1、第 六 章糖代谢Metabolism of Carbohydrates,糖的化学(简介) 多糖和低聚糖的酶促降解 糖的无氧分解 糖的有氧氧化 戊糖磷酸途径 糖的合成代谢,葡萄糖(glucose)已醛糖,果糖(fructose)已酮糖,1. 单糖 ： 不能再水解的糖。,半乳糖(galactose)已醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖,2. 寡糖,常见的二糖,麦芽糖 (maltose): 葡萄糖葡萄糖,蔗 糖 (sucrose): 葡萄糖果糖,乳 糖 (lactose): 葡萄糖半乳糖,能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。,3. 多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。,常见的多
2、糖,淀 粉 (starch),糖 原 (glycogen),纤维素 (cellulose),均是由G构成的同多糖，只是糖苷键的类型不同,其它同多糖：菊粉，壳多糖（几丁质），葡聚糖, 淀粉 是植物中养分的储存形式（根、茎），贮存多糖,淀粉颗粒,-1,6-糖苷键,-1,4-糖苷键, 糖原：是动物体内葡萄糖的储存形式(肝脏、肌肉），又称动物淀粉,糖原颗粒：糖原（12万个G）、调节蛋白、 催化糖原合成与降解的酶,多分支结构,710%,12%,肌糖原为了肌肉收缩提供能源，肝糖原是为了维持血糖平衡。均以颗粒状存在于细胞溶胶中。,非还原端（1个）,还原端（多个）, 纤维素：植物中的结构多糖，人体因无-糖苷酶
3、而不能利用。有刺激肠蠕动等作用。,（三）糖的生理功能,1. 氧化供能_主要功能,3. 作为机体组织细胞的组成成分：糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂、糖磷酸衍生物（形成重要的生物活性物质如ATP、NAD、FAD）等。,2. 为体内合成其他物质提供碳源：氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等。,1 多糖和低聚糖的酶促降解,淀粉的酶促水解 淀粉的磷酸解 *糖原的降解,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、淀粉的酶促水解,1.-淀粉酶,（唾液-淀粉酶、胰液-淀粉酶）,2. -淀粉酶,是淀粉
4、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。,-淀粉酶及-淀粉酶水解支链淀粉的示意图,-淀粉酶,-淀粉酶, 、淀粉酶降解的终产物主要是麦芽糖和极限糊精,两种淀粉酶性质的比较,3. R-酶(脱支酶）,水解-1，6糖苷键，是将及-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四种
5、水解酶的共同作用，其最终产物是葡萄糖。,二、淀粉的磷酸解,淀粉磷酸化酶（starch phosphorylase）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，称为极限糊精。,糖原降解主要有糖原磷酸化酶和糖原脱支酶催化进行。,1.糖原磷酸化酶从非还原端催化-1,4糖苷键的磷酸解。将处于末端的G残基一个一个地移去。到分枝前4个G时，淀粉磷酸化酶停止降解；糖原的继续分解需要糖原脱支酶的参与。 2.由脱支酶（转移酶）切下前3个G，转移到另一个链上；
6、3.脱支酶水解-1，6糖苷键形成直链淀粉。脱下的是一个游离葡萄糖； 4.最后由磷酸化酶降解形成G-1-P。,三、 糖原的降解,产物为：G1P (90%),糖原脱支酶：是一种双重功能酶（组成酶的多肽链上有两个起不同催化作用的活性部位）：具有转移酶并水解-1,6糖苷键的功能。,G,(10%),注意：淀粉或糖原磷酸解的产物多是G-1-P，在异构酶的作用下，不需要耗能就能转变为G-6-P，进入糖酵解（EMP）途径。,糖代谢的概况,葡萄糖,掌握各代谢的亚细胞部位、反应过程、限速酶、特点及生理意义，以及调节方式,葡萄糖分解的三条主要途径,无氧： G 丙酮酸 乳酸 （或乙醇）+ 少量ATP 有氧： G 丙酮
