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1、第六章 糖代谢,糖的生理功能,1.供给能量:60%(动物、植物) 2.机体的重要碳源:糖代谢中间产物(氨基酸、脂肪酸、核苷) 3.机体结构的重要组分:蛋白聚糖和糖蛋白(结缔组织、软骨和骨的基质),糖蛋白和糖脂(细胞膜) 4.细胞间的信息传递:膜糖蛋白(与细胞的免疫、识别作用有关) 5.特殊生理功能的物质:糖蛋白(激素、酶、血型物质等) 6.保护与润滑:蛋白聚糖(粘膜与分泌物),第一节 多糖和低聚糖的酶促降解,1、淀粉的酶促水解(消化系统中降解) 2、淀粉或糖原的磷酸解细胞内降解 3、纤维素的酶促水解 4、双糖的酶促水解,-淀粉酶:水解淀粉分子内部任意部位的-1,4糖苷键(内切酶)。 -淀粉酶:
2、从非还原端开始水解-,4糖苷键,依次水解下一个-麦芽糖单位(外切酶)。 脱支酶( - 1,6 -糖苷键酶):水解支链淀粉(或糖原)中的1,6 -糖苷键,如植物中的R酶。,1、淀粉的酶促水解,2、淀粉或糖原的磷酸解细胞内降解, 糖原的结构及其连接方式, 淀粉或糖原的磷酸解,磷酸化酶(催化1,4-糖苷键断裂) 三种酶协同作用: 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),糖原磷酸解的步骤,-1,6糖苷键,3、纤维素的酶促水解,纤维二糖( -型),纤维素,纤维素酶,纤维二糖酶,葡萄糖,4、双糖的酶促降解,生物体内葡萄糖(糖原)的分解主要有两条途径:,1、酵解(有氧或无氧) :
3、 葡萄糖(G)丙酮酸(Pyr) 三羧酸循环,产生CO2 + H2O,2、 磷酸戊糖途径: G CO2 + H2O,第二节 糖的分解代谢,此外,丙酮酸还可经乳酸发酵、生醇发酵 及乙醛酸循环降解成相应的产物。,一、糖酵解(glycolysis),(一)糖酵解的概念 葡萄糖经酶促作用降解成丙酮酸,并伴随生成ATP的过程称为糖酵解,也称作Embden-Meyethof-Parnas途径,简称途径。 此过程在细胞胞液中进行,是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径。,(二)酵解与发酵 发酵作用(fermentation)是酵母菌及其他厌氧微生物体内所进行的糖代谢过程。有乳酸发酵、生醇发酵之分。
4、 酵解与发酵均不需氧的参加,故统称为糖的无氧分解;只是二者的最终产物不同。,(三)糖酵解过程,从葡萄糖或糖原开始至生成丙酮酸,分别包括10或11步连续的酶促步骤,可划分为3个阶段: 1. 己糖磷酸酯的生成; 2. 丙糖磷酸的生成; 3. 丙酮酸和ATP的生成,EMP的化学历程,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,第一阶段,第二阶段,第三阶段,葡萄糖,己糖磷酸酯的生成,丙糖磷酸的生成,丙酮酸与ATP的合成,葡萄糖激酶,果糖磷酸激酶,异构
5、酶,1、己糖磷酸酯的生成从葡萄糖开始经过三步-消耗2个ATP,有2个不可逆反应,HO-CH2,O,O OH,H HO,OH H,H,OH,P -O-CH2,O,O OH,H HO,OH H,H,OH,ATP ADP,Mg2+,己糖激酶,(肝为葡萄糖激酶),P,为磷酸基,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,(1),(注:ATP的磷酸基团转移各接受体的反应都由激酶催化,并需Mg+),第一步 :葡萄糖磷酸化,己糖激酶和葡萄糖激酶第一个关键酶,己糖激酶,葡萄糖激酶,部位,km,底 物,抑制剂,作用,普遍存在,肝或胰细胞,0.1 mmol,510mmol,D-葡萄糖 D-果糖 D-甘露糖,D-葡萄糖,G-6-P
