生物化學(xué)視頻專輯課件糖代謝

1、生物化學(xué)Biochemistry南文濱 講師生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 醫(yī)用生物學(xué)教研室 2第二章 糖代謝(Carbohydrates Metabolism)第一節(jié) 糖的消化第二節(jié) 糖的分解代謝第三節(jié) 糖元的合成與分解第四節(jié) 血糖水平的調(diào)節(jié)3第一節(jié) 糖的消化（一）消化的概念廣義指食物在消化道內(nèi)進(jìn)行分解的過程。從生化研究角度是指結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子物質(zhì)（如淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)）在消化道內(nèi)經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，分解為可吸收的小分子物質(zhì)的過程。4淀粉唾液中的-淀粉酶胰液中的-淀粉酶麥芽糖麥芽三糖異麥芽糖臨界糊精-葡萄糖苷酶-臨界糊精酶葡萄糖乳糖蔗糖口腔小腸腸粘膜上皮細(xì)胞刷狀緣半乳糖葡萄糖果糖葡萄糖5乳糖不耐癥:一些成

2、年人由于缺乏乳糖酶導(dǎo)致在飲用牛奶后，牛奶中的乳糖不能被水解而在腸中積聚，經(jīng)細(xì)菌作用后產(chǎn)生H2、CH4和乳酸等，引起腹脹、腹瀉等癥狀。the big bang Leonard6SGLT:Na+依賴性葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白吸收途徑7糖脂肪蛋白質(zhì)葡萄糖脂肪酸甘油氨基酸乙酰輔酶ACO22HH2O呼吸鏈三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)丙酮酸8糖代謝的概況（葡萄糖的來源與去路）第二節(jié) 糖的分解代謝9糖的分解代謝糖酵解糖的有氧氧化磷酸戊糖途徑10糖的分解代謝 葡萄糖酵解丙酮酸OX乙酰CoA三羧酸循環(huán)CO2+H2O無氧分解 （有氧、無氧）有氧分解 （有氧） 分解代謝注意的幾個問題場所酶（關(guān)鍵酶）及影響因素原料反應(yīng)產(chǎn)物CO2,H2

3、O,ATP的數(shù)目（脫幾次氫，遞氫體）有無底物水平磷酸化此反應(yīng)的意義11一. 糖酵解 (glycolysis) （一）定義 葡萄糖在無氧的條件下分解生成乳酸和ATP的過程稱為糖的無氧分解。由于此過程與酵母菌生醇發(fā)酵的過程基本相似，故又稱為糖酵解。12反應(yīng)部位 胞液，可以發(fā)生在各種組織細(xì)胞。反應(yīng)過程關(guān)鍵酶（限速酶） 己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶13 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖糖原6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮1,3-二磷酸甘油酸2磷酸烯醇式丙酮酸2烯醇式丙酮酸2丙酮酸2乳酸2(胞液)己糖激酶磷酸果糖激酶3-磷酸甘油酸2 2-磷酸甘油酸22ADP 2AT

4、P丙酮酸激酶NAD+NADH+H+NADH+H+ADPATPADPATP脫氫酶2ATP2ADP糖酵解NADH+H+NAD+14（二）糖酵解過程第一階段：由葡萄糖分解形成丙酮酸，稱為酵解途徑 (glycolysis pathway) 。第二階段：在缺氧狀態(tài)下，丙酮酸還原為乳酸。1葡萄糖2丙酮酸2乳酸15 葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖ATP ADPMg2+ 己糖激酶(hexokinase)Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯

5、醇式丙酮酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 1.葡萄糖分解成丙酮酸16 6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?6-磷酸果糖 己糖異構(gòu)酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 G-6-P ATP ATP NADH+H+17 6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?,6-雙磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶-1GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸

6、磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸6-磷酸果糖 1,6-雙磷酸果糖F-1,6-2PATP ATP NADH+H+181,6-雙磷酸果糖 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 醛縮酶(aldolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油醛 +ATP ATP NADH+H+19 磷酸丙糖的同分異構(gòu)化磷酸丙糖異構(gòu)酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2P

7、ATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油醛 磷酸二羥丙酮 ATP ATP NADH+H+20 3-磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸 Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛脫氫酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 ATP ATP NADH+H

8、+1,3-二磷酸甘油酸21 1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸 底物分子內(nèi)部能量重新分布，釋放高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程，稱為底物水平磷酸化。 1,3-二磷酸 甘油酸3-磷酸甘油酸 ATP ATP NADH+H+1,3-二磷酸甘油酸22 3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸變位酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPA

9、DPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 ATP ATP NADH+H+2-磷酸甘油酸23 2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖?烯醇化酶(enolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸 + H2O磷酸烯醇式丙酮酸ATP ATP 2-磷酸甘油酸NADH+H+2

10、4ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶(pyruvate kinase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸， 并通過底物水平磷酸化生成ATP磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 丙酮酸NADH+H+2. 丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸25丙酮酸 乳酸 反應(yīng)中的NADH+H+ 來自于上述第6步反應(yīng)中的 3-磷酸甘油醛脫氫反應(yīng)。乳酸脫氫酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 26E1:己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖

11、激酶-1 E3: 丙酮酸激酶 NAD+ 乳 酸 糖酵解的代謝途徑GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 丙 酮 酸 磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ 糖酵解小結(jié) 反應(yīng)部位：胞漿 糖酵解是一個不需氧的產(chǎn)能過程 反應(yīng)全過程中有三步不可逆的反應(yīng)27G G-6-P ATP ADP 己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶-1 ADP ATP PEP 丙酮酸 丙酮酸激酶 產(chǎn)能的方式和數(shù)量方式：底

12、物水平磷酸化凈生成ATP數(shù)量：從G開始 22-2= 2ATP 終產(chǎn)物乳酸的去路釋放入血，進(jìn)入肝臟再進(jìn)一步代謝。分解利用 乳酸循環(huán)（糖異生）28(二)糖酵解的調(diào)節(jié)29關(guān)鍵酶 己糖激酶 6-磷酸果糖激酶-1 （最關(guān)鍵） 丙酮酸激酶 調(diào)節(jié)方式 別構(gòu)調(diào)節(jié) 共價修飾調(diào)節(jié) 30糖酵解的調(diào)節(jié)己糖激酶:催化葡萄糖進(jìn)入酵解途徑，肌肉中中的己糖激酶受6磷酸葡萄糖的別構(gòu)抑制。磷酸果糖激酶1：ATP/AMP、檸檬酸、H+ 磷酸果糖激酶2丙酮酸激酶：受高濃度ATP別構(gòu)抑制， 乙酰輔酶A和長鏈脂肪酸的抑制 1,6-二磷酸果糖。 （三）糖酵解的生理意義311. 是機(jī)體在缺氧情況下獲取能量的有效方式。2. 是某些細(xì)胞在氧供應(yīng)

13、正常情況下的重要供能途徑。 無線粒體的細(xì)胞，如：紅細(xì)胞 代謝活躍的細(xì)胞，如：白細(xì)胞、骨髓細(xì)胞二. 糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate 葡萄糖或糖原在有氧條件下通過與糖酵解相同的途徑分解為丙酮酸，進(jìn)而徹底氧化成二氧化碳和水，并產(chǎn)生大量ATP的過程稱為糖的有氧氧化。32反應(yīng)部位 胞液和線粒體(一)有氧氧化的反應(yīng)過程 33 第一階段：酵解途徑 第二階段：丙酮酸的氧化脫羧 第三階段：三羧酸循環(huán) G第四階段：氧化磷酸化 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP TAC循環(huán) 胞液 線粒體 341.丙酮酸的氧化脫羧此反應(yīng)在

14、線粒體內(nèi)進(jìn)行,是介于酵解途徑和三羧酸循環(huán)之間的橋梁。35丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成 酶E1：丙酮酸脫氫酶E2：二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶E3：二氫硫辛酰胺脫氫酶HSCoANAD+ 輔 酶 TPP 硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+SSL36丙酮酸脫氫酶37丙酮酸脫氫酶系38丙酮酸脫氫酶系39乙酰CoA 檸檬酸異檸檬酸-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸蘋果酸草酰乙酸Citric acid cycle1.檸檬酸的生成40412.異檸檬酸的生成順烏頭酸水合酶催化檸檬酸與異檸檬酸的可逆互變。423.a-酮戊二酸的生成第一次氧化脫羧反應(yīng)。434.a-酮戊二酸脫羧生成琥珀酰輔酶A第二次氧化脫羧反應(yīng)。4

15、4a-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體由三種酶組成： a-酮戊二酸脫氫酶、二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)琥珀酸酶和二氫硫辛酰胺脫氫酶。-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體相似 -酮戊二酸脫氫酶 E1 琥珀酰轉(zhuǎn)移酶 E2 二氫硫辛酸脫氫酶 E3 TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+、Mg2+a-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體455.琥珀酸的生成 TCA中唯一底物水平磷酸化直接產(chǎn)生高能磷酸化合物的步驟 GTP+ADP GDP+ATP466.延胡索酸的生成此酶含有鐵硫中心和共價結(jié)合的FAD。丙二酸為該酶的競爭性抑制劑COOHCH2COOH477.蘋果酸的生成488.蘋果酸氧化為草酰乙酸49關(guān)鍵酶有：檸檬酸合酶 -酮戊二酸脫氫酶

16、復(fù)合體 異檸檬酸脫氫酶5051三羧酸循環(huán)的總結(jié)CH3COSCoA3NADFADGDPPi2H2O 2CO23NADH3HFADH2GTPCoASH 四次氧化反應(yīng)二次氧化脫羧反應(yīng)一次底物磷酸化反應(yīng)523NADH 1FADH21GTP3X3ATP+1X2ATP+1ATP=12ATP+三羧酸循環(huán)的總結(jié)（二）三羧酸循環(huán)的生理意義 是三大營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的共同途徑；是三大營養(yǎng)物質(zhì)代謝聯(lián)系的樞紐；為其它物質(zhì)代謝提供小分子前體；為呼吸鏈提供H+ + e。5354 葡萄糖有氧氧化生成的ATP 5556丙酮酸ATP NADH 乙酰CoAATP NADHATP、NADHCa2NADH、琥珀酰CoA（三） TCA循

