糖類代謝為生物體提供重要的碳源和能源ppt.ppt

第八章糖代謝 糖類代謝為生物體提供重要的碳源和能源 糖類代謝的中間產物可為氨基酸 核苷酸 脂肪酸 類固醇的合成提供碳原子或碳骨架 糖類代謝與脂類 蛋白質等物質代謝相互聯系 相互轉化 不可分割 構成了代謝的統(tǒng)一整體 分解代謝 大分子糖單糖CO2 H2O ATP 糖代謝 合成代謝 CO2 H2O 光能葡萄糖淀粉 糖原或由非糖物質轉化成糖 O2 一 多糖和低聚糖的酶促降解二 糖的分解代謝 一 糖的無氧降解及厭氧發(fā)酵 二 葡萄糖的有氧分解代謝 三 戊糖磷酸途徑phosphopentosepathwayPPP三 糖的合成 糖異生 概述多糖和低聚糖 由于分子大 不能透過細胞膜 只有分解成小分子單糖后才能被生物體吸收利用 其水解均依靠酶的催化 淀粉水解淀粉糊精寡糖麥芽糖G 一 多糖和寡聚糖的酶促降解 淀粉的酶促水解 水解淀粉的淀粉酶有 與 淀粉酶 二者只能水解淀粉中的 1 4糖苷鍵 水解產物為麥芽糖 淀粉酶可以水解淀粉 或糖原 中任何部位的 1 4糖苷鍵 淀粉酶只能從非還原端開始水解 水解淀粉中的 1 6糖苷鍵的酶是 1 6糖苷鍵酶淀粉水解的產物為糊精和麥芽糖的混合物 還原末端 非還原末端 1 4糖苷鍵 1 6糖苷鍵 糖原降解示意圖 細胞內的磷酸解作用 磷酸化酶 寡聚1 41 4葡聚糖轉移酶 脫支酶 續(xù) 纖維素的酶促水解 人的消化道中沒有水解纖維素的酶微生物如細菌 真菌 放線菌 原生動物等能產生纖維素酶及纖維二糖酶 它們能催化纖維素完全水解成葡萄糖雙糖的酶水解 麥芽糖酶纖維二糖酶蔗糖酶乳糖酶 血糖 血液中的葡萄糖稱為血糖正常人空腹血糖濃度為70 110mg dL 100ml 二 糖的分解代謝 生物體內葡萄糖 糖原 的分解主要有三條途徑 在無氧情況下 葡萄糖丙酮酸乳酸在有氧情況下 葡萄糖水和二氧化碳葡萄糖經戊糖磷酸途徑氧化為水和二氧化碳 酵解 TCA 一 糖酵解途徑 glycolysis EmbdenMeyerhofParnasEMP 1 EMP途徑的生化歷程 糖酵解過程 a b 1 2 3 4 1 第一階段 葡萄糖1 6 二磷酸果糖 或葡萄糖激酶 2 第二階段 1 6 二磷酸果糖 3 磷酸甘油醛 H 3 4 3 第三階段 3 磷酸甘油醛 2 磷酸甘油酸 Pi 甘油醛磷酸脫氫酶 4 第四階段 2 二磷酸甘油酸 丙酮酸 H2O OH 二 丙酮酸的無氧降解 酵解與厭氧發(fā)酵 1 乳酸發(fā)酵 同型乳酸發(fā)酵 動物 乳酸菌 乳桿菌 乳鏈球菌 G 2ADP 2Pi2乳酸 2ATP 2水 NAD 2 酒精發(fā)酵 酵母的第 型發(fā)酵 0 CO2 3 甘油發(fā)酵 酵母的第 型發(fā)酵 NAD 從葡萄糖到丙酮酸的中間產物 全部是磷酸化合物 這個現象不是偶然的 磷酸基在這些化合物中 不論是以酯的形式或以酸酐的形式 都是提供一負電荷基團 不能透過細胞膜 使酵解反應全部在胞液中進行 此外 磷?；奶峁?