糖類化合物代謝

第一節(jié)糖類化合物

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，根據(jù)其水解情況分為單糖、寡糖和多糖。

單糖：不能被水解稱更小分子的糖。如：葡萄糖、果糖、脫氧核糖。

寡糖：2-6個(gè)單糖分子脫水縮合而成。如：蔗糖、麥芽糖、乳糖。

多糖：淀粉、纖維素、糖原12/8/20231.12/8/20232.12/8/20233.葡萄糖及其環(huán)狀結(jié)構(gòu)12/8/20234.葡萄糖果糖12/8/20235.蔗糖麥芽糖12/8/20236.12/8/20237.第二節(jié)糖的合成與分解UDPG：尿苷二磷酸葡萄糖ADPG：腺苷二磷酸葡萄糖一、UDPG和ADPG的生物合成1-磷酸葡萄糖＋UTP

UDPG和ADPG是生物體內(nèi)重要的活化單糖。單糖必須經(jīng)過(guò)活化后才能用于寡糖和多糖的合成。UDPG＋PPi

UDPG焦磷酸化酶12/8/20238.二、蔗糖的生物合成與分解㈠蔗糖的生物合成：有3條途徑1、蔗糖磷酸化酶催化途徑1-磷酸葡萄糖+果糖蔗糖磷酸化酶蔗糖+Pi此途徑僅在微生物中存在。12/8/20239.3、磷酸蔗糖合成酶途徑UDPG+6-磷酸果糖磷酸蔗糖合成酶磷酸蔗糖+UDP此途徑主要在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，是蔗糖生物合成的主要途徑。2、蔗糖合成酶催化途徑UDPG+果糖蔗糖合成酶蔗糖+UDP此途徑存在于高等植物中。12/8/202310.㈡蔗糖的分解

蔗糖酶（sucrase）又稱轉(zhuǎn)化酶(invertase)，廣泛存在植物、微生物和動(dòng)物中。蔗糖+H2O蔗糖酶葡萄糖+果糖12/8/202311.三、淀粉的生物合成與分解㈠淀粉的生物合成1、直鏈淀粉的生物合成

直鏈淀粉是通過(guò)a-1，4-糖苷鍵連接而成的線性分子，合成有3條途徑：淀粉合成酶催化途徑：主要途徑淀粉磷酸化酶催化途徑D酶催化途徑：轉(zhuǎn)移短片段糖鏈12/8/202312.1.淀粉合成酶（starchsynthetase）--此酶在植物和微生物中普遍存在。12/8/202313.淀粉合成酶UDPG+（葡萄糖）nUDP+（葡萄糖）n+1

引子淀粉合成酶ADPG+（葡萄糖）nADP+（葡萄糖）n+1

12/8/202314.2.淀粉磷酸化酶（amylophosphorylase）--廣泛分布在動(dòng)物、植物和微生物中，因此這個(gè)酶也是合成淀粉的重要酶。由于此酶催化的反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，因而在磷酸含量較高的環(huán)境下，此酶趨向于將淀粉水解為1-磷酸葡萄糖。12/8/202315.淀粉磷酸化酶G-1-P＋（葡萄糖）n（葡萄糖）n+1＋Pi引子淀粉

12/8/202316.3.D酶（D-enzyme）--在植物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一種能將短片段糖鏈轉(zhuǎn)移到另一個(gè)具有

-1，4-糖苷鍵的糖鏈上去形成淀粉的酶，稱為D酶。

12/8/202317.

D酶

●－●－●＋●－●－〇●－●－●－●－●＋〇麥芽三糖（受體）麥芽三糖（給體）麥芽五糖葡萄糖12/8/202318.

合成了直鏈淀粉后，在Q酶的催化下，將直鏈淀粉的非還原性端上6-8個(gè)葡萄糖基切下，通過(guò)a-1，6-糖苷鍵與直鏈淀粉連接，形成支鏈淀粉。2、支鏈淀粉的生物合成12/8/202319.12/8/202320.㈡淀粉的分解1、淀粉的水解a-淀粉酶(a-1,4-葡聚糖酶):無(wú)規(guī)則內(nèi)切?-淀粉酶(a-1,4-麥芽糖酶):外切一個(gè)麥芽糖R酶(脫支酶):水解a-1，6-糖苷鍵2、淀粉的磷酸解淀粉磷酸化酶磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖酯酶12/8/202321.12/8/202322.淀粉的磷酸解作用

