生物化學(xué)-第七章糖類化合物代謝.ppt

1、第七章 糖類化合物代謝,第一節(jié) 糖類化合物,糖類物質(zhì)是一類多羥基醛或多羥基酮類化合物或聚合物，根據(jù)其水解情況分為單糖、寡糖和多糖。 單糖：不能被水解稱更小分子的糖。如：葡萄 糖、果糖、脫氧核糖。 寡糖： 2-6個單糖分子脫水縮合而成。如：蔗糖、麥芽糖、乳糖。 多糖：淀粉、纖維素、糖原,葡萄糖及其環(huán)狀結(jié)構(gòu),葡萄糖,果 糖,蔗 糖,麥芽糖,glycogen,第二節(jié) 糖的合成與分解,UDPG：尿苷二磷酸葡萄糖 ADPG：腺苷二磷酸葡萄糖,一、UDPG和ADPG的生物合成,1-磷酸葡萄糖UTP,UDPG和ADPG是生物體內(nèi)重要的活化單糖。單糖必須經(jīng)過活化后才能用于寡糖和多糖的合成,UDPGPPi,UD

2、PG焦磷酸化酶,糖核苷酸,二、蔗糖的生物合成與分解,蔗糖的生物合成：有3條途徑,1,2,3,此途徑主要在細胞質(zhì)中進行，是蔗糖生物合成的主要途徑,此途徑存在于高等植物中,此途徑存在于微生物中,蔗糖的分解,蔗糖酶（sucrase）又稱轉(zhuǎn)化酶(invertase)，廣泛存在植物、微生物和動物中,蔗糖 + H2O,蔗糖酶,葡萄糖 + 果糖,三、淀粉的生物合成與分解,淀粉的生物合成,1、直鏈淀粉的生物合成,直鏈淀粉是通過a-1，4-糖苷鍵連接而成的線性分子，合成有3條途徑： 淀粉磷酸化酶催化途徑 淀粉合成酶催化途徑：主要途徑 D酶催化途徑：轉(zhuǎn)移短片段糖鏈,合成了直鏈淀粉后，在Q 酶的催化下，將直鏈淀粉的

3、非還原性端上6-8個葡萄糖基切下，通過a-1，6-糖苷鍵與直鏈淀粉連接，形成支鏈淀粉,2、支鏈淀粉的生物合成,淀粉的分解,1、淀粉的水解,a-淀粉酶 (a- 1,4-葡聚糖酶): 無規(guī)則內(nèi)切 -淀粉酶 (a- 1,4-麥芽糖酶): 外切一個麥芽糖 R 酶 ( 脫支酶): 水解a-1，6-糖苷鍵,2、淀粉的磷酸解,淀粉磷酸化酶 磷酸葡萄糖變位酶 磷酸葡萄糖酯酶,四、纖維素的生物合成與分解,纖維素的生物合成,纖維素的分解,以UDPG或GDPG為原料，以一小段纖維素為引子，由纖維素合成酶催化合成,由纖維素酶（cellulase）催化。人和大多數(shù)哺乳動物體內(nèi)無纖維素酶,葡萄糖進入細胞后，在一系列酶的催

4、化下，發(fā)生分解代謝過程。葡萄糖的分解代謝分兩步進行： 糖酵解：葡萄糖 丙酮酸。此反應(yīng)過程一般在無氧條件下進行，又稱為無氧分解。 三羧酸循環(huán)：丙酮酸 CO2 + H2O 。由于分子氧是此系列反應(yīng)的最終受氫體，所以又稱為有氧分解,五、葡萄糖的分解,第三節(jié) 糖 酵 解,糖酵解（glycolysis）是指在無氧條件下，葡萄糖經(jīng)過酶催化作用降解成丙酮酸，并伴隨生成ATP的過程。它是動物、植物和微生物細胞中葡萄糖分解的共同代謝途徑,為了紀念對糖酵解途徑的闡明作出了重大貢獻的德國科學(xué)家Embden、 Meyerhof 和Parnas，糖酵解途徑又稱EMP途徑,糖酵解是三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化的前奏。如果供氧不

5、足，NADH不進入呼吸鏈，而是把丙酮酸還原成乳酸or乙醇,二、糖酵解的生物化學(xué)過程,糖酵解的底物一般為葡萄糖，全過程在細胞質(zhì)中進行，參與糖酵解各反應(yīng)的酶都存在于細胞質(zhì)中,糖酵解過程包括10步反應(yīng),此步不可逆,激酶(kinase)：將ATP上的磷酸基團轉(zhuǎn)移到受體上的酶,葡萄糖激酶,磷酸葡萄糖異構(gòu)酶,磷酸果糖激酶,此步不可逆，為限速步驟,醛縮酶,磷酸丙糖異構(gòu)酶,3-磷酸甘油醛脫氫酶,3-磷酸甘油醛脫氫酶是一種巰基酶，-SH為活性部位。重金屬離子和烷化劑（如碘乙酸）能抑制該酶活性,磷酸甘油酸激酶,底物磷酸化,磷酸甘油酸變位酶,烯醇化酶,此步不可逆,丙酮酸激酶,葡萄糖,葡萄糖 + 2 NAD+ 2AD