7、酸 CO2 + H2O+ 大量ATP 磷酸戊糖途径： G CO2 + NADPH,2 糖的无氧分解 （糖酵解） Glycolysis,酵解研究简史,1875年L. Paster 发现葡萄糖在无氧条件下被酵母菌分解生成乙醇。 1897年Buchner发现，发酵作用在不含细胞的提取液中也能进行。 1905年Arthur Harden, Willian Young分离得到中间物果糖-1,6-二磷酸等，说明葡萄糖生成乙醇的过程，中间经历了磷酸酯阶段。 Embodan G, Meyerhof O发现肌肉中也存在着与酵母发酵十分类似的不需氧的分解葡萄糖并产生能量代谢的过程，并研究清楚过程的关键中间物。 为
8、纪念Embodan G, Meyerhof O，Parnas等许多人对对阐述酵解过程的卓越贡献，从葡萄糖开始产生丙酮酸的过程被称为EMP途径。,一、糖酵解的反应过程,葡萄糖,酵解途径,丙酮酸,无氧,乳酸,乙醇,(肌肉酵解),(生醇发酵),*糖酵解(glycolysis) 过程：1分子葡萄糖在细胞质中降解产生2分子丙酮酸的过程。在不需氧情况下，进一步生成乳酸或发酵成乙醇和CO2，并释放少量能量。,（1）葡萄糖磷酸化为葡萄糖-6-磷酸*,葡萄糖 G,葡萄糖-6-磷酸G-6-P,1. 第一阶段（5steps）,第一步不可逆 需ATP供能 为糖酵解的第一个限速步骤 己糖激酶是别构酶，G-6-P是别构抑
9、制剂,EC2,* 糖酵解过程分为两个阶段 （共10步反应）,激酶（kinase）：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。激酶都需离子Mg2+作为辅助因子。,两种激酶的区别,葡萄糖磷酸化对细胞有重要意义！P317 Advantages: Active glucose, primer reactions. Phosphorylation keeps the substrate in the cell. Keeps the intracellular concentration of glucose low, favoring diffusion of glucose in
10、to the cell.,（2）葡萄糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸,葡萄糖-6-磷酸 G-6-P,果糖-6-磷酸 F-6-P,同分异构反应，醛糖酮糖,异构化反应需以开环形式进行,（3）果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸*,果糖- 6-磷酸 F-6-P,果糖-1,6-二磷酸 F-1,6- BP,第二步不可逆 需ATP供能 第二个限速步骤 PFK系别构酶，是控制糖酵解最关键的酶!！,（PFK-1）,G= 14.2 kJ/mol,果糖-1,6-二磷酸,醛缩酶,（4）六碳糖裂解,F-1,6- BP,G= +23.9 kJ/mol(实测红细胞中为-0.23 kJ/mol),EC4,（5） 丙糖磷
11、酸的同分异构化,丙糖磷酸异构酶,甘油醛-3-磷酸,二羟丙酮磷酸,以下可看作 2 分子甘油醛-3-磷酸反应。,G= 7.7 kJ/mol,葡糖磷酸 变位酶,淀粉或糖原,G-1-P,G-6-P,磷酸化酶,*从葡萄糖开始酵解形成甘油醛-3-磷酸 经历了5步反应，其中有2步不可逆反应，消耗了2个ATP。,*若从淀粉或糖原开始形成甘油醛-3-磷酸 经历了6步反应 ，只有1步不可逆反应，消耗了1个ATP。,第一阶段是一个耗能的阶段！,先投入才有回报,（6）甘油醛-3-磷酸氧化为甘油酸- 1,3-二磷酸*,甘油醛-3-磷酸,甘油酸-1,3-二磷酸,2. 第二阶段（放能阶段5steps ）,糖酵解中唯一的氧化
