第八章糖類的化學結(jié)構(gòu)及代謝

1、第八章糖類的化學結(jié)構(gòu)及代謝糖類的種類和功能主要內(nèi)容第一節(jié) 糖類的化學結(jié)構(gòu)及生物學功能第二節(jié) 糖酵解作用第三節(jié) 三羧酸循環(huán)第四節(jié) 戊糖磷酸途徑第五節(jié) 糖原分解和生物合成糖類物質(zhì)是一類多羥基醛或多羥基酮類化合物或聚合物糖的概念糖的分布廣泛分布于植物、動物和微生物中，是重要的有機化合物之一，其中以植物最多。糖的功能碳源、能源、信息分子 糖類化合物又叫碳水化合物，是自然界廣泛存在的一類化合物，如淀粉、纖維素、蔗糖、葡萄糖等都屬于糖類。 糖類化合物是由綠色植物通過光合作用合成，是自然界儲存太陽能的物質(zhì)，是人類和動植物生命活動所不可缺少的一類化合物. 糖類都是甜的？甜能夠作為判斷糖類物質(zhì)和非糖物質(zhì)的標準嗎

2、？ 糖類，又稱碳水化合物，是多羥基醛或多羥基酮及其縮聚物和某些衍生物的總稱。碳水化合物（carbohydrate）名字的來由是生物化學家在先前發(fā)現(xiàn)糖類化合物的分子式都能寫成Cn(H2O)m，故以為是碳和水的化合物。鼠李糖(C6H12O5)，是糖嗎？甲醛(CH2O)，是糖嗎？判斷Cn(H2O)m已不能作為判斷糖的標準。第一節(jié) 糖類的化學結(jié)構(gòu)和生物學功能糖類物質(zhì)分類：單糖(monosaccharide)：寡糖(oligosaccharide)：由2-6個單糖多糖(polysaccharide)：6個以上單糖復合糖：糖非糖 在生物體內(nèi)，糖類物質(zhì)主要以均一多糖、雜多糖、糖蛋白和蛋白聚糖、糖脂和脂多糖形

3、式存在。第一節(jié) 單 糖一、單糖的結(jié)構(gòu) （一）鏈狀結(jié)構(gòu)和構(gòu)型1、葡萄糖（Glucose,G）的開鏈結(jié)構(gòu)D-型和L-型Glucose什么是手性分子的構(gòu)型？ 手性分子由于不對稱碳原子各原子或原子團的空間排布關(guān)系所形成的立體化學結(jié)構(gòu)形式。（1）D- 和 L- 的含義 手性分子的異構(gòu)體用D-和L-區(qū)分，與伯醇基相連的不對稱碳原子上，-OH在右者為D-型；-OH在左者為L-型。 (2) + 和 表示旋光性 + ：順時針右 ：逆時針左。2 構(gòu)型有n個手性碳就有2的n次方個異構(gòu)體(二)環(huán)狀結(jié)構(gòu)與構(gòu)象 G分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和 -、-型異頭物。（1）為什么提出環(huán)狀結(jié)構(gòu)？因為單糖不具有醛類的某些典型反應(yīng)性能，如： 缺少

4、schiff化反應(yīng)，不能使H2SO3漂白的品紅還原。 醛類能與NaHSO3反應(yīng)，而單糖不能與NaHSO3起加成反應(yīng)。 僅與一分子醇成半縮醛反應(yīng)，不能與兩分子醇成縮醛反應(yīng)。 一般醛類在水中只有一個比旋光度，而新配制的G水溶液隨配制的時間而改變。因此，F(xiàn)isher于1893年提出了G分子的投影式結(jié)構(gòu)稱為Fisher投影式。Fisher 認為醛基與羥基發(fā)生加成反應(yīng)，分子環(huán)化成為半縮醛結(jié)構(gòu)式。（2）“吡喃”型和“呋喃”型 在分子熱力學上，六元環(huán)比五元環(huán)穩(wěn)定，故天然G多是吡喃型的。（3）“”和“”異頭物。 形成環(huán)狀半縮醛結(jié)構(gòu)后，原子隨之也變成不對稱原子。半縮醛羥基可有兩種不同的排列方位，由此產(chǎn)生了和 型

5、規(guī)定：異頭物的半縮醛羥基與決定構(gòu)型的羥基在同側(cè)者為型，在異側(cè)者為型二、單糖性質(zhì)1、 旋光性和比旋光度 單糖分子都有不對稱碳原子，因此其溶液都有旋光性 *100 Dt：比旋光度 Dt= L*C D：鈉光源（ 589.6nm） t：溫度 ，常用20 ：實測旋光度 L：旋光管長度(dm) C ： 糖濃度,g/100ml（一）物理性質(zhì)以蔗糖溶劑的甜度為100進行比較。各種糖的甜度3 .溶解度易溶于水，不溶于有機溶劑。主要體現(xiàn)在醛基和酮基上1、氧化還原反應(yīng)（以G為例）弱氧化劑（如溴水）作用下，生成葡萄糖酸 在強氧化劑（如稀硝酸）作用下，醛基和伯醇基同時被氧化，生成葡萄糖二酸；酮糖在羧基處斷裂，生成兩種酸

