第6章_糖代谢.ppt

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1、第六章 糖代谢,什么是新陈代谢？ 新的来，旧的去 花开花落、四季轮回 “长江后浪推前浪，一代新人换旧人” 生化定义泛指生物与周围环境进行物 质与能量交换的过程。是生物体物质代谢 与能量代谢的有机统一。,第1节 新陈代谢概述,一、物质代谢与能量代谢的统一,二、新陈代谢的共性,1. 代谢途径相似 为什么具有许多相同之处呢？ 共同的祖先！,2. 反应步骤繁多，具有严格的顺序性；,3. 与环境相适应，自动调节； 通过酶活性调节来进行。,新陈代谢过程,营养物质的摄取与吸收 细胞内的物质代谢 代谢产物的去向与废物排泄 本课程主要涉及目前已经清楚的细胞内四大物质的合成与分解。,三、代谢的研究方法,1.同位素

2、示踪法 将含有放射性同位素的物质参与代谢反应，测试该基团在不同物质间的转移情况，来认识代谢过程。 例,细胞内P32迅速被无放射性的P代替，并传递给其它物质，这意味着什么？,2.整体方法,典型案例 脂肪酸的氧化,3.组织提取法,各类组织细胞,典型案例 糖代谢、生物氧化等等,第节 生物体内的糖类,单糖 （monosaccharide ） 寡糖 （oligosaccharide ） 多糖 （polysaccharide ）,根据聚合度,第节 糖代谢,一、多糖和低聚糖的酶促降解 1.胞外降解(水解过程),细胞外 多糖和低聚糖,胞外水解酶（淀粉酶、寡糖酶）,2.胞内降解（磷酸分解）,细胞内储备的 糖原或

3、淀粉,磷酸化酶,活化、水解,断支链,活化、水解,H3PO4,淀粉酶 （内切淀粉酶）,直链淀粉,葡萄糖、麦芽糖、 麦芽三糖、低聚物,支链淀粉,葡萄糖、麦芽糖、 麦芽三糖、 糊精, 淀粉酶 （糖化酶）,直链淀粉,支链淀粉,麦芽糖,麦芽糖、 极限糊精,支链淀粉的彻底水解需要淀粉酶、 淀粉酶、 脱支酶和麦芽糖酶的共同作用。,胞外降解(水解过程),耐高温，不耐酸,不耐高温，耐酸,肝糖原分解(淀粉),糖原的合成与分解都由非还原性末端开始。,还原性末端,非还原性末端,非还原性末端,-1,4-糖苷键,-1,6-糖苷键,胞内降解（磷酸分解）,7,7,例 肝糖元的分解,去单糖降解,三、单糖的降解,C6H12O6

4、6CO2 + 6H2O + 2870 kJ/mol,如此复杂步骤的生物意义？,核电站为什么如此复杂呢？,有效地控制能量的产生，加以转化！,原子能电能 缓慢受控 糖化学键能ATP化学能 缓慢受控 产生生物合成所需的中间产物！,总论,丙酮酸,CO2 + H2O,第节 糖酵解,一、糖酵解（Glycolysis)EMP途径,定义：1分子葡萄糖分解产生2分子丙酮酸，并伴随ATP生成的过程。 位置：细胞质,1G 2丙酮酸 + 2NADH + 2ATP2H+,1,2,+,丙酮酸,裂解,脱氢,异构,产能,脱水,异构,为什么中间分子都带磷酸基团？,1. 传递能量； 2. 不能由生物膜渗漏出细胞。,葡萄糖 葡萄糖

5、-6-磷酸 果糖-6-磷酸 果糖- 1， 6-二磷酸 丙酮酸 磷酸二 甘油醛 烯醇式丙酮酸 羟丙酮 + 3-磷酸 甘油酸-1，3-二磷酸 磷酸烯醇式丙酮酸 3 -磷酸-甘油酸 2 -磷酸-甘油酸,二、糖酵解的化学计量与生物学意义,Glucose+2ADP+2Pi+2NAD+2pyruvate+2ATP+2H2O +2NADH+2H+,产能步骤：,+,1.为机体提供能量。 2.为某些厌氧生物及组织细胞生活所必需。 3.中间产物可转变为其它物质。,三、糖酵解的意义,四、糖酵解的其他底物,其他六碳糖进入糖酵解的途径,五、丙酮酸的去路,1、生成乙酰CoA,、乳酸发酵,发酵不产生能量，其生物意义何在呢？

