糖代谢2011.ppt
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1、糖(carbohydrate ) 姬晓南 ,糖的定义:多羟基醛,多羟基酮或其衍生物,或水解能产生这类化合物的物质 生物学功能:生物体的结构成分;主要能源物质;其他物质前体;细胞识别的信息分子。 按聚合度分类:单糖(monosaccharide) 寡糖(oligosaccharide) 多糖(polysaccharide)。,单糖:不能被水解为更小分子的糖。 重要单糖:a.三碳糖:甘油醛,二羟丙酮 b.戊糖:核糖,脱氧核糖 c.己糖:D-葡萄糖(glucose), D-果糖(fructose),D-半乳糖, L-山梨糖 d.糖醇:山梨醇,寡糖:由2-6个单糖分子缩合的短链结构的糖。,常见二糖:蔗
2、糖(sucrose)、乳糖、麦芽糖 常见三糖:棉子糖=葡萄糖+半乳糖+果糖,多糖:由很多单糖单位构成的糖类物质,多糖的分类: a.来源:植物多糖、动物多糖、微生物多糖、海洋生物多糖、人工合成多糖 b.生理功能 :贮存多糖、结构多糖 c.构成成分:单纯多糖、复合多糖、黏多糖,重要多糖的结构和功能,1.淀粉(starch):直链淀粉,由单个葡萄糖以(14)糖苷键缩合,卷曲成螺旋状。 b.支链淀粉,以(14)糖苷键构成糖链以外,在支点处存在(16)糖苷键。 c.淀粉的消化,淀粉糊精寡糖葡萄糖,相应的淀粉酶有: -淀粉酶, -淀粉酶,葡萄糖淀粉酶, -1,6-糖苷酶,2.糖原(glycogen):动物
3、的一种能源储存形式。主要存在于肝脏,骨骼肌中。 3.葡聚糖(右旋糖酐)(dextran) 4.纤维素(cellulose) 5.琼脂 6.几丁质 7.透明质酸 8.肝素,结合糖:糖与非糖物质的共价结合,有糖蛋白,糖脂,蛋白聚糖。,生物学功能: 1.对于细胞识别和信号传递具有关键意义。 2.是细胞膜的组成成分。 3.对于外来组织的细胞识别有一定作用。 4.对于自体免疫系统具有重要意义。,糖类,寡糖,多糖,同多糖,杂多糖,复合糖,单糖,糖的消化,糖的来源包括植物淀粉、动物糖原、乳糖、麦芽糖等。淀粉经- 淀粉酶(唾液和胰液中)降解 1,4糖苷键,得到麦芽糖,麦芽三糖(由-葡萄糖苷酶进一步水解),异麦
4、芽糖和-临界糊精(由-临界糊精酶进一步水解),最后终产物为葡萄糖。,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 (40%) (25%),-极限糊精+异麦芽糖 (30%) (5%),葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡糖苷酶,-极限糊精酶,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,糖的吸收,糖以单糖形式(D-葡萄糖,D-果糖,D-半乳糖)在小肠被吸收,经由小肠腔上表皮细胞膜内的Na+ -单糖协同转运系统( D-葡萄糖, D-半乳糖)和易化扩散系统( D-果糖)转运入细胞。经门静脉进入肝,一部分变为肝糖原,另一部分葡萄糖经肝静脉进入血液循环运送到全身组织,血液中的葡萄糖称为血糖,是糖在体内的运输形式。,ADP
5、+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT),刷状缘,细胞内膜,吸收途径,小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,各种组织细胞,代谢(metabolism)的概述,代谢:营养物质在生物体内所经历的一切化学变化总称为新陈代谢. 代谢是高度协调高度整合的网络。 包括分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism)。 分解代谢=大分子小分子+能量释放。 合成代谢=小分子大分子+能量消耗,葡萄糖,丙酮酸,H2O + CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、
6、甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,淀粉,葡萄糖代谢概况,糖的分解代谢,糖酵解在细胞胞液中进行(无氧条件),是葡萄糖经过酶催化作用降解成丙酮酸,并伴随生成ATP的过程。它是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径。 三羧酸循环在线粒体中进行(有氧条件)。在有氧条件下,糖酵解生成的丙酮酸进入线粒体,经三羧酸循环被氧化成CO2和H2O。酵解过程中产生的NADH,则经呼吸链氧化产生ATP和H2O。 所以,糖酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。如果供氧不足,NADH不进入呼吸链,而是把丙酮酸还原成乳酸。,葡萄糖+ATP,6-磷酸-葡萄糖+ADP,6-磷酸-果糖+ATP,1,6-二磷酸-果糖