6、生物體內(nèi)，在專一性酶的作用下，伯醇基被氧化，生成葡萄糖醛酸酮糖不能被弱氧化劑氧化，可利用此性質(zhì)鑒別醛糖和酮糖在堿性條件下，還原糖的醛基或酮基變成非?；顫娤┐际浇Y(jié)構(gòu)，具有還原性，能使金屬離子（如Cu+ 、Ag+、Hg+、Bi+離子）還原。本身則被氧化成糖酸及其它產(chǎn)物。根據(jù)這個性質(zhì)，常常用來作糖類定性，定量分析的依據(jù)。還原反應(yīng)（二）化學性質(zhì)2、酯化反應(yīng) 單糖具有的羥基與半縮醛羥基都可與酸成酯。生物體內(nèi)常見的糖酯有磷酸酯和硫酸酯。3、成苷作用 單糖分子的半縮醛基與醇或者酚的羥基縮合成縮醛，這類化合物被稱為糖苷，其名稱叫做xx基xx糖苷，也有-與-之分。4、還原成醇 單糖分子的游離醛基被某些還原試劑如

7、鈉汞齊或硼氫化鈉等還原試劑還原。5、強酸催化脫水作用 單糖在強酸作用下，受熱脫水生成糖醛或糖醛衍生物。第二節(jié) 寡 糖和多糖26個單糖分子組成的糖稱為寡糖。自然界中，重要的是雙糖和三糖。多糖沒有確定的分子量（一）糖苷和糖苷鍵單糖的辦縮醛很容易與醇或酚的羥基反應(yīng)，失水而形成縮醛式衍生物糖苷。（二）、雙糖（disaccharide)1.蔗糖（sucrose） 1分子-D-葡萄糖和1分子-D-呋喃果糖通過 , (1,2) 糖苷鍵結(jié)合而成的。蔗糖無游離半縮醛羥基，故無還原性，稱為“非還原糖” 蔗糖的水解產(chǎn)物含D-葡萄糖和D-果糖。前者 D20為+52.2，后者為92.4。兩相抵消，水解液表現(xiàn)為正旋，與原

8、來的蔗糖不同，故稱其為“轉(zhuǎn)化糖”。 蔗糖易結(jié)晶、易溶于水，難溶于乙醇，熔點186，加熱至200,則是褐色焦糖。 2.乳糖（Lactose） 1分子-D-葡萄糖和1 分子-D-半乳糖縮合而成。不易溶于水，甜度低，是還原糖，能成脎，酵母不能發(fā)酵乳糖。 乳糖是乳汁中的主要糖分，牛奶含4%左右，人奶含5%7%。3.麥芽糖（maltose) 由兩分子-D-葡萄糖分子縮合而成。 易溶于水，屬還原糖，易被酵母發(fā)酵。工業(yè)上通過酶促水解淀粉大量生產(chǎn)麥芽糖。4.異麥芽糖（isomaltose)由兩分子葡萄糖縮合而成，與麥芽糖不同，它是,-1,6-糖苷鍵,有還原性,不能被酵母發(fā)酵（三） 多 糖一.淀粉（starch

9、)（一）分布和結(jié)構(gòu) 高等植物的根、莖、葉、花、果實、種子等組織器官中，都有淀粉存在。 淀粉由-D-葡萄糖組成，根據(jù)組成方式的不同可分為直鏈淀粉與支鏈淀粉。直鏈淀粉一般由250300個D-葡萄糖以-1，4-苷鍵連接而成，呈線型直鏈，支鏈很少。直鏈淀粉結(jié)構(gòu)支鏈淀粉結(jié)構(gòu)在支鏈淀粉分子的直鏈上，每隔2025個D-葡萄糖單元便有一個以-1，6-苷鍵連接的分支（二） 淀粉的性質(zhì)1、淀粉的糊化和凝沉（回生）（1）淀粉的糊化作用 所謂淀粉的糊化，指淀粉在水溶液中加熱吸水溶脹，當溫度升高到一定限度，體積膨脹幾十倍時，淀粉粒解體，分子內(nèi)和分子間的氫鍵斷裂，分子由原來沉積于淀粉粒中的晶形或非晶形有序狀態(tài)變成無序狀態(tài)

