生物化学糖类与糖代谢.ppt

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糖类,一、糖的概念,糖即碳水化合物，是多羟基醛与多羟基酮及其衍生物或多聚物,.,它主要是由绿色植物经光合作用形成的,主要是由,C,、,H,、,O,构成的。,二、糖的分类,根据水解后产生单糖残基的多少分为四大类,单糖,寡糖,多糖,糖复合物,参见,103-121,1.,单糖：不能再水解的糖,D-,葡萄糖,1,2,3,4,5,6,6-,磷酸,葡萄糖,参见,104-109,D-,果,糖,1,2,3,4,5,6,6-,磷酸果,糖,甘油醛,1,2,3,3-,磷酸甘油醛,甘油醛,丙醛糖,二羟丙酮,1,2,3,磷酸二羟丙酮,二羟丙酮,丙酮糖,葡萄糖在体内的作用,葡萄糖是体内糖代谢的中心,（1）葡萄糖是食物中糖(如淀粉)的消化产物,（2）葡萄糖在生物体内可转变成其它的糖，,如核糖、果糖、半乳糖、糖原等；,（3）葡萄糖是哺乳动物及胎儿的主要供能物质,（4）葡萄糖可转变为氨基酸和脂肪酸的碳骨架,2.,双糖,双糖：,由两个相同或不同的单糖组成,常见的有乳糖、蔗糖、麦芽糖等,.,1,4,麦芽糖,-D-,葡萄糖苷,-,（,14,）,-D-,葡萄糖,参见,109-111,1,1,2,1,4,-D-,葡萄糖苷,-,（,12,）,-,-D-,果糖,-D-,半乳糖苷,-,（,14,）,-,-D-,葡萄糖,乳糖,蔗糖,3.,多糖,定义：,水解产物含,6,个以上单糖,常见的多糖,淀粉、糖原、纤维素等,参见,111-118,淀粉,(starch,),蓝色,:,-,1,4-,糖苷键,红色,:,-,1,6-,糖苷键,直链淀粉,支链淀粉,糖原,(glycogen,),非还原端,还原端,糖原的分子结构,糖原在体内的作用,糖原是体内糖的贮存形式,糖原贮存的主要器官是,肝脏和肌肉组织,肝糖原：,含量可达肝重的5%,(,总量为90-100,g),肌糖原：,含量为肌肉重量的,1-2%(,总量为,200-4,00,g),人体内糖原的贮存量有限，,一般不超过,500,g,.,肝细胞中的糖原颗粒,糖原颗粒,纤维素,作为植物的骨架,-1,4-,糖苷键,参见,114,4.,糖复合物,糖与非糖物质的结合物,常见的糖复合物有：,糖与蛋白质的复合物,糖蛋白,：,以蛋白质为主，糖为蛋白质的辅基。如卵清蛋白含糖基,1%,蛋白多糖,：,以,多糖,为主，蛋白质或多肽的比例较少见的辅基。如粘蛋白含糖基,80%,糖与脂类的结合物,糖脂：,脂多糖,：,参见,77-80,氧化功能,1g,葡萄糖,16.7kJ,正常情况下约占机体所需总能量的,50-70%,构成组织细胞的基本成分,1,、核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分；,2,、糖与脂类或蛋白质结合形成,糖脂或糖蛋白,/,蛋白聚糖,（统称糖复合物）。糖复合物不仅是细胞的结构分,子，而且是,信息分子,。,3,、体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖蛋白，如抗,体、许多酶类和凝血因子等。,三、糖的主要生理功能,参见,159,一、双糖的水解,蔗糖,+H,2,O,葡萄糖,+,果糖,转化酶,蔗糖酶,第二节 双糖和多糖的酶促降解,1.,转化酶,2.,蔗糖合成酶,催化蔗糖与,UDP,反应生成果糖和尿苷二磷酸葡萄糖,蔗糖,+UDP UDPG+,果糖,（一）蔗糖的水解,（二）麦芽糖的水解,麦芽糖,+H,2,O,麦芽糖酶,2,葡萄糖,（三）乳糖的水解,乳糖,+H,2,O,葡萄糖,-,半乳糖,+,乳糖酶,-,半,乳糖苷酶,二、淀粉,（糖原,）,的降解,1.,淀粉的水解,2.,淀粉,（糖原）,的磷酸解,-,淀粉酶,-,淀粉酶,R-,酶,(,脱支酶）,麦芽糖酶,磷酸化酶,转移酶,脱支酶,胞外降解,胞内降解,参见,226,是淀粉内切酶，作用于淀粉分子内部的任意的,-1,，,4,糖苷键,。,极限糊精,是指淀粉酶不能再分解的支链淀粉残基。,-,极限糊精,是指含,-1,，,6,糖苷键,由,3,个以上葡萄糖基构成的极限糊精。,（一）淀粉的水解,1,、,-,淀粉酶,直链淀粉 葡萄糖,+,麦芽糖,+,麦芽三糖,+,低聚糖的混合物,支链淀粉 葡萄糖,+,麦芽糖,+,麦芽三糖,+,-,极限糊精,2,、,-,淀粉酶,是淀粉外切酶，水解,-1,，,4,糖苷键，从淀粉分子外即,非还原端,开始，每,间隔一个糖苷键,进行水解，,每次水解出一个麦芽糖分子。,直链淀粉 麦芽糖,支链淀粉 麦芽糖,+,-,极限糊精,-,极限糊精,是指,-,淀粉酶作用到离分支点,2-3,个葡萄糖基为止的剩余部分。,两种淀粉酶降解的终产物主要是麦芽糖,两种淀粉酶性质的比较,-,淀粉酶,不耐酸，,pH3,时失活,耐高温，,70,C,时,15,分钟仍保持活性,广泛分布于动植物和微生物中。