第6章 糖代谢 ppt课件.ppt
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1、生物化学 Biochemistry,欧树娣 食品与应用化学系,第6章 糖代谢,The Metabolism of Carbohydrate,生物化学 Biochemistry,欧树娣 食品与应用化学系,本章教学要求,1、理解糖代谢异常与疾病之间的关系; 2、掌握糖这一生物大分子的基本知识; 3、掌握糖分解代谢的几条重要途径:糖的无氧酵解、三羧酸循环和磷酸戊糖途径,以及糖的合成代谢等 。,生物化学,1、自然界中最为丰富的有机物之一; 2、生命活动重要的碳源和能源; 3、新陈代谢,生物化学,概 述,纤维素、淀粉,蔗糖,果糖和葡萄糖,核糖和脱氧核糖,糖酵解、柠檬酸循环、磷酸戊糖途径 糖异生途径、
2、糖原合成、结构多糖合成,糖代谢异常与疾病,葡萄糖及其他糖如半乳糖、乳糖等代谢异常引起的疾病 血糖高、血糖低;乳糖不耐受症;半乳糖血症;肝病;心脑血管疾病等 缺乏某些酶时,糖原就不能分解,一则引起能量不能释放出来,二则由于糖原的蓄积引起了糖原病,生物化学,本章主要内容,6.1 糖的概念及其分类 6.2 糖的消化与吸收 6.3 糖的分解代谢 6.4 糖原的合成与分解 6.5 糖异生作用 6.6 血糖 (糖代谢异常与疾病),生物化学,6.1 糖的概念及其分类,一、糖的概念,糖:即碳水化合物,其本质是多羟基醛和多羟基酮及其衍生物和多聚物。(醛糖、酮糖),二、糖的分类及结构,生物化学,单糖 (Monos
3、accharide) 寡糖 (Oligosaccharide ,Disaccharide ) 多糖 (Polysaccharide ) 结合糖:糖脂、糖蛋白、溶酶体等 糖的衍生物:糖醇、糖酸、糖胺、糖苷,二、糖的分类及结构,根据糖的结构单元数目多少分为3大类,生物化学,1. 单 糖(Monosaccharide),不能被水解成更小分子的糖,(D型),葡萄糖的书写格式 环式结构形式 ,开链形式,葡,葡萄糖的结构与构型,葡萄糖的结构与构型,(1)绝对构型(D/L型),距羰基最远的那个不对称碳原子的构型定为整个糖分子的绝对构型。其羟基向右的为D型,向左的为L型,葡萄糖的结构与构型,(2)相对构型(/
4、),单糖的理化性质, 氧化还原反应 糖苷的生成 单糖的半缩醛羟基与另一分子中的羟基、氨基或硫羟基等失水而产生的化合物,单糖的理化性质,斐林反应,浅蓝色棕色砖红色(沉淀) 检测糖尿病患者的尿糖,指经过水解后可产生几分子相同或不同的单糖的糖,单糖间由脱水缩合的糖苷键相连接。(二糖),2. 寡 糖( Oligosaccharide ),3. 多糖 (Polysaccharide ),是由很多单糖分子缩合脱水而成的分支或不分支的长链分子。仅仅是由-葡萄糖的残基组成的。,糖原,淀粉,纤维素,Glycogen,Starch,Cellulose,6.2 糖的消化与吸收,一、糖的生理功能 (1)生命活动所需能
5、量来源; (2)重要的中间代谢产物; (3)构成生物大分子,形成糖脂和糖蛋白; (4)分子识别作用。,生物化学,6.2 糖的消化与吸收,二、糖的消化,小肠是消化糖类的主要部位,食物中的糖,1. 被动转运 高 低 , 被动扩散,吸收慢,不耗能; 2. 主动转运 低 高 , 主动转运,吸收快, 耗能、需钠。 (需载体蛋白帮助),顺浓度差,G,逆浓度差,G,二、糖的吸收,ADP+Pi,ATP,Glu,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,刷状缘,细胞内膜,SGLT,3. 吸收途径(转运),小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,GLUT:葡萄糖转运体(g
6、lucose transporter),已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 15)。,6.3 糖的分解代谢,生物体内糖分解代谢的主要途径有: 糖酵解、糖的有氧氧化、磷酸戊糖途径,生物化学,葡萄糖,糖酵解,糖的无氧分解,乳酸 + 少量能量,糖的有氧氧化,有氧氧化,磷酸戊糖 NADPH + H+,磷酸戊糖途径,代谢旁路,CO2 + H2O +大量能量,6.3 糖的分解代谢,6.3.1糖酵解 (glycolisis) 概念 一系列酶将葡萄糖降解成丙酮酸并生成ATP的过程,生物化学,其全过程共有11步酶促反应,分为以下4个阶段:,1.葡萄糖(G)转变为1,6- 二磷酸果糖(FDP) 2.FDP分解为2
7、分子磷酸丙糖 3.3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸 4.丙酮酸还原为乳酸,反应部位:胞浆,EMP,按照能量变化分为2个阶段,共10步,1. 葡萄糖分解为三碳糖,消耗2分子ATP 2. 三碳糖生成丙酮酸,产生4分子ATP,葡萄糖+2NAD+Pi,2丙酮酸+2H2O+2NADH+2H+2ATP,葡萄糖酵解的总反应式,6.3.1糖酵解 (glycolisis),一、反应过程,ATP,ADP,Mg2+,己糖激酶(肝外),葡萄糖激酶(肝内),葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,P,1. 葡萄糖(G)转变为 1,6- 二磷酸果糖,(G-6-P),糖原磷酸化酶 糖原 G-1-P G-6-P (Gn) (不耗ATP),H3PO