對貯存能量也起著重要的作用 糖酵解有二重作用 一是降解產生ATP二是產生含碳的中間物為合成反應提供原料 P224在酵解過程中有三個不可逆反應 也就是說有三個調控步驟 分別被三個酶多點調節(jié) 己糖激酶 磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶 己糖激酶可以控制葡萄糖的進入 丙酮酸激酶調節(jié)酵解的出口 糖酵解速度的調控 果糖磷酸激酶是最關鍵的限速酶當ATP濃度高時 該酶幾乎無活性 當AMP濃度高時 該酶活性增強 H 可抑制果糖磷酸激酶活性 防止乳酸中毒己糖激酶 可代替葡萄糖激酶 也可激活果糖生成果糖 6 P 受G 6 P的別構抑制丙酮酸激酶也起重要的速度調節(jié)作用果糖 1 6 二磷酸是該酶的激活劑丙氨酸 ATP 乙酰CoA等是該酶的抑制劑 三 葡萄糖的有氧分解代謝 有氧氧化 大多數生物的主要代謝途徑EMPpyrTCA可衍生許多其他物質 丙酮酸脫羧 三羧酸循環(huán) 三 糖的有氧氧化 aerobicoxidation 概念過程小結意義 一 糖有氧氧化的概念 體內組織細胞在有氧條件下 是從葡萄糖到丙酮酸經三羧酸循環(huán) 徹底氧化分解生成CO2和H2O 并將釋放的能量轉移到ATP中去的過程 糖的有氧氧化是指 葡萄糖的有氧分解代謝途徑是一條完整的代謝途徑 實際上是無氧分解代謝的繼續(xù) 是獲得能量的一種主要方式 糖有氧氧化概況 葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 乙酰CoA CO2 H2O ATP 三羧酸循環(huán) 線粒體內 胞漿 糖的有氧氧化與糖酵解 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 糖酵解 葡萄糖 丙酮酸 二 糖有氧氧化的過程 第一階段 丙酮酸的生成 胞漿 第二階段 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA 線粒體 第三階段 乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)徹底氧化 線粒體 三個階段 丙酮酸的生成 胞漿 2丙酮酸 進入線粒體進一步氧化 2 NADH H 2H2O 6 8ATP 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A 丙酮酸 CoA SH NAD 乙酰CoA CO2 NADH H 丙酮酸脫氫酶系 丙酮酸脫氫酶系 3種酶 丙酮酸脫羧酶 TPP Mg2 二氫硫辛酸乙酰基轉移酶 硫辛酸 輔酶A 二氫硫辛酸脫氫酶 FAD NAD 6種輔助因子 TPP Mg2 硫辛酸 輔酶A FAD NAD 含B1 泛酸 B2 PP四種維生素 丙酮酸氧化脫羧反應 丙酮酸脫羧酶Mg2 硫辛酸乙酰轉移酶 二氫硫辛酸脫氫酶 丙酮酸脫氫酶系催化的反應 丙酮酸脫羧酶Mg2 二氫硫辛酸脫氫酶 硫辛酸乙酰轉移酶 乙酰輔酶A進入三羧酸循環(huán) 三羧酸循環(huán) tricarboxylicacidcycle TAC 又稱檸檬酸循環(huán) citricacidcycle Krebs循環(huán) Krebscycle 從乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合成含3個羧基的檸檬酸開始 經過一系列代謝反應 乙?