糖的代谢ppt.ppt

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1、第七章 糖代谢,第一节 多糖的酶促降解 第二节 糖的分解代谢 1、糖的无氧酵解 2、糖的有氧分解 3、乙醛酸循环 4、戊糖磷酸途径 第三节 糖的合成代谢 1、蔗糖的合成 2、淀粉的合成 3、糖原的合成 4、糖原的异生作用,教学要求： 掌握糖酵解的基本概念，详细阐述糖酵解的反应过程，糖酵解途径的反应原则以及调节机制，在细胞代谢途径中的意义，其他糖类进入糖酵解的途径。 掌握柠檬酸循环的具体反应过程和反应机制，能量的转化，柠檬酸循环的酶系和调控机制，以及循环的作用。 掌握戊糖磷酸途径的生物学意义，葡糖异生作用和乙醛酸途径的反应机制及生物学意义，糖原的生物合成和分解途径。,糖(carbohydrate

2、s)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。,糖的化学,（一）糖的概念,（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 (monosacchride) 寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride) 结合糖 (glycoconjugate),葡萄糖(glucose) 已醛糖,果糖(fructose) 已酮糖,1. 单糖: 不能再水解的糖。,半乳糖(galactose) 已醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖,2. 寡糖,常见的几种二糖有：,麦芽糖 (maltose) 淀粉的重复单位,蔗糖 (sucrose) 植物中

3、糖的运输形式,乳糖 (lactose) 纤维二糖（cellobiose),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。,乳 糖,麦芽糖,蔗糖,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), 淀粉 是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒, 糖原 动物体内葡萄糖的储存形式, 纤维素 作为植物的骨架,4. 结合糖 糖与非糖物质的结合物。,糖脂 (glycolipid)： 糖与脂类的结合物。 糖蛋白 (glycoprotein)： 糖与蛋白质的结合物。,第 一 节 概 述,一、糖的生理功能,1

4、. 氧化供能,糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。,3. 作为机体组织细胞的组成成分,糖的主要功能。,2. 提供合成体内其他物质的原料,糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。,二、糖代谢总论,糖代谢包括分解代谢和合成代谢。 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。 植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程。,概述 多糖和寡聚糖只有分解

5、成小分子后才能被吸收利用，生产中常称为糖化。 降解的方式 水解 磷酸解,第二节 多糖和低聚糖的酶促降解,水解淀粉的淀粉酶有-与-淀粉酶， 二者只能水解淀粉中的-1，4糖苷键，水解产物为麦芽糖。 -淀粉酶可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的-1，4糖键， -淀粉酶只能从非还原端开始水解。 水解淀粉中的-1，6糖苷键的酶是-1，6糖苷键酶 淀粉水解的产物为糊精和麦芽糖的混合物。,一、淀粉的酶促水解,-淀粉酶 麦芽糖 + 葡萄糖 直链淀粉 -淀粉酶 麦芽糖 -淀粉酶 麦芽糖 + 葡萄糖 + 异麦芽糖 支链淀粉 -淀粉酶 麦芽糖 + 核心糊精,淀粉的水解,二、糖原的酶促降解-磷酸解,磷酸化酶从非还原端对

6、糖原分子进行磷酸解，连续释放葡糖-1-磷酸，直至在分支点前有4个葡萄糖残基为止。 脱支酶的转移酶将分支上的3个葡萄糖残基转移到非还原末端。 脱支酶的-1，6糖苷键酶将分支点上的葡萄糖残基水解为葡萄糖。,三、纤维素的酶促降解,纤维素 纤维素酶及纤维二糖酶 葡萄糖,四、二糖的酶促水解 二糖 双糖酶 单糖(葡萄糖、果糖、半乳糖） 双糖酶：麦芽糖酶、纤维二糖酶、蔗糖酶、乳糖酶,第三节 糖的分解代谢,糖的无氧酵解 糖的有氧分解 乙醛酸循环 戊糖磷酸途径,糖的分解代谢 ：,一、糖的无氧酵解,在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸的过程称之为糖酵解。,（一）定义,* 糖酵解的反应部位：胞浆,1）第一阶段： 葡萄糖 1