6、 消耗糖酵解脱下的H，保持细胞内的pH稳定。,、乙醇发酵,丙酮酸脱羧酶 + TPP,乙醇脱氢酶,乙醇,1.磷酸果糖激酶限速酶 变构抑制剂：ATP和柠檬酸 变构激活剂：AMP、ADP和6-磷酸果糖、 2.6-二磷酸果糖 2.己糖激酶 变构抑制剂： 6-磷酸葡萄糖 脂代谢的乙酰CoA和脂肪酸对酶具有抑制作用。,三、糖酵解的调节,3.丙酮酸激酶 变构抑制剂：ATP。 丙氨酸、乙酰CoA、脂肪酸具有抑制作用 变构激活剂：6-磷酸果糖、1.6-二磷酸果糖。,糖有氧氧化的反应过程,分三个阶段： 糖酵解途径：葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 乙酰CoA 三羧酸循环和氧化磷酸化,第节 三羧酸循环（TCA循环),柠檬酸循

7、环（Citric Acid Cycle) 三羧酸循环 （Tricarboxylic Acid Cycle ） Krebs循环 部位：线粒体 酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢，彻底氧化为CO2、H2O并产生ATP的过程。,汉斯克雷勃斯（Hans A. Krebs）,1937年 Krebs（英）发现三羧酸循环，1953年获诺贝尔奖。,一、三羧酸循环的发现,三羧酸？ 循环？,每个分子具有3个碳的丙酮酸库（基质中）,(4)(7)(8)(10),C,H,3,C,O,C,O,O,H,N,A,D,+,N,A,D,H,+,H,+,C,o,A,S,H,C,O,2,C,H,3,C,O,S,C,o,A,O,C,C,O,O,

8、H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,C,(,O,H,),C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,C,O,O,H,C,H,(,O,H,),C,O,O,H,N,A,D,(,P,),N,A,D,(,P,),H,+,H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,C,O,O,H,C,O,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,C,O,O,H,N,A,D,H,+,H,N,A,D,N,A,D,H,+,H,+,+,COSCoA,C,H,2,C,H,2,C,O,O,H,G,D,P,+,P,i,G,T,P,C,o,A,S,H,C,H

9、,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,F,A,D,H,2,F,A,D,C,H,C,O,O,H,C,H,C,O,O,H,H,O,C,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,H,+,N,A,D,+,C,O,2,+,+,C,o,A,S,H,H 2 O,C,o,A,S,H,C,O,2,丙酮酸,乙酰 CoA,(2),(1),(7),(8),(9),(10),(5),(6),(3),(4),柠檬酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,琥珀酰 CoA,琥珀酸,延胡索酸,L-苹果酸,草酰乙酸,H O,2,(1) 丙酮酸脱氢酶复合体 (2) 柠檬酸合酶 (3) 顺乌头酸酶 (4)异柠檬酸脱氢酶 (

10、5)异柠檬酸脱氢酶 (6) -酮戊二酸脱氢酶复合体 (7) 琥珀酰CoA合成酶 (8) 琥珀酸脱氢酶 (9) 延胡索酸酶 (10)L-苹果酸脱氢酶,三羧酸循环,产能步骤 2NAD(P)H 1FADH2 1GTP,(1)(6)-产能脱碳 2NADH + 2 CO2,(5)-脱碳-1CO2, 3步不可逆反应,二、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoA Pyruvate Is Oxidized to Acetyl-CoA and CO2,丙酮酸脱氢酶系,准备阶段,、丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸脱羧酶（E1） 二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2） 二氢硫辛酸脱氢酶（E3） TPP、硫辛酸、NAD+、Mg 2+、FAD和

11、CoA。,3种酶：,6种辅助因子：,包括,丙酮酸脱氢酶复合体,提问：有哪些物质可以调节该酶复合物的活性？ 答案：产物（NAD(P)H、FADH2、GTP、ATP、乙 酰CoA ）抑制 反应物（NAD+、FAD、GDP、ADP、丙酮酸） 激活 Ca2+、胰岛素激活,二、三羧酸循环反应过程 Citric Acid Cycle,乙酰CoA,异柠檬酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,柠檬酸,酮戊二酸,TCA概貌,1、草酰乙酸与乙酰CoA缩合成柠檬酸 Formation of Citrate,柠檬酸合酶,柠檬酸合酶是限速酶 变构抑制剂：ATP、NADH、 琥珀酰CoA、酯酰CoA AM

