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1、第八章第八章 糖糖 代代 谢谢n第一节多糖的消化吸收及转运n第二节单糖分解n第三节 糖异生途径1第一节第一节多糖的消化吸收及转运n目的要求了解糖的转运n理解糖的消化、吸收2一 多糖的消化n1多糖的消化：即多糖的水解n2水解作用：将食物中的高分子有机物转变在能被生物体吸收利用的较小分子的作用n3消化的阶段：口腔、胃和小肠n4消化反应：n1）口腔：唾液淀粉酶n2）胃：唾液淀粉酶及HCLn3）小肠：胰淀粉酶、麦芽糖酶、乳糖酶、蔗糖酶3二 糖的吸收n1吸收机制：n1）被动吸收：由膜两侧被吸收物质浓度差引起。n2）主动吸收：由于细胞膜的主动作用而吸收进入细胞，是一种需能作用n2糖的吸收（以单糖形式进行）
2、n是主动吸收，细胞内的糖浓度可比细胞外高100倍1000倍，且具有高度选择性，不同物质吸收的速度不同。n例：已糖吸收速度：半乳糖葡萄糖果糖甘露糖n已糖戊糖nD-半乳糖半乳糖(110)D-葡萄糖葡萄糖(100)D-果糖果糖(43)D-甘露糖甘露糖(19)L-木酮糖木酮糖(15)L-阿拉伯糖阿拉伯糖(9)n3吸收的部位n动物及人类糖的吸收主要在小肠中以单糖形式通过微血管吸收4三糖的转运（进入到细胞）n通过小肠腔上表皮细胞膜内的Na+-单糖协同转运系统进行5第二节单糖分解n目的要求n了解丙酮酸去路、酵解与发酵的区别、糖的有氧氧化与三羧酸循环关系n理解磷酸戌糖途径及其生理意义n掌握糖酵解生成的ATP数
3、量、产生方式及生理意义、三羧酸循环生成的ATP数量、产生方式及生理意义、磷酸戊糖途径生成的NADPH数量和产生方n必须掌握糖酵解途径和三羧酸循环n重点难点n重点：糖酵解生成的ATP数量、产生方式及生理意义，糖酵解途径，三羧酸循环生成的ATP数量、产生方式及生理意义，三羧酸循环，磷酸戊糖途径生成的NADPH数量和产生方式n难点：糖酵解途径，糖的有氧氧化与三羧酸循环关系，三羧酸循环，磷酸戊糖途径6一糖酵解n（一）糖酵解与发酵n1糖酵解糖酵解：是酶将葡萄糖降解成丙酮酸并伴随生成ATP的过程，又称酵解 。n是动物、植物及微生物利用葡萄糖的共同途径。n2发酵：n1）早期定义：在无氧条件下，）酵母菌将葡萄
4、糖转化成乙醇和CO2的作用称为发酵作用。n2）现在定义：葡萄糖或有机物降解产生ATP的过程，）其中有机物既可作为电子供体，）又可作为电子受体。n3糖的无氧分解n发酵和糖酵解均不需要氧的参加，故统称为糖的无氧分解。7（二）发酵的历史n1对糖酵解的研究是从酒精发酵的研究开始的。n1）发酵离不开活细胞（酵母菌）、是没有空气的生命过程n2）1897年发现酵母汁可把蔗糖变成酒精，即发酵可在活细胞外进行。n3）1905年发现酵母汁在发酵葡萄糖时，需要利用无机磷酸盐，因而推测发酵与糖的磷酸化有关，并分离出1，6二磷酸果糖。n2同时发现：n1）酵母汁加热到50度或透析，即失去发酵能力。n2）而当两者混合时能力
5、又恢复。n3）因而推断发酵能力取决于两种物质：n4）热不稳定的、不可透析的成分：酶蛋白n5）热稳定、可透析成分：辅酶或金属离子n31940年Ciustar Embden 和Otto Meyerhof发现肌肉细胞中与酵母发酵类似的葡萄糖分解途径。此途径被称为糖酵解途径或EMP途径。8（三）糖酵解途径或EMP途径n1概述概述n1）糖酵解共有10步反应：n前5步为准备阶段：n将葡萄糖磷酸化并分解成三碳糖（3-磷酸甘油醛），每分解一个已糖分子用去2个ATPn后5步为产生ATP阶段：n将3-磷酸甘油醛变成丙酮酸，每个三碳糖的转变可产生2个ATP。n2）糖酵解的起始物为葡萄糖，）终点产物为丙酮酸。n3）起
