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1、生 物 化 学 Biochemistry,主讲教师：王卫平 北京大学医学部生化与分子生物学系 Tel: 82805735, qq: 2240024156 E-mail: ,2019/1/18,2,生物化学是用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体的化学组成，及其在体内的代谢转变规律从而阐明生命现象本质的一门科学。,生物化学,2019/1/18,3,Biochemistry,An Evolving Science. -L. Stryer 7th edition,The tree of life,TATA box binding protein,2019/1/18,4,生物分子结构与功能（10%
2、） 1.蛋白质的结构与功能 2.核酸的结构与功能 3.酶 物质代谢及其调节（50%） 6.糖代谢 7.脂质代谢 8.生物氧化 9.氨基酸代谢 10.核苷酸代谢 11.非营养物质代谢 12.物质代谢的整合与调节,2019/1/18,5,遗传信息的传递（35%） 14.DNA的生物合成 15.DNA损伤与修复 16.RNA的生物合成 17.蛋白质的生物合成 18.基因表达调控 19.细胞信号转导的分子机制 分子医学专题（5%） 21.DNA重组及重组DNA技术 23.癌基因、肿瘤抑制基因与生长因子,2019/1/18,6,第二篇,物 质 代 谢 及 其 调 节,2019/1/18,7,代谢篇的重点
3、内容,代谢途径的原料、产物 代谢途径的组织、细胞、亚细胞定位 代谢途径的关键步骤 代谢途径的关键酶（限速酶） 能量生成、生理意义 各代谢途径之间的联系：枢纽物质；物质转变,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 六 章,2019/1/18,9,糖和蛋白质、核酸、类脂一起，被称为涉及生命活动本质的重要生物分子，是维持生命机器正常运转的最根本的物质基础； 糖是生物体的结构材料或能量储备形式； 在生物体内转变为其他物质； 作为细胞识别的信息分子：在细胞的表面，以低聚糖集合物形式存在的糖是接收外来信号及进行分子识别的重要物质。,奥地利病理学家、免疫学家 卡尔兰德斯泰纳（
4、18641943）,Glycobiology,2019/1/18,10,为什么我总是越减越肥？,2019/1/18,11,糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,概述（introduction）,（一）糖的概念,2019/1/18,12,最初发现的这一类化合物都是由C、H、O三种元素组成，分子中H:O=2:1，且可用通式Cn(H2O)m表示，所以称为碳水化合物(Carbohydrates)。如：葡萄糖分子式为C6H12O6 。 后来发现有些化合物具有上述这些化合物的性质，但其分子式并不符合此通式，例如：鼠李糖， C6H12O5；某些符合此
5、通式的化合物，如乳酸，C3H6O3，却属于羟基酸，在性质上与这类化合物没有共同之处。 Glucide, 糖族，1927。,2019/1/18,13,（二）糖的分类及其结构,根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类：,单糖 (monosaccharide) 寡糖 (oligosaccharide) 多糖 (polysaccharide) 结合糖 (glycoconjugate),2019/1/18,14,葡萄糖(glucose) 已醛糖,果糖(fructose) 已酮糖,1. 单糖 不能再水解的糖。,2019/1/18,15,半乳糖(galactose) 已醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖
6、,2019/1/18,16,自然界中存在的糖都是D型，L型多为人工合成的。,2019/1/18,17,2. 寡糖,常见的几种二糖有,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,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。,2019/1/18,18,3. 多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。,常见的多糖有,淀 粉 (starch),糖 原 (glycogen),纤维素 (cellulose),葡萄糖,2019/1/18,19, 淀粉 是植物中养分的储存形式,2019/1/18,20, 糖原 是动物
7、体内葡萄糖的储存形式,1.糖原是动物体内的储备糖，又称为动物淀粉。 2.以肝脏和肌肉中含量最多，因而也叫肝/肌糖原。 3.主链由葡萄糖单元以-1,4-糖苷键形成长链。 约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以-1,6-糖苷键连接。 分支增加，溶解度增加。 每条链都有一个非还原端。非还原端增多，有利于被酶分解。,2019/1/18,21,2019/1/18,22, 纤维素 作为植物的骨架,2019/1/18,23,4. 结合糖 : 糖与非糖物质的结合物。,糖脂 (glycolipid)：是糖与脂类的结合物。 糖蛋白 (glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。,常见的结合糖有,An
8、Example of Amino Sugar,2019/1/18,24,多糖,单位质量的糖远比核酸和蛋白质所携带的信息多。如果说单糖是生物学专一性词汇中的字母，由糖分子的变化、连接方式以及是否含有支链结构可以拼写出意思不同的生物学语言。 Glycobiology.,2019/1/18,25,第 一 节 糖的消化吸收与转运,2019/1/18,26,一、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,2019/1/18,27,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）,-极限糊精+异麦芽糖 （30%） （
