糖代谢生物化学

关于糖代谢生物化学（一）多糖和低聚糖的酶促降解

水解的键作用方式产物α-淀粉酶α-1,4糖苷键任何位置麦芽糖、葡萄糖、

麦芽三糖、

α-糊精β-淀粉酶α-1,4糖苷键非还原性端麦芽糖、β-极限糊精γ-淀粉酶α-1,4糖苷键非还原性端葡萄糖

α-1,6糖苷键R-酶α-1,6糖苷键纤维素酶β-1,4糖苷键纤维二糖、葡萄糖第2页,共85页，2024年2月25日，星期天双糖的酶促降解

蔗糖+H2O葡萄糖+果糖蔗糖酶麦芽糖+H2O2葡萄糖麦芽糖酶乳糖+H2O葡萄糖+半乳糖--β-半乳糖苷酶第3页,共85页，2024年2月25日，星期天第4页,共85页，2024年2月25日，星期天（二）糖的分解代谢生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径：动物体内的分解代谢:1.无O2情况下，葡萄糖（G）→丙酮酸（Pyr）→乳酸（Lac）2.有O2情况下，G→CO2+H2O（经三羧酸循环）3.

有O2情况下，G→CO2+H2O（经磷酸戊糖途径）植物体:生醇发酵及乙醛酸循环第5页,共85页，2024年2月25日，星期天

定义

反应部位过程特点意义糖的无氧氧化第6页,共85页，2024年2月25日，星期天一、糖的无氧分解（一）定义：在无氧的条件下，葡萄糖或糖原分解成丙酮酸，进而还原为乳酸并释放少量能量的过程称为糖的无氧分解。这一过程与酵母菌使糖发酵的过程相似，又称为糖酵解，简称EMP途径。（二）反应部位：细胞液（胞浆）E：Embden；M:Meyerhof；P:Parnas第7页,共85页，2024年2月25日，星期天(三)反应过程

第一阶段：葡萄糖的活化葡萄糖或糖原3步或4步1，6－二磷酸果糖第二阶段：糖的裂解阶段1，6－二磷酸果糖两分子的磷酸丙糖2步第三阶段：产能阶段两分子的3－磷酸甘油醛两分子丙酮酸6步第8页,共85页，2024年2月25日，星期天1、葡萄糖的磷酸化第一阶段：

葡萄糖glucose(G)

6-磷酸葡萄糖

glucose-6-phosphateATPATPATPADPADPPP己糖激酶是糖酵解途径的第一个限速酶第9页,共85页，2024年2月25日，星期天

限速酶/关键酶

(rate-limitingenzyme/keyenzyme)1、催化非平衡反应特点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第10页,共85页，2024年2月25日，星期天葡萄糖磷酸化反应的意义1、葡萄糖磷酸化后容易参与反应2、磷酸化的葡萄糖有防止胞内葡萄糖外渗的作用；3、为后续进行的底物水平磷化贮备了磷酸基团。第11页,共85页，2024年2月25日，星期天2、磷酸己糖异构化glucose-6-phosphate(G-6-P）fructose-6-phosphate(F-6-P）第12页,共85页，2024年2月25日，星期天P3、1,6-二磷酸果糖的生成磷酸果糖激酶是糖酵解途径的最重要的限速酶ATPATPADPADPP(fructose-1,6-diphosphate第13页,共85页，2024年2月25日，星期天磷酸果糖激酶己糖激酶磷酸己糖异构酶葡萄糖6－磷酸果糖6－磷酸葡萄糖1，6－二磷酸果糖ATPADPATP磷酸化酶糖