6、始时需能，）由ATP供能，）在后期又产生ATP，），同时脱氢产生NADH2n4）丙酮酸的去路n（1）丙酮酸进一步氧化，进入线粒体则终氧化成水和CO2。n（2）丙酮酸被所产生的NADH2还原，生成乙醇或乳酸，这时称为发酵（乙醇发酵或乳酸发酵）。92糖酵解的各个步骤n1）葡萄糖磷酸化形成6磷酸葡萄糖（G6P），由激酶+Mg2+催化nG+ATPG+ATPG-6-P+ADP+HG-6-P+ADP+H+ +n激酶是可催化磷酰基键分子（P）转移到受体上的酶，有两种酶可催化此反应。n（1）已糖激酶：专一性不强，需要Mg g2+2+，酵解中第一个调节酶。可作用于葡萄糖、果糖、甘露糖等。n以ATPMg2+为底物
7、，肌肉已糖激酶是一个别构酶，为产物G6P抑制。n（2）葡萄糖激酶：存在于肝中，对DG有特异活性，不被G6P抑制，是一个诱导酶，由胰岛素促使合成。10己糖激酶己糖激酶 （关键酶）（关键酶）G+ATPG+ATPG-6-P+ADP+HG-6-P+ADP+H112）G6P转化成F6P，需要Mg g2+2+nG6P F6Pn为一个同分异构反应，由磷酸葡萄糖同分异构酶催化，此反应可逆，方向由产物、底物浓度水平控制。12磷酸己糖磷酸己糖 异构酶异构酶G6P F6P133）F6P磷酸化成F1，62P，需要Mg g2+2+nF6P+ATP 6P葡萄糖酸内酯+NADPH (1)n6P葡萄糖酸内酯+H2O-6P葡萄
8、糖酸 (2)n6P葡萄糖酸+NADP-5P核酮糖+NADPH (3)682）分子重排阶段：将五碳糖重新揆屡六碳糖。n（4）5P核酮糖异构化成生成5P核糖和5P木酮糖n分别由磷酸戊糖异构酶催化生成5P核糖n和磷酸戊糖庆差向酶催化。生成5P木酮糖n5P核酮糖5P核糖n5P核酮糖5P木酮糖69（5）转酮反应：n将5P木酮糖上的二碳单位（羟乙醛基：酮）经转酮酶，转移到5P核糖的第一碳上，生成3磷酸甘油醛和7磷酸景天酮糖。n要求5P木酮糖的C3具有L构型，生成的酮糖与有同样的构型。n以焦磷酸硫胺素（TPP）为辅酶。n5P木酮糖+5P核糖3磷酸甘油醛+7磷酸景天酮糖70（6）转醛反应：n由转醛酶将7磷酸景
9、天酮糖上的三碳单位（二羟丙酮基）转移到3磷酸甘油醛的C1上，生成F6P和4磷酸赤藓糖n7磷酸景天酮糖+3磷酸甘油醛 F6P+4磷酸赤藓糖71（7）转酮反应：n将5P木酮糖上的二碳单位（羟乙醛基：酮）经转酮酶，转移到4磷酸赤藓糖C1上生成F6P，5P木酮糖变成3磷酸甘油醛n5P木酮糖+4磷酸赤藓糖 F6P+3磷酸甘油醛72（8）F6P异构化n由磷酸已糖异构酶催化生成G6PnF6P G6P73（9）2个3磷酸甘油醛可生成一个F1，62P，由醛缩酶催化。n2*3磷酸甘油醛 F1，62P74（二）磷酸戊糖途径（HMS）总式n6磷酸葡萄糖2O-n 5磷酸葡萄糖HCO23PO475（三）磷酸戊糖途径的生理
