形式存在的纤维二糖。 蔗糖是由-D-葡萄糖和-D-果糖各一分子按 、（12）键型缩合、失水形成的 ，它是植物体内糖的运输形式 。 麦芽糖是由两个葡萄糖分子缩合、失水形成的。其糖苷键型为（

3、14）。麦芽糖分子内有一个游离的半缩醛羟基，具有还原性。,蔗糖,葡萄糖-，（12）果糖苷,葡萄糖-（14）半乳糖苷,乳 糖,麦芽糖,3.多糖淀粉（starch） 糖原(glycogen) 葡聚糖（dextran）（细菌和酵母中葡萄糖的储存形式） 纤维素(cellulose)是一种结构多糖,糖原,二、双糖和多糖的酶促降解,（一）蔗糖的水解,蔗糖+UDP 果糖+UDPG,蔗糖 + H2O 葡萄糖 + 果糖,转化酶,蔗糖酶,蔗糖合成酶,多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，生产中常称为糖化。淀粉水解：淀粉 糊精 寡糖 麦芽糖 G,（二）淀粉的降解,1.淀粉的水解 -淀粉酶 -淀粉酶 R-酶(

4、脱支酶） 麦芽糖酶 2.淀粉的磷酸解 磷酸化酶 转移酶与脱支酶,淀粉的酶促水解： 水解淀粉的淀粉酶有与淀粉酶， 二者只能水解淀粉中的-1，4糖苷键，水解产物为麦芽糖。 -淀粉酶可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的-1，4糖键， 淀粉酶只能从非还原端开始水解。 水解淀粉中的-1，6糖苷键的酶是-1，6糖苷键酶 淀粉水解的产物为糊精和麦芽糖的混合物。,还原末端,非还原末端,-1，4糖苷键,-1，6糖苷键,三、糖酵解（EMP途径）,定义：糖酵解是酶将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随ATP生成的过程。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径。 1940年被阐明。(研究历史)Embden,Meyerhof,Parn

5、as等人贡献最多，故糖酵解过程一也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。 在细胞质中进行,（一）糖酵解过程,在细胞质中进行，共分4个阶段，每个阶段又分若干反应：,（1）第一阶段：葡萄糖 1, 6-二磷酸果糖,（2）第二阶段：1, 6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛,（3）第三阶段：3-磷酸甘油醛 2-磷酸甘油酸 （氧化和磷酸化偶连）,碘乙酸通过与3-磷酸甘油醛脱氢酶的巯基结合而抑制其活 砷酸盐（AsO43-）破坏1，3-二磷酸甘油酸的形成,（4）第四阶段：2-磷酸甘油酸 丙酮酸,Mg2+与烯醇化酶紧密结合，而F-与Mg2+结合，则氟化物是该酶的抑制剂,（二）糖酵解中产

6、生的能量,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+ +2H2O有氧时，2NADH进入线粒体经呼吸链氧化又可产生6分子ATP,再加上由底物水平的磷酸化形成的2个ATP，故共可产生2+6=8分子ATP无氧时，2NADH还原丙酮酸，生成2分子乳酸或乙醇，故净产生2分子ATP,（三）糖酵解的意义,1、糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的普遍途径。 2、通过糖酵解使葡萄糖降解生成ATP，为生命活动提供部分能量，尤其对厌氧生物是获得能量的主要方式。 3、糖酵解途径的许多中间产物可作为合成其他物质的原料（提供碳骨架），如磷酸二羟丙酮 甘油。 4、是糖有氧分解的准备阶段。

7、5、由非糖物质转变为糖的异生途径基本为之逆过程。,（四）糖酵解的调控,细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。 在代谢途径中，催化不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。 糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。,（五）丙酮酸的去路,O H HC O- C O H C OHC O CH3 CH3CH3,H+,CO2,丙酮酸脱羧酶TPP,NADH+H+,NAD+,乙醇脱氢酶,丙酮酸,乙醛,乙醇,由葡萄糖转变为乙醇的过程称为酒精发酵: 葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+ 2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O,

8、1、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和CO2,2、丙酮酸生成乳酸,O OC O- +NADH+H+ C O- +NAD+ C O HO C HCH3 CH3,丙酮酸,L-乳酸,乳酸脱氢酶,葡萄糖+2Pi+2ADP 2乳酸+2ATP+2H2O,动物在激烈运动时或由于呼吸、循环系统障碍而发生供氧不足时。 生长在厌氧或相对厌氧条件下的许多细菌。,3、在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成乙酰CoA，参加TCA循环（柠檬酸循环），被彻底氧化成CO2和H2O。 4、转化为脂肪酸或酮体。当细胞ATP水平较高时，柠檬酸循环的速率下降，乙酰CoA开始积累，可用作脂肪的合成或酮体的合成。,四、三羧酸循环（TCA循

