第七章 糖 代 谢
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第七章 糖 代 谢. 曹慧颖. 一、 糖的基本概念. 第一节 糖的概述. 糖 是多羟基的醛或酮及其缩聚物和衍生物的统称(旧时称为碳水化合物)。. 1. 1. 1. 2. 2. 2. 3. 3. 4. 4. 3. 5. 5. 核糖 ( ribose ). 甘油醛 (glycerose). 6. D- 葡萄糖 (D-glucose). 1. 1. 1. 2. 2. 3. 3. 2. 4. 4. 3. 5. 5. 核酮糖 (ribulose). 二羟丙酮 ( dihydroxyacetone ). 6. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第七章
糖 代 谢
曹慧颖
一、 糖的基本概念
糖是多羟基的醛或酮及其缩聚物和衍生物的统称(旧时称为碳水化合物)。
第一节 糖的概述
醛 糖Aldose
酮 糖Ketose
D- 葡萄糖 (D-glucose)
CHO
C
C
C
C
CH2OH
H OH
OH H
H OH
H OH
1
2
3
4
5
6
D- 果糖 (D-fructose)
CH2OH
C
C
C
C
CH2OH
O
OH H
H OH
H OH
1
2
3
4
5
6
甘油醛(glycerose)
OH
CHO
CH2OH
HC
1
2
3
二羟丙酮 (dihydroxyacetone)
CH2OH
CH2OH
C=O
1
2
3
核糖(ribose)
H OHCHOC
C
C
CH2OH
H OH
H OH
3
2
1
4
5
核酮糖(ribulose)
CH2OH
C
C
C
CH2OH
O
H OH
H OH
3
2
1
4
5
糖的主要生理功能:
1g 葡萄糖在体内完全氧化可释放 16.7kJ的
能量。
1、提供能量
糖类所供给的能量是机体生命活动主要的
能量来源(正常情况下约占机体所需总能
量的 50 ~ 70% )。
2 、构成组织细胞的基本成分
核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分;
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。
糖可以与脂类或蛋白质结合形成复合物。 糖复合物不仅是细胞的结构分子,而且是信息分子。
糖是合成脂类 (脂肪酸、脂肪 )的重要
前体;
3 、转变为体内的其它成分
糖在体内可转变成非必须氨基酸的碳
骨架。
糖的分类:
均一多糖:由相同单糖聚合而成,如淀粉、糖原、纤维素
混合多糖:由不同单糖聚合而成,如果胶物质、半纤维素
单糖:不能水解为更小单位的糖,根据碳原子数又分丙糖、
丁糖、戊糖、己糖、庚糖;根据羰基的位置又分醛
糖和酮糖。 寡糖:由 2- 10 个单糖聚合而成的低聚糖,重要的有双糖、 叁糖等; 多糖:由 10 个以上单糖聚合而成的多聚糖,根据单糖的组 成又分为:
二、单糖的分类与结构
三碳糖(丙糖 ) : 甘油醛、二羟丙酮等
根据所含碳原子的多少,分为:
七碳糖(庚糖):景天糖等
六碳糖(己糖):葡萄糖、果糖、半乳糖等
五碳糖(戊糖):核糖、核酮糖、木酮糖等
四碳糖(丁糖):赤藓糖等
环状 (Haworth projection)
D- 葡萄糖(D-glucose)
CHO
C
C
C
C
CH2OH
H OH
OH H
H OH
H OH
1
2
3
4
5
6
椅式 (chair form)β-D- 吡喃葡萄糖(β-D-glucopyranose)
O
HOH
HH
H
H
OHOH
OHHOH2C
H
OH
C
OCH2OH
OHOH
OH
6
α-D- 吡喃葡萄糖(α-D-glucopyranose)
H
OH
C
OCH2OH
OHOH
OH
1
23
4
5
6
开链 (straight chain)
α-D- 吡喃葡萄糖
β- D- 吡喃葡萄糖OH
α-D- 吡喃葡萄糖和 β -D- 吡喃葡萄糖互为异构体
单糖环状结构:以葡萄糖( Glucose )为例
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。
麦芽糖 (maltose) :含半缩醛羟基,为还原糖
O
CH2OH
HH
OH
H
H
OH
H
OHO
OHOH2C
H
OH
H
OH
H
H
OH
H1 4
α-D- 葡萄糖 - ( 1→4 ) -α-D- 葡萄糖
三、双糖:
蔗糖:不含半缩醛羟基,无还原性
HCH2OH
HOH
OH
H
CH2OHO
O
OHOH2C
H
OH
H
OH
H
H
OH
H1
1
2
α-D- 葡萄糖 - ( 1→2 ) -β-D- 果糖
乳糖:含半缩醛羟基,为还原糖
O
OCH2OH
HOH
HOH
H
H
OH
H
OCH2OH
HH
OH