；粡氐籽趸?草酰乙酸得以再生的過程稱為三羧酸循環(huán) 三羧酸循環(huán) 反應過程 反應特點 意義 乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸 TCA循環(huán) 檸檬酸合酶 關鍵酶 檸檬酸異構化生成異檸檬酸 TCA循環(huán) 檸檬酸 citrate 異檸檬酸 異檸檬酸氧化脫羧生成 酮戊二酸 TCA循環(huán) 異檸檬酸脫氫酶 異檸檬酸 NAD 酮戊二酸 CO2 NADH H 關鍵酶 酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰輔酶A 酮戊二酸脫氫酶系 TCA循環(huán) 酮戊二酸 CoA SH NAD 琥珀酰CoA CO2 NADH H 關鍵酶 琥珀酰CoA轉變?yōu)殓晁?琥珀酸硫激酶 TCA循環(huán) 琥珀酰CoA succinylCoA 琥珀酰CoA GDP Pi琥珀酸 GTP CoA SH 琥珀酸氧化脫氫生成延胡索酸 TCA循環(huán) 琥珀酸 succinate 琥珀酸脫氫酶 琥珀酸 FAD延胡索酸 FADH2 延胡索酸水化生成蘋果酸 TCA循環(huán) 延胡索酸 fumarate 延胡索酸酶 延胡索酸 H2O蘋果酸 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸 蘋果酸脫氫酶 TCA循環(huán) 蘋果酸 malate NAD NADH H 琥珀酰CoA 草酰乙酸 蘋果酸 琥珀酸 酮戊二酸 異檸檬酸 檸檬酸 延胡索酸 乙酰輔酶A 丙酮酸 三羧酸循環(huán)總圖 草酰乙酸 CH2CO SCoA 乙酰輔酶A 三羧酸循環(huán)總圖 2H 2H H 三羧酸循環(huán)中草酰乙酸的來源 1 CO2 ATP 三羧酸循環(huán)中草酰乙酸的來源 2 丙酮酸 CO2蘋果酸草酰乙酸 蘋果酸酶 蘋果酸脫氫酶 NADPH H NADPH H NADP NADP 三羧酸循環(huán)小結 TAC運轉一周的凈結果是氧化1分子乙酰CoA 草酰乙酸僅起載體作用 反應前后無改變 乙酰輔酶A 3NAD FAD Pi 2H2O GDP2CO2 3 NADH H FADH2 HSCoA GTP 14C標記乙酰CoA進行研究結果 第一周循環(huán)中并無14C出現CO2 即CO2的碳原子來自草酰乙酸而不是來自乙酰CoA 第二周循環(huán)時 才有14CO2出現 TAC中的一些反應在生理條件下是不可逆的 所以整個三羧酸循環(huán)是一個不可逆的系統(tǒng) TAC的中間產物可轉化為其他物質 故需不斷補充 草酰乙酸 CH2CO SCoA 乙酰輔酶A 三羧酸循環(huán)總圖 2H 2H H 三羧酸循環(huán)特點 一次底物水平磷酸化二次脫羧三個不可逆反應四次脫氫 一克分子乙酰CoA經三羧酸循環(huán)徹底氧化凈生成12ATP 糖有氧氧化的生理意義 糖有氧氧化的基本生理功能是氧化供能 糖有氧氧化是體內三大營養(yǎng)物質代謝的總樞紐 糖有氧氧化途徑與體內其他代謝途徑有著密切的聯系 糖有氧氧化過程中ATP的生成 