第八章 糖代谢.ppt
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1、糖代谢,第 九 章,7.1 糖的概述,糖的基本概念 糖的结构与分类 糖的主要生理功能,返回,糖的概述,一 糖的基本概念,多羟基的醛或多羟基的酮及其缩聚物 和衍生物的统称(旧时称为碳水化合物)。,7.1 糖的概述,返回,(一)概念:,糖的概述,醛 糖 Aldose,酮 糖 Ketose,7.1 糖的概述,返回,糖的概述,(二) 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、氧化生能功能,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5070%)。,7.1 糖的概述,返回,糖的概述,2、构成组织细胞的基本成分,核糖和脱氧核糖是核酸的基
2、本组成成分;,体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖 蛋白,如许多酶类、凝血因子和抗原等。,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。,7.1 糖的概述,返回,糖的概述,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。,7.1 糖的概述,返回,糖的概述,(三)分类:单糖、寡糖、多糖,7.1 糖的概述,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
3、、己糖、庚糖;根据羰基的位置又分醛 糖和酮糖。,寡糖:由210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:,糖的概述,二 单糖的分类与结构,三碳糖(丙糖):甘油醛、二羟丙酮等,(一)单糖的种类:,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,返回,糖的概述,(二)单糖的立体结构,1、单糖的构型,单糖分子除了二羟基丙酮外,其余都含不对称碳原子,有旋光异构体:如甘油醛,不对称碳原子上羟基朝左称为L-型。朝右称为D型
4、。,含一个不对称碳原子的单糖有21个旋光异构体; 含二个不对称碳原子的单糖有22个旋光异构体; 含n个不对称碳原子的单糖有2n个旋光异构体。,含多个不对称碳原子的糖构型的判断:以距离羰基最远的不对称碳原子上的羟基方向来判断,朝左为L型,朝右为D型。,糖的概述,2、单糖环状结构:以葡萄糖(Glucose)为例,环状 (Haworth projection),椅式 (chair form),开链(straight chain),返回,-D-吡喃葡萄糖,- D-吡喃葡萄糖,OH,-D-吡喃葡萄糖和 -D-吡喃葡萄糖互为异头物,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
5、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。,返回,糖的概述,果糖(D-fructose)的结构,-D-呋喃果糖,-D-呋喃果糖,OH,CH2OH,1,2,糖的概述,三、重要的单糖衍生物,1、糖醇:糖分子内醛基、酮基经还原的产物,有甜味。 2、糖醛酸:单糖的伯醇基氧化产物。 3、氨基糖: 4、糖苷:单糖的半缩醛羟基与非糖物质缩合形成的化合物。,四、单糖的性质,1、还原性 2、与苯肼反应生成糖腙、糖脎。 3、与强酸作用 脱水生成糠醛。 4、过碘酸氧化,糖的概
6、述,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,有变旋现象,-D-葡萄糖-(14)-D-葡萄糖,返回,六.双糖:,糖的概述,常见的双糖:蔗糖(sucrose)、乳糖(lactose),蔗糖:不含半缩醛羟基,无还原性,无变旋现象,-D-葡萄糖-(12)-D-果糖,乳糖:含半缩醛羟基,为还原糖,有变旋现象,-D-半乳糖-(14)-D-葡萄糖,返回,七. 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,返回,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
7、胶体 溶液。,糖的概述,常见的多糖淀粉(starch),返回,CH2OH,CH2OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,直链淀粉:只含-(14)-糖苷键,CH2OH,CH2OH,OH,OH,OH,OH,O,O,O,CH2,O,支链淀粉:含(14)与-(16)-糖苷键,后者存在于分支处。,常见的多糖糖原(glycogen),糖原的结构与淀粉类似,但分支多 而分支短,返回,糖原分支处结构图,在书写糖原的反应时,常用Gn、 Gn+1 或Gn-1表示糖原分子,糖原在体内的作用:,糖原贮存的主要器官:,人体内糖原的贮存量有限,一般不超500g .,肝糖原: 肌糖原:
8、,返回,糖原是体内糖的贮存形式,肝脏和肌肉组织,含量可达肝重的5%(总量为90-100g),含量为肌肉重量的1-2%(总量为200-400g),糖的概述,糖的合成与分解,(Digestion and Adsorption of Carbohydrate),体内糖的来源 糖的消化 糖的吸收 糖吸收后的去向,返回,糖的消化吸收,一、体内糖的来源,肝糖原、肌糖原,量少,不能满足 机体对能量的需要,主要来自植物性食物 从动物性食物中摄入的糖量很少 婴儿,乳汁中的乳糖是主要来源,外源性:,内源性:,返回,糖的消化吸收,二、糖的消化,1.口腔消化: 次要,初步消化,返回,糖的消化吸收,2、小肠内消化: 主
