糖的代谢专题知识讲座.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,糖的代谢专题知识讲座,糖的代谢专题知识讲座,第1页,.糖代谢总论 Metabolism,.多糖和寡聚糖酶促降解,.糖无氧降解及厌氧发酵,.葡萄糖有氧分解代谢,.戊糖磷酸路径phosphopentose pathway PPP,.糖合成、糖异生,糖的代谢专题知识讲座,第2页,第一节 糖代谢总论,一、代谢类型,糖代谢包含,分解代谢,和,合成代谢,。,二、作用：,1.,提供能量（动物和大多数微生物）；,2.,提供碳源或碳链骨架；,3.,光合作用是自然界规模最大一个能量转换过程。,糖的代谢专题知识讲座,第3页,糖酵解（,EMP,路径）,分解代谢 三羧酸循环（,TCA,循环）,糖代谢 磷酸戊糖路径,（,HMP,路径）,糖生成作用,合成代谢 糖异生作用,绿色植物光合作用,糖的代谢专题知识讲座,第4页,糖与多糖,糖类物质,是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物；,糖类物质能够依据其水解情况分为：,单糖、寡糖和多糖；,在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。,糖的代谢专题知识讲座,第5页,主要己糖包含：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.,单糖结构,-D-,吡喃甘露糖,-D-,呋喃果糖,糖的代谢专题知识讲座,第6页,蔗糖,2.,寡糖（二糖）,O,O,O,CH,2,OH,CH,2,OH,HOCH,2,1,2,3,2,4,葡萄糖,-,，（,12,）果糖苷,糖的代谢专题知识讲座,第7页,葡萄糖,-,（,14,）半乳糖苷,乳 糖,1,4,O,CH,2,OH,O,CH,2,OH,OH,O,1,4,1,2,3,麦芽糖,糖的代谢专题知识讲座,第8页,(1).,淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉）,直链淀粉,分子量约,1,万,-200,万，,250-260,个葡萄糖分子，以,（,14,）糖苷键,聚合而成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。,支链淀粉,中除了,（,14,）糖苷键组成糖链以外，在支点处存在（,16,）糖苷键，分子量较高。遇碘显紫红色。,3.,多糖,糖的代谢专题知识讲座,第9页,(2).,纤维素,由葡萄糖以,（,14,）糖苷键连接而成 直链，不溶于水。,(3).,几丁质（壳多糖）,N-,乙酰,-D-,葡萄糖胺，以,（,14,）糖苷键缩合而成线性均一多糖。,(4).,杂多糖,糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）,透明质酸,硫酸软骨素,硫酸皮肤素,硫酸角质素,肝素,糖的代谢专题知识讲座,第10页,糖原,糖的代谢专题知识讲座,第11页,第二节 多糖和寡聚糖酶促降解,一、外源性多糖（淀粉）降解,1.,水解酶类,水解酶类 作 用 方 式,淀粉酶 从任一端水解,-,（,14,）糖苷键,淀粉酶 只能从非还原端水解,-,（,14,）糖苷键,淀粉酶 从非还原端,水解,-,（,14,），,-,（,16,）糖苷键,R,酶（植物）水解,-,（,16,）糖苷键,纤维素酶 水解,-,（,14,）糖苷键,2,水解过程,淀粉酶,R,酶（植物）,淀粉 糊精 寡糖 麦芽糖,G,或,淀粉酶,糊精酶（小肠）,*,淀粉水解产物为,糊精,和,麦芽糖,混合物。,糖的代谢专题知识讲座,第12页,还原末端,非还原末端,-1,，,4,糖苷键,-1,，,6,糖苷键,糖的代谢专题知识讲座,第13页,二、细胞内多糖水解,淀粉磷酸化酶 转移酶,淀粉,1,磷酸葡萄糖,或糖原或葡萄糖 或脱支酶,三、糖吸收与转运,1.,糖吸收,单糖同,Na,+,同向协同运输,2,糖转运,血糖起源与支路,P,170,三、糖中间代谢概念,1,概念：指糖类物质在细胞内合成和分解化学改变过程。,2,分解代谢类型：需氧分解，不需氧分解。,糖的代谢专题知识讲座,第14页,第三节 糖分解代谢,一、糖酵解路径,(glycolysis),（,Embden Meyerhof Parnas EMP,）,1,、概念：,酶（胞质中）将葡萄糖丙酮酸，伴随生成,ATP,过程，是动物、植物分解糖产生能量路径之一。