糖类分解代谢课件

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1、第7章 糖类分解代谢,生活中的糖,生命中的糖,甲壳动物外壳糖,糖代谢包括分解代谢和合成代谢。 分解代谢 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。 合成代谢 植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程。人或动物利用葡萄糖合成糖原也属于合成代谢。,7.1 糖代谢总论,7.2 生物体内的糖类,单糖寡糖多糖,1.单糖的构型：距离羰基最远的不对称C上的OH空间分布与甘

2、油醛比较。,单糖,自然界中的单糖都是D型糖,位数最大的不对称C,单糖的链式结构-Fisher投影式表示法,单糖的环型结构（Fischer式）,单糖性质与一般醛有区别： 糖的醛基不如一般醛活泼 只能与一分子甲醇作用 新配置糖溶液比旋光度随时间而变,平衡混合物：A型（a）B（b）开链，旋光度+52.7o,环状结构的哈沃斯式（Haworth）,Haworth建议将吡喃糖式写成六元环，将呋喃糖式写成五元环，并规定：1、 Fischer式中环内碳链左边的各基团写在环的平面上，将右边的各基团写在环的平面下。2 、醛糖环外的链上如有1或1以上的碳原子，则将D型糖环外的碳原子及其所带基团写在平面上，L型糖环外

3、碳原子及所带基团写在环下。3 、酮糖的第一位碳及其基团写在环平面上， 酮糖的第一位碳及其基团写在环平面下。除第一碳外，酮糖环外的碳原子及所带基团按照醛糖写法处理。,（呋喃）,（吡喃）,环状结构的哈沃斯式（Haworth）透视式,-D-(+)-吡喃葡萄糖,-D-(+)-吡喃葡萄糖,C1OH与末端CH2OH邻近不对称C原子的OH同侧为异侧为,D-6CH2OH在环上方，b-1OH与6CH2OH同侧,葡萄糖的存在形式,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,-D-呋喃葡萄糖,-D-呋喃葡萄糖,63%,37%,0.1%,1%,葡萄糖的构象 (似环己烷),葡萄糖的构象,半缩醛羟基处于直立键,半缩醛羟基处于平伏

4、键,果糖的结构,三、重要的单糖及其衍生物,D葡萄糖,D甘露糖,D果糖,D半乳糖,D核糖,D2脱氧核糖,寡 糖,寡糖是少数单糖（210个） 缩合的聚合物。,自然界中最常见的寡糖是双糖。如麦芽糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖、海藻二糖等。,分为还原性糖和非还原性糖,Torren试剂（银氨离子，银镜反应（醛糖）、菲林试剂反应（碱性、Cu2+到Cu2O，醛糖、酮糖（a-羟基反应，经烯醇化，生成-CO-CO-，一般酮没有该反应）。凡是能与上述试剂发生反应的称为还原性糖，反之为非还原性糖，糖苷不能发生上述反应。,成苷部分,未成苷部分,麦芽糖是淀粉水解的产物（俗称饴糖，民间用麦芽（含淀粉酶）水解）。麦芽糖水解产生一

5、分子-D-吡喃葡萄糖和一分子或-D-吡喃葡萄糖。（分别为或 蔗糖，晶体蔗糖为b型） 麦芽糖分子中保留了一个半缩醛羟基，是还原糖。,麦芽糖,a-1,4 糖苷键,是由 -D-吡喃葡萄糖和-D-呋喃果糖的两个半缩醛羟基失水而成的。蔗糖中已无半缩醛羟基，所以不是还原糖, 无变旋现象。, , b -1, 2-糖苷键,蔗糖,-D-呋喃果糖, -D-吡喃葡糖,广泛存在于甘蔗、甜菜、栗子、糖枫、菠萝等植物中。,纤维二 糖,纤维不完全降解物,还原性糖,海藻二糖,a-D-葡萄糖,a-1,1-糖苷键,左右旋转180o,前后旋转180o,存在于霉菌及海藻中,两分子葡萄糖以a 1-1 糖苷键相连，非还原性糖。,乳糖水解

