糖类与糖类代谢

单击此处编辑母版标题样式,2020/11/3,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/3,*,第一节生物体内的糖类,2.己糖（,hexose）,最普遍存在的两种己糖是,葡萄糖,和,果糖,。它们在溶液中的主要形式并不是开链式结构，而是环式结构。,葡萄糖中的,C-1,的醛基与,C-5,的羟基反应，形成分子内的半缩醛，形成的糖环称为,吡喃糖,，,因为它与吡喃相似。,果糖分子上的,C-2,酮基与,C-5,羟基反应，形成分子内的半缩酮，形成的糖环称为,呋喃糖,，,因为它与呋喃相似。,一.单糖,2020/11/3,1,第一节生物体内的糖类,葡萄糖环化时产生出另一个不对称中心，即,C-1，,它是开链式中的羰基碳原子，在环式中变成了一个不对称中心，可以形成两种环式结构：一种是,-D-,吡喃葡萄糖，,表示,C-1,上羰基是在环平面的下边；另一种是,-D-,吡喃葡萄糖,一.单糖,2020/11/3,2,第一节生物体内的糖类,3.庚糖（,heptose）,庚糖虽然在自然界中分布较少，但在高等植物中存在。最重要的有,D-,景天庚酮糖和,D-,甘露庚酮糖。,一.单糖,2020/11/3,3,第一节生物体内的糖类,双糖,(,disaccharides),是由两个相同或不同的单糖分子缩合而成。生物体中的双糖有多种，最普遍存在的有蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖等。,1.,蔗糖：,葡萄糖,残基和,果糖,残基通过,-1，2-,糖苷键,连接，所以，蔗糖没有还原性的末端基团，是一种,非还原性糖,。结构,2.,麦芽糖,：,麦芽糖是淀粉水解的产物，它是由,两分子葡萄糖,通过,-l，4-,糖苷键,连接的二糖。麦芽糖还保留一个游离的半缩醛羟基，所以是一种,还原糖,。,二.双糖,2020/11/3,4,第一节生物体内的糖类,3.,乳糖,（,Lactose）,通过,-1,，4-,糖苷键,连接，乳糖也具有,还原性,。,4.,纤维二糖,纤维素经小心水解可以得到纤维二糖，通过,-1,，4-,糖苷键,连接，具有,还原性,。,二.双糖,2020/11/3,5,第一节生物体内的糖类,多糖也称聚糖,三.多糖,2020/11/3,6,第一节生物体内的糖类,1.直链淀粉,直链淀粉溶于热水，以碘液处理产生蓝色。它是由,-,葡萄糖通过,-1，4-,糖苷键,连接组成的，当被淀粉酶水解时，产生大量的麦芽糖，,2.支链淀粉,支链淀粉分子量较大，在支链淀粉分子中除有,-1，4-,糖苷键,外，还有,-1，6-,糖苷键。,支链淀粉与碘反应呈紫色或红紫色。,三.多糖,2020/11/3,7,第一节生物体内的糖类,(二) 糖原,（,glycogen）,它的结构类似于淀粉，分支程度更高，大约每10个,-1，4-,糖苷键,就有一个,-1，6-,糖苷键,，糖原大量存在于肌肉和肝脏中。,(三) 纤维素,(,cellulose),葡萄糖通过,-l，4-,糖苷键,连接组成的不分支的葡聚糖。,纤维素的基本结构单位是纤维二糖,三.多糖,2020/11/3,8,第一节生物体内的糖类,四.糖蛋白及其糖链,糖蛋白,是多糖以共价键形式与蛋白质连接形成的生物大分子。,糖链具有多样性和复杂性,糖蛋白中的寡糖链，序列多变，结构信息丰富，甚至超过核酸和蛋白质。,2020/11/3,9,第一节生物体内的糖类,糖蛋白功能,糖蛋白中的寡糖链在细胞识别包括细胞粘着、淋巴细胞归巢和精卵识别等生物学重要作用。,四.糖蛋白及其糖链,2020/11/3,10,第二节双糖和多糖的酶促降解,二糖在酶作用下，能水解成单糖。主要的二糖酶为蔗糖酶、半乳糖酶和麦芽糖酶。这三种酶广泛存在于人及动物的小肠液和微生物中。,（一） 蔗糖的水解,庶糖的水解主要通过蔗糖酶（也称转化酶）作用，蔗糖酶在动植物和微生物体内广泛存在。蔗糖水解后产生一分子葡萄糖和一分子果糖。,一.双糖的酶促降解,2020/11/3,11,第二节双糖和多糖的酶促降解,（二） 麦芽糖的水解,麦芽糖酶催化麦芽糖水解产生葡萄糖。每分子麦芽糖水解产生2分子葡萄糖。另外，植物中还存在,-,葡萄糖苷酶，此酶也可催化麦芽糖的水解，在含淀粉种子萌发时最丰富。,一.