中国农业大学基础生物化学第9章糖代谢课件.ppt
第9章 糖类代谢,主要内容和要求： 建立起物质代谢和能量代谢的整体概念，进而讨论糖的分解与合成。重点掌握以葡萄糖为代表的单糖的分解与合成的主要途径。,返回,思考,目 录,第一节 新陈代谢概述 第二节 生物体内的主要糖类及其功能 第三节双糖和多糖的酶促降解 第四节单糖的分解代谢 第五节糖的生物合成,新陈代谢的概念和特点,新陈代谢（metabolism）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。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用（dissimilation ），通过上述过程不断地进行自我更新。 特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行,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,物质代谢,能量代谢,新陈代谢,第二节 生物体内的主要糖类及生物功能,1、单糖的链状结构和环状结构 2、重要的单糖及衍生物 3、重要的寡糖 4、重要的多糖 5、复合糖 5、糖类的生物学作用,D系醛糖的立体结构,D(+)-阿洛糖,D(+)-阿桌糖,D(+)-葡萄糖,D(+)-甘露糖,D(+)-古洛糖,D(-)-艾杜糖,D(+)-半乳糖,D(+)-塔罗糖,(allose),(altrose),(glucose),(mannose),(gulose),(idose),(galactose),(talose),D(-)-赤鲜糖,(erythrose),D(-)-苏糖,(threose),D(+)-甘油醛,(allose),D(-)-核糖,(ribose),D(-)-阿拉伯糖,(arabinose),D(+)-木糖,(xylose),D(-)-米苏糖,(lysose),D系酮糖的立体结构,D(-)-赤藓酮糖,(erythrulose),D(-)-核酮糖,(ribulose),D(+)-核酮糖,(xylulose),D(+)-阿洛酮糖,(psicose,allulose),D(-)-果糖,(fructose),D(+)-山梨糖,(sorbose),D(-)-洛格酮糖,(tagalose),二羟丙酮,(dihytroasetone),吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）,吡喃,呋喃,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃果糖,-D-呋喃葡萄糖,-D-呋喃果糖,D-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤,转折,旋转,成环,成环,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,重要的单糖戊糖,-D-吡喃木糖,-D-呋喃核糖,2-脱氧-D-呋喃核糖,-D-芹菜糖, -L-呋喃阿拉伯糖, -D-呋喃阿拉伯糖,D-核酮糖,D-木酮糖,重要的单糖己糖,-D-吡喃葡萄糖, -L-吡喃山梨糖, -D-吡喃甘露糖,- L -吡喃半乳糖, -D-吡喃半乳糖, -D-呋喃果糖,重要的单糖庚糖和辛糖,L -甘油- D-甘露庚糖,D-景天庚酮糖,D-甘露庚酮糖,甘油部分,甘露糖部分,单糖磷酸酯,D-甘油醛-3-磷酸, -D-葡萄糖-1-磷酸, -D-葡萄糖-6-磷酸, -D-果糖-6-磷酸, -D-果糖-1，6-二磷酸,重要的二糖,蔗糖,D-麦芽糖（ -型）,乳糖（ -型 ）,纤维二糖（ -型）,环糊精结构,-环糊精分子结构,环糊精分子的空间填充模型,淀粉和糖原结构,支链淀粉或糖原分支点的结构,注意：多糖链也有方向性，有还原端和非还原端；一端的糖基有游离的半缩醛羟基，称还原端；一端的糖基没有游离的半缩醛羟基，称非还原端。,纤维素片层结构,纤维素一级结构,糖复合物,糖肽链,糖核酸,糖脂质,(Complex Carbohydrates),细胞膜表面的糖链,蛋白聚糖,糖脂,糖蛋白,细胞膜,糖类的生物学作用,糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，主要的生物学作用如下：,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,双糖的酶促降解,多糖的酶促降解,1、糖原的分解 糖原的结构及其连接方式,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） 脱枝酶（催化1.6-糖苷键断裂）, 糖原的磷酸解,糖原磷酸解的步骤,非还原端,糖原磷酸化酶（释放8个1-P-G）, 1，41，6寡聚糖基转移酶,脱枝酶（释放1个葡萄糖）,淀粉的分解, 淀粉的磷酸解, 淀粉的酶促水解 淀粉酶：在淀粉分子内部任意水解-1.4糖苷键。（内切酶） 淀粉酶: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（R酶）:水解淀粉酶和淀粉酶作用后留下的极限糊精中的1.6 糖苷键。