第一階段 葡萄糖 2丙酮酸 第二階段 2丙酮酸 2乙酰CoA 第三階段 2乙酰CoA 2CO2 4H2O 2ATP 糖的有氧氧化底物磷酸化氧化磷酸化 2 3ATP 2 11ATP 葡萄糖 6CO2 6H2O molATP 糖原中的1mol葡萄糖 6CO2 6H2O molATP 36 38ATP 37 39ATP 2 2 3ATP 2 ATP 三羧酸循環(huán)的限速酶及其調節(jié) 酶的名稱檸檬酸合酶 異檸檬酸脫氫酶 酮戊二酸脫氫酶系 變構激活劑草酰乙酸 乙酰CoAADP 變構抑制劑ATPNADHATP NADH 琥珀酰CoA P 丙酮酸氧化和三羧酸循環(huán)的調節(jié) 琥珀酰CoA 草酰乙酸 蘋果酸 琥珀酸 酮戊二酸 異檸檬酸 檸檬酸 延胡索酸 乙酰輔酶A 丙酮酸 三 乙醛酸循環(huán) 乙醛酸循環(huán)又稱乙醛酸途徑 g1yoxy1atepathway 乙醛酸循環(huán) 三羧酸循環(huán)的支路 是一個與三羧酸循環(huán)相聯系的小循環(huán) 因為以乙醛酸為中間代謝物 故稱乙醛酸循環(huán) 兩種特異的酶 即異檸檬酸裂解酶與蘋果酸合成酶 異檸檬酸在異檸檬酸裂解酶催化下 生成乙醛酸與琥珀酸 乙醛酸與乙酰輔酶A在蘋果酸合成酶催化下合成蘋果酸 乙醛酸循環(huán) 草酰乙酸 蘋果酸 檸檬酸 順烏頭酸 異檸檬酸 乙酰CoA 乙酰輔酶A 乙醛酸循環(huán)與三羧酸循環(huán)的關系 琥珀酸 異檸檬酸 乙醛酸 蘋果酸 草酰乙酸 檸檬酸 乙酰輔酶A 乙醛酸循環(huán)的生物學意義 許多微生物和植物中存在1 可以以二碳化合物 如乙酰輔酶A 合成三羧酸循環(huán)的回補化合物 四碳 六碳 2 在植物和微生物中 可以將脂肪酸氧化產物 乙酰CoA轉化為糖類化合物例如 油料種子萌發(fā)時 目前已知 動物中不存在乙醛酸循環(huán) 所以動物中不能將脂肪轉化為糖 PentosephosphatepathwayhexosemonophosphatepathwayHMP 概念過程小結調節(jié)生理意義 四 戊糖磷酸途徑 戊糖磷酸途徑的概念 從葡萄糖 6 磷酸開始 在葡萄糖 6 磷酸脫氫酶催化下形成6 磷酸葡萄糖酸 進而代謝生成3種戊糖 5 磷酸 再轉變?yōu)楣?6 磷酸及甘油醛 3 磷酸 這也是生成NADPH的主要途徑 關鍵 1 生成 還原力 NADPH2 生成五碳糖 核糖 5 磷酸 戊糖磷酸途徑的過程 第一階段 氧化反應生成NADPH和CO2第二階段 非氧化反應異構及基團轉移 轉二碳和三碳基團 生成甘油醛 3 磷酸和果糖 6 磷酸 1 葡萄糖 6 磷酸轉變?yōu)? 磷酸葡萄糖酸內酯 葡萄糖 6 磷酸glucose6 phosphate 葡萄糖 6 磷酸脫氫酶 限速酶 對NADP 有高度特異性 2 6 磷酸葡萄糖酸內酯轉變?yōu)? 