6、ADP,EMP途径,肝脏糖原合成维持血糖水平,(别构酶),不可逆反应,第一个关键反应,消耗1分子ATP,P -O-CH2,O,O OH,HO,OH H,H,OH,葡萄糖-6-磷酸,己糖磷酸异构酶,果糖-6-磷酸,第二步:葡萄糖-6-磷酸生成果糖-6-磷酸,ATP ADP,(3),果糖磷酸激酶,Mg2+ ,第三步:果糖-6-磷酸生成果糖-1,6-二磷酸,O,CH2OH,OCH2,OH,OH,果糖-6-磷酸,果糖-1,6-二磷酸,(1)不可逆,第二个关键酶 (2) G0 =-3.4kcal/mol -ATP (3)是一种变构酶,催化效率很低,糖酵解的效率严格的依赖该酶的活性。果糖磷酸激酶是EMP
7、中最关键 的一个限速酶。由四个亚基组成,活性受许多因素调控。ATP、H+抑制酶的活性,AMP解除ATP的抑制,特点:,如从糖原开始酵解:,糖原,葡糖-1-磷酸,葡糖磷酸变位酶催化的变位机制,酶- + 葡糖-1-磷酸,酶 + 葡糖-1,6-二磷酸,酶- + 葡糖-6-磷酸,CH2O- C=O HO-C-H H-C-OH H-C-OH CH2O- P 果糖-1,6-二磷酸,CH2-O- P C O CH2OH H-C=O H-C-OH CH2O- P,醛缩酶,丙糖磷酸异构酶,(4),(5),P,2. 丙糖磷酸的生成: 第四、五步:果糖-1,6-二磷酸分裂为两个丙糖磷酸,二羟丙酮磷酸,甘油醛-3-磷
8、酸, G0 =+5.73 kcal/mol,丙糖磷酸异构酶,Mg或Mn,丙酮酸,PEP,丙酮酸激酶,脱氢酶,激酶,变位酶,烯醇化酶,3. 丙酮酸和ATP的生成生成2个NADH, 4个ATP,CHO H-C-OH CH2O- P,O C-O P CHOH CH2O- P,NAD,NADH+H+,Pi,(6),第六步:甘油酸-1,3-二磷酸的生成(氧化作用),高能磷酸键,甘油醛-3-磷酸脱氢酶,甘油醛-3-磷酸,甘油酸-1,3-二磷酸, G0=+6.276kJ/mol(+1.5kcal/mol),甘油醛-3-磷酸脱氢酶: 分子量140000,四个亚基,各紧密结合1分子NAD+ 。活性中心含有Cys
9、-SH, 碘乙酸可强烈抑制此酶活性;砷酸盐可以与磷酸竞争与酶结合,生成不稳定的1-砷-3-磷酸甘油酸,破坏甘油酸-1,3-二磷酸的形成。,E-SH + ICH2COO-,E-S-CH2COO-,+ HI,甘油醛-3-磷酸脱氢酶作用机理如下图:,甘油醛-3-磷酸脱氢酶作用机理,O C-O P CHOH CH2O- P,高能磷酸键,COO- CHOH CH2O- P,甘油酸-3-磷酸,第七步:甘油酸-3-磷酸和第一个ATP生成,甘油酸-1,3-二磷酸,底物水平磷酸化,COO- CHOH CH2O- P,COO- CHO- P CH2OH,甘油酸磷酸变位酶,(8),第八步:甘油酸-2-磷酸的生成,甘
10、油酸-3-磷酸,甘油酸-2-磷酸,变位酶(mutase):催化分子内化学基团移位的酶,甘油酸磷酸变位酶的作用机理,+,形成中间产物2, 3-二磷酸甘油酸(BPG), 除了在该催化反应中起作用,还在红细胞对氧的转运中调节作用。能降低血红蛋白对氧的亲和力,促进氧的释放。,在His位点磷酸化,COO- CHO- P CH2OH,甘油酸-2-磷酸,COO- C-O P CH2,H2O,(9),烯醇化酶,Mg2+,高能磷酸键,烯醇式丙酮酸-2-磷酸,第九步:烯醇式丙酮酸磷酸(PEP)的生成,COO- C-O P CH2,高能磷酸键,烯醇式丙酮酸-2-磷酸(PEP),丙酮酸激酶,COO- C=O CH3,
11、丙酮酸,ADP ATP,(10),G0=-31.4kJ/mol,第十步:丙酮酸和第二个ATP的生成,底物水平磷酸化,丙酮酸激酶第三个关键酶 + 1ATP 第三处不可逆反应 催化活性需要Mg2+和 Mn2+,调节酶。受ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸抑制;受F-1,6-2P、 PEP激活,EMP 小 结: 1、底物:1分子葡萄糖或葡萄糖单位, 产物:2分子丙酮酸。 2、三步不可逆反应(关键酶): 己糖激酶 果糖磷酸激酶 丙酮酸激酶 3、耗能:2分子或1分子ATP, 产能:4分子ATP,净生成2或3分子ATP 4、细胞定位:细胞液 5、总反应:,别构酶,C6H12O6 + 2NAD+ +