10、，分散在熱水中，形成膠體溶液。使淀粉發(fā)生糊化的溫度稱為糊化溫度，糊化溫度受淀粉粒大小、淀粉來源等因素影響。因此，糊化溫度是一個范圍，一般在6080間。3、淀粉的重要化學反應(yīng)（1）碘顯色反應(yīng)顯色原因直鏈淀粉顯藍色，支鏈淀粉顯紫紅色。一般天然淀粉是混合物，直鏈淀粉多，顯藍色。將顯色溶液加熱至70以上，因為糖鍵螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)象被破壞，伸展成直鏈，顏色隨之消失，冷卻后，顏色重現(xiàn)。不同鏈長的淀粉顯色不同（2）水解反應(yīng)及DE值 在酸或酶的作用下，淀粉可以水解成較小分子的糊精，進而變小成寡糖、最后成為麥芽糖或葡萄糖。隨著水解反應(yīng)的進行，還原糖逐漸增加，測定還原糖量，計算葡萄糖值，可以代表淀粉水解（糖化）的程度。

11、DE值，即葡萄糖值，就是用來表征淀粉水解程度的術(shù)語。其定義為：還原糖總量（按葡萄糖計）占試樣中干物質(zhì)質(zhì)量的質(zhì)量分數(shù)。DE值越高，說明還原糖越多，淀粉水解程度越大。（ 3）成酯反應(yīng)：與無機酸和有機酸均可成酯（4）淀粉的化學改性淀粉經(jīng)適當化學處理，分子中引入相應(yīng)的化學基團，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了一些符合特殊需要的理化性能，這種淀粉就稱為改性淀粉。對淀粉進行改性，就改變了它的分子結(jié)構(gòu)和性狀（糊化、粘性、膠凝性、凝沉性和親水性），可以作為增稠劑、膠凝劑、粘合劑、分散劑、淀粉膜等，廣泛用于紡織、印染、造紙、食品、包裝以及生化分離分析和生物材料的固定化技術(shù)等領(lǐng)域。其原料資源豐富,易生物降解,因此具有廣闊

12、的發(fā)展前景常用的有羧甲基淀粉、氧化淀粉、陽離子淀粉、交聯(lián)淀粉、接枝淀粉、多元改性淀粉二、糖 原1. 分布 糖原為動物體內(nèi)貯存的主要多糖，此多糖相當于植物體內(nèi)貯存的淀粉，所以糖原也稱為動物淀粉；高等動物的肝臟和肌肉組織中含有較多的糖原。人類肝臟中的糖原含量可達肝臟干重的百分之十左右。軟體動物也含有糖原，甚至于在玉米和一些細菌中也曾發(fā)現(xiàn)能合成類似糖原的多糖成分。 借助于甲基化作用已證明糖原的主鏈骨架由1-4糖苷鍵聯(lián)接的 -D-吡喃葡糖殘基構(gòu)成，同時發(fā)現(xiàn)糖原的甲基化產(chǎn)物中含有較多的1，4，6三甲基化的-D-吡喃葡萄糖。因此糖原分子具有較多的分支結(jié)構(gòu)。支鏈淀粉的分支結(jié)構(gòu)是以24個葡萄糖殘基為其分支的長

13、度，但糖原的分支結(jié)構(gòu)則是平均以12個葡萄糖殘基為其分支的長度 。糖原糖原3. 糖原的性質(zhì)與紅色糊精相似，無還原性，不能與苯肼作用生成糖脎，可溶于沸水及三氯乙酸，不溶于乙醇及其他有機溶劑。（可用于動物肝臟中糖原提?。?4. 糖原的生理功能能量儲存三、纖維素纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖。無論一年生或多年生植物，尤其是各種木材都含布大量的纖維素。植物體內(nèi)約有50的碳存在于纖維素的形式。估計地球上綠色植物每年大約凈產(chǎn)有機物15-201010噸，其中纖維素占三分之一至二分之一。 棉花、亞麻、芋麻和黃麻部含有大量優(yōu)質(zhì)的纖維素。木材中的纖維素則常與半纖維素和木質(zhì)素共同存在。由葡萄糖以-1,4

14、-糖苷鍵連接而成 的直鏈。天然纖維素無色、無味、難溶解，在濃酸中加熱可分解為纖維二糖 是反芻動物的主要飼料，可促進人體胃腸蠕動。纖維素是食物中一種不被消化吸收的物質(zhì)，過去認為是“廢物”，現(xiàn)在認為它在保障人類健康，延長生命方面有著重要作用。因此，稱它為第七種營養(yǎng)素。纖維素的主要生理作用是吸附大量水分，增加糞便量，促進腸蠕動，加快糞便的排泄，使致癌物質(zhì)在腸道內(nèi)的停留時間縮短，對腸道的不良刺激減少，從而可以預防腸癌發(fā)生。纖維素還能減慢人體對糖的吸收，降低血液中葡萄糖的含量，可減輕體重，控制肥胖。另外，纖維素還能預防便秘、痔瘡等疾病。四、幾丁質(zhì)（殼多糖）幾丁質(zhì)也大量存在于昆蟲和甲殼類動物的甲殼之中。因