7、+ADP,磷酸二羟丙酮,3-磷酸-甘油醛+NAD,第一阶段,1,3-二磷酸甘油酸+NADH,3-磷酸甘油酸+ATP,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸+ADP,丙酮酸+ATP,第二阶段,己糖激酶,磷酸葡萄糖异构酶,磷酸果糖激酶,醛缩酶,磷酸丙糖异构酶,磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,糖酵解的生理意义,是机体相对缺氧时生理获得能量的主要途径。 是某些组织在有氧时获得能量的有效方式。 是肌肉即使在有氧条件下进行收缩时迅速获得能量的主要途径。 为合成某些物质提供前体。,糖酵解的调节机制,已糖激酶的调节(重要调节位点):受6磷酸葡萄糖的别构抑制,葡萄糖激酶受胰岛
8、素诱导合成。 (激酶:从高能供体分子(如ATP)转移磷酸基团到特定靶分子(底物)的酶。) 丙酮酸激酶的调节: 1,6二磷酸果糖别构激活,ATP、丙氨酸别构抑制,胰高血糖素的磷酸化修饰抑制。,糖酵解的调节机制,磷酸果糖激酶-1的调节(主要调节位点): 调节机制:可逆变构调节,酶的共价修饰调节。 抑制剂:ATP,柠檬酸,脂肪酸抑制,H+; 激活剂:2,6二磷酸果糖, 6-磷酸果糖 2,6二磷酸果糖(磷酸果糖激酶-2,去磷酸化) 2,6二磷酸果糖 6-磷酸果糖(果糖二磷酸酶,磷酸化) 磷酸果糖激酶-2 果糖二磷酸酶 胰高血糖素和胰岛素主导的共价修饰调节 激活剂:1,6二磷酸果糖,AMP激活。,蛋白激
9、酶,蛋白磷酸酶,糖酵解的总反应式和ATP的产生,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O 无氧条件下酵解产生2分子ATP,有氧条件下NADH进入呼吸链氧化,因此一分子葡萄糖酵解共产生6-8分子ATP。 生理意义:迅速提供能量。,丙酮酸的去路,1.变成乙酰CoA,有氧条件下丙酮酸进入线粒体变成乙酰CoA参加三羧酸循环,最终氧化成CO2和H2O 2.生成乳酸,无氧条件下,丙酮酸接受3-磷酸甘油醛脱氢酶形成的NADH上的氢,在乳酸脱氢酶催化下形成乳酸。 丙酮酸+NADH+ H+乳酸+NAD+ 总反应式:葡萄糖+2Pi+2ADP2乳酸+2ATP+2H2O,3.
10、生成乙醇: 总反应式:葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+ 2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O,丙酮酸的有氧氧化-三羧酸循环,葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸,在有氧条件下,将进入三羧酸循环进行完全氧化,生成H2O 和CO2,并释放出大量能量。丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段: 第一 阶段:丙酮酸的氧化脱羧(丙酮酸 乙酰辅酶A,简写为乙酰CoA) 第二阶段:三羧酸循环(乙酰CoA H2O 和CO2,释放出能量),(1)丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。 丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下,脱羧形成乙酰CoA。丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂
11、的多酶体系,主要包括:三种不同的酶(丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酸乙酰转移酶E2和二氢硫辛酸脱氢酶E3),和6种辅因子(TTP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和Mg2+)。 丙酮酸+HS-CoA+NAD 乙酰CoA+CO2+NADH+H+,丙酮酸脱氢酶系,酶系调节机制,产物反馈抑制:乙酰辅酶A和NADH 核苷酸反馈调节:ATP/ADP或AMP 可逆磷酸化共价调节 激素调节:胰高血糖素/胰岛素,乙酰-CoA,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,琥珀酰-CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,柠檬酸合成酶(缩合),异柠檬酸脱氢酶(氧化脱羧),顺乌头酸酶(脱水),顺乌头酸酶(水化
12、),-酮戊二酸脱氢酶系 (氧化脱羧),琥珀酰-CoA合成酶 (底物水平磷酸化),琥珀酸脱氢酶 (氧化),延胡索酸酶(加水),苹果酸脱氢酶 (氧化),NAD(P)H,CO2,NADH,CO2,GTP,FADH2,NADH,H2O,H2O,H2O,H2O,柠檬酸代谢的生物意义,柠檬酸循环具有分解代谢和合成代谢双重作用,既大量产能,也可以为其他物质的合成提供碳骨架。,柠檬酸循环的调控,关键酶:柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶,a-酮戊二酸脱氢酶。 1.生成产物的浓度抑制,即乙酰辅酶A,柠檬酸,NADH。 2.ATP,ADP和Ca 2+对柠檬酸循环的调节。 巴斯德效应,反巴斯德效应,TCA循环的回补反应,1
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