10、意义三）磷酸戊糖途径的生理意义n产生，为生物合成提供还原力，如为脂肪酸、固醇类的合成。n2.是细胞内不同结构糖分子的重要来源。 n3产生磷酸戊糖参加核酸代谢。n4使红细胞中还原型谷胱苷肽再生，对维持红细胞还原性有重要作用（G-S-S-G-2G-SH）n5.磷酸戊糖途径是植物光合作用从合成葡萄糖的部分途径（）。具有把戊糖变成已糖的功能，从而进入已糖氧化分解。n磷酸戊糖途径途径指某些组织（如肝、脂肪组织）以磷酸葡萄糖为起始物，在磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成磷酸葡萄糖酸、进而代谢生成磷酸戊糖等中间代谢物的过程。76（四）磷酸戊糖途径产生的n由总式可知消耗一个磷酸葡萄糖，可产生个，据以产生的为数：3（）
11、n可见，从供能的角度，其效率不低于途径，但的主要用途是供生物合成使用。77第三节糖异生n目的要求n了解激素对糖代谢的控制，糖尿病和低血糖，血糖与糖原n掌握糖异生途径及生理意义n重点难点n重点：糖异生途径及生理意义n难点：糖异生途径78一 糖异生及证据n1糖糖异异生生：指动物从非糖物质合成葡萄糖的过程（即形成“新”糖的意思。） n植物可利用光合作用将CO2及水合成为糖，动物无此种能力，但可通过糖异生将丙酮酸、乳酸、甘油及其它氨基酸等非糖物质转化成葡萄糖。792糖异生的证据n1）大鼠禁食24小时，肝中的糖原由7%降到1%，再喂食丙酮酸、乳酸或其它三羧酸循环中间物，可使肝糖增加。n2）根皮苷是从梨树
12、茎皮是提取的一种有毒糖苷,可抑制肾小管重新吸收葡萄糖回到血液，这样血中的葡萄糖就会渗漏到尿中不断排出。n当对用根皮苷处理的动物饲喂三羧酸循环中间物或生糖氨基酸时，动物尿中的糖含量会增加。n3）糖尿病人及切除胰岛的动物，其从氨基酸转化在糖的过程十分活跃。录摄入的生糖氨基酸时，尿中糖含量增加。n以上证据说明：可由三羧酸循环中间物及生糖氨基酸通过某种途径（即糖异生途径）来生成葡萄糖。80二、糖异生途径n糖异生途径是从丙酮酸开始，到葡萄糖结束。n有7步可逆反应（EMP的逆反应）；n和3步不可逆反应，（分别为EMP1,EMP3,EMP10/11），由旁路反应代替。811 丙 酮 酸 生 成 磷 酸 烯
13、醇 式 丙 酮 酸（EMP10/11的逆反应）n丙酮酸需转变成草酰乙酸后才能变成磷酸烯醇式丙酮酸，但催化丙酮酸生成草酰乙酸的丙酮酸羧化酶位于线粒体中，因此丙酮酸需从细胞质中进入线粒体中。821）丙酮酸生成草酰乙酸：n在线粒体中进行，由丙酮酸羧化酶催化，需要生物素，ATP和二价离子，如Mg2+,Mn2+n丙酮酸羧化酶为别构酶：n受乙酰COA调控，缺乏乙酰COA时没有活性，nATP/ADP的比值升高促进羧化作用，n乙酰COA也促进羧化作用，n（因此这个酶也催化三羧酸循环的回补反应，生成草酰乙酸）n细胞中ATP高则三羧酸循环减弱，从线粒体转运到细胞质。n丙酮酸+CO2+ATP+H2O-草酰乙酸+AD
14、P+P+2H+832）草酰乙酸转变成苹果酸，从线粒体转运回细胞质n丙酮酸在线粒体中被羧化成草酰乙酸后需回到细胞质中，但草酰乙酸档可通过线粒体膜，所以要变成L-苹果酸，通过三羧酸循环转运系统离开线粒体，再重新氧化成草酰乙酸。由NADH还原。n草酰乙酸+NADH-苹果酸+NAD843）在细胞质中，苹果酸又被苹果酸脱氢酶氧化成草酰乙酸，以NAD为受氢体。n苹果酸+NADH-草酰乙酸+NAD85丙酮酸丙酮酸PEP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸胞液胞液线粒体线粒体乙酰乙酰CoAGPEP磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸8