7、, 6-二磷酸果糖,1. 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate, G-6-P),磷酸化使葡萄糖不能自由逸出细胞； 己糖激酶 (hexokinase, HK) 分四型，肝中为葡萄糖激酶 (glucokinase, GK)； 反应不可逆,为限速步骤。,2. 6-磷酸葡萄糖异构为6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P),6-磷酸果糖转变成1,6-二磷酸果糖 (1,6-fructose-biphosphate, F-1,6-BP),是第二个磷酸化反应，反应不可逆。 磷酸果糖激酶-1 (phosphofructo-kinase-1, PFK

8、-1)是糖酵解的限速酶。,2）第二阶段： 1, 6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛,1. 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,反应可逆, 由醛缩酶(aldolase)催化,2. 磷酸丙糖同分异构化,磷酸丙糖异构酶 G2分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。,3）第三阶段： 3-磷酸甘油醛 丙酮酸,1、3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,醛基氧化成羧基。脱下的氢由NAD+接受。 糖酵解中唯一的氧化脱氢反应，分子内部能量重新分配，并储存在1，3-二磷酸甘油酸中。 碘乙酸为脱氢酶的抑制剂，与酶中心的-SH结合,2. 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,此步为底物水平磷酸化 反应可逆,3. 3-磷酸

9、甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,4. 2-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),脱水反应引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键。 氟化物对烯醇化酶有抑制作用。,5. PEP转变成丙酮酸（pyruvate),第二个底物水平磷酸化，反应不可逆。 烯醇式立即自发转变为酮式。,4）第四阶段： 丙酮酸的继续氧化,丙酮酸的继续氧化： 丙酮酸还原为乳酸（糖酵解） 丙酮酸还原为乙醇（发酵）,1. 丙酮酸转变成乳酸(lactate),此为还原反应，NADH+H+来自于3-磷酸甘油醛脱氢。 乳酸是糖酵解的终产物。 厌氧生物以及生物缺氧时，都通过糖酵解获能,糖酵解（葡萄糖到乳酸）的全过程,总反应： C6H12O6

10、 + 2ADP + 2Pi 2CH3CHOHCOOH + 2ATP + 2H2O ATP的生成： 糖酵解时，1mol葡萄糖共生成4molATP，净生成2molATP,由葡萄糖到乳酸的总反应及能量产生,糖酵解过程中能量的产生及乳酸的去向,产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量： 从G开始 22-2= 2ATP 从Gn开始 22-1= 3ATP 终产物乳酸的去路 释放入血，进入肝脏再进一步代谢。 分解利用 乳酸循环（糖异生）,机体缺氧时的主要供能方式。 机体供氧充足情况下少数组织的能量来源。如成熟红细胞、神经、白细胞、骨髓、肿瘤细胞等。 产生含碳的中间物为合成反应提供原料。,糖酵

11、解的生理意义,糖酵解小结： 一次脱氢(3-P-甘油醛脱氢) 二次底物水平磷酸化 1.磷酸甘油酸激酶 2.丙酮酸激酶 糖酵解是一个不需氧的产能过程，三个不可逆反应,2. 丙酮酸转变成乙醇,其它单糖的酵解,二、糖酵解的调节,关键酶,调节方式,（一）6-磷酸果糖激酶-1（PFK-1）,果糖磷酸激酶是最关键的限速酶,* PFK-1的别构调节,别构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P,别构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度） F-1,6-2P 正反馈调节该酶,（二）丙酮酸激酶,变构调节：F-1,6-BP为变构激活剂； ATP和肝内Ala为变构抑制剂。 ATP和乙酰CoA抑制酶

12、活性。,（三）葡萄糖激酶及己糖激酶,G-6-P 可反馈抑制己糖激酶. 胰岛素可诱导葡萄糖激酶的合成.,第二节 糖的有氧分解,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要的供能方式。,* 部位：胞液及线粒体,* 概念,一、有氧氧化的反应过程,分为三个阶段：,第一阶段：同糖酵解,胞液,第二阶段：丙酮酸由细胞液进入线粒体进行氧化脱羧,经脱氢、脱羧、生成乙酰CoA，这是不可逆反应。在线粒体内进行。,丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸脱氢酶 E1 由三种酶组成 二氢硫辛酰转乙酰酶 E2 二氢硫辛酰脱氢酶 E3 五种辅助因子：