原1－磷酸葡萄糖磷酸果糖变位酶ADP己糖激酶磷酸果糖激酶ATPATP第14页,共85页，2024年2月25日，星期天4、1,6-二磷酸果糖的裂解第二阶段：CHOCH2OPCCHCH2OCOHOPHOHH1,6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛fructose-1,6-diphosphate第15页,共85页，2024年2月25日，星期天5、磷酸丙糖的同分异构化相当于1,6-二磷酸果糖裂解为两分子的3-磷酸甘油醛。(dihydroxyacetonephosphate)(glyceraldehyde3-phosphate)第16页,共85页，2024年2月25日，星期天6、3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸第三阶段：CHOHCH2OCHOPCHOHCH2OCOO～PP+NAD++Pi+NADH+H+HH3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸这是糖酵解过程中唯一一步脱氢反应(1,3-diphosphoglycerate)第17页,共85页，2024年2月25日，星期天7、高能磷酸基团的转移糖酵解中第一次底物水平磷酸化，1分子葡萄糖产生2分子ATP+ADP+ATPATP(3-phosphoglycerate)第18页,共85页，2024年2月25日，星期天8、3-磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate)第19页,共85页，2024年2月25日，星期天9、磷酸烯醇式丙酮酸的生成~(phosphoenolpyruvate)第20页,共85页，2024年2月25日，星期天10、丙酮酸的生成糖酵解中第二次底物水平磷酸化，丙酮酸激酶是第三个限速酶1分子葡萄糖产生2分子ATPADPATPATP~(enolpyruvate)第21页,共85页，2024年2月25日，星期天11、自发反应(enolpyruvate)(pyruvate)第22页,共85页，2024年2月25日，星期天2ATP2ATP3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶2ADP烯醇化酶磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸脱氢酶NAD++PiNADH+H+2ATP2ADP2ATP第23页,共85页，2024年2月25日，星期天己糖激酶ADPATP葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸果糖激酶ADPATP1,6-二磷酸果糖磷酸葡萄糖异构酶6-磷酸果糖变位酶2-磷酸甘油酸2ATP丙酮酸激酶2ADP丙酮酸2ATP2ADP3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶磷酸甘油醛脱氢酶1,3-二磷酸甘油酸NAD+NADH+H+醛缩酶3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮乳酸无氧丙酮酸脱羧酶乙醛乙醇无氧CO2糖原1-磷酸葡萄糖己糖激酶丙酮酸激酶磷酸果糖激酶ATPATP2ATP2ATP2NADH+H+第24页,共85页，2024年2月25日，星期天酵解与发酵的比较C6H12O62×CH3COCOOH葡萄糖丙酮酸2×NAD+

2×(NADH+H+

)

2×(NADH+H+)2×NAD+

2×CH3CH(OH)COOH(乳酸)2×NAD+2×(NADH+H+)人与动物

2×CH3CH2OH(乙醇)2×CO22×CH3CHO(乙醛)植物与酵母第25页,共85页，2024年2月25日，星期天糖酵解的反应特点1、整个过程无氧参加；2、三个限速酶；3、从葡萄糖开始净生成2分子ATP，从糖原开始净生成3分子ATP；4、一次脱氢辅酶为NAD＋，生成的NADH＋H＋中的2H最后又交给丙酮酸生成了乳酸。第26页,共85页，2024年2月25日，星期天糖酵解的意义1、是生物体对不良环境条件的一种适应能力；2、是红细胞和某些组织细胞的主要供能方式；3、在工业、农牧业生产中具有重要的实践意义。第27页,共85页，2024年2月25日，星期天肌肉收缩与糖酵解供能⑴肌肉内ATP含量很低；

糖酵解意义结论：

糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量⑵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;

(4)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,来不及满足需要。背景：剧烈运动时：(3)肌肉局部血流不足，处于相对缺氧状态;第28页,共85页，2024年2月25日，星期天初到高原与糖酵解供能人初到高原，高原大气压低，易缺氧糖酵解意义机体加强糖酵解以适应高原缺氧环境海拔5000米背景：结论：第29页,共85页，2024年2月25日，星期天某些病理状态与糖酵解供能

某些病理情况下机体主要通过糖酵解获得暂时能量。糖酵解意义严重贫血大量失血呼吸障碍肺及心血管等疾病第30页,共85页，2024年2月25日，星期天

无线粒体，无法通过氧化磷酸化获得能量糖酵解意义

代谢极为活跃，即使不缺氧,也常由糖酵解提供部分能量。成熟红细胞：视网膜、神经、白细胞、骨髓、肿瘤细胞等:视网膜某些组织细胞与糖酵解供能第31页,共85页，2024年2月25日，星期天在工业、农牧业生产中具有重要的实践意义

酒酸奶泡菜饲料第32页,共85页，2024年2月25日，星期天课堂小结反应的条件：无氧或缺氧反应的部位：细胞的胞浆反应的底物：葡萄糖/糖原反应的产物：反应的特点：乳酸、ATP一次脱氢二次底物磷酸化生理意义：定义第33页,共85页，2024年2月25日，星期天思考题