淀粉磷酸化酶淀粉（或糖原）＋Pi少一個(gè)殘基的淀粉（或糖原）＋G－1－P

12/8/202323.磷酸葡萄糖變位酶G－1－PG－6－P

磷酸葡萄糖酯酶G－6－P＋H2O葡萄糖＋Pi12/8/202324.四、纖維素的生物合成與分解㈠纖維素的生物合成

以UDPG或GDPG為原料，以一小段纖維素為引子，由纖維素合成酶催化合成。12/8/202325.纖維素合酶UDPG+（

-葡萄糖）nUDP+（

-葡萄糖）n+1纖維素合酶GDPG+（

-葡萄糖）nGDP+（

-葡萄糖）n+1

12/8/202326.㈡纖維素的分解

由纖維素酶（cellulase）催化。人和大多數(shù)哺乳動(dòng)物體內(nèi)無(wú)纖維素酶。12/8/202327.纖維素酶纖維素+nH2On纖維二糖

纖維二糖酶纖維二糖＋H2O2β－葡萄糖12/8/202328.

葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞后，在一系列酶的催化下，發(fā)生分解代謝過(guò)程。葡萄糖的分解代謝分兩步進(jìn)行：糖酵解：葡萄糖

丙酮酸。此反應(yīng)過(guò)程一般在無(wú)氧條件下進(jìn)行，又稱為無(wú)氧分解。三羧酸循環(huán)：丙酮酸

CO2+H2O。由于分子氧是此系列反應(yīng)的最終受氫體，所以又稱為有氧分解。五、葡萄糖的分解12/8/202329.第三節(jié)糖酵解

糖酵解（glycolysis）是指在無(wú)氧條件下，葡萄糖經(jīng)過(guò)酶催化作用降解成丙酮酸，并伴隨生成ATP的過(guò)程。它是動(dòng)物、植物和微生物細(xì)胞中葡萄糖分解的共同代謝途徑。

為了紀(jì)念對(duì)糖酵解途徑的闡明作出了重大貢獻(xiàn)的德國(guó)科學(xué)家Embden、Meyerhof和Parnas，糖酵解途徑又稱EMP途徑。12/8/202330.

糖酵解是三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化的前奏。如果供氧不足，NADH不進(jìn)入呼吸鏈，而是把丙酮酸還原成乳酸or乙醇。12/8/202331.二、糖酵解的生物化學(xué)過(guò)程

糖酵解的底物一般為葡萄糖，全過(guò)程在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，參與糖酵解各反應(yīng)的酶都存在于細(xì)胞質(zhì)中。

糖酵解過(guò)程包括10步反應(yīng)。12/8/202332.①此步不可逆

激酶(kinase)：將ATP上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到受體上的酶。葡萄糖激酶12/8/202333.②磷酸葡萄糖異構(gòu)酶12/8/202334.③磷酸果糖激酶此步不可逆，為限速步驟12/8/202335.醛縮酶④12/8/202336.⑤磷酸丙糖異構(gòu)酶12/8/202337.⑥3-磷酸甘油醛脫氫酶

12/8/202338.12/8/202339.巰基（-SH）是3-磷酸甘油醛脫氫酶的活性中心基團(tuán)。重金屬離子和烷化劑（如碘乙酸）能抑制該酶活性。當(dāng)用碘乙酸或碘乙酰胺處理時(shí)，可以與酶的活性中心結(jié)合成復(fù)合物，將巰基封閉，從而抑制了酶的活性。

12/8/202340.12/8/202341.⑦磷酸甘油酸激酶

底物磷酸化12/8/202342.⑧磷酸甘油酸變位酶12/8/202343.⑨烯醇化酶12/8/202344.⑩此步不可逆丙酮酸激酶12/8/202345.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丙酮酸×2己糖激酶磷酸果糖激酶3-磷酸甘油酸×22-磷酸甘油酸×22ADP2ATP丙酮酸激酶2NAD+2NADH+H+ADPATPADPATP2ATP2ADP糖酵解(胞液)12/8/202346.12/8/202347.葡萄糖

+2NAD++2ADP+Pi2丙酮酸

+2NADH

+2H+

+2H2O+2ATP12/8/202348.反應(yīng)ATP變化葡萄糖

6-磷酸果糖-16-磷酸果糖

1,6-二磷酸果糖-1

2X(1,3-二磷酸甘油酸

3-磷酸甘油酸)+1X2

2X(磷酸烯醇式丙酮酸

烯醇式丙酮酸)+1X2合計(jì)