13、 TPP（VB1）、NAD+（Vpp）、硫辛酸、FAD（VB2）、HSCoA（泛酸）,由乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸（含有三个羧基）开始，经反复脱氢、脱羧再生成草酰乙酸的循环反应过程。又称柠檬酸循环和Krebs循环。 部位：线粒体基质,第三阶段：乙酰CoA进行三羧酸循环,2. 柠檬酸脱水成为顺乌头酸，再加水形成异柠檬酸,1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸,3. 异柠檬酸氧化与脱羧生成-酮戊二酸,反应不可逆 异柠檬酸脱氢酶既有脱氢、脱羧两种作用,4. -酮戊二酸的氧化脱羧,该反应大量放能，是三羧酸循环中的第二次氧化脱羧，产生NADH和CO2,5. 琥珀酰CoA转化成琥珀酸,GTP+ADP

14、GDP+ATP,三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化,6. 琥珀酸脱氢形成延胡索酸,反应生成FADH2，即1.5个ATP,7. 延胡索酸加水生成苹果酸,8. 苹果酸被氧化为草酰乙酸,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,a-酮戊二酸,琥珀酸辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶A,一次底物水平磷酸化 二次脱羧 三次不可逆反应 四次脱氢,三羧酸循环,TCA循环中有4次脱氢，其中3次以NAD+为受氢体，1次以FAD为受氢体；另外，有1次底物水平磷酸化。故:1分子乙酰CoA经TCA共产生10分子ATP. TCA从乙酰CoA与草酰乙酸合成柠檬酸开始，每循环一次生产2分子CO2，是来自草酰乙酸的两个羧基。但净

15、结果是氧化了1分子乙酰CoA,三羧酸循环的特点,TCA中的中间产物可以参与合成其他物质，故需要不断补充。 TCA循环在线粒体中进行，有三步反应是不可逆的，循环只能单方向进行且必需要有O2 。 柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶 （氧化脱羧） -酮戊二酸脱氢（氧化脱羧）,三羧酸循环的生理意义, 三大营养物质的共同氧化途径。生物体内主要的能量来源 .,1分子乙酰CoA经TCA 共产生10分子ATP.,9ATP,9ADP,9Pi, 三大物质代谢联系的枢纽。, TCA的中间产物可以供应多种化合物的碳骨架,二、葡萄糖有氧氧化生成的ATP,2NADH,G 2丙酮酸：净产生2个ATP和2个NADH + H+，后者

16、入线粒体可产生5个ATP 2丙酮酸2乙酰CoA和2 NADH + H+，后者进入呼吸链产生22.5个ATP 2TCA: 一分子乙酰CoA经TCA产生3（NADH + H+）和1个FADH2，加上底物水平磷酸化生成1个高能磷酸键，共产生210个ATP。 结论：1molG彻底氧化成CO2和H2O，可净生成32mol ATP。 储能效率为 34.05 %，其余能量以热量形式发散：,葡萄糖有氧分解的总反应 C6H12O6+6O2+32H3PO4 6H2O+6CO2+32ATP,三 、TCA循环的代谢调节,TCA循环受以下4种酶的调节： 丙酮酸脱氢酶复合体 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复

17、合体,1. 丙酮酸脱氢酶复合体,变构调节： 共价修饰调节： 磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其去磷酸化，使其活性增加。,2. 柠檬酸合酶 (关键的限速酶）,变构激活剂：ADP、高浓度的乙酰CoA 变构抑制剂：NADH、琥珀酰CoA、柠檬酸、ATP 3. 异柠檬酸脱氢酶 变构激活剂：ADP、Ca2+ 变构抑制剂：ATP、NADH,4. 酮戊二酸脱氢酶复合体（限速酶）,与丙酮酸脱氢酶复合体相似。 氧化磷酸化促进TCA； ATP、NADH和琥珀酰CoA均抑制酶活性。 ATP/ADP，抑制TCA，氧化磷酸化 ATP/ADP，促进TCA，氧化磷酸化,乙醛酸循环三羧酸循环支路,在异柠檬酸裂解酶的催化下，异

18、柠檬酸被直接分解为乙醛酸，乙醛酸又在乙酰辅酶A参与下，由苹果酸合成酶催化生成苹果酸，苹果酸再氧化脱氢生成草酰乙酸的过程。此途径只存在于植物和微生物中。其主要内容是通过乙醛酸途径使乙酰-CoA转变为草酰乙酸从而进入柠檬酸循环。,一、定义,反应部位: 乙醛酸循环体 反应特点: 异柠檬酸裂解酶 苹果酸合成酶,二、乙醛酸循环的反应,乙醛酸总的反应： 2 乙酰-CoA + 2 NAD+ + FAD 草酰乙酸 + 2 CoA-SH + 2 NADH + FADH2 + 2 H+,乙醛酸途径开始于草酰乙酸与乙酰辅酶A的缩合形成柠檬酸；柠檬酸异构化形成异柠檬酸。异柠檬酸裂解成为琥珀酸和乙醛酸。 乙醛酸与另一分

