生物化學(xué)糖類及其分解代謝

關(guān)于生物化學(xué)糖類及其分解代謝第1頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月一、糖代謝總論二、生物體內(nèi)的糖類三、雙糖和多糖的酶促降解四、糖酵解五、三羧酸循環(huán)六、磷酸戊糖途徑內(nèi)容：第2頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月一、糖代謝總論新陳代謝包括分解代謝（異化作用）和合成代謝（同化作用）。動物和大多數(shù)微生物所需的能量，主要是由糖的分解代謝提供。同時糖分解的中間產(chǎn)物，又為合成其它的生物分子提供碳源或碳鏈骨架。植物和某些藻類能夠利用太陽能，將二氧化碳和水合成糖類化合物，即光合作用。光合作用是地球上糖類物質(zhì)的根本來源。第3頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月糖類：定義：糖類物質(zhì)是一類多羥基醛或多羥基酮類化合物或其衍生物，或水解時能產(chǎn)生這些化合物的物質(zhì)；糖的生物學(xué)意義？

糖的元素組成：C、H、O

大多數(shù)糖類化合物可用通式Cn(H2O)m表示，又稱為碳水化合物；這只是一種狹義的理解！

糖類物質(zhì)：鼠李糖及巖藻糖（C6H12O5)、脫氧核糖（C5H10O4)等；非糖類物質(zhì)：甲醛（CH2O），乙酸（C2H4O2）等；第4頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月糖類化合物單糖寡糖多糖：不能水解的最簡單糖類，是多羥基的醛或酮的衍生物（醛糖或酮糖）：有2~10個分子單糖縮合而成，水解后產(chǎn)生單糖：由多分子單糖或其衍生物所組成，水解后產(chǎn)生原來的單糖或其衍生物。

糖類物質(zhì)可以根據(jù)其水解情況分為：單糖、寡糖和多糖；

在生物體內(nèi)，糖類物質(zhì)主要以均一多糖、雜多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。第5頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)所含碳原子數(shù)目分為丙糖、丁糖、戊糖和己糖、庚糖。單糖構(gòu)型由甘油醛和二羥丙酮派生。如所有的醛糖都可看成是由甘油醛的醛基碳下端逐個插入C延伸而成。1.單糖的結(jié)構(gòu)第6頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

物理和化學(xué)的方法證明，單糖不僅以直鏈結(jié)構(gòu)存在，而且以環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在。由于單糖分子中同時存在羰基和羥基，因而在分子內(nèi)便能由于生成半縮醛（或半縮酮）而構(gòu)成環(huán)。第7頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃半乳糖-D-吡喃甘露糖-D-呋喃果糖第8頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月蔗糖2.寡糖（二糖）OOOCH2OHCH2OHHOCH212324第9頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月乳糖14OCH2OHOCH2OHOHO14123

麥芽糖第10頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)淀粉（分為直鏈淀粉和支鏈淀粉）直鏈淀粉分子量約1萬-200萬，250-260個葡萄糖分子，以（14）糖苷鍵聚合而成。呈螺旋結(jié)構(gòu)，遇碘顯紫藍(lán)色。3.多糖第11頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月支鏈淀粉中除了（14）糖苷鍵構(gòu)成糖鏈以外，在支點處存在（16）糖苷鍵，分子量較高。遇碘顯紫紅色。第12頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)纖維素由葡萄糖以（14）糖苷鍵連接而成的直鏈，不溶于水。(3)幾丁質(zhì)（殼多糖）N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷鍵縮合而成的線性均一多糖。比較堅硬，為甲殼動物等的機(jī)構(gòu)材料。第13頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)雜多糖果膠物質(zhì)；糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）；含有氨基己糖或乙酰氨基糖；典型代表有：透明質(zhì)酸硫酸軟骨素第14頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月糖原第15頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月二、雙糖和多糖的酶促降解1.概述

多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用。生產(chǎn)中常稱為糖化。2.蔗糖水解

植物界中分布最廣的雙糖，在甘蔗、甜菜和菠蘿汁液中含量豐富。蔗糖水解主要有兩種酶（P147）：蔗糖合成酶蔗糖酶第16頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3.麥芽糖水解

麥芽糖酶植物體中麥芽糖酶與淀粉酶同時存在；

4.乳糖水解

β-半乳糖苷酶涉及乳糖不耐癥的主要酶；第17頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月5.淀粉