写出糖酵解的反应过程，标出脱氢、产能的部位，指出限速酶第34页,共85页，2024年2月25日，星期天二糖的有氧氧化

(aerobicoxidation)

概念

反应部位过程特点意义第35页,共85页，2024年2月25日，星期天

糖的有氧氧化（一）定义：葡萄糖在有氧的条件下彻底氧化生成CO2、H2O和大量ATP的代谢过程，称为糖的有氧氧化。（二）反应部位：细胞液和线粒体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。C6H12O6+6O26CO2+6H2O+36/38ATP第36页,共85页，2024年2月25日，星期天糖有氧氧化概况葡萄糖→…→丙酮酸→丙酮酸→乙酰CoACO2+H2O+ATP三羧酸循环糖的有氧氧化乳酸糖酵解线粒体内胞浆糖的有氧氧化与糖酵解第37页,共85页，2024年2月25日，星期天糖的有氧氧化与糖酵解细胞胞浆线粒体葡萄糖→→……→→丙酮酸→乳酸(糖酵解)葡萄糖→→……→→丙酮酸CO2+H2O+ATP(糖的有氧氧化）丙酮酸第38页,共85页，2024年2月25日，星期天（三）反应分为三个阶段第一阶段：丙酮酸的生成（在细胞液中进行）第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧（在线粒体中）葡萄糖＋2NAD＋＋2ADP＋2Pi2丙酮酸＋2ATP＋2NADH＋2H＋第三阶段：三羧酸循环（线粒体中）第39页,共85页，2024年2月25日，星期天丙酮酸的生成（胞浆）葡萄糖+NAD++2ADP+2Pi

2（丙酮酸+ATP

+NADH+H+

）2丙酮酸进入线粒体进一步氧化2(NADH+H+)2H2O+6/8ATP线粒体内膜上特异载体穿梭系统氧化呼吸链第40页,共85页，2024年2月25日，星期天丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶ANAD+NADH+H+

丙酮酸乙酰CoA+CoA-SH辅酶ASCoA+CO2COO丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+

丙酮酸脱氢酶系第41页,共85页，2024年2月25日，星期天丙酮酸脱氢酶系3种酶：丙酮酸脱羧酶(TPP、Mg2+)

二氢硫辛酸乙酰基转移酶(硫辛酸、辅酶A)

二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+)6种辅助因子：

TPP、Mg2+、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD+

（含B1、泛酸、B2、PP四种维生素）

第42页,共85页，2024年2月25日，星期天乙酰辅酶A进入三羧酸循环三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle，TAC)又称柠檬酸循环(citricacidcycle)/Krebs循环(Krebscycle)。

乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成含3个羧基的柠檬酸开始，经过一系列代谢反应，乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程称为三羧酸循环。第43页,共85页，2024年2月25日，星期天三羧酸循环

反应过程反应特点意义第44页,共85页，2024年2月25日，星期天三羧酸循环的反应过程（一）缩合反应（二）柠檬酸异构化生成异柠檬酸（三）异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸（四）α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA（五）琥珀酰CoA水解生成琥珀酸（六）琥珀酸脱氢生成延胡索酸（七）延胡索酸加水生成苹果酸（八）草酰乙酸的再生第45页,共85页，2024年2月25日，星期天CH3

—C～SCoA+CH2OOC—COOHCH2COOH柠檬酸合成酶HO—C—COOHCH2COOHCH2COOHHSCoAH2OHHHHCH2COOHO柠檬酸合成酶乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸HSCoA（一）缩合反应柠檬酸合成酶是三羧酸循环的第一个限速酶H2O(citrate)HHHHHH第46页,共85页，2024年2月25日，星期天（二）柠檬酸异构化为异柠檬酸HOC—COOHCHCOOHCH2COOHHC—COOHCHCOOHCHCOOHCHCOOHCH2COOHCH2COOHHOH2OH2O顺乌头酸酶顺乌头酸酶HOHH2OHOHH2O柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸(isocitrate)(citrate)—第47页,共85页，2024年2月25日，星期天HOH（三）异柠檬酸生成α-酮戊二酸CHCOOHCHCOOHCH2COOHCCOOHCHCOOHCH2COOHHO异柠檬酸HOCH2CHCOOHCH2COOHOHCOONAD+NADH+H+异柠檬酸脱氢酶CO2CO2草酰琥珀酸α-酮戊二酸