12、脱氢反应 甘油酸-1,3-二磷酸是高能化合物 整个反应稍吸能，但为下一步放能反应促进 重金属、碘乙酸可强烈抑制此酶活性（-SH）,H,G= +6.3 kJ/mol,3H,3H,32P,32P,（7）甘油酸-1,3-二磷酸转变成甘油酸- 3-磷酸*,第一次底物水平磷酸化反应！,甘油酸- 1,3-二磷酸,甘油酸-3-磷酸,Mg2+,(This enzyme was named for the reverse reaction),G= 18.83 kJ/mol,砷酸盐（AsO43-）是解偶联剂， 因为它破坏甘油酸-1，3-二磷酸的形成,(8)甘油酸-3-磷酸转变为甘油酸-2-磷酸,磷酸甘油酸 变位酶
13、,甘油酸-3-磷酸,甘油酸-2-磷酸,G= 4.4 kJ/mol,(9)甘油酸-2-磷酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,甘油酸-2-磷酸,PEP 是不稳定的高能化合物,氟化物是该酶强烈抑制剂：与镁结合,G= +1.8 kJ/mol,H,丙酮酸激酶,(10) 磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸 (烯醇式),第三步不可逆反应 第二次底物水平磷酸化,H,G= -31.38 kJ/mol,烯醇式丙酮酸转变成酮式丙酮酸,丙酮酸 (烯醇式),丙酮酸 (酮式),不需要酶的催化,H,pH 7,二、G丙酮酸产能的方式和数量,糖酵解过程中ATP的消耗和产生,产能方式：底物水平磷酸化 注：糖原的一个糖单位
14、 3ATP,三、丙酮酸无氧条件下的去路酵解是多数生物分解代谢的共同中心途径，但在不同生物中丙酮酸的去路有所不同。生成乳酸：如某些厌氧乳酸菌、肌肉剧烈运动时或呼吸、循环系统机能障引起的供氧不足。生醇发酵：无氧条件下，在酵母菌或其它微生物中，丙酮酸脱羧、还原生成乙醇。注:有氧条件下进入三羧酸循环：最终氧化为CO2和H2O。（第三节有氧氧化中详述）,乳酸的生成,乳酸,丙酮酸,唯一的还原反应 NADH+H+ 可来自于（6）甘油醛-3-磷酸脱氢 意义：NAD+的再生,Lactic acid Fermentation,(肌肉酵解),In anaerobic yeast, pyruvateethanol,P
15、yruvate is decarboxylated.,Acetaldehyde 乙醛 is reduced.,丙酮酸脱羧酶,乙醇脱氢酶,生醇发酵,糖酵解小结,（1） 反应部位：细胞质 （2） 糖酵解是一个不需氧的产能（少）过程 （3）反应全过程C6C3糖+C3 糖2C3酸（分解不完全）；中间产物均带磷酸基团；有三步不可逆的反应,*糖酵解的生理意义,1. 机体在缺氧或不需氧情况下获取能量的有效方式。（肌肉剧烈运动时或呼吸、循环系统机能障引起的供氧不足，厌氧乳酸菌）,2. 某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。, 无线粒体的细胞，如：红细胞 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞,四、糖酵解的调
16、节,调节酶,调节方式,（一） 果糖磷酸激酶-1(PFK-1) *,* 别构调节,别构激活剂： F-2,6-BP; AMP; ADP; Pi;,别构抑制剂： 柠檬酸; ATP ; H+,AMP、ATP竞争活性中心外的别构部位,是最关键的限速酶,最强的别构激活剂,ATP既是底物又是别构抑制剂,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,（二）丙酮酸激酶,1. 别构调节,别构抑制剂：ATP，Ala，CH3CO-CoA,别构激活剂：F-1,6-BP,2. 共价修饰调节,Pi,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,(三) 己糖激酶,别构抑制剂：G-6-P,*为什么磷酸果糖激酶是糖酵解最关键的限速酶，而己糖激酶却不是？,G-6-P并不是唯一糖酵解的中间物，有些己糖底物可不经过己糖激酶的催化途径，而且G-6-P还可进入酵解途径以外的其他代谢途径，如可转变为糖原，还可经戊糖磷酸途径进行氧化。,其它己糖也可进入酵解途径,