双糖的酶促降解,2020/11/3,12,第二节双糖和多糖的酶促降解,能够水解淀粉的酶称为淀粉水解酶,淀粉可以通过两种不同的过程降解成葡萄糖。一个过程是,水解,生成葡萄糖，另一个过程为,磷酸解,过程。,二.淀粉的酶促降解,2020/11/3,13,第二节双糖和多糖的酶促降解,（一） 淀粉的水解,参与淀粉水解的酶主要有以下几种：,1.淀粉酶,（1）-,淀粉酶,（2）,-,淀粉酶,二.淀粉的酶促降解,2020/11/3,14,第二节双糖和多糖的酶促降解,2.,R-,酶,即,-1，6-,糖苷酶，又称脱支酶，它可作用于淀粉的,-1，6-,糖苷键，但它不能水解支链淀粉内部的分支，只能水解支链淀粉的外围分支。所以，支链淀粉的完全降解需要有,-,淀粉酶、,-,淀粉酶和,R-,酶的共同作用。,3.麦芽糖酶,，-,淀粉酶与,R-,酶协同作用，最终可将支链淀粉水解为葡萄糖和麦芽糖。麦芽糖在植物体内难以直接利用，必须由麦芽糖酶水解为葡萄糖，才能参与糖代谢。植物体内的麦芽糖酶通常与淀粉酶同时存在并配合作用，故麦芽糖很少积累。,一.淀粉的酶促降解,2020/11/3,15,第二节双糖和多糖的酶促降解,（二） 淀粉的磷酸解,淀粉除了可以被水解外，也可以被磷酸解（,pho,1.磷酸化酶,可作用于淀粉的,-1，4-,糖苷键,，从非还原端依次进行磷酸解，每次释放1分子1-磷酸葡萄糖。磷酸化酶可以彻底降解直链淀粉，但降解支链 淀粉时，只能降解至距分支点（,-1，6-,糖苷键）4个葡萄糖基为止。支链淀粉的完全降解还需要有其他酶的作用。,二.淀粉的酶促降解,2020/11/3,16,第二节双糖和多糖的酶促降解,2.转移酶与脱支酶,转移酶的主要作用是将连接于分支点上4个葡萄糖基的葡聚三糖转移至同一分支点的另一葡四糖链末端，使分支点仅留下1个,-1，6-,糖苷键连接的葡萄糖基。,脱支酶（即,-1，6-,糖苷酶）再将这个葡萄糖基水解，使支链淀粉的分支结构转变成直链结构。磷酸化酶再进一步将其降解为1-磷酸葡萄糖。,磷酸化酶、转移酶和脱支酶的协同作用，将支链淀粉（或糖原）彻底降解为1-磷酸葡萄糖,二.淀粉的酶促降解,2020/11/3,17,2020/11/3,18,第二节双糖和多糖的酶促降解,综上，淀粉彻底水解产物是,葡萄糖,，淀粉磷酸解终产物是,1-磷酸葡萄糖（,不必再消耗能量便可参与糖代谢）,二.淀粉的酶促降解,2020/11/3,19,第二节双糖和多糖的酶促降解,纤维素是由,-,D-,葡萄糖通过,-1, 4-糖苷键连接而成的长链大分子。,纤维素酶能特异性地水解,-1, 4-糖苷键,，最终将纤维素水解成葡萄糖。,人和动物的消化系统中不能分泌出纤维素酶，所以不能直接利用纤维素作为食物。,三.纤维素的酶促降解,2020/11/3,20,生物体中糖的氧化分解主要有三条途径：,（1）无氧氧化（糖酵解）（2）有氧氧化（3）磷酸戊糖途径,糖酵解：指把,葡萄糖,转变为,丙酮酸,同时产生,ATP,的一系列反应。糖酵解是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径。,第三节 糖酵解,2020/11/3,21,第三节糖酵解,糖酵解部位:,细胞溶质,糖酵解过程:从葡萄糖开始, 经二个阶段10步,反应，最后生成丙酮酸并形成二分子,ATP。,第一阶段：磷酸三碳糖的生成,第二阶段：丙酮酸的生成,一.糖酵解的过程,2020/11/3,22,糖酵解过程,2020/11/3,23,2020/11/3,24,2020/11/3,25,葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式：,（1）直接产生,ATP,（2）生成高能分子,NADH,或,FADH,2,，,后者在线粒体呼吸链氧化并产生,ATP,二.糖酵解中产生的能量,第三节糖酵解,2020/11/3,26,第三节糖酵解,糖酵解途径有两方面的作用：,（1）,使葡萄糖降解产生,ATP,（2）,为合成反应提供原料。,在糖酵解途径中由,己糖激酶，6-磷酸果糖激酶,和,丙酮酸激酶,这三个酶均有调节糖酵解途径的作用。,三.糖酵解的控制,2020/11/3,27,但在不同生物体中丙酮酸的去路有所不同。,在有氧条件下丙酮酸进入,TCA,在无氧条件下丙酮酸主要有以下去路：,丙酮酸形成乳酸,丙酮酸形成乙醇,四.