生物化學糖類代謝

關(guān)于生物化學糖類代謝第一頁，共六十二頁，2022年，8月28日新陳代謝的概念、特點和內(nèi)涵小分子大分子合成代謝（同化作用）Assimilation

需要能量

釋放能量分解代謝（異化作用）Dissimilation

大分子小分子物質(zhì)代謝能量代謝新陳代謝

新陳代謝（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物與周圍環(huán)境進行物質(zhì)交換和能量交換的過程。

特點：特異、有序、高度適應和靈敏調(diào)節(jié)、代謝途徑逐步進行第二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解1.雙糖的酶促降解2.多糖的酶促降解2.1淀粉的分解2.2糖原的分解第三頁，共六十二頁，2022年，8月28日雙糖的酶促降解蔗糖+H2O葡萄糖+果糖蔗糖酶麥芽糖+H2O2葡萄糖麥芽糖酶乳糖+H2O葡萄糖+半乳糖--β-半乳糖苷酶第四頁，共六十二頁，2022年，8月28日2.1淀粉的分解2.1.1淀粉的酶促水解

α－淀粉酶：在淀粉分子內(nèi)部任意水解α-1.4糖苷鍵。（內(nèi)切酶）

β－淀粉酶:從非還原端開始，水解α－１.4糖苷鍵，依次水解下一個β－麥芽糖單位（外切酶）

脫支酶（R酶）:水解α－淀粉酶和β－淀粉酶作用后留下的極限糊精中的1.6－糖苷鍵。不能直接水解支鏈淀粉內(nèi)部的α-1，6糖苷鍵麥芽糖酶:催化麥芽糖水解為葡萄糖，是淀粉水解的最后一步。淀粉的徹底水解需要上述水解酶的共同作用，其最終產(chǎn)物是葡萄糖。第五頁，共六十二頁，2022年，8月28日α－淀粉酶β－淀粉酶極限糊精是指α－淀粉酶和β－淀粉酶不能再分解的支鏈淀粉殘基麥芽糖酶脫枝酶α－淀粉酶β－淀粉酶麥芽糖酶β－淀粉酶第六頁，共六十二頁，2022年，8月28日

2.1.2淀粉的磷酸解磷酸化酶:催化淀粉非還原末端的葡萄糖殘基轉(zhuǎn)移給P，生成G-1-P,同時產(chǎn)生一個新的非還原末端，重復上述過程。磷酸化酶不能將支鏈淀粉完全降解，只能降解到距分支點4個葡萄糖殘基為止，留下一個大而有分支的多糖鏈，稱為磷酸化酶極限糊精。所以磷酸化酶磷酸解的產(chǎn)物是直鏈淀粉G-1-P支鏈淀粉G-1-P+磷酸化酶極限糊精第七頁，共六十二頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)移酶:將距1,6鍵前3個G殘基轉(zhuǎn)移至另一鏈上,以α-1,4鍵相連,分支點處留下一個G殘基脫支酶:水解轉(zhuǎn)移酶留下的那個G殘基,釋放下一個G分子淀粉磷酸化酶轉(zhuǎn)移酶脫支酶淀粉+nH3PO4nG-1-p+少量葡萄糖＋G葡萄糖轉(zhuǎn)移酶第八頁，共六十二頁，2022年，8月28日2.2糖原的分解

