糖及糖代謝實用教案

1、一、糖的定義、分類、結(jié)構(gòu)及功能 1定義：糖是多羥基(qingj)醛或多羥基(qingj)酮及其縮聚物和衍生物的總稱。葡萄糖為多羥基(qingj)醛醛糖（aldose）果糖為多羥基(qingj)酮酮糖（ketose） 第1頁/共47頁第一頁，共47頁。 2功能：糖是自然界存在的一類有機物，廣泛存在于動、植物 及微生物體內(nèi)，尤其以植物含量最多，約占干重的 80%以上。 一切生物體維持生命活動所需的能量來源； 生物體合成其它化合物的基本(jbn)原料C源； 參與細胞識別和信息傳遞； 與免疫、血型、細胞間聯(lián)系有關(guān)。第2頁/共47頁第二頁，共47頁。 3分類 按組成及水解情況能否水解分為： 單糖：不能被

2、水解為更小的單位，具有一個自由的醛基(酮基) 以及兩個以上OH。 按所含C數(shù)：丙糖（3C）、丁糖（4C）、戊糖 （5C）、己糖（6C）、庚糖（7C）。 按所含基團分為：醛糖； 酮糖。 寡糖：由2-10個單糖縮合而成，水解后產(chǎn)生(chnshng)單糖。 如：蔗糖、麥芽糖、乳糖等。 多糖：由多個單糖縮合而成，水解后產(chǎn)生(chnshng)多個單糖。 如： 淀粉、纖維素、糖原等。第3頁/共47頁第三頁，共47頁。4結(jié)構(gòu) 單糖結(jié)構(gòu)：直鏈狀； 環(huán)狀（5C以上）。 l 單糖的直鏈狀結(jié)構(gòu)與L、D構(gòu)型 例如：甘油醛分子（最簡單的單糖）甘油醛分子中有一個不對稱（手性）C原子C*。C*：C上的四個單鍵與四個不同的原

3、子或基團相連。對C*而言，OH可在左或右，形成一對對映異構(gòu)體。為便于研究，人為規(guī)定如下： 醛基寫在上面，C*上，凡羥基(qingj)在右邊的規(guī)定為D-型； C*上，凡羥基(qingj)在左邊的規(guī)定為L-型。*第4頁/共47頁第四頁，共47頁。其他單糖都以甘油醛為標準比較。3C以上糖有2個以上C*，構(gòu)型的確定(qudng)以距醛基（或酮基）最遠的C*為準： 在該C*上的OH在右邊為D-型糖， 在C*上的OH在左邊為L-型糖。第5頁/共47頁第五頁，共47頁。 l 單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)與-構(gòu)型 5C以上單糖除直鏈結(jié)構(gòu)外還可通過醛（酮）基與其他C原子上的OH成環(huán)生成(shn chn)半縮醛。如葡萄糖（6C

4、）：C1-C5成六元環(huán)； C1-C4成五元環(huán)； 六元環(huán)比五元環(huán)穩(wěn)定。 第6頁/共47頁第六頁，共47頁。 成環(huán)后，C1也成為不對稱C*原子，半縮醛羥基可有兩種不同的排列方式(fngsh)，由此產(chǎn)生和兩種異構(gòu)體。 、-的確定： -型：半縮醛羥基與決定DL構(gòu)型的羥基同側(cè)為 -型； -型：半縮醛羥基與決定DL構(gòu)型的羥基不同側(cè)為-型。第7頁/共47頁第七頁，共47頁。 寡糖結(jié)構(gòu)寡糖是由210個單糖縮合而成常見的寡糖： 1）蔗糖： 葡萄糖果糖。 廣泛存在(cnzi)植物，甜菜，甘蔗中最 多。第8頁/共47頁第八頁，共47頁。2）麥芽糖 葡萄糖 葡萄糖， 發(fā)芽(f y)谷物中；淀粉水解可得。 3）乳糖：半

5、乳糖葡萄糖， 動物的乳汁中。 第9頁/共47頁第九頁，共47頁。 多糖： A淀粉(dinfn)：由多個-D-葡萄糖組成。存在于植物的根莖和種子 中。 淀粉(dinfn)：直鏈淀粉(dinfn)：-D-葡萄糖，以-1，4糖苷鍵相連。 支鏈淀粉(dinfn)：-D-葡萄糖，以-1，4糖苷鍵相連成主鏈， 分支處以-1，6糖苷鍵相連。直鏈淀粉(dinfn)：第10頁/共47頁第十頁，共47頁。支鏈淀粉：性質(zhì)(xngzh);：與碘反應(yīng)呈藍色或紫色。 第11頁/共47頁第十一頁，共47頁。淀粉(dinfn)：第12頁/共47頁第十二頁，共47頁。B糖元 存在：動物體的肝，肌肉動物淀粉(dinfn)。 結(jié)構(gòu)