,2,、过程：,葡萄糖 ,-,丙酮酸 （有,11,步反应）,引发阶段（磷酸已糖生成）,分为三个阶段 裂解阶段（磷酸丙糖生成）,氧化还原底物水平磷酸化阶段,*在糖酵解过程中，从葡萄糖丙酮酸有三步反应为,不可逆反应，此三步反应酶为糖解限速酶，即：,3,、酵解过程中能量改变：,1mol Glc+2 mol ADP+2 mol H,3,PO,4,2mol,乳酸,+2mol ATP,糖的代谢专题知识讲座,第15页,糖的代谢专题知识讲座,第16页,糖酵解过程,a,b,1,2,3,4,糖的代谢专题知识讲座,第17页,1,）第一阶段：,Glc,1,6-,二,-P-Fru,糖的代谢专题知识讲座,第18页,2,）第二阶段：,1,6-,二磷酸果糖,3-,磷酸甘油醛,糖的代谢专题知识讲座,第19页,3,）第三阶段：,3-,磷酸甘油醛,2-,磷酸甘油酸,糖的代谢专题知识讲座,第20页,4,）第四阶段：,2-,二磷酸甘油酸,丙酮酸,糖的代谢专题知识讲座,第21页,3.,葡萄糖分解代谢过程中能量产生,直接产生,ATP,产能有两种形式,生成,NADH,或,FADH,2,再氧化放能,糖酵解产能,1,分子葡萄糖,2,分子丙酮酸，共消耗了,2,个,ATP,，产生了,4,个,ATP,，实际上净生成了,2,个,ATP,，同时产生,2,个,NADH,。,糖的代谢专题知识讲座,第22页,二,.,丙酮酸无氧降解,（酵解与厌氧发酵）,1.,乳酸发酵,（同型乳酸发酵）,lactic fermation,动物、乳酸菌（乳杆菌、乳链球菌）,Glc+2ADP+2Pi 2,乳酸,2ATP+2H,2,O,糖的代谢专题知识讲座,第23页,2.,酒精发酵（酵母第,型发酵）,alcoholic fermation,糖的代谢专题知识讲座,第24页,3.,甘油发酵（酵母第,型发酵）,糖的代谢专题知识讲座,第25页,糖的代谢专题知识讲座,第26页,二、葡萄糖有氧分解代谢,(TCA),有氧氧化：大多数生物主要代谢路径,EMP pyr TCA,可衍生许多其它物质,pyr,脱羧,TCA,糖的代谢专题知识讲座,第27页,1.,丙酮酸氧化脱羧,乙酰,CoA,生成,基础反应：,糖酵解生成丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒体内室。在丙酮酸脱氢酶系催化下，生成乙酰辅酶,A,。,糖的代谢专题知识讲座,第28页,催化酶：,这一多酶复合体位于线粒体内膜上，原核细胞则在胞液中。,丙酮酸脱氢酶系,三种酶,六种辅助因子,E,1,-,丙酮酸脱羧酶（也叫丙酮酸脱氢酶）,E,2,-,二氢硫辛酸乙酰基转移酶,E,3,-,二氢硫锌酰胺脱氢酶。,焦磷酸硫胺素（,TPP),、硫辛酸、,COASH,、,FAD,、,NAD+,、,Mg2+,糖的代谢专题知识讲座,第29页,糖的代谢专题知识讲座,第30页,2.,乙酰,CoA,彻底氧化分解,Tricarboxylic acid cycle TCA,化学反应历程（,10,步反应、,8,种酶）,糖酵解有二重作用：一是降解产生,ATP,，二是产生含碳中间物为合成反应提供原料。,在酵解过程中有三个不可逆反应，也就是说有三个调控步骤，分别被三个酶多点调整：己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。己糖激酶能够控制葡萄糖进入，丙酮酸激酶调整酵解出口。,糖的代谢专题知识讲座,第31页,三羧酸循环,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,糖的代谢专题知识讲座,第32页,糖的代谢专题知识讲座,第33页,三羧酸循环过程总结,(,一次循环,),10,步反应,8,种酶催化,反应类型,缩合,1,、脱水,1,、氧化,4,、底物水平磷酸化,1,、水化,1,生成,3,分子还原型,Co,生成,1,分子,FADH,2,生成,1,分子,ATP,三羧酸循环总反应式,糖的代谢专题知识讲座,第34页,3.,三羧酸循环生物学意义,（,1,）产生大量,ATP,；,（,2,）产生大量,CO,2,，调整体内酸碱平衡,;,(3),为其它物质合成提供许多主要前体物,;,(4),产生一些调控物质如柠檬酸等；,(5),三大物质最终分解代谢共同路径。