動(dòng)物生物化學(xué)課件8糖代謝(PPT 68頁(yè))

1、第八章 糖代謝Carbohydrate Metabolism第1頁(yè)，共68頁(yè)。本章主要內(nèi)容： 糖在動(dòng)物體內(nèi)的一般概況 糖原的分解與合成代謝 葡萄糖的分解代謝 糖異生 磷酸戊糖途徑 糖代謝各途徑之間的關(guān)系第2頁(yè)，共68頁(yè)。 動(dòng)物機(jī)體主要的能源和碳源提供70%的能量；神經(jīng)系統(tǒng)、胎兒和乳的合成消耗更多的葡萄糖；為氨基酸和脂肪合成提供C的來(lái)源 構(gòu)成組織細(xì)胞的成分核酸中的核糖，結(jié)締組織中的蛋白多糖， 細(xì)胞膜上的糖脂和糖蛋白等 其他方面如信號(hào)傳導(dǎo)，免疫機(jī)能1.糖在動(dòng)物體內(nèi)的一般概況1.1 糖的生理功能第3頁(yè)，共68頁(yè)。1.糖在動(dòng)物體內(nèi)的一般概況1.2 糖的代謝概況 動(dòng)物體內(nèi)糖的來(lái)源非反芻動(dòng)物反芻動(dòng)物 動(dòng)物

2、體內(nèi)糖的代謝第4頁(yè)，共68頁(yè)。消化吸收異生作用糖原分解氧化供能貯 存轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)葡萄糖血糖的來(lái)源和去路1.糖在動(dòng)物體內(nèi)的一般概況1.3 血糖概念：血液中所含的葡萄糖。第5頁(yè)，共68頁(yè)。1.糖在動(dòng)物體內(nèi)的一般概況1.3 血糖意義反映機(jī)體的能量水平，糖的分解和利用的動(dòng)態(tài)平衡，對(duì)大腦、胎兒尤為重要糖尿血糖水平相對(duì)恒定，超過(guò)腎糖閾值，葡萄糖隨尿排出激素的調(diào)節(jié)作用胰島素下調(diào)；胰高血糖素、腎上腺素、糖皮質(zhì)激素上調(diào)第6頁(yè)，共68頁(yè)。糖原( g lyco g e n )，又稱動(dòng)物淀粉，支鏈，分子量數(shù)百萬(wàn)以上。主要由葡萄糖以 （1，4）糖苷鍵相連（93% ），以少量（1，6）糖苷鍵（7% ）形成分支。有肝糖原

3、和肌糖原。2. 糖原的分解與合成2.1 糖原結(jié)構(gòu)第7頁(yè)，共68頁(yè)。1HOHHCH 2 OHOHOH HH OH41HHCH 2 OHOHOH HH OHO41HHCH 2 OHOHOH HH OHOO41HHOCH 2OHOHOH HH OHOO P OO1HOHHCH 2 OHOHOH HH OH41HHCH2 OHOHOH HH OHO4HCH 2 OHOHOH HH OHOHO41HOHHCH 2OHOHOH HH OHOHO P OO2. 糖原的分解與合成2.2 糖原分解斷鍵部位+1 +糖 原的非 還原末 端磷酸 化酶細(xì)胞內(nèi)糖原在磷酸化酶催化下形成大量葡萄糖 -1 -磷酸第8頁(yè)，共68

4、頁(yè)。糖原磷酸化酶轉(zhuǎn)移酶-1，6糖苷酶Pi脫支酶第9頁(yè)，共68頁(yè)。OHOHOHHOHCH2OHOHHH OHHOPO32-HOHCH2 OPO 32-O HHHOHH OHHOHHOHCH2 OHOHHH OH+ Pi磷酸葡萄糖變位酶葡萄糖-6-磷酸酶葡萄糖 -1-磷酸葡萄 糖-6-磷酸葡萄 糖葡萄糖-1 -磷酸在磷酸葡萄糖變位酶的作用下轉(zhuǎn)變成葡萄糖-6 -磷酸，最終又在葡萄糖-6 -磷酸酶的催化下水解成葡萄糖。第10頁(yè)，共68頁(yè)。葡萄糖 ATP 2+ 葡萄糖 -6-磷酸 ADP2. 糖原的分解與合成2.3 糖原合成每個(gè)葡萄糖分子都須磷酸化成為6-P-葡萄糖，再異構(gòu)成為1-P-葡萄糖，然后進(jìn)一步