磷酸葡萄糖酸 6 磷酸葡萄糖酸內酯6 phosphoglucono lactone 6 磷酸葡萄糖酸6 phosphogluconate H2O 內酯酶 3 6 磷酸葡萄糖酸轉變?yōu)楹送?5 磷酸 6 磷酸葡萄糖酸6 phosphogluconate 核酮糖 5 磷酸ribulose5 phosphate 4 三種五碳糖的相互轉換 木酮糖 5 磷酸xylulose5 phosphate 差向異構酶 5 二分子五碳糖的基團轉移反應 景天糖 7 磷酸sedoheptulose7 phosphate 轉酮醇酶 TPP 6 七碳糖與三碳糖的基團轉移反應 景天糖 7 磷酸sedoheptulose7 phosphate 甘油醛 3 磷酸glyceraldehyde3 phosphate 轉醛醇酶 果糖 6 磷酸fructose6 phosphate 7 四碳糖與五碳糖的基團轉移反應 果糖 6 磷酸fructose6 phosphate 轉酮醇酶 TPP 戊糖磷酸途徑小結 反應部位 細胞漿中反應底物 葡萄糖 6 磷酸重要反應產物 NADPH 核糖 5 磷酸限速酶 葡萄糖 6 磷酸脫氫酶 G 6 PD 戊糖磷酸途徑兩個階段的反應式 葡萄糖 6 磷酸 2NADP 核酮糖 5 磷酸 2 NADPH H CO2 3 核酮糖 5 磷酸2 果糖 6 磷酸 甘油醛 3 磷酸 戊糖磷酸途徑 Go79 Gop81 戊糖磷酸途徑示意圖 轉酮醇酶與轉醛醇酶 轉酮醇酶 transketolase 是催化含有一個酮基 一個醇基的2碳基團轉移的酶 其接受體是醛 輔酶是TPP 轉醛醇酶 transaldolase 是催化含有一個酮基 二個醇基的3碳基團轉移的酶 其接受體是也是醛 但不需要TPP 戊糖磷酸途徑的意義 1 產生NADPH 還原力 2 產生核糖 5 磷酸 核糖 5 磷酸 核糖 5 磷酸參與各種核苷酸輔酶及核苷酸的合成 1 NAD P 2 FAD 3 HSCoA 1 NTP 2 dNTP 3 cAMP cGMP NADPH的主要功能 1 作為供氫體 參與體內多種物質的生物合成反應 2 是谷胱甘肽還原酶的輔酶 對維持細胞中還原型谷胱甘肽的正常含量起重要作用 3 作為加單氧酶的輔酶 參與肝臟對激素 藥物和毒物的生物轉化 分解作用 4 清除細胞內的自由基 NADPH作為體內多種物質生物合成的供氫體 脂肪酸 膽固醇和類固醇激素的生物合成 均需要大量的NADPH NADPH H 完善的生物調節(jié)機制 體內的NADPH 核糖 5 磷酸的需求量是決定戊糖磷酸途徑快慢 以及向哪個方向轉移的關鍵因素 請看以下例子 當大量需要核糖 5 磷酸時 GoP72 2 當NADPH和核糖 5 磷酸同時缺乏時 核糖 5 磷酸 3 當只缺乏NADPH時 果糖 6 磷酸 果糖 1 6 二磷酸 二羥丙酮磷酸 甘油醛 3 磷酸 核糖 5 磷酸 Gop72 木酮糖5 磷酸 戊糖磷酸途徑與疾病 神經疾病 neuropsychiatricdisorder 藥物誘導的溶血性貧血 adrug inducedhemolyticamemia 戊糖磷酸途徑與神經疾病 與VitB1缺乏有關 VitB1缺乏 煩躁 麻木 肌萎縮 心衰竭 蠶豆病 蠶豆病的癥狀是 吃蠶豆幾小時或1 2天后 突然感到精神疲倦 頭暈 惡心 畏寒發(fā)熱 全身酸痛 萎靡不振 并伴有黃疸 肝脾腫大 呼吸困難 腎功能衰竭 甚至死亡 血像檢查 紅細胞明顯減少 黃疸指數明顯升高 機理 遺傳性G6PD缺乏蠶豆中有3種物質 裂解素 鎖未爾和多巴胺 前兩種使谷胱甘肽氧化 后一種能激發(fā)紅細胞的自身破壞 