19、子乙酰CoA在苹果酸合酶催化缩合形成苹果酸，苹果酸穿过乙醛酸循环体膜进入细胞溶胶，由苹果酸脱氢酶将其氧化为草酰乙酸。细胞溶胶中的草酰乙酸可经糖异生转变为葡萄糖。 琥珀酸可跨膜进入线粒体，通过与柠檬酸相同的途径形成草酰乙酸；草酰乙酸继续进入TCA循环或者转移到细胞质 ，经糖异生转变为葡萄糖。,乙醛酸反应历程,三、乙醛酸循环示意图,在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径,异柠檬酸,柠檬酸,琥珀酸,苹果酸,草酰乙酸,CoASH,三羧酸循环,乙酰CoA,乙醛酸循环和三羧酸循环中存在着某些相同的酶类和中间产物。但是，它们是两条不同的代谢途径。 乙醛酸循环是在乙醛酸体中进行的，是与脂肪转化为糖密切相关的反应过程

20、。 三羧酸循环是在线粒体中完成的，是与糖的彻底氧化脱羧密切相关的反应过程。,乙醛酸循环和三羧酸循环的联系,四、乙醛酸循环的意义,以二碳物为起始，可以合成四碳物和六碳物，作为TCA中间产物的补充。 乙醛酸循环可以使得植物和微生物中的脂肪转化为糖。 举例：油料植物种子发芽时把脂肪转化为碳水化合物是通过乙醛酸循环来实现的。这个过程依赖于线粒体、乙醛酸体及细胞质的协同作用。,糖异生,油类植物 种子发芽,脂代谢,糖,乙醛酸循环,草酰乙酸,乙酰CoA,意义不在于产能，而在于物质转化,第 四 节 磷酸戊糖途径,* 概念,磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛

21、和6-磷酸果糖的反应过程。,糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主要方式，但不是唯一途径。 许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即磷酸戊糖途径（PPP），也称为磷酸己糖支路（HMP）。 参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。,* 细胞定位：胞液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途径的反应过程,* 反应过程可分为二个阶段,第二阶段: 非氧化反应 包括一系列基团转移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,1. 磷酸戊糖生

22、成 （氧化阶段）,5-磷酸核糖,异构酶,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。 两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。 反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。,2. 基团转移反应 (非氧化阶段）,3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt

23、)。,5-磷酸核酮糖(C5) 3,5-磷酸核糖 C5,转酮醇酶,转醛醇酶,转酮醇酶,基团转移反应,限速酶,戊糖磷酸途径,总反应式,36-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2,磷酸戊糖途径的特点, 葡萄糖直接脱氢和脱羧，且脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。 反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。 反应中生成了中间代谢物5-磷酸核糖。 一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。 (5)反应分为氧化阶段和非氧化阶段，无氧参加,二

24、、磷酸戊糖途径的调节,* 6-磷酸葡萄糖脱氢酶,此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。,此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。,磷酸戊糖途径的生理意义,1提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应。 NADPH是体内许多合成代谢的供氢体； NADPH参与体内羟化反应； NADPH用于维持谷胱甘肽的还原状态。 2.形成的中间产物可以合成其它一些物质。5-磷酸核糖是合成核酸的必需原料。 3.可以提供能量,第四节 糖的合成代谢,1. 葡萄糖单元以-1,4-糖苷键形成长链。 2. 约

25、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。 3. 每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的结构特点及其意义,糖原的结构特点,一、糖原的合成代谢,（二）合成部位,（一）定义,糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。,组织定位：主要在肝脏、肌肉 细胞定位：胞浆,1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,（三）糖原合成途径,2. 6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,* UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,+,3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖,1- 磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖

26、(UDPG ),4. -1,4-糖苷键式结合,* 糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)， 作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。,UDPG,（四）糖原分枝的形成,（五）糖原代谢的调控,磷酸化酶及糖原合酶的调节 磷酸化酶：磷酸化时，有活性；脱磷酸时，无活性。 糖原合酶：磷酸化时，无活性；脱磷酸时，有活性。 2. 激素的调节 胰岛素促进糖原的合成降低血糖； 肾上腺素、胰高血糖素、肾上腺皮质激素促进糖原降解，提高血糖浓度。,二、蔗糖的合成,合成途径有两条(葡萄糖的供体均为UDPG)： 磷酸蔗糖合成酶（主要途径） 蔗糖合成酶,（二）淀粉的合成 先合成直链淀粉，再转变为支链淀粉

27、(供体为ADPG),第五节 糖异生作用,用整体动物做实验，禁食24小时，大鼠肝脏中的糖原由7%降低到1%，饲喂乳酸、丙酮酸或三羧酸循环代谢的中间物后可以使大鼠肝糖原增加。 糖尿病人或切除胰岛的动物，他们从氨基酸转化成糖的过程十分活跃。当摄入生糖氨基酸时，尿中糖含量增加。,糖异生的证据如下：,糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。,* 部位,* 原料,* 概念,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体,乳酸、甘油、丙酮酸和生糖氨基酸（除赖、亮）等。,一、糖异生途径,* 定义,* 过程,糖异生途径基本上是糖酵解的逆过程，但是糖酵解途径的三个关键酶催化的反应是放能的

28、不可逆反应，又叫能障。需要另外的酶催化绕过这三个能障,从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。,糖酵解的三个不可逆反应,己糖激酶 6-磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶,糖酵解的三个不可逆反应,糖异生途径方向,1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸,草酰乙酸,PEP, 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体）, 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）, 草酰乙酸转运出线粒体,丙酮酸,线粒体,胞液,糖异生途径所需NADH+H+的来源,糖异生途径中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛时，需要NADH+H+。, 由氨基酸为原料进行糖异生时， NA

29、DH+H+则由线粒体内NADH+H+提供，它们来自于脂酸的-氧化或三羧酸循环，NADH+H+转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。,2. 1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖,3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,非糖物质进入糖异生的途径, 糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物, 上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原,糖异生作用的总反应式如下： 2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+4H2O 葡萄糖+2NAD+ +4ADP +2GDP +6Pi,糖异生途径的前体,1、凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡萄糖。例如三羧酸循环的中间物，异柠檬酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延

30、胡索酸和苹果酸都可以转变成草酰乙酸而进入糖异生途径。,2、大多数氨基酸是生糖氨基酸如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、组氨酸、苏氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸等，它们可转化成丙酮酸、-酮戊二酸等三羧酸循环中间物参加糖异生途径。,3、Cori循环：剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，随血流流至肝脏，先氧化成丙酮酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来。这 乳酸葡萄糖的循环过程称为Cori循环。,4、反刍动物糖异生途径十分活跃，牛胃中的细菌分解纤维素成为乙酸、丙酸、丁酸等奇数脂肪酸可转变成为琥珀酰CoA参加糖异

31、生途径合成葡萄糖。,（一）重要的生物合成葡萄糖的途径 红细胞和脑以葡萄糖为主要燃料，成人每天约需160克葡萄糖，而糖原的贮存量有限，故需糖异生来补充糖的不足。 （二）维持血糖浓度恒定 饥饿或剧烈运动造成糖原下降后，糖异生能使脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸等重新生成糖。有助于维持血糖稳定 （三）有利于乳酸的再利用 当肌肉在缺氧或剧烈运动时，肌糖原经酵解产生大量乳酸，通过血液循环运到肝脏，在肝内异生为葡萄糖，葡萄糖可再经血液返回肌肉利用。 （四）协助氨基酸代谢,糖异生的生理意义,本章小结,糖类的概念 淀粉及其酶解（淀粉糊化，酶促水解）,单糖：G、F、半乳糖 双糖：蔗糖，麦芽糖，乳糖 多糖：淀粉（

32、直链 支链），糖原,淀粉酶、淀粉酶、葡萄糖淀粉酶,3. 葡萄糖酵解及厌氧发酵 4. 葡萄糖的有氧代谢 5. 戊糖途径（G-1-P脱氢，NADPH） 6. 糖异生,EMP、乳酸发酵、酒精发酵,丙酮酸脱羧、TCA,第八章,脂 质 代 谢,第一节 脂类的酶促水解 第二节 脂肪的分解代谢 1、甘油的氧化 2、脂肪酸的p氧化作用 3、脂肪酸氧化的其他途径 4、酮体的生成和利用 第三节 脂肪的合成代谢 1、甘油-磷酸的生物合成 2、脂肪酸的生物合成 3、脂肪的合成 第四节 磷脂的代谢 第五节 胆固醇的代谢 1、胆固醇的合成 2、胆固醇的转化,教学要求： 掌握脂肪的消化吸收，脂肪酸和不饱和脂肪酸的氧化，酮体