糖原的結(jié)構(gòu)及其連接方式

磷酸化酶（催化1.4-糖苷鍵斷裂）

三種酶協(xié)同作用：轉(zhuǎn)移酶（催化寡聚葡萄糖片段轉(zhuǎn)移）

脫枝酶（催化1.6-糖苷鍵斷裂）糖原的磷酸解

-1，6糖苷鍵-1，4-糖苷鍵第九頁，共六十二頁，2022年，8月28日糖原磷酸解的步驟非還原端還原端磷酸化酶（釋放8個1-P-G）轉(zhuǎn)移酶脫枝酶（釋放1個葡萄糖）最終產(chǎn)物是G和1-P-G+G第十頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)單糖的分解代謝1.生物體內(nèi)單糖的主要分解代謝途徑及細胞定位2.糖酵解（EMP）丙酮酸的去路：無氧降解和有氧降解途徑3.三羧酸循環(huán)（TCA）4.磷酸戊糖途徑（PPP）第十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日1.葡萄糖的主要分解代謝途徑葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA6-磷酸葡萄糖磷酸戊糖途徑糖酵解（有氧）（無氧）三羧酸循環(huán)（有氧或無氧）第十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日動物細胞植物細胞細胞膜細胞質(zhì)線粒體高爾基體細胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)溶酶體細胞壁葉綠體有色體白色體液體晶體分泌物吞噬中心體胞飲細胞膜丙酮酸氧化三羧酸循環(huán)磷酸戊糖途徑糖酵解第十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日2.糖酵解（glycolysis）1、化學歷程和催化酶類2、化學計量和生物學意義3、糖酵解的調(diào)控糖酵解是將葡萄糖降解為丙酮酸并伴隨著ATP生成的一系列反應是生物體內(nèi)普遍存在的葡萄糖降解的途徑1940年被闡明,Embden,Meyerhof,Parnas等人貢獻最多，故糖酵解過程也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途徑，簡稱EMP途徑。在細胞質(zhì)中進行第十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日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21，3-二磷酸甘油酸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葡萄糖的磷酸化磷酸己糖的裂解丙酮酸和ATP的生成磷酸G變位酶第十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一階段：葡萄糖的磷酸化

ATPADPATPADP葡萄糖激酶磷酸果糖激酶磷酸己糖異構(gòu)酶第十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二階段：磷酸己糖的裂解醛縮酶磷酸丙糖異構(gòu)酶第十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三階段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成

NAD+

NADH+H+

PiADP

ATPH2OMg或MnATPADP丙酮酸PEP丙酮酸激酶3-磷酸甘油醛脫氫酶(碘乙酸抑制其活性)磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸變位酶烯醇化酶高能磷酸化合物高能磷酸化合物底物水平磷酸化底物水平磷酸化第十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日ＥＭＰ途徑化學計量和生物學意義總反應式:

C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi2C3H4O3+2NADH+2H++2ATP+2H2O能量計算：氧化一分子葡萄糖凈生成

2ATP2NADH6ATP或4ATP

第十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日生物學意義糖酵解是存在一切生物體內(nèi)糖分解代謝的普遍途徑通過糖酵解使葡萄糖降解生成ATP，為生命活動提供部分能量，尤其對厭氧生物是獲得能量的主要方式糖酵解途徑的許多中間產(chǎn)物可作為合成其他物質(zhì)的原料（提供碳骨架），如磷酸二羥丙酮→甘油是糖有氧分解的準備階段由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑漠惿緩交緸橹孢^程第二十頁，共六十二頁，2022年，8月28日影響酵解的調(diào)控位點及相應調(diào)節(jié)物

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21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖abc

調(diào)控位點激活劑抑制劑aG激酶

ATPG-6-PADPb磷酸果糖

ADPATP

激酶

AMP檸檬酸（限速酶）果糖-1,6-二磷酸NADHc丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸ATPAla

規(guī)律：主要通過調(diào)節(jié)反應途徑中幾種酶的活性來控制整個途徑的速度，被調(diào)節(jié)的酶多數(shù)為催化反應歷程中不可逆反應的酶，通過酶的變構(gòu)效應實現(xiàn)活性的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)物多為本途徑的中間物或與本途徑有關(guān)的代謝產(chǎn)物。第二十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日

細胞對酵解速度的調(diào)控是為了滿足細胞對能量及碳骨架的需求。在代謝途徑中，催化不可逆反應的酶所處的部位是控制代謝反應的有力部位。糖酵解中有三步反應不可逆，分別由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此這三種酶對酵解速度起調(diào)節(jié)作用。

糖酵解的調(diào)控解釋第二十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日丙酮酸的去路（有氧）（無氧）葡萄糖葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA三羧酸循環(huán)（有氧或無氧）丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA糖酵解途徑三羧酸循環(huán)（有氧或無氧）轉(zhuǎn)化為脂肪酸或酮體第二十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日丙酮酸的無氧降解及葡萄糖的無氧分解葡萄糖EMP

NADH+H+

NAD+CH2OHCH3乙醇

NADH+H+

NAD+CO2

乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛CHOCH3COOHC==OCH3丙酮酸

葡萄糖的無氧分解丙酮酸脫羧酶乙醇脫氫酶乳酸脫氫酶第二十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日

由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖嫉倪^程稱為酒精發(fā)酵:酵母在無氧條件下將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醇和CO2葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗釀游镌诩ち疫\動時或由于呼吸、循環(huán)系統(tǒng)障礙而發(fā)生供氧不足時生長在厭氧或相對厭氧條件下的許多細菌葡萄糖+2Pi+2ADP2乳酸+2ATP+2H2O第二十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解（EMP）葡萄糖COOHC==OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰CoA三羧酸循環(huán)

