高中生物競賽輔導(dǎo)課件-糖代謝

糖類糖類是多羥基的醛或多羥基酮及其縮聚物和某些衍生物的總稱。最早發(fā)現(xiàn)的幾種糖可用通式Cn(H2O)m表示，又被稱為碳水化合物。糖的概念糖的主要生物學(xué)作用糖是自然界含量最為豐富的的有機物分子，是重要的生物能源物質(zhì)，是細胞的結(jié)構(gòu)組分，作為其它生物分子的前體，參與細胞與細胞間分子識別和信號傳導(dǎo)等。單糖最簡單的單糖是丙糖，包括甘油醛和二羥丙酮其它的單糖可以看作是丙糖衍生而來的糖。單糖的旋光異構(gòu)

平面偏振光：普通光通過尼科爾棱鏡時由于棱鏡的結(jié)構(gòu)，通過的光只是沿某一平面振動的光波，其它的都被遮斷，這種光稱為平面偏振光。當它通過某種具有旋光性的異構(gòu)物溶液，偏振面向右或左旋轉(zhuǎn)。

偏振面：與平面偏振光振動的平面相垂直的平面。

不對稱碳原子（手性C原子）：指4個價鍵與4個不同的原子或原子團相連接的碳原子。除二羥丙酮外，其它單糖至少含有一個手性C原子，因此都具有旋光異構(gòu)體。如：

L-甘油醛D-甘油醛不對稱碳原子規(guī)定：D型（—OH在右），L—型（—OH在左）D、L型是兩種不同的物質(zhì)，盡管組成的元素相同，但空間結(jié)構(gòu)不同，表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。旋光異構(gòu)體個數(shù)：2n個n—不對稱C個數(shù)。如四碳糖有2個不對稱C，異構(gòu)體4個。五碳糖有3個不對稱C，異構(gòu)本體23=8個六碳糖有4個不對稱C，異構(gòu)體24=16個。

對多個不對稱碳原子，規(guī)定其構(gòu)型時，以距醛基（或酮基）最遠的不對稱C原子（或靠近伯醇基的不對稱C原子）為標準，－OH在不對稱C原子右邊為D-型，－OH在左邊為L型。單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和異頭物Glc的鏈狀結(jié)構(gòu)醇羥基很容易與醛或酮形成半縮醛可半縮酮，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。異頭物C1上的醛基與哪一個C原子上的–OH反應(yīng)：有兩種形式：1）C1與C5連接形成氧橋，與吡喃相似，稱吡喃糖。2）C1

與C4連接形成氧橋，與呋喃相似，稱呋喃糖。天然Glc多以吡喃型存在，因其更穩(wěn)定。C1上新出現(xiàn)的—OH有2種不同的排列方式，為便于研究，規(guī)定：α–型：半縮醛（酮）碳上的–OH與決定直鏈結(jié)構(gòu)構(gòu)型（D型或L型）的碳上的–OH處于同一邊者。β–型：（與α–型相反）不在同一邊者。Glc這種投影式結(jié)構(gòu)過長的氧橋是不合理的，因為每個碳原子的鍵角并非180°，1926年英國化學(xué)家W.H.Haworth提出透視式結(jié)構(gòu)：α-D-吡喃Glcα-D-呋喃Glc兩條規(guī)定：1直鏈式右邊的—OH寫在Haworth環(huán)下面，左邊—OH寫在環(huán)上面。2未成環(huán)的多余碳原子，如氧橋向右，則寫在環(huán)之上，反之，則寫在環(huán)之下。單糖的構(gòu)象