,-,淀粉酶,耐酸，,pH3,时仍保持活性,不耐高温，,70,C15,分钟失活,主要存在植物体中,-,淀粉酶及,-,淀粉酶水解支链淀粉的示意图,-,淀粉酶,-,淀粉酶,3,、,R-,酶,(,脱支酶）,水解,-1,，,6,糖苷键，,将,及,-,淀粉酶作用支链淀粉最后留下的极限糊精的,分支点水解,，产生,短的只含,-1,，,4-,糖苷键的糊精,，使之可进一步被淀粉酶降解。,不能直接水解支链淀粉内部的,-1,，,6,糖苷键。,4,、麦芽糖酶,催化麦芽糖水解为葡萄糖，是淀粉水解的最后一步。,淀粉的彻底水解需要上述水解酶的共同作用，其最终产物是,葡萄糖,（二）淀粉的磷酸解,磷酸化酶,催化淀粉,非还原末端,的葡萄糖残基转移给,P,，生成,G-1-P,同时产生一个新的非还原末端，重复上述过程。,直链淀粉,G-1-P,支链淀粉,G-1-P+,磷酸化酶极限糊精,磷酸化酶不能将支链淀粉完全降解，只能降解到距分支点,4,个葡萄糖残基为止，留下一个大而有分支的多糖链，称为,磷酸化酶极限糊精,。,磷酸化酶,淀粉（或糖原）降解,1.,到分枝前,4,个,G,时，,淀粉磷酸化酶,停止降解,2.,由,转移酶,切下前,3,个,G,，转移到另一个链上,3.,脱支酶,水解,-1,，,6,糖苷键形成直链淀粉。脱下的,Z,是一个游离葡萄糖,4.,最后由,磷酸化,酶,降解形成,G-1-P,G1P,脱支酶,磷酸化酶,糖原降解主要有,糖原磷酸化酶,和,糖原脱支酶,催化进行。,肝脏,肌肉,G+Pi,（葡萄糖,-6-,磷酸酶）,进入糖酵解,糖原磷酸化酶：,从非还原端催化,1-4,糖苷键的磷酸解。,（三）糖原的降解,(,自学,),磷酸葡萄糖变位酶,G-6-P,G-1-P,糖原,+Pi,糖原,+G-1-P,（,n,残基）,（,n-1,残基）,参见,226-227,例 肝糖元的分解,7,7,磷酸化酶,(,别构酶,),ATP,抑制,-AMP,激活,+,H,3,PO,4,葡萄糖,1,，,4,糖苷键,葡萄糖,1,，,6,糖苷键,糖原核心,糖原核心,G-1-P,+,去分枝酶,+,H,3,PO,4,1,G-1-P,糖原核心,磷酸化酶,+,H,3,PO,4,G-1-P,去单糖降解,转移酶,糖原核心,机体的生存需要能量，机体内主要提供能量的物质是,ATP,。,ATP,的形成主要通过两条途径：,在,无氧条件下，由葡萄糖降解为丙酮酸，产生2分,子,ATP。,在,有氧条件下，,由葡萄糖彻底氧化为,CO,2,和水，形,成大量的,ATP。,第三节 糖的分解代谢,丙酮酸,葡萄糖,“糖酵解”,不需氧,“磷酸戊糖途径”,需氧,有氧情况,缺氧情况,好氧生物,厌氧生物,“三羧酸循环”,“乙醛酸循环”,CO,2,+H,2,O,“乳酸发酵”,乳酸,“乳酸发酵”、“乙醇发酵”,乳酸或乙醇,CO,2,+H,2,O,重点,一、,糖酵解的概述,3.1,糖酵解,1、糖酵解的概念,糖酵解作用：,在无氧条件下，葡萄糖进行分解形成2分子的丙酮酸并提供能量。这一过程称为,糖酵解作用,。是一切有机体中普遍存在的,葡萄糖降解途径，也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。也称为,EMP,途径。,糖酵解是,在,细胞质,中进行。不论有氧还是无氧条件均能发生。,E：Embden；M:Meyerhof；P:Parnas,1,0,个酶催化的1,1,步反应,第一阶段,：,磷酸已糖的生成(活化),四 个 阶 段,第二阶段,：,磷酸丙糖的生成(裂解),第三阶段,：,3-磷酸甘油醛转变为2-磷酸,甘,油酸,第四阶段,：,由2-磷酸甘油酸生成丙酮酸,二、糖酵解过程,(,G),已糖激酶,A,T,P,A,D,P,Mg,2,+,糖酵解过程的第一个,限速酶,(,G-6-P）,葡萄糖,磷酸化生成,6-磷酸葡萄糖,糖酵解过程1,6-磷酸葡萄糖,异构化,转变为6-磷酸果糖,(,F-6-P）,糖酵解过程1,磷酸葡萄糖异构酶,(,G-6-P）,6-磷酸果糖,再磷酸化,生成1,6-二磷酸果糖,糖酵解过程1,(,F-1,6-2P）,磷酸果糖激酶,（,PFK）,A,T,P,A,D,P,Mg,2,+,糖酵解过程的第二个,限速酶,(,F-6-P）,磷酸丙糖的,生成,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,(,F-1,6-2P）,醛缩酶,+,糖酵解过程2,磷酸丙糖的,互换,糖酵解过程2,磷酸二羟丙酮,(,dihydroxyacetone phosphate),3-磷酸甘油醛,(,glyceraldehyde 3-phosphate),磷酸丙糖异构酶,1,6-二磷酸果糖,2,3-磷酸甘油醛,上述的5步反应完成了糖酵解的准备阶段。酵解的准备阶段包括,两个磷酸化步骤,由六碳糖裂解为两分子三碳糖，,最后都转变为3-磷酸甘油醛,。