第7章糖类与糖代谢.ppt
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1、第七章 糖类与糖代谢,第一节 生物体内的糖类,一、糖的概念,糖即碳水化合物,是多羟基醛与多羟基酮及其衍生物或多聚物.它主要是由绿色植物经光合作用形成的,主要是由C、H、O构成的。,二、糖的分类,根据水解后产生单糖残基的多少分为四大类,单糖 寡糖 多糖 结合糖,1.单糖:不能再水解的糖,D-葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,D-果糖,6-磷酸果糖,核糖,5-磷酸核糖,核酮糖,5-磷酸核酮糖,核酮糖 戊酮糖,甘油醛,3-磷酸甘油醛,甘油醛 丙醛糖,二羟丙酮,磷酸二羟丙酮,二羟丙酮 丙酮糖,葡萄糖在体内的作用,葡萄糖是体内糖代谢的中心,(1)葡萄糖是食物中糖(如淀粉)的消化产物 (2)葡萄糖在生物体内可转变成
2、其它的糖, 如核糖、果糖、半乳糖、糖原等; (3)葡萄糖是哺乳动物及胎儿的主要供能物质 (4)葡萄糖可转变为氨基酸和脂肪酸的碳骨架,2.双糖,双糖:由两个相同或不同的单糖组成,常见的有乳糖、蔗糖、麦芽糖等.,麦芽糖,-D-葡萄糖苷-(14)-D-葡萄糖,-D-葡萄糖苷-(12)-D-果糖,-D-半乳糖苷-(14)-D-葡萄糖,乳糖,蔗糖,3.多糖,定义:,水解产物含6个以上单糖,常见的多糖,淀粉、糖原、纤维素等,淀粉(starch),蓝色: -1,4-糖苷键 红色: -1,6-糖苷键,直链淀粉 支链淀粉,糖原(glycogen),糖原在体内的作用,糖原是体内糖的贮存形式,糖原贮存的主要器官是肝
3、脏和肌肉组织 肝糖原: 含量可达肝重的5%(总量为90-100g) 肌糖原: 含量为肌肉重量的1-2%(总量为200-400g),人体内糖原的贮存量有限, 一般不超过500g.,肝细胞中的糖原颗粒,糖原颗粒,纤维素 作为植物的骨架,4.结合糖,糖与非糖物质的结合物 常见的结合糖有: 糖脂:是糖与脂类的结合物 糖蛋白:是糖与蛋白质的结合物, 氧化功能 1g葡萄糖 16.7kJ 正常情况下约占机体所需总能量的50-70% 构成组织细胞的基本成分 1、核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分; 2、糖与脂类或蛋白质结合形成糖脂或糖蛋白/蛋白聚糖 (统称糖复合物)。 糖复合物不仅是细胞的结构分 子,而且是信
4、息分子。 3、体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖蛋白,如抗 体、许多酶类和凝血因子等。,三、糖的主要生理功能,四 、糖的消化吸收,体内糖的来源 糖的消化 糖的吸收 糖吸收后的去向,内源性: 量少,不能满足机体对能量的需要 外源性: 主要来自植物 从动物性食物中摄入的糖量很少 婴儿,乳汁中的乳糖是主要来源,一、体内糖的来源,1、口腔消化 次要,二、糖的消化,2、小肠内消化 主要,小肠粘膜刷状缘各种水解酶,各种单糖,1.部位: 小肠上部,三、糖的吸收,实验证明:以葡萄糖的吸收速度为100计,各种单糖的吸收速度为: D-半乳糖(110) D-葡萄糖(100) D-果糖(43) D-甘露糖(19) L
5、-木酮糖(15) L-阿拉伯糖(9),结论:各种单糖的吸收速度不同,2.方式:单纯扩散 主动吸收,(1)糖的吸收-单纯扩散,主动吸收:伴有Na+的转运。称为Na+依赖型葡萄糖转运体,主要存在于小肠粘膜和肾小管上皮细胞。葡萄糖的吸收是耗能的过程,(2)糖的吸收-主动吸收,钠泵,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,3. 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,四、糖吸收后的去向,淀粉 口腔,-amylase,少量作用 胃,几乎不作用 小肠,胰-amylase,主要的 消
6、化场所 麦芽糖、糊精、蔗糖、乳糖等(食物中所混 入) 麦芽糖酶,糊精酶,蔗糖酶, 乳糖酶等 葡萄糖、半乳糖、果糖 肠黏膜细胞肠壁毛细血管门静脉血液组织、细胞,糖的消化吸收,一、双糖的水解,蔗糖 + H2O 葡萄糖 + 果糖,第二节 双糖和多糖的酶促降解,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)蔗糖的水解,(二)麦芽糖的水解,(三)乳糖的水解,二、淀粉(糖原)的降解,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,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不能
7、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示意图
8、,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(或糖原)