構(gòu)象：指一個分子中，不改變共價鍵結(jié)構(gòu)，僅單鏈周圍的原子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的原子空間排列。構(gòu)象改變，共價不一定斷裂或重新形成，Haworth設(shè)計的Glc環(huán)狀結(jié)構(gòu)為一個平面，粗線來表示靠讀者的一邊，C–O–C鍵角為108°28,但實測為111°，形成兩種構(gòu)象：船式、椅式。OCH2OHHOHOOHOHOCH2OHHOHOOHOHOCH2OHOHOHOHOHD－果糖、D－半乳糖、L－鼠李糖、D－甘露糖、L－山梨糖、L－巖藻糖、L－阿拉伯糖、D－核糖、D－脫氧核糖、D－木糖重要的單糖單糖的重要衍生物：糖醇：較穩(wěn)定，有甜味。甘露醇、山梨醇糖醛酸：由單糖的伯醇基氧化而得。葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸氨基糖：糖中的羥基為氨基所取代。D-氨基葡萄糖糖苷：單糖的半縮醛上羥基與非糖物質(zhì)（醇、酚等）的羥基形成的縮醛。洋地黃苷、皂角苷寡糖：少數(shù)單糖（2~10個）縮合的聚合物。自然界中最常見的寡糖是雙糖。寡糖麥芽糖葡萄糖-（14）葡糖苷乳糖半乳糖-（14）葡萄苷纖維二糖葡萄糖-（14）葡糖苷蔗糖葡萄糖-，（12）果糖苷多個單糖基以糖苷鍵相連而形成的高聚物。多糖沒有還原性和變旋現(xiàn)象，無甜味，大多不溶于水。多糖淀粉直鏈淀粉由250-260個葡萄糖分子，以（1，4）糖苷鍵聚合而成。呈螺旋結(jié)構(gòu)，遇碘顯紫藍色。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。直鏈淀粉支鏈淀粉糖原由1-4糖苷鍵聯(lián)接的．糖原分子具有較多的分支結(jié)構(gòu)。糖原的分支結(jié)構(gòu)則平均以12個葡萄糖殘基為其分支的長度。遇碘顯紅紫色。纖維素由葡萄糖以（14）糖苷鍵連接而成的直鏈，天然纖維素為無臭、無味的白色絲狀物。纖維素不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑。不溶于水。糖代謝淀粉的酶促水解：水解淀粉的淀粉酶有α與β淀粉酶，二者只能水解淀粉中的α-1，4糖苷鍵，水解產(chǎn)物為麥芽糖。α-淀粉酶可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的α-1，4糖鍵，β淀粉酶只能從非還原端開始水解。水解淀粉中的α-1，6糖苷鍵的酶是α-1，6糖苷鍵酶淀粉水解的產(chǎn)物為糊精和麥芽糖的混合物。大多數(shù)動物消化道中缺乏水解β-1，4糖苷鍵的酶，因此對纖維素無法水解利用。糖酵解途徑（EMP）OCH2OHHOOHOHOH+ATPOCH2OHHOOHOHOHP+ADP

G

G-6-PGlucokintase己糖激酶，Mg2＋

反饋抑制反應(yīng)基本不可逆，保證進入細胞的葡萄糖立即被轉(zhuǎn)化葡萄糖葡萄糖-6-磷酸（一）葡萄糖的磷酸化消耗1ATP，需要Mg2+參與

由于己糖激酶的活性受到產(chǎn)物6－磷酸葡萄糖的反饋抑制，因此，單純依靠己糖激酶的作用，有時無法全部消解機體內(nèi)的多余游離的葡萄糖。因此，當生物體內(nèi)尤其是血液和肝臟細胞中的游離葡萄糖含量過高時，生物體內(nèi)的葡萄糖激酶會起輔助作用，將多余的葡萄糖轉(zhuǎn)化為6－磷酸葡萄糖。而產(chǎn)物6－磷酸葡萄糖不會反饋抑制葡萄糖激酶的作用，因此可以避免機體內(nèi)的葡萄糖過多積累產(chǎn)生的危害。OCH2OHHOOHOHOHPGlucosephosphateisomeraseOCH2OHOCH2POHOHF-6-P

G-6-P（葡萄糖-6-磷酸）（果糖-6-磷酸）磷酸葡萄糖異構(gòu)酶（二）葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)化形成果糖-6-磷酸

反應(yīng)可逆，醛式葡萄糖變酮式果糖OCH2OHOCH2POHOH+ATPOCH2OHOCH2POHOHPMg2+F-1,6-2P+ADPF-6-P（6－磷酸果糖）（1、6－二磷酸果糖）磷酸果糖激酶（三）果糖-6-磷酸形成果糖-1,6-二磷酸(磷酸化)

反應(yīng)不可逆。過程需要Mg2+的參與。

磷酸果糖激酶是變構(gòu)酶，催化效率很低，整個糖酵解的速率嚴格的依賴該酶的活力水平，因此，磷酸果糖激酶是哺乳動物糖酵解途徑中最重要的調(diào)控關(guān)鍵酶。OCH2OHOCH2POHOHPCH2OC=OCH2OHPDHAPCHOCHOHCH2OP+G-3-PAldolase醛縮酶1、6－二磷酸果糖（二羥丙酮磷酸）（甘油醛-3-磷酸）（四）果糖-1,6-二磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸和二羥丙酮磷酸Triosephosphateisomerase丙糖磷酸異構(gòu)酶（五）二羥丙酮磷酸和甘油醛-3-磷酸的互變異構(gòu)CH2OC=OCH2OHP

