《糖與糖代謝》課件

1、糖與糖代謝,,糖 類 概 述,糖的定義與結構糖類的定義多羥基醛或多羥基酮由于糖的碳原子數(shù)和不對稱碳原子的構型不同，形成不同的糖糖的結構D-、L-構型環(huán)狀結構式椅式、船式糖的一般性質(zhì)旋光性溶解度甜度 化學反應,,,,,,寡糖與多糖寡糖少數(shù)單糖(2~10)通過糖苷鍵縮合而形成的聚合物糖苷鍵：糖的半縮醛羥基，與其他分子的羥基脫水縮合形成，分?-、?-兩種構型常見雙糖：麥芽糖：葡萄糖-?（1?4

2、）-葡萄糖苷蔗糖：葡萄糖- ?,?(1?2)-果糖苷乳糖：葡萄糖- ?(1?4)-半乳糖苷纖維二糖：葡萄糖- ?(1?4)-葡萄糖苷多糖均一多糖淀粉糖原纖維素、幾丁質(zhì)不均一多糖：透明質(zhì)酸 、硫酸軟骨素 、硫酸角質(zhì)素 、肝素,,,,,單糖衍生物糖醇：甘露醇氨基糖：D-氨基葡萄糖，氨基半乳糖糖苷：單糖上的半縮醛羥基，與非糖物質(zhì)的羥基形成糖苷鍵，這樣形成的物質(zhì)稱糖苷糖蛋白與蛋白多糖按糖與蛋白質(zhì)的比例分糖蛋白功能：

3、由于糖蛋白的高粘度特性，機體用它作為潤滑劑防護蛋白水解酶的水解作用防止細菌、病毒侵襲。在組織培養(yǎng)時對細胞粘著和細胞接觸抑制作用。對外來組織的細胞識別也有一定作用與腫瘤特異性抗原活性的鑒定有關 糖脂與脂多糖,糖類的主要生理功能體內(nèi)最重要的能源物質(zhì)和重要的能源貯備形式生物有機分子碳骨架的主要提供者重要的生物結構性和功能性物質(zhì)參與肌體代謝的調(diào)控物質(zhì)的形成,糖酵解,糖的消化與吸收食物中的糖多糖的酶促分解淀粉的水解糖

4、原的分解纖維素的水解雙糖的分解糖的分解代謝糖在生物體內(nèi)的代謝途徑無氧分解：糖酵解徹底氧化：TCA循環(huán)其他代謝途徑：磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等,,,,糖酵解途徑的代謝過程定義：葡萄糖在無氧條件下分解產(chǎn)生丙酮酸，并產(chǎn)生ATP的過程準備階段（6C階段）葡萄糖?G-6-P，己糖激酶（HK, 肝內(nèi)為葡萄糖激酶GK），糖酵解的第一個限速步驟。G-6-P?F-6-P，磷酸葡萄糖同分異構酶催化。F-6-P?F-1,6-2P，磷酸

5、果糖激酶（PFK-1），糖酵解的第二個限速步驟，也是糖酵解途徑進入共通途徑的限速步驟F-1,6-2P?甘油醛-3-磷酸和磷酸二羥基丙酮，醛縮酶催化，以逆反應命名磷酸二羥基丙酮在磷酸丙糖異構酶的催化下可以變?yōu)楦视腿?3-磷酸產(chǎn)能階段（3C階段）甘油醛-3-磷酸?甘油酸-1, 3-二磷酸，甘油醛-3-磷酸脫氫酶，以NAD+為輔酶。產(chǎn)生一分子NADH+H+甘油酸-1, 3-二磷酸?甘油酸-3-磷酸。甘油酸磷酸激酶,,,,,,,,,,