15、此幾丁質(zhì)(chitin)可稱為甲殼質(zhì)。甲殼質(zhì)是一種白色、無定形的半透明物質(zhì)。據(jù)研究資料估計自然界中每年生成的幾丁質(zhì)約有一百億噸。在天然聚合物中幾丁質(zhì)的貯存量占第二位，僅次于纖維素。 幾丁質(zhì)的結(jié)構(gòu)幾丁質(zhì)的水解產(chǎn)物為2-氨基-D-葡萄糖(簡稱為葡糖胺)。目前認為幾丁質(zhì)是由乙酰氨基葡萄糖聚合而成的多糖。因此幾丁質(zhì)(甲殼質(zhì))也可稱為聚乙酰氨基葡糖(或殼多糖)。由幾丁質(zhì)的提純和部分水解作用可鑒出幾丁質(zhì)中的寡糖成分，從而證明幾丁質(zhì)分子為2-乙酰氨基-2-脫氧-D-吡喃葡糖的同聚物；各個殘基都是通過-l，4-糖苷鍵的形式聯(lián)接成不分支的長鏈結(jié)構(gòu)。幾丁質(zhì)也可視為纖維素的類似物。相當于纖維素的C-2位置上的羥基由

16、乙酰氨基團置換。 幾丁質(zhì)一般不單獨存在于自然界，一殷都與蛋白質(zhì)絡(luò)合或呈現(xiàn)共價的結(jié)合。 幾丁質(zhì)的結(jié)構(gòu)4.4 糖蛋白多糖 折疊和氫鍵 多糖三維折疊所遵循的原則與多肽類似：由共價鍵連接而具有不同剛性的亞基形成特定的三維大分子結(jié)構(gòu)，相互之間通過各種弱相互作用得以穩(wěn)定。直鏈淀粉最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)如圖所示，是致密的螺紋狀，由于相鄰的殘疾呈60，每個螺旋為6個殘疾，其間恰好容納碘離子，這是直鏈淀粉可常規(guī)定量檢測的原理復合糖除了用作儲存能量（淀粉、葡萄糖及糖原）和結(jié)構(gòu)物質(zhì)（纖維素、幾丁質(zhì)和肽聚糖）之外，多糖和寡糖還具有信息載體功能：即可作為某些蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移去向的標記，亦可作為細胞核細胞外基質(zhì)之間的特定細胞-細胞相互作

17、用的媒介。這些信息糖分子在這些功能中大多是共價結(jié)合于某些蛋白質(zhì)或脂質(zhì)，形成復合糖。細胞壁多糖與蛋白的連接 糖的生理功能1.供給能量: 60%(動物、植物)2.機體的重要碳源：糖代謝中間產(chǎn)物（氨基酸、脂肪酸、類固醇、核苷）3.機體結(jié)構(gòu)的重要組分：蛋白聚糖和糖蛋白（結(jié)締組織、軟骨和骨的基質(zhì)），糖蛋白和糖脂（細胞膜）4.細胞間的信息傳遞：膜糖蛋白（與細胞的免疫、識別作用有關(guān)）5.特殊生理功能的物質(zhì)：糖蛋白（激素、酶、血型物質(zhì)等）6.保護與潤滑：蛋白聚糖（粘膜與分泌物）單糖: 果糖、葡萄糖、半乳糖等；二糖: 蔗糖、麥牙糖、乳糖等；多糖: 淀粉、糖元、纖維素等。按水解程度分類：糖的分類小結(jié)按動植物分類：

18、動植物細胞共有的糖：核糖、脫氧核糖、葡萄糖動物細胞特有的糖是：糖原、乳糖植物細胞特有的糖是：果糖、蔗糖、麥芽糖、淀粉、纖維素按功能分類：生物細胞生命活動的主要能源物質(zhì)： 葡萄糖生物細胞的儲能物質(zhì)： 糖原、淀粉參與生物細胞構(gòu)成的物質(zhì)： 核糖、脫氧核糖、纖維素按是否具有還原性分類：還原性糖: 單糖、麥芽糖、乳糖等非還原性糖： 淀粉、蔗糖等生物體內(nèi)葡萄糖 ( 糖原 ) 的分解主要有三條途徑: 1、酵解（有氧或無氧） ： 葡萄糖（Glucose）丙酮酸（Pyr） 2、 三羧酸循環(huán)（有氧）: Glucose CO2 + H2O 3、戊糖磷酸途徑： Glucose CO2 + H2O第二節(jié) 糖的分解代謝此