使紅細胞大量溶解而發(fā)生蠶豆病 蠶豆病 俗稱蠶豆黃 戊糖磷酸途徑與溶血性貧血 一些具有氧化作用的外源性物質如蠶豆 抗瘧藥 磺胺藥等 G6PD缺乏 三糖的合成代謝 自然界中糖的合成的基本來源是綠色植物及光能細菌進行光合作用 從無機CO2及H2O合成糖 異養(yǎng)生物不能從無機物合成糖 必須從食物中獲得 異養(yǎng)生物從食物中獲得蛋白質 脂類等有機物是否能轉化為糖 一 蔗糖的合成 在高等植物中蔗糖的合成主要有兩種途徑蔗糖合成酶 利用尿苷二磷酸葡糖 UDPG 作為葡萄糖供體與果糖合成蔗糖 蔗糖磷酸合成酶 利用UDPG作為葡萄糖供體與果糖磷酸合成蔗糖 1 蔗糖合成酶葡糖 1 磷酸 UTPUDPG PPiPPi H2O 2Pi UDPG 果糖 蔗糖 UDP 蔗糖合成酶 焦磷酸化酶 2 蔗糖磷酸合成酶 也利用UDPG作為葡萄糖供體 但果糖部分不是游離果糖 而是果糖磷酸酯 合成產物是蔗糖磷酸酯 再經專一的磷酸酯酶作用脫去磷酸形成蔗糖 一般認為途徑 2 是植物合成蔗糖的主要途徑 UDPG 果糖 6 磷酸蔗糖磷酸 UDP 蔗糖磷酸合成酶 蔗糖磷酸蔗糖 H3PO4 磷酸酯酶 蔗糖合成的可能途徑 葡萄糖葡糖 6 磷酸果糖 6 磷酸 二 淀粉的合成 1 1 4糖苷鍵的形成 高等植物淀粉合成的主要途徑 有關的酶類主要是尿苷二磷酸葡糖 UDPG 轉葡糖苷酶腺苷二磷酸葡糖 ADPG 轉萄糖苷酶引物的分子可以是麥芽糖 麥芽三糖 麥芽四糖 甚至是一個淀粉分子 尿苷二磷酸葡糖 UDPG 轉葡糖苷酶 腺苷二磷酸葡糖 ADPG 轉萄糖苷酶 近年來認為高等植物合成淀粉的主要途徑是通過ADPG轉葡糖苷酶 nUDPGnUDP 1 4葡萄糖 n UDPG轉葡糖苷酶 nADPGnADP 1 4葡萄糖 n ADPG轉葡糖苷酶 2 支鏈淀粉的合成 在植物中有Q酶 能催化 1 4糖苷鍵轉換為 1 6糖苷鍵 使直鏈的淀粉轉化為支鏈的淀粉 三 糖原的合成 葡萄糖合成糖原的過程稱糖原生成作用1 G 1 P在UDPG焦磷酸化酶催化下生成UDPG2 在糖原合成酶催化下 UDPG將葡萄糖殘基加到糖原引物非還原端形成 1 4糖苷鍵3 由分支酶催化 將 1 4糖苷鍵轉換為 1 6糖苷鍵 形成有分支的糖原 糖原合成示意圖 UDPG焦磷酸化酶 UDPG UDP 糖原合成酶 R 引物 R 1 4萄糖鏈 糖原是葡萄糖的貯存形式 當人和動物體肝臟及肌肉組織細胞內能量充足時 進行糖原合成以貯存能量 當能量供應不足時 進行糖原分解以釋放能量 糖原合成與分解的協(xié)調控制對維持血糖水平的恒定有重要意義 糖原合成與分解的調節(jié) 糖原分解與合成的關鍵酶是磷酸化酶及糖原合成酶 兩酶的活性均受磷酸化或脫磷酸化的共價修飾調節(jié) 磷酸化的磷酸化酶有活性 而磷酸化的糖原合成酶則失去活性 脫磷酸化的糖原磷酸化酶失去活性 而糖原合成酶則增強活性 糖原合成與分解的速度受激素的調節(jié) 例如胰島素可促進糖原的合成并降低血糖 腎上腺素 胰高血糖素 腎上腺皮質激素則促進糖原降解增加血糖濃度 級聯放大機制 細胞膜 四 糖原的異生作用 糖原的異生作用 許多非糖物質如甘油 丙酮酸 乳酸以及某些氨基酸等能在肝臟中轉變?yōu)樘窃?稱糖原異生作用 按酵解