第5章糖及糖代谢-32hr.ppt

第五章 糖及糖代谢,一、糖的定义、分类、结构及功能 1定义：糖是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和衍生物的总称。 葡萄糖为多羟基醛醛糖（aldose） 果糖为多羟基酮酮糖（ketose）,2功能：糖是自然界存在的一类有机物，广泛存在于动、植物 及微生物体内，尤其以植物含量最多，约占干重的 80%以上。 一切生物体维持生命活动所需的能量来源； 生物体合成其它化合物的基本原料C源； 参与细胞识别和信息传递； 与免疫、血型、细胞间联系有关。,3分类 按组成及水解情况能否水解分为： 单糖：不能被水解为更小的单位，具有一个自由的醛基(酮基) 以及两个以上OH。 按所含C数：丙糖（3C）、丁糖（4C）、戊糖 （5C）、己糖（6C）、庚糖（7C）。 按所含基团分为：醛糖； 酮糖。 寡糖：由2-10个单糖缩合而成，水解后产生单糖。 如：蔗糖、麦芽糖、乳糖等。 多糖：由多个单糖缩合而成，水解后产生多个单糖。 如： 淀粉、纤维素、糖原等。,4结构 单糖结构：直链状； 环状（5C以上）。 l 单糖的直链状结构与L、D构型 例如：甘油醛分子（最简单的单糖） 甘油醛分子中有一个不对称（手性）C原子C*。 C*：C上的四个单键与四个不同的原子或基团相连。 对C*而言，OH可在左或右，形成一对对映异构体。 为便于研究，人为规定如下： 醛基写在上面，C*上，凡羟基在右边的规定为D-型； C*上，凡羟基在左边的规定为L-型。,*,*,其他单糖都以甘油醛为标准比较。 3C以上糖有2个以上C*，构型的确定以距醛基（或酮基）最远的C*为准： 在该C*上的OH在右边为D-型糖， 在C*上的OH在左边为L-型糖。,l 单糖的环状结构与-构型 5C以上单糖除直链结构外还可通过醛（酮）基与其他C原子上的OH成环生成半缩醛。 如葡萄糖（6C）：C1-C5成六元环； C1-C4成五元环； 六元环比五元环稳定。, 成环后，C1也成为不对称C*原子，半缩醛羟基可有两种不同的排列方式，由此产生和两种异构体。 、-的确定： -型：半缩醛羟基与决定DL构型的羟基同侧为 -型； -型：半缩醛羟基与决定DL构型的羟基不同侧为-型。, 寡糖结构 寡糖是由210个单糖缩合而成 常见的寡糖： 1）蔗糖： 葡萄糖果糖。 广泛存在植物，甜菜，甘蔗中最 多。,2）麦芽糖 葡萄糖 葡萄糖， 发芽谷物中；淀粉水解可得。 3）乳糖：半乳糖葡萄糖， 动物的乳汁中。, 多糖： A淀粉：由多个-D-葡萄糖组成。存在于植物的根茎和种子 中。 淀粉：直链淀粉：-D-葡萄糖，以-1，4糖苷键相连。 支链淀粉：-D-葡萄糖，以-1，4糖苷键相连成主链， 分支处以-1，6糖苷键相连。 直链淀粉：,支链淀粉： 性质;：与碘反应呈蓝色或紫色。,淀粉：,B糖元 存在：动物体的肝，肌肉动物淀粉。 结构：以-D-葡萄糖为基本单元，与支链淀粉相似但分支多 而短。 性质：与碘反应呈红色。 C纤维素 存在：植物细胞壁或支撑组织，是地球上最丰富的有机物。 结构：以-D-葡萄糖为基本单元。 以-1，4糖苷键相连。,二、糖代谢 （一）糖的消化吸收 寡糖或多糖都不能被机体直接吸收，必须经降解成单糖后才能被吸收利用。 口腔：多糖少量双糖、单糖 微生物分泌胞外酶：多糖双糖、单糖，吸收 胃：暂时停留，胃酸抑制唾液淀粉酶，糖不消化。 肠：多糖双糖、单糖 双糖单糖 血液循环 全身,（二）糖的分解代谢 糖酵解：糖乳酸； 主要三条途径 有氧氧化：糖CO2、H2O,（经三羧酸循环）; 磷酸戊糖途径：糖CO2、H2O。,1糖无氧分解（酵解）：糖在无氧或缺氧条件下，经一系列中 间步骤分解成（丙酮酸）乳酸，并释 放少量能量的过程。 此过程与酵母菌在无氧条件下产生乙醇和CO2的生醇发酵过程类似，故称为酵解或无氧酵解。 酵解与发酵的区别，仅产物不同：发酵：乙醇 + CO2 酵解：乳酸 乳酸 （酵解） 葡萄糖丙酮酸 乙醛乙醇 （生醇发酵）, 糖酵解过程、途径及有关的酶,糖酵解过程、途径及有关的酶,四个阶段： AG 1,6-二磷酸果糖： 由葡萄糖或糖原开始，经磷酸化、磷酸解及异构等反应生成 1，6-二磷酸果糖， 耗能。 