15、64）草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸n草酰乙酸+GTP-磷酸烯醇式丙酮酸+GDP+CO2n由磷酸烯醇式丙酮酸羧化 激 酶催化，由GTP供应磷酰基，并脱羧n磷酸烯醇式丙酮酸羧化 激 酶与草酰乙酸的Km为9mmol/L，高于细胞中它的生理浓度，所以草酰乙酸浓度可调节反应速度。n胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素可增加此酶的含量；n胰岛素可降低此酶的含量。875）反应的总式为：nG0=0。84KJ/mol，在势力学上很易进行。n丙 酮 酸 +ATP+GTP+H2O-磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸 + ADP+GDP+Pi+H882磷酸烯醇式丙酮酸沿酵解途径逆向反应，转变成F1，62Pn磷酸烯醇式丙酮酸-
16、2磷酸甘油酸-3磷酸甘油酸-1，32磷酸甘油酸n-3磷酸甘油醛-磷酸二羟丙酮n3磷酸甘油醛+磷酸二羟丙酮- F1，62P893F1，62P转化成F6P(EMP3的逆反应)n由果糖二磷酸酶催化使F1，62P的磷酰基水解，这是糖异生的关键反应，为EMP3的逆反应。nF1，62P+ H2O -F6P+Pi904F6P生成G(EMP1的逆反应)n为EMP1的逆反应，由葡萄糖-6-磷酸酶催化，此酶仅存在于肝脏中。nF6P+ H2O -G+PinG0=13.9KJ/mol，在势力学上很易进行。91三、糖异生中消耗的ATP及其生理意义n1糖异生中消耗的ATPn糖异生的总反应式为：n2丙酮酸+4ATP+2GT
17、P+2NADH+H2O-G+4ADP+2GDP+2NAD+6Pin共消耗4+2+2*3=12（ATP）922生理意义n1）它是一个重要的生物合成葡萄糖的途径n2）通过糖异生作用，可保持血糖水平的相对恒定，这对主要依赖葡萄糖的组织维持功能有重要意义。n如血糖下降时，会引起脑组织的损伤，n每天：人脑需120克；肾髓质、血细胞、视网膜需40克；肌肉需3040克。共最少需200克。正常血糖为80120mg/100ml，在禁食数周后，仍可维持在70100mg/100mln3）与乳酸的利用有密切关系n剧烈运动时，肌糖原酵解产生大量的乳酸，会引起肌肉酸痛，乳酸经血液运回肝脏后，可经糖异生途径重新生成葡萄糖及
18、糖原，从而回收乳酸，防止乳酸中毒n4）协助氨基酸代谢n进食大量蛋白质时，肝糖原含量增加n禁食时，由于组织蛋白质分解，血液中氨基酸增多，糖异生增强。93四、糖异生途径的前体n1凡是可以生成丙酮酸的物质都可变成葡萄糖n例如：三羧酸循环的中间物，如柠檬酸、异柠檬酸等都可通过L-苹果酸变成草酰乙酸而进入糖异生途径。n但乙酰COA不能转变成丙酮酸，因为丙酮酸脱氢酶催化的反应不可逆。n2大多数氨基酸是生糖氨基酸n如Ala,Glu,Asp,Ser,Cys,Arg,His*,Thr,Pro,Gln,Asn,Met Val*(14种)n它们可以转变成丙酮酸、酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循环的中间物参加糖异生途径。
