《生物化学-糖》PPT课件.ppt

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1、生 物 化 学,主 要 内 容,糖类代谢与生物氧化 脂类与-氧化及合成 维生素与辅酶 蛋白质的结构、功能与代谢 生物催化剂酶 核酸及其合成,糖分子含C、H、O 3种元素，通常3者的比例为1:2:1，一般化学通式为(CH2O)n “碳水化合物” 如： 葡萄糖C6H12O6 ， 蔗糖C12H22O11 。 例外：脱氧核糖C5H10O4 ，鼠李糖(C6H12O5); 而乙酸C2H4O2(非糖）,一、糖 类 物 质,糖类是多羟基醛或多羟基酮或其衍生物，或水解时能够产生这些化合物的物质。,单糖：不能再水解成更小分子的糖类，如(脱氧)核糖、葡萄糖、果糖、半乳糖。 寡糖：即能被水解为少数 ( 2-20个)

2、单糖的糖类 。重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖等。 多糖：即水解时能产生20个以上单糖分子的糖类。重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、几丁质等。 糖复合物：糖类与蛋白质、脂类等生物大分子如形成的共价结合物，如糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂。,糖 类,单糖的化学性质,溴水(pH6),常见的二糖的结构,麦芽糖和纤维二糖由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成 蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成 乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成,多 糖,糖酵解(无氧分解)：在无氧的条件下，葡萄糖分解生成丙酮酸，同时释放出少量能量的过程。在供氧不足或缺氧时，丙酮酸进一步生成乳酸或乙醇。(巴斯德效应) 糖的有氧氧化：在

3、氧充足的条件下，葡萄糖或糖原彻底彻底氧化分解为CO2 和H2O，同时释放出大量能量。该氧化过程包括葡萄糖的酵解、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环、电子传递和氧化磷酸化四部分。 在某些组织器官(如乳腺、睾丸、脂肪组织、肾上腺皮质）中，糖还可以循着磷酸戊糖途径进行代谢。,糖的氧化分解,糖酵解,肌肉酵解/乳酸发酵：在无氧情况下，葡萄糖经酵解生成的丙酮酸在乳酸脱氢酶催化下，接受甘油醛-3-磷酸脱氢过程中生成的NADHH+中的两个氢原子，被还原成为乳酸，乳酸是糖酵解的最终产物 。如乳酸菌、人在剧烈运动时的肌肉组织。 酒精发酵：酵母菌和其它一些生物，甚至一些高等植物，在无氧情况下，葡萄糖经酵解生成的丙酮酸脱羧生

4、成乙醛， NADHH+在乙醇脱氢酶的作用下还原乙醛形成乙醇。,糖的无氧呼吸,在正常情况下，体内能量主要以糖的有氧分解方式供给，较少进行糖酵解。但在有些组织如红细胞、皮肤、睾丸、视网膜等，即使有氧时也进行糖酵解获得能量 。 在某些情况下，糖酵解则有其特殊的生理意义 。如 激烈运动时，肌肉处于相对缺氧状态，糖酵解过程随之加强，以补充运动所需的能量； 在病理情况下，例如严重贫血、大量失血、呼吸障碍、肺及心血管等疾患所引起的机体缺氧，组织细胞也可增强糖酵解以获得能量。,糖酵解的生理意义,丙酮酸的氧化脱羧,Mg2+,Krebs循环 （TCA循环）,TCA循环的基本生理功能是氧化供能。在有氧条件下, 每克

5、分子葡萄糖彻底氧化时, 经TCA循环可净生成30或32克分子ATP, 与糖酵解只生成2克分子ATP相比，约多1516倍。 TCA循环是体内糖、脂肪和蛋白质三大营养物质分解代谢的最终共同途径。 TCA循环也是糖、脂肪和氨基酸代谢联系的通路。,TCA循环的生理意义,生物氧化（细胞呼吸）,有机物在细胞内氧化分解产生CO2和H2O并释放出能量形成ATP的过程称为生物氧化。 生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作用中一系列氧化-还原反应，故又称为细胞氧化或细胞呼吸。 生物氧化反应中能量逐步释放，有一部分用来合成ATP供机体利用; 一部分热能用于维持体温。因此，就不会因温度突然上升而损害机体。,线粒体呼吸链的种类

6、,NADH呼吸链:催化NADH的氧化,FADH2呼吸链: 催化琥珀酸的氧化,线粒体呼吸链,底物水平磷酸化 指在分解代谢过程中，底物因脱氢、脱水等作用而使能量在分子内部重新分布，形成高能磷酸化合物，然后将高能磷酸基团转移到ADP形成ATP的过程。,ATP的生成方式,氧化磷酸化（电子传递水平磷酸化） 在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水时，所释放出的能量用于ADP磷酸化生成ATP。即氧化时偶联磷酸化的过程称为氧化磷酸化。这种方式生成的ATP约占ATP生成总数的80, 是维持生命活动所需能量的主要来源。,氧化磷酸化偶联部位,化学偶联假说 该假说是1953年由Edward Slater最

