糖类与糖类代谢.ppt
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1、静态生化 (一)生物体的组成物质 蛋白质、核酸、酶 规律性 元素构件小分子聚合物(生物大分子); 结构与功能相适应。,动态生化 (二)物质和能量代谢 多步化学反应构成代谢途径; 多条代谢途径相互交织成网; 物质代谢和能量代谢相互交织; 调节控制有条不紊。,新陈代谢是生命最基本的特征之一,泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。 特点:特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行,定义:活细胞中所有化学变化的总称。 每一个化学变化都是由酶催化进行的。,代 谢 概 述,新陈代谢的概念及内涵,小分子 大分子 合成代谢(同化作用) 需要能量 释放能量 分解代谢(异化作用) 大分子 小分子,
2、物质代谢,能量代谢,新陈代谢,小分子化合物分解成共同的中间产物(如丙酮酸、乙酰CoA等),共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O,释放出大量能量,其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。,大分子降解成基本结构单位,脂肪,葡萄糖、其它单糖,三羧酸循环,电子传递,蛋白质,脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,2H2e-,氧化磷酸化,+Pi,代谢的三个阶段,H2O,1/2O2,EMP,丙酮酸,第六章 糖类代谢 第七章 生物氧化 第八章 脂类代谢 第九章 含氮化合物的代谢 第十章 核酸的降解与生物合成 第十一章 蛋白质的降解与生物合成 第十二章 代谢调节,第六章 糖类代谢,糖类
3、的生物学作用,作为生物体的结构成分 作为生物体内的主要能源物质 作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等 合成的前体 作为细胞识别的信息分子,第一节 生物体内的糖类 第二节 双糖和多糖的酶促降解 第三节 糖酵解 第四节 三羧酸循环 第五节 磷酸戊糖途径 第六节 光合作用 第七节 糖异生作用 第八节 双糖和多糖的生物合成,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),第一节 生物体内的糖类,甘油醛,3-磷酸甘油醛,1.1 三碳糖(甘油醛)丙
4、醛糖,1.单糖:不能再水解的糖,二羟丙酮,磷酸二羟丙酮,三碳糖(二羟丙酮)丙酮糖,核糖,5-磷酸核糖,1.2五碳糖(核糖)戊醛糖,核酮糖,5-磷酸核酮糖,五碳糖(核酮糖 )戊酮糖,D-葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,1.3 六碳糖(葡糖)己醛糖,D-果糖,6-磷酸果糖,六碳糖(果糖)己酮糖,2. 寡糖,常见的几种二糖有,麦芽糖 (maltose) 葡萄糖 葡萄糖,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。,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),糖 原 (g
5、lycogen),纤维素 (cellulose),葡萄糖是这三者基本组成单位,淀粉和糖原结构,“直链淀粉” 遇碘显蓝紫色,“支链淀粉” 遇碘显紫红色,1. 葡萄糖单元以-1,4-糖苷 键形成长链。 2. 约10个葡萄糖单元处形成分枝,分枝处葡萄糖以-1,6-糖苷键连接,分支增加,溶解度增加。 3. 每条链都终止于一个非还原端。,还原端:一个, 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,4. 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。,常见的结合糖有,细胞膜表面的糖链,蛋白聚
6、糖,糖脂,糖蛋白,细胞膜,第一节 生物体内的糖类 第二节 双糖和多糖的酶促降解 第三节 糖酵解 第四节 三羧酸循环 第五节 磷酸戊糖途径 第六节 光合作用 第七节 糖异生作用 第八节 双糖和多糖的生物合成,一、双糖的酶促降解,蔗糖 + H2O 葡萄糖 + 果糖,蔗糖酶,1.转化酶,2.蔗糖合成酶 催化蔗糖与UDP反应生成果糖和尿苷二磷酸葡萄糖,(一)蔗糖的降解,蔗糖合成酶,二、多糖的酶促降解,1.淀粉的水解,2.淀粉的磷酸解,-淀粉酶 -淀粉酶 R-酶(脱支酶) 麦芽糖酶,磷酸化酶 转移酶 脱支酶,(一)淀粉的降解,是淀粉内切酶,作用于淀粉分子内部的任意的-1,4 糖苷键。 极限糊精是指淀粉酶