9、要,小肠粘膜刷 状缘各种水解酶,葡萄糖,返回,糖的消化吸收,小肠中各种糖类水解酶的作用,糊精酶、脱支酶,糖的消化与健康:,机体若缺乏蔗糖酶或乳糖酶,会导致 糖吸收障碍而引起腹泻和胀气。,人不能通过摄入纤维素获取糖类物质, 因 人体内缺乏水解-1,4-糖苷键的酶,但纤 维素促进肠道蠕动,可防止便秘。,返回,糖的消化吸收,三、糖的吸收,部位: 小肠上部,返回,糖的消化吸收,实验证明:以葡萄糖的吸收速度为100 计,各种单糖的吸收速度为: D-半乳糖(110) D-葡萄糖(100) D-果糖(43) D-甘露糖(19) L-木酮糖(15) L-阿拉伯糖(9),结论:各种单糖的吸收速度不同,糖的吸收方
10、式:,单纯扩散、 主动吸收、 易化扩散,糖的消化吸收,糖的吸收-主动吸收,结论:葡萄糖的吸收是耗能的过程。,钠泵,返回,糖的消化吸收,糖的吸收易化扩散,果糖的转运,返回,糖的消化吸收,四、糖吸收后的去向,返回,糖的消化吸收,当160mg/100ml,五、糖的中间代谢概况,血糖(80120mg/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、酒精等,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,糖的消化吸收,糖的分解代谢,糖分解代谢主要途径,糖的无氧分解 糖的有
11、氧氧化 乙醛酸循环 磷酸戊糖途径 其它已糖的代谢,糖的分解代谢,一、糖的无氧分解,Derived from the Greek words: glycos- lysis-,Glycolysis,(一)概念:糖的无氧分解是指:,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,也称糖酵解途径。,sugar(sweet),返回,dissolution,糖的分解代谢,乳酸与 ATP 的结构:,乳 酸 (lactate),A T P (三磷酸腺苷),返回,糖的分解代谢,糖的无氧分解途径,亦称为EMP途径:,E: Embden;M: Meyerhof;P:Parnas,糖的
12、无氧氧化的过程及产物:,丙酮酸,葡萄糖,乙醇:酵母菌、 植物,返回,EMP途径,乳酸:动物肌肉、 乳酸菌,无氧,有氧,CO2+H2O,糖酵解途径,(二)糖酵解过程,11个酶催化的12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-磷酸甘油醛转变为丙酮酸并 释放能量(氧化、转能),第四阶段: 丙酮酸还原为乳酸(还原),返回,糖 酵 解 过 程 :,(1)葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,ATP,glucose(G),已糖激酶,Mg2+,返回,这是酵解过程中的第一个调节酶,ADP,已糖激酶 (hexokinase) :,已糖激酶有4种同功酶,
13、即型,已糖激酶的分型 型 型,中文名称 已糖激酶(HK) 葡萄糖激酶(GK) 英 文 hexokinase glucokinase,存在范围 在组织细胞中 仅在肝脏和胰腺 广泛存在 细胞存在,与葡萄糖亲和力 高 低 Km: 0.01mmol/L Km: 10100mmol/L,产物反馈抑制 有 无,激素调控 受激素调控,ATP与Mg2+的相互作用:,A T P (三磷酸腺苷),Mg2+,Mg2+,糖酵解途径,HK与G结合的 诱导契合作用:,The conformation of hexokinase changes markedly on binding glucose (shown in r
14、ed). The two lobes of the enzyme come together and surround the substrate.,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,返回,糖酵解途径,糖 酵 解 过 程 :,(2)6-磷酸葡萄糖异构化转变为6-磷酸果糖,fructose-6-phosphate (F-6-P),glucose-6phosphate (G-6-P),返回,(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 (fructose-1,
15、6-diphosphate),ATP,磷酸果糖激酶-1 (PK- 1 ),Mg2+,(F-6-P),糖酵解过程的第二个调节酶也是酵解中的限速酶,糖 酵 解 过 程 :,返回,ADP,限速酶 / 关键酶 (rate-limiting enzyme / key enzyme),1.催化非可逆反应,特点,2.催化效率低,3.受激素或代谢物的调节,4.常是在整条途径中催化初始反应的酶,5.活性的改变可影响整个反应体系的速度和方向,糖酵解途径,EMP途径的限速酶:磷酸果糖激酶,磷酸果糖激酶-1 (phosphofructokinase-1),糖酵解途径,AMP、ADP,糖 酵 解 过 程 :,(4)磷酸
16、丙糖的生成,fructose-1,6-diphosphate (F-1,6-2P),醛缩酶,返回,醛缩酶的作用机理,糖 酵 解 过 程 :,(5)磷酸丙糖的互换,磷酸二羟丙酮 (dihydroxyacetone phosphate),3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde 3-phosphate),返回,糖 酵 解 过 程 :,(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 (glyceraldehyde 3-phosphate),糖酵解 中唯一的 脱氢反应,1,3-二磷酸甘油酸 1,3-diphospho- -glycerae (1,3-DPG)
