糖与糖代谢专题知识讲座

,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,#,#,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,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,#,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,#,糖与糖代谢专题知识讲座,糖与糖代谢专题知识讲座,第1页,一、糖代谢总论,糖代谢包含,分解代谢,和,合成代谢,。,植物和一些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即,光合作用,。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大一个能量转换过程。,地球生物量干重,50%,以上是葡萄糖聚合物,糖类生物学作用：,结组成份、能源物质、中间代谢物、细胞识别信息分子,糖与糖代谢专题知识讲座,第2页,C,、,H,、,O:,（,CH,2,O,）,n,糖类物质,是一类,多羟基醛或多羟基酮,类化合物或聚合物；,糖类物质能够依据其水解情况分为：,单糖（,1,）、寡糖（,219,）和多糖（,20,个以上）,；,在生物体内，糖类物质主要以同多糖、杂多糖、复合糖形式存在。,糖类元素组成与化学本质：,糖与糖代谢专题知识讲座,第3页,主要己糖包含：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。,-D-,吡喃葡萄糖,-D-,吡喃半乳糖,1.,单糖结构,-D-,吡喃甘露糖,-D-,呋喃果糖,糖与糖代谢专题知识讲座,第4页,蔗糖,2.,寡糖（二糖）,命名标准,P35,O,O,O,CH,2,OH,CH,2,OH,HOCH,2,1,2,3,2,4,O,D,吡喃,葡糖基,-,（,12,） ,D-,呋喃果糖苷,o,o,H,糖与糖代谢专题知识讲座,第5页,O-,-D-吡喃半乳糖基（1 4）D-吡喃葡糖,乳 糖,O,CH,2,OH,O,CH,2,OH,OH,O,1,4,1,2,3,麦芽糖,1,4,OH,o,o,糖与糖代谢专题知识讲座,第6页,(1),淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉）,直链淀粉分子量约,1,万,-200,万，,250-260,个葡萄糖分子，以,（,14,）糖苷键,聚合而成。呈螺旋结构，遇碘显深蓝色。,支链淀粉中除了,（,14,）糖苷键组成糖链以外，在支点处存在（,16,）糖苷键，分子量较高。遇碘显紫红色。,3.,多糖,糖与糖代谢专题知识讲座,第7页,（,2,）糖原,动物淀粉，贮存于肝脏和骨骼肌；,8,12,个残基发生一次分支，结果增加了水溶性和酶作用位点；,与碘作用呈红紫色,水解酶：,糖原磷酸化酶、糖原脱支酶、磷酸葡萄糖变位酶,糖与糖代谢专题知识讲座,第8页,糖原,糖与糖代谢专题知识讲座,第9页,(3).,纤维素,由葡萄糖以,（,14,）糖苷键连接而成直链，不溶于水。,(4).,几丁质（壳多糖）,N-,乙酰,-D-,葡萄糖胺，以,（,14,）糖苷键缩合而成线性同多糖。,(5).,杂多糖,糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）,P66,透明质酸,硫酸软骨素,硫酸皮肤素,硫酸角质素,肝素,糖与糖代谢专题知识讲座,第10页,二、多糖和寡聚糖酶促降解,概述,多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，生产中常称为,糖化,。,2.,淀粉水解,淀粉 糊精 寡糖 麦芽糖,G,糊精,：,指淀粉在酸或淀粉酶作用下降解成分子大小不一中间产物混合物。,糖与糖代谢专题知识讲座,第11页,淀粉酶促水解,：,水解淀粉淀粉酶有,与,淀粉酶,， 二者只能水解淀粉中,-1,，,4,糖苷键。,-,淀粉酶：,内切酶，能够水解淀粉,(,或糖原,),中任何部位,-1,，,4,糖键；,淀粉酶：,外切酶，只能从非还原端开始水解，产生,麦芽糖。,水解淀粉中,-1,，,6,糖苷键酶是,-1,，,6,糖苷酶（脱支酶）,淀粉水解产物为,糊精,和,麦芽糖,混合物。,糖与糖代谢专题知识讲座,第12页,还原末端,非还原末端,-1,，,4,糖苷键,-1,，,6,糖苷键,糖与糖代谢专题知识讲座,第13页,三、糖无氧降解及厌氧发酵,糖酵解路径,(glycolysis),（,Embden Meyerhof-Parnas pathway,EMP,）,指在无氧条件下，葡萄糖分解，形成,2,分子丙酮酸并提供能量过程。,酵解：丙酮酸转化为乳酸。,发酵：丙酮酸转化为乙醛、乙醇。,糖与糖代谢专题知识讲座,第14页,(1),糖酵解路径生化历程,己糖激酶,糖与糖代谢专题知识讲座,第15页,糖酵解过程,a,b,1,2,3,4,糖与糖代谢专题知识讲座,第16页,1,）第一阶段：葡萄糖,1, 6-,二磷酸果糖,糖与糖代谢专题知识讲座,第17页,2,）第二阶段：,1, 6-,二磷酸果糖,3-,磷酸甘油醛,糖与糖代谢专题知识讲座,第18页,3,）第三阶段：,3-,磷酸甘油醛,2-,磷酸甘油酸,磷酸甘油醛脱氢酶,糖与糖代谢专题知识讲座,第19页,4,）第四阶段：,2-,二磷酸甘油酸,丙酮酸,糖与糖代谢专题知识讲座,第20页,糖酵解路径,糖与糖代谢专题知识讲座,第21页,高能化合物与底物水平磷酸化,P34,（,substrate phosphorglate,）,结果：脱氢 活化，产能,三个不可逆反应催化酶：,已糖激酶、磷酸果糖激酶（限速步骤）、丙酮酸激酶,调整控制：磷酸果糖激酶,P71 and P83,（,phosphofructokinase PFK,）,（,2,） 总 结,糖与糖代谢专题知识讲座,第22页,2.,丙酮酸无氧降解,（酵解与厌氧发酵）,（,1,） 乳酸酵解,（,lactic fermation,）,动物,乳酸菌（乳杆菌、乳链球菌）,G +2ADP+ 2Pi 2,乳酸 ,2ATP+2,水,糖与糖代谢专题知识讲座,第23页,（,2,）酒精发酵（酵母第,型发酵）,alcoholic fermation,糖与糖代谢专题知识讲座,第24页,（,3,）甘油发酵（酵母第,型发酵）,糖与糖代谢专题知识讲座,第25页,糖与糖代谢专题知识讲座,第26页,四、葡萄糖有氧分解代谢,有氧氧化：大多数生物主要代谢路径,EMP pyr,TCA,可衍生许多其它物质,pyr,脱羧,TCA,糖与糖代谢专题知识讲座,第27页,丙酮酸氧化脱羧,乙酰,-CoA,生成,基础反应：,糖酵解生成丙酮酸可穿过线粒体膜进入,线粒体,内室。在丙酮酸脱氢酶系催化下，生成乙酰辅酶,A,。,糖与糖代谢专题知识讲座,第28页,催化酶：,这一多酶复合体位于线粒体内膜上，原核细胞则在胞液中。,丙酮酸脱氢酶系,三种酶,六种辅助因子,E1-,丙酮酸脱氢酶（也叫丙酮酸脱羧酶）,E2-,二氢硫辛酰转乙酰基酶,E3-,二氢硫锌酸脱氢酶。,焦磷酸硫胺素（,TPP),、硫辛酸（硫辛酰胺） 、,C,O,A,SH,、,FAD,、,NAD,+,、,Mg,2+,糖与糖代谢专题知识讲座,第29页,A,、过程图解,B,、丙酮酸脱氢酶复合体调控：,P97,糖与糖代谢专题知识讲座,第30页,2.,乙酰,CoA,彻底氧化分解,Tricarboxylic acid cycle TCA,糖酵解有二重作用：一是降解产生,ATP,，二是产生含碳中间物为深入分解或合成反应提供原料。,化学反应历程（,9,步反应、,8,种酶）,糖与糖代谢专题知识讲座,第31页,三羧酸循环,P99,106,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰辅酶,A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶,A,糖与糖代谢专题知识讲座,第32页,O,CH,3,-C-SCoA,CoASH,NADH,+CO,2,FADH,2,H,2,O,NADH,+CO,2,NADH,GTP,三羧酸循环 （,TCA,）,草酰乙酸,再生阶段,柠檬酸生成阶段,氧化脱,羧阶段,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰,CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD,+,NAD,+,FAD,NAD,+,糖与糖代谢专题知识讲座,第33页,三羧酸循环过程总结,(,一次循环,),9,步反应,8,种酶催化,反应类型,缩合,1,、脱水,1,、氧化,4,、底物水平磷酸化,1,、水化,3,生成,3,分子还原型,Co,生成,1,分子,FADH,2,生成,1,分子,ATP,（或,GTP,）,三羧酸循环总反应式,糖与糖代谢专题知识讲座,第34页,葡萄糖分解代谢过程中能量产生,葡萄糖在分解代谢过程中产生能量有两种形式：直接产生,ATP,；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,。,(1),糖酵解,：,1,分子葡萄糖,2,分子丙酮酸，共消耗了,2,个,ATP,，产生了,4,个,ATP,，实际上净生成了,2,个,ATP,，同时产生,2,个,NADH,。,（,2,）,有氧分解,（丙酮酸生成乙酰,CoA,及三羧酸循环）产生,ATP,、,NADH,和,FADH,2,:,丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸,乙酰,CoA,，生成,1,个,NADH,。三羧酸循环：乙酰,CoA,CO,2,和,H,2,O,，产生一个,GTP,（即,ATP,）、,3,个,NADH,和,1,个,FADH,2,。,糖与糖代谢专题知识讲座,第35页,葡萄糖分解代谢过程中产生总能量,糖酵解、丙酮酸氧化脱羧及三羧酸循环生成,NADH,和,FADH,2,，进入线粒体呼吸链氧化并生成,ATP,。线粒体呼吸链是葡萄糖分解代谢产生,ATP,最主要路径。,葡萄糖分解代谢总反应式,C,6,H,6,O,6,+ 6 H,2,O + 10 NAD,+,+ 2 FAD + 4 ADP + 4Pi,6 CO,2,+ 10 NADH + 10 H,+,+ 2 FADH,2,+ 4 ATP,按照一个,NADH,能够产生,2.5,个,ATP,，,1,个,FADH,2,能够产生,1.5,个,ATP,计算，,1,分子葡萄糖在分解代谢过程中共产生,32,个,ATP,：,4 ATP +,（,10,2.5,）,ATP +,（,2,1.5,）,ATP =,32 ATP,糖与糖代谢专题知识讲座,第36页,三羧酸循环生物学意义,1.,普遍存在,2.,生物体取得能量最有效方式,3.,是糖类、蛋白质、脂肪三大物质转化枢纽,P110,4.,取得微生物发酵产品路径,柠檬酸、谷氨酸,总之：,分解与合成代谢双重作用,糖与糖代谢专题知识讲座,第37页,3.,丙酮酸羧化支路（,TCA,回补路径）,三羧酸循环不但是产生,ATP,路径，它产生中间产物也是生物合成前体。比如卟啉主要碳原子来自琥珀酰,CoA,，谷氨酸、天冬氨酸是从,-,酮戊二酸、草酰乙酸衍生而成。一旦草酰乙酸浓度下降，势必影响三羧酸循环进行。,糖与糖代谢专题知识讲座,第38页,1.,丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸，需要生物素为辅酶。,糖与糖代谢专题知识讲座,第39页,2,、磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化下形成草酰乙酸。在大脑和心脏中存在这个反应。,糖与糖代谢专题知识讲座,第40页,3.,天冬氨酸及谷氨酸转氨作用能够形成草酰乙酸和,-,酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸也会形成琥珀酰,CoA,。其反应将在氨基酸代谢中讲述。,糖与糖代谢专题知识讲座,第41页,五、戊糖磷酸路径,phosphopentose pathway PPP,糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢主要路径，但不是唯一路径。,试验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍能够被消耗，这说明葡萄糖还有其它代谢路径。许多组织细胞中都存在有另一个葡萄糖降解路径，即磷酸戊糖路径（,pentose phosphate pathway,PPP,），也称为磷酸己糖旁路（,hexose monophosphate pathway/shunt,HMP,）。参加磷酸戊糖路径酶类都分布在动物,细胞溶胶,中，动物体中约有,30%,葡萄糖经过此路径分解。,糖与糖代谢专题知识讲座,第42页,糖与糖代谢专题知识讲座,第43页,1.,磷酸戊糖路径反应过程,G,糖与糖代谢专题知识讲座,第44页,（,1,）,G-6-P,脱氢脱羧转化成,5-,磷酸核酮糖。,6-,磷酸葡萄糖酸脱氢酶,糖与糖代谢专题知识讲座,第45页,（,2,）磷酸戊糖异构化,糖与糖代谢专题知识讲座,第46页,（,3,）磷酸戊糖经过转酮及转醛反应生成酵解路径中间产物,6-,磷酸果糖和,3-,磷酸甘油醛。,糖与糖代谢专题知识讲座,第47页,景天庚酮糖,7,磷酸甘油醛,3,磷酸,赤藓糖,4,磷酸果糖,6,磷酸,木酮糖,5,磷酸,甘油醛,3,磷酸果糖,6,磷酸,转醛酶,转酮酶,糖与糖代谢专题知识讲座,第48页,核酮糖,核酮糖,核酮糖,核酮糖,核酮糖,核酮糖,木酮糖,核糖,木酮糖,木酮糖,木酮糖,核糖,C,3,P,C,7,P,C,2,C,4,P,C,3,C,6,P,C,2,C,3,P,C,6,P,C,3,P,C,6,P,C,6,P,C,6,P,糖与糖代谢专题知识讲座,第49页,2.,磷酸戊糖路径调整,肝脏中各种戊糖路径酶中以,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,活性最低，所以它是戊糖路径限速酶，催化不可逆反应步骤。其活性受,NADP,+,/NADPH,比值调整，,NADPH,竞争性（,与,NADP,+,竞争活性部位,）抑制,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶和,6-,磷酸葡萄糖酸脱氢酶活性。机体内,NAD+/NADH,比,NADP+/NADPH,比值要高几个数量级，前者为,700,，后者为,0.014,，这使,NADHP,能够进行有效反馈抑制调控。只有,NADPH,在脂肪生物合成中被消耗时才能解除抑制，再经过,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶产生出,NADPH,。,糖与糖代谢专题知识讲座,第50页,非氧化阶段戊糖转变主要受控于底物浓度。,5-,磷酸核糖过多时，可转化成,6-,磷酸果糖和,3-,磷酸甘油醇进行酵解。,3.,生物学意义：,P153,（,1,）产生细胞内还原力（,NADPH,）；,（,2,）为细胞内不一样结构糖分子主要起源，并为各种单糖相互转变提供条件。,糖与糖代谢专题知识讲座,第51页,六、糖其它代谢路径,（以糖异生为例）,糖异生是指从非糖物质合成葡萄糖过程,。,非糖物质包含丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油等均能够在哺乳动物,肝脏,中转变为葡萄糖或糖原。这一过程基础上是糖酵解路径逆过程，但详细过程并不是完全相同，因为在酵解过程中有三步是不可逆反应，而在糖异生中要经过其它旁路路径来绕过这三步不可逆反应，完成糖异生过程。,一、糖异生证据及其生理意义,糖与糖代谢专题知识讲座,第52页,用整体动物做试验，禁食,24,小时，大鼠肝脏中糖原由,7%,降低到,1%,，饲喂乳酸、丙酮酸或三羧酸循环代谢中间物后能够使大鼠肝糖原增加。