,在准备阶段中，并没有从中获得任何能量，与此相反，却,消耗了两个,ATP,分子,。,以下的5步反应包括氧化还原反应、磷酸化反应。这些反应正是,从3-磷酸甘油醛提取能量形成,ATP,分子,。,3-磷,酸甘油醛,氧化为,1,3-二磷,酸甘油酸,糖酵解过程3,1,3-二磷,酸甘油酸,转变,为,3-磷,酸甘油酸,糖酵解过程3,3-磷酸甘油酸激酶,3-磷酸甘油酸,(3-,phosphoglycerate),这是糖酵解,中第一次,底物水平,磷酸化反应,1,3-二磷酸甘油酸,(1,3-,diphosphoglycerate),OPO,3,2-,ADP,ATP,Mg,2,+,底物磷酸化,：,直接利用代谢中间物氧化释放的能量产生,ATP,的磷酸化类型称为底物磷酸化。,其中,ATP,的形成直接与一个,代谢中间物,（1,3-二磷酸甘油酸）上的磷酸基团的转移相偶联,这一步反应是糖酵解过程的第7步反应，也是糖酵解过程,开始收获,的阶段。在此过程中产生了,第一个,ATP,。,3-磷,酸甘油酸,转变,为,2-磷,酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,(3-,phosphoglycerate),糖酵解过程3,磷酸甘油酸变位酶,2-磷酸甘油酸,(2-,phosphoglycerate),2-磷,酸甘油酸,脱水,形成,磷,酸烯醇式丙酮酸,（,PEP,）,磷酸烯醇式,丙酮酸,（,PEP）,2-磷酸甘油酸,糖酵解过程4,烯醇化酶,(,Mg,2+,/Mn,2+,),H,2,O,氟化物能与,Mg,2+,络合,而抑制此酶活性,反应引起分子内能量重新分布，形成高能,磷酸,键,。,ADP,A,T,P,Mg,2+,K,+,磷,酸,烯醇式丙酮酸,转变,为烯醇式丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸激酶,(,PK,),烯醇式丙酮酸,糖酵解过程的第三个限速酶,也是第二次底物水平磷酸化反应,糖酵解过程4,烯醇式丙酮酸,转变,为丙酮酸,糖酵解过程4,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸,ADP,丙酮酸激,酶,烯醇式丙酮酸,(,enolpyruvate),自发进行,丙酮酸,(,pyruvate),P,3,P,P,O,O,H,O,H,C,H,2,C,H,2,O,O,1,2,5,4,6,P,磷酸二羟丙酮,1,2,3,+,P,异构,6-,磷酸果糖,P,5,6,4,磷酸甘油醛,P,P,1,，,3-,二磷酸甘油酸,P,C,O,H,C,O,H,H,2,C,O,O,H,3-,磷酸甘油酸,P,2-,磷酸甘油酸,P,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,6-,磷酸葡萄糖,P,G,葡萄糖,活化,裂解,脱氢,异构,P,P,1,，,6-,二磷酸果糖,活化,产能,脱水,异构,产能,H,H,OH,E,1,:,己糖激酶,E,2,:6-,磷酸果糖激酶,-1,E,3,:,丙酮酸激酶,NAD,+,乳 酸,糖酵解的代谢途径,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,丙 酮 酸,磷酸二羟丙酮,3-,磷酸甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,NADH+H,+,参见,235,1、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和,CO,2,。,(,l),丙酮酸脱羧,三、丙酮酸的去路,葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为：,葡萄糖+2,Pi+2ADP 2,乙醇+2,CO,2,+2ATP,CH,3,COCOOH CH,3,CHO+CO,2,丙酮酸 乙醛,丙酮酸脱羧酶,TPP,(2)乙醛被还原为乙醇,参见,235,CH,3,CHO+NADH+H,+,CH,3,CH,2,OH+NAD,+,乙醛 乙醇,Zn,2+,乙醇脱氢酶,2、丙酮酸,还原,为乳酸,丙酮酸,(,pyruvate),3-磷酸甘油醛,3-磷酸甘油醛脱氢酶,Pi,乳酸,(,lactate),乳酸脱氢酶,NAD,H,+,H,+,NAD,+,参见,235,1,3-二磷酸甘油酸,OPO,3,2-,4、,转化为脂肪酸或酮体,参见,270-271,当细胞,ATP,水平较高时，柠檬酸循环的速率下降，乙酰,CoA,开始积累，可用作,脂肪的合成或酮体,的合成。