5、活化為UDPG。在糖原引物的非還原端逐個(gè)加上葡萄糖基，同時(shí)釋放出UDP，糖原合成酶是這個(gè)反應(yīng)的關(guān)鍵酶。由分支酶催化糖鏈的分支。己糖激酶MgA：第11頁(yè)，共68頁(yè)。UDPG+糖原（Gn） UDP 糖原（Gn+1）C：D：UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖-1-磷酸 UTP UDP-葡萄糖 PPi無(wú)機(jī)焦磷酸酶PPi 2Pi糖原合酶HOHOHOHHCH 2OHHOHHOPO 3 2-HOHHOHOHOHHCH 2O PO 3 2-HOH磷 酸葡萄糖變位酶葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸B：第12頁(yè)，共68頁(yè)。E：第13頁(yè)，共68頁(yè)。1897年，Buchner兄弟由蔗糖發(fā)酵成乙醇的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。酵解是在無(wú)氧

6、或缺氧的條件下，葡萄糖或糖原分解成乳酸并且有能量（ATP）釋放的過(guò)程。G. Embden和O. Meyerhof揭示了其途徑。酵解途徑的酶系存在于胞液中。3. 糖的分解代謝3.1 糖酵解糖的無(wú)氧氧化第14頁(yè)，共68頁(yè)。注意，這個(gè)過(guò)程消耗了ATP，反應(yīng)不可逆。酵解的反應(yīng)過(guò)程：第一階段 葡萄糖生成丙酮酸第15頁(yè)，共68頁(yè)。注意，這個(gè)過(guò)程消耗了ATP，反應(yīng)不可逆。第16頁(yè)，共68頁(yè)。第一個(gè)高能磷酸鍵形成當(dāng)?shù)孜锇l(fā)生脫氫或脫水時(shí)，使其分子內(nèi)部能量重新分布而形成高能磷酸鍵（或高能硫酯鍵），然后將高能鍵轉(zhuǎn)移給ADP（或GDP）生成ATP（或GTP）的過(guò)程，稱為底物水平磷酸化。第17頁(yè)，共68頁(yè)。第二次底物水

7、平磷酸化生成ATP第18頁(yè)，共68頁(yè)。第二階段 丙酮酸還原成乳酸第19頁(yè)，共68頁(yè)。磷酸果糖激酶NADH+H+丙酮酸激酶葡萄糖磷酸二羥丙酮乙醇3-磷酸甘油醛脫氫酶1,3- 二磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油酸變位酶2-磷酸甘油酸烯醇化酶己糖激酶 -ATP6-磷酸葡萄糖磷酸己糖異構(gòu)酶6-磷酸果糖-ATP1，6-二磷酸果糖醛縮酶磷酸烯醇式丙酮酸+ATP乳酸脫氫酶乙醛 丙酮酸 乳酸+ATP糖原1-P-G糖酵解途徑第20頁(yè)，共68頁(yè)。糖酵解的特點(diǎn)A、細(xì)胞內(nèi)定位：胞液B、限速酶：3個(gè)C、能量生成：凈生成2個(gè)ATP分子。若從糖原開(kāi)始，可凈生成3分子ATP。D、不需氧。E、糖酵解可從葡萄糖開(kāi)始，也可從糖

8、原的葡萄糖單位開(kāi)始。第21頁(yè)，共68頁(yè)。糖酵解的生理意義是動(dòng)物機(jī)體在無(wú)氧或供氧不充分的情況下通過(guò)分解葡萄糖或糖原獲得部分能量的重要方式。運(yùn)動(dòng)和使役的動(dòng)物肌肉，一些供氧不足的組織，如視網(wǎng)膜、皮膚、睪丸以及腫瘤等組織通過(guò)這個(gè)途徑獲得部分能量。酵解途徑與糖的有氧氧化途徑、磷酸戊糖途徑以及異生途徑都有密切聯(lián)系。第22頁(yè)，共68頁(yè)。3. 糖的分解代謝3.2 有氧氧化（aerobic oxidation）概念：有氧條件下,葡萄糖徹底氧化生成CO2和H2O,并伴有能量釋放的過(guò)程。四個(gè)階段葡萄糖降解為丙酮酸丙酮酸氧化三羧酸循環(huán)呼吸鏈氧化第23頁(yè)，共68頁(yè)。葡萄糖有氧氧化概況葡萄糖6-磷酸葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰

9、CoA三羧酸循環(huán)H+ + eO2O2O2H2OCO2胞液線粒體第24頁(yè)，共68頁(yè)。同EMP途徑第一階段 由葡萄糖第二階段丙酮酸丙酮酸氧化丙酮酸（3C）轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA（2C），在線粒體中進(jìn)行，由丙酮酸脫氫酶系催化，為不可逆反應(yīng)，它包含有三個(gè)酶 ?？偡磻?yīng)如下：乙酰CoAOH 3C C SCoA + CO2丙酮酸脫氫酶復(fù)合體NAD+NADH+ H+OH3C C COOH + HSCoA丙酮酸第25頁(yè)，共68頁(yè)。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體B、輔酶a）TPP（E1、維生素B1）b）FAD （E3、維生素B2 ）c）NAD+（E3、維生素PP）d）CoA（泛酸）e）硫辛酸（E2）A、酶a）丙脫酸脫氫酶（E1）b

10、）二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶（E2）c）二氫硫辛酸脫氫酶（E3）第26頁(yè)，共68頁(yè)。丙酮酸氧化脫羧的特點(diǎn)：A、脫2H（NAD+）B、脫羧（C3C2）C、限速酶，不可逆D、產(chǎn)生高能硫酯鍵第27頁(yè)，共68頁(yè)。第三階段三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle,TCA)概念：以乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸的反應(yīng)為起始，對(duì)乙?；鶊F(tuán)進(jìn)行氧化脫羧再生成草酰乙酸的單向循環(huán)反應(yīng)序列。1937年Crebs提出，又稱檸檬酸循環(huán)或Krebs循環(huán)。第28頁(yè)，共68頁(yè)。oxaloacetate acetyl CoAcitrateHSCoA三羧酸循環(huán)的反應(yīng)過(guò)程A、檸檬酸的形成檸檬酸合成酶第29頁(yè)，共68頁(yè)。

11、要點(diǎn)：A、檸檬酸合成酶（citrate synthase），關(guān)鍵酶B、反應(yīng)不可逆。C、C2+C4 C6（實(shí)際進(jìn)入TAC的是乙?；５?0頁(yè)，共68頁(yè)。順烏頭酸酶順烏頭酸酶 （Aconitase），可逆。順烏頭酸酶citrateisocitrateB、異檸檬酸的形成第31頁(yè)，共68頁(yè)。isocitratea- ketoglutarateC、第一次氧化脫羧異檸檬酸脫氫酶第32頁(yè)，共68頁(yè)。要點(diǎn)：A、異檸檬酸脫氫酶是關(guān)鍵酶B、第一次脫氫（NAD+ NADH+H+）C、第一次脫羧（C6 C5+CO2）。D、不可逆，需Mn+、Mg+。第33頁(yè)，共68頁(yè)。a- ketoglutaratesuccinyl

12、 - CoAD、第二次氧化脫羧-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體第34頁(yè)，共68頁(yè)。要點(diǎn)：A、-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體關(guān)鍵酶，不可逆，類似丙酮酸脫氫酶復(fù)合體。B、第二次脫氫（NAD+ NADH+H+）C、第二次脫羧（C5 C4 +CO2）。D、產(chǎn)生高能硫酯鍵，為下一步底物水平磷酸化做準(zhǔn)備。第35頁(yè)，共68頁(yè)。succinyl - CoAsuccinateE、底物水平磷酸化琥珀酰輔酶A合成酶第36頁(yè)，共68頁(yè)。要點(diǎn)：A、琥珀酰輔酶A合成酶，反應(yīng)可逆。B、底物水平磷酸化，生成1分子ATP。是整個(gè)三羧酸循環(huán)過(guò)程中唯一一次底物水平磷酸化。第37頁(yè)，共68頁(yè)。fumaratesuccinate注意：A、第三次脫氫（F

13、AD FADH2）F、琥珀酸脫氫生成延胡索酸琥珀酸脫氫酶第38頁(yè)，共68頁(yè)。fumaratemalateG、延胡索酸加水生成蘋果酸延胡索酸酶第39頁(yè)，共68頁(yè)。注意：A、第四次脫氫（NAD+NADH+H+）malateoxaloacetateH、蘋果酸脫氫生成草酰乙酸蘋果酸脫氫酶第40頁(yè)，共68頁(yè)。異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶系檸檬酸合成酶第41頁(yè)，共68頁(yè)。三羧酸循環(huán)的特點(diǎn)：A、細(xì)胞內(nèi)定位：線粒體B、限速酶：3個(gè)C 、整個(gè)過(guò)程不可逆D 、需氧參與，共消耗 4 個(gè)氧原子E、TAC一周：脫氫4次，其中3次脫氫由NAD+接受，1次由FAD接受F、1次底物水平磷酸化，生成1molATPG、消耗了2