19、943乳酸和Cori 循环n肌肉剧烈运动后产生大量乳酸，送到肝脏后氧化成丙酮酸，以NAD为受氢体nCOOH-HCOH-CH3+NAD-COOH-HC=O- CH3+NADHn丙酮酸参加糖异生途径变成葡萄糖，这种由葡萄糖-乳酸丙酮酸-葡萄糖的过程称为Cori 循环（以发现者Cori命名）n由于酵解（G丙酮酸）中产生的ATP（2ATP+2NADH个）， 少 于 糖 异 生 （ 丙 酮 酸 -G） 中 消 耗 的ATP（6ATP+2NADH）。因此这个循环十分花费能量。n但在动物活动中，可在捕食和逃避敌害时十分重要，快速恢复体力。954反刍动物糖异生途径十分旺盛n牛胃细菌分解纤维素成乙酸、丙酸、丁酸
20、等奇数脂肪酸，它们可变成琥珀酰COA，参加糖异生途径n琥珀酰COA琥珀酸延胡索酸L-苹果酸96五、糖原的分解代谢n1糖原：是动物体的多聚葡萄糖，由-1，4苷键连接，以-1，6苷键构成分枝，在动物体中起贮存葡萄糖的作用。n当细胞中能量充足时，进行糖原合成贮存能量；n能量不足时，糖原分解产生ATP，糖原分解引起血糖水平上升。972糖原分解作用：n即糖原分解成葡萄糖的过程n3. 糖原分解过程n1）从糖原还原性未端的-1，4苷键水解，生成一个1-磷酸葡萄糖和减少一个葡萄糖的糖原分子，需要加入一个磷酸分子。n磷酸化酶从糖原未端逐个磷酸解移去葡萄糖单位，直到接近1，6糖苷键的分枝点的4个葡萄糖单位。这时残
21、留的高度分枝的糖原分子称为极限糊精。982）去分枝酶催化糖原分枝点的1，6糖苷键断裂n极限糊精上的糖苷键由 转移酶 催化将三个残基转移到另一个四糖残基上；n剩下的以-1，6苷键连于分枝上的糖残基由 去分枝酶 （-1，6糖苷酶）水解，生成G1P。同时去掉一个分枝。n转移酶和去分枝酶是一种酶，其上有两个作用不同的活性中心。993）G1P经 G1，62P变成 G6Pn在磷酸葡萄糖变位酶作用下完成1004）G6P的去向n（1）在肝肾有小肠中，G6P被G6P酶水解成葡萄糖，进入血液循环，供应机体各部位使用，因此肝是生成血糖的部位。n（2）在肌肉及脑中，没有G6P酶，因此G6P用于产生ATP101六、糖原
22、的合成代谢n1957年Luis Leloir指出糖原合成不是降解途径的逆转，糖原合成中糖基的供体是UDPG，而不是G1P。n合成与分解采用不同的途径更易满足代谢调节和反应所需能量的要求。n1由G1P生成UDPGnG1P+UTP-UDPG +Ppin由UDP葡萄糖焦磷酸化酶催化；Ppi由焦磷酸水解酶水解成磷酸1022UDP葡萄糖合成为糖原，由糖原合成酶催化nUDP葡萄糖加在糖原引物的葡萄糖残基的第四碳羧基上，生成-1，4苷键，并释放出UDP。nN葡萄糖+UDP葡萄糖-（N+1）葡萄糖+UDPn（1）引物：具有四个以上糖残基的糖链n（2）催化反应必须有一个以上的引物存在才可进行n（3）引物的合成：由糖原起始合成酶及引发蛋白质用UDP葡萄糖合成引物。1033分枝的形成n当糖链残基数大于11时，n可由分枝酶（4-6糖苷转移酶）从非还原性末端切下7个残基，移到糖链的内部，（从里向外数第四个残基上），形成以-1，6苷键连接的新分枝，长度为7个糖残基n同时，还形成一个有2个残基的分枝，由-1，4苷键连接。n（要点：糖链必须长于11时，才能进行分枝，新分枝必须与原有糖链有4个残基的距离）n有分枝的糖原有较多的末端分枝，每个末端都可进行分解与合成，从而可增加反应的速率，而且分枝使糖原的溶解度加大。104
