生物化學課件糖類代謝

生物化學課件糖類代謝第1頁/共89頁新陳代謝的概念回顧

小分子大分子合成代謝（同化作用）需要能量

釋放能量分解代謝（異化作用）大分子小分子物質(zhì)代謝能量代謝新陳代謝光合作用（葉）呼吸作用第2頁/共89頁第一節(jié)糖糖類物質(zhì)是一類多羥基醛或多羥基酮類化合物或聚合物；糖類物質(zhì)可以根據(jù)其水解情況分為：單糖、寡糖和多糖；在生物體內(nèi)，糖類物質(zhì)主要以均一多糖、雜多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。第3頁/共89頁重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃半乳糖1.單糖的結(jié)構(gòu)-D-吡喃甘露糖-D-呋喃果糖第4頁/共89頁蔗糖2.寡糖（二糖）第5頁/共89頁葡萄糖-（14）半乳糖苷乳糖OCH2OHOCH2OHOHO14123

麥芽糖第6頁/共89頁(1).淀粉（分為直鏈淀粉和支鏈淀粉）直鏈淀粉分子量約1萬-200萬，250-260個葡萄糖分子，以（14）糖苷鍵聚合而成。呈螺旋結(jié)構(gòu)，遇碘顯紫藍色。支鏈淀粉中除了（14）糖苷鍵構(gòu)成糖鏈以外，在支點處存在（16）糖苷鍵，分子量較高。遇碘顯紫紅色。3.多糖第7頁/共89頁(2).纖維素由葡萄糖以（14）糖苷鍵連接而成的直鏈，不溶于水。(3).幾丁質(zhì)（殼多糖）N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷鍵縮合而成的線性均一多糖。(4).雜多糖糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）透明質(zhì)酸硫酸軟骨素硫酸皮膚素硫酸角質(zhì)素肝素——

一種抗凝劑（123）是同多糖（4）是雜多糖第8頁/共89頁D/L標記法糖以距羰基最遠的*C為準氨基酸以距羰基最近的*C為準第9頁/共89頁

D系醛糖的立體結(jié)構(gòu)D(+)-阿洛糖D(+)-阿桌糖D(+)-葡萄糖D(+)-甘露糖D(+)-古洛糖D(-)-艾杜糖D(+)-半乳糖D(+)-塔羅糖(allose)(altrose)(glucose)(mannose)(gulose)(idose)(galactose)(talose)D(-)-赤鮮糖(erythrose)D(-)-蘇糖(threose)D(+)-甘油醛(allose)D(-)-核糖(ribose)D(-)-阿拉伯糖(arabinose)D(+)-木糖(xylose)D(-)-米蘇糖(lysose)第10頁/共89頁

吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）

吡喃呋喃-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃果糖-D-呋喃葡萄糖-D-呋喃果糖第11頁/共89頁

D-葡萄糖由Fischer式改寫為Haworth式的步驟

轉(zhuǎn)折旋轉(zhuǎn)成環(huán)成環(huán)-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖第12頁/共89頁

單糖磷酸酯D-甘油醛-3-磷酸-D-葡萄糖-1-磷酸-D-葡萄糖-6-磷酸-D-果糖-6-磷酸-D-果糖-1，6-二磷酸第13頁/共89頁單糖化學性質(zhì)（P131）1、還原性本尼迪特試劑的Cu2+還原為Cu+即Cu2O呈黃色或紅色2、苯肼反應與苯肼生成苯腙或苯脎3、形成糖苷（糖苷定義，、

）4、單糖脫水第14頁/共89頁

常見的寡糖蔗糖D-麥芽糖（

-型）乳糖（-型）纖維二糖（

-型）第15頁/共89頁

環(huán)糊精結(jié)構(gòu)

-環(huán)糊精分子結(jié)構(gòu)

環(huán)糊精分子的空間填充模型內(nèi)部疏水第16頁/共89頁雙糖的酶促降解

蔗糖+H2O葡萄糖+果糖蔗糖酶麥芽糖+H2O2葡萄糖麥芽糖酶乳糖+H2O葡萄糖+半乳糖--β-半乳糖苷酶第17頁/共89頁多糖多糖是多個單糖以糖苷鍵相連而形成的高聚物來源分類——