9、 环）,概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程，称为柠檬酸循环，亦称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle), 简称TCA循环。由于它是由H.A.Krebs（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环。,三羧酸循环在线粒体基质中进行,（一）由丙酮酸形成乙酰CoA,丙酮酸进入线粒体转变为乙酰CoA,这是连接糖酵解和三羧酸循环的纽带： 丙酮酸+CoA+NAD+ 乙酰CoA+ CO2+NADH+H+反应不可逆，分5步进行，由丙酮酸脱氢酶复合体催化。 丙酮酸脱氢酶复合体是一个十分大的

10、多酶复合体，包括丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酸乙酰转移酶E2、二氢硫辛酸脱氢酶E3三种不同的酶及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，FAD, NAD+,CoA 及Mg2+六种辅助因子组装而成。,丙酮酸氧化脱羧的调控,由丙酮酸到乙酰CoA是一个重要步骤，处于代谢途径的分支点，所以此体系受到严密的调节控制： 1、产物抑制：乙酰CoA抑制乙酰转移酶E2组分，NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效应被CoA和NAD+逆转。 2、核苷酸反馈调节：丙酮酸脱氢酶E1受GTP抑制，被AMP活化。 3、砷化物与E2中的辅基硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。 4、可逆磷酸化作用的调节：丙酮酸脱氢酶E1的磷酸化状态无

11、活性，反之有活性。 5、Ca2+激活,（二） TCA循环的过程,1 、乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,单向不可逆可调控的限速步骤,C-CH3,S-COA,O,CH2,COO-,HO-C -COO-,COO-,CH2,柠檬酸合酶,+,COA,三羧酸,H2O,+ HS-COA+H+,2、柠檬酸异构化成异柠檬酸 （顺乌头酸 酶）,在pH7.0，25C的平衡态时， 柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：4：6,CH2,H2O,H2O,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,COO-,HO- CH,CH-COO-,COO-,3 、由异柠檬酸氧化脱羧生成 -酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）,TCA中第一次氧化作用、脱羧过程

12、 异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶 三羧酸到二羧酸的转变,NAD+,NADH+H+,H+,CO2,草酰琥珀酸,Mg 2+,-酮戊二酸,4 、-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰COA（ -酮戊二酸脱氢酶复合体）,TCA中第二次氧化作用、脱羧过程-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似 -酮戊二酸脱氢酶E1琥珀酰转移酶E2二氢硫辛酸脱氢酶E3 、TPP、硫辛酸、COA、FAD、NAD+、Mg2+,+COASH+NAD+,+NADH+H+ +CO2,5、琥珀酰COA转化成琥珀酸，并产生GTP（琥珀酰COA 合成酶）,TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤GTP+ADP GDP+ATP,G

13、DP+Pi,GTP+HSCOA,6 、琥珀酸脱氢生成延胡索酸,+FAD,+FADH2,TCA中第三次氧化的步骤丙二酸为该酶的竞争性抑制剂开始四碳酸之间的转变,琥珀酸脱氢酶,HC,嵌入线粒体内膜,7 、 延胡索酸被水化生成苹果酸（延胡索酸酶）,+H2O,延胡索酸酶,8 、 苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）,+NAD+,+NADH+H+,TCA中第四次氧化的步骤，最后一步。,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,a-酮戊二酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶A,三羧酸循环的过程,TCA经四次氧化，二次脱羧，通过一个循环，可以认为乙酰CoA,（三）三羧酸循环的化学计量,三羧酸循环的总反应

14、式为： 乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+2H+循环有以下特点：1、乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C原子进入循环。在以后的两步脱羧反应中，有两个C原子以CO2的形式离开循环，相当于乙酰CoA的2个C原子形成CO2。2、在循环中有4对H原子通过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原NAD+生成3个NADH+H+,1对用以还原FAD,生成1个FADH2。,3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP, 1GTP 1ATP。 4、循环中消耗两分子水。 5、3NADH 9ATP ，1FADH2 2ATP，再加上1个GTP。 6、单向进行。 7、整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。 1分子乙酰CoA通过TCA循环被氧化，可生成12分子ATP。,在TCA循环中，1个GTP产生1个ATP，3个NADH及1个FADH2 被电子传递链氧化产生ATP，故(3 3)+(2 1)+1=12个ATP。 若从丙酮酸开始，加上纽带 生成的1个NADH，则共产生12+3=15个ATP。 若从葡萄糖分解开始，共可产生(152)+8=38个ATP。可见由糖酵解和TCA循环相连构成的糖的有氧氧化途径，是机体利用糖氧化获得能量的最有效的方式，也是机体产生能量的主要方式。,