19、外, 還有乳酸發(fā)酵、生醇發(fā)酵及乙醛酸循環(huán)。一、糖酵解（glycolysis）（一）糖酵解的概念 葡萄糖經(jīng)酶促作用降解成丙酮酸，并伴隨生成ATP的過程稱為糖酵解，也稱作Embden-Meyerhof-Parnas途徑，簡稱途徑。 此過程在細胞胞液中進行，是動物、植物和微生物細胞中葡萄糖分解的共同代謝途徑。（三）糖酵解過程 從葡萄糖或糖原開始至生成丙酮酸, 分別包括10或11步連續(xù)的酶促步驟: 1. 己糖磷酸酯的生成 3個階段 2. 丙糖磷酸的生成 3. 丙酮酸和ATP的生成EMP的化學歷程 糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮21，3

20、-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸第一階段第二階段第三階段葡萄糖己糖磷酸酯的生成丙糖磷酸的生成丙酮酸與ATP的合成ATP ADPATPADP葡萄糖激酶果糖磷酸激酶異構(gòu)酶1、己糖磷酸酯的生成從葡萄糖開始經(jīng)過三步-消耗2個ATP，有2個不可逆反應(yīng)第一步 ：葡萄糖磷酸化（注：ATP的磷酸基團轉(zhuǎn)移給接受體的反應(yīng)都由激酶催化，并需Mg2+）己糖激酶（肝為葡萄糖激酶）葡萄糖-6-磷酸葡萄糖 第二步：葡萄糖-6-磷酸生成果糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸己糖磷酸異構(gòu)酶果糖-6-磷酸第三步：果糖-6-磷酸生成果糖-1,6-二磷酸（1）不可逆反應(yīng)，第二個關(guān)鍵酶（2） G0 = -

21、14.2 kJ/mol ATP（3）果糖磷酸激酶是EMP 中最關(guān)鍵的限速酶。果糖磷酸激酶果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸如從糖原開始酵解：糖原（或淀粉）磷酸化酶+H3PO4葡糖-1-磷酸葡糖磷酸變位酶葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸磷酸己糖異構(gòu)酶葡糖磷酸變位酶催化的變位機制酶-+葡糖-1-磷酸P酶+葡糖-1,6-二磷酸酶-+葡糖-6-磷酸P CH2O- C=OHO-C-H H-C-OH H-C-OH CH2O- P果糖-1,6-二磷酸 CH2-O- P C O CH2OH H-C=O H-C-OH CH2O- P醛縮酶丙糖磷酸異構(gòu)酶（4）（5） P 2. 丙糖磷酸的生成：第四、五步果糖-1,6-

22、二磷酸分裂為兩個丙糖磷酸二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸果糖-1,6-二磷酸二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸醛縮酶二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸丙糖磷酸異構(gòu)酶果糖-1,6-二磷酸二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸丙糖磷酸異構(gòu)酶醛縮酶NAD+ NADH+H+ PiADP ATPH2OMg或MnATP ADP 丙酮酸PEP丙酮酸激酶脫氫酶激酶變位酶烯醇化酶3. 丙酮酸和ATP的生成生成2個NADH, 4個ATP第六步：甘油酸-1,3-二磷酸的生成（氧化作用）甘油醛-3-磷酸無機磷酸甘油醛-3-磷酸脫氫酶 甘油酸-1,3-二磷酸高能磷酸鍵第七步：甘油酸-3-磷酸和第一個ATP生成底物水平磷酸化核糖腺嘌呤甘油酸-1,

23、3-二磷酸甘油酸-3-磷酸核糖腺嘌呤甘油酸磷酸激酶第八步：甘油酸-2-磷酸的生成甘油酸-3-磷酸甘油酸-2-磷酸甘油酸磷酸變位酶甘油酸磷酸變位酶的作用機理+第九步：烯醇式丙酮酸磷酸的生成甘油酸-2-磷酸烯醇化酶烯醇式丙酮酸-2-磷酸高能磷酸鍵烯醇式丙酮酸磷酸丙酮酸激酶丙酮酸核糖腺嘌呤腺嘌呤核糖高能磷酸鍵第十步：丙酮酸和第二個ATP的生成底物水平磷酸化丙酮酸激酶第三個關(guān)鍵酶 + 1ATP 第三處不可逆反應(yīng)丙酮酸激酶自動烯醇式結(jié)構(gòu)酮式結(jié)構(gòu)丙酮酸 EMP 小 結(jié)： 1、底物：1分子葡萄糖或葡萄糖單位 產(chǎn)物：2分子丙酮酸 2、三步不可逆反應(yīng)（關(guān)鍵酶）： 己糖激酶 果糖磷酸激酶 丙酮酸激酶 3、耗能：2

24、分子或1分子ATP 產(chǎn)能：4分子ATP，凈生成2或3分子ATP 4、細胞定位：細胞液 5、總反應(yīng)：別構(gòu)酶 C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2C3H4O3 + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2OEMP中間產(chǎn)物磷酸化的意義： 從葡萄糖到丙酮酸，所有中間產(chǎn)物都是磷酸化的，磷酸基團的功能有三個方面： 在細胞內(nèi)接近中性環(huán)境時，各中間物質(zhì)為帶負電的極性物質(zhì)，不會因擴散而漏出細胞膜，使全部反應(yīng)在胞液中進行； 在形成ES復合物時，底物上的磷酸基團有利于結(jié)合或識別酶； 有利于保存和轉(zhuǎn)移能量。（四）糖酵解中的反應(yīng)類型：1. 磷酸轉(zhuǎn)移G + ATP G-6-P + ADP2