7、不能再分解的支链淀粉残基。 -极限糊精是指含-1,6糖苷键,由3个以上葡萄糖基构成的极限糊精。,(一)淀粉的水解,1、-淀粉酶,2、-淀粉酶,是淀粉外切酶,水解-1,4糖苷键,从淀粉分子外即非还原端开始,每间隔一个糖苷键进行水解,每次水解出一个麦芽糖分子。,-极限糊精是指-淀粉酶作用到离分支点2-3个葡萄糖基为止的剩余部分。,两种淀粉酶降解的终产物主要是麦芽糖,两种淀粉酶性质的比较,-淀粉酶 不耐酸,pH3时失活 耐高温,70C时15分钟仍保持活性 广泛分布于动植物和微生物中。,-淀粉酶 耐酸,pH3时仍保持活性 不耐高温,70C15分钟失活 主要存在植物体中,-淀粉酶及-淀粉酶水解支链淀粉的
8、示意图,3、R-酶(脱支酶),水解-1,6糖苷键,将及-淀粉酶作用支链淀粉最后留下的极限糊精的分支点水解,产生短的只含-1,4-糖苷键的糊精,使之可进一步被淀粉酶降解。 不能直接水解支链淀粉内部的-1,6糖苷键。 4、麦芽糖酶 催化麦芽糖水解为葡萄糖,是淀粉水解的最后一步。 淀粉的彻底水解需要上述水解酶的共同作用,其最终产物是葡萄糖,(二)淀粉的磷酸解,1、磷酸化酶,催化淀粉非还原末端的葡萄糖残基转移给P,生成G-1-P,同时产生一个新的非还原末端,重复上述过程。,磷酸化酶不能将支链淀粉完全降解,只能降解到距分支点4个葡萄糖残基为止,留下一个大而有分支的多糖链,称为磷酸化酶极限糊精。,淀粉磷酸
9、解,1. 到分枝前4个G时,淀粉磷酸化酶停止降解 2.由转移酶切下前3个G,转移到另一个链上 3.脱支酶水解-1,6糖苷键形成直链淀粉。脱下的Z是一个游离葡萄糖 4.最后由磷酸化酶降解形成G-1-P,G1P,脱支酶,磷酸化酶,糖原降解主要有糖原磷酸化酶和糖原脱支酶催化进行。,G+Pi,(葡萄糖-6- 磷酸酶),进入糖酵解,糖原磷酸化酶:从非还原端催化1-4糖苷键的磷酸解。,(三)糖原的降解,7,7,双糖和多糖的酶促降解 双糖 葡萄糖 淀粉 葡萄糖 糖原 1-磷酸葡萄糖,小结,单糖降解,丙酮酸,CO2 + H2O,重点,调控 能量计算 生物学意义,动物细胞,植物细胞,丙酮酸氧化三羧酸循环,磷酸戊
10、糖途径糖酵解,第一节 生物体内的糖类 第二节 双糖和多糖的酶促降解 第三节 糖酵解 第四节 三羧酸循环 第五节 磷酸戊糖途径 第六节 光合作用 第七节 糖异生作用 第八节 双糖和多糖的生物合成,第三节 糖酵解 一、糖酵解的概念 二、糖酵解途径的反应历程 三、糖酵解产生的能量 四、糖酵解的生物学意义 五、糖酵解途径的调控 六、丙酮酸的去路,糖酵解是酶将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随ATP生成的过程。简称EMP途径 在细胞质中进行。不论有氧还是无氧条件均能发生,一、糖酵解的概念,10个酶催化的11步反应,第一阶段: 吸能反应阶段,两 个 阶 段,第二阶段: 释能反应阶段,二、糖酵解途径的反应历程,(G)
11、,已糖激酶, 葡萄糖磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖, 6-磷酸葡萄糖异构化 转变为6-磷酸果糖,(F-6-P),(G-6-P), 6-磷酸果糖再磷酸化 生成1,6-二磷酸果糖,(F-1,6-2P),磷酸果糖激酶 (PFK),糖酵解过程的第二个关键酶,(F-6-P), 磷酸丙糖的生成,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,(F-1,6-2P),醛缩酶,+, 磷酸丙糖的互换,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛, 3-磷酸甘油醛氧化为 1,3-二磷酸甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛,糖酵解 中唯一的 脱氢反应, 1,3-二磷酸甘油酸 转变为3-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,这是糖酵解 中第一次 底物水平 磷
