第八章糖代谢-1.ppt
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1、糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 八 章,主要内容,第一节 糖的概念和分类、功能 第二节 糖的无氧分解糖酵解 第三节 糖的有氧分解(柠檬酸循环) 第四节 戊糖磷酸途径和其他途径 第五节 糖原的分解和合成 第六节 血糖及其调节,掌握糖酵解的过程、部位、关键酶和意义 掌握糖有氧氧化的过程、部位、关键酶和意义 掌握磷酸戊糖途径的意义 掌握糖异生的过程、部位、关键酶和意义 掌握糖原合成和分解的过程和关键酶 掌握血糖正常值、来源、去路和意义,本章要求,1.1 原始概念:碳水化合物Cn(H2O)n 鼠李糖(C6H12O5);脱氧核糖(C5H10O4) 1.2 现代概念
2、:多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。,1.糖(carbohydrates)的概念,第一节 糖的概念和分类、作用,2. 糖的分类及其结构,根据其水解产物的情况,糖主要可分为以下四大类。,单糖 (monosacchride) 寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride) 结合糖 (glycoconjugate),葡萄糖(glucose) 已醛糖,果糖(fructose) 已酮糖,2.1 单糖 不能再水解的糖。,半乳糖(galactose) 已醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖,2.2 寡糖,常见的几种二糖有,麦芽糖 (maltose) 葡萄糖 葡萄糖,
3、蔗 糖 (sucrose) 葡萄糖 果糖,乳 糖 (lactose) 葡萄糖 半乳糖,能水解生成几分子单糖的糖,各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。,2.3 多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。,常见的多糖有,淀 粉 (starch):-葡萄糖 (1-4)糖苷键葡萄糖多聚物,糖 原 (glycogen),纤维素 (cellulose):-D-葡萄糖 -(1-4)糖苷键 其他常见多糖化合物:半纤维素、菊糖、琼脂、多聚木糖、葡聚糖、壳多糖, 淀粉 是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒,图 1 直链淀粉的结构,图 2 支链淀粉的结构, 糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式, 纤维素 作为植物的骨架, 其它常见多
4、糖化合物:,4.1 几丁质:甲壳质、壳多糖 几丁质大量存在于昆虫和甲壳类动物的甲壳之中 在天然聚合物中几丁质的贮存量占第二位,仅次于纤维素 几丁质难得单独存在于自然界,一般都与蛋白质络合或呈现共价的结合,4.2 半纤维素 大量存在于植物木质化部分 包括很多高分子的多糖 用稀酸水解则产生己糖和戊糖,所以它是多聚戊糖(如多聚阿拉伯糖、多聚木糖)和多聚己糖(如多聚半乳糖和多聚甘露糖)的混合物 4.3 琼脂(agar) 是某些海藻(如石花菜属)所含的多糖物质 主要成分是多聚半乳糖,含硫及钙 l-2%的琼脂在室温下便能形成凝胶 微生物培养基组分,也是电泳、免疫扩散的支持物之一 食品工业中常用来制造果冻、
5、果酱等,4.4 透明质酸(不均一多糖),透明质酸结构单位,为细胞间的粘合物,又有润滑作用,对组织起保护作用,4.5 硫酸软骨素 (不均一多糖): 为软骨的主要成分,结缔组织、肌腱、皮肤,软骨素-4-硫酸,D-2-N-乙酰半乳糖胺基,4.6 硫酸角质素(不均一多糖) 为重复二糖单位 存在于人的主动脉,4.7 硫酸皮肤素(不均一多糖) 与硫酸软骨素结构相似 存在于猪皮、脐带、肌腱、巩膜、肠黏膜等,4.8 肝素 (不均一多糖) 抗凝血素,结合糖 糖与非糖物质的结合物。,糖脂 (glycolipid):是糖与脂类的结合物。 糖蛋白 (glycoprotein):是糖与蛋白质的结合物。 激素、凝集素、抗
6、体,常见的结合糖有,3.糖的生理功能,3.1 结构物质: 分布广,占有机体比重大 植物:占干重85%,主要是纤维素 动物:占干重2%,主要以糖原形式存在于血液、肝脏中 微生物:占干重20-30%,多以糖脂、糖蛋白的形式存在于外壳中,构成组织细胞的基本成分 *核糖: 构成核酸 *糖蛋白: 凝血因子、免疫球蛋白等 *糖脂: 生物膜成分,3.2 氧化供能:G是最直接的供能物质 3.3合成转化成其它物质:糖代谢是基础,并产生许多重要的中间代谢产物(脂肪 、非必需氨基酸) 3.4生物识别:可与蛋白质、脂类以共价键结合形成肽聚糖(或糖蛋白)或糖脂,存在生物膜中,担负着大分子及细胞间的相互识别。,4.糖的消
7、化与吸收,4.1 糖的消化,人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等,其中以淀粉为主。,消化部位: 主要在小肠,少量在口腔,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 (40%) (25%),-临界糊精+异麦芽糖 (30%) (5%),葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,食物中含有的大量纤维素,因人体内无-糖苷酶而不能对其分解利用,但却具有刺激肠蠕动等作用,也是维持健康所必需。,4.2 糖的吸收,4.2.1. 吸收部位 小肠上段,4.2.2. 吸收形式 单 糖,4.2.3 吸收途径,小肠肠腔,肠粘膜上
8、皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,各种组织细胞,5.糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,淀粉,ATP的性质,ATP 分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。ATP水解时, 可以释放出大量自由能。 ATP 是生物体内最重要的能量转换中间体。ATP 水解释放出来的能量用于推动生物体内各种需能的生化反应。 ATP 也是一种很好的磷酰化剂。磷酰化反应的底物可以是普通的有机分子,也可以是酶。磷酰化的底物分子具有较高的能量(活化分子),是许多生物化学反应的激活步骤。,NADH烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,还原态。辅酶,NADPH烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷
9、酸 ,还原态。辅酶,第 二节 葡萄糖的分解代谢 Carbohydrat catabolism,1.定义,葡萄糖在无氧条件下,分解成乳酸的过程。,一、葡萄糖的无氧分解(糖酵解),(二)、糖酵解的反应过程,第一阶段,第二阶段,* 糖酵解分为2个阶段,* 糖酵解的反应部位:胞浆,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate),称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。,由丙酮酸转变成乳酸。, 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P),、葡萄糖分解成丙酮酸, 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖
10、 (fructose-6-phosphate, F-6-P), 6-磷酸果糖转变为1,6-二磷酸果糖,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P),1,6-二磷酸果糖, 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖, 磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,两个磷酸化步骤由六碳糖裂解为两分子三碳糖,最后转变为3-磷酸甘油醛,消耗了两个ATP分子, 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 (glyceraldehyde-3-phosphate de
11、hydrogenase),3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸 甘油酸, 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,在以上反应中,底物分子内部能量重新分布,生成高能键,使ADP磷酸化生成ATP的过程,称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase), 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase),3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸, 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸, 磷酸烯醇式丙
12、酮酸转变成丙酮酸, 并通过底物水平磷酸化生成ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,II、 丙酮酸转变成乳酸,丙酮酸,乳酸,反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,(三)糖酵解小结, 反应部位:胞浆,产物为乳酸 糖酵解是一个不需氧的反应过程 反应全过程中有三步不可逆的反应,-(特点), 产能的方式和数量 两处耗能、两处产能(为底物水平磷酸化) 净生成ATP数量:从G开始 22-2= 2ATP,(四)、糖酵解的生理意义,迅速提供能量 剧烈运动时: 肌肉内ATP含量很低,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
13、足需要,糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量 2. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。,3. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。, 无线粒体的细胞,如:红细胞, 代谢活跃的细胞,如:白细胞、骨髓细胞,1.在无氧和缺氧条件下,作为糖分解供能的补充途径,生物体获得生命活动所需要的能量。 2.在有氧条件下,作为某些组织细胞主要的供能途径。 3.形成多种重要的中间产物,为氨基酸、脂类合成提供碳骨架;, 无线粒体的细胞,如:红细胞, 代谢活跃的细胞,如:白细胞、骨髓细胞,(四)、糖酵解作用的生理意义,4.为肌肉收缩迅速提供能量 剧烈运动时: 肌肉内ATP含量很低,即使氧不缺乏,葡萄 糖进行有氧氧化
14、的过程比糖酵解长得多, 来不及满足需要,糖酵解为肌肉 收缩迅速提供能量,(五)、糖酵解的调节,关键酶,调节方式,二、糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时,葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2,并释放出能量的过程。 是机体主要供能方式。,* 部位:胞液及线粒体,(一)概念,(二)、有氧氧化的反应过程,第二阶段:丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段:三羧酸循环,G(Gn),第四阶段:氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体,第一阶段:糖酵解途径,糖有氧氧化概
15、况,葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA,CO2+H2O+ATP,三羧酸循环,线粒体内,胞浆,糖的有氧氧化与糖酵解,葡萄糖丙酮酸乳酸(糖酵解),葡萄糖丙酮酸,丙酮酸,进入线粒体进一步氧化,NADH+ H+,H2O + ATP,1、葡萄糖-丙酮酸(胞浆),2、丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体,氧化脱羧为乙酰辅酶A (乙酰CoA)。,总反应式:,辅酶A,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶 E1:丙酮酸脱氢酶 E2:二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E3:二氢硫辛酰胺脱氢酶,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程,1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3. 二氢硫
16、辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。 4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢,同时将氢传递给FAD。 5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下,将FADH2上的H转移给NAD+,形成NADH+H+。,CO2,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,目 录,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环,这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于
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