9、5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶 (-amylase),-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,2019/1/18,28,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。,乳糖不耐受综合症(lactose intolerance syndrom): 有些成年人由于乳糖酶缺乏， 在食用牛奶后乳糖不能在小肠内完全消化吸收，进入大肠后由细菌转化为有害物质，引起腹胀、腹泻等症状。,2019/1/18,29,二、糖的吸收与转运,1. 吸收部位 小肠上段,2. 吸收形式 单 糖,2019/1/18
10、,30,ADP+Pi,ATP,Glc,Na+,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 (Sodium-dependent glucose transporter, SGLT),刷状缘,细胞内膜,GLUT5,2019/1/18,31,4. 转运途径,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12种葡萄糖转运体(GLUT 15)。,2019/1/18,32,2019/1/18,33,2019/1/18,34,-Nieng Yan,et.al. Nat
11、ure, 2014.5:121-134,A working model for GLUT1,1,2019/1/18,35,* 血糖，指血液中的葡萄糖。,* 血糖水平，即血糖浓度。 正常血糖浓度 ：3.896.11mmol/L,血糖及血糖水平的概念,三、糖代谢的概况,2019/1/18,36,血糖,血糖的来源和去路：糖代谢概况,2019/1/18,37,葡萄糖分解反应全过程,第一阶段：糖酵解,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,第四阶段：氧化磷酸化,H2O,O,ATP,ADP,2019/1/18,38,2019/1/18,39,第 二 节 糖的无氧氧化 Glycolysis,201
12、9/1/18,40,糖酵解的定义,酵解是在动植物和许多微生物中普遍存在的糖分解代谢途径。 地球上生物体最古老的获取能量的途径。 葡萄糖生成3碳化合物乳酸 （哺乳动物：运动疲劳、厌氧菌：酸奶、泡菜）；生成二碳化合物乙醇（酵母：酿酒、制醋）,2019/1/18,41,糖酵解的发现史,1897年，德国生化学家 H&E.Buchner发现离开活体的酿酶具有活性。酿酶发现后的几年之内，就揭示了糖酵解是动植物和微生物体内普遍存在的过程。 英国的F.G.霍普金斯等于1907年发现肌肉收缩同乳酸生成有直接关系。 英国生理学家A.V.希尔，德国的生物化学家G.Embden，O.Meyerhof、C&G. Cor
13、i、J. Parnas 、O.Warburg等许多科学家经历了约20年，从每一个具体的化学变化及其所需用的酶、辅酶以及化学能的传递等各方面进行探讨,于1940年终于阐明了从葡萄糖（6碳）转变为乳酸（3碳）或酒精（2碳）经历的12个中间步骤，并且阐明在这过程中有几种酶、辅酶和ATP等参加反应。(Embden-Meyerhof pathway),2019/1/18,42,一、糖酵解的反应过程,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，葡萄糖生成丙酮酸(pyruvate)的过程称之为糖酵解。,由葡萄糖分解成丙酮酸(
14、pyruvate) 。,由丙酮酸转变成乳酸。,2019/1/18,43, 葡萄糖磷酸化为葡糖-6-磷酸,葡萄糖,葡糖-6-磷酸 (glucose-6-phosphate, G-6-P),（一）葡萄糖分解成丙酮酸,不可逆反应,G0= -16.7kJ/mol,Hexokinase traps glucose?,2019/1/18,44,2019/1/18,45,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),Phosphohexose isomerase,G0= 1.67kJ/mol,2019/1/18,46,果糖-6
15、-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸,磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1，PFK-1) 限速步骤,果糖-6-磷酸,果糖-1,6-二磷酸 (fructose-1, 6-biphosphate, F-1,6-2P),G0= -14.23kJ/mol,2019/1/18,47, 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,果糖-1,6-二磷酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,+,G0= 23.97kJ/mol,2019/1/18,48, 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,2019/1/18,49, 3-磷酸
16、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，GAPDH),Pi、NAD+ NADH+H+,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸,G0= -61.9kJ/mol,2019/1/18,50, 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 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),Mg2+,2019/1/18,51, 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate
