生物化学与分子生物学八年制课件10

《生物化学与分子生物学八年制课件10》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学与分子生物学八年制课件10（147页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第 九 章 糖 代 谢,Carbohydrate Metabolism,第 一 节 糖代谢概况,Introdution,一、糖的主要生理功能是氧化供能,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。,二、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%）,-极限糊精+异麦

2、芽糖 （30%） （5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-极限糊精酶,消化过程,肠黏膜上皮细胞刷状缘,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。,（二）糖的吸收,1. 吸收部位 小肠上段,2. 吸收形式 单 糖,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠黏膜细胞,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. 吸收途径,小肠肠腔,肠黏膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,

3、SGLT,各种组织细胞,GLUT,GLUT：葡萄糖转运体(glucose transporter),三、糖代谢是指葡萄糖在体内的复杂化学反应,葡萄糖吸收入血后，依赖一类葡萄糖转运体（glucose transporter, GLUT）而进入细胞内代谢。,葡萄糖,丙酮酸,H2O + CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,淀粉,葡萄糖代谢概况,第 二 节 葡萄糖的无氧氧化 Anaerobic Oxidation of Glucose,* 糖酵解(glycolysis)：,* 乳酸发酵(lactic acid fermentation)： 在缺氧条件下，葡萄糖经酵解生成

4、的丙酮酸还原为乳酸(lactate) 。,一分子葡萄糖裂解为两分子丙酮酸的过程。,* 乙醇发酵(ethanol fermentation)： 在某些植物、脊椎动物组织和微生物，酵解产生的丙酮酸转变为乙醇和CO2，即乙醇发酵。,* 有氧氧化(aerobic oxidation)： 在有条件下，需氧生物和哺乳动物组织内的丙酮酸彻底氧化分解为CO2和H2O，即糖的有氧氧化 。,一、糖无氧氧化反应过程分为糖酵解和乳酸生成两个阶段,* 糖无氧氧化的反应部位：胞浆,第一阶段是(糖)酵解,第二阶段为乳酸生成,* 分为两个阶段,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称为酵解途径(glycolytic pa

5、thway),由丙酮酸转变成乳酸,1. 葡萄糖磷酸化成为葡糖-6-磷酸,葡萄糖,葡糖-6-磷酸 (glucose-6-phosphate, G-6-P),（一）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，分别称为至型。 肝细胞中存在的是型，称为葡糖激酶(glucokinase)。它的特点是： 对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控,2. 葡糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸,葡糖-6-磷酸,果糖-6-磷酸 (fructose-6-phosphate, F-6-P),3. 果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸,磷酸果糖激酶-1 (phosphfructokinase

6、-1，PFK-1),果糖-6-磷酸,果糖-1,6-二磷酸 (1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-BP),果糖-1,6-二磷酸,4. 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,5. 磷酸二羟丙酮转变为甘油醛-3-磷酸,丙糖磷酸异构酶 (triose phosphate isomerase),甘油醛-3-磷酸,磷酸二羟丙酮,上述部反应为酵解途径的耗能阶段，1分子葡萄糖的代谢消耗了2分子ATP，产生了2分子甘油醛-3-磷酸。,6. 磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,甘油醛-3-磷酸脱氢酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),甘油

7、醛-3-磷酸,1,3-二磷酸 甘油酸,7. 1,3-二磷酸甘油酸转变成甘油酸-3-磷酸,1,3-二磷酸 甘油酸,甘油酸-3-磷酸,磷酸甘油酸激酶 (phosphoglycerate kinase),这是酵解过程中第一次产生ATP的反应，将底物的高能磷酸键直接转移给ADP生成ATP，这种ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应称为底物水平磷酸化(substrate-level phosphorylation) 。,8.甘油酸-3-磷酸转变为甘油酸-2-磷酸,磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase),甘油酸-3-磷酸,甘油酸 -2-磷酸,9.甘

8、油酸-2-磷酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,甘油酸- 2-磷酸,10. 磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸基转移给ADP形成ATP和丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化。,(二) 丙酮酸被还原为乳酸,丙酮酸,乳酸,反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的甘油醛-3-磷酸脱氢反应。,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,二、糖酵解的调控是对三个关键酶活性的调节,关键酶,调节方式,（一） 磷酸果糖激酶-1对调节酵解途径的流量最重要,别构调节,别构激活剂：AMP、ADP、 F-1,6-BP、F-2,6-2P,别构抑制剂： 柠檬酸、 ATP（高浓度）,F-2,6-2P 是磷酸