H
H
OH
OH
H1 4
β-D- 半乳糖 - ( 1→4 ) -β-D- 葡萄糖
四、 多糖( polysaccharides )
定义:水解产物含 10个以上单糖
常见的多糖:淀粉、糖原、纤维素等
性质:多糖无还原性,无甜味,无变旋现象,
多数不溶于水,可与水形成胶体溶液。
OH
HO
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
CH2CH2OH
OO
O O
HOO
O O
①
CH2OH CH2OH
OH
OH
OHOH OH
OHOH OH
OH
OH
OH
OH
直链淀粉:只含 α- ( 1→4 ) - 糖苷键
CH2OHCH2OH
OH
OHOH
OH O
O
CH2
O
支链淀粉:含( 1→4 )与 α- ( 1→6 ) - 糖苷键 ,后者存在于分支处。
①①
①①①④ ④④ ④
④④
⑥
O
非还原端
还原端
糖原是动物淀粉,它的结构与淀粉类似,但分支多而分支短
糖原分子常用 Gn、 Gn+1 或 Gn-1表示
-1 , 6 糖苷键
-1 , 4- 糖苷键
当> 160mg/100ml
五、糖的代谢概况
血糖( 80 - 120mg/100ml )
氧化分解
合成
转化脂肪、氨基酸等
糖原(肝、肌肉、肾)
无氧氧化:乳酸、酒精
有氧氧化:CO2 、 H2O 、大量能量
去路
来源
食物中的淀粉
肝糖原
非糖物质甘油、乳酸、生糖氨基酸
消化吸收
分解
糖异生 糖尿
排泄
第二节 双糖和多糖的酶促降解
蔗糖 +H2O 葡萄糖 + 果糖蔗糖酶
一、双糖的酶促降解
蔗糖酶
麦芽糖 +H2O 2 葡萄糖麦芽糖酶
乳糖 +H2O 葡萄糖 + 半乳糖
--β- 半乳糖苷酶
二、多糖的酶促降解
1 、糖原的分解
-1 , 6 糖苷键
-1 , 4- 糖苷键
糖原的结构及其连接方式
三种酶协同作用:
磷酸化酶(催化 1.4- 糖苷键断裂)
转移酶(催化寡聚葡萄糖片段转移)
脱支酶(催化 1.6- 糖苷键断裂)
糖原的磷酸解:
糖原磷酸解的步骤
非还原端还原端
磷酸化酶(释放 8 个 1-P-G)
转移酶
脱枝酶(释放 1 个葡萄糖)
返回
2 、淀粉的降解( 1)淀粉的水解 α-淀粉酶:在淀粉分子内部任意水解α-1.4糖苷键。 (内切酶) β-淀粉酶 :从非还原端开始,水解 α-1 .4 糖苷键,依次水解下一个 β-麦芽糖单位(外切酶) 脱支酶( R 酶) : 水解 α -淀粉酶和 β -淀粉酶作用后留下的极限糊精中的 1.6 -糖苷键。
淀粉磷酸化酶 脱支酶淀粉 +nH3PO4 nG-1-P+ 少量葡萄糖
( 2)淀粉的磷酸解
PO3H2
3. 纤维素的降解
纤维素是由 β-1,4- 葡萄糖苷键组成的多糖,有些微生物及反刍动物的消化系统瘤胃中的某些细菌能产生纤维素酶,所以能降解与消化纤维素。 C1 酶 晶状天然纤维素 无定型游离纤维素
Cx 酶 β- 葡萄糖苷
酶 纤维二糖 葡萄糖
动物细胞 植物细胞
细胞膜细胞质
线粒体 高尔基体
细胞核
内质网
溶酶体
细胞壁
叶绿体
有色体白色体
液体
晶体分泌物
吞噬
中心体
胞饮
细胞膜
丙酮酸氧化三羧酸循环
磷酸戊糖途径糖酵解
糖分解代谢主要途径
糖的无氧分解-糖酵解
糖的有氧氧化-三羧酸循环
磷酸戊糖途径
一、概念:
体内组织在无氧或缺氧情况下,葡萄糖或糖原在胞浆中分解产生乳酸和少量 ATP的过程叫做糖酵解(Glycolysis),简称为 EMP 途径。
第三节 糖酵解
E : Embden ; M: Meyerhof ; P:Parnas
糖的氧化的过程及产物 :
丙酮酸葡萄糖
乙醇:酵母菌、
植物EMP 途径 乳酸:动物肌肉
乳酸菌
无氧
有氧
CO2+H2O
二、糖酵解过程
共 10步反应,分为四个阶段
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 3-磷酸甘油酸(氧化)
第四阶段: 3-磷酸甘油酸转变为丙酮酸并 释放能量 (产能 )
( 1)葡萄糖磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖
ATP
glucose(G)
HC
C
C
C
C
CH2 OH
O
H OH
OH H
H OH
H OH
glucose-6-phosphate (G-6-P )
HC
C
C
C
C
CH2 OH
O
H OH
OH H
H OH
H OH 已糖激酶Mg2+
这是酵解过程中的第一个调节酶
O-
P O
OH
OH
ADP
第一阶段:磷酸化(活化)
葡萄糖磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖的意义:
1. 葡萄糖磷酸化后容易参与反应
2.磷酸化后的葡萄糖带负电荷,不能透过
细胞质膜,因此是细胞的一种保糖机制
( 2) 6-磷酸葡萄糖异构化转变为 6-磷酸果糖