丙酮酸的去路,第三节糖酵解,2020/11/3,28,概念:指在有氧条件下，丙酮酸进行氧化脱羧，形成乙酰辅酶,A，,然后乙酰辅酶,A,通过柠檬酸循环被完全氧化为,CO,2,这一途径称为柠檬酸循环（,citric acid cycle）,又称,三羧酸循环（,TCA,循环),或,Krebs,循环,场所:线粒体,发现:柠檬酸循环是燃料分子（氨基酸、脂肪酸和碳水化合物）的最后的共同途径,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,29,在无氧条件下:,葡萄糖经分解代谢形成,丙酮酸,或无氧发酵形成,乳酸,或,乙醇,，释放,有限能量,；,在有氧条件下:,葡萄糖分解代谢并不停止在丙酮酸，而是继续进行有氧分解，最后形成,CO,2,和,H,2,O,，,同时释放出,更多能量,。它所经历的途径分为两个阶段，分别为,柠檬酸循环,和,氧化磷酸化,。,只是从丙酮酸生成后，无氧酵解与有氧氧化才开始进入不同途径。,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,30,为丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,催化此反应的酶是,丙酮酸脱氢酶复合物,，,该酶复合物存在于,线粒体衬质,上，它催化丙酮酸的氧化脱羧反应，并生成,乙酰辅酶,A,。,此作用将糖酵解和柠檬酸循环连接起来。,丙酮酸 +,NAD,+,+ CoA,乙酰,CoA + CO,2,+ NADH + H,+,当,NADH,通过线粒体中的电子传递链把电子传递给,O,2,时，,NAD,+,就再生出来，可供此反应和,3-磷酸甘油醛,的氧化反应所用。,一. 由丙酮酸形成乙酰辅酶,A,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,31,丙酮酸脱氢酶复合物:,是一个非常大的多酶复合物，包括三种酶、五种辅助因子,三种酶:,丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸转乙酰酶和二氢硫辛酸脱氢酶,五种辅助因子：,S,硫胺素焦磷酸（,TPP）、,硫辛酸,L S 、,辅酶,A，FAD,和,NAD,+,，,还有,Mg,2+,。,由丙酮酸生成乙酰辅酶,A,的反应如下：,一. 由丙酮酸形成乙酰辅酶,A,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,32,1.丙酮酸脱氢酶催化丙酮酸与,TPP,结合，从而发生脱羧。,一.由丙酮酸形成乙酰辅酶,A,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,33,2.由二氢硫辛酸转乙酰酶催化，使连在,TPP,上的羟基被氧化，形成乙酰基，并转移到硫辛酸的硫原子上，形成乙酰硫辛酸。,一.由丙酮酸形成乙酰辅酶,A,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,34,3.还是由二氢硫辛酸转乙酰酶催化，从乙酰硫辛酸上转移乙酰基到辅酶,A,的硫醇基上，形成乙酰辅酶,A,及二氢硫辛酸，并且高能硫酯键保留下来。,一. 由丙酮酸形成乙酰辅酶,A,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,35,4.由二氢硫辛酸脱氢酶催化，将二氢硫辛酸氧化，使硫辛酸再生，同时,FAD,作为辅基被还原，氧化剂是,NAD+。,一. 由丙酮酸形成乙酰辅酶,A,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,36,在有氧条件下，乙酰辅酶,A,经过一种循环反应，使其中的乙酰基被彻底氧化为,CO,2,和,H,2,O，,这种循环称为,柠檬酸循环,。整个循环过程包括8个步骤:,二.柠檬酸循环的反应过程,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,37,1.乙酰辅酶,A,与草酸乙酸缩合生成柠檬酸,循环从,草酰乙酸,与,乙酰辅酶,A,结合开始，形成柠檬酸及辅酶,A。