6、,甘油酸-3-磷酸?甘油酸-2-磷酸，甘油酸磷酸變位酶甘油酸-2-磷酸?磷酸烯醇式丙酮酸，烯醇化酶磷酸烯醇式丙酮酸?丙酮酸，丙酮酸激酶，限速步驟，調(diào)節(jié)糖酵解與糖異生的平衡，也是其他中間代謝物進入糖代謝的樞紐丙酮酸的去向有氧條件下，進入TCA繼續(xù)氧化無氧條件下，還原成乳酸，或者在脫羧酶作用下生成乙醛在脫氫生成乙醇作為中間體轉變?yōu)榘被岬炔煌穷愇镔|(zhì)進入糖酵解的方式果糖直接磷酸化，生成F-6-P，進入糖酵解其他單糖：在異構

7、化酶的作用下，轉變?yōu)槠咸烟?，在進入糖酵解途徑糖原：在磷酸化酶作用下，磷酸解生成G-1-P，再由磷酸葡萄糖變位酶作用，轉變?yōu)镚-6-P淀粉等分解產(chǎn)生葡萄糖，進入糖酵解,,,,,,,糖酵解的產(chǎn)能計算無氧條件下：激活1分子葡萄糖需1ATP，生成F-1, 6-2P時消耗1ATP，一分子葡萄糖可生成2分子3-P-甘油醛，1分子后者生成丙酮酸一共生成2ATP，所以1分子葡萄糖通過酵解凈生成2分子ATP ，其中脫氫生成的NADH用于還原丙酮酸生

8、成乳酸，或還原乙醛到乙醇如果從糖原出發(fā)，可多生成一分子ATP有氧條件下，NADH可以進入呼吸鏈，將H傳遞到氧，生成3ATP，所以可凈生成8ATP糖酵解的調(diào)控磷酸果糖激酶（PFK-1）的調(diào)控：ATP/AMP，ATP?則抑制，AMP?則激活H+抑制該酶活性，防止過多酸堆積引起中毒檸檬酸、脂肪酸增加ATP對該酶的抑制?-D-果糖-2, 6-二磷酸可解除ATP對該酶的抑制激素對糖酵解的調(diào)節(jié),,己糖激酶的調(diào)控：G-6-P是別構

9、抑制劑葡萄糖是激活劑丙酮酸激酶的調(diào)控F-1, 6-2P激活Ala抑制該酶活性能荷高時ATP別構抑制L型丙酮酸激酶同工酶（肝內(nèi)）活性，肌肉、腦組織中則沒有該功能糖酵解的生理意義無氧條件下產(chǎn)能代謝主要形式聯(lián)系無氧代謝與有氧代謝的紐帶微生物發(fā)酵的重要途徑糖類和某些氨基酸進入共同代謝途徑的通路產(chǎn)物作為合成代謝的中間體,,三 羧 酸 循 環(huán),概述葡萄糖的徹底氧化丙酮酸在有氧條件下可以進一步氧化，直至生成二氧化碳和水，這個

10、過程主要通過三羧酸循環(huán)實現(xiàn)徹底氧化通過脫氫、脫羧來實現(xiàn)三羧酸循環(huán)丙酮酸脫氫、脫羧生成的乙酰CoA，與草酰乙酸結合生成檸檬酸，經(jīng)過一系列的脫氫、脫羧反應最后重新生成草酰乙酸，同時釋放能量的過程，該過程形成一個閉合的循環(huán)，稱三羧酸循環(huán)，也叫檸檬酸循環(huán)、Krebs循環(huán)。真核細胞的三羧酸循環(huán)，在線粒體進行。,,丙酮酸的脫氫參與反應的輔酶因子TPP硫辛酸輔酶AFAD、NAD+、Mg2+丙酮酸脫氫酶系由3種酶、60個亞基構成的

11、、分子量4, 600, 000的多酶體系丙酮酸脫羧酶（E1）硫辛酸乙酰轉移酶（E2）二氫硫辛酸脫氫酶（E3） 脫氫過程丙酮酸脫羧?羥乙基- TPP，丙酮酸脫羧酶催化硫辛酸乙酰轉移酶（E2）催化羥乙基?乙?；瑫r轉移給硫辛酸與酶蛋白形成的硫辛酰胺基上，形成乙酰硫辛酰胺,,,,,,,,,硫辛酸乙酰轉移酶（E2）催化乙酰硫辛酰胺的乙酰基轉移給CoA形成乙酰CoA二氫硫辛酸脫氫酶（E3）以FAD為輔酶使二氫硫辛酸重新氧化。FA