14、mol的水第42頁(yè)，共68頁(yè)。NADH2 和 FADH2 所攜帶的H原子來(lái)自循環(huán)中代謝中間物的脫氫。在有氧條件下，每2個(gè)H原子可以通過(guò)呼吸鏈（電子傳遞系統(tǒng)）傳遞給1/2O2，生成H2O，并且有能量釋放用以合成ATP。1分子NADH2 經(jīng)呼吸鏈生成1分子H2O和2.5個(gè)ATP1分子FADH2 經(jīng)呼吸鏈生成1分子H2O和1.5個(gè)ATP以1分子的葡萄糖完全氧化為例進(jìn)行能量計(jì)算第43頁(yè)，共68頁(yè)。碳 源乙酰CoA 2CO2能 量1GTP 1ATP共10ATP3NADH 2.5ATP3 = 7.5ATP1FADH2 1.5ATP1 = 1.5ATP1 分 子 乙 酰 CoA 通 過(guò) TCA 循 環(huán) 脫

15、下 的 氫 由NADH及FADH2經(jīng)呼吸鏈傳遞給O2，由此而形成10分子的ATP第44頁(yè)，共68頁(yè)。第一階段（胞液）：生成2ATP生成2NADH2計(jì)7（5）ATP計(jì)5ATP第二階段（線粒體）：2NADH2第三階段（線粒體） ：6NADH22CO24CO22FADH22GTP（或2ATP）計(jì)20ATP共計(jì) 32（30）ATP和6CO2第45頁(yè)，共68頁(yè)。有氧氧化的生理意義 糖的有氧氧化是動(dòng)物獲得能量的主要方式。糖的有氧氧化是糖、脂和氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解代謝的共同歸宿。糖的有氧氧化也是糖、脂和氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)互相轉(zhuǎn)變和聯(lián)系的共同樞紐。糖的有氧氧化途徑為嘌呤、嘧啶、尿素的合成提供二氧化碳，也是大自然

16、碳循環(huán)的重要組成部分。第46頁(yè)，共68頁(yè)。課堂提問(wèn)1.下列哪一種不是丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的輔酶（ ）A. TPP B. FAD C. NAD+D.硫辛酸E. 生物素2. 糖原的1個(gè)葡萄糖殘基經(jīng)糖酵解可凈生成（ ）個(gè)ATPA. 1 B. 2 C. 3 D. 43. 1分子葡萄糖有氧氧化時(shí)共有（ ）次底物水平磷酸化A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 E. 64. 1分子葡萄糖在有氧條件下徹底氧化分解，該反應(yīng)途徑中有（ ）次脫氫反應(yīng)A. 10 B. 12 C. 4 D. 16 E. 185. 糖原分解所得到的初產(chǎn)物是（ ）A. 葡萄糖B. UDPG C. 1-磷酸葡萄糖D. 6-磷酸葡萄糖E. 1

17、-磷酸葡萄糖和葡萄糖第47頁(yè)，共68頁(yè)。3. 糖的異生作用3.1 概念由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變成葡萄糖或糖原的過(guò)程。但是這種轉(zhuǎn)變不是糖分解代謝的簡(jiǎn)單逆轉(zhuǎn)，必須克服那些由關(guān)鍵酶所催化的不可逆反應(yīng)造成的 “能障”。第48頁(yè)，共68頁(yè)。糖異生途徑的三個(gè)能障丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖第49頁(yè)，共68頁(yè)。CO2 COO OC-O-P-CH 2 OCOOH丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸A、丙酮酸ATPCOO CO2C=OOCH3ADP+PiCOO GTPC=OCH 2磷酸烯醇式丙酮酸GDP第50頁(yè)，共68頁(yè)。注意：a、消耗2個(gè)ATP分子。b、丙酮酸羧化酶 ，輔基：生物

18、素磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶均為限速酶。前者僅存在于 線粒體，后者存在于線粒體和胞液。第51頁(yè)，共68頁(yè)。B、1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖C、6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖激酶-1ATPADP果糖1，6二磷酸H3PO4己糖激酶葡萄糖激酶ATP葡萄糖ADPH2OH3PO4葡萄糖 6-磷酸酶H2O 酶果糖雙磷酸酶-1：為限速酶葡萄糖 6-磷酸酶：為限速酶第52頁(yè)，共68頁(yè)。線粒體胞液第53頁(yè)，共68頁(yè)。糖異生的特點(diǎn)A、組織定位：肝（90%）、腎（10%）B、細(xì)胞內(nèi)定位：胞液、線粒體C、限速酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖1，6二磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶D、原料：甘油、乳酸、生糖氨基酸（丙氨