,这个反应由,柠檬酸合成酶,（,citrate synthetase）,催化，草酰乙酸与乙酰辅酶,A,缩合形成柠檬酰辅酶,A，,后者再水解成一分子柠檬酸和辅酶,A。,2020/11/3,38,2.柠檬酸异构化形成异柠檬酸,柠檬酸必须异构化形成异柠檬酸，以便使六碳化合物进行氧化脱羧反应。首先，柠檬酸脱水生成顺乌头酸，然后再加水生成异柠檬酸。催化这两步反应的酶为,顺乌头酸酶,2020/11/3,39,3.异柠檬酸被氧化并脱羧形成,-,酮戊二酸,首先，在异,柠檬酸脱氢酶,的催化下，异柠檬酸被氧化脱去一对氢，生成草酰琥珀酸，草酰琥珀酸迅速脱羧生成,-,酮戊二酸。,2020/11/3,40,4.-,酮戊二酸经氧化脱羧形成琥珀酰辅酶,A,异柠檬酸转变成,-,酮戊二酸后随之进行第二次的氧化脱羧反应，形成琥珀酰辅酶,A。,这一反应由,-,酮戊二酸脱氢酶复合物,催化，反应与丙酮酸的氧化脱羧相似。,2020/11/3,41,此反应为不可逆反应，释放出大量能量，反应产生一分子,NADH,和一分子,CO,2,。-,酮戊二酸脱氢酶复合物与丙酮酸脱氢酶复合物在结构上相似，也由三种酶组成，包括：,-,酮戊二酸脱氢酶、转琥珀酰酶和二氢硫辛酸脱氢酶。反应也需同样的辅助因子：,TTP、,硫辛酸、辅酶,A，FAD，NAD,+,，,另外也需有,Mg2+,的存在。,2020/11/3,42,5.琥珀酰辅酶,A,转化成琥珀酸并产生一个高能磷酸键,琥珀酰,CoA,在,琥珀酰,CoA,合成酶,的催化下，将其高能键能转给,GDP，,生成,GTP，,同时生成琥珀酸。,GTP,的磷酸基团很容易转移到,ADP,上形成,ATP。,这是柠檬酸循环中唯一直接产生,ATP,的反应,。此反应是底物水平磷酸化的一个例子。,2020/11/3,43,6.琥珀酸氧化生成延胡索酸,经,琥珀酸脱氢酶,催化，琥珀酸被氧化为延胡索酸，,FAD,是氢受体。,2020/11/3,44,7.延胡索酸水合生成,L-,苹果酸,此反应由,延胡索酸酶,催化，该酶的催化反应具有严格的立体专一性，-,OH,严格地加到延胡索酸双键的一侧，而另一个,H,原子则加到相反的一侧，因此形成的苹果酸只有,L-,苹果酸。,2020/11/3,45,8.L-,苹果酸被氧化成草酸乙酸。,这一步是再生成草酸乙酸完成柠檬酸循环的最后一个步骤。此反应由,苹果酸脱氢酶,催化，,NAD,+,是受氢体。至此，草酸乙酸又重新生成，又可和另一分子乙酰,CoA,缩合生成柠檬酸而进入柠檬酸循环,2020/11/3,46,柠檬酸循环的总化学反应式如下：,乙酰-,CoA + 3NAD,+,+FAD+ GDP+Pi 2CO,2,+3NADH + FADH,2,+ GTP + 2H,+,+CoA-SH,从上式可以看出，柠檬酸循环的每一次循环都纳入一个乙酰,CoA,分子，即两个碳原子进入循环;又有两个碳原子以,CO,2,的形式离开循环。但是离开循环的两个碳原子并不是刚刚进入循环的那两个碳原子。,三.柠檬酸循环的化学总结算,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,47,每一次循环共有4次氧化反应。参加这4次氧化反应的有3个,NAD,+,分子和1个,FAD,分子；同时有4对氢原子离开循环，形成,3个,NADH,和,1个,FADH,2,分子。每一次循环以,GTP,的形式产生一个高能键，并消耗两个水分子。在柠檬酸循环中虽然没有氧分子直接参加反应,但是柠檬酸循环只能在有氧条件下进行。因为柠檬酸循环所产生的3个,NADH,和一个,FADH,2,分子只能通过电子传递链和氧分子才能够再被氧化。,三.柠檬酸循环的化学总结算,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,48,柠檬酸循环共有4个脱氢步骤，其中有3对电子经,NADH,转递给电子传递链，最后与氧结合生成水。 每对电子通过化学计算产生2.5个,ATP,分子，3对电子共产生7.5个,ATP,分子，一对电子经,FADH,2,转移给电子传递链，化学计算产生1.5个,ATP,分子，通过柠檬酸循环本身，只产生一个,ATP（GTP）,分子。因此，根据化学计算,每循环一次最终可以形成7.5+1.5+1=10个,ATP,分子,。