6、P + 2Pi,2 丙酮酸 + 2NADH + 2H+ + 2H2O + 2ATP,三、糖酵解過程的化學(xué)計量,獲能效率61.0KJ / 191KJ 10031,四、糖酵解的生物功能,獲得適應(yīng)缺氧環(huán)境所需能量。1分子葡萄糖經(jīng)糖酵解可凈產(chǎn)生2分子ATP（相當于61KJ,形成的中間產(chǎn)物為其它代謝提供原料。 6-磷酸葡萄糖、磷酸二羥丙酮、磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸,五、糖酵解的調(diào)節(jié),1、己糖激酶的調(diào)節(jié) 6-磷酸葡萄糖,2、磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié) ATP 、AMP 、檸檬酸,3、丙酮酸激酶的調(diào)節(jié) ATP,六、丙酮酸的去路,丙酮酸 乙醇（酒精發(fā)酵,無氧條件下，在酵母、有些微生物及植物細胞中存在此途徑,丙酮酸 乳

7、酸（乳酸發(fā)酵,厭氧乳酸菌在無氧條件下，或動物（包括人）的某些組織供氧不足時存在此途徑,丙酮酸 乙酰CoA，進入三羧酸循環(huán),在有氧條件下，乙酰CoA被徹底分解為CO2和H2O，并放出大量能量,八、葡萄糖異生作用,葡萄糖異生作用（gluconeogenesis）是指生物體利用非碳水化合物的前體（如丙酮酸、草酸乙酸）合成葡萄糖的過程。 葡萄糖異生作用基本上是糖酵解的逆轉(zhuǎn)，但需要繞過3個不可逆反應(yīng)才能實現(xiàn),繞過丙酮酸激酶催化的反應(yīng),以上二步反應(yīng)稱為丙酮酸羧化支路,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,繞過磷酸果糖激酶催化的反應(yīng),1, 6- 二磷酸果糖,1,6- 二磷酸果糖酶,磷酸果糖激酶,6- 磷酸果

8、糖,繞過己糖激酶催化的反應(yīng),6- 磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酶,己糖激酶,葡萄糖,底物循環(huán),2mol乳酸經(jīng)糖異生作用轉(zhuǎn)化成1mol葡萄糖，需消耗多少mol ATP,第四節(jié) 三羧酸循環(huán),Tricarboxylic Acid Cycle,簡稱TCA或 TAC,葡萄糖通過糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸，在有氧條件下，將進入三羧酸循環(huán)進行完全氧化，生成H2O 和CO2，并釋放出大量能量,三羧酸循環(huán)是在細胞的線粒體中進行的，在細胞質(zhì)中形成的丙酮酸需運輸進入線粒體后才能進行,丙酮酸的有氧氧化包括兩個階段： 第一階段：丙酮酸的氧化脫羧（丙酮酸 乙酰輔酶A，簡寫為乙酰CoA） 第二階段：三羧酸循環(huán)（乙酰CoA CO2，釋

9、放出能量,1. 準備階段（第一階段）-丙酮酸的氧化脫羧,二、三羧酸循環(huán)的生化過程,丙酮酸在丙酮酸脫氫酶系催化下，脫羧形成乙酰CoA。丙酮酸脫氫酶系是一個非常復(fù)雜的多酶體系，主要包括：三種不同的酶（丙酮酸脫氫酶E1、硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶E2和二氫二硫辛酸脫氫酶E3），和6種輔因子（TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和Mg2,E1: 丙酮酸脫氫酶 E2: 硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶 E3: 二氫二硫辛酸脫氫酶,E1,E2,E2,E3,E3,1,2,3,4,5,2. 三羧酸循環(huán)（8步反應(yīng),檸檬酸合成酶,此步不可逆，為限速步驟,烏頭酸酶,異檸檬酸脫氫酶,此步不可逆，為限速步驟,酮戊二酸脫氫酶系,此步不可逆，為

10、限速步驟,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脫氫酶,延胡索酸酶,蘋果酸脫氫酶,TCA cycle,草酰乙酸(4C,檸檬酸(6C,異檸檬酸(6C,琥珀酸輔酶A (4C,琥珀酸(4C,延胡索酸(4C,蘋果酸(4C,乙酰輔酶A(2C,酮戊二酸(5C,一輪TCA cycle 的計算,乙酰CoA + 3NAD+ FAD + GDP + Pi + 2H2O,2CO2 + CoA + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP,三羧酸循環(huán)總反應(yīng)式,三、三羧酸循環(huán)過程的化學(xué)計量,每循環(huán)一次，一個乙酰CoA 的兩個碳原子被氧化生成 2 分子CO2（兩步脫羧反應(yīng),每循環(huán)一次，形成 3 分子NADH和 1 分子FA