6、：以-D-葡萄糖為基本單元，與支鏈淀粉(dinfn)相似但分支多 而短。 性質(zhì)：與碘反應(yīng)呈紅色。C纖維素 存在：植物細胞壁或支撐組織，是地球上最豐富的有機物。 結(jié)構(gòu)：以-D-葡萄糖為基本單元。 以-1，4糖苷鍵相連。 第13頁/共47頁第十三頁，共47頁。二、糖代謝（一）糖的消化吸收 寡糖或多糖都不能被機體直接吸收，必須經(jīng)降解成單糖后才能被吸收利用。 口腔：多糖少量雙糖、單糖 微生物分泌胞外酶：多糖雙糖、單糖，吸收 胃：暫時停留，胃酸(wi sun)抑制唾液淀粉酶，糖不消化。 腸：多糖雙糖、單糖 雙糖單糖 血液循環(huán) 全身第14頁/共47頁第十四頁，共47頁。（二）糖的分解代謝 糖酵解：糖乳酸；

7、主要三條(sn tio)途徑 有氧氧化：糖CO2、H2O,（經(jīng)三羧酸循環(huán)）; 磷酸戊糖途徑：糖CO2、H2O。第15頁/共47頁第十五頁，共47頁。 1糖無氧分解（酵解）：糖在無氧或缺氧條件下，經(jīng)一系列中 間步驟分解成（丙酮酸）乳酸，并釋 放少量能量的過程。 此過程與酵母菌在無氧條件下產(chǎn)生乙醇和CO2的生醇發(fā)酵過程類似(li s)，故稱為酵解或無氧酵解。 酵解與發(fā)酵的區(qū)別，僅產(chǎn)物不同：發(fā)酵：乙醇 + CO2 酵解：乳酸 乳酸 （酵解）葡萄糖丙酮酸 乙醛乙醇 （生醇發(fā)酵）第16頁/共47頁第十六頁，共47頁。 糖酵解過程、途徑(tjng)及有關(guān)的酶第17頁/共47頁第十七頁，共47頁。糖酵解過程

8、、途徑(tjng)及有關(guān)的酶第18頁/共47頁第十八頁，共47頁。四個階段：AG 1,6-二磷酸果糖(gutng)： 由葡萄糖或糖原開始，經(jīng)磷酸化、磷酸解及異構(gòu)等反應(yīng)生成 1，6-二磷酸果糖(gutng)， 耗能。BF-1,6-二P 3-磷酸甘油醛： 1，6-二磷酸果糖(gutng)降解成2個3C糖3-磷酸甘油醛和磷酸二 羥丙酮，2個3C糖可互變，發(fā)生氧化脫氫。C3-磷酸甘油醛 丙酮酸： 由2分子3-磷酸甘油醛生成2分子丙酮酸，此過程有兩步能產(chǎn) 生能量，產(chǎn)生的能量由ADPATP貯存。D丙酮酸 還原成乳酸： 供氫體是NADH + H+NAD+，NADH的被氧化以保持輔酶的 周轉(zhuǎn)。 乳酸是酵解終產(chǎn)

9、物。 第19頁/共47頁第十九頁，共47頁。 總結(jié)（特點）A 總反應(yīng)及自由能變化 C6H12O6 2C3H6O3 GO=-196 KJ/mol（放能） 葡萄糖 乳酸 由11種酶催化，包括12個步驟 2ADP+2H3PO42ATP+2H2O GO=30.512 KJ/mol（吸能）總反應(yīng)：C6H12O6 + 2ADP+2H3PO4 2C3H6O3 +2ATP+2H2O 葡萄糖 乳酸 GO=-134.97 KJ/mol 整個過程有大量自由能釋放，反應(yīng)平衡方向趨于-乳酸有足夠的能量(nngling)形成2個ATP。能量(nngling)回收率：230.51/196 100%=31% 酵解 230.5

10、1/217.6 100%=28% 發(fā)酵第20頁/共47頁第二十頁，共47頁。B條件：無O2或O2供應(yīng)不足時。C可逆性：除、不可逆，其他(qt)都可逆， 使整個過程不可逆。不可逆處均為限速酶。D反應(yīng)部位：細胞漿。E從G-丙酮酸之間的中間產(chǎn)物都是磷酸化的。第21頁/共47頁第二十一頁，共47頁。F能量轉(zhuǎn)移及ATP形成 消耗：從G開始： 2分子(fnz)ATPG G-6-P F-6-P F-1，6-二P 從糖原開始： 1分子(fnz)ATP F-6-P F-1，6-二P 產(chǎn)生：4分子(fnz)ATP21，3-二P甘油酸 3-P甘油酸 2P烯醇式丙酮酸 烯醇式丙酮酸 凈得：從G開始： 4-2 = 2

11、ATP 從糖原開始： 4-1 = 3 ATP ATP產(chǎn)生方式：底物磷酸化。G酵解過程雖有氧化反應(yīng)，但無需O2參加， 是一個不需O2的產(chǎn)能途徑。第22頁/共47頁第二十二頁，共47頁。 生理意義1、為厭氧微生物供能。2、提供能量使機體(jt)或組織有效地適應(yīng)缺氧情況。 無O2、缺O(jiān)2時的供能方式 激烈運動時： 快速供能。 運動時體內(nèi)ATP很快耗完，此時即使氧供應(yīng)充足 也需要以無氧方式供能因有氧供能慢于酵解。第23頁/共47頁第二十三頁，共47頁。 體內(nèi)能量需要增加，糖分解加速。氧消耗增加， 此時即使呼吸和循環(huán)加快以增加供氧量，也不 能滿足體內(nèi)氧化所需要的氧量，機體處于相對缺 氧狀態(tài)，故酵解加快。

12、 乳酸產(chǎn)生過量，肌肉有酸痛感。 病理情況(qngkung)如下：如失血，呼吸障礙，肺及心血管病 等引起氧供應(yīng)不足（注意酸中毒）。第24頁/共47頁第二十四頁，共47頁。3、某些組織或細胞主要(zhyo)獲能方式 成熟紅細胞，視網(wǎng)膜、等，即使有氧也靠酵解供能。 腫瘤細胞無氧分解旺盛。4、其他單糖分解的一條重要途徑。5、有氧分解準備糖徹底氧化成CO2 、H2O的必要 準備。 糖 初步分解 TCA CO2 、H2OEMPO2第25頁/共47頁第二十五頁，共47頁。2糖的有氧氧化 定義(dngy)：糖（糖原）在有氧情況下氧化成CO2和H2O并釋放出大量 能量的過程。 （糖的無氧酵解和有氧氧化有一段共同

13、途徑：G丙酮酸） 無氧酵解時： 丙酮酸乳酸（還原） 有氧氧化時： 丙酮酸氧化脫羧 乙酰CoA TCA CO2、H2O、 能 （徹底氧化）第26頁/共47頁第二十六頁，共47頁。 有氧氧化(ynghu)三階段： 丙酮酸的生成：G-丙酮酸 （細胞液） 乙酰CoA生成：丙酮酸-乙酰CoA（線粒體） 乙酰CoA徹底氧化(ynghu) 三羧酸循環(huán)：乙酰CoA -CO2 + H2O （線粒體） 第27頁/共47頁第二十七頁，共47頁。 有氧氧化途徑及酶1） 丙酮酸生成 G丙酮酸 過程與糖無氧酵解相同。 一點不同：3-磷酸甘油醛脫氫酶產(chǎn)生(chnshng)的H 還原成乳酸 無氧 呼吸鏈 有氧2） 乙酰CoA

14、生成丙酮酸脫氫酶系為一多酶復合體，有三種酶、六種輔因子組成。 第28頁/共47頁第二十八頁，共47頁。2）乙酰CoA生成(shnchn)丙酮酸脫氫酶系為一多酶復合體，有三種酶、六種輔因子組成。第29頁/共47頁第二十九頁，共47頁。3）三羧酸循環(huán) 乙酰輔酶A徹底氧化Tricarbaxylic acid CycleTCA循環(huán)（4個三羧酸） 檸檬酸循環(huán) Krebs循環(huán)(1937年）通過TCA，乙酰CoA在一系列酶作用(zuyng)下被氧化成CO2 和 H2O。反應(yīng)過程：第30頁/共47頁第三十頁，共47頁。第31頁/共47頁第三十一頁，共47頁。 三 羧 酸 循 環(huán)第32頁/共47頁第三十二頁，共

15、47頁。 有氧氧化及三羧酸循環(huán)總結(jié)主要TCA 1） 總反應(yīng)及自由能變化(binhu)總反應(yīng)： C6H12O66O2 - 6CO26H2O G0=-2870 KJ/mol （酵解 G0196 KJ/mol） 酵解只能釋放出葡萄糖分子化學能的一小部分，酵解產(chǎn)物乳酸中還有許多能量。 葡萄糖氧化時釋放的能量多且大部分在TCA中釋放。第33頁/共47頁第三十三頁，共47頁。2） 反應(yīng)情況 ATCA從乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸開始， 每循環(huán)一次：消耗一個(y )乙酰CoA； 不消耗草酰乙酸； 草酰乙酸可重復與乙?；Y(jié)合，開始又一次循 環(huán) ，使循環(huán)周而復始進行。第34頁/共47頁第三十四頁，共47頁。

16、B每循環(huán)(xnhun)一次有2個C原子以乙酰CoA進入，發(fā)生二次 脫羧生成2分子CO2。 異檸檬酸脫羧，酮戊二酸氧化脫羧。 脫羧生成的CO2的去向：提供機體生物合成； 其余排到體外。第35頁/共47頁第三十五頁，共47頁。 C有4次脫H, 放出4對H（42H） H受體： 3個NAD 1個 FAD 4對H 經(jīng)呼吸鏈傳遞給氧 H2O ； 同時偶聯(lián)磷酸化作用(zuyng)生成ATP。第36頁/共47頁第三十六頁，共47頁。 D TCA循環(huán)一次用去2個H2O：檸檬酸合成 延胡索酸水化 3）TCA在線粒體中進行，一些反應(yīng)在生理條件下是不 可逆的， 其中(qzhng)，不可逆，使總循環(huán)不可 逆，保證線粒體

17、供能系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第37頁/共47頁第三十七頁，共47頁。5) 能量計算及ATP生成 .G - G-6-P -1ATP F-6-P - F-1.6-二P -1ATP 3-P-甘油醛 1.3二P-甘油酸 +32 ATP 無O2 ： +2ATP （+22） 有O2：2+6=+8ATP 1.3二P甘油酸 3-P-甘油酸 +12 ATP* （底物磷酸化） P烯醇式丙酮酸 烯醇丙酮酸 +12 ATP* （底物磷酸化） .丙酮酸 - 乙酰CoA +32 ATP 6ATP . 異檸檬酸 - 草酰琥珀酸 +32 ATP 酮戊二酸 - 琥珀酸CoA +32 ATP TCA：122=24ATP 琥珀酰CoA -

18、琥珀酸 +12 ATP* 琥珀酸 - 延胡索酸 +22 ATP 蘋果酸 - 草酰乙酸 +32 ATP 總計凈得： 38（36）ATP 3P甘油醛 1.3 二磷酸甘油酸在胞液中進行(jnxng)， NADH 需進入線粒體才能進入呼吸鏈，依NADH由胞液-線粒體的方式不同，生成的ATP數(shù)不同。第38頁/共47頁第三十八頁，共47頁。 有氧氧化(ynghu)生理意義1）氧化(ynghu)供能：提供比糖酵解大的多的能量，是機體獲 能的有效方式。 一分子葡萄糖 酵解： 2 分子ATP生成 有氧氧化(ynghu)： 38分子ATP生成2）TCA是糖、脂肪、蛋白質(zhì)三大類物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化樞紐。3）TCA中各種中間

19、產(chǎn)物，對其他化合物的合成也有重 要意義C骨架。 第39頁/共47頁第三十九頁，共47頁。（三）糖的合成代謝(dixi) 1糖原的合成（人及動物） 糖原：由多個-D-葡萄糖組成的帶有分枝的大分子 多糖，糖原分子中， 主鏈： 葡萄糖以-1，4-糖苷鍵相連； 側(cè)鏈： 葡萄糖以-1，6-糖苷鍵相連。 糖原合成：細胞將攝取的葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)樘窃倪^程。 （耗能）第40頁/共47頁第四十頁，共47頁。糖原是機體內(nèi)葡萄糖的貯存形式： 當機體內(nèi)能量供給充足(chngz)時：G糖原 當機體內(nèi)能量供給不足時：糖原分解G糖原合成意義：貯存能量，不致浪費。機體各組織均可合成糖原，以肝、肌肉中貯存最多。腦活動旺盛但能量貯存很少，需不斷由血糖供給。 只有肝糖原-血糖（血液中葡萄糖） 血糖正常值：80100mg/100ml血（5mmol/L）第41頁/共47頁第四十一頁，共47頁。第42頁/共47頁第四十二頁，共47頁