7、先提出的。 该假说认为电子传递和生成的偶联是通过一系列连续的反应，而形成一个高能共价中间物，这个中间物在电子传递中形成，随后又裂解将其能量供给ATP的合成。 化学偶联假说并不能从呼吸链中找到实际的例子，而是磷酸甘油脱氢酶所催化的产能和贮能过程。,氧化磷酸化的作用机制,这一假说是1964年由Paul Boyer提出的。 该假说认为电子沿呼吸链传递使线粒体内膜蛋白质组分发生了构象变化而形成一种高能形式。这种高能形式将能量传递给F0F1-ATP酶分子而使之能化。酶的复原即将能量提供给ATP的合成并从酶上游离下来。 这一假说和化学偶联假说一样，至今未能找到有力的实验证据。,构象偶联假说,这一假说是19

8、61年由Peter Mitchel提出的。 化学渗透假说的要点是： 线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵； 在电子传递链中，电子由高能状态传递到低能状态时释放出来的能量，用于驱动膜内侧的H+迁移到膜外侧（膜对H+是不通透的）。这样，在膜的内侧与外侧就产生了跨膜质子梯度 (pH) 和电位梯度（）；,化学渗透假说,在膜内外势能差（pH 和）的驱动下, 膜外高能质子沿着一个特殊通道（ATP酶的组成部分），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，直接驱动ADP和磷酸合成ATP。,电子传递抑制剂 及作用部位,O2,NADH,NADH-Q还原酶,鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素A,CoQ,Cytb,Cytc1,

9、Cytc,Cytaa3,氰化物、一氧化碳、硫化氢、叠氮化合物,抗霉素A,解偶联剂 (质子载体) 解偶联剂不影响呼吸链的电子传递，但能减弱或停止ATP合成的磷酸化反应。最常见的解偶联剂是2，4-二硝基苯酚（DNP）。,氧化磷酸化抑制剂,其作用特点是既抑制氧的利用又抑制ATP的形成，但不直接抑制电子传递链上载体的作用。如寡霉素。,这是一类脂溶性物质。这种物质能与某些离子结合,并作为它们的载体使这些离子能够穿过膜。 它和解偶联试剂的区别在于它是作为H+离子以外的其他一价阳离子的载体。例如： 缬氨霉素能够结合K+离子,与K+形成脂溶性的复合物,从而容易地使K+通过膜,如果K+离子不与缬氨霉素结合,它透

10、过膜的速度就很低。,离子载体抑制剂,甘油-3-磷酸穿梭途径(如昆虫飞行肌),胞液中NADH的氧化,生物学意义: 使骨骼肌和神经细胞溶胶中的NADH逆浓度梯度转运到线粒体内膜进入氧化磷酸化。,甘油-3-磷酸脱氢酶,苹果酸-天冬氨酸穿梭途径,生理意义： 当细胞溶胶 NADH / NAD+ 线粒体基质NADH / NAD+ 时，NADH才通过此途径进入线粒体。如心肌和肝脏细胞。,戊糖磷酸途径 (肝/骨髓/脂肪组织）,CO2,细胞溶胶,提供5-磷酸核糖 戊糖磷酸途径是体内利用葡萄糖生成磷酸核糖的唯一途径，为体内核酸合成提供了原料。 NADPH的生成及其功用 提供细胞代谢(脂肪酸合成、固醇合成、葡萄糖还

11、原成山梨醇、二氢叶酸还原为四氢叶酸、丙酮酸还原羧化为苹果酸、谷胱甘肽还原)所需的NADPH。 磷酸戊糖途径是细胞内不同结构糖分子的重要来源, 并为各种单糖的相互转变提供条件。,戊糖磷酸途径的生理意义,葡糖异生作用,（1）丙酮酸羧化支路,（2）果糖-1，6-二磷酸 转变为果糖-6-磷酸 （3）葡糖-6-磷酸水解 生成葡萄糖,在饥饿情况下保证血糖浓度的相对恒定 这对保证某些主要依赖葡萄糖供能的组织具有重要意义。例如人脑每天约消耗120g血糖。 糖异生作用与乳酸的利用有密切关系 Coli循环（右图）,糖异生作用的生理意义,乙醛酸循环(许多微生物和植物),乙醛酸循环和TCA 循环的关系,乙酰CoA经乙