12、酸化反应, 3-磷酸甘油酸转变 为2-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油,2-磷酸甘油酸, 2-磷酸甘油酸脱水 形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),2-磷酸甘油酸,氟化物能与Mg2+络合 而抑制此酶活性, 磷酸烯醇式丙酮酸 转变为烯醇式丙酮酸,烯醇式丙酮酸,糖酵解过程的第三个关键酶,也是第二次底物水平磷酸化反应, 烯醇式丙酮酸 转变为丙酮酸,烯醇式丙酮酸,丙酮酸,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1, 6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,丙 酮 酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,NAD+,NADH+H+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式
13、丙酮酸,A. 能量投资阶段:,三、糖酵解产生的能量,B. 能量收获阶段:,总反应式: 葡萄糖+2NAD+2ADP+2Pi 2丙酮酸+2NADH +2H+2ATP+2H2O,1、糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢 的普遍途径。 2、通过糖酵解使葡萄糖降解生成ATP,是厌氧生物获得能量的主要方式。 3、糖酵解途径的许多中间产物可作为合成其他物质的原料(提供碳骨架),如磷酸二羟丙酮 甘油。 4、其逆过程是糖异生作用的主要途径,四、糖酵解的生物学意义,五、糖酵解途径的调控,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
14、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 ATP G-6-P ADP b 磷酸果糖 ADP ATP 激酶 AMP 柠檬酸 (限速酶) 果糖-2,6-二磷酸 NADH c 丙酮酸激酶 果糖-1,6-二磷酸 ATP Ala,1、催化不可逆反应,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,限速酶 / 关键酶,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1, 6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2
15、-磷酸甘油酸,丙 酮 酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,NAD+,NADH+H+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,六、丙酮酸的去路,丙酮酸,葡萄糖,“糖酵解” 不需氧,“三羧酸循环”,CO2 + H2O,酵母菌,动植物、多种微生物细胞,葡萄糖,EMP,NAD+,丙酮酸的无氧降解,葡萄糖+2NAD+2ADP+2Pi 2丙酮酸+2NADH +2H+2ATP+2H2O,净生成2分子ATP,乳酸脱氢酶,糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量,肌肉收缩与糖酵解供能,背景:剧烈运动时 肌肉内ATP含量很低; 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; 即使氧不缺乏,葡萄糖进行有氧氧化的
16、过程 比糖酵解长得多,来不及满足需要; 肌肉局部血流不足,处于相对缺氧状态。,结论: 糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量,丙酮酸的有氧氧化,葡萄糖的主要分解代谢途径,乙酰 CoA,(有氧),第四节 三羧酸循环,一、丙酮酸氧化为乙酰CoA 二、三羧酸循环的反应历程 三、三羧酸循环的能量释放 四、三羧酸循环的生物学意义 五、三羧酸循环中间产物的回补 六、三羧酸循环的调控,概念:乙酰CoA经一系列氧化、脱羧,最终生成CO2和H2O并产生能量的过程,称为柠檬酸循环,亦称为三羧酸循环, 简称TCA循环。,三羧酸循环在线粒体基质中进行。,Hans Krebs (19001981) 德裔英国生物化学家,The N
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- 糖类 代谢
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