17、,P,返回,NADH3PO4,NADH+H+,3-磷酸甘油醛脱氢酶作用机理:,此酶含巯基,碘乙酸可强烈抑制其活性,NAD+,糖 酵 解 过 程 :,(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,这是糖酵解 中第一次 底物水平 磷酸化反应,ADP,ATP,1,3-二磷酸甘油酸 (1,3-diphosphoglycerate) (1,3-DPG),P,返回,糖 酵 解 过 程 :,(8)3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油 (3-phosphoglycerate),磷酸甘油酸变位酶,返回,糖 酵 解 过 程 :,(9) 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷
18、酸甘油酸 (2-phosphoglycerate),氟化物能与Mg2+络 合而抑制此酶活性,P,返回,H2O,糖 酵 解 过 程 :,丙酮酸激酶 PK,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)磷酸烯醇式丙酮酸转变为烯醇式丙酮酸,返回,糖 酵 解 过 程 :,(11)烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸,烯醇式丙酮酸 (enolpyruvate),返回,糖 酵 解 过 程 :,(12) 丙酮酸还原为乳酸,返回,糖酵解小结:,1、糖酵解过程的11个酶,注: 磷酸化酶、磷酸葡萄糖变位酶在糖原分解中存在。,返回,糖酵解途径,2、糖酵解过程的12步反应:,糖酵解途径
19、,2、糖酵解过程的12步反应:,糖酵解途径,3、糖酵解过程的反应类型:,1.磷酸基转移反应,2.磷酸基移位,3.异构化作用,4.脱水或脱氢反应,5.缩合反应,返回,葡萄糖,葡萄糖转变为乳酸,糖酵解途径,葡萄糖,葡萄糖转变为乙醇,糖酵解途径,2乙醛,丙酮酸脱羧酶,2乙醇,2CO2,2 2-磷酸甘油酸,糖酵解过程小结:,葡萄糖转变为乳酸:,反应的条件:,无氧或缺氧,反应的部位:,细胞的胞浆,反应的底物:,葡萄糖/糖原,反应的产物:,反应的特点:,乳酸、ATP,一次脱氢、二次底物磷酸化,反应中间物:,在葡萄糖与丙酮酸之间均为磷 酸化合物,返回,糖 原 转 变 为 乳 酸,糖原(Gn),糖原分解生成6
20、-磷酸葡萄糖,糖酵解途径,糖酵解过程中ATP的生成:,2,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,-1,1,-1,2,1,1 mol 葡萄糖 2 mol 乳酸 + ?mol ATP,糖原中的1mol葡萄糖2mol 乳酸 +?mol ATP,2 mol ATP,3 mol ATP,返回,糖酵解途径,糖酵解中能量利用的效率:,从葡萄糖开始:2 30.5 / 196 = 61/196 = 31(%) 从糖原开始:2 51.6 / 196 = 103.2/196 = 52.6(%),G0= -196kJ,ATP储
21、存能量: G0= -30.5 kJ/mol(体外标准状态下) G0= -51.6 kJ/mol(体内生理状态下 ),糖酵解中能量的利用率:,返回,糖酵解途径,乙醇发酵中能量利用的效率:,2 30.5 / 217.6 = 28(%),G0= -217.6 kJ,ATP储存能量: G0= -30.5 kJ/mol,乙醇发酵中能量的利用率:,糖酵解途径,糖酵解过程的限速/调节酶:,酶 的 名 称 已糖激酶 葡萄糖激酶(肝) *磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶,变构激活剂 Mg2+, Mn2+ Mg2+, Mn2+ Mg2+, AMP, ADP, F-1,6-2P, F-2,6-2P Mg2+, K+,
22、F-1,6-2P,变构抑制剂 G-6-P - ATP,柠檬酸, 长链脂肪酸 ATP,返回,糖酵解途径,糖酵解与发酵的比较,返回,糖酵解途径,糖酵解意义:,1.在无氧条件下迅速提供能量,供机体需要。,如:剧烈运动、人到高原,2.是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源。,3.是某些病理情况下机体获得能量的方式。,4.是糖的有氧氧化的前过程,亦是糖异生作用 大部分逆过程。,6.若糖酵解过度,可因乳酸生成过多而导致乳酸 酸中毒。,5.糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径。,返回,糖酵解途径,肌肉收缩与糖酵解供能:,、肌肉内ATP含量很低;,结论: 糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量,、肌肉中磷酸肌酸储存的
23、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;,背景:剧烈运动时:,、肌肉局部血流不足,处于相对缺氧状态。,糖酵解途径,返回,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,背景:,结论:,糖酵解途径,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
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