12、醛酸循环可合成琥珀酸等有机酸，这些有机酸可作为三羧酸循环中的基质。 乙醛酸循环是微生物利用乙酸作为碳源建造自身机体的途径之一。 乙醛酸循环是油料植物将脂肪酸转变为糖的途径。,乙醛酸循环的生理意义,血糖(血液中所含的葡萄糖),(80120mg/100ml),脂类是脂肪、磷脂、类固醇等类化合物的总称。 脂类分子也含C、H、O 3种元素，但H:O远大于2，有些脂含P和N，各种脂类的结构可差异很大。 脂类不溶于水，可溶于非极性溶剂 (如氯仿、乙醚、丙酮等）。 脂类的生物功能: 脂类是生物膜的主要成分； 脂肪氧化时产生能量 (约是糖氧化时的二倍); 生物表面的保护层/保持体温/生物活性物质。,二、脂类的

13、组成和功能,人体必需脂肪酸 （Essential fatty acids）,必需脂肪酸：人体及哺乳动物在合成脂肪酸时，不能引入超过9位的双键，即自身不能合成，而对人体功能必不可少的,必须由食物中获取的一些多不饱和脂肪酸。 必需脂肪酸,亚油酸(18:2 9c,12c ,-6系) 亚麻酸(18:3 9c,12c ,15c ,-3系) 花生四烯酸(20:45c,8c ,11c,14c),-亚麻酸(18:3 6c,9c,12c ,-6系),EPA (20:5 5c,8c ,11c,14c,17c) DHA (22:6 4c,7c ,10c,13c,16c,19c),中性脂肪(动物-fat)和油(植物-

14、oil),脂类由甘油醇和脂肪酸结合成的酯(甘油三酯或三酰甘油)。 常温下呈固态的称为脂；呈液态的称为油。,(单纯脂 ),磷 脂 ( 复合脂肪 ),磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂，主要参与细胞膜系统的组成。 甘油磷脂：(由sn-甘油-3-磷酸衍生) 结构通式如下：,sn-甘油-3-磷酸,常见甘油磷脂的极性头基及其净电荷,卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分，磷酸胆碱一端为极性的头，两个脂肪酸一端为非极性的尾，其中一个脂肪酸通常含不饱和双键，因此总有点弯折,由鞘氨醇、脂肪酸和磷脂酰胆碱组成。在高等动物的脑髓鞘和红细胞膜中特别丰富，也存在于植物种子。组成细胞膜的第二大磷脂。,鞘 磷 脂,类固醇如胆固醇等脂类也

15、是细胞膜的重要成分； 还有胆酸，性激素和肾上腺皮质激素等。,类固醇 ( 衍生脂类 ),环戊烷多氢菲,碳架可看成是由两个或多个异戊二烯单位连接而成。如胡萝卜素，香精油和天然橡胶等。,萜 类 ( 衍生脂类 ),环戊烷多氢菲,脂肪的水解 催化甘油三酯(TG)水解的酶，统称为脂肪酶。 甘油三酯脂肪酶催化的反应是甘油三酯水解的限速步骤，故此酶为限速酶。 三酰甘油完全水解成甘油和脂肪酸而释放入血，通过血液循环运输到肝脏和其它组织而被利用。,脂肪的代谢,肝、肾和肠粘膜等组织含有丰富的甘油磷酸激酶，但在肌肉和脂肪组织细胞内，这种酶的活性很低。,甘油的代谢,软脂酸为C16的脂酸，在进行-氧化之前，先须活化生成脂

16、酰-CoA：(细胞溶胶),脂肪酸的-氧化 (以软脂酸为例),脂酰肉碱/肉碱转运体系,软脂酸的-氧化,单不饱和脂肪酸的氧化,多不饱和脂肪酸的氧化,肝内酮体的生成,HMG-CoA裂解酶,酮体生成的生理意义 肝脏输出酮体为肝外组织提供了能源。 肝脏输出酮体对低血糖时保证脑的供能，以维持其正常生理功能方面起着重要作用。 在长期饥饿时,酮体是脑组织的主要供能物质。,酮尿症、酮尿症和酸中毒,血糖,昏迷死亡,脂肪酸的合成,合成部位：在肝、肾、脑、肺、乳腺及脂肪组织的胞液中都有脂肪酸合酶复合体, 均能合成脂肪酸,其中以肝合成能力最强, 约比脂肪组织大89倍。 合成原料：合成脂肪酸的原料是乙酰CoA, 主要来自糖的氧化分解, 凡能生成乙酰CoA的物质都可以成为合成脂肪酸的原料。此外, 某些氨基酸分解亦可提供部分乙酰CoA。以上过程都是在线粒体内进行的，而合成脂肪酸的酶却存在于胞液中，因此乙酰CoA必须进入胞液才能用于合成脂肪酸。,乙酰CoA的转运 (柠檬酸-丙酮酸循环),脂肪酸的合成 (从头合成),丙二酸单酰辅酶A的生成 棕榈酸合成过程(细胞溶胶),脂肪酸的合成 (延伸合成),线粒体中碳链的延长,软脂酸合成其他脂肪酸,