这是三羧酸循环的第一次氧化脱羧反应，异柠檬酸脱氢酶是第二个限速酶。异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶HH(α-ketoglutarate)第48页,共85页，2024年2月25日，星期天（四）α-酮戊二酸氧化脱羧反应CH2CHCOOHCH2COOHOα-酮戊二酸CH2CH2COOH+HSCoACO～SCoA琥珀酰CoANAD+NADH+H+CO2α-酮戊二酸脱氢酶复合体α-酮戊二酸脱氢酶复合体

这是三羧酸循环的第二次氧化脱羧反应，α-酮戊二酸脱氢酶复合体是第三个限速酶。COOCO2HHHH(succinylCoA)第49页,共85页，2024年2月25日，星期天（五）琥珀酸的生成CH2CH2COOHCO～SCoA琥珀酰CoAGDP+Pi+GTPCoASHCH2COOHCH2COOH琥珀酸琥珀酰CoA合成酶这是三羧酸循环的唯一一次底物水平磷酸化。～GTP+ADPATPGTP(succinate)第50页,共85页，2024年2月25日，星期天HH（六）延胡索酸的生成CHCOOHCHCOOH琥珀酸+FADCHCOOHCHCOOHHHHH+FADH2H2延胡索酸琥珀酸脱氢酶(succinate)(fumarate)第51页,共85页，2024年2月25日，星期天HOHH2O（七）苹果酸的生成CHCOOHCHCOOH延胡索酸H2OCHCOOHCHCOOHHOH延胡索酸酶苹果酸+(fumarate)(malate)第52页,共85页，2024年2月25日，星期天（八）草酰乙酸的再生CHCOOHCCOOH苹果酸OC—COOHCH2COOH草酰乙酸NAD+NADH+H+HHOH苹果酸脱氢酶HOHHH(malate)(oxaloacetate)第53页,共85页，2024年2月25日，星期天柠檬酸草酰乙酸乙酰CoACoAH2O柠檬酸合成酶顺乌头酸琥珀酰CoA异柠檬酸H2OH2O异柠檬酸脱氢酶NAD+NADH+H+CO2α-酮戊二酸脱氢酶复合体柠檬酸合成酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体延胡索酸苹果酸FADFADH2H2O草酰琥珀酸CO2NAD+NADH+H+三羧酸循环琥珀酸GDPGTPATPNADH+H+NAD+α-酮戊二酸CO2CO2HHHHH2HHNAD+NAD+NAD+FADATP第54页,共85页，2024年2月25日，星期天四、反应特点1、需氧2、不可逆：三个限速酶3、两次脱羧、四次脱氢（三次受体是NAD，一次是FAD）、一次底物水平磷酸化，4、共产生12molATP第55页,共85页，2024年2月25日，星期天(五)糖有氧氧化的生理意义

糖有氧氧化的基本生理功能是氧化供能。

糖有氧氧化是体内三大营养物质代谢的总枢纽。

糖有氧氧化途径与体内其他代谢途径有着密切的联系。第56页,共85页，2024年2月25日，星期天糖有氧氧化过程中ATP的生成第一阶段：葡萄糖→2丙酮酸第二阶段：2丙酮酸→2乙酰CoA第三阶段：2乙酰CoA→2CO2+4H2O

2ATP

糖的有氧氧化底物磷酸化氧化磷酸化2×3ATP2×11ATP葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP糖原中的1mol葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP36/38

ATP37/39

ATP2×2/3ATP2×ATP第57页,共85页，2024年2月25日，星期天α-酮戊二酸氨基酸、糖及脂肪代谢的联系草酰乙酸延胡索酸琥珀酰CoA柠檬酸乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸甘油三酯葡萄糖或糖原磷酸丙糖乳酸丙酮酸酮体磷酸甘油脂肪酸乙酰乙酰CoAGlu

Leu、Met、Ser、Thr、ValArgGlnHisPro

Leu、Lys、Phe、Tyr、TrpIleLeuTrpAsp、AsnPhe、TyrAla、CysGly、SerThr、Trp蛋白质第58页,共85页，2024年2月25日，星期天

三羧酸循环不仅是各种有机物质氧化分解的共同途径、释放能量最多的氧化分解阶段，而且架起了三大类物质相互转化、相互联系的桥梁。

写出三羧酸循环的反应过程，标出脱羧、脱氢、产能部位，指出限速酶及其调节物。

小结：返回第59页,共85页，2024年2月25日，星期天第三节糖的合成代谢

一、光合作用

二、糖原合成

三、糖原异生作用

第60页,共85页，2024年2月25日，星期天一、糖原的合成

糖原的知识糖原的合成第61页,共85页，2024年2月25日，星期天非还原端：多个还原端非还原端形状：树枝状分子量：100～1000万还原端：一个糖原的结构特点第62页,共85页，2024年2月25日，星期天

部位：肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中糖原合成

定义：由单糖合成糖原的过程称为糖原的合成(glycogenesis)。

单糖:

葡萄糖(主要)、果糖、半乳糖等第63页,共85页，2024年2月25日，星期天(1)葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖ATPADP

葡萄糖激酶Mg2+葡萄糖(glucose)6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)葡萄糖+ATP6-磷酸葡萄糖+ADP第64页,共85页，2024年2月25日，星期天6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖(2)6-磷酸葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)第65页,共85页，2024年2月25日，星期天(3)尿苷二磷酸葡萄糖的生成1-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)UTP尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)(uridinediposphateglucose)PPiUDPG焦磷酸化酶UTP+1-磷酸葡萄糖UDPG+PPiH2O2Pi第66页,共85页，2024年2月25日，星期天(4)UDPG中的葡萄糖连接到糖原引物上尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)糖原引物(Gn)(glycogenprimer)糖原合酶糖原(Gn+1)(glycogen)UDP第67页,共85页，2024年2月25日，星期天(5)分支酶催化糖原不断形成新分支链糖原引物糖原合酶分枝酶糖原合成的限速酶12~18G第68页,共85页，2024年2月25日，星期天糖原合成图

消耗能量需要引物非还原端葡萄糖1-磷酸葡萄糖糖原(1→4和1→6葡萄糖单位)6-磷酸葡萄糖ATPADPUDPGUTPPPi糖原(1→4葡萄糖单位)糖原引物UDP返回第69页,共85页，2024年2月25日，星期天二、糖异生作用（gluconeogenesis）

概念过程意义第70页,共85页，2024年2月25日，星期天糖异生作用的概念

定义：

由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生作用。

原料：

生糖氨基酸、丙酮酸、乳酸、甘油及三羧酸循环中的有机酸

部位：

肝脏（主要）及肾脏（饥饿时）第71页,共85页，2024年2月25日，星期天糖异生作用的过程

基本上是糖酵解的逆过程跨越三个能障

(energerybarrier)

跨越一个膜障

(membranebarrier)第72页,共85页，2024年2月25日，星期天糖酵解过程葡萄糖6-磷酸果糖

磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛2×2-磷酸甘油酸2×丙酮酸6-磷酸葡萄糖ADPATP1,6-二磷酸果糖ADPATP2×1,3-二磷酸甘油酸2×Pi2×NADH+2H+2×NAD+2×3-磷酸甘油酸2×ADP2×ATP2×磷酸烯醇式丙酮酸2×H2O2×烯醇式丙酮酸2×ADP2×ATP2×乳酸三个不可逆过程第73页,共85页，2024年2月25日，星期天6-磷酸葡萄糖的水解葡萄糖

6-磷酸葡萄糖ATPADP糖的分解代谢葡萄糖激酶(肝)H3PO4H2O糖的异生作用葡萄糖-6-磷酸酶肝底物循环第74页,共85页，2024年2月25日，星期天1,6-二磷酸果糖的水解6-磷酸果糖

1,6-二磷酸果糖ATPADP糖的分解代谢磷酸果糖激酶-1H3PO4H2O糖的异生作用果糖二磷酸酶-1底物循环第75页,共85页，2024年2月25日，星期天丙酮酸转变为草酰乙酸丙酮酸+CO2

+ATP草酰乙酸+ADP+Pi+

CO2

+AT