8、4,1)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,限速酶特点,6-磷酸果糖,磷酸果糖激酶,ATP,ADP,Mg2+,1,6 - 二磷酸果糖,P,6-磷酸葡萄糖,磷酸己糖异构酶,6-磷酸果糖,( FDP),PFK是第二个限速酶,也是EMP途径的关键酶,其活性大小控制着整个途径的进程。,2. FDP分解为2分子磷酸丙糖,1,6二磷酸果糖,醛缩酶,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,上述5步反应完成了糖酵解的准备阶段。 包括两个磷酸化步骤,由六碳糖裂解为两分子三碳糖,最后都转变为3-磷酸甘油醛。 在准备
9、阶段中,并没有从中获得任何能量,与此相反,却消耗了两个ATP分子。 以下的5步反应包括氧化-还原反应、磷酸化反应。这些反应正是从3-磷酸甘油醛提取能量形成ATP分子。,3. 3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸,1,3二磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,ADP,ATP,Mg2+,3-磷酸甘油酸,高能 磷酸键, EMP第一次产生高能磷酸键; EMP中唯一的脱氢反应,并产生了还原剂NADH。 该酶是巯基酶,所以它可被碘乙酸不可逆地抑制,所以 碘乙酸能抑制糖酵解。,底物水平磷酸化:直接利用代谢中间物氧化释放的能量产生ATP的磷酸化类型。 其中ATP的形成直接与一个代谢中间物(1,3-二磷酸甘油酸)上的磷酸基团的转移
10、相偶联。 这一步反应是糖酵解过程的第7步反应,也是糖酵解过程开始收获的阶段。在此过程中产生了第一个ATP。,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸激酶,ADP,ATP,Mg2+,烯醇式丙酮酸,丙酮酸,第三个限速酶,第二次底物水平磷酸化,3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,这一步其实是分子内的氧化还原,使分子中的能量重新分布,使能量集中,第二次产生了高能磷酸键。,高能 磷酸键,4. 丙酮酸还原为乳酸,第11步,二、糖酵解小结 1. 亚细胞部位: 胞液 需O2情况: 不需氧 产物: 乳酸 产能情况(1分子G): 2分子ATP 关键酶(3个): 己糖激酶( 肝:葡萄糖激酶 ) 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶,糖酵解过程A
11、TP的消耗与生成,SUMMARY,三、糖酵解的生理学意义,剧烈运动 病理情况下,1糖酵解途径是单糖分解代谢的一条最重要的基本途径,2糖酵解途径能提供能量使机体或组织有效地适应缺氧情况,3糖酵解途径是某些组织或细胞的主要获能方式,4糖酵解途径是葡萄糖完全氧化分解成二氧化碳和水的必要准备阶段,乳酸(动物),乙醇(微生物),丙酮酸,葡萄糖,糖酵解,彻底氧化分解,氧气不足发酵,CO2 + H2O,其它有机物,反应部位:细胞质,丙酮酸的去向,(1) 乳酸发酵:在动物和许多微生物中,(2)酒精发酵:在酵母和一些微生物中,利用该原理,可进行粮食发酵、酿酒的工艺,(3)线粒体,6.3.2 糖的有氧氧化 (ae
12、robic oxidation),有氧氧化,葡萄糖 丙酮酸 乙酰CoA,NADH + H+,乳酸,无氧酵解,三羧酸 循环,CO2+H2O+能量,(线粒体),( 胞液 ),概念,葡萄糖 丙酮酸(胞液) 丙酮酸 乙酰CoA (线粒体) 乙酰CoA CO2 + H2O + ATP (线粒体) (三羧酸循环),(一) 有氧氧化的反应过程(3个阶段),G,2分子CH3COCOOH,2 x (NADH + H+),线粒体 呼吸链,H2O + 2 x (2或3)分子ATP,1. 葡萄糖氧化分解成丙酮酸 (此阶段反应基本上类似糖酵解过程),2分子ATP,胞液,丙酮酸脱氢酶系,2CH3COSCoA+ 2CO2,
13、2 NAD+ 2 HSCoA,2 (NADH+H+),2,2. 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA,呼吸链,2 x 3 分子ATP,TPP 硫辛酸 FAD,(线粒体),丙酮酸脱氢酶,二氢硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,TPP Vit B1,HSCoA 泛酸,硫辛酸 硫辛酸,FAD Vit B2 NAD+ Vit PP,酶,辅酶 含有的 Vit.,丙酮酸脱氢酶系的组成,3. 三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle, TCAC),TCAC,有氧条件下,将酵解产生的丙酮酸氧化脱羧成乙酰CoA,再经一系列氧化和脱羧,最终生成二氧化碳和水并产生能量。,(1)反应过程,CH3COCO
14、OH,CO2,(2)三羧酸循环的反应特点, 循环一次,消耗1分子乙酰CoA,产生,2分子CO2 3H2 3 x 3 = 9分子ATP 4H2 2H 2分子ATP 1次底物水平磷酸化 1分子ATP,NADH 呼吸链,FADH2呼吸链,共产生: 12分子ATP 整个循环高度不可逆(3个不可逆反应),各中间物参与循环,虽量不变,但在不断更新 草酰乙酸 天冬氨酸 酮戊二酸 谷氨酸 丙酮酸 丙氨酸 欲使中间物彻底氧化分解,必需先转变为丙酮酸 需消耗氧 在线粒体内进行,转氨基作用,(二) 糖的有氧氧化的生理意义 1. 产生大量能量 (比较1分子G经有O2氧化与无O2酵解的产能情况) G 2 丙酮酸 2 乙
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