9、降解,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,例 肝糖元的分解,7,7,去单糖降解,五、糖代谢的概况,机体的生存需要能量,机体内主要提供能量的物质是ATP。 ATP的形成主要通过两条途径: 一条是由葡萄糖彻底氧化为CO2和水,从中释放出大量的自由能形
10、成大量的ATP。 另外一条是在没有氧分子参加的条件下,即无氧条件下,由葡萄糖降解为丙酮酸,并在此过程中产生2分子ATP。,第三节 糖无氧分解(糖酵解),一、糖酵解的概述 二、糖酵解过程 三、糖酵解中产生的能量 四、糖酵解的意义 五、糖酵解的调控 六、丙酮酸的去路,总论,丙酮酸,CO2 + H2O,重点,一、糖酵解的概述,1、糖酵解的概念 糖酵解作用:在无氧条件下,葡萄糖进行分解形成2分子的丙酮酸并提供能量。这一过程称为糖酵解作用。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径,也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。也称为EMP途径。 糖酵解是在细胞质中进行。不论有氧还是无氧条件均能发生。,E:Embde
11、n;M: Meyerhof;P: Parnas,乳酸与 ATP 的结构,乳 酸 (lactate),A T P (三磷酸腺苷),10个酶催化的11步反应,第一阶段: 磷酸已糖的生成(活化),四 个 阶 段,第二阶段: 磷酸丙糖的生成(裂解),第三阶段: 3-磷酸甘油醛转变为2-磷酸 苷油酸,第四阶段: 由2-磷酸甘油酸生成丙酮酸,二、糖酵解过程,(G),已糖激酶, 葡萄糖磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖,糖酵解过程1,已糖激酶(hexokinase) 激酶:能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用,转移磷酸基团的一类酶。 已糖激酶:是催化从ATP转移磷酸基团至各种六碳糖(G、F)上去的酶。 激酶都需
12、离子要Mg2+作为辅助因子,1、催化不可逆反应,特点,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, 6-磷酸葡萄糖异构化 转变为6-磷酸果糖,(F-6-P),糖酵解过程1,(G-6-P), 6-磷酸果糖再磷酸化 生成1,6-二磷酸果糖,糖酵解过程1,(F-1,6-2P),磷酸果糖激酶 (PFK),糖酵解过程的第二个限速酶,(F-6-P),磷酸果糖激酶, 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,+,糖酵解过程2, 磷酸丙糖的互换,糖酵解过程2,磷酸二羟丙酮
13、 (dihydroxyacetone phosphate),3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde 3-phosphate),上述的5步反应完成了糖酵解的准备阶段。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-磷酸甘油醛氧化为 1,3-二磷酸甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate),糖酵解过程3,3-磷酸甘油醛 (glycerald
14、ehyde 3-phosphate),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,糖酵解过程3,3-磷酸甘油酸 (3-phosphoglycerate),这是糖酵解 中第一次 底物水平 磷酸化反应,底物磷酸化:这种直接利用代谢中间物氧化释放的能量产生ATP的磷酸化类型称为底物磷酸化。 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。, 3-磷酸甘油酸转变 为2-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油(3-phosphoglycerate),糖酵解
15、过程3,2-磷酸甘油酸 (2-phosphoglycerate), 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,糖酵解过程4,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限速酶,也是第二次底物水平磷酸化反应,糖酵解过程4, 烯醇式丙酮酸 转变为丙酮酸,糖酵解过程4,烯醇式丙酮酸 (enolpyruvate),丙酮酸 (pyruvate),+,丙酮酸,裂解,脱氢,异构,产能,脱水,异构,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,糖酵解过程中ATP的消耗和产生,2 1,葡 萄 糖 6-磷酸葡萄糖,6 - 磷酸果糖