9、果糖激酶-1最强的别构激活剂。,F-2,6-2P的作用是与AMP一起取消ATP、柠檬酸对磷酸果糖激酶-1的别构抑制作用。,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,目 录,（二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点,别构调节,别构抑制剂：ATP、 丙氨酸,别构激活剂：果糖-1,6-二磷酸,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,(三) 己糖激酶受到反馈抑制调节,*葡糖-6-磷酸可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。

10、,* 长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。,三、糖无氧氧化的主要生理意义是在机体缺氧状况下迅速供能,糖无氧氧化最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌肉收缩更为重要。 当机体缺氧或剧烈运动肌肉局部血流不足时，能量主要通过糖无氧氧化获得。 红细胞没有线粒体，完全依赖糖无氧氧化供应能量。 神经、白细胞和骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧也常由糖无氧氧化提供部分能量。,糖无氧氧化时，1mol葡萄糖可经底物水平磷酸化生成4molATP，在葡萄糖和果糖-6-磷酸磷酸化时消耗2molATP，故净生成2molATP。,第 三 节 葡萄糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Glucose,葡

11、萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和CO2的反应过程称为有氧氧化(aerobic oxidation)。,* 部位：胞液及线粒体,* 概念,一、糖的有氧氧化反应分为3个阶段,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环和氧化磷酸化,G,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线粒体,（一）葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸,（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA,总反应式:,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶 E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰胺转乙酰基酶 E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：,1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP

12、。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰基酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3. 二氢硫辛酰胺转乙酰基酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。 4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。 5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5. NADH+H+的生成,1. -羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,4. 硫辛酰胺的生成,目 录,45,（三）乙酰CoA进入三羧酸循环以及氧化磷酸化生成ATP,三羧酸

13、循环的第一步是乙酰CoA与草酰乙酸缩合成6个碳原子的柠檬酸，然后柠檬酸经过一系列反应重新生成草酰乙酸，完成一轮循环。 经过一轮循环，乙酰CoA的2个碳原子被氧化成CO2；在循环中有1次底物水平磷酸化，可生成1分子ATP；更为重要的是有4次脱氢反应，氢的接受体分别为NAD+或FAD，生成3分子NADH+H+和1分子FADH2。,在H+/电子沿电子传递链传递过程中能量逐步释放，同时伴有ADP磷酸化成ATP，吸收这些能量储存于ATP中，即氧化与磷酸化反应是偶联在一起的，称为氧化磷酸化。 三羧酸循环中脱下的氢进入呼吸链氧化磷酸化，生成水和ATP。,二、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式,三羧酸循环一

14、次最终共生成10个ATP。 1mol葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O，可净生成30或32molATP。,*获得ATP的数量取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制,葡糖-6-磷酸,目 录,有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,简言之，即“供能”,三、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求,此处主要叙述丙酮酸脱氢酶复合体的调节,别构调节,共价修饰调节,目 录,ATP/ADP或ATP/AMP比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。 ATP/AMP效果更显著。,有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对

15、能量的需要，有氧氧化全过程中许多酶的活性都受细胞内ATP/ADP或ATP/AMP比例的影响。,四、糖有氧氧化可抑制糖无氧氧化,* 概念,巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制生醇发酵（或糖酵解）的现象。,第 四 节 戊糖磷酸途径 Pentose Phosphate Pathway,戊糖磷酸途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成甘油醛-3-磷酸和果糖-6-磷酸的反应过程。,* 细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖、NADPH+H+及CO2,一、戊糖磷酸途径的反应过程可分为两个阶段,* 反应过程可分为二个阶段,第二阶段则：非氧化反应 包括

16、一系列基团转移,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,葡糖-6-磷酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,葡糖-6-磷酸,6-磷酸葡萄糖酸内酯,（一）葡糖-6-磷酸在氧化阶段生成磷酸戊糖和NADPH,5-磷酸核糖,催化第一步脱氢反应的葡糖-6-磷酸脱氢酶是此代谢途径的关键酶。 两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。 反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,每3分子葡糖-6-磷酸同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成甘油醛-3-磷酸和果糖-6-磷酸。,（二）经过基团转移反应进入糖酵解途径,这些基团转移反应可分为两类：,一类是转酮醇酶（transketolase）反应，转移含1个酮基、1个醇基的2碳基团；接受