33、代谢，磷脂的代谢； 掌握脂类的合成过程以及脂肪酸的氧化和合成的异同之处。,第一节 脂类概述,概念 脂类是脂肪和类脂的总称，它是有脂肪酸与醇作用生成的酯及其衍生物，统称为脂质或脂类，是一类不溶于水而易溶于有机溶剂，并能为机体利用的有机化合物，也是生物体的重要组成成分。,2、脂类的分类,3、脂类的生理功能 生物膜的结构组分：磷脂、糖脂 储能物质、燃料分子（氧化时每克可释放出38.9 kJ 的能量，每克糖和蛋白质氧化时释放的能量仅分别为17.2 kJ和23.4 kJ。） 保护作用、御寒作用 帮助脂溶性维生素的吸收 信号传导：激素、胞内信使,4、脂肪酸的命名及分类,必需脂肪酸：机体必需但自身又不能合成

34、或合成量不足，必须从植物油中摄取的脂肪酸叫必需脂肪酸。包括亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。,第二节 脂质的酶促水解,甘油三酯结构,一、三酰甘油的酶促水解,脂肪酶催化三酰甘油逐步水解产生脂肪酸和甘油,甘油的分解,二、甘油磷脂的代谢 （一）甘油磷脂的基本结构： CH2-O-CO-R1 | R2-CO-O-CH | CH2-O-PO3H-X,非极性尾部,非极性尾部,极性头部,甘油磷脂的分解靠存在于体内的各种磷脂酶将其分解为脂肪酸、甘油、磷酸等，然后再进一步降解。,-X,磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol ),X=,双磷脂酰甘油(Diphosphatidylglycerol ),X=,磷

35、脂酶A1广泛分布于自然界； A2主要存在于蛇毒，蜂毒和哺乳类动物胰脏（酶原形式）； 磷脂酶C来源于细菌及其它生物组织； 磷脂酶D存在于高等植物中 磷脂酶A1或磷脂酶A2催化生成的仅含一个脂肪酸的产物称溶血甘油磷脂,磷脂酶的存在形式,第三节 三酰甘油的分解代谢,一、甘油的氧化,二、脂肪酸的-氧化作用,（一）-氧化作用的证实 （自学）,概念： 脂肪酸在体内氧化时在羧基端-碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位，即乙酰CoA，该过程称作-氧化。 特性： 脂肪酸的-氧化是饱和脂肪酸的主要分解方式。,部位：线粒体(肝及肌肉最活跃)。 步骤： 脂肪酸的活化脂酰CoA的生成（细胞液） 脂酰Co

36、A进入线粒体 脂肪酸的-氧化 脂肪酸氧化的能量生成,（二）-氧化的反应过程：,1. 脂肪酸的活化（激活） (活化部位: 胞浆) 将化学性质稳定的脂肪酸转变为化学性质活泼的脂酰CoA。由内质网和线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶(脂肪酸硫激酶1)催化，由ATP提供能量。,2. 脂酰CoA进入线粒体,脂肪酸活化在细胞液中进行，而催化脂肪酸氧化的酶系是在线粒体基质内，因此活化的脂酰CoA必须进入线粒体内才能代谢。,10C的脂酰CoA，可直接渗透进入线粒体 10C的脂酰CoA，需在肉碱的协助下转运，肉碱脂酰转移酶催化此反应。,脂酰CoA 的转运机制,肉碱脂酰转移酶是限速酶，脂酰CoA进入线粒体是脂酸-氧化

37、的主要限速步骤。,3. 脂肪酸的-氧化,-氧化过程由四个连续的酶促反应组成： 脱氢； 水化； 再脱氢； 硫解。 同时释放出1分子乙酰CoA。 反应产物是比原来的脂酰CoA减少了2个碳的新的脂酰CoA。如此反复进行，直至脂酰CoA全部变成乙酰CoA。,（1）脱氢 脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶催化，在其和碳原子上脱氢，生成2-反烯脂酰CoA，该脱氢反应的辅基为FAD。 （2）加水（水合反应） 2-反烯脂酰CoA在2-反烯脂酰CoA水合酶催化下，在双键上加水生成L-羟脂酰CoA。,（3）脱氢 L-羟脂酰CoA在L-羟脂酰CoA脱氢酶催化下，脱去碳原子与羟基上的氢原子生成-酮脂酰CoA，该反应的辅酶为