16、 1,6-二磷酸果糖,1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸 丙 酮 酸,-1,-1,2 1,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+ +2H2O,三、糖酵解中产生的能量,有氧时,2NADH进入线粒体经呼吸链氧化,原核生物又可产生6分子ATP,真核生物又可产生4分子的ATP再加上由底物水平的磷酸化形成的2个ATP,故共可产生原核2+6=8分子ATP;真核2+4=6分子ATP 原核生物中,其电子传递链存在于质膜上,无需穿棱过程,而真核生物线粒体内膜是不能穿过NADH需要一个磷酸甘油穿棱系统。 无氧时,2NADH还原丙酮酸,生成2分子乳酸或乙醇,
17、故净产生2分子ATP,四、糖酵解意义,1、主要在于它可在无氧条件下迅速提供少量的能量以应急.如:肌肉收缩、人到高原。 2、是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源。 3、是糖的有氧氧化的前过程,亦是糖异生作用大部分逆过程.非糖物质可以逆着糖酵解的途径异生成糖,但必需绕过不可逆反应。 5、糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径.其中间产物是许多重要物质合成的原料。 6、若糖酵解过度,可因乳酸生成过多而导致乳酸中毒。,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过程 比糖酵解长得多,来不及满
18、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,细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。 在代谢途径中,催化不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。 糖酵解中有三步反应不可逆,分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化,因此这三种酶对酵解速度起调节作用。,五、糖酵解的调控,1、磷酸果糖激酶(PFK)的调控,6-磷酸果糖激酶-1 6-phosphofructokinase-1,2、己糖激酶的调控,己糖激酶 hexokinase,丙酮酸激酶 pyruvate kinase,3、丙酮酸激酶的调控,1、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇
19、和CO2。 (l)丙酮酸脱羧,六、丙酮酸的去路,(2)乙醛被还原为乙醇,2、丙酮酸还原为乳酸,丙酮酸(pyruvate),3-磷酸甘油醛,乳酸 (lactate),4、转化为脂肪酸或酮体。当细胞ATP水平较高时,柠檬酸循环的速率下降,乙酰CoA开始积累,可用作脂肪的合成或酮体的合成。,三羧酸循环的概念 二.三羧酸循环的过程 三.三羧酸循环的回补反应 四.三羧酸循环的生物学意义 五.三羧酸循环的调控,第四节 糖有氧分解 (三羧酸循环),三羧酸循环的概念,概念:在有氧的情况下,葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧,最终生成C2O和H2O并产生能量的过程. 因为
20、在循环的一系列反应中,关键的化合物是柠檬酸,所以称为柠檬酸循环,又因为它有三个羧基,所以亦称为三羧酸循环, 简称TCA循环。由于它是由H.A.Krebs(德国)正式提出的,所以又称Krebs循环。,三羧酸循环在线粒体基质中进行的。丙酮酸通过柠檬酸循环进行脱羧和脱氢反应;羧基形成CO2,氢原子则随着载体(NAD+、FAD)进入电子传递链经过氧化磷酸化作用,形成水分子并将释放出的能量合成ATP。,有氧氧化是糖氧化的主要方式,绝大多数组织细胞都通过有氧氧化获得能量。,有氧氧化的反应过程,糖的有氧氧化代谢途径可分为:葡萄糖酵解、丙酮酸氧化脱羧和三羧酸循环三个阶段。,糖有氧氧化概况,细胞质,糖的有氧氧化
21、与糖酵解,葡萄糖丙酮酸乳酸(糖酵解),葡萄糖丙酮酸,第一阶段:丙酮酸的生成(胞浆) 第二阶段:丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA(线粒体) 第三阶段:乙酰CoA进入三羧酸循环 彻底氧化(线粒体),三 个 阶 段,二. 三羧酸循环的过程,一、丙酮酸的生成(胞浆),2丙酮酸,进入线粒体进一步氧化,2(NADH+ H+ ),2H2O + 6/8 ATP,二、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A,丙酮酸,乙酰CoA,+ C O2,丙酮酸 脱氢酶系,多酶复合体:是催化功能上有联系的几种酶通过非共价键连接彼此嵌合形成的复合体。其中每一个酶都有其特定的催化功能,都有其催化活性必需的辅酶。,丙酮酸脱氢酶系,3 种 酶:
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