,3、,在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成,乙酰,CoA,丙酮酸+,NAD,+,+CoA,乙酰,CoA+CO,2,+NADH+H,+,糖酵解过程中,ATP,的消耗和产生,2,1,葡 萄 糖 6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖,1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸 丙 酮 酸,-1,反 应,ATP,-1,2,1,葡萄糖+2,Pi+2ADP+2NAD,+,2,丙酮酸+,2,ATP,+2NADH+2H,+,+2H,2,O,四、糖酵解中产生的能量,参见,236,五、糖酵解意义,1,、,主要,在无氧条件下迅速提供少量的能量应急.,如,:,肌肉收缩、人到高原。,2,、是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源。,3、是糖的,有氧氧化的前过程,，亦是,糖异生作用大部分逆过程,。,5,、是,糖、脂肪和氨基酸代谢,相联系的途径.其中间产物是许多重要物质合成的原料。,6,、若糖酵解过度，可因乳酸生成过多而导致乳酸中毒。,参见,168,肌肉收缩与糖酵解供能,背景,：剧烈运动时,肌肉内,ATP,含量很低；,肌肉中磷酸肌酸储存的能量可,供肌肉收缩所急需的化学能,;,即使氧不缺乏，葡萄糖进行有氧氧化的过程,比糖酵解长得多,来不及满足需要,;,肌肉局部血流不足，处于相对缺氧状态。,结论：,糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量,细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。,在代谢途径中，催化,不可逆反应的酶,所处的部位是控制代谢反应的有力部位。,糖酵解中有三步反应不可逆，分别由,己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶,催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。,六、糖酵解的调控,参见,237,1、磷酸果糖激酶（,PFK）,的调控,6-,磷酸果糖激酶,-1,6-phosphofructokinase-1,ATP,柠檬酸,长链脂肪酸,-,ADP,、,AMP,1,6-,双磷酸果糖,2,6-,双磷酸果糖,+,磷酸果糖激酶是一种变构酶，是糖酵解三个限速酶中催化效率最低的酶,是糖酵解作用,最重要,的限速酶。,2,、己糖激酶的调控,己糖激酶,hexokinase,G-6-P,-,己糖激酶不是糖酵解过程关键的限速酶,丙酮酸激酶,pyruvate kinase,ATP,丙氨酸,(,肝,),-,1,6-,双磷酸果糖,+,3、丙酮酸激酶的调控,葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化成水和,CO,2,的反应过程称为有氧氧化。,有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多数组织细胞都通过有氧氧化获得能量。,3.2,糖有氧分解,参见,237,糖有氧氧化过程,葡萄糖丙酮酸,丙酮酸乙酰,CoA,CO,2,+H,2,O+ATP,三羧酸循环,糖的有氧氧化,乳酸,糖酵解,线粒体内,胞浆,细胞质,糖的有氧氧化与,糖酵解,细胞,胞浆,线粒体,葡萄糖丙酮酸乳酸,(糖酵解),葡萄糖丙酮酸,CO,2,+H,2,O+ATP,(,糖的有氧氧化）,丙酮酸,第一阶段：,丙酮酸的生成（胞浆）,第二阶段：,丙酮酸氧化脱羧生成乙酰,CoA（,线粒体）,第三阶段：,乙酰,CoA,进入三羧酸循环,彻底氧化（线粒体）,三 个 阶 段,糖的有氧氧化过程,一、丙酮酸的生成（胞浆）,葡萄糖+2,NAD,+,+2ADP+2Pi,2（,丙酮酸,+ATP,+,NADH+H,+,）,2丙酮酸,进入线粒体进一步氧化,2(,NADH+H,+,),2,H,2,O+5/7 ATP,线粒体内膜上特异载体,穿梭系统,氧化呼吸链,二、丙酮酸氧化脱羧生成,乙酰辅酶,A,NAD,+,NAD,H,+,H,+,丙酮酸,乙酰,CoA,+,CoA-S,H,辅酶,A,+,C O,2,丙酮酸,脱氢酶系,丙酮酸,+,CoA-SH+NAD,+,乙酰,CoA,+,C O,2,+NADH+H,+,多酶复合体：,是催化功能上有联系的几种酶通过,非共价键,连接彼此嵌合形成的复合体。其中每一个酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的辅酶。