+2三、糖酵解過(guò)程的化學(xué)計(jì)量獲能效率＝61.0KJ/191KJ×100％＝31％12/8/202349.四、糖酵解的生物功能

獲得適應(yīng)缺氧環(huán)境所需能量。1分子葡萄糖經(jīng)糖酵解可凈產(chǎn)生2分子ATP（相當(dāng)于61KJ）。

形成的中間產(chǎn)物為其它代謝提供原料。6-磷酸葡萄糖、磷酸二羥丙酮、磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸。12/8/202350.五、糖酵解的調(diào)節(jié)1、己糖激酶的調(diào)節(jié)

6-磷酸葡萄糖2、磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)

ATP、AMP、檸檬酸3、丙酮酸激酶的調(diào)節(jié)

ATP12/8/202351.六、丙酮酸的去路⑴丙酮酸

乙醇（酒精發(fā)酵）

無(wú)氧條件下，在酵母、有些微生物及植物細(xì)胞中存在此途徑。⑵丙酮酸

乳酸（乳酸發(fā)酵）

厭氧乳酸菌在無(wú)氧條件下，或動(dòng)物（包括人）的某些組織供氧不足時(shí)存在此途徑。12/8/202352.12/8/202353.⑶丙酮酸

乙酰CoA，進(jìn)入三羧酸循環(huán)

在有氧條件下，乙酰CoA被徹底分解為CO2和H2O，并放出大量能量。12/8/202354.12/8/202355.八、葡萄糖異生作用

葡萄糖異生作用（gluconeogenesis）是指生物體利用非碳水化合物的前體（如丙酮酸、草酸乙酸）合成葡萄糖的過(guò)程。

葡萄糖異生作用基本上是糖酵解的逆轉(zhuǎn)，但需要繞過(guò)3個(gè)不可逆反應(yīng)才能實(shí)現(xiàn)。12/8/202356.12/8/202357.⑴繞過(guò)丙酮酸激酶催化的反應(yīng)

以上二步反應(yīng)稱為丙酮酸羧化支路。丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶12/8/202358.⑵繞過(guò)磷酸果糖激酶催化的反應(yīng)1,6-二磷酸果糖1,6-二磷酸果糖酶磷酸果糖激酶6-磷酸果糖⑶繞過(guò)己糖激酶催化的反應(yīng)6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酶己糖激酶葡萄糖

底物循環(huán)12/8/202359.第四節(jié)三羧酸循環(huán)（TricarboxylicAcidCycle,簡(jiǎn)稱TCA或TAC）

葡萄糖通過(guò)糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸，在有氧條件下，將進(jìn)入三羧酸循環(huán)進(jìn)行完全氧化，生成H2O和CO2，并釋放出大量能量。

三羧酸循環(huán)是在細(xì)胞的線粒體中進(jìn)行的，在細(xì)胞質(zhì)中形成的丙酮酸需運(yùn)輸進(jìn)入線粒體后才能進(jìn)行。12/8/202360.

丙酮酸的有氧氧化包括兩個(gè)階段：

第一階段：丙酮酸的氧化脫羧（丙酮酸

乙酰輔酶A，簡(jiǎn)寫為乙酰CoA）

第二階段：三羧酸循環(huán)（乙酰CoA

CO2，釋放出能量）12/8/202361.1.

準(zhǔn)備階段（第一階段）----丙酮酸的氧化脫羧二、三羧酸循環(huán)的生化過(guò)程

丙酮酸在丙酮酸脫氫酶系催化下，脫羧形成乙酰CoA。丙酮酸脫氫酶系是一個(gè)非常復(fù)雜的多酶體系，主要包括：三種不同的酶（丙酮酸脫氫酶E1、硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶E2和二氫二硫辛酸脫氫酶E3），和6種輔因子（TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和Mg2+）。12/8/202362.丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA12/8/202363.酶縮寫輔基所催化的反應(yīng)丙酮酸脫氫酶A或E1TPP丙酮酸的脫羧二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；窧或E2硫辛酸2C單位的氧化并轉(zhuǎn)移給CoA二氫硫辛酸脫氫酶C或E3FAD、NAD+氧化型硫辛酰胺的再生大腸桿菌（E.Coli）的丙酮酸脫氫酶復(fù)合體12/8/202364.E1:丙酮酸脫氫酶E2:二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；窫3:二氫硫辛酸脫氫酶12/8/202365.12/8/202366.12/8/202367.12/8/202368.12/8/202369.12/8/202370.12/8/202371.2.三羧酸循環(huán)（8步反應(yīng)）12/8/202372.①檸檬酸合成酶此步不可逆，為限速步驟12/8/202373.烏頭酸酶②12/8/202374.③異檸檬酸脫氫酶此步不可逆，為限速步驟12/8/202375.α-酮戊二酸脫氫酶系④此步不可逆，為限速步驟12/8/202376.⑤琥珀酰CoA合成酶12/8/202377.⑥琥珀酸脫氫酶12/8/202378.⑦延胡索酸酶12/8/202379.⑧蘋果酸脫氫酶12/8/202380.TCAcycle草酰乙酸(4C)檸檬酸(6C)異檸檬酸(6C)琥珀酸輔酶A(4C)琥珀酸(4C)延胡索酸(4C)蘋果酸(4C)乙酰輔酶A(2C)α-酮戊二酸(5C)12/8/202381.一輪TCAcycle的計(jì)算12/8/202382.乙酰CoA