这个数值比以往的计算少了两个,ATP,分子（以往是9+2+1=12个,ATP,分子）。,三.柠檬酸循环的化学总结算,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,49,若从丙酮酸脱氢酶开始计算每分子丙酮酸氧化脱羧产生一个,NADH,经电子传递链最后产生2.5个,ATP,分子。因此，,从丙酮酸开始经过一次循环共产生2.5+10=12.5个,ATP,分子,。若从葡萄糖开始计算，若不考虑糖酵解产生的2个,ATP,和2个,NADH，,每分子葡萄糖可形成2分子丙酮酸，因此，从葡萄糖形成2分子丙酮酸开始经柠檬酸循环共产生2倍的12.5个,ATP,分子（12.52），即25个,ATP,和2个,NADH，,则一分子葡萄糖共产生25（柠檬酸循环）+,（2+22.5）（糖酵解）,=32个,ATP,分子。,三.柠檬酸循环的化学总结算,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,50,各种生物，包括动物、植物、微生物都普,遍存在柠檬酸循环途径，所以具有普遍的,生物学意义。,（1）,柠檬酸循环是机体利用糖或其他物,质氧化而,获得能量,的最有效方式。糖经此,途径氧化产生的能量最多。每分子葡萄糖,经有氧氧化生成,H,2,O,和,CO,2,时，可,净生成,32,分子,ATP。,四.柠檬酸循环的生物学意义,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,51,（2）,柠檬酸循环的中间产物是合成其他化合物的,前体来源,。柠檬酸循环可供应多种化合物的碳骨架，以供细胞生物合成之用。例如，,-,酮戊二酸可作为碳架去合成谷氨酸和其他一些氨基酸；又如草酰乙酸可作为碳架去合成天冬氨酸，天冬氨酸又可转变成其他一些氨基酸；此外，卟啉中的大部分碳原子来自于琥珀酰,CoA，,而卟啉是叶绿素和血红素的组成部分。,四.柠檬酸循环的生物学意义,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,52,因此，如果柠檬酸循环的中间产物被抽走用于其他生物合成，它们必须得到补充才行。假设草酰乙酸被转化成氨基酸去进行蛋白质合成，这时除非草酰乙酸重新形成，否则柠檬酸循环就会停止运转。因为乙酰,CoA,只有与草酰乙酸缩合才能进入柠檬酸循环。,草酰乙酸如何得到补充（即,回补反应,）？,四.柠檬酸循环的生物学意义,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,53,回补反应：,丙酮酸的羧化,该反应是线粒体中的丙,酮酸羧化酶催化的，需要生物素做辅基。,四.柠檬酸循环的生物学意义,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,54,回补反应：,磷酸烯醇式丙酮酸的羧化,磷酸烯醇式,丙酮酸经过羧化可以形成草酰乙酸，反应,由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化。,四.柠檬酸循环的生物学意义,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,55,回补反应：,苹果酸脱氢生成草酰乙酸,由苹果酸酶,催化丙酮酸生成苹果酸，然后在苹果酸脱,氢酶作用下，苹果酸脱氢生成草酰乙酸。,四.柠檬酸循环的生物学意义,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,56,回补反应：,氨基酸形成草酰乙酸,谷氨酸和天冬氨酸经过转氨基作用，可形成,-,酮戊二酸和草酰乙酸。,四.柠檬酸循环的生物学意义,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,57,（3）,柠檬酸循环是糖类、脂类、蛋白质三大物质转化的,枢纽,。柠檬酸循环的中间产物可作为碳架形成相应的氨基酸，如前面提到的谷氨酸和天冬氨酸。另一方面，蛋白质水解的产物氨基酸，如谷氨酸、天冬氨酸脱氨后或转氨后的碳架也要通过柠檬酸循环而彻底氧化。脂肪分解后的产物脂肪酸经,-,氧化后生成乙酰,CoA，,也要经过柠檬酸循环而彻底氧化。