,参见,238,丙酮酸脱氢酶系,3 种 酶：,丙酮酸脱羧酶(,TPP、Mg,2+,),催化,丙酮酸氧化脱羧,反应,二氢硫辛酸乙酰转移酶(,硫辛酸,、,辅酶,A,),催化,将乙酰基转移到,CoA,反应,二氢硫辛酸脱氢酶(,FAD、NAD,+,),催化,将还原型硫辛酰胺转变成为氧化型,反应,6,种辅助因子：,TPP、Mg,2+,、,硫辛酸、,辅酶,A、FAD、NAD,+,FAD,FADH,2,丙酮酸氧化脱羧反应,TPP,CO,2,TPP,HSCoA,CH,3,COSCoA,NAD,+,NADH+H,+,丙酮酸脱羧酶,Mg,2+,硫辛酸乙酰,转移酶,二氢硫辛酸,脱氢酶,丙酮酸,+,CoA-SH+NAD,+,乙酰,CoA,+,C O,2,+NADH+H,+,CO,2,CoASH,NAD,+,NADH+H,+,5.,NADH+H,+,的生成,1.,-,羟乙基,-TPP,的生成,2.,乙酰硫辛酰胺的生成,3.,乙酰,CoA,的生成,4.,硫辛酰胺的生成,三、三羧酸循环,概念：在,有氧,的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰,CoA。,乙酰,CoA,经一系列氧化、脱羧，最终生成,C,2,O,和,H,2,O,并产生能量的过程.,因为该循环第一个产物的化合物是柠檬酸,所以称为,柠檬酸循环,又因其中间产物中有,4,个三个羧酸,所以亦称为,三羧酸循环,简称,TCA,循环,。由于它是由,H.A.Krebs（,德国,）正式提出的，所以又称,Krebs,循环。,C,6,H,12,O,6,+6,O,2,6,CO,2,+6,H,2,O,+,30/32ATP,参见,238,乙酰,CoA,与草酰乙酸,缩合,形成柠檬酸,TCA,循环,柠檬酸合成酶,草酰乙酸,CH,3,COSCoA,乙酰辅酶,A,柠檬酸,(,citrate),HSCoA,乙酰,CoA,+草酰乙酸,柠檬酸,+,CoA-SH,关键酶,H,2,O,（一）三羧酸循环的反应过程,异柠檬酸,H,2,O,柠檬酸,异构化,生成异柠檬酸,柠檬酸,顺乌头酸,柠檬酸 异柠檬酸,TCA,循环,顺乌头酸酶,CO,2,NAD,+,异柠檬酸,异柠檬酸,氧化脱羧,生成-,酮戊二酸,-酮戊二酸,草酰琥珀酸,NADH+H,+,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸+,NAD,+,-酮戊二酸,+,CO,2,+NADH+H,+,关键酶,TCA,循环,CO,2,-,酮戊二酸,氧化脱羧,生成琥珀酰辅酶,A,-酮戊二酸脱氢酶系,HSCoA,NAD,+,NADH+H,+,琥珀酰,CoA,-酮戊二酸,-酮戊二酸,+,CoA-SH+NAD,+,琥珀酰,CoA,+,C O,2,+NADH+H,+,关键酶,TCA,循环,琥珀酰,CoA,转变,为琥珀酸,琥珀酰,CoA,合成酶,琥珀酰,CoA,ATP,ADP,琥珀酸,GDP+Pi,GTP,HSCoA,琥珀酰,CoA,+,GDP,+Pi,琥珀酸+,GTP,+,CoA-SH,TCA,循环,琥珀酸,氧化脱氢,生成延胡索酸,TCA,循环,延胡索酸,(,fumarate,),琥珀酸脱氢酶,FAD,FADH,2,琥珀酸,+,FAD,延,胡索酸,+FADH,2,琥珀酸,(,succinate,),延胡索,酸,水化,生成,苹果,酸,TCA,循环,延胡索酸,(,fumarate,),苹果酸,(,malate,),延胡索酸酶,H,2,O,延,胡索酸+,H,2,O,苹果酸,苹果酸,脱氢,生成草酰乙,酸,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,(,oxaloacetate,),NAD,+,NADH+H,+,苹果酸,+,NAD,+,草酰乙酸,+,NADH+H,+,TCA,循环,苹果酸,(,malate,),三羧酸循环,三羧酸循环特点,循环反应在,线粒体,(mitochondrion),中进行，为,不可逆反应,。,三羧酸循环的关键酶是,柠檬酸合酶,、,异柠檬酸脱氢酶,和,-,酮戊二酸脱氢酶系,。,循环的中间产物既,不能通过此循环反应生成,，也不被此循环反应所消耗。,三羧酸循环中有,两次脱羧反应,，生成两分子,CO,2,。,循环中有,四次脱氢反应,，生成三分子,NADH,和一分子,FADH,2,。,循环中有,一次底物水平磷酸化,，生成一分子,GTP,。,每完成一次循环，氧化分解掉一分子,乙酰基,，可生成,10,分子,ATP,。,三羧酸,循环小结,TCA,运转一周的净结果是氧化1分子乙酰,CoA,，,草酰乙酸仅起载体作用，反应前后无改变。,乙酰辅酶A+3,NAD,+,+F,AD+Pi+2 H,2,O+GDP,2 CO,2,+3(NADH+H,+,)+FADH,2,+HSCoA+GTP,TCA,中的一些反应在生理条件下是不可逆的，所以整个三羧酸循环是一个不可逆的系统,TCA,的中间产物可转化为其他物质，故需不,断补充,（二）,.,TCA,中,ATP,的形成,1分子乙酰辅酶,A,经三羧酸循环可生成1分子,GTP(,可转变成,ATP)，,共有4次脱氢，生成3分子,NADH,和1分子,FADH,2,。