,（,6,）,取得微生物发酵产品路径,柠檬酸、谷氨酸,糖的代谢专题知识讲座,第35页,3.,丙酮酸羧化支路（回补路径）,三羧酸循环不但是产生,ATP,路径，它产生中间产物也是生物合成前体。比如卟啉主要碳原子来自琥珀酰,CoA,，谷氨酸、天冬氨酸是从,-,酮戊二酸、草酰乙酸衍生而成。一旦草酰乙酸浓度下降，势必影响三羧酸循环进行。,糖的代谢专题知识讲座,第36页,(1).,丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸，需要生物素为辅酶。,糖的代谢专题知识讲座,第37页,(2),、磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化下形成草酰乙酸。在大脑和心脏中存在这个反应。,糖的代谢专题知识讲座,第38页,(3).,天冬氨酸及谷氨酸转氨作用能够形成草酰乙酸和,-,酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸也会形成琥珀酰,CoA,。其反应将在氨基酸代谢中讲述。,糖的代谢专题知识讲座,第39页,基础生化路径：,关键：,柠檬酸深入降解,合成,前体原料确保,(4).,柠檬酸发酵,糖的代谢专题知识讲座,第40页,糖的代谢专题知识讲座,第41页,三、戊糖磷酸路径,phosphopentose pathway PPP,试验研究表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍能够被消耗，这说明葡萄糖还有其它代谢路径。,许多组织细胞中都存在有另一个葡萄糖降解路径，即磷酸戊糖路径（,pentose phosphate pathway,PPP,），也称为磷酸己糖旁路（,hexose monophosphate pathway/shunt,HMP,）。,参加磷酸戊糖路径酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有,30%,葡萄糖经过此路径分解。,糖的代谢专题知识讲座,第42页,糖的代谢专题知识讲座,第43页,1.,磷酸戊糖路径反应过程,糖的代谢专题知识讲座,第44页,（,1,）,G-6-P,脱氢脱羧转化成,5-,磷酸核酮糖,糖的代谢专题知识讲座,第45页,（,2,）磷酸戊糖异构化,糖的代谢专题知识讲座,第46页,（,3,）,6-,磷酸果糖和,3-,磷酸甘油醛生成,糖的代谢专题知识讲座,第47页,2,、生物学意义：,（,1,）为组织合成代谢提供还原剂,NADPH,；,（,2,）为,NA,和芳香族氨基酸合成提供原料；,(3),保护细胞膜完整性，尤其是红细胞膜完整性。,糖的代谢专题知识讲座,第48页,3.,磷酸戊糖路径调整,限制性酶：,肝脏中以,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶活性最低，故此酶是戊糖路径限速酶，催化不可逆反应步骤。,调整机制,1.,活性受,NADP,+,/NADPH,比值调整：,NADPH,竞争性抑制,6-pi-Glc,脱氢酶和,6-,磷酸葡萄糖酸脱氢酶活性。,2.,底物浓度调整：非氧化阶段戊糖转变主要受控于底物浓度。,5-,磷酸核糖过多时，可转化成,6-,磷酸果糖和,3-,磷酸甘油醇进行酵解。,糖的代谢专题知识讲座,第49页,第四节 糖合成、糖异生,*,光合作用；*糖原合成,一、蔗糖合成：,1,、由蔗糖合成酶催化完成,UDP-Glc,焦磷酸化酶,（,1,）,1-Pi-Glc +UTP UDP-Glc +PPi,蔗糖合成酶,（,2)UDP-Glc +Fru -D-Glc-(12)-D-Fru +UDP,2,、由蔗糖磷酸合成酶催化完成（为主要路径）,UDP-Glc,焦磷酸化酶,（,1,）,1-Pi-Glc +UTP UDP-Glc +PPi,蔗糖磷酸合成酶,（,2,）,UDP-Glc +6-Pi-Fru,蔗糖磷酸,+UDP,磷酸酯酶,（,3,）蔗糖磷酸,-D-Glc-(12)-D-Fru +H,3,PO,4,糖的代谢专题知识讲座,第50页,二、多糖合成,1,、多糖合成规律：,淀粉为,ADP-Glc or UDP-Glc,（,1,）需要糖基供体,糖原为,UDP-Glc,纤维素为,GDP-Glc,（,2,）需要专一糖基转移酶；,（,3,）需要引物；,（,4,）合成份枝多糖，还需要 分枝酶或,Q,酶。