所以，通过柠檬酸循环将三大类物质的代谢联系起来。,四.柠檬酸循环的生物学意义,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,58,柠檬酸循环的速率受到精确的调控以适应细胞对,ATP,的需要量。在整个循环过程中有,三个控制部位:,（1）,柠檬酸合成酶,催化的由乙酰,CoA,和草酰乙,酸生成柠檬酸的反应。,（2）,异柠檬酸脱氢酶,催化的反应,（3）,-,酮戊二酸脱氢酶,催化的放映,总之，当细胞中,ATP,含量高时，二碳片段进入柠檬酸循环的速率以及循环的速率都减慢了。,五.柠檬酸循环的调控,第四节 柠檬酸循环,2020/11/3,59,糖的无氧酵解及有氧氧化过程是生物体内糖分解代谢的主要途径，但在生物体中还有糖的另一氧化途径，称为,磷酸戊糖途径,（,pentose phosphate pathway）。,糖的,无氧酵解,和,有氧氧化,主要是产生,ATP，,而,磷酸戊糖途径,主要是产生,还原能力,。,当有机体变得复杂时，除了需要糖酵解的中间物供生物合成外，还需要某种还原剂，因为在糖酵解中产生的还原剂,NADH,又可在另一反应中被消耗，故需要另外的还原剂来源，而磷酸戊糖能够产生还原剂,NADPH,供合成之用。,第五节 磷酸戊糖途径,2020/11/3,60,在大多数生化反应中，,NADPH,和,NADH,之间有根本的区别，,NADH,被呼吸链氧化以产生,ATP，,而,NADPH,则是在还原性的生物合成中作为氢和电子的供体,。细胞易于利用的还原能力的通货是,NADPH。,另外，这一途径也能产生其他多种中间产物，与分解代谢及合成代谢均有密切联系。,NADH：,被呼吸链氧化以产生,ATP,NADPH：,在还原性的生物合成中作为氢和电子的,供体（还原能力的通货）,第五节 磷酸戊糖途径,2020/11/3,61,磷酸戊糖途径,在,细胞溶质,中进行,第五节 磷酸戊糖途径,一.磷酸戊糖途径过程,2020/11/3,62,（1）6-磷酸葡萄糖的脱氢反应,由6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化,2020/11/3,63,（2）6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸,由6-磷酸葡萄糖酸内酯酶催化。,2020/11/3,64,（3）6-磷酸葡萄糖酸氧化脱羧生成5-磷酸核酮糖,反应由6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化，,2020/11/3,65,（4）磷酸戊糖的相互转化,磷酸核糖异构酶催化5-磷酸核酮糖转变为5-磷酸核糖；磷酸戊酮糖表异构催化5-磷酸核酮糖转变为5-磷酸木酮糖。,2020/11/3,66,2020/11/3,67,（5）7-磷酸景天庚酮糖的生成,由转酮酶催化，将5-磷酸木酮糖的一个二碳单位(乙酮醇基)转移给5-磷酸核糖，生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。,2020/11/3,68,（6）由转醛酶催化生成四碳糖和六碳糖,7-磷酸景天庚酮糖中的一个三碳单位（二羟丙酮基）转移给3-磷酸甘油醛，生成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖。反应由转醛酶催化。,2020/11/3,69,（7）转酮酶催化4-磷酸赤藓糖和5-磷酸木酮糖合成为6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛,2020/11/3,70,6-,P-G + 12NADP,+,+ 7H,2,O, 6CO,2,+ 12NADPH + 12H,+,+ Pi,2020/11/3,71,磷酸戊糖途径的反应,氧化阶段：,1.6-,P-G+NADP,+,6-P-G,酸内酯+,NADPH+H,+,2.6-,P-G,酸内酯 6-,P-G,酸,3.6-,P-G,酸+,NADP,+,5-P,核酮糖+,CO,2,+NADPH+H,+,非氧化阶段：,4.5-,P,核酮糖 5-,P,核糖,5.5-,P,核酮糖 5-,P,木酮糖,6.5-,P,木酮糖+5-,P,核糖 7-,P,景天庚酮糖+3-,P,甘油醛,7.7-,P,景天庚酮糖+3-,P,甘油醛 6-,P,果糖+4-赤鲜糖,8.5-,P,木酮糖+4-,P,赤藓糖 6-,P,果糖+3-,P,甘油醛,2020/11/3,72,6个葡萄糖-6-磷酸分子进入戊糖磷酸途径，再生5个,葡萄糖-6-磷酸分子，产生6分子,CO,2,和,Pi，,并产生,12,NADPH+12H,+,。