植物、動物、微生物多糖淀粉相關(guān)酶（內(nèi)）、

（外）、去分支酶直鏈淀粉-1，4-糖苷鍵，水溶性差支鏈淀粉-1，4-糖苷鍵-1，6-糖苷鍵第18頁/共89頁糖原又叫動物淀粉肝糖原（維持血糖平衡）肌糖原RENRE(16)分支點支鏈淀粉或糖原分子示意圖

淀粉多一個分支，就有一個非還原端生成，而非還原端是接受葡萄糖的位置。糖原分子中可以有多個非還原端，但只有一個還原端

第19頁/共89頁

淀粉和糖原結(jié)構(gòu)NRERE直鏈淀粉支鏈淀粉或糖原分支點的結(jié)構(gòu)直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)0.8nm1.4nm6個殘基第20頁/共89頁纖維素、殼多糖-1，4-糖苷鍵纖維素功能植物細胞壁與纖維素的結(jié)構(gòu)微纖維纖維素鏈植物細胞中的纖維素微纖維細胞壁第21頁/共89頁纖維素片層結(jié)構(gòu)

纖維素一級結(jié)構(gòu)殼多糖昆蟲甲殼蟲第22頁/共89頁糖復合物糖—肽鏈糖—核酸糖—脂質(zhì)肽聚糖(peptidoglycans)脂多糖(lipopolysauhards)糖基?；视?glycosylacylglycerols)糖鞘脂(pglycosphingolipids)糖蛋白(glycproteins)蛋白聚糖(proteoglycans)(ComplexCarbohydrates)第23頁/共89頁細胞膜表面的糖鏈蛋白聚糖糖脂糖蛋白細胞膜第24頁/共89頁多糖的酶促降解

1、糖原的分解

糖原的結(jié)構(gòu)及其連接方式

磷酸化酶（催化1.4-糖苷鍵斷裂）

三種酶協(xié)同作用：轉(zhuǎn)移酶（催化寡聚葡萄糖片段P136

去分支酶（催化1.6-糖苷鍵斷裂）糖原的磷酸解

-1，6糖苷鍵-1，4-糖苷鍵第25頁/共89頁2、淀粉的分解淀粉的酶促水解解

α－淀粉酶：在淀粉分子內(nèi)部任意水解α-1.4糖苷鍵。（內(nèi)切酶）

β－淀粉酶:從非還原端開始，水解α－１.4糖苷鍵，依次水解下一個β－麥芽糖單位（外切酶）

去分支酶:水解α－淀粉酶和β－淀粉酶作用后留下的極限糊精中的1.6－糖苷鍵。α－淀粉酶β－淀粉酶第26頁/共89頁第二節(jié)糖的分解代謝一、生物體內(nèi)單糖的主要分解代謝途徑及細胞定位二、糖酵解（EMP）三、丙酮酸的去路：無氧降解和有氧降解途徑四、三羧酸循環(huán)（TCA）五、磷酸戊糖途徑（PPP/HMP）六、其它糖進入單糖分解的途徑第27頁/共89頁動物細胞植物細胞細胞膜細胞質(zhì)線粒體高爾基體細胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)溶酶體細胞壁葉綠體有色體白色體液體晶體分泌物吞噬中心體胞飲細胞膜丙酮酸氧化三羧酸循環(huán)磷酸戊糖途徑糖酵解第28頁/共89頁一、葡萄糖的主要分解代謝途徑

葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA6-磷酸葡萄糖磷酸戊糖途徑糖酵解（有氧）（無氧）三羧酸循環(huán)（有氧或無氧）第29頁/共89頁二、糖酵解（glycolysis）1、化學歷程和催化酶類2、化學計量和生物學意義3、糖酵解的調(diào)控

糖酵解是將葡萄糖降解為丙酮酸并伴隨著ATP生成的一系列反應，是生物體內(nèi)普遍存在的葡萄糖降解的途徑。該途徑也稱作Embden-Meyethof-Parnas途徑，簡稱ＥＭＰ途徑。第30頁/共89頁EMP的化學歷程