+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2

+CoA+3NADH

+3H++FADH2

+GTP

三羧酸循環(huán)總反應(yīng)式：12/8/202383.三、糖酵解過(guò)程的化學(xué)計(jì)量

每循環(huán)一次，一個(gè)乙酰CoA的兩個(gè)碳原子被氧化生成2分子CO2（兩步脫羧反應(yīng)）。

每循環(huán)一次，形成3分子NADH和1分子FADH2（4步脫氫氧化反應(yīng)）。

每循環(huán)一次，消耗兩分子水（用于檸檬酸和蘋果酸的合成）。

12/8/202384.

每循環(huán)一次，琥珀酰CoA的高能鍵生成1分子GTP（相當(dāng)于形成1分子ATP）。

另外：1分子NADH通過(guò)氧化磷酸化將電子傳給O2，可推動(dòng)2.5分子ATP生成；1分子FADH2通過(guò)氧化磷酸化將電子傳給O2，可推動(dòng)1.5分子ATP生成。問：1乙酰CoA？ATP1丙酮酸？ATP1葡萄糖？ATP12/8/202385.

CH3-CO-S-CoA+2H2O+GDP+Pi+3NAD++FAD→2CO2+CoA-SH+GTP+FADH2+3NADH+3H+

3NADH+3H+→3*2.5=9ATPFADH2→1.5ATPGTP→1ATP———————————————————10ATP

12/8/202386.1葡萄糖產(chǎn)生多少ATP：真核細(xì)胞：2+2*1.5+2*2.5+2*10=30ATP原核細(xì)胞：2+2*2.5+2*2.5+2*10=32ATP能量利用30.5KJ*32/2840KJ=34%12/8/202387.四、三羧酸循環(huán)的生物功能1.釋放能量獲得ATP2.為其它代謝提供原料1glucose有氧條件32/30ATP缺氧條件2ATP三羧酸循環(huán)是各種代謝的樞紐3.生成CO2的作用一部分排出，一部分用于合成（脂肪酸的合成，光合作用）12/8/202388.12/8/202389.12/8/202390.3.6三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物是很多生物合成的前體。例如a一酮戊二酸和草酰乙酸分別是谷氨酸和天冬氨酸合成的碳架;琥珀酰-CoA是葉琳環(huán)合成的前體，而葉琳是葉綠素和血紅素的組成部分;檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)至胞液后裂解成乙酰-CoA可用于脂肪酸合成。上述過(guò)程將最終導(dǎo)致草酰乙酸濃度下降，從而影響三羧酸循環(huán)的進(jìn)行，因此必須不斷補(bǔ)充才能使草酰乙酸的濃度維持在一定的水平，保證三羧酸循環(huán)正常進(jìn)行。這種補(bǔ)充稱為草酰乙酸的回補(bǔ)反應(yīng)12/8/202391.12/8/202392.四種回補(bǔ)方式12/8/202393.12/8/202394.12/8/202395.12/8/202396.回補(bǔ)反應(yīng)（anapleroticreaction）12/8/202397.五、三羧酸循環(huán)的調(diào)控丙酮酸脫氫酶系檸檬酸合成酶異檸檬酸脫氫酶α-酮戊二酸脫氫酶系琥珀酸脫氫酶12/8/202398.12/8/202399.第五節(jié)乙醛酸循環(huán)

乙醛酸循環(huán)在乙醛酸循環(huán)體中進(jìn)行。油料種子以脂肪酸為主要貯藏物質(zhì)，當(dāng)其萌發(fā)時(shí)，種子內(nèi)貯藏的脂肪酸通過(guò)乙醛酸循環(huán)轉(zhuǎn)化為的碳水化合物，運(yùn)到胚中供幼苗生長(zhǎng)。

乙醛酸循環(huán)與三羧酸循環(huán)有一定的相似性，但有本質(zhì)的區(qū)別：進(jìn)行部位不同