,磷酸戊糖途径的主要特点是葡萄糖直接脱氢和脱羧，,不必经过糖酵解和三羧酸循环。脱氢酶的辅酶是,NADP,+,。,整个途径可分为氧化阶段和非氧化阶段，氧化阶段从,6磷酸葡萄糖氧化开始到形成5-磷酸核糖。非氧化阶,段是磷酸戊糖分子在转酮酶和转醛酶的催化下重排，,产生6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛，此阶段的中间产物,有,C,3,，C,4,，C,5,，C,6,和,C,7,糖的产生,。,2020/11/3,73,（1） 磷酸戊糖途径是细胞,产生还原力（,NADPH）,的主要途径。每一分子葡萄糖被完全氧化可产生12分子,NADPH，NADPH,可以作为氢和电子的供体。,第五节 磷酸戊糖途径,二.磷酸戊糖途径的生物学意义,2020/11/3,74,（2） 磷酸戊糖途径是细胞内,不同结构糖分子的重要来源,，并为,各种单糖的相互转化提供条件,。,第五节 磷酸戊糖途径,二.磷酸戊糖途径的生物学意义,2020/11/3,75,高等植物体内的葡萄糖，可由多个代谢产生：,光合作用,C,3,途径中的部分6-磷酸果糖离开碳循环，转变为6-磷酸葡萄糖，经脱磷酸而生成葡萄糖；,以非糖物质作为前体合成葡萄糖的过程称为,糖异生作用,。,第六节 单糖的生物合成,2020/11/3,76,（一） 葡萄糖异生作用与糖酵解作用的关系,在糖酵解中，葡萄糖转变为丙酮酸，而在葡萄糖异生作用中则是由丙酮酸转变为葡萄糖。但葡萄糖异生作用不是糖酵解作用的直接逆反应。,第六节 单糖的生物合成,一.葡萄糖异生作用的途径,2020/11/3,77,（二） 葡萄糖异生对糖酵解的不可逆过程采取的迂回措施(需绕过),1. 丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸,2. 1，6-二磷酸果糖生成6-磷酸果糖,3. 6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖,第六节 单糖的生物合成,一.葡萄糖异生作用的途径,2020/11/3,78,丙酮酸+,ATP+GTP PEP,+,ADP+GDP+Pi;,第六节 单糖的生物合成,一.葡萄糖异生作用的途径,2020/11/3,79,2.1，6-二磷酸果糖生成6-磷酸果糖,第六节 单糖的生物合成,一.葡萄糖异生作用的途径,2020/11/3,80,3.6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖。,第六节 单糖的生物合成,一.葡萄糖异生作用的途径,2020/11/3,81,葡萄糖异生的化学计算关系为：,2丙酮酸 + 4,ATP + 2GTP + 2NADH + 6H,2,O,葡萄糖 + 4,ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD,+,第六节 单糖的生物合成,一.葡萄糖异生作用的途径,2020/11/3,82,（1）克服糖酵解的3步不可逆反应。,（2）糖酵解全过程在,细胞液,进行，而糖异生作用则分别在,线粒体和细胞液,进行,第六节 单糖的生物合成,一.葡萄糖异生作用的途径,2020/11/3,83,糖酵解和糖异生反应中酶的差异,糖酵解作用 葡糖异生作用,1.己糖激酶 葡萄糖-6-磷酸酶,2.,磷酸果糖激酶 果糖-1，6-二磷酸酶,3.,丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶,PEP,羧激酶,第六节 单糖的生物合成,一.葡萄糖异生作用的途径,2020/11/3,84,这种相互制约又相互协调的关系主要由两种途径不同,酶活性和浓度,起作用；此外,底物浓度,也起调节作用。,第六节 单糖的生物合成,二、糖异生作用的调节,2020/11/3,85,在双糖与多糖的代谢中，,糖核苷酸,起着重要的作用，故先介绍糖核苷酸的作用与形成。,单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为糖核苷酸。在高等植物（包括动物）体内，,糖核苷酸是合成双糖和多糖过程中单糖的活化形式与供体,。在糖类物质代谢中，以尿苷二磷酸葡萄糖（,UDPG）,和腺苷二磷酸葡萄糖（,ADPG）,为最重要，这两种物质的结构式如下：,第七节 蔗糖和淀粉的生物合成,一. 糖核苷酸的作用与形成,2020/11/3,86,UTP,首先分解出两个磷酸基生成焦磷酸，留下的,UMP,的磷酸基再与1-磷酸葡萄糖的磷酸基结合，形成,UDPG。,反应如下：,1-,P-G + UTP,UDPG,焦磷酸化酶,UDPG + PPi,1-,P-G + ATP,ADPG,焦磷酸化酶,ADPG + PPi,第七节 蔗糖和淀粉的生物合成,一.糖核苷酸的作用与形成,2020/11/3,87,现在已知的蔗糖合成途径主要有以下几种:,（一）蔗糖磷酸化酶途径,蔗糖磷酸化酶（,sucrose phosphorylase）,可催化1-磷酸葡萄糖和果糖合成蔗糖并生成一分子磷酸或其逆反应。此途径存在于微生物中，高等植物中未发现。,1-磷酸葡萄糖+果糖 蔗糖+,Pi,（,二）蔗糖合成酶途径,蔗糖合成酶可利用腺苷二磷酸葡萄糖（,ADPG）,作为葡萄糖的供体与果糖合成蔗糖。反应如下：,ADPG+,果糖,ADP+,蔗糖,第七节 蔗糖和淀粉的生物合成,二. 蔗糖的生物合成,2020/11/3,88,（,三）蔗糖磷酸合成酶途径,蔗糖磷酸合成酶存在于细胞质中。其特点也利用,UDPG,作为葡萄糖的供体，但葡萄糖的受体不是游离的果糖，而是果糖-6-磷酸，生成的直接产物为磷酸蔗糖。但是植物体内还存在磷酸酯酶，它能将磷酸蔗糖水解而生成蔗糖。此合成途径包括两步反应：首先由蔗糖-6-磷酸合成酶催化,UDPG,与6-磷酸果糖生成蔗糖-6-磷酸，再经磷酸酯酶作用，水解脱去磷酸基，形成蔗糖。,UDPG + F-6-P,蔗糖磷酸合酶,磷酸蔗糖+,UDP,磷酸蔗糖,蔗糖磷酸酯酶,蔗糖+,H,3,PO,4,目前认为此途径是蔗糖生物合成的主要途径。,第七节 蔗糖和淀粉的生物合成,二. 蔗糖的生物合成,2020/11/3,89,植物经光合作用所合成的糖大部分转化为淀粉，,第七节 蔗糖和淀粉的生物合成,三.淀粉的生物合成,2020/11/3,90,（一）直链淀粉的生物合成,1.淀粉磷酸化酶,淀粉磷酸化酶广泛存在于生物界。它催化1-磷酸葡萄糖与引物合成淀粉。,1-磷酸葡萄糖+(糖基),n,(,糖基),n+1,+Pi,所谓的,“引物”,主要是,-,葡萄糖1，4键的化合物即(糖基),n。,所需引物最小为麦芽三糖，即,n3。,第七节 蔗糖和淀粉的生物合成,三.淀粉的生物合成,2020/11/3,91,2.淀粉合成酶,此途径是淀粉合成的主要途径。,UDPG+(,葡萄糖),n,淀粉合酶,UDP,+,（,葡萄糖）,n+1,“引子”,ADPG+(,葡萄糖),n,淀粉合酶,ADP,+,（,葡萄糖）,n+1,“引子”,淀粉合成酶利用,ADPG,合成淀粉比利用,UDPG,的效率高近10,淀粉合成酶不能形成淀粉分支点处,-1，6,键。,第七节 蔗糖和淀粉的生物合成,三.淀粉的生物合成,2020/11/3,92,3.D-,酶（,D-enzyme）,D-,酶是一种糖苷转移酶，作用于,-l ，4-,糖苷键,第七节 蔗糖和淀粉的生物合成,三.淀粉的生物合成,2020/11/3,93,在淀粉生物合成过程中，“引物”的产生与,D-,酶,的作用有密切的关系。,上述几种途径只能形成,-l ，4-,糖苷键，所以,不能催化支链淀粉的形成。,第七节 蔗糖和淀粉的生物合成,三.淀粉的生物合成,2020/11/3,94,（二）支链淀粉的合成,支链淀粉的合成除了要形成,-1，4-,糖苷键，还要形成,-1，6-,糖苷键。催化,-1，6-,糖苷键形成的酶为,Q,酶,。因此，,Q,酶,与形成,-l，4,键的,淀粉合成酶,共同作用就可合成,支链淀粉,。,第七节 蔗糖和淀粉的生物合成,三.淀粉的生物合成,2020/11/3,95,在,Q,酶作用下支链淀粉的形成,2020/11/3,96,