NAD+

NADH+H+CO2CoASH

葡萄糖的有氧分解丙酮酸脫氫酶系第二十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日

丙酮酸脫氫酶系是一個十分大的多酶復合體，包括：

三種酶：丙酮酸脫羧酶E1、二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶E2、二氫硫辛酸脫氫酶E3

六種輔助因子：焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，F(xiàn)AD,NAD+,CoA及Mg2+

第二十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日3.三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacidcycle,TCA

循環(huán)）3.1三羧酸循環(huán)的概念和化學歷程3.2三羧循環(huán)及葡萄糖有氧氧化的化學計量和能量計量3.3三羧循環(huán)的特點和生物學意義3.4三羧循環(huán)的調(diào)控第二十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日三羧酸循環(huán)概念在有氧的情況下，葡萄糖酵解產(chǎn)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CO2和H2O并產(chǎn)生能量的過程，稱為檸檬酸循環(huán)亦稱為三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle),簡稱TCA循環(huán)由于它是由（德國）正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)三羧酸循環(huán)在線粒體基質(zhì)中進行TCA經(jīng)四次氧化，二次脫羧，通過一個循環(huán)，可以認為乙酰CoA→2CO2第二十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日H2OH2O+HS-CoAHSCoAPi

第三十頁，共六十二頁，2022年，8月28日三羧酸循環(huán)的化學計量和能量計量

a、總反應式:

CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3NADH+3H++FADH2+GTP能量“現(xiàn)金”:1GTP

能量“支票”:3NADH

1FADH2兌換率1：39ATP兌換率1：22ATP1ATP12ATPb、三羧酸循環(huán)的能量計量第三十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的ATP酵解階段：2ATP

2

1NADH兌換率1：3(或2)2ATP2(3ATP或2ATP)三羧酸循環(huán)：21GTP

2

3NADH

21FADH221ATP29ATP24ATP兌換率1：3兌換率1：3丙酮酸氧化：2

1NADH兌換率1：323ATP總計：38ATP或36ATP貯能效率:38*7.3/686*100%=42%第三十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日循環(huán)有以下特點：循環(huán)實質(zhì)：消耗一個分子的乙酰CoA內(nèi)的2個C，以2個CO2的形式離開循環(huán)，其余物質(zhì)循環(huán)使用在循環(huán)中生成3個NADH2和1個FADH2由琥珀酰CoA形成琥珀酸時，偶聯(lián)有底物水平磷酸化生成1個GTP,1GTP→1ATP單向進行整個循環(huán)不需要氧，但離開氧無法進行1分子乙酰CoA通過TCA循環(huán)被氧化，可生成12分子ATP第三十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日三羧循環(huán)的生物學意義是有機體獲得生命活動所需能量的主要途徑是糖、脂、蛋白質(zhì)等物質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)化的中心樞紐形成多種重要的中間產(chǎn)物

第三十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日三羧酸循環(huán)的調(diào)控位點及相應調(diào)節(jié)物abc

調(diào)控位點激活劑抑制劑a檸檬酸合成酶NAD+

ATP

（限速酶）NADH

琥珀酰CoA

脂酰CoAb異檸檬酸ADPATP

脫氫酶NAD+NADHcα-酮戊二酸

ADPNADH

脫氫酶NAD+

琥珀酰CoA

關(guān)鍵因素：[NADH]/[NAD+]

[ATP]/[ADP]第三十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日4.磷酸戊糖途徑

（pentosephosphatepathway,ppp）4.1概述4.2化學反應歷程及催化酶類特點：氧化脫羧階段和非氧化分子重排階段4.3總反應式和生理意義第三十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日4.1磷酸戊糖途徑概述在組織中添加酵解抑制劑碘乙酸（抑制3-P-甘油醛脫氫酶)或氟化物（抑制烯醇化酶）等，葡萄糖仍可被消耗,說明葡萄糖還有其他代謝途徑1953年闡述了磷酸戊糖途徑（pentosephosphatepathway)，簡稱PPP途徑，也叫磷酸己糖支路；亦稱戊糖磷酸循環(huán)；亦稱Warburg-Dickens戊糖磷酸途徑在細胞質(zhì)中進行和EMP、TCA相互補充、相互配合，增加機體的適應能力。第三十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日磷酸戊糖途徑的兩個階段

2、非氧化分子重排階段

6

核酮糖-5-P

5

果糖-6-P5

葡萄糖-6-P1、氧化脫羧階段

6G-6-P6

葡萄糖酸-6-P6

核酮糖-５-P

6NADP+6NADPH6NADP+6NADPH6CO26H2O第三十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日磷酸戊糖途徑的氧化脫羧階段