25、. 磷酸移位3-PG 2-PG3. 異構(gòu)化DHAP G-3-P4. 脫水2-PG PEP5. 醇醛斷裂F-1,6-2P DHAP + G-3-P（八）、丙酮酸的去路（六）糖酵解反應(yīng)速度的調(diào)控 -3個關(guān)鍵酶 （1）果糖磷酸激酶是最關(guān)鍵的限速酶 （2）己糖激酶活性的調(diào)控 （3）丙酮酸激酶活性的調(diào)節(jié) 果糖磷酸激酶是最關(guān)鍵的限速酶ADP、AMP、 -D-果糖-2,6-二磷酸是別構(gòu)激活 劑；ATP、H+是別構(gòu)抑制劑ATPAMP比值對該酶括性的調(diào)節(jié)對細胞有重 要的生理意義 H+可抑制果糖磷酸激酶活性，它可防止肌肉中 形成過量乳酸而使血液酸中毒 檸檬酸可增加ATP對酶的抑制作用-D-果糖-2,6-二磷酸可消

26、除ATP對酶的抑制效 應(yīng)，使酶活化（控制酶構(gòu)象轉(zhuǎn)換） 己糖激酶活性的調(diào)控 G-6-P是該酶的別構(gòu)抑制劑 （反饋抑制）丙酮酸激酶活性的調(diào)節(jié) 果糖-1,6-二磷酸是該酶的激活劑（前饋激活）丙氨酸是該酶的別構(gòu)抑制劑。酵解產(chǎn)物丙酮酸為丙氨酸的生成提供了碳骨架。丙氨酸抑制丙酮酸激酶的活性，可避免丙酮酸的過剩（反饋抑制）ATP、乙酰CoA等也可抑制該酶活性，減弱酵解作用（反饋抑制）糖原 三酯酰甘油 蛋白質(zhì) 葡萄糖 脂酸+甘油 氨基酸 乙酰CoA TCA循環(huán) 2H 呼吸鏈 H2O ADP+Pi ATP CO2 營養(yǎng)物在生物體內(nèi)氧化的一般過程第三節(jié)三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)的概念 概念：在有氧的情況下，葡萄糖酵解產(chǎn)

27、生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA。乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成C2O和H2O并產(chǎn)生能量的過程. 因為在循環(huán)的一系列反應(yīng)中,關(guān)鍵的化合物是檸檬酸,所以稱為檸檬酸循環(huán),又因為它有三個羧基,所以亦稱為三羧酸循環(huán), 簡稱TCA循環(huán)。由于它是由H.A.Krebs（德國）正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)。C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 36/38 ATP一、TCA循環(huán)是以形成檸檬酸為起始物的循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)TCA循環(huán)是一個由一系列酶促反應(yīng)構(gòu)成的循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)，在該反應(yīng)過程中，首先由乙酰CoA（主要來自于三大營養(yǎng)物質(zhì)的分解代謝）與草酰乙酸縮合生成含3個羧基的檸檬酸（citr

28、ic acid），再經(jīng)過4次脫氫、2次脫羧，生成4分子還原當量（reducing equivalent）和2分子CO2，重新生成草酰乙酸的這一循環(huán)反應(yīng)過程稱為三羧酸循環(huán)。 1937年，Hans Krebs利用鴿子胸?。ㄟ@塊肌肉在飛行中有相當高的呼吸頻率，因此特別適合于氧化過程的研究）的組織懸液，測定了在不同的有機酸作用下，丙酮酸氧化過程中的耗氧率，首次提出在動物組織中丙酮酸氧化途徑的假說。 Albert Szent-Gyorgyi等已經(jīng)發(fā)現(xiàn)動物肌肉組織中某些4碳二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、蘋果酸和草酰乙酸）能刺激氧的消耗。Krebs證實了這項發(fā)現(xiàn)，并且發(fā)現(xiàn)它們也可刺激丙酮酸的氧化過程。而且他還發(fā)

29、現(xiàn)肌肉中丙酮酸的氧化還可被6碳三羧酸，如檸檬酸、順烏頭酸和異檸檬酸及5碳的-酮戊二酸激活。上述有機酸的激活效應(yīng)是顯著的，任何一種這些有機酸的增加，甚至是很少量的增加都能大大激活丙酮酸的氧化過程。 Krebs的第二項重大發(fā)現(xiàn)是觀察到丙二酸對丙酮酸有氧氧化的抑制作用。丙二酸是琥珀酸的類似物，是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑，在肌肉懸浮液中，無論加入上述哪一種有機酸，只要丙二酸存在，丙酮酸的有氧氧化過程就會被抑制。這表明在涉及丙酮酸氧化的酶促反應(yīng)中，琥珀酸和琥珀酸脫氫酶必定是很關(guān)鍵的成分。Krebs進一步發(fā)現(xiàn)，當用丙二酸去抑制肌肉組織懸液中的丙酮酸的有氧氧化時，在這個懸液介質(zhì)中就會有檸檬酸、-酮戊二酸和