淀粉是高等植物的貯存多糖，也是人類糧食及動物飼料的重要來源。糖原－動物淀粉酶降解途徑：水解，磷酸解淀粉的酶促水解：

淀粉糊精寡糖麥芽糖G

水解淀粉的淀粉酶有α與β淀粉酶，脫支酶，麥芽糖酶。第18頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月α-淀粉酶：內(nèi)切酶，可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的α-1，4糖鍵，產(chǎn)物為葡萄糖和麥芽糖，若底物為支鏈淀粉，還有含α-1，6糖苷鍵的糊精。β-淀粉酶:外切酶，只能從非還原端開始水解，以兩個糖單位切下來，故水解直鏈淀粉產(chǎn)物為麥芽糖，水解支鏈淀粉為麥芽糖和極限糊精。麥芽糖酶專一水解麥芽糖為兩分子葡萄糖；水解淀粉中的α-1，6糖苷鍵的酶是脫支酶（α-1，6糖苷鍵酶）第19頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月還原末端非還原末端α-1，4糖苷鍵α-1，6糖苷鍵第20頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月淀粉的磷酸解淀粉磷酸化酶糖原磷酸化酶細(xì)胞壁多糖的酶促降解纖維素降解果膠物質(zhì)降解：原果膠，果膠，果膠酸第21頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月三、糖酵解糖酵解途徑(glycolysis)（Embden-Meyerhof-Parnas，EMP）(1)EMP途徑的生化歷程第22頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月糖酵解過程ab1234第24頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1）第一階段：葡萄糖

1,6-二磷酸果糖第25頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月2）第二階段：1,6-二磷酸果糖

3-磷酸甘油醛第26頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3）第三階段：3-磷酸甘油醛

2-磷酸甘油酸第27頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月4）第四階段：2-二磷酸甘油酸丙酮酸第28頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月糖酵解過程中能量的產(chǎn)生葡萄糖在酵解過程中產(chǎn)生的能量有兩種形式：直接產(chǎn)生ATP；生成高能分子NADH或FADH2，后者在線粒體呼吸鏈氧化并產(chǎn)生ATP。糖酵解：1分子葡萄糖

2分子丙酮酸，共消耗了2個ATP，產(chǎn)生了4個ATP，實際上凈生成了2個ATP，同時產(chǎn)生2個NADH。（2）有氧分解（丙酮酸生成乙酰CoA及三羧酸循環(huán)）產(chǎn)生的ATP、NADH和FADH2丙酮酸氧化脫羧：丙酮酸乙酰CoA，生成1個NADH。三羧酸循環(huán)：乙酰CoACO2和H2O，產(chǎn)生一個GTP（即ATP）、3個NADH和1個FADH2。第29頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月糖酵解在生物體中普遍存在，在無氧及有氧條件下都能進(jìn)行。通過糖酵解，生物體獲得生命活動所需要的部分能量。糖酵解途徑中形成的許多中間產(chǎn)物，可以作為合成其他物質(zhì)的原料。（2）糖酵解過程的意義第30頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

在酵解過程中有三個不可逆反應(yīng)，也就是說有三個調(diào)控步驟，分別被三個酶多點調(diào)節(jié)：己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。己糖激酶可以控制葡萄糖的進(jìn)入，丙酮酸激酶調(diào)節(jié)酵解的出口。第31頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月2.丙酮酸的無氧降解（酵解與厭氧發(fā)酵）（1）乳酸發(fā)酵（同型乳酸發(fā)酵）lacticfermation

動物乳酸菌（乳桿菌、乳鏈球菌）G+2ADP+2Pi2乳酸＋2ATP+2水

第32頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）酒精發(fā)酵（酵母的第Ⅰ型發(fā)酵）

alcoholicfermation第33頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月四、葡萄糖的有氧分解代謝有氧氧化：大多數(shù)生物的主要代謝途徑EMPpyrTCA

可衍生許多其他物質(zhì)pyr脫羧

TCA第35頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.丙酮酸氧化脫羧—乙酰CoA的生成基本反應(yīng)：糖酵解生成的丙酮酸可穿過線粒體膜進(jìn)入線粒體內(nèi)室。在丙酮酸脫氫酶系的催化下，生成乙酰輔酶A。第36頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月催化酶：