NADP+

NADPH+H+

H2O

NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脫氫酶內(nèi)酯酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶第三十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日磷酸戊糖途徑的非氧化分子重排階段

H2OPi65-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛27-磷酸景天庚酮糖2

4-磷酸赤蘚丁糖26-磷酸果糖25-磷酸木酮糖23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖16-磷酸果糖轉(zhuǎn)醛酶異構(gòu)酶轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶醛縮酶階段之一階段之二階段之三第四十頁，共六十二頁，2022年，8月28日

第四十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日分子重排過程如下

6C-P6C-P6C-P6C-P6C-P6C-PCO2CO2CO2CO2CO2CO2

2NADPH22NADPH22NADPH22NADPH22NADPH22NADPH25C-P5C-P5C-P5C-P5C-P5C-P3C-P7C-P7C-P3C-P4C-P4C-P6C-P6C-P3C-P3C-P6C-P6C-P6C-P3C2C2C3C2C2C第四十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日磷酸戊糖途徑的總反應式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+12NADPH+12H+

磷酸戊糖途徑的生理意義產(chǎn)生大量NADPH,主要用于還原（加氫）反應，為細胞提供還原力產(chǎn)生大量的磷酸核糖和其它重要中間產(chǎn)物,溝通了己糖和戊糖代謝,即糖代謝和核酸代謝形成許多重要中間產(chǎn)物能量計算:G第一次循環(huán)生成30個ATP;

第二次開始.每次生成35個ATP第四十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日其它糖進入單糖分解的途徑

半乳糖半乳糖-1-PUDP-半乳糖UDP-葡萄糖葡萄糖-1-磷酸糖原或淀粉葡萄糖葡萄糖-6-磷酸果糖蔗糖果糖-6-磷酸果糖-1、6-磷酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油甘油3-磷酸甘油醛進入糖酵解甘露糖甘露糖-6-磷酸ATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPNADH+H+NAD+PiUTPPPi第四十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)糖的生物合成1.單糖的生物合成2.雙糖的生物合成3.多糖的生物合成第四十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日1.單糖的生物合成1.1葡萄糖生物合成的最基本途徑：光合作用1.2糖異生作用

糖異生作用的主要途徑和關(guān)鍵反應糖異生作用的意義第四十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日光合作用

CO2+H2O(CH2O)+光能12O2第四十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日糖異生主要途徑和關(guān)鍵反應

非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖代謝的中間產(chǎn)物后，在相應的酶催化下,繞過糖酵解途徑的三個不可逆反應,利用糖酵解途徑其它酶生成葡萄糖的途徑稱為糖異生糖原（或淀粉）1-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2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖G激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶PiPi丙酮酸羧化酶CO2ATPADPGTPGDP+CO2第四十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日糖異生途徑的意義1.葡萄糖異生對人類以及其他動物是絕對需要的途徑：人腦對葡萄糖有高度依賴性。紅細胞也需要葡萄糖。尤其在饑餓狀態(tài)下葡萄糖異生尤為重要；在機體處在劇烈運動時，也需要非糖物質(zhì)及時提供葡萄糖，以維持血糖水平。2.當油料種子萌發(fā)時，脂肪酸經(jīng)乙酰CoA通過乙醛酸循環(huán)合成琥珀酸TCA循環(huán)糖異生3.乳酸的再利用，防止酸中毒;4.促進某些氨基酸的代謝葡萄糖供種子萌發(fā)使用第四十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日2.雙糖的生物合成1、單糖基的活化——糖核苷酸（UDPG、ADPG、GDPG等）的合成

糖核苷二磷酸在不同聚糖形成時，提供糖基和能量。植物細胞中蔗糖合成時需UDPG，淀粉合成時需ADPG和UDPG，纖維素合成時需GDPG和UDPG；動物細胞中糖元合成時需UDPG。2、蔗糖的合成

蔗糖合成酶途徑

磷酸蔗糖合成酶途徑

蔗糖磷酸化酶途徑第五十頁，共六十二頁，2022年，8月28日UDPG的結(jié)構(gòu)GUDP第五十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日糖核苷酸的生成++PPi1-磷酸葡萄糖UTPUDPG第五十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日蔗糖的合成途徑蔗糖合成酶途徑(植物)G1-P-GUDPG蔗糖

磷酸蔗糖合成酶途徑（植物光合組織）G6-P-G6-P-FUDPG1-P-GUDPG磷酸蔗糖

蔗糖己糖激酶ATPADPUTPPPiUDPG焦磷酸化酶FUDP蔗糖合成酶己糖激酶ATPADPUD