BF-1,6-二P 3-磷酸甘油醛： 1，6-二磷酸果糖降解成2个3C糖3-磷酸甘油醛和磷酸二 羟丙酮，2个3C糖可互变，发生氧化脱氢。 C3-磷酸甘油醛 丙酮酸： 由2分子3-磷酸甘油醛生成2分子丙酮酸，此过程有两步能产 生能量，产生的能量由ADPATP贮存。 D丙酮酸 还原成乳酸： 供氢体是NADH + H+NAD+，NADH的被氧化以保持辅酶的 周转。 乳酸是酵解终产物。, 总结（特点） A 总反应及自由能变化 C6H12O6 2C3H6O3 GO=-196 KJ/mol（放能） 葡萄糖 乳酸 由11种酶催化，包括12个步骤 2ADP+2H3PO42ATP+2H2O GO=30.51×2 KJ/mol（吸能） 总反应：C6H12O6 + 2ADP+2H3PO4 2C3H6O3 +2ATP+2H2O 葡萄糖 乳酸 GO=-134.97 KJ/mol 整个过程有大量自由能释放，反应平衡方向趋于-乳酸 有足够的能量形成2个ATP。 能量回收率：2×30.51/196 ×100%=31% 酵解 2×30.51/217.6 ×100%=28% 发酵,B条件：无O2或O2供应不足时。 C可逆性：除、不可逆，其他都可逆， 使整个过程不可逆。不可逆处均为限速酶。 D反应部位：细胞浆。 E从G-丙酮酸之间的中间产物都是磷酸化的。,F能量转移及ATP形成 消耗：从G开始： 2分子ATPG G-6-P F-6-P F-1，6-二P 从糖原开始： 1分子ATP F-6-P F-1，6-二P 产生：4分子ATP2×1，3-二P甘油酸 3-P甘油酸 2×P烯醇式丙酮酸 烯醇式丙酮酸 净得：从G开始： 4-2 = 2 ATP 从糖原开始： 4-1 = 3 ATP ATP产生方式：底物磷酸化。 G酵解过程虽有氧化反应，但无需O2参加， 是一个不需O2的产能途径。, 生理意义 1、为厌氧微生物供能。 2、提供能量使机体或组织有效地适应缺氧情况。 无O2、缺O2时的供能方式 激烈运动时： 快速供能。 运动时体内ATP很快耗完，此时即使氧供应充足 也需要以无氧方式供能因有氧供能慢于酵解。, 体内能量需要增加，糖分解加速。氧消耗增加， 此时即使呼吸和循环加快以增加供氧量，也不 能满足体内氧化所需要的氧量，机体处于相对缺 氧状态，故酵解加快。 乳酸产生过量，肌肉有酸痛感。 病理情况如下：如失血，呼吸障碍，肺及心血管病 等引起氧供应不足（注意酸中毒）。,3、某些组织或细胞主要获能方式 成熟红细胞，视网膜、等，即使有氧也靠酵解供能。 肿瘤细胞无氧分解旺盛。 4、其他单糖分解的一条重要途径。 5、有氧分解准备糖彻底氧化成CO2 、H2O的必要 准备。 糖 初步分解 TCA CO2 、H2O,EMP,O2,2糖的有氧氧化 定义：糖（糖原）在有氧情况下氧化成CO2和H2O并释放出大量 能量的过程。 （糖的无氧酵解和有氧氧化有一段共同途径：G丙酮酸） 无氧酵解时： 丙酮酸乳酸（还原） 有氧氧化时： 丙酮酸氧化脱羧 乙酰CoA TCA CO2、H2O、 能 （彻底氧化）,有氧氧化三阶段： 丙酮酸的生成：G-丙酮酸 （细胞液） 乙酰CoA生成：丙酮酸-乙酰CoA（线粒体） 乙酰CoA彻底氧化 三羧酸循环：乙酰CoA -CO2 + H2O （线粒体）, 有氧氧化途径及酶 1） 丙酮酸生成 G丙酮酸 过程与糖无氧酵解相同。 一点不同：3-磷酸甘油醛脱氢酶产生的H 还原成乳酸 无氧 呼吸链 有氧 2） 乙酰CoA生成 丙酮酸脱氢酶系为一多酶复合体，有三种酶、六种辅因子组成。,2） 乙酰CoA生成 丙酮酸脱氢酶系为一多酶复合体，有三种酶、六种辅因子组成。,3）三羧酸循环 乙酰辅酶A彻底氧化 Tricarbaxylic acid CycleTCA循环（4个三羧酸） 柠檬酸循环 Krebs循环(1937年） 通过TCA，乙酰CoA在一系列酶作用下被氧化成CO2 和 H2O。 反应过程：,三 羧 酸 循 环, 有氧氧化及三羧酸循环总结主要TCA 1） 总反应及自由能变化 总反应： C6H12O66O2 - 6CO26H2O G0=-2870 KJ/mol （酵解 G0196 KJ/mol） 酵解只能释放出葡萄糖分子化学能的一小部分，酵解产物乳酸中还有许多能量。 