12、P可解除抑制,FH2C,氟乙酰辅酶A ：底物，形成氟柠檬酸，不能往下反应，称致死性合成,杀虫剂和灭鼠药,2、异构化形成异柠檬酸 Formation o f Isocitrate via cis-Aconitate,乌头酸酶,3、异柠檬酸氧化形成酮戊二酸 Oxidation of Isocitrate to -Ketoglutarate and CO2,氧化脱羧,G0= -20.9 kJ/mol,异柠檬酸脱氢酶,NAD为辅酶，需Mg2+（线粒体）,NADP为辅酶（胞质也有）,变构调节酶,激活：ADP、NAD、异柠檬酸、Mg2+ 抑制：ATP、NADH,4、酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA Ox

13、idation of -Ketoglutarate to Succinyl-CoA,酮戊二酸脱氢酶复合体,G0 = -33.5 kJ/mol,高能硫酯化物,酮戊二酸脱氢酶系,三种酶,六种辅助因子,E1- 酮戊二酸脱氢酶 E2-二氢硫辛酰转琥珀酰基酶 E3-二氢硫辛酸脱氢酶,TPP、硫辛酸、 CoA-SH、FAD、NAD+、Mg2+,酮戊二酸脱氢酶系,5、琥珀酰-CoA转化为琥珀酸 Conversion of Succinyl-CoA to Succinate,琥珀酰-CoA合成酶 （琥珀酰硫激酶）,哺乳动物GTP/ATP 植物、微生物ATP,（唯一）直接产生高能磷酸键,底物磷酸化,GTP参与蛋

14、白质合成 G蛋白活化（信号传导） GTP+ADP GDP+ATP,核苷二磷酸激酶,6、琥珀酸脱氢形成延胡索酸 Oxidation of Succinate to Fumarate,FAD与酶共价连接 丙二酸为竞争性抑制剂 抑制细胞呼吸 （Krebs）,琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜（唯一）,7、延胡索酸水合生成 L-苹果酸 Hydration of Fumarate to Produce Malate,8、 L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate,被草酰乙酸与乙酰CoA缩合（高度放能）反应所推动,四、柠檬酸循环的化学计量,柠檬酸循环的化学

15、计量,2 丙酮酸 2 乙酰-CoA 2 NADH 5 2 异柠檬酸 2-酮戊二酸 2 NADH 5 2-酮戊二酸 2 琥珀酰-CoA 2 NADH 5 2 琥珀酰-CoA 2琥珀酸 2 A/GTP 2 2琥珀酸 2 延胡素酸 2 FADH2 3 2苹果酸 2 草酰乙酸 2 NADH 5 Total 25 ATP,底物磷酸化,糖酵解+三羧酸循环的效率,糖酵解 1G 2ATP+2NADH+2H+2丙酮酸 7ATP 三羧酸循环 2丙酮酸 25ATP 32ATP 储能效率=32 30.5 / 2870 = 34% 比世界上任何一部热机的效率都高！ 提问：其余能量何处去？ 答案：以热量形式。一部分维持体

16、温，一部分散失。,CO2来自草酰乙酸而不是乙酰CoA 但净结果是氧化了1分子乙酰CoA,乙酰CoA的主要来源和去路,糖原,G,三脂酰甘油,FA、甘油,蛋白质,氨基酸,三羧酸循环,胆固醇、FA,酮体,五、三羧酸循环的生物学意义,（1）三羧酸循环是机体将其他物质氧化而获得能量的最有效方式 是各种好氧生物体内最主要的产能途径！ 也是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径！,三羧酸循环焚烧炉,（2）是糖脂和蛋白质三大类物质代谢与转化的枢纽 中间酸是合成其他化合物的碳骨架百宝库。 例如 草酰乙酸 天冬氨酸、天冬酰胺等 -酮戊二酸 谷氨酸 其他氨基酸 琥珀酰CoA 血红素 既是“焚烧炉又是百宝库”,六、须补充三羧

17、酸循环的中间物质(回补反应),回补反应,七、三羧酸循环的调节,细胞内的能量状态：ATP/AMP或ATP/ADP比值和NADH/NAD+比值。,限速酶： 1.柠檬酸合酶 变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA AMP可解除抑制 2.异柠檬酸脱氢酶 变构抑制剂：ATP、NADH 变构激活剂： ADP 3.酮戊二酸脱氢酶系 抑制剂：ATP、 NADH、琥珀酰CoA 激活剂：AMP 、 ADP、Ca2+,记忆方法： 乙酰草酰成柠檬，柠檬又成-酮, 琥酰琥酸延胡索，苹果落在草丛中。,第5节 乙醛酸循环三羧酸循环支路,乙醛酸循环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