fructose-6-phosphate
(F-6-P )
OHCH2
C
C
C
C
CH2 O
O
OH H
H OH
H OH
P O
OH
OH
磷酸已糖异构酶
glucose-6phosphate
(G-6-P )
HC
C
C
C
C
CH2 O
O
H OH
OH H
H OH
H OH
P O
OH
OH
( 3) 6-磷酸果糖再磷酸化生成 1,6- 二磷酸果糖
1,6- 二磷酸果糖(F-1,6-P)
O-CH2
C
C
C
C
CH2 O
O
OH H
H OH
H OH
P O
OH
OH
ATP
O-
P O
OH
OH
磷酸果糖激酶 -1 ( PK- 1 )
Mg2+
(F-6-P )
OHCH2
C
C
C
C
CH2 O
O
OH H
H OH
H OH
P O
OH
OH
糖酵解过程的第二个调节酶也是酵解中的限速酶
ADP
葡萄糖氧化经过第一阶段需要消耗 2ATP
体内糖储藏的形式是糖元
糖原氧化经过第一阶段消耗 1ATP
糖原 1-P-G 6-P-G
变位酶
( 4)磷酸丙糖的生成
3-磷酸甘油醛
磷酸二羟丙酮OHCH2
C O
CH2 O P O
OH
OH
OH
HO
C
CH
CH2 O P O
OH
OHfructose-1,6-diphosphate
(F-1,6-2P )
C
C
C
C
CH2 O
O
OH H
H OH
H OH
CH2 O P OOH
OH
P O
OH
OH
醛缩酶
第二阶段:裂解
( 5)磷酸丙糖的互换
磷酸二羟丙酮(dihydroxyacetone phosphate)
OHCH2
C O
CH2 O P O
OH
OHOH
HO
C
CH
CH2 O P O
OH
OH
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
( 6) 3-磷酸甘油醛氧化为 1,3- 二磷酸甘油酸
3-磷酸甘油醛脱氢酶
3-磷酸甘油醛
OH
H
O
C
CH
CH2 O P O
OH
OH
糖酵解中唯一的脱氢反应
糖酵解中唯一的脱氢反应
OH
O-
O
C
CH
CH2 O P O
OH
OH
1,3- 二磷酸甘油酸 (1,3-DPG)
~ P
NAD ++ H3PO4NADH+H+
第三阶段:氧化
( 7) 1,3- 二磷酸甘油酸转变为 3-磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸激酶
H
OH
O
O
C
CH
CH2 O P O
OH
OH
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
ADPATP
OH
O-
O
C
CH
CH2 O P O
OH
OH
1,3- 二磷酸甘油酸
(1,3-DPG)
~ P
第四阶段:产能
( 8) 3-磷酸甘油酸转变为 2-磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
H
OH
O
O
C
CH
CH2 O P O
OH
OH
磷酸甘油酸变位酶
2-磷酸甘油酸
OH
H
O-
O
O
C
CH
CH2
O- P O
OH
OH
( 9) 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸
磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
2-磷酸甘油酸
H
OH
H
O
O
O
C
C
CH2
P O
OH
OH烯醇化酶Mg2+ 或 Mn2+
O-
HO
O
C
C
CH2
~ P
H2O
ADP ATP
丙酮酸激酶PK
磷酸烯醇式丙酮酸
O-
HO
O
C
C
CH2
P+
O
OH
OH
糖酵解过程的第三个调节酶,也是第二次底物水平磷酸化反应
Mg2+ 或 Mn2+
~ P
( 10) PEP转变为烯醇式丙酮酸
丙酮酸
CH3
OC
COOH
丙酮酸还原为乳酸:
丙酮酸
O
CH3 C
O
OHC
NADH+H+乳酸
H
H
O
CH3 C
O
OHC乳酸脱氢酶
NAD +
无氧条件下丙酮酸的去路
加氧
COOH
CH3
乙酸
丙酮酸变为乙醇:
三、 EMP途径的总结及生物学意义
1. 产物
人、动物、微生物 :
1G 2 乳酸
酵母:
1G 2乙醇 +2CO
2
2. 能量收支
从葡萄糖开始酵解净生成 2ATP ,从糖
原开始生成 3ATP 。
3. 糖酵解产生能量不需要氧,反应发生在细胞液中。
葡萄糖6-磷酸果糖
磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛
2× 2-磷酸甘油酸
2× 丙酮酸
6-磷酸葡萄糖
ADPATP
1,6- 二磷酸果糖
ADPATP
2×1,3- 二磷酸甘油酸
2×Pi2×NADH+ 2H+2×NAD+
2× 3-磷酸甘油酸
2×ADP
2×ATP