30、琥珀酸的積累，這表明檸檬酸和-酮戊二酸通常為琥珀酸的前體。 根據(jù)上述實驗觀察和一些其它的證據(jù)，Krebs得出一個結(jié)論：上述有機三羧酸和二羧酸可以以一個符合化學邏輯的序列排列。因為用丙酮酸和草酰乙酸與肌組織共同孵育，即可導致溶液介質(zhì)中檸檬酸的堆積，所以Krebs推理這一系列反應(yīng)是以循環(huán)的方式而不是以線性的方式存在，即它的開始和結(jié)尾是連在一起的。 從這些簡單的實驗和邏輯推理中，Krebs假定他所稱的檸檬酸循環(huán)是肌肉中碳水化合物氧化的主要途徑。檸檬酸循環(huán)也稱TCA循環(huán)，因為在Krebs提出這個循環(huán)假說的若干年以后，還不確定檸檬酸或者一些其它的三羧酸，例如異檸檬酸是否是由丙酮酸和草酰乙酸反應(yīng)所形成的第

31、一個產(chǎn)物。自Krebs提出TCA循環(huán)的假設(shè)后，研究發(fā)現(xiàn)該循環(huán)不僅在肌肉組織中起作用，而且在需氧動物和植物的所有組織中，以及許多需氧微生物中均發(fā)揮著功能。 TCA循環(huán)最初只是建立在實驗基礎(chǔ)上的假說。隨后，在體外對參與循環(huán)中酶的研究證實并闡明了該循環(huán)的細節(jié)。但是這些酶是否在完整的活細胞的循環(huán)中真正發(fā)揮功能？細胞內(nèi)該循環(huán)的效率是否足以解釋動物組織中葡萄糖氧化的效率？這些問題已經(jīng)通過用同位素標記的代謝物研究（如丙酮酸或乙酸酯分子中特定碳原子的13C或14C標記等同位素示蹤實驗），證實TCA循環(huán)確實以很高的效率在活細胞中存在?，F(xiàn)在TCA循環(huán)已被公認為是營養(yǎng)物分解代謝的必經(jīng)途徑。 第 二 節(jié)三羧酸循環(huán)的反

32、應(yīng)過程及其調(diào)控 Reactions and Regulation of Tricarboxylic Acid Cycle 一、三羧酸循環(huán)由8步代謝反應(yīng)組成1. 乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸的合成 乙酰輔酶A（acetyl CoA）與草酰乙酸（oxaloacetate）縮合成檸檬酸（citrate）； 反應(yīng)由檸檬酸合酶（citrate synthase）催化。2. 檸檬酸經(jīng)順烏頭酸轉(zhuǎn)變?yōu)楫悪幟仕岽朔磻?yīng)是由順烏頭酸酶催化的異構(gòu)化反應(yīng)；由兩步反應(yīng)構(gòu)成，(1)：脫水反應(yīng)；(2)：水合反應(yīng)。3. 異檸檬酸氧化脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)?酮戊二酸羧異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酶（Isocitrate dehydrogena

33、se）作用下，氧化脫羧而轉(zhuǎn)變成 -酮戊二酸（ - Ketoglutarate）。4. -酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰 CoA在-酮戊二酸脫氫酶復合體催化下-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA)；該脫氫酶復合體的組成及催化機理與丙酮酸脫氫酶復合體類似。5. 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反應(yīng) 在琥珀酰CoA合成酶催化下，琥珀酰CoA的高能硫酯鍵水解與GDP磷酸化偶聯(lián)，生成琥珀酸、GTP和輔酶A。這是三羧酸循環(huán)中唯一直接生成高能磷酸鍵的反應(yīng)。6. 琥珀酸脫氫生成延胡索酸 此步反應(yīng)由琥珀酸脫氫酶催化，其輔酶是FAD，是三羧酸循環(huán)中唯一與內(nèi)膜結(jié)合的酶。7. 延胡索酸加水生成

34、蘋果酸蘋果酸酶催化此步反應(yīng)。CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O檸檬酸合酶順烏頭酸酶異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶復合體琥珀酰CoA合成酶琥珀酸脫氫酶延胡索酸酶蘋果酸脫氫酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶目 錄化學計量及三羧酸循環(huán)的生物學意義TCA循環(huán)總反應(yīng)式：CH3COSCoA + 3NAD+ +FAD + GDP + Pi + 2H2O2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + HSCoA + GTPTCA循環(huán)過程中，共有4次脫氫，其中3次脫