,当经呼吸链氧化生成,H,2,O,时，前者每对电子可生成,2.5,分子,ATP，3,对电子共生成,7.5,分子,ATP；,后者则生,成,1.5,分子,ATP。,因此，每分子乙酰辅酶,A,经三羧酸循环可产生,1,0,分,子,ATP,。,若从丙酮酸开始计算，则1分子丙酮酸可,产生,1,2.5,分子,ATP,。,1,分子葡萄糖可以产生2分子丙酮酸，因此，2分子丙酮酸经三羧酸循环及氧化磷酸化共产生,21,2.5,25,个,ATP,分子。,参见,243,反 应,ATP,第一阶段,两次耗能反应,-2,两次生成,ATP,的反应,22,一次脱氢,(NADH+H,+,),21.5,或,22.5,第二阶段,一次脱氢,(NADH+H,+,),22.5,第三阶段,三次脱氢,(NADH+H,+,),232.5,一次脱氢,(FADH,2,),21.5,一次生成,ATP,的反应,21,净生成,30,或,32,糖有氧氧化过程中,ATP,的生成,参见,243,（三）,TCA,生物学意义,糖的有氧分解代谢产生的能量最多，是机体利用糖或其他物质氧化而获得能量的,最有效方式,。,三羧酸循环之所以重要在于它不仅为生命活动提供能量，而且还是,联系糖、脂、蛋白质三大物质代谢的纽带。,三羧酸循环所产生的多种中间产物是生物体内许多,重要物质生物合成的原料,。在细胞迅速生长时期，三羧酸循环可提供多种化合物的碳架，以供细胞生物合成使用。,参见,243,植物体内三羧酸循环所形成的,有机酸,，既是生物氧化的基质，又是一定器官的积累物质，,发酵工业上利用微生物三羧酸循环,生产各种代谢产物,.,四、有氧氧化的调节,关键酶,酵解途径：,己糖激酶,丙酮酸的氧化脱羧,：,丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环,：,柠檬酸合酶,磷酸果糖激酶,丙酮酸激酶,异柠檬酸脱氢酶,-,酮戊二酸脱氢酶复合体,参见,244,丙酮酸脱氢酶系,Pyruvate dehydrogenase complex,乙酰,CoA,、,ATP,NADH+H,+,-,+,AMP,、,ADP,NAD,+,*,乙酰,CoA,/,HSCoA,或,NADH,/,NAD,+,时，其活性也受到抑制。,1,、丙酮酸脱氢酶复合体,乙酰,CoA,柠檬酸,草酰乙酸,琥珀酰,CoA,-,酮戊二酸,异柠檬酸,苹果酸,NADH,FADH,2,GTP,ATP,异柠檬酸,脱氢酶,柠檬酸合酶,-,酮戊二酸,脱氢酶复合体,ATP,+,ADP,ADP,+,ATP,柠檬酸,NADH,琥珀酰,CoA,琥珀酰,CoA,NADH,ATP,、,ADP,的影响,产物堆积引起抑制,循环中后续反应中间产物反馈抑制前面反应中的酶,2,、,柠檬酸循环的调节,柠檬酸合酶,citrate synthase,ATP,柠檬酸、琥珀酰,CoA,NADH+H,+,-,+,ADP,异柠檬酸脱氢酶,isocitrate dehydrogenase,ATP,-,+,AMP,，,ADP,-,酮戊二,酸脱氢酶系,-,ketoglutarate dehydrogenase complex,琥珀酰,CoA,NADH+H,+,-,3,、有氧氧化的调节特点,有氧氧化的调节通过对其,关键酶,的调节实现。,ATP/ADP,或,ATP/AMP,比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。,氧化磷酸化速率,影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。,三羧酸循环与酵解途径,互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰,CoA,，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰,CoA,。,乙醛酸循环,3.3,乙醛酸循环,三羧酸循环支路,(,自学,),乙醛酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。（,省了,6,步,）,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,乙酰,CoA,CoASH,只有一些,植物和微生物,兼具,这两种代谢途径。,异柠檬酸裂解酶,异柠檬酸 琥珀酸 乙醛酸,乙醛酸 乙酰,CoA,苹果酸,苹果酸合成酶,1.,概念：,以,6-,磷酸葡萄糖,开始，在,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,催化下形成,6-,磷酸葡萄糖酸,，进而代谢生成以,磷酸戊糖,为中间代谢物的过程，称为,磷酸戊糖途径，简称,PPP,途径。