12、2ADP + 2Pi 2C3H4O3 + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O,EMP中间产物磷酸化的意义: 从葡萄糖到丙酮酸,所有中间产物都是磷酸化的,磷酸基团的功能有三个方面: 在细胞内接近中性环境时,各中间物质为带负电的极性物质,不会因扩散而漏出细胞膜,使全部反应在胞液中进行。 在形成ES复合物时,对酶来说,底物上的磷酸基团起到信号基团的作用有利于结合或识别酶 有利于保存和转移能量。,(四)糖酵解中的反应类型:,1. 磷酸转移,G + ATP G-6-P + ADP,2. 磷酸移位,3-PG 2-PG,3. 异构化,DHAP G-3-P,4. 脱水,2-PG PEP,5.
13、醇醛断裂,F-1,6-2P DHAP + G-3-P,(五)糖酵解的能量计算,若糖原的一个葡萄糖单位分解生成2个丙酮酸,则产生3个ATP,(六)糖酵解反应速度的调控 -3个关键酶 (1)果糖磷酸激酶是最关键的限速酶 (2)己糖激酶活性的调控 (3)丙酮酸激酶活性的调节,果糖磷酸激酶是最关键的限速酶,ADP、AMP、 -D-果糖-2,6-二磷酸是别构激活剂;ATP、H+是别构抑制剂 ATPAMP比值对该酶括性的调节对细胞有重要的生理意义 H+可抑制果糖磷酸激酶活性,它可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒 柠檬酸可增加ATP对酶的抑制作用 -D-果糖-2,6-二磷酸可消除ATP对酶的抑制效应,使
14、酶活化(控制酶构象转换),己糖激酶活性的调控,G-6-P是该酶的别构抑制剂 (反馈抑制),丙酮酸激酶活性的调节,果糖-1,6-二磷酸是该酶的激活剂(前馈激活) 丙氨酸是该酶的别构抑制剂。酵解产物丙酮酸为丙氨酸的生成提供了碳骨架。丙氨酸抑制丙酮酸激酶的活性,可避免丙酮酸的过剩(反馈抑制) ATP、乙酰CoA等也可抑制该酶活性,减弱酵解作用(反馈抑制),(七)糖酵解的生物学意义,是在不需要氧供应的条件下,产生ATP的一种供能方式,其最主要的生理意义在于迅速提供能量;(为厌氧微生物和缺氧下某些组织细胞正常活动提供能量,如机体缺氧、剧烈运动肌肉局部缺血等,能迅速获得能量。) 形成多种重要的中间产物,为
15、氨基酸、脂类合成提供碳骨架。,(八)、丙酮酸的去路,1、无氧条件下,生成乳酸 1)乳酸脱氢酶 2)辅酶 NADH+H+来自甘油醛3-磷酸脱氢,CH3 C O COOH,CH3 CHOH COOH,乳酸脱氢酶 (LDH),乳酸,丙酮酸,3-磷酸甘 油醛,1,3-二磷酸 甘油酸,NADH+H+ NAD+,(7),(12),3-磷酸甘油醛脱氢酶,2、无氧条件下,生成乙醇 1)丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶 2)NADH+H+来自3-醛甘油脱氢,丙酮酸脱羧酶,醇脱氢酶,3、有氧条件下,氧化成CO2和H2O,丙酮酸,线粒体,乙酰CoASH,三羧酸循环,CO2和H2O,丙酮酸,4、糖异生形成葡萄糖,(九)其他己糖进入酵解的途径,癌组织是疯狂的葡萄糖代谢者,Glucose uptake and glycolysis proceed about ten times faster in most solid tumors than in noncancerous tissues.,1883-1970,
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