19、酸、天冬氨酸、谷氨酸等）第54頁(yè)，共68頁(yè)。異生作用的意義和乳酸的利用在糖的來(lái)源不足時(shí)，如饑餓、禁食等情況下，異生作用是維持機(jī)體血糖水平的重要手段，對(duì)神經(jīng)組織、大腦、胎兒尤其重要。反芻動(dòng)物50%葡萄糖的來(lái)源通過(guò)丙酸的異生作用。肝臟在氧化來(lái)自肌糖原酵解生成的乳酸同時(shí)，還可將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蚋翁窃瑢?shí)現(xiàn)對(duì)乳酸的再利用。見(jiàn)Corris 循環(huán)。第55頁(yè)，共68頁(yè)。乳酸循環(huán)-Lactic acid cycle定義：在肌肉中葡萄糖經(jīng)糖酵解生成乳酸，乳酸經(jīng)血液運(yùn)到肝臟，肝臟將乳酸異生成葡萄糖。葡萄糖釋入血液后又被肌肉攝取，這種代謝循環(huán)途徑稱為乳酸循環(huán)，又稱Cori 循環(huán)第56頁(yè)，共68頁(yè)。乳酸循環(huán)（Cori

20、循環(huán)）第57頁(yè)，共68頁(yè)。4. 糖的分解代謝-磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway）概念：指6-磷酸葡萄糖經(jīng)氧化反應(yīng)首先生成NADPH、CO2和5-磷酸核糖，再經(jīng)基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而進(jìn)入糖酵解途徑的過(guò)程稱為磷酸戊糖途徑。其主要功能不是生成ATP，而是生成5-磷酸核糖和NADPH。又稱為“磷酸戊糖旁路”。第58頁(yè)，共68頁(yè)。不依賴于有氧或無(wú)氧的葡萄糖分解途徑，約有30%的葡萄糖經(jīng)過(guò)這條途徑代謝，在胞液中進(jìn)行，尤其在合成代謝旺盛的組織中活躍。從6-P-葡萄糖開(kāi)始，經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段：1. 氧化階段 產(chǎn)生NADPH2、CO2和5-P-核酮糖

21、；2. 非氧化階段，通過(guò)基團(tuán)的交換和分子內(nèi)部的重組，5-P-核酮糖又轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿峒禾?。?9頁(yè)，共68頁(yè)。6葡萄糖-6-磷酸NADPH66-磷酸-葡萄糖內(nèi)酯66-磷酸-葡萄糖酸NADPH CO265-磷酸-核桐糖25-磷酸-核糖23-磷酸甘油醛2果糖-6-磷酸2果糖-6-磷酸45-磷酸-木酮糖27-磷酸景天庚糖24-磷酸赤蘚糖23-磷酸甘油醛果糖-1.6-二磷酸H2OPi果糖-6-磷酸第60頁(yè)，共68頁(yè)。磷酸戊糖途徑的特點(diǎn)A、組織定位：肝、泌乳期乳腺、脂肪組織、腎上腺皮質(zhì)、紅細(xì)胞等。B、細(xì)胞內(nèi)定位：胞液。C、限速酶：6-磷酸葡萄糖脫氫酶D、基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)可逆，是 5-磷酸核糖的另一生成途徑。第61頁(yè)，共68頁(yè)。磷酸戊糖途徑的生理意義途徑生成的NADPH是生物合成反應(yīng)的供氫體。a、作為體內(nèi)合成代謝的供氫體，如膽固醇、 脂肪酸的合成。b、參與體內(nèi)羥化反應(yīng)：如膽固醇、類固醇激素和膽汁酸的合成，以及生物轉(zhuǎn)化中的羥化反應(yīng)。c、維持谷胱甘肽的還原狀態(tài)。 途徑生成的磷酸核糖是合成核苷酸的原料。與糖的酵解途徑和有氧氧化途徑相聯(lián)系第62頁(yè)，共68頁(yè)。5. 糖代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)5.1 各途徑之間的聯(lián)系第一個(gè)交匯點(diǎn)：6 -第二個(gè)交匯點(diǎn)：3