這一多酶復(fù)合體位于線粒體內(nèi)膜上，原核細(xì)胞則在胞液中。丙酮酸脫氫酶系三種酶六種輔助因子E1-丙酮酸脫羧酶（也叫丙酮酸脫氫酶）E2-硫辛酸乙?；D(zhuǎn)移酶E3-二氫硫辛酸脫氫酶。焦磷酸硫胺素（TPP)、硫辛酸、COASH、FAD、NAD+、Mg2+第37頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月2.乙酰CoA的徹底氧化分解——TricarboxylicacidcycleTCA化學(xué)反應(yīng)歷程（9步反應(yīng)、8種酶）第39頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月三羧酸循環(huán)草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸a-酮戊二酸琥珀酰輔酶A琥珀酸延胡索酸蘋果酸乙酰輔酶A第40頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月三羧酸循環(huán)過程總結(jié)(一次循環(huán))9步反應(yīng)8種酶催化反應(yīng)類型縮合1、脫水1、氧化4、底物水平磷酸化1、水化2生成3分子NADH生成1分子FADH2生成1分子ATP三羧酸循環(huán)總反應(yīng)式第42頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月前四步反應(yīng)為三羧酸反應(yīng)，后五步為二羧酸反應(yīng)。乙酰CoA進(jìn)入循環(huán)，又有兩個碳原子以CO2形式離開循環(huán)，相當(dāng)于乙酰CoA的兩個碳原子被氧化成CO2循環(huán)中底物上有4對氫原子通過4步氧化反應(yīng)脫下，其中3對是在異檸檬酸、酮戊二酸及蘋果酸氧化時用以還原NAD+，1對是琥珀酸氧化時用以還原FAD由琥珀酰CoA形成琥珀酸時偶聯(lián)有底物水平磷酸化生成ATP循環(huán)中消耗兩分子水，一分子用于合成異檸檬酸，另一分子用于延胡索酸加水。水的加入相當(dāng)于向中間物加入了氧原子，促進(jìn)了還原性碳原子的氧化。三羧酸循環(huán)形成的NADH及FADH2在以后被電子傳遞鏈氧化。每個NADH生成三個ATP，每個FADH2生成2個ATP，因此一分子乙酰CoA通過TCA循環(huán)可生成12分子ATP分子氧不直接參加到三羧酸循環(huán)中，但若無氧，NADH及FADH2不能再生，從而使三羧酸循環(huán)不能進(jìn)行。因此三羧酸循環(huán)是嚴(yán)格需要氧的。第43頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月三羧酸循環(huán)的生物學(xué)意義1.普遍存在2.生物體獲得能量的最有效方式3.是糖類、蛋白質(zhì)、脂肪三大物質(zhì)轉(zhuǎn)化的樞紐4.獲得微生物發(fā)酵產(chǎn)品的途徑檸檬酸、谷氨酸第44頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖有氧氧化概況第45頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖分解代謝過程中產(chǎn)生的總能量糖酵解、丙酮酸氧化脫羧及三羧酸循環(huán)生成的NADH和FADH2，進(jìn)入線粒體呼吸鏈氧化并生成ATP。線粒體呼吸鏈?zhǔn)瞧咸烟欠纸獯x產(chǎn)生ATP的最主要途徑。葡萄糖分解代謝總反應(yīng)式C6H6O6+6H2O+10NAD++2FAD+4ADP+4Pi6CO2+10NADH+10H++2FADH2+4ATP按照一個NADH能夠產(chǎn)生3個ATP，1個FADH2能夠產(chǎn)生2個ATP計算，1分子葡萄糖在分解代謝過程中共產(chǎn)生38個ATP：4ATP+（103）ATP+（22）ATP=38ATP第46頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3.丙酮酸羧化支路（回補(bǔ)途徑）三羧酸循環(huán)不僅是產(chǎn)生ATP的途徑，它產(chǎn)生的中間產(chǎn)物也是生物合成的前體。例如卟啉的主要碳原子來自琥珀酰CoA，谷氨酸、天冬氨酸是從α-酮戊二酸、草酰乙酸衍生而成。一旦草酰乙酸濃度下降，勢必影響三羧酸循環(huán)的進(jìn)行。第48頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸，需要生物素為輔酶。第49頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月2、磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的催化下形成草酰乙酸。在大腦和心臟中存在這個反應(yīng)。第50頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3.天冬氨酸及谷氨酸的轉(zhuǎn)氨作用可以形成草酰乙酸和α-酮戊二酸。異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸也會形成琥珀酰CoA。其反應(yīng)將在氨基酸代謝中講述。第51頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月基本生化途徑：關(guān)鍵：檸檬酸進(jìn)一步降解合成前體原料保證

4.檸檬酸發(fā)酵第52頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月五、戊糖磷酸途徑phosphopentosepathwayPPP

糖酵解和三羧酸循環(huán)是機(jī)體內(nèi)糖分解代謝的主要途徑，但不是唯一途徑。實驗研究也表明：在組織中添加酵解抑制劑如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，這說明葡萄糖還有其它的代謝途徑。許多組織細(xì)胞中都存在有另一種葡萄糖降解途徑，即磷酸戊糖途徑（pentosephosphatepathway,PPP），也稱為磷酸己糖旁路（hexosemonophosphatepathway/shunt,HMP）。參與磷酸戊糖途徑的酶類都分布在動物細(xì)胞漿中，動物體中約有30%的葡萄糖通過此途徑分解。第54頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第55頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程起始物:G-6-P返回代謝產(chǎn)物:3-磷