,2,、淀粉合成（书,P183,）,糖的代谢专题知识讲座,第51页,3,、糖原生物合成,（,1,）糖原生成作用（略）,（,2,）糖异生,1,）概念：指从非糖物质合成葡萄糖过程。非糖物质包含丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油等均能够在哺乳动物,肝脏中转变,为葡萄糖或糖原。,2,）特点：基础上是糖酵解路径逆过程，但详细过程并不是完全相同。因为在酵解过程中有三步是不可逆反应，而在糖异生中要经过其它旁路路径来绕过这三步不可逆反应，完成糖异生。,糖的代谢专题知识讲座,第52页,a.,用整体动物做试验，禁食,24,小时，大鼠肝脏中糖原由,7%,降低到,1%,，饲喂乳酸、丙酮酸或三羧酸循环代谢中间物后能够使大鼠肝糖原增加。,b.,根皮苷,（是一个从梨树茎皮中提取有毒糖苷，它能抑制肾小管将葡萄糖重吸收进入血液中，这么血液中葡萄糖就不停由尿中排出）,处理过动物饲喂三羧酸循环中间代谢物或生糖氨基酸后，这些动物尿中糖含量增加。,c.,糖尿病人或切除胰岛动物，他们从氨基酸转化成糖过程十分活跃。当摄入生糖氨基酸时，尿中糖含量增加。,3,）证据以下：,糖的代谢专题知识讲座,第53页,4).,糖异生路径,糖的代谢专题知识讲座,第54页,糖的代谢专题知识讲座,第55页,*,三步绕道过程：,丙酮酸羧化生成磷酸烯醇式丙酮酸,PEP,沿酵解路径逆向反应生成,1,6-,二,Pi-Fru,要逾越一个能障，消耗一个,ATP,。,果糖二磷酸酶,1,6-,二,Pi-Fru,6-Pi-Fru,ATP,、柠檬酸、,3-Pi-,甘油,AMP,、,2,，,6-2-Pi-Fru,糖的代谢专题知识讲座,第56页,5).,糖异生路径前体,a.,凡是能生成丙酮酸物质都可变成葡萄糖。,比如三羧酸循环中间物，柠檬酸、异柠檬酸、,-,酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸都能够转变成草酰乙酸而进入糖异生路径,;,b.,大多数氨基酸是生糖氨基酸,如,Ala,、,Glu,、,Asp,、,Ser,、,Cys,、,Gly,、,Arg,、,His,、,Thr,、,Pro,、,Gln,、,Asn,、,Met,、,Val,等，它们可转化成丙酮酸、,-,酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循环中间物参加糖异生路径。,糖的代谢专题知识讲座,第57页,c.Cori,循环：猛烈运动时产生大量乳酸会快速扩散到血液，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。这一乳酸,葡萄糖循环过程称为,Cori,循环。,d.,反刍动物糖异生路径十分活跃，牛胃中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,参加糖异生路径合成葡萄糖。,糖的代谢专题知识讲座,第58页,6).,场所,肝脏、肾脏和小肠,(,葡萄糖,-6-,磷酸酶,),7).,糖异生生理意义,a.,是一个十分主要生物合成葡萄糖路径，补充机体内内,Glc,不足。红细胞和脑是以,Glc,为主要燃料，成人天天约需要,160g Glc,，其中,120g,用于脑代谢，而糖原贮存量有限。,b.,在饥饿或猛烈运动时，将酵解产生乳酸、脂肪分解产生甘油以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖。这对维持血糖浓度，满足组织对糖需要是十分主要。,C.,可促进脂肪氧化分解供给能量，当体内糖供给不足时，机体会大量动员脂肪分解，此时会产生过多酮体（乙酰乙酸、,-,羟丁酸、丙酮），而酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，此时糖异生对维持三羧酸循环正常进行起主要作用。,糖的代谢专题知识讲座,第59页,第五节 糖代谢在工业上应用,一、酒精发酵,二、甘油发酵,三、丙酮,-,丁醇发酵,四、有机酸发酵,五、低聚糖发酵,六、生物制备,1,，,6-,二磷酸果糖技术,糖的代谢专题知识讲座,第60页,本章小结,1.,糖类概念,2.,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（直链 支链），糖原,淀粉酶、,淀粉酶、葡萄糖淀粉酶,糖的代谢专题知识讲座,第61页,