38、NAD+。 （4）硫解 在-酮脂酰CoA硫解酶催化下，-酮脂酰CoA与CoA作用，硫解产生 1分子乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA。,脂肪酸的-氧化的反应机制,脱氢,加水,再脱氢,硫解,脂酰CoA,L(+)-羟脂酰CoA,酮脂酰CoA,脂酰CoA+乙酰CoA,脂肪酸-氧化中产物的去向,肉碱转运载体,线粒体膜,-氧化全过程,脂肪酸-氧化,总结：脂肪酸-氧化的特点： -氧化过程在线粒体基质内进行；脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗ATP分子的两个高能键（利用一个，浪费一个）。 -氧化为一循环反应过程，除脂酰CoA合成酶（硫激酶）外，其余所有的酶均属线粒体酶。反应不可逆； 每循环一次，生成一

39、分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量，并生成ATP。NADH和FADH2 通过呼吸链形成ATP。,4. 脂肪酸-氧化的能量生成,计算原则： 每一次-氧化，生成1分子FADH2和1分子NADH+H+和1分子乙酰CoA； 1个乙酰CoA完全氧化(参加TCA）产生10个ATP； 1个NADH通过呼吸链产生2.5个ATP， 1个FADH2通过呼吸链产生1.5个ATP。,以软脂酸（含16碳）为例，说明-氧化中的能量转变,7次-氧化分解产生47=28分子ATP； 8分子乙酰CoA可得108=80分子ATP；

40、 共可得108分子ATP 由于软脂酸转化成软脂酰CoA时消耗了1分子ATP中的两个高能磷酸键的能量（ATP分解为AMP, 可视为消耗了2个ATP） 故1分子软脂酸彻底氧化分解可净生成106分子ATP。,1、奇数碳链脂肪酸的氧化,-氧化：方式同偶数脂肪酸 最后的产物丙酰CoA在羧化酶、异构酶和变位酶的作用下生成琥珀酰CoA，再进入TCA循环氧化。,脂肪酸氧化的其他途径,2、 -氧化： 指在- 碳原子部位进行的氧化作用。 脂肪酸的- 碳被氧化成羟基，生成 -羟脂肪酸， -羟脂肪酸进一步脱羧、氧化转变为少1个碳原子的脂肪酸。,3、 -氧化,指离脂肪酸羧基最远的甲基（-碳原子）先氧化成羟甲基，然后进一

41、步氧化成、-二羧酸,CH3(CH2)nCOOH OH CH2(CH2)nCOOH HOOC(CH2)nCOOH -氧化 琥珀酰CoA + 乙酰CoA TCA Cycle,多见于细菌对烃类的氧化，氧化放能为菌体所利用。,乙酰CoA的去路 进入TCA循环最终氧化生成二氧化碳和水以及大量的ATP。 生成酮体参与代谢（动物体内） 脂肪酸氧化产生的乙酰CoA，在肌肉细胞中可进入TCA循环进行彻底氧化分解；但在肝脏及肾脏细胞中还有另外一条去路，即形成乙酰乙酸、D-羟丁酸和丙酮，这三者统称为酮体。,（四）酮体的生成和利用,1. 酮体的概念 酮体是脂肪酸在肝脏中分解氧化时特有的中间代谢产物。是乙酰乙酸、-羟丁

42、酸和丙酮三者的统称。 2. 酮体的生成(肝内生成,肝外用) 部位：肝线粒体 原因：肝脏最有很强的生成酮体的酶，但缺少利用酮体的酶： 琥珀酰CoA转硫酶 乙酰乙酸硫激酶 。 原料：乙酰CoA，主要来自脂酸的-氧化。 关键酶：HMG CoA合成酶 利用：肝外组织（心、肾、脑、骨骼肌等）,丙酮,乙酰乙酸,-羟丁酸,酮体的种类,3. 酮体的生成机制,NAD+,NADH+H+,琥珀酰CoA,琥珀酸,CoASH+ATP,PPi+AMP,CoASH,4. 酮体的利用 （肝外组织）,琥珀酰CoA转硫酶 （心、肾、脑及骨骼肌的线粒体）,乙酰乙酸硫激酶 （肾、心和脑的线粒体）,乙酰乙酰CoA硫解酶（心、肾、脑及骨