12、DH2還原NAD+脫羧過程的調(diào)控不可逆過程、限速步驟產(chǎn)物抑制、反應物激活核苷酸調(diào)節(jié)可逆磷酸化共價調(diào)節(jié)：磷酸化使活性降低,,三羧酸循環(huán)反應過程草酰乙酸+乙酰CoA?檸檬酸，檸檬酸合成酶催化，限速步驟，酶由兩個亞基構成檸檬酸?異檸檬酸：順烏頭酶催化，先脫水后加水。順烏頭酶含鐵硫中心（4個Fe，4個S，4個Cys）異檸檬酸? ?-酮戊二酸，氧化脫羧反應，異檸檬酸脫氫酶催化，以NAD+或NADP+作為氫受體，先生成草酰琥珀酸，

13、再脫羧，限速步驟?-酮戊二酸?琥珀酰CoA，氧化脫羧反應，?-酮戊二酸脫氫酶系催化，該酶系與丙酮酸脫氫酶系相似，由?-酮戊二酸脫氫酶、琥珀酰轉移酶、二氫硫辛酸脫氫酶組成, 限速步驟琥珀酰CoA?琥珀酸，產(chǎn)生GTP。由琥珀酰CoA合成酶催化，底物水平的磷酸化琥珀酸?延胡索酸，琥珀酸脫氫酶催化，輔基是FAD，丙二酸是該酶的競爭性抑制劑，含鐵硫中心，參入線粒體內(nèi)膜。,,,,,,,,,延胡索酸水化?蘋果酸，延胡索酸酶催化，由立體異構特異性

14、蘋果酸脫氫生成草酰乙酸，蘋果酸脫氫酶催化。三羧酸循環(huán)的產(chǎn)能計算2次脫羧、4次脫氫3對氫由NADH呼吸鏈傳遞到氧，3?3=9ATP1對氫由FADH2呼吸鏈傳遞到氧， 2ATP一個底物水平的磷酸化, 1GTP=1ATP共計 12ATP三羧酸循環(huán)的調(diào)控檸檬酸合成酶受

15、ATP、NADH、琥珀酰CoA、脂肪酰CoA抑制氟乙酰CoA，可生成氟檸檬酸，抑制后面的反應異檸檬酸脫氫酶ADP是別構激活劑NAD+、Mg 2+有協(xié)同作用,,,,NADH、ATP可抑制該酶活性?-酮戊二酸脫氫酶系：受NADH、琥珀酰CoA、Ca2+抑制ATP、GTP高能荷時抑制沒有共價修飾調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)的回補反應丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸，需要生物素磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸羧化激酶作用下生成草酰乙酸，心

16、臟、大腦中存在Asp、Glu轉氨基作用生成草酰乙酸和?-酮戊二酸，Ile、Val、Thr、Met可以形成琥珀酰CoA乙醛酸循環(huán)植物、微生物中特有的通路由乙酰CoA與草酰乙酸合成檸檬酸，再轉變?yōu)楫悪幟仕?，異檸檬酸在異檸檬酸裂解酶的作用下生成乙醛酸和琥珀酸，乙醛酸與乙酰CoA在蘋果酸合成酶作用下生成蘋果酸，在脫氫生成草酰乙酸，稱乙醛酸循環(huán),,,,乙醛酸循環(huán)的意義利用二碳化合物合成三羧酸循環(huán)的二羧酸、三羧酸，補充三羧酸循環(huán)的中間物，