葡萄糖氧化时释放的能量多且大部分在TCA中释放。,2） 反应情况 ATCA从乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始， 每循环一次：消耗一个乙酰CoA； 不消耗草酰乙酸； 草酰乙酸可重复与乙酰基结合，开始又一次循 环 ，使循环周而复始进行。,B每循环一次有2个C原子以乙酰CoA进入，发生二次 脱羧生成2分子CO2。 异柠檬酸脱羧，酮戊二酸氧化脱羧。 脱羧生成的CO2的去向：提供机体生物合成； 其余排到体外。,C有4次脱H, 放出4对H（4×2H） H受体： 3个NAD 1个 FAD 4对H 经呼吸链传递给氧 H2O ； 同时偶联磷酸化作用生成ATP。,D TCA循环一次用去2个H2O：柠檬酸合成 延胡索酸水化 3）TCA在线粒体中进行，一些反应在生理条件下是不 可逆的， 其中，不可逆，使总循环不可 逆，保证线粒体供能系统的稳定性。,5) 能量计算及ATP生成 .G - G-6-P -1ATP F-6-P - F-1.6-二P -1ATP 3-P-甘油醛 1.3二P-甘油酸 +3×2 ATP 无O2 ： +2ATP （+2×2） 有O2：2+6=+8ATP 1.3二P甘油酸 3-P-甘油酸 +1×2 ATP* （底物磷酸化） P烯醇式丙酮酸 烯醇丙酮酸 +1×2 ATP* （底物磷酸化） .丙酮酸 - 乙酰CoA +3×2 ATP 6ATP . 异柠檬酸 - 草酰琥珀酸 +3×2 ATP 酮戊二酸 - 琥珀酸CoA +3×2 ATP TCA：12×2=24ATP 琥珀酰CoA - 琥珀酸 +1×2 ATP* 琥珀酸 - 延胡索酸 +2×2 ATP 苹果酸 - 草酰乙酸 +3×2 ATP 总计净得： 38（36）ATP 3P甘油醛 1.3 二磷酸甘油酸在胞液中进行， NADH 需进入线粒体才能进入呼吸链，依NADH由胞液-线粒体的方式不同，生成的ATP数不同。, 有氧氧化生理意义 1）氧化供能：提供比糖酵解大的多的能量，是机体获 能的有效方式。 一分子葡萄糖 酵解： 2 分子ATP生成 有氧氧化： 38分子ATP生成 2）TCA是糖、脂肪、蛋白质三大类物质相互转化枢纽。 3）TCA中各种中间产物，对其他化合物的合成也有重 要意义C骨架。,（三）糖的合成代谢 1糖原的合成（人及动物） 糖原：由多个-D-葡萄糖组成的带有分枝的大分子 多糖，糖原分子中， 主链： 葡萄糖以-1，4-糖苷键相连； 侧链： 葡萄糖以-1，6-糖苷键相连。 糖原合成：细胞将摄取的葡萄糖转变为糖原的过程。 （耗能）,糖原是机体内葡萄糖的贮存形式： 当机体内能量供给充足时：G糖原 当机体内能量供给不足时：糖原分解G 糖原合成意义：贮存能量，不致浪费。 机体各组织均可合成糖原，以肝、肌肉中贮存最多。 脑活动旺盛但能量贮存很少，需不断由血糖供给。 只有肝糖原-血糖（血液中葡萄糖） 血糖正常值：80100mg/100ml血（5mmol/L）,2糖异生作用 如果完全禁食，肝脏中贮存的糖原所供应的血糖仅能维持67小时，但实际情况下，禁食数天后，血糖含量仅稍有降低。 原因：肝利用其他的非糖物质糖糖原 糖异生定义：由非糖物质转变成葡萄糖及糖原的作用。 部位：主要是肝 ，另外，肾上腺皮质、脑、肌肉很少 细胞定位：主要胞液，线粒体很少。,原料： （1）凡能转变为丙酮酸的物质均可葡萄糖。 如：乳酸，TCA的中间物：柠檬酸、-酮戊二酸、 苹果酸。 （2）凡能转变成丙酮酸、-酮戊二酸、草酰乙酸的氨 基酸等。 （丙氨酸）、（ 谷氨酸 ）、（天冬氨酸） （3）脂肪水解产生的甘油磷酸二羟丙酮葡萄糖 乙酰CoA不能葡萄糖,过程：基本是糖酵解的逆过程。 糖酵解过程大部分反应可逆，但有三步不可逆。 不可逆：己糖激酶； 磷酸果糖激酶； 丙酮酸激酶。 不可逆主要是有能障，故必须在其他酶催化下绕过三个能障。 如何绕行：,糖异生生理意义： 机体适应性反应，糖摄入不足时，糖异生显著增， 在饥饿、剧烈运动情况下保证血糖浓度相对恒定。 积累的乳酸再利用，回收乳酸的能量，防止酸中毒。 同某些氨基酸代谢相联系。 如氨基酸 丙酮酸 草酰乙酸 -酮戊二酸 能量：耗能 2丙酮酸G, 耗6个ATP,