18、乙酸,CoASH,三羧酸循环,乙酰CoA,只有一些植物和微生物兼具有这样的途径；,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合酶,这种途径对于植物和微生物意义重大！,只保留三羧酸循环中的（10）脱氢（1NADH）产能，只相当于产生3个ATP，意义不在于产能，在于生存。 1.种子发芽,糖异生,油类植物种子中的油,脂代谢,糖,乙醛酸循环,草酰乙酸,乙酰CoA,2.原始细菌生存,乙酸菌 以乙酸为主要食物的细菌 （物质循环中的重要一环）,生存,四碳、六碳化合物,转化,第6节 磷酸戊糖途径（PPP） （磷酸己糖支路- HMS）,细胞质中,磷酸戊糖磷酸戊糖为代表性中间产物。 支路糖酵解在磷酸己糖处分生出的新途径。,6-磷酸-

19、葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸-内酯,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸-核酮糖,6,6,6,6,5-磷酸-核糖,2,5-磷酸-木酮糖,5-磷酸-木酮糖,2,2,7-磷酸-景天庚酮糖,3-磷酸-甘油醛,2,2,6-磷酸-果糖,4-磷酸-赤藓糖,2,2,+,+,+,+,6-磷酸-果糖,2,3-磷酸-甘油醛,+,2,6-磷酸-葡萄糖,4,6-磷酸 葡萄糖,氧化阶段,1,NADPH,NADPH,6,6,CO2,6,Pi,1,H+,6,H+,6,+,+,非氧化阶段,HO2,6,氧化阶段（G-6-P脱氢脱羧成5磷酸核 糖:两次脱氢产生2NADPH） 非氧化阶段（磷酸戊糖分子重排，产生不 同碳链长度的磷酸单糖，进入糖酵

20、解途 径）,反应方程式,6-磷酸葡萄糖+12NADP+7H2O 6CO2+12NADPH+12H+H3PO4,6-磷酸葡萄糖 30ATP 葡萄糖 29ATP,2.生物学意义,（1）NADPH为许多物质的合成提供还原力； （2）中间产物是某些生物合成的原料； （3）与光合作用有密切关系； （4）与糖的有氧、无氧代谢相联系；,第7节 糖的异生,糖异生作用非糖（乳酸、甘油、丙酮酸、草酰乙酸、生糖氨基酸） 物质合成葡萄糖的过程。,部位：肝脏 1.过程,糖酵解7步可逆步骤 + 3特异反应,第1步 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸,提问：如何进行？,答案：提供更多的活化能量。,草酰乙酸,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,

21、人和动物的丙酮酸羧化酶存在线粒体中，胞液中丙酮酸首先进入线粒体羧化草酰乙酸，再逸出线粒体，但草酰乙酸本身不能通过线粒体内膜：两种机制 1.草酰乙酸 天冬氨酸（穿膜） 草酰乙酸 谷草转氨酶（线粒体） 谷草转氨酶（胞液） 2.草酰乙酸 苹果酸（穿膜） 草酰乙酸 苹果酸脱氢酶（线粒体） 苹果酸脱氢酶（胞液）,磷酸烯醇式丙酮酸逆行至1，6-二磷酸果糖 第2步,提问：如何进行？,6-磷酸葡萄糖酯酶,答案：在二磷酸果糖酯酶作用下水解。 第3步,糖异生的生理意义,1. 饥饿状态下维持血糖浓度恒定。 2. 回收乳酸能量，补充肝糖原。 3. 调节酸碱平衡。,提问：哪些物质可以通过糖异生途径形成糖元？,答案：凡能

22、转变成糖代谢中间产物的物质。,乳酸回炉再造解毒、节能,饥饿状态下氨基酸、甘油维持血糖浓度,提问：其他多糖是如何产生的？,答案：由磷酸戊糖途径提供各种单糖，由类似糖元合成途径合成。,糖代谢总图,戊糖磷酸途径,储存性糖类 （糖原、淀粉等）,葡萄糖-6-磷酸,甘露糖,葡萄糖,果糖,磷酸丙糖,丙酮酸,乳酸、乙醇,乙酰辅酶A,ATP CO2+H2O,三羧酸循环 乙醛酸循环,戊糖磷酸,核糖,CO2+H2O,酵解,发酵,糖异生,重点,本章小结,糖类的概念 淀粉及其酶解（淀粉糊化，酶促水解） 淀粉酶、淀粉酶、葡萄糖淀粉酶 葡萄糖酵解及厌氧发酵（EMP、乳酸发酵、酒精发酵） 葡萄糖的有氧代谢（丙酮酸脱羧、TCA循环、四碳回补） 戊糖途径（G-6-P脱氢，NADPH） 糖异生,