17、增加可利用物質(zhì)種類通過乙酰CoA合成草酰乙酸，提高草酰乙酸的數(shù)量，有利于脂肪向糖的轉化，是植物、微生物特殊代謝所必需的糖酵解、三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化之間的協(xié)調(diào)巴斯德效應：在厭氧條件下高速酵解的酵母，通入氧氣后，葡萄糖消耗減少，積累的乳酸消失，稱為巴斯德效應葡萄糖、丙酮酸、ATP、氧含量是三者協(xié)調(diào)的基礎三者協(xié)調(diào)調(diào)整細胞的能荷狀態(tài)三羧酸循環(huán)的生理意義糖、脂質(zhì)、氨基酸的共同分解代謝途徑為氨基酸、核苷酸等的生物合成提供碳骨架通

18、過乙酰CoA實現(xiàn)合成代謝與分解代謝的聯(lián)系與呼吸鏈偶聯(lián)，構成產(chǎn)能代謝的主要部分。葡萄糖徹底氧化產(chǎn)能的計算,,,,,,糖的其他分解代謝途徑,磷酸戊糖途徑概述：葡萄糖可以通過脫氫、脫羧生成戊糖來實現(xiàn)氧化分解，這樣的代謝過程稱為磷酸戊糖途徑反應可分為氧化產(chǎn)能階段和糖分子重排階段氧化產(chǎn)能階段6-磷酸葡萄糖脫氫生成6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯， 6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化，以NADP作為氫受體，限速步驟， NADPH是別構抑制劑6-磷酸葡萄糖

19、酸內(nèi)酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸。 6-磷酸葡萄糖酸?內(nèi)酯酶催化。6-磷酸葡萄糖酸脫氫、脫羧生成5-磷酸核酮糖， 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶催化，以NADP作為氫受體,,分子重排階段5-磷酸核酮糖?5-磷酸核糖，磷酸戊糖異構酶催化5-磷酸核酮糖? 5-磷酸木酮糖，磷酸戊糖差向酶通過轉酮和轉醛反應生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛5-磷酸核糖與5-磷酸木酮糖發(fā)生轉酮反應生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天酮糖, 轉酮酶催化，TPP、Mg2

20、+作為輔酶3-磷酸甘油醛與7-磷酸景天酮糖發(fā)生轉醛反應生成4-磷酸赤蘚糖和6-磷酸果糖4-磷酸赤蘚糖與5-磷酸木酮糖發(fā)生轉酮反應生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛磷酸戊糖途徑的生理意義產(chǎn)生NADPH, 為生物合成提供還原力產(chǎn)生磷酸戊糖參與核酸代謝NADPH可以還原谷胱甘肽，保護紅細胞部分途徑是光合作用中CO2合成葡萄糖的途徑,,,,,糖醛酸途徑定義G-6-P或G-1-P，經(jīng)UDP-葡萄糖醛酸生成糖醛酸的過程稱為糖醛酸途徑

21、代謝過程G-6-P與UTP反應轉變?yōu)閁DPGUDPG脫氫生成UDP-葡萄糖醛酸，以NAD作為輔酶UDP-葡萄糖醛酸的去向合成抗壞血酸生成UDP-艾杜糖醛酸與某些藥物、毒物的基團結合，生成水溶性化合物，通過尿排出轉變?yōu)槟就沁M入磷酸戊糖途徑生理意義合成抗壞血酸糖醛酸基的供體：硫酸軟骨素解毒作用,,,,糖的合成代謝,糖異生概述生物體利用非糖物質(zhì)合成葡萄糖的過程，稱為糖的異生除三步反應外，糖異生過程與糖酵解途徑互

22、為逆過程，但不能把糖異生看成糖酵解的逆轉反應過程丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸羧化生成草酰乙酸，丙酮酸羧化酶催化，需要ATP、二價金屬離子草酰乙酸轉變?yōu)樘O果酸，從線粒體轉運到細胞質(zhì)，由蘋果酸脫氫酶催化蘋果酸在細胞質(zhì)內(nèi)由蘋果酸脫氫酶催化轉變?yōu)椴蒗Ｒ宜峒毎|(zhì)的草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸，需GTP，酶含量受激素調(diào)節(jié)，胰島素抑制該酶合成，胰高血糖素促進。,,磷酸烯醇式丙酮酸沿酵解途徑逆向反應轉變?yōu)?