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸第一階段第二階段第三、四階段葡萄糖葡萄糖的磷酸化磷酸己糖的裂解丙酮酸和ATP的生成P139也可以分為是四個階段10步第31頁/共89頁第一階段：葡萄糖的磷酸化

ATPADPATPADP葡萄糖激酶磷酸果糖激酶異構(gòu)酶第32頁/共89頁第二階段：磷酸己糖的裂解醛縮酶異構(gòu)酶第33頁/共89頁第三階段：3-磷酸甘油酸和第一個ATP生成

NAD+

NADH+H+

PiADP

ATPH2OMg或MnATPADP丙酮酸PEP丙酮酸激酶脫氫酶激酶變位酶烯醇化酶第四階段丙酮酸和ATP的生成第34頁/共89頁ＥＭＰ途徑化學計量和生物學意義總反應式:

C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi2C3H4O3+2NADH+2H++2ATP+2H2O生物學意義

★是葡萄糖在生物體內(nèi)進行有氧或無氧分解的共同途徑,通過糖酵解，生物體獲得生命活動所需要的能量；

★形成多種重要的中間產(chǎn)物，為氨基酸、脂類合成提供碳骨架；

★為糖異生提供基本途徑。能量計算：氧化一分子葡萄糖凈生成

2ATP2NADH（最后氧化釋放能量）2x3ATP（原核生物）或者2x2ATP（真核生物）（針對EMP這一步）第35頁/共89頁三、丙酮酸的去路（有氧）（無氧）葡萄糖葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA三羧酸循環(huán)（有氧或無氧）丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA糖酵解途徑三羧酸循環(huán)（有氧或無氧）第36頁/共89頁丙酮酸的無氧降解及葡萄糖的無氧分解

葡萄糖EMP

NADH+H+

NAD+CH2OHCH3乙醇

NADH+H+

NAD+CO2

乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛CHOCH3COOHC==OCH3丙酮酸

葡萄糖的無氧分解第37頁/共89頁丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解

（EPM）葡萄糖COOHC==OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰CoA三羧酸循環(huán)

NAD+

NADH+H+CO2CoASH

葡萄糖的有氧分解

丙酮酸脫氫酶系第38頁/共89頁影響酵解的調(diào)控位點及相應調(diào)節(jié)物

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖abc

調(diào)控位點激活劑抑制劑a己糖激酶

ATPG-6-PADPb磷酸果糖

ADPATP

激酶

AMP檸檬酸（限速酶）果糖-2,6-二磷酸NADHc丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸ATP

Ala

規(guī)律：主要通過調(diào)節(jié)反應途徑中幾種酶的活性來控制整個途徑的速度，被調(diào)節(jié)的酶多數(shù)為催化反應歷程中不可逆反應的酶，通過酶的變構(gòu)效應實現(xiàn)活性的調(diào)節(jié)，另外還有巴斯德效應（P146看書）第39頁/共89頁四、三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）

（檸檬酸循環(huán)）

1、三羧酸循環(huán)的化學歷程2、三羧循環(huán)及葡萄糖有氧氧化的化學計量和能量計量3、三羧循環(huán)的生物學意義4、草酰乙酸的回補反應5、三羧酸循環(huán)的調(diào)控第40頁/共89頁既是分解代謝途徑，也是合成代謝途徑從丙酮酸氧化兩個階段1.氧化為乙酰CoA2.乙酰CoA的乙?；M入三羧酸循環(huán)徹底氧化三羧酸循環(huán)是糖、脂肪、氨基酸代謝樞紐。過程中形成的中間產(chǎn)物，又是物質(zhì)合成的起點第41頁/共89頁丙酮酸氧化脫羧基本反應：糖酵解生成的丙酮酸可穿過線粒體膜進入線粒體內(nèi)室。在丙酮酸脫氫酶系的催化下，生成乙酰輔酶A。第42頁/共89頁丙酮酸脫氫酶系NAD++H+丙酮酸脫羧酶FAD硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶二氫硫辛酸脫氫酶CO2乙酰硫辛酸二氫硫辛酸NAD++H+TPP硫辛酸CoASHNAD+CH3-C-SCoAO第43頁/共89頁硫辛酸的氫載體作用和酰基載體作用