11、DH2 （ 4 步脫氫氧化反應(yīng),每循環(huán)一次，消耗兩分子水（用于檸檬酸和蘋果酸的合成,每循環(huán)一次，琥珀酰CoA 的高能鍵生成 1 分子GTP（相當于形成 1 分子ATP,另外：1 分子NADH通過氧化磷酸化將電子傳給O2，可推動 2.5 分子ATP 生成；1 分子FADH2通過氧化磷酸化將電子傳給O2 ，可推動 1.5 分子ATP 生成。 問：1 乙酰CoA ？ ATP 1 丙酮酸 ？ ATP 1 葡萄糖 ？ ATP,四、三羧酸循環(huán)的生物功能,1. 釋放能量獲得ATP,2. 為其它代謝提供原料,1 glucose 有氧條件 32 / 30 ATP 缺氧條件 2 ATP,三羧酸循環(huán)是各種代謝的樞紐

12、,3. 生成CO2的作用,回補反應(yīng)（anaplerotic reaction,五、三羧酸循環(huán)的調(diào)控,丙酮酸脫氫酶系,檸檬酸合成酶,異檸檬酸脫氫酶,酮戊二酸脫氫酶系,琥珀酸脫氫酶,第五節(jié) 乙醛酸循環(huán),乙醛酸循環(huán)在乙醛酸循環(huán)體中進行。油料種子以脂肪酸為主要貯藏物質(zhì)，當其萌發(fā)時，種子內(nèi)貯藏的脂肪酸 通過乙醛酸循環(huán)轉(zhuǎn)化為的碳水化合物，運到胚中供幼苗生長,乙醛酸循環(huán)與三羧酸循環(huán)有一定的相似性，但有本質(zhì)的區(qū)別：進行部位不同；能量釋放不同；乙醛酸循環(huán)沒有CO2的釋放,Glyoxylate cycle,草酰乙酸(4C,乙酰輔酶A(2C,檸檬酸(6C,異檸檬酸(6C,琥珀酸(4C,乙醛酸(2C,蘋果酸(4C,異

13、檸檬酸裂解酶,蘋果酸合成酶,2 乙酰CoA + NAD+,琥珀酸+2 CoA-SH + NADH + H,生成的琥珀酸由乙醛酸循環(huán)體轉(zhuǎn)移到線粒體內(nèi)，在其中轉(zhuǎn)化為草酰乙酸，進入葡萄糖異生途徑,第五節(jié) 磷酸戊糖途徑,Phosphopentose pathway,細胞內(nèi)葡萄糖的氧化分解，除EMP-TCA外， 還存在另一條氧化分解途徑：磷酸戊糖途徑,磷酸戊糖途徑在細胞質(zhì)中進行。全部反應(yīng)分為氧化階段和非氧化階段,一、磷酸戊糖途徑的生化過程,1. 氧化階段,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖-內(nèi)酯,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脫氫酶,6-磷酸葡萄糖 -內(nèi)酯酶,6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶,5-磷

14、酸核酮糖,5-磷酸核糖,5-磷酸木酮糖,5-磷酸木酮糖 5C,5-磷酸核糖 5C,3-磷酸甘油醛 3C,7-磷酸景天庚酮糖 7C,4-磷酸赤蘚糖 4C,6-磷酸果糖 6C,3-磷酸甘油醛 3C,6-磷酸果糖 6C,6-磷酸葡萄糖 6C,5-磷酸木酮糖 5C,2. 非氧化階段,6 6-磷酸葡萄糖 + 12 NADP+ + 7 H2O,5 6-磷酸葡萄糖 + 6 CO2+ 12 NADPH + 12 H+ +Pi,總反應(yīng)式,二、磷酸戊糖途徑的生理意義,1. 為各種反應(yīng)提供還原力,在脂肪酸和固醇類的生物合成、光合作用、由核糖核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)槊撗鹾颂呛塑账岬冗^程都需要NADPH,5-磷酸核糖、4-磷酸赤蘚糖、3-磷酸甘油醛等,2. 為其它代謝提供原料,三、磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié),1、6-磷酸葡萄糖脫氫酶的調(diào)節(jié) NADP,2、 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的調(diào)節(jié) 5-磷酸核酮糖 NADPH,3、 6-磷酸葡萄糖去路的調(diào)節(jié),簡答題 1、何謂糖酵解？糖酵解與糖異生途徑有那些差異？ 2、磷酸戊糖途徑有何特點？其生物學(xué)意義何在？ 3、何謂底