又称,磷酸已糖旁路,一、磷酸戊糖途径的概念,36-,磷酸葡萄糖,+6 NADP,+,2 6-,磷酸果糖,+3-,磷酸甘油醛,+6(NADPH+H,+,)+3CO,2,2.,反应部位：,胞浆,参见,246,3.4,磷酸戊糖途径,第一阶段：,氧化反应,生成,NADPH,和,CO,2,第二阶段：,非氧化反应,一系列基团转移反应,(,生成,3-,磷酸甘油醛和,6-,磷酸果糖,),二、磷酸戊糖途径的过程,(1)6-,磷酸葡萄糖,转变为,6-,磷酸葡萄糖酸内酯,NADP,+,NADP,H,+,H,+,6-,磷酸葡萄糖,glucose 6-phosphate,6-,磷酸葡萄糖酸,-,-,内酯,6-phosphoglucono-lactone,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,PPP,途径,限速酶，,对,NADP,+,有高度特异性,(2)6-,磷酸葡萄糖酸内酯,转变为,6-,磷酸葡萄糖酸,6-,磷酸葡萄糖酸,-,-,内酯,6-phosphoglucono-lactone,6-,磷酸葡萄糖酸,6-phosphogluconate,H,2,O,内酯酶,PPP,途径,CO,2,NADP,+,NADP,H,+,H,+,(3)6-,磷酸葡萄糖酸,转变为,5-,磷酸核酮糖,6-,磷酸葡萄糖酸,6-phosphogluconate,5-,磷酸核酮糖,ribulose 5-phosphate,6-,磷酸葡萄糖酸脱氢酶,PPP,途径,5-,磷酸核酮糖,ribulose 5-phosphate,(4),三种五碳糖的互换,5-,磷酸核糖,ribose 5-phosphate,异构酶,5-,磷酸木酮糖,xylulose 5-phosphate,差向酶,PPP,途径,许多细胞中合成代谢消耗的,NADPH,远比核糖需要量大，因此，葡萄糖经此途径生成了多余的核糖。,第二阶段反应的意义就在于,能通过一系列基团转移反应，将核糖转变成,6-,磷酸果糖和,3-,磷酸甘油醛而与糖酵解过程联系起来，因此磷酸戊糖途径亦称为,磷酸已糖旁路,。,(5),二分子五碳糖的基团转移反应,5-,磷酸木酮糖,5-,磷酸核糖,7-,磷酸景天庚酮糖,3-,磷酸甘油醛,转酮酶,PPP,途径,(6),七碳糖与三碳糖的基团转移反应,7-,磷酸景天庚酮糖,sedoheptulose 7-phosphate,3-,磷酸甘油醛,glyceraldehyde 3-phosphate,转醛酶,4-,磷酸赤藓糖,erythrose 4-phosphate,6-,磷酸果糖,fructose 6-phosphate,PPP,途径,(7),四碳糖与五碳糖的基团转移反应,4-,磷酸赤藓糖,erythrose 4-phosphate,5-,磷酸木酮糖,ribulose 5-phosphate,6-,磷酸果糖,Fructose,6-phosphate,3-,磷酸甘油醛,glyceraldehyde,3-phosphate,转酮酶,PPP,途径,转酮酶与转醛酶,转酮酶,(,transketolase,),就是催化含有一个酮基、一个醇基的,2,碳基团转移的酶。其,接受体是醛，辅酶是,TPP,。,转醛酶,(,transaldolase,),是催化含有一个酮基、二个醇基的,3,碳基团转移的酶。其,接受体亦是醛,，,但不需要,TPP,。,磷酸戊糖途径二个阶段的反应式,6-,磷酸葡萄糖,+2,NADP,+,5-,磷酸核糖,+2(,NADPH+H,+,)+CO,2,35-,磷酸核糖,26,-,磷酸果糖,+3-,磷酸甘油醛,36-,磷酸葡萄糖,+6,NADP,+,2,6-,磷酸果糖,+3-,磷酸甘油醛,+6(,NADPH+H,+,),+3,CO,2,三、磷酸戊糖途径的小结,磷酸戊糖途径总反应图,糖酵解途径,36-,磷,酸葡萄糖,5-,磷酸,木酮糖,5-,磷酸,核糖,5-,磷酸,木酮糖,7-,磷酸,景天糖,3-,磷酸,甘油醛,4-,磷酸,赤藓糖,6-,磷酸,果糖,3-,磷酸,甘油醛,6-,磷酸,果糖,36-,磷酸葡,萄糖酸内酯,3NADPH,36-,磷酸,葡萄糖酸,3H,2,O,35-,磷,酸核酮糖,3NADPH,3CO,2,磷酸戊糖途径,第一阶段,磷酸戊糖的生成,第二阶段,基团转移,5-,磷酸木酮糖,C,5,5-,磷酸木酮糖,C,5,7-,磷酸景天糖,C,7,3-,磷酸甘油醛,C,3,4-,磷酸赤藓糖,C,4,6-,磷酸果糖,C,6,6-,磷酸果糖,C,6,3-,磷酸甘油醛,C,3,6-,磷酸葡萄糖,(,C,6,),3,6-,磷酸葡萄糖酸内酯,(,C,6,),3,6-,磷酸葡萄糖酸,(,C,6,),3,5-,磷酸核酮糖,(,C,5,),3,5-,磷酸核糖,C,5,3NADP,+,3NADP+3H,+,