,第四节 单糖的分解代谢,一、生物体内单糖的主要分解代谢途径及细胞定位 二、糖酵解（EMP） 三、丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降解途径 四、三羧酸循环（TCA） 五、磷酸戊糖途径（PPP） 六、其它糖进入单糖分解的途径,动物细胞,植物细胞,丙酮酸氧化三羧酸循环,磷酸戊糖途径糖酵解,一、葡萄糖的主要分解代谢途径,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乙醇,乙酰 CoA,糖酵解,（有氧）,（无氧）,（有氧或无氧）,二、 糖酵解（glycolysis）,1、化学历程和催化酶类 2、 化学计量和生物学意义 3、 糖酵解的调控,糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称途径。,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,葡萄糖的磷酸化,磷酸己糖的裂解,丙酮酸和ATP的生成,第一阶段：葡萄糖的磷酸化,己糖激酶,磷酸果糖激酶,磷酸己糖异构酶,第二阶段： 磷酸己糖的裂解,醛缩酶,磷酸丙糖异构酶,4,96,第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成,Mg或Mn,丙酮酸,PEP,丙酮酸激酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,酸变位酶磷酸甘油,烯醇化酶,途径化学计量和生物学意义,总反应式: C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3 +2NADH +2H+2ATP+2H2O,生物学意义 是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量； 形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架； 为糖异生提供基本途径。,糖酵解的调控位点及相应调节物,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,葡萄糖,a,b,c,调控位点 激活剂 抑制剂 a 己糖激酶 G-6-P 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,规律：主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度，被调节的酶多数为催化反应历程中不可逆反应的酶，通过酶的变构效应实现活性的调节，调节物多为本途的中间物或与本途径有关的代谢产物。,三、丙酮酸的去路,（有氧）,（无氧）,丙酮酸及葡萄糖的无氧分解,葡萄糖,EMP,乳酸脱氢酶,丙酮酸脱羧酶,醇脱氢酶,丙酮酸及葡萄糖的有氧氧化和分解,（EPM）,葡萄糖,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸脱氢酶系,NAD+ +H+,丙酮酸脱羧酶,FAD,硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,CO2,乙酰硫辛酸,二氢硫辛酸,NADH+ +H+,TPP,硫辛酸,CoASH,NAD+,焦磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脱羧中的作用,硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用,+2H,-2H,泛酸和 辅酶 A （CoASH）,SH,维生素pp和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（ NAD+ ）,R,NAD+: R=H NADP+: R=PO3H2,递氢体作用： NAD+2H NADH+H+,维生素B2和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）,四、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, TCA 循环）,1、三羧酸循环的化学历程 2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量 3、 三羧循环的生物学意义 4、 三羧酸循环的调控 5、草酰乙酸的回补反应（自学）,CoASH,+CO2,+CO2,三羧酸循环 （TCA）,草酰乙酸 再生阶段,柠檬酸的生成阶段,氧化脱 羧阶段,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,TCA第一阶段：柠檬酸生成,草酰乙酸,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,TCA第二阶段：氧化脱羧,异柠檬酸脱氢酶,酮戊二酸脱氢酶系,琥珀酸硫激酶,CoASH,TCA第三阶段：草酰乙酸再生,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,三羧循环的化学计量和能量计量,a、总反应式: CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP,葡萄糖完全氧化产生的ATP,总计：32 ATP或30 ATP,三羧酸循环的调控位点及相应调节物,a,b,c,调控位点 激活剂 抑制剂 a 柠檬酸合成酶 NAD+ ATP （限速酶） NADH 琥珀酰CoA 脂酰CoA b 异柠檬酸 ADP ATP 脱氢酶 NAD+ NADH c -酮戊二酸 ADP NADH 脱氢酶 NAD+ 琥珀酰CoA,关键因素： NADH/NAD+ ATP/ADP,三羧循环的生物学意义,是有机体获得生命活动所需能量的主要途径 是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽 形成多种重要的中间产物 是发酵产物重新氧化的途径,五、 磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway, ppp）,1、化学反应历程及催化酶类 特点：氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段 2、总反应式和生理意义,磷酸戊糖途径的两个阶段,2、非氧化的分子重排阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P,1、氧化脱羧阶段 G-6-P 葡萄糖酸-6-P 核酮糖-P NADP+ NADPH NADP+ NADPH,CO2,H2O,磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段,NADPH+H+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,CO2,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段,6 5-磷酸核酮糖,4 5-磷酸木酮糖,2 5-磷酸核糖,2 3-磷酸甘油醛,2 7-磷酸景天庚酮糖,2 4-磷酸赤藓丁糖,2 6-磷酸果糖,2 5-磷酸木酮糖,2 3-磷酸甘油醛,2 6-磷酸果糖,1， 6-二磷酸果糖,1 6-磷酸果糖,转醛醇酶,异构酶,转酮醇酶,转酮醇酶,醛缩酶,5 6-磷酸葡萄糖,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一 （5-磷酸核酮糖异构化）,差向异构酶,异构酶,5-磷酸核糖,5-磷酸核酮糖,5-磷酸木酮糖,磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二 （基团转移）,+,2,4-磷酸赤藓糖,+,2,5-磷酸核糖,转醛醇酶,2,6-磷酸果糖,2,5-磷酸木酮糖,基团转移（续前）,+,转酮醇酶,1,6-二 磷酸果糖,6-磷酸果糖,醛缩酶,二磷酸果糖酯酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）,异构酶,磷酸戊糖途径的总反应式,磷酸戊糖途径的生理意义 产生大量NADPH,主要用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力 产生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物 与光合作用联系，实现某些单糖间的转变,其它糖进入单糖分解的途径,第五节 糖的生物合成,一、单糖的生物合成 二、双糖的生物合成 三、多糖的生物合成,一、单糖的生物合成,1、葡萄糖生物合成的最基本途径：光合作用 2、糖异生作用 糖异生作用的主要途径和关键反应 糖酵解与糖异生作用的关系 糖分解与糖异生作用的关系,光合作用,糖异生主要途径和关键反应,非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下,绕过糖酵解途径的三个不可逆反应,利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生,糖原（或淀粉）,1-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,磷酸烯醇丙酮酸,丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,果糖激酶,二磷酸果糖酯酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,6-磷酸葡萄糖酯酶,6-磷酸葡萄糖,草酰乙酸,PEP羧激酶,糖异生途径关键反应之一,糖异生途径关键反应之二,糖异生途径关键反应之三,糖酵解和葡萄糖异生的关系,A G-6-P磷酸酯酶 B F-1.6-P磷酸酯酶 C1 丙酮酸羧化酶 C2 PEP羧激酶,（胞液）,（线粒体）,糖分解和糖异生的关系,（PEP）,二、双糖的生物合成,1 、单糖基的活化糖核苷酸（UDPG、ADPG、GDPG等）的合成 糖核苷二磷酸在不同聚糖形成时，提供糖基和能量。植物细胞中蔗糖合成时需UDPG，淀粉合成时需ADPG，纤维素合成时需GDPG和UDPG；动物细胞中糖元合成时需UDPG。 2、蔗糖的合成 蔗糖合成酶途径 磷酸蔗糖合成酶途径 蔗糖磷酸化酶途径,UDPG的结构,糖核苷酸的生成,+,+PPi,1-磷酸葡萄糖,UTP,UDPG,三、多糖的生物合成,1、 淀粉的生物合成 2、糖原的生物合成 3、纤维素的生物合成（自学）, 淀粉的结构特点 直链淀粉合成 由淀粉合成酶催化，需引物（Gn）,ADPG供糖基，形成1.4糖苷键。 支链淀粉合成 淀粉合成酶:催化形成-1.4糖苷键 Q酶（分支酶）:既能催化-1.4糖苷键的断裂，又能催化-1、6糖苷键的形成,淀粉的生物合成,淀粉的分枝结构,直链淀粉的合成,引物（Gn）,+,+,直链淀粉(Gn+1),在Q酶作用下的支链淀粉的合成,糖原的生物合成,糖原生物合成过程与植物支链淀粉合成过程相似，但参与合成的引物、酶、糖基供体等是不相同的。 引物：结合有一个寡糖链的多肽 酶：糖原合成酶，分支酶 糖基供体：UDPG,问答题,1、何谓三羧酸循环？它有何特点和生物学意义？ 2、磷酸戊糖途径有何特点？其生物学意义何在？ 3、何谓糖酵解？糖酵解与糖异生途径有那些差异？糖酵解与糖的无氧氧化有何关系? 4、为什么说6-磷酸葡萄糖是各条糖代谢途径的交叉点? 名词解释 糖酵解 三羧酸循环 磷酸戊糖途径 糖异生作用 糖的有氧氧化,