氧化型硫辛酸SSCCC(CH2)4COO-SHSCCC(CH2)4COO-乙酰二氫硫辛酸+2H-2H二氫硫辛酸HSHSCCC(CH2)4COO-第44頁/共89頁化學反應歷程

第45頁/共89頁CoA3CHCOH2C-COOH

HO-C-COOH

H2C-COOH檸檬酸合酶HO212CHCOCOOHCOOH+草酰乙酸檸檬酸乙酰輔酶A第46頁/共89頁HO2順烏頭酸酶HC-COOH

C-COOH

H2C-COOH順烏頭酸H2C-COOH

HO-C-COOH

H2C-COOH檸檬酸2第47頁/共89頁HO2HC-COOH

C-COOH

H2C-COOH順烏頭酸

HO-C-COOH

HC-COOH

H2C-COOHH異檸檬酸2第48頁/共89頁

HO-C-COOH

HC-COOH

H2C-COOHHCO-COOH

CH-COOH

CH2-COOH異檸檬酸異檸檬酸脫氫酶草酰琥珀酸NAD+NADH+H+3第49頁/共89頁CO-COOH

CH-COOH

CH2-COOHCO-COOH

CH2

CH2-COOH酮戊二酸α草酰琥珀酸CO23異檸檬酸脫氫酶第50頁/共89頁CO-COOH

CH2

CH2-COOH酮戊二酸α脫氫酶系CO2酮戊二酸αNAD+NADH+H+CoA-SH+CO2CHS-CoA2CHCOOH+琥珀酰CoA4第51頁/共89頁琥珀酰CoACO2CHS-CoA2CHCOOHGDPGTP+Pi2CH2CHCOOHCOOH琥珀酸琥珀酸硫激酶+CoA-SH5第52頁/共89頁2CH2CHCOOHCOOHFADFADH2琥珀酸琥珀酸脫氫酶CHCHCOOHCOOH延胡索酸6第53頁/共89頁CHCHCOOHCOOH延胡索酸延胡索酸酶+H2OHO-CHCHCOOHCOOH2蘋果酸7第54頁/共89頁HO-CHCHCOOHCOOH2NADNADH+H琥珀酸脫氫酶+蘋果酸O=CCHCOOHCOOH2草酰乙酸8第55頁/共89頁HO-CHCHCOOHCOOH2O=CCHCOOHCOOH2草酰乙酸3CHCOCOOH3CHCOS-CoANAD+NADH+H+CoA-SH

H2C-COOH

HO-C-COOH

H2C-COOH檸檬酸

HOC-COOH

HC-COOH

H2C-COOHO=C-COOH

HC-H

H2C-COOHNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CO2O=C-S-CoA

HC-H

H2C-COOHCOOH

CH2

CH2COOHCOOH

CH

CHCOOHFADFADH2PiGDPGTPNAD+NADH+H+HO2HO2H異檸檬酸酮戊二酸α琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸蘋果酸TCA乙酰CoA丙酮酸CoA-SHCO2CO2第56頁/共89頁TCA過程的特點1、在線粒體的間質(zhì)中進行2、將丙酮酸粉碎變成3CO23、由琥珀酰輔酶A向琥珀酸轉(zhuǎn)變時生成GTP第57頁/共89頁三羧循環(huán)的化學計量和能量計量a、總反應式:

CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3NADH+3H++FADH2+GTP能量“現(xiàn)金”:1GTP

能量“支票”:3NADH

1FADH2兌換率1：39ATP兌換率1：22ATP1ATP12ATPb、三羧酸循環(huán)的能量計量第58頁/共89頁葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的ATP酵解階段：2ATP

2

1NADH兌換率1：3(或2)2ATP2(3ATP或2ATP)三羧酸循環(huán)：21GTP

2

3NADH

21FADH221ATP29ATP22ATP兌換率1：3兌換率1：3丙酮酸氧化：2

1NADH兌換率1：323ATP總計：38ATP或36ATP第59頁/共89頁三羧循環(huán)的生物學意義是有機體獲得生命活動所需能量的主要途徑是糖、脂、蛋白質(zhì)等物質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)化的中心樞紐形成多種重要的中間產(chǎn)物，是合成的起點