35、氫由NAD+接受，1次由FAD接受。TCA循環(huán)本身每循環(huán)一次只能以底物水平磷酸化生成1個ATP三羧酸循環(huán)特點 循環(huán)反應(yīng)在線粒體(mitochondrion)中進行，為不可逆反應(yīng)。 三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵酶是檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶系。 循環(huán)的中間產(chǎn)物既不能通過此循環(huán)反應(yīng)生成，也不被此循環(huán)反應(yīng)所消耗。 三羧酸循環(huán)中有兩次脫羧反應(yīng)，生成兩分子CO2。 循環(huán)中有四次脫氫反應(yīng)，生成三分子NADH和一分子FADH2。 循環(huán)中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP。 每完成一次循環(huán)，氧化分解掉一分子乙?；?，可生成12分子ATP。三羧酸循環(huán)的生物學意義：1）三羧酸循環(huán)是機體將糖類和其他還原態(tài)化

36、合物氧化分解以獲取能量的最有效方式2)三羧酸循環(huán)是糖類、脂類、和蛋白質(zhì)三大類營養(yǎng)物代謝與轉(zhuǎn)化的樞紐，是異化和同化兩用代謝途徑：除了參與糖類、蛋白質(zhì)和脂類的氧化降解外，該循環(huán)還可以為多種生物合成提供必須的4C/5C前軀體。乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)三羧酸循環(huán)支路乙醛酸循環(huán)在異檸檬酸與蘋果酸間搭了一條捷徑。（省了6步）異檸檬酸檸檬酸琥珀酸蘋果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循環(huán)乙酰CoA乙醛酸乙酰CoACoASH只有一些植物和微生物兼具這兩種代謝途徑。異檸檬酸裂解酶異檸檬酸 琥珀酸 乙醛酸乙醛酸 乙酰CoA 蘋果酸 蘋果酸合成酶一、戊糖磷酸途徑概念：以6-磷酸葡萄糖開始，在6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化下形成6-磷

37、酸葡萄糖酸，進而代謝生成以磷酸戊糖為中間代謝物的過程，稱為磷酸戊糖途徑，簡稱PPP途徑。又稱磷酸已糖旁路第四節(jié)、磷酸戊糖途徑和糖異生作用36-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+ 2 6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+ ) + 3CO2 2.反應(yīng)部位：胞漿第一階段： 氧化反應(yīng) 生成NADPH和CO2第二階段： 非氧化反應(yīng) 一系列基團轉(zhuǎn)移反應(yīng) (生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖)（一）、磷酸戊糖途徑的過程(1)6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯NADP+NADPH+H+6-磷酸葡萄糖glucose 6-phosphate6-磷酸葡萄糖酸-內(nèi)酯6-phosphoglucono

38、-lactone6-磷酸葡萄糖脫氫酶PPP途徑限速酶，對NADP+有高度特異性(2) 6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯 轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖酸-內(nèi)酯6-phosphoglucono-lactone6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconateH2O內(nèi)酯酶PPP途徑CO2NADP+NADPH+H+(3) 6-磷酸葡萄糖酸 轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate5-磷酸核酮糖ribulose 5-phosphate6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶PPP途徑5-磷酸核酮糖ribulose 5-phosphate(4)三種五碳糖的互換5-磷酸核糖ribose 5-ph

39、osphate異構(gòu)酶5-磷酸木酮糖xylulose 5-phosphate差向酶PPP途徑 許多細胞中合成代謝消耗的NADPH遠比核糖需要量大，因此，葡萄糖經(jīng)此途徑生成了多余的核糖。 第二階段反應(yīng)的意義就在于能通過一系列基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將核糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而與糖酵解過程聯(lián)系起來，因此磷酸戊糖途徑亦稱為磷酸已糖旁路。（二）、磷酸戊糖途徑的生物學意義1、磷酸戊糖途徑也是普遍存在的糖代謝的一種方式2、產(chǎn)生大量的NADPH，為細胞的各種合成反應(yīng)提供還原力3、該途徑的反應(yīng)起始物為6-磷酸葡萄糖，不需要 ATP參與起始反應(yīng)，因此磷酸戊糖循環(huán)可在低ATP濃度下進行。4、此途徑中產(chǎn)生的5-磷酸核酮糖是輔酶及核苷酸生物合成的必需原料。5、磷酸戊糖途徑是機體內(nèi)核糖產(chǎn)生的唯一場所。磷酸戊糖途徑的速度主要受生物合成時NADPH的需要所調(diào)節(jié)。 NADPH反饋抑制6-P-葡萄糖脫氫酶的活性。（三）、磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié)二、 糖異生作用（單糖的生物合成）糖異生作用是指以非糖物質(zhì)作為前體合成為葡萄糖的作用。* 部位* 原