2×磷酸烯醇式丙酮酸
2×H2O
2×烯醇式丙酮酸
2×ADP
2×ATP
4. NAD+ 如何再生
3-磷酸甘油醛脱氢酶
3-磷酸甘油醛
OH
H
O
C
CH
CH2 O P O
OH
OH
OH
O-
O
C
CH
CH2 O P O
OH
OH
1,3- 二磷酸甘油酸
~ P
NAD ++ H3PO4NADH+H+
丙酮酸 (pyruvate)
O
CH3 C
O
OHC
NADH+H+乳酸
(lactate)
H
H
O
CH3 C
O
OHC乳酸脱氢酶
NAD +
5. 生物学意义
糖的无氧氧化比有氧氧化产生的能量少的多,所以 EMP 不是体内主要的产能过程,但它是在无氧条件下为人体提供能量的应急措施。
EMP途径中形成的许多中间产物,可作为合成其它物质的原料。
⑴、肌肉内 ATP含量很低;
结论: 糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量
⑵、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 ; ⑶、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 ;
背景:剧烈运动时:
⑷、肌肉局部血流不足,处于相对缺氧状态。
初到高原与糖酵解供能:
人初到高原,高原大气
压低,易缺氧
机体加强糖酵解以适
应高原缺氧环境海拔 5000米海拔 5000米
背景:
结论:
某些组织细胞与糖酵解供能:
代谢极为活跃,即使不缺氧 , 也常由糖酵解提供部分能量。
成熟红细胞:
视网膜、神经、白细胞、骨髓、肿瘤细胞等 :
无线粒体,无法通过氧化磷酸化获得能量,只能通过糖酵解获得能量。
某些病理状态 与糖酵解供能:
某些病理情况下机体主要通过糖酵解获得能量.
严重贫血大量失血呼吸障碍肺及心血管等疾病
四、 EMP 的调控
限速酶:催化非可逆反应,活性的改变可影响整个反应体系的速度和方向。
EMP途径中有三个不可逆的反应步骤,这三个部位就是调控部位。
磷酸果糖激酶是糖酵解三个调节酶中催化效率最低的酶 ,因此是糖酵解作用限速酶。
变构激活剂: AMP 、 ADP
变构抑制剂: ATP、柠檬酸、 长链脂肪酸
磷酸果糖激酶是变构酶
糖原(或淀粉)
1- 磷酸葡萄糖
6- 磷酸葡萄糖
6- 磷酸果糖
1 , 6- 二磷酸果糖
3- 磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮
21 , 3- 二磷酸甘油酸
23- 磷酸甘油酸
22- 磷酸甘油酸
2 磷酸烯醇丙酮酸
2 丙酮酸
葡萄糖a
b
c
调控位点 激活剂 抑制剂a 己糖激酶 ADP G-6-P ATPb 磷酸果糖 ADP ATP 激酶 AMP 柠檬酸(限速酶) NADHc 丙酮酸激酶 AMP ATP 、 Ala 乙酰 CoA
糖的有氧氧化:是指体内组织在有氧条件下, 葡萄糖彻底氧化分解生成 CO2 和 H2O的过程。
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。
C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 38/36 ATP
第四节 糖的有氧氧化
葡萄糖→→丙酮酸→丙酮酸→乙酰 CoA
CO2+H2O+ATP
三羧酸循环
糖的有氧氧化
乳酸糖酵解
线粒体内
胞液
糖的有氧氧化概况
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 )
CO2+H2O+ATP( 糖的有氧氧化)
丙酮酸
糖有氧氧化的过程:
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
一、丙酮酸氧化脱羧
NAD+ NADH+H+
CH3
CO¡«SCoAO
CH3
C
COOH
丙酮酸 乙酰 CoA
+ CoA-SH
辅酶 A
+ C O2
丙酮酸脱氢酶系
丙酮酸 +辅酶 A+NAD+ 乙酰 COA+CO2+NADH+H+
丙酮酸脱氢酶系:
丙酮酸脱氢酶 (TPP 、 Mg2+)
二氢硫辛酸乙酰基转移酶 (硫辛酸、辅酶A)
二氢硫辛酸脱氢酶 (FAD 、 NAD+)
3种酶:
6种辅助因子:TPP 、 Mg2+ 、硫辛酸、辅酶 A 、 FAD 、 NAD+
(含 B1 、硫辛酸、 B3 、 B2 、 B5 五种维生素)
丙酮酸氧化脱羧反应 :
FAD
FADH2
OCH3
CCOOH
H OH
CH3C
TPP
TPP
CO2
LSCOCH3
SH
S
S
L
LSH
SH
HSCoA CH3CO ~ SCoA
NAD+
NADH+H+丙酮酸脱氢酶Mg2+
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 O2 + NADH+H+