第60頁/共89頁糖、脂肪與蛋白質(zhì)葡萄糖乙酰輔酶A脂肪酸蛋白質(zhì)第61頁/共89頁三羧酸循環(huán)的調(diào)控位點及相應調(diào)節(jié)物abc

調(diào)控位點激活劑抑制劑a檸檬酸合成酶NAD+

ATP

（限速酶）NADH

琥珀酰CoA

脂酰CoAb異檸檬酸ADPATP

脫氫酶NAD+NADHcα-酮戊二酸

ADPNADH

脫氫酶NAD+

琥珀酰CoA

關(guān)鍵因素：[NADH]/[NAD+]

[ATP]/[ADP]第62頁/共89頁五、

磷酸戊糖途徑

（pentosephosphatepathway,ppp）

1、化學反應歷程及催化酶類特點：氧化脫羧階段和非氧化分子重排階段2、總反應式和生理意義第63頁/共89頁磷酸戊糖途徑的氧化脫羧階段

NADP+

NADPH+H+

H2O

NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脫氫酶內(nèi)酯酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶第64頁/共89頁磷酸戊糖途徑的非氧化階段之一

（5-磷酸核酮糖異構(gòu)化）

差向異構(gòu)酶異構(gòu)酶5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸核酮糖第65頁/共89頁磷酸戊糖途徑的非氧化階段之二

（轉(zhuǎn)酮與轉(zhuǎn)醛反應）

+4-磷酸赤蘚糖+5-磷酸核糖3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)醛酶6-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H5-磷酸木酮糖第66頁/共89頁（轉(zhuǎn)酮反應）

+4-磷酸赤蘚糖+3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖轉(zhuǎn)酮酶5-磷酸木酮糖第67頁/共89頁H2OPi1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖醛縮酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途徑的非氧化階段之三

（3-磷酸甘油醛異構(gòu)、縮合與水解）

異構(gòu)酶第68頁/共89頁磷酸戊糖途徑的總反應式6G-6-P+12NADP++7H2O6

G-5-P+6CO2

+12NADPH+12H+

磷酸戊糖途徑的生理意義產(chǎn)生大量NADPH,主要用于還原（加氫）反應，為細胞提供還原力產(chǎn)生大量的磷酸核糖和其它重要中間產(chǎn)物與光合作用聯(lián)系，實現(xiàn)某些單糖間的轉(zhuǎn)變3-磷酸甘油醛將有氧呼吸與無氧呼吸聯(lián)系起來第69頁/共89頁第三節(jié)糖的合成代謝一、單糖的生物合成二、雙糖的生物合成三、多糖的生物合成第70頁/共89頁一、單糖的生物合成1、葡萄糖生物合成的最基本途徑：光合作用2、糖異生作用（非糖物質(zhì)——糖，必要時保證血糖濃度）第71頁/共89頁光合作用

CO2+H2O(CH2O)+光能12O2第72頁/共89頁過程葡萄糖——6-磷酸葡萄糖------1-磷酸葡萄糖——二磷酸尿苷葡萄糖（UDPG）（P158）——糖原為引物，不斷加長糖鏈，得糖原第73頁/共89頁糖原的生物合成

糖原生物合成過程與植物支鏈淀粉合成過程相似，但參與合成的引物、酶、糖基供體等是不相同的。

引物：結(jié)合有一個寡糖鏈的多肽

酶：糖原合成酶，分支酶

糖基供體：UDPG（尿苷二磷酸葡萄糖）第74頁/共89頁糖異生主要途徑和關(guān)鍵反應

非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖代謝的中間產(chǎn)物后，在相應的酶催化下,繞過糖酵解途徑的三個不可逆反應,利用糖酵解途徑其它酶生成葡萄糖的途徑稱為糖異生。

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶PEP磷酸烯醇式丙酮酸第75頁/共89頁糖異生途徑關(guān)鍵反應之一+H2O+Pi6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖第76頁/共89頁糖異生途徑關(guān)鍵反應之二

二磷酸果糖磷酸酯