二羥丙酮磷酸，DAHPCHOCHOHCH2OP甘油醛-3-磷酸，G-3-PCHOCHOHCH2OP+NAD++PiCO~CHOHCH2OPPO+NADH+H+Glyceraldehyde-phosphatedehydrogenase1,3-BPGG-3-P甘油醛-3-磷酸1，3二磷酸甘油酸甘油醛3-磷酸脫氫酶（六）甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸需要NAD＋和Pi的參與+ADPCOHCHOHCH2OPO+ATP3-PGCO~CHOHCH2OPPO1,3-BPG1，3二磷酸甘油酸3－磷酸甘油酸（七）1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)移高能磷酸基團形成ATPMg2+磷酸甘油酸激酶反應(yīng)不可逆，需要Mg2+參與,生成1ATPPhosphoglyceromutase磷酸甘油酸變位酶（八）3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化為2-磷酸甘油酸3-PG3－磷酸甘油酸COHCHOHCH2OPO2-PG2－磷酸甘油酸COOHH—C—O—CH2—OHPCOOHC—O~CH2P+H2OPEP磷酸烯醇式丙酮酸Enolase烯醇化酶，Mg2+COOHH—C—O—CH2—OHP2－磷酸甘油酸2-PG（九）2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸COOHC—O~CH2P+ADPPyrkinaseCOOHC—OHCH2+ATP磷酸烯醇式丙酮酸PEP丙酮酸（十）磷酸烯醇丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸岵a(chǎn)生1個ATP分子

Pyr丙酮酸激酶糖酵解過程中ATP的消耗和生成消耗ATP的步驟:GATP6-磷酸G6-磷酸果糖ATP1,6-二磷酸果糖生成ATP的步驟：1,3-二磷酸甘油酸ATP3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸ATP

丙酮酸糖酵解作用的調(diào)節(jié)在代謝途徑中，催化基本上不可逆的反應(yīng)的酶所處部位是控制代謝反應(yīng)的有力部位。在糖酵解途徑中，由己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶所催化的反應(yīng)實際都是不可逆反應(yīng)，因此，這三種酶都有調(diào)節(jié)糖酵解途徑的作用。它們的活性受到變構(gòu)效應(yīng)物可逆結(jié)合以及酶共價修飾的調(diào)節(jié)。

(一)磷酸果糖激酶是糖酵解途徑的關(guān)鍵酶和限速酶磷酸果糖激酶哺乳動物酵解途徑的重要調(diào)節(jié)酶，高[ATP]使酶與底物F-6-P結(jié)合曲線由雙曲線變?yōu)镾型。檸檬酸通過加強ATP的抑制效應(yīng)來抑制磷酸果糖激酶活性，從而使糖酵解減慢。21S形雙曲線(二)果糖-2,6-二磷酸對酵解的調(diào)節(jié)作用

F-2,6-BP（果糖-2,6-二磷酸）是1980年由Henri-GeryHers和EmileVanSchaftinggen新發(fā)現(xiàn)的糖酵解過程調(diào)節(jié)物，是磷酸果糖激酶強有力的激活劑。22

磷酸果糖激酶6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖激活抑制ATP檸檬酸ADPAMP2，6-二磷酸果糖

激活磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸(三)己糖激酶和丙酮酸激酶對糖酵解的調(diào)節(jié)作用

G己糖激酶6-磷酸葡萄糖抑制長鏈脂肪酸ATP抑制1.6-二磷酸果糖激活糖酵解的產(chǎn)物丙酮酸的去路（一）生成乳酸(丙酮酸Pyr)(乳酸Lac)無氧條件下每分子葡萄糖代謝生成乳酸的總反應(yīng)式：C6H12O6

+2ADP+2Pi2C3H6O3+2ATP+2H2O乳酸葡萄糖（二）生成乙醇丙酮酸

乙醛

乙醇

CO2NADH+NAD+1.丙酮酸脫羧形成乙醛（不需氧）丙酮酸乙醛丙酮酸脫羧酶(TPP為輔酶)有O2乙酸(釀醋工業(yè))2.乙醛還原成乙醇，同時產(chǎn)生氧化型NAD+乙醇脫H酶(無O2)NADHNAD+乙醛

乙醇發(fā)酵發(fā)面，制作面包，釀酒等（三）甘油發(fā)酵（酵母的第Ⅱ型發(fā)酵）糖酵解過程總結(jié)（一）糖酵解的總反應(yīng)式:G+2Pi+2ADP+2NAD+

2CH3COCOOH

+2ATP+2(NADH+H+)+2H2O葡萄糖丙酮酸（二）糖酵解的反應(yīng)部位：細胞液糖酵解的生理生化意義：

生成了許多具有高度反應(yīng)活性的中間體,為合成多種重要有機物提供原料；提供了推動生理活動的能量；把無機磷變?yōu)榱擞袡C磷。三羧酸循環(huán)（TCA）

1937年德國生物學(xué)家Krebs（克雷布斯，1953年因此獲諾貝爾獎）闡明：乙酰CoA的繼續(xù)分解是一個環(huán)式反應(yīng)體系，起點是乙酰CoA與草酰乙酸結(jié)合為具有三個羧基的檸檬酸，故稱為三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacid），又叫TCA循環(huán)，Krebs循環(huán)，由于該循環(huán)的第一個產(chǎn)物是檸檬酸，