43、骼肌线粒体）,酮体代谢转运示意图,5. 酮体生成的生理意义,酮体是肝脏输出能源的一种形式。在长期饥饿时，是脑和肌肉的主要能源物质。 酮体利用的增加可减少糖的利用，有利于维持血糖水平恒定，节省蛋白质的消耗。 正常血液中酮体含量为0.030.5mmol/L。在长期饥饿、糖尿病或供糖不足情况下，肝内生成酮体的量超过肝外利用能力时，会导致血中酮体升高，即：酮血症、酮尿症。,第三节 脂肪的合成代谢,一、脂肪酸的生物合成 生物机体内脂类的合成是十分活跃的，特别是在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳腺中占优势。 脂肪酸合成的碳源主要来自糖酵解产生的乙酰CoA。 脂肪酸合成步骤与氧化降解步骤完全不同。脂肪酸的生物合

44、成是在细胞液中进行，需要CO2和柠檬酸参加；而氧化降解是在线粒体中进行的。,线 粒 体 膜,胞液,线粒体基质,丙酮酸,丙酮酸,苹果酸,草酰乙酸,柠檬酸,柠檬酸,乙酰CoA,苹果酸,乙酰CoA的转运机制-柠檬酸-丙酮酸循环,（三）脂肪酸的从头合成,1、第一阶段：丙二酰CoA的形成,乙酰CoA羧化酶是脂酸合成的限速酶。,2、软脂酸的合成,脂酸合成酶系：在高等动物，脂肪酸合成酶系是一个多功能酶的二聚体。每个亚基含有一个酰基载体蛋白（ACP）的核心和七种酶的活性部位。 ACP为酰基载体蛋白，大肠杆菌的ACP由77个氨基酸残基组成，是一种可溶性蛋白质，分子中有一个活性-SH，所以也可以写成ACPSH,脂

45、肪酸从头合成的生化经历,O CH3CSACP,+,|, CH3-CH=CH-C-SACP,|, CH3-CH2 - CH2 - C-SACP,|,O H O CH3-C-CH2 - CSACP,CO2,H,-羟丁酰ACP脱水酶,-酮丁酰ACP还原酶,CoASH,O O HO-C-CH2C-S-ACP,丙二酸单酰-ACP,|,|,-烯丁酰ACP还原酶,缩合酶,脂肪酸合成循环：,低等生物中，脂肪酸合成酶系是一种由1分子脂酰基载体蛋白（ACP）和6种酶单体所构成的多酶复合体；但在高等动物中，则是以二聚体形式存在的多功能酶，通常，每个亚基都含有一ACP结构域,并且含有一个软脂酰-ACP硫酯酶 。 脂肪

46、酸合成时由脂肪酸合成酶系催化，每经过一次循环反应可使脂肪酸的碳链延长2个碳原子，如此反复进行，直到合成16碳的软脂酰ACP。软脂酰ACP不是合成酶的底物，而是被水解成软脂酸和ACPSH，或将软脂酰基转移到CoA上形成软脂酰CoA。,2 线粒体和内质网中脂肪酸碳链的延长,此过程在线粒体/微粒体内进行。碳链延长，最长可达二十四碳。,（1）线粒体脂肪酸延长酶系: 延长短链脂肪酸，其过程是-氧化逆过程。 （2）内质网脂肪酸延长酶系：延长饱和或不饱和长链脂肪酸，其中间过程与脂肪酸合成酶体系相似。,3 不饱和脂肪酸的合成 混合功能氧化酶系 软脂酰CoA + O2 + NADPH+H+ 软脂烯酰CoA + NADP+ + 2H2O 硬脂酰CoA + O2 + NADPH+H+ 油酰CoA + NADP+ + 2H2O 必需脂肪酸 :亚油酸和亚麻酸等是动物体内合成其他物质所必需的，必须由植物获得,二、 合成脂肪需要的直接原料 合成脂肪所需的直接原料是： -磷酸甘油 （提供甘油部分） 脂酰CoA （提供脂肪酸部分） NADPH + H+ （提供还原能力） 合成反应并不是脂肪分解的逆反应过程,