6、产生一分子-D-吡喃半乳糖和一分子或-D-吡喃葡萄糖。 分子中保留了一个半缩醛的羟基，所以是还原糖。,乳 糖,-1,4 糖苷键,乳汁中a：b约为2：3,三糖常见的三糖有棉子糖、龙胆三糖、松三糖棉子糖半乳糖葡萄糖果糖,淀粉有色糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖,2040,68,2,非双糖之寡糖,多 糖,由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。,多糖没有还原性和变旋现象，无甜味（分子大不能透过舌尖的味觉乳头细胞），大多不溶于水。,多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。,1. 淀 粉（同多糖）,天然淀粉由直链淀粉（以-(1,4)葡萄糖苷键连接）与支链淀粉（分支点为-(1,6)

7、糖苷键）组成。,淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关： 链长小于6个葡萄糖基，不能呈色。 链长为20个葡萄糖基，呈红色。 链长大于60个葡萄糖基，呈蓝色。,支链淀粉可溶于热水，又叫可溶性淀粉，占80-90%。 直链淀粉不溶性淀粉，占10-20%，处于颗粒内层。,a-(1,4),a-(1,6),（支链各分支亦卷曲成螺旋）,糖原结构,纤维素是构成植物细胞壁及支柱的主要成分。棉花 含纤维素 90% 以上 分子量 57万亚麻 80% 184万木材 40 60% 9-15万 将纤维素用纤维素酶水解或在酸性溶液中完全水解，生成D-(+)-葡萄糖。纤维素是由许多葡萄糖结构单位以-1,4苷键互相连接而成的

8、 人的消化道中没有水解-1,4葡萄糖苷键的纤维素酶，所以人不能消化纤维素，但纤维素对人又是必不可少的，因为纤维素可帮助肠胃蠕动，以提高消化和排泄能力,3、纤维素,反刍动物胃中细菌含有丰富纤维素酶,纤维素与碘不呈色,糖的生理功能,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。,2. 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。,7.3 双糖和多糖的酶促降解,蔗糖、麦芽糖、乳糖的酶促降解 淀粉（糖原）的酶促降解 细胞壁多糖的酶促降解,补充材料：糖的消化、吸收和贮存,人类食物中的糖主要有植物淀

9、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,一、糖的消化,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）,-临界糊精+异麦芽糖 （30%） （5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-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。但有些微生物和反刍动物的瘤胃能产生纤维素酶，分解纤维素。,二、 糖的吸收,1. 吸收部位小肠上段,2. 吸收形式 单 糖 （戊糖、己糖）,ADP+Pi,ATP,G,N

10、a+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,3. 吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT),刷状缘,细胞内膜,4. 转运,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,GLUT,GLUT：葡萄糖转运体(glucose transporter)，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 15)。,三、 储存,糖原脂肪,糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸、乙醇,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖+ NADPH+H+,淀粉,糖的分解代谢 Catabolism of Carbohydrates,分

11、解代谢,本质是糖的氧化作用，在不同条件下可进行： 无氧酵解 有氧氧化 磷酸戊糖途径 糖醛酸循环 生醇发酵和乙醛酸循环,糖的无氧酵解,第一阶段,第二阶段,糖酵解(glycolysis)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。,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。 也称EMP （Embdem Meyerhof Parnas ）途径，己糖二磷酸途径 。,由丙酮酸转变成乳酸。, 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phos

12、phate, G-6-P),（）葡萄糖分解成丙酮酸,（一）无氧酵解的反应过程,哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为至型。肝细胞中存在的是型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是： 对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控, 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P),限速酶, 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,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),1

13、,6-双磷酸果糖, 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,该反应逆反应占主要，但由于磷酸丙糖被不断移走，所以朝正反应方向进行。, 磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮, 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛脱氢酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸 甘油酸, 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,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(substrate

14、 level phosphorylation) 。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase), 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase),3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸, 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸, 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,丙酮酸,() 丙酮酸转变成乳酸,丙酮酸,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。,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,糖酵

15、解小结, 反应部位：胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应, 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 22-2= 2ATP 从Gn开始 22-1= 3ATP 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）,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。,（二）糖酵解的调节,关键酶,调节方式,（1） 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-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,（2）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,2. 共价修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,PKA：蛋白激酶A (protein kinase A),CaM：钙调蛋白,(3) 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。,