23、，6-二磷酸果糖1，6-二磷酸果糖轉變?yōu)?-磷酸果糖，果糖磷酸酶催化，該酶是一個別構酶，是糖異生的關鍵調(diào)節(jié)酶6-磷酸果糖轉變?yōu)槠咸烟?，由葡萄?6-磷酸酶催化，腦組織、肌肉內(nèi)不存在該酶糖異生途徑的前體凡是能生成丙酮酸的物質(zhì)三羧酸循環(huán)中間體乙酰CoA在動物體內(nèi)不能轉變?yōu)楸?，所以不能參與糖異生，但在植物、微生物體內(nèi)可通過乙醛酸循環(huán)生成草酰乙酸生糖氨基酸大多數(shù)氨基酸可以轉變?yōu)槿人嵫h(huán)中間物，參與糖異生Leu、Lys、T

24、rp稱生酮氨基酸，一般不能參與糖異生Cori循環(huán)：肌肉劇烈運動產(chǎn)生的乳酸，可運至肝臟，在肝內(nèi)通過糖異生生成葡萄糖，再運至肌肉反芻動物在胃內(nèi)由細菌產(chǎn)生的有機酸，奇數(shù)脂肪酸可以通過轉變成為琥珀酰CoA, 參與糖異生,,,,糖異生的調(diào)控三個調(diào)控酶丙酮酸羧化酶果糖二磷酸酶葡萄糖-6-磷酸酶糖異生與糖酵解的協(xié)調(diào)高濃度的G-6-P抑制己糖激酶關鍵的調(diào)控點在6-磷酸果糖與1，6-二磷酸果糖的轉化，2，6-二磷酸果糖是兩個關鍵調(diào)控酶的

25、調(diào)控物，ATP、檸檬酸對兩條路徑的效應正好相反丙酮酸與磷酸烯醇式丙酮酸之間的轉化：在不同的場所進行乙酰CoA刺激丙酮酸羧化酶、抑制丙酮酸激酶Ala作為前體促進糖異生，卻抑制丙酮酸激酶激素二者的調(diào)控腎上腺素、胰高血糖素、糖皮質(zhì)激素等促進糖異生胰島素可以使肝磷酸果糖激酶，丙酮酸激酶活性升高，促進酵解，抑制糖異生。,,無效循環(huán)的可能糖原的合成代謝過程G-6-P生成UDP-葡萄糖，由UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化UDP-葡萄

26、糖在糖原合成酶的催化下合成新糖原，糖原合成酶是主要的調(diào)控酶分枝糖原由分枝酶（葡萄糖苷4?6轉移酶）催化代謝調(diào)控分解與合成的協(xié)調(diào)控制磷酸化酶與糖原合成酶的共價調(diào)節(jié)，兩個酶磷酸化和去磷酸化的方式相似，但受磷酸化調(diào)節(jié)的結果相反激素和葡萄糖濃度是協(xié)調(diào)二者關系的關鍵第二信使在糖原合成中的作用(以cAMP為例）激素與受體結合，激活腺苷酸活化酶，催化ATP環(huán)化生成cAMPcAMP激活蛋白激酶A，激活蛋白激酶A可以催化磷酸化酶與糖原合成

27、酶的磷酸化,,,,,級聯(lián)放大效應神經(jīng)和激素對血糖代謝的控制胰島素與胰高血糖素腎上腺素甲狀腺素糖代謝與疾病先天性代謝酶缺陷半乳糖血癥：缺乏1-P-半乳糖尿苷酸轉移酶己糖激酶缺乏，2，3-二磷酸甘油酸缺少，影響紅細胞的氧釋放丙酮酸激酶缺乏，2，3-二磷酸甘油酸增高糖尿病糖原合成減少，分解增加糖異生作用增加糖酵解、TCA減弱葡萄糖進入細胞變慢,,,,,,,,,,透明質(zhì)酸,,what happens to the s