硫辛酸
乙酰硫辛酸
二氢硫辛酸
三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle TCA循环 ) 又称柠檬酸循环或 Krebs循环。
乙酰辅酶 A与草酰乙酸缩合成六碳三羧酸即柠檬酸,经过一系列代谢反应,乙酰基被彻底氧化,草酰乙酸得以再生的过程称为三羧酸循环。
二、三羧酸循环
⑴ 乙酰 CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸
柠檬酸合酶
草酰乙酸
O COOHC
CH2 COOH
CH3CO ~ SCoA
乙酰辅酶 A(acetyl CoA)
COOHCH2
OH COOHC
CH2 COOH
柠檬酸
(citrate)
HSCoA
乙酰 CoA+ 草酰乙酸 柠檬酸 + CoA-SH
关键酶
H
H
(一)反应过程
⑵ 柠檬酸异构化生成异柠檬酸
异柠檬酸(isocitrate)
HO
H
COOH
COOH
CH2
C
COOHCH
H2O
柠檬酸(citrate)
H
OH
COOH
COOH
CH2
C
COOHCH
顺乌头酸
COOH
COOH
CH2
C
COOHCH
乌头酸酶
柠檬酸 异柠檬酸
⑶ 异柠檬酸氧化脱羧生成 α- 酮戊二酸
CO2
NAD+
H
HO
COOH
COOH
CH2
CH
COOHC
异柠檬酸 α- 酮戊二酸
O
COOHCH2
CH2
COOHC
草酰琥珀酸
O
COOH
COOH
CH2
CH
COOHCNADH+H+
异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸 +NAD+ α- 酮戊二酸 +CO2+NADH+H+
调 节 酶
⑷ α- 酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶 A
CO2
α- 酮戊二酸脱氢酶系
HSCoA NAD+
NADH+H+
O
COOHCH2
CH2
COOHC O
COOHCH2
CH2
SCoAC
琥珀酰 CoA(succinyl CoA)
α- 酮戊二酸 (α- ketoglutara
te)
α- 酮戊二酸 + CoA-SH+ NAD+ 琥珀酰 CoA + CO2 + NADH+H+
调节酶
α- 酮戊二酸氧化脱羧酶反应机制与丙酮
酸氧化脱羧相同,组成类似:含三个酶及六个辅助因子
α- 酮戊二酸脱氢酶、
二 氢硫辛转琥珀酰基酶、
二氢硫辛酸还原酶
辅酶 A 、 FAD 、 NAD+、
镁离子、硫辛酸、 TPP
三个酶 :
六个辅助因子:
⑸ 琥珀酰 CoA 转变为琥珀酸
琥珀酰 CoA 合成酶
O
COOHCH2
CH2
SCoAC
琥珀酰 CoA(succinyl CoA)
GDP+Pi GTP
COOHCH2
CH2 COOH
琥珀酸(succinate)
HSCoA
琥珀酰 CoA + GDP + Pi 琥珀酸 + GTP + CoA-SH
ADP ATP
⑹ 琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸
FAD
H
H COOHCH
CH COOH
琥珀酸(succinate)
琥珀酸脱氢酶
HOOC CH
CH COOH
延胡索酸(fumarate)
FADH2
琥珀酸 + FAD 延胡索酸 +FADH2
⑺ 延胡索酸水合生成苹果酸
延胡索酸(fumarate)
HOOC CH
CH COOH 延胡索酸酶 OH
COOHCH2
CH COOH
苹果酸(malate)
H2O
延胡索酸 + H2O 苹果酸
⑻ 苹果酸脱氢生成草酰乙酸
苹果酸脱氢酶H
OH
COOHCH2
C COOH
草酰乙酸(oxaloacetate)
O
COOHCH2
C COOH
苹果酸(malate)
NAD+ NADH+H+
苹果酸 + NAD+ 草酰乙酸 + NADH+H+
三羧酸循环
O C COOH
CH2 COOH草酰乙酸
CH3CO ~ CoA
(乙酰辅酶 A)
OH CHCOOH
CH2 COOH苹果酸
CH2 COOH
CH2 COOH琥珀酸 CH2 COOH
CH2 CO¡«SCoA
琥珀酰 CoACOOH
CH2 COOH
CH2
O=C
α- 酮戊二酸
COOH
COOH
CH2 COOH
CH
HO-C异柠檬酸
COOH
COOH
CH2 COOH
HO-C
H2C
柠檬酸
CO2
2H
CO22HGTP
CHHOOC
CH COOH延胡索酸
O C COOH
CH2 COOH
2H
2H
H
返回
(二)三羧酸循环小结
1. 总反应
乙酰辅酶 A + 3NAD+ + FAD + Pi + 2 H2O + GDP
2 CO2 + 3(NADH + H+ ) + FADH2 + HSCoA + GTP
2. 能量计算
①乙酰 CoA 的彻底氧化
3(NADH + H+ ) + FADH2 + GTP
= 3×3+2+1 = 12ATP
②葡萄糖的有氧氧化
3. 在有氧条件下才能运转
NADH 和 FADH2 在有氧条件下才能进入呼吸链
4. 有两种脱氢酶系参与
丙酮酸脱氢酶系、 α- 酮戊二酸脱氢酶系
(三) TCA的生理意义
1.TCA是生物获得能量的主要途径
4. 糖有氧氧化是体内三大营养物质代谢的总枢纽
3. 糖有氧氧化途径与体内其它代谢途径有着密切的联系
2.TCA是 CO2 产生的来源
糖与氨基酸、脂肪代谢的
联系返回
( 四 )草酰乙酸的回补
丙酮酸 + CO2 + ATP 草酰乙酸 + ADP + Pi
CH3C=OCOOH
+ CO2 +ATP
COOH
CH2C=OCOOH
+ ADP + Pi丙酮酸羧化酶
生物素、 Mg 2+
1. 丙酮酸的羧化
2.PEP 的羧化
3. 转氨基作用
Asp -草酰乙酸
谷氨酸- α- 酮戊二酸
CH3C=OCOOH
COOH
CH2CHOHCOOH
+ CO2
NADPH+H+ NADP+
COOH
CH2C=OCOOH
NAD+NADH+H+
丙酮酸 草酰乙酸苹果酸
4.苹果酸途径
苹果酸酶 苹果酸脱氢酶
(五) TCA 的调控
a
b
c
调控位点 激活剂 抑制剂a 柠檬酸合成酶 NAD+ ATP (限速酶) NADH 琥珀酰 CoA b 异柠檬酸 ADP ATP 脱氢酶 NAD+ NADH
c α- 酮戊二酸 ADP NADH 脱氢酶 NAD+ 琥珀酰 CoA
关键因素: [NADH]/[NAD+]
[ATP]/[ADP]
练习题
1. 生物氧化中 ATP 是如何产生的?
CO2 是如何产生的?
2. 谷氨酸彻底氧化的 P/O 是多少?
琥珀酸彻底氧化的 P/O 是
多少?
磷酸戊糖途径( HMP/PPP 途径):是一个糖的分解代谢途径,从 6-磷酸葡萄糖开始,中间代谢物有许多是磷酸戊糖。
6×6-磷酸葡萄糖 + 12 NADP+ 5×6-磷酸果糖 + 12 ( NADPH + H+ )+6C
O2
第五节 磷酸戊糖途径
一、磷酸戊糖途径的过程
第一阶段(氧化阶段): 6分子的 6-磷酸葡萄 糖经脱氢、水合、氧化脱羧生成 6分 子 5-磷酸核酮糖、 6NADPH和 6CO2
第二阶段(异构阶段): 6分子 5-磷酸核酮糖 经一系列基团转移反应异构成 5分 子 6-磷酸葡萄糖回到下一个循环。
( 1 ) 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸葡萄糖酸内酯
NADP+ NADPH+H+C
C
C
C
C
CH2OPO3H2
H OH
HOH
OHH
H
H OH
O
6-磷酸葡萄糖glucose 6-phosphate
C
C
C
C
C
CH2OPO3H2
H OH
HOH
OHH
H
O
O
6-磷酸葡萄糖酸内酯6-phosphoglucono-δ-lactone
6-磷酸葡萄糖脱氢酶
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
C
C
C
C
C
CH2OPO3H2
H OH
HOH
OHH
H
O
O
6-磷酸葡萄糖酸内酯6-phosphoglucono-δ-lactone
OH
OHC
C
C
C
C
CH2OPO3H2
H OH
HOH
OHH
H
O
6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate
H2O
内酯酶lactonase
(3) 6-磷酸葡萄糖酸转变为 5-磷酸核酮糖
CO2
OH
OHC
C
C
C
C
CH2OPO3H2
H OH
HOH
OHH
H
O
6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate
OH
OHC
C
C
C
C
CH2OPO3H2
H OH
HOH
OHH
H
O
OH
CH2OH
C
C
C
CH2OPO3H2
O
H OH
H
NADP+
NADPH+H+
OH
CH2OH
C
C
C
CH2OPO3H2
O
H OH
H
5-磷酸核酮糖ribulose 5-phosphate
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
(4) 三种五碳糖的互换
OH
CH2OH
C
C
C
CH2OPO3H2
O
H OH
H
5-磷酸核酮糖ribulose 5-phosphate
H OH
OH
CHO
C
C
C
CH2OPO3H2
H OH
H
5-磷酸核糖ribose 5-phosphate
异构酶
OH
CH2OH
C
C
C
CH2OPO3H2
O
HOH
H
5-磷酸木酮糖xylulose 5-phosphate
差向酶
(5) 二分子五碳糖的基团转移反应
OH
CH2OH
C
C
C
CH2OPO3H2
O
HOH
H
5-磷酸木酮糖ribulose 5-phosphate
H OH
OH
CHO
C
C
C
CH2OPO3H2
H OH
H
5-磷酸核糖ribose 5-phosphate
OH
CHO
C
CH2OPO3H2
H
3-磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate
HOH
H OH
OH
C
C
C
C
CH2OPO3H2
H OH
H
CH2OH
C O
7-磷酸景天糖sedoheptulose 7-phosphate
转酮醇酶 (TPP)
(6) 七碳糖与三碳糖的基团转移反应
HOH
H OH
OH
C
C
C
C
CH2OPO3H2
H OH
H
CH2OH
C O
7-磷酸景天糖sedoheptulose 7-phosphate
OH
CHO
C
CH2OPO3H2
H
3-磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate
转醛酶 Mg2+ 或 Mn2+
OH
CHO
C
C
CH2OPO3H2
H OH
H
4-磷酸赤藓糖erythrose 4-phosphate
H OH
OH
C
C
CH2OPO3H2
H
HOH
CH2OH
C
C
O
6-磷酸果糖fructose 6-phosphate
(7) 四碳糖与五碳糖的基团转移反应
OH
CHO
C
C
CH2OPO3H2
H OH
H
4-磷酸赤藓糖erythrose 4-phosphate
OH
CH2OH
C
C
C
CH2OPO3H2
O
HOH
H
5-磷酸木酮糖ribulose 5-phosphate
OH
CHO
C
CH2OPO3H2
H
3-磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate
H OH
OH
C
C
CH2OPO3H2
H
HOH
CH2OH
C
C
O
6-磷酸果糖Fructose 6-phosphate
转酮醇酶 (TPP)
糖酵解途径
6×6-磷酸葡萄糖
2×5-磷酸木酮糖
2×5-磷酸核糖
2×5-磷酸木酮糖
2×7-磷酸景天糖
2×3-磷酸甘油醛
2×4-磷酸赤藓糖
2×6-磷酸果糖
2×3-磷酸甘油醛
2×6-磷酸果糖
6×6-磷酸葡萄糖酸内酯
6NADPH
6×6-磷酸葡萄糖酸
6H2O
6×5-磷酸核酮糖
6NADPH
6CO2
葡萄糖
HMP示意图: HMP示意图:
2C62C5
2C6
2C6
2CO2
2CO2
2CO2
2C5
2C5
2C32C6
2C7
2C3
2C42C6
5C6 回到下一循环
二、磷酸戊糖途径的小结
6×6-磷酸葡萄糖 + 12 NADP+ 5× 6-磷酸果糖 +12 ( NADPH + H+ ) + 6CO2
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)
}DNA 、 RNA合成原料(1)NAD(P)+
(2)FAD(3)HSCoA
各种核苷酸辅酶
(1) NTP(2)dNTP
核苷酸
(3)cAMP/cGMP}
第二信使
合成原料
三、磷酸戊糖途径的意义
1、产生 5-磷酸核糖
2. 提供 NADPH:①作为供氢体 ---参与体内多种生物合成反应 ,而不产能②是谷胱甘肽还原酶的辅酶 ---对维持细胞中还原型谷胱甘肽的正常 含量起重要作用③作为加单氧酶的辅酶 ---参与肝脏对激素、药物和毒物的生物 转化作用④清除自由基的作用
四、 磷酸戊糖途径的调节
NADPH、 NADP+竞争与 G-6-PD 结合 ATP、 6-磷酸葡萄糖竞争与 G-6-PD 结合
最重要的调节因素是: NADP+的水平
糖分解代谢主要途径
糖的无氧分解 糖的有氧氧化 磷酸戊糖途径
一、糖异生作用的概念 定义: 由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖(原)异生作用。
原料: 生糖氨基酸、丙酮酸、乳酸、甘油及三羧酸循环中的有机酸
部位: 肝脏(主要)及肾脏(饥饿时)
第五节 糖的生物合成
二、糖异生作用的过程
基本上是糖酵解的逆过程
跨越三个能障 (energery barrier)
糖 酵 解 过 程
葡萄糖 6-磷酸果糖
磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛
2× 2-磷酸甘油酸
2× 丙酮酸
6-磷酸葡萄糖
ADPATP
1,6- 二磷酸果糖
ADPATP
2×1,3- 二磷酸甘油酸
2×Pi2×NADH+ 2H+2×NAD+
2× 3-磷酸甘油酸
2×ADP
2×ATP2×磷酸烯醇式丙酮酸
2×H2O
2×烯醇式丙酮酸
2×ADP
2×ATP
2× 乳酸
三个不可逆过程
① 6-磷酸葡萄糖的水解:
葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