17、環(huán)調(diào)節(jié)ADPCa2Ca257丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的別構(gòu)調(diào)節(jié)和化學(xué)調(diào)節(jié)產(chǎn)物ATP 、 NADH 和乙酰CoA對該酶有極強(qiáng)的抑制作用， AMP、NAD 和CoA堆積時別構(gòu)激活。丙酮酸脫氫酶有兩個亞基，其中一個亞基上特定的絲氨酸殘基磷酸化后，抑制酶活性；去磷酸化則恢復(fù)活性。58檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)節(jié)。NADH是異檸檬酸和-酮戊二酸的產(chǎn)物，當(dāng)NADH/NAD增大，這兩種脫氫酶活性受抑制。琥珀酸輔酶A抑制-酮戊二酸脫氫酶，檸檬酸抑制檸檬酸合酶；ATP抑制檸檬酸合酶與異檸檬酸脫氫酶.Ca2+是收縮和放大ATP供應(yīng)的訊號。59（四） 糖有氧氧化的生理意義1.體內(nèi)產(chǎn)生CO2和能

18、量的主要途徑。2.物質(zhì)氧化分解的共同途徑。3.聯(lián)系三大物質(zhì)代謝的樞紐作用。（五）線粒體外NADH的穿梭 胞液中的3-磷酸甘油醛或乳酸脫氫，均可產(chǎn)生NADH。這些NADH可經(jīng)穿梭系統(tǒng)而進(jìn)入線粒體氧化磷酸化，產(chǎn)生H2O和ATP。A，磷酸甘油穿梭系統(tǒng)：NADH通過此穿梭系統(tǒng)帶一對氫原子進(jìn)入線粒體，只產(chǎn)生2分子ATP。 B，蘋果酸穿梭系統(tǒng)：NADH+H+的一對氫原子經(jīng)此穿梭系統(tǒng)帶入一對氫原子可生成3分子ATP。 60611、磷酸甘油穿梭（P/O=2或1.5）NAD+NADH+H+P-甘油P-二羥 丙酮P-甘油P-二羥丙酮3-P甘油脫氫酶 （胞液）FAD FADH23-P甘油脫氫酶 （內(nèi)膜）CoQFe-

19、SFP1 cytb胞液外膜膜間空間內(nèi)膜這種機(jī)制主要存在與腦及骨骼肌中622、蘋果酸-天冬氨酸穿梭（P/O=3或2.5）蘋果酸草酰乙酸NAD+NADH+H+蘋果酸草酰乙酸NAD+NADH+H+天冬氨酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸 谷氨酸-酮戊二酸1243胞液膜間空間外膜內(nèi)膜基質(zhì)1、胞液的蘋果酸脫氫酶 2、線粒體基質(zhì)的蘋果酸脫氫酶3、胞液的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶 4、線粒體基質(zhì)的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、蘋果酸-酮戊二酸反向交換載體 天冬氨酸-谷氨酸反向交換載體1動物心臟及肝臟胞質(zhì)溶膠內(nèi)NADH利用此穿梭磷酸戊糖途徑Pentose Phosphate Pathway* 概念磷酸戊糖途徑是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADP

20、H+H+，前者再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應(yīng)過程。* 細(xì)胞定位：胞 液 第一階段：氧化反應(yīng) 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2一、磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程* 反應(yīng)過程可分為二個階段 第二階段則是非氧化反應(yīng) 包括一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移。 磷酸戊糖途徑第一階段 第二階段 5-磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛 C34-磷酸赤蘚糖 C46-磷酸果糖 C66-磷酸果糖 C63-磷酸甘油醛 C36-磷酸葡萄糖(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸(C6)3 5-磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷酸核糖 C53NADP+ 3NADP+3H+

21、 6-磷酸葡萄糖脫氫酶 3NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶 CO26-磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖 NADPH+H+ NADP+ H2O NADP+ CO2 NADPH+H+ 6-磷酸葡萄糖脫氫酶 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶 HCOHCH2OH CO 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯 1. 磷酸戊糖生成 5-磷酸核糖 催化第一步脫氫反應(yīng)的6-磷酸葡萄糖脫氫酶是此代謝途徑的關(guān)鍵酶。兩次脫氫脫下的氫均由NADP+接受生成NADPH + H+。G-6-P 5-磷酸核糖 NADP+ NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+ CO2 每3分子6-磷酸葡萄糖同時參與反應(yīng)，在一系列反應(yīng)中，通過3C、4C、6C、7C等演變階段，最終生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可進(jìn)入酵解途徑。因此，磷酸戊糖途徑也稱磷酸戊糖旁路。2. 基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng) 5-磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷酸核糖 C55-磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