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,3NADP,+,3NADP+3H,+,6-,磷酸葡萄糖酸脱氢酶,3CO,2,C,原子数目变化示意图,C,5,C,5,C,7,C,3,C,4,C,6,C,3,C,7,C,5,C,6,C,3,C,4,糖的分解代谢,C,6,CO,2,C,6,CO,2,C,6,CO,2,磷酸戊糖途径小结,反应部位：,胞浆,反应底物：,6-,磷酸葡萄糖,重要反应产物：,NADPH,、,5-,磷酸核糖,限速酶：,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,(G-6-PD),四、磷酸戊糖途径的生物学意义,1、磷酸戊糖途径也是普遍存在的糖代谢的一种方式,2、产生大量的,NADPH,，,为细胞的各种合成反应提供,还原力,3、该途径的反应起始物为,6-磷酸葡萄糖，,不需要,ATP,参与起始反应，因此磷酸戊糖循环可在,低,ATP,浓度下,进行。,4、此途径中产生的,5-磷酸核酮糖,是,辅酶及核苷酸,生物合成的必需原料。,5,、磷酸戊糖途径是机体内,核糖产生的唯一场所,。,参见,248-249,磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时,NADPH,的需要所调节。,NADPH,反馈抑制,6-,P-,葡萄糖脱氢酶的活性,。,五、磷酸戊糖途径的调节,第四节 糖的合成代谢,一、糖核苷酸的作用与形成,1,、概念,单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为糖核苷酸。,UDPG,尿苷二磷酸葡萄糖,(uridine diphosphate glucose,UDPG),2,、作用,在高等动植物体内，糖核苷酸是合成双糖和多糖过程中单糖的活化形式与供体。,3,、形成,1-,磷酸葡萄糖（,G-1-P,）,+,尿苷三磷酸（,UTP,）,尿苷二磷酸葡萄糖（,UDPG,）,UDPG,焦磷酸化酶,二、蔗糖的生物合成,1,、蔗糖磷酸化酶,（微生物）,2,、蔗糖合酶,G-1-P+F,蔗糖,+Pi,蔗糖磷酸化酶,UDPG+,果糖,UDP+,蔗糖,蔗糖合酶,3,、蔗糖磷酸合酶,磷酸蔗糖 蔗糖,+,磷酸,蔗糖磷酸酯酶,UDPG+F-6-P,磷酸蔗糖,+UDP,蔗糖磷酸合酶,P253,是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。糖原是由葡萄糖残基构成的含许多分支的大分子高聚物。,肌肉：肌糖原，,180300g,，,主要供肌肉收缩所需,肝脏：肝糖原，,70100g,，,维持血糖水平,糖原,糖原储存的主要器官及其生理意义,三、糖原的生物合成,P252-253,1.,葡萄糖单元以,-1,4-,糖苷 键,形成长链。,2.,约,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,-,1,6,-,糖苷键,-,1,4,-,糖苷键,（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,糖原的合成代谢,1.,葡萄糖磷酸化生成,6-,磷酸葡萄糖,（磷酸化）,（三）合成途径,（,1,）活化,A,T,P,A,D,P,葡萄糖激酶,Mg,2,+,磷酸葡萄糖变位酶,2.6-,磷酸葡萄糖转变成,1-,磷酸葡萄糖,（异构）,1-,磷酸葡萄糖,6-,磷酸葡萄糖,*,UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,+,UTP,尿苷,P,P,P,PPi,UDPG,焦磷酸化酶,3.1-,磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖,（转形）,2Pi+,能量,1-,磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖,(uridine diphosphate glucose,UDPG),UDPG,葡萄糖引物,糖原合成酶,(,G,n+1,),UDP,（,2,）缩合,糖原,n+,UDPG,糖原,n,+1,+,UDP,糖原合成酶,(glycogen synthase),UDP,UTP,ADP,ATP,核苷二磷酸激酶,*,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。,（,3,）分支,当直链长度达,12,个葡萄糖残基以上时，在,分支酶,(branching enzyme),的催化下，将距末端,67,个葡萄糖残基组成的寡糖链由,-1,4-,糖苷键转变为,-1,6-,糖苷键，使糖原出现分支。,糖原引物,糖原合成酶,分枝