ATP ADP糖的分解代谢己糖激酶
(肝 )
H3PO4 H2O
糖的异生作用葡萄糖 -6-磷酸酶
肝
② 1,6- 二磷酸果糖的水解
6-磷酸果糖 1,6- 二磷酸果糖
ATP ADP糖的分解代谢磷酸果糖激酶 -1
H3PO4 H2O
糖的异生作用果糖二磷酸酶 -1
丙酮酸 + CO2 + ATP 草酰乙酸 + ADP + Pi
CH3C=OCOOH
+ CO2 +ATPCOOH
CH2C=OCOOH
+ ADP + Pi丙酮酸羧化酶
生物素、 Mg 2+
③ 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸
草酰乙酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸
草酰乙酸 + GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 + GDP + CO2
COOH
CH2C=OCOOH
草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸
PO3H2O
COOH
C
CH2
GDPGTP CO2
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
丙酮酸羧化支路:
丙酮酸
磷酸烯醇式丙酮酸
葡萄糖
ADP
ATP丙酮酸激酶
草酰乙酸
ATP
ADP
CO2
丙酮酸羧化酶生物素
CO2 GTPGDP
磷酸磷醇式丙酮酸羧激酶
三、糖异生作用的意义
在饥饿情况下保证血糖浓度的相对恒定
补充糖原贮备
有利于乳酸的利用
糖异生与血糖浓度:红细胞、骨髓肾髓质、神经
视网膜
消耗 100-150g 葡萄糖 / 天 消耗 40g
葡萄糖 /天
人体储存的可供全身利用的糖仅 150g 左右(不到 12小时全部耗
尽)
在饥饿情况下糖异生对保证血糖浓度的相对恒定具有重要的意义
即使在饥饿时,机体也需消耗一定量的葡萄糖
(~ 200g/ 天 )
大脑
四、糖异生的调节:
ATP/(AMP+ADP)比值的变化对糖异生和糖酵解的影响: (1)当体内 ATP 积聚量较多时,可抑制糖的分解,促进糖的异生,以积累能源。 (2)当耗能增加时, ATP 不足,可促进糖的分解而抑制糖的异生以产生更多的 ATP ,以供机体需要。促进糖异生作用的激素: 肾上腺素、胰高血糖素、糖皮质激素抑制糖的异生作用的激素是:胰岛素
一、蔗糖的合成:
存在于高等植物体,特别是甘蔗、甜菜、菠萝等,蔗糖不仅是光合作用的产物之一,而且是植物体糖 类物质的主要运输形式。
有两条途径蔗糖合成酶催化,次要途径。
磷酸蔗糖合成酶催化,主要途径
UDPG作为糖基供体
第六节 其它糖的合成
2G
2×6 - P -G
6 - P -F
1 - P -G
UDPG
UTP
PPi
磷酸蔗糖
蔗糖
FUDP
磷酸蔗糖合成酶
H2O
Pi
磷酸蔗糖磷酸酯酶
UDPG 焦磷酸化酶H2O
Pi
磷酸果糖磷酸酯酶
蔗糖合成酶
UDPG
UDP
二、淀粉的合成:
存在于植物体内,尤其是谷类、豆类、薯类作
物的籽粒和贮藏组织都含丰富的淀粉。淀粉合成中
的糖基供体有 ADPG 、 UDPG ,主要是 ADPG 。
合成分两阶段进行,先合成直链淀粉,然后分支形
成支链淀粉。
G
6 - P -G
1 - P -G
ADPG
ATP
PPi
ADPG 转 G 酶
ADP
ADPG 焦磷酸化酶
UTP
PPi
UDPG 焦磷酸化酶
UDPG 转 G酶
UDPG
UDP
ADP
变位酶
ATP
Gn
Gn+1
支链淀粉分支酶
直链淀粉
引物
The end
糖异生作用与膜障
葡萄糖 - 6 - 磷酸酶 果糖二磷酸酶 -1
丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
胞浆胞浆线粒体
胞浆、线粒体
糖异生作用的酶 存在部位
线粒体内膜不允许草酰乙酸自由透过,故此草酰乙酸在线粒体与胞浆之间的交换受阻从而构成“膜障”。
2× 丙酮酸
2× 乳酸乳酸、丙酮酸的糖异生作用
2× 草酰乙酸
2× 丙酮酸
2× 磷酸烯醇式丙酮酸
1 , 6- 二磷酸果糖
6-磷酸果糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖
2× 草酰乙酸
2× 苹果酸2× 苹果酸
甘油的糖异生作用
6-磷酸葡萄糖
甘 油
磷酸甘油 3-磷酸甘油醛
1 , 6- 二磷酸果糖ATP
ADP甘油激酶
磷酸二羟丙酮
NAD+ NADH+H+
磷酸甘油脱氢酶
6-磷酸果糖葡萄糖
乳酸
三羧酸循环中有机酸
的糖异生作用
三羧酸循环中的有机酸
2× 丙酮酸
2× 磷酸烯醇式丙酮酸
2× 乳酸
1 , 6- 二磷酸果糖
6- 磷酸果糖
苹果酸
苹果酸
草酰乙酸
葡萄糖 6- 磷酸葡萄糖