,根皮苷是一个从梨树茎皮中提取有毒糖苷，它能抑制肾小管将葡萄糖重吸收进入血液中，这么血液中葡萄糖就不停由尿中排出。当给经根皮苷处理过动物饲喂三羧酸循环中间代谢物或生糖氨基酸后，这些动物尿中糖含量增加。,糖尿病人或切除胰岛动物，他们从氨基酸转化成糖过程十分活跃。当摄入生糖氨基酸时，尿中糖含量增加。,1.,糖异生证据以下：,糖与糖代谢专题知识讲座,第53页,糖异生作用是一个十分主要生物合成葡萄糖路径。红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料，成人天天约需要,160,克葡萄糖，其中,120,克用于脑代谢，而糖原贮存量是很有限，所以需要糖异生来补充糖不足。,在饥饿或猛烈运动造成糖原下降后，糖异生能使酵解产生乳酸、脂肪分解产生甘油以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖。这对维持血糖浓度，满足组织对糖需要是十分主要。,糖异生能够促进脂肪氧化分解供给能量，当体内糖供给不足时，机体会大量动员脂肪分解，此时会产生过多,酮体（乙酰乙酸、,-,羟丁酸、丙酮），,而酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，此时糖异生对维持三羧酸循环正常进行起主要作用。,2,、糖异生生理意义,糖与糖代谢专题知识讲座,第54页,糖异生作用总反应式以下：,2,丙酮酸,+4ATP+2GTP+2NADH+2H,+,+4H,2,O ,葡萄糖,+2NAD,+,+4ADP +2GDP +6Pi,二、糖异生路径,糖与糖代谢专题知识讲座,第55页,葡糖,-6-,磷酸酶,糖与糖代谢专题知识讲座,第56页,1,、丙酮酸羧化生成磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,+ ATP + GTP ,磷酸烯醇式丙酮酸,+ ADP + GDP,经,草酰乙酸,2,、磷酸烯醇式丙酮酸沿酵解路径逆向反应生成,1,6-,二磷酸果糖。这个过程也要逾越一个能障，即从,3-,磷酸甘油酸转变成,1,3-,二磷酸甘油酸过程中需要消耗一个,ATP,。,糖与糖代谢专题知识讲座,第57页,3,、,1,6-,二磷酸果糖转化成,6-,磷酸果糖。这是糖异生作用中,关键反应,，由,果糖二磷酸酶,催化。该酶是一个别构酶，被其负效应物,AMP,、,2,6-,二磷酸果糖强烈抑制，但,ATP,、柠檬酸和,3-,磷酸甘油酸可激活此酶活性。,4,、,6-,磷酸果糖转化为葡萄糖，由葡萄糖,-6-,磷酸酶催化。,该酶存在于肝脏、肠、肾细胞光面内质网中,，在肌肉或脑组织中没有此酶存在，所以糖异生作用只能在,肝脏、,肠、肾细胞,中进行。,糖与糖代谢专题知识讲座,第58页,NADH,1,2,3,糖与糖代谢专题知识讲座,第59页,三、糖异生路径前体,1,、,凡是能生成丙酮酸物质都能够变成葡萄糖,。比如三羧酸循环中间物，柠檬酸、异柠檬酸、,-,酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸都能够转变成草酰乙酸而进入糖异生路径。,2,、,大多数氨基酸是,生糖氨基酸,如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、组氨酸、苏氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸等，它们可转化成丙酮酸、,-,酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循环中间物参加糖异生路径,。,糖与糖代谢专题知识讲座,第60页,3,、,Cori,循环：猛烈运动时产生大量乳酸会快速扩散到血液，随血流流至肝脏，先氧化成丙酮酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来。这一乳酸,葡萄糖循环过程称为,Cori,循环。,4,、,反刍动物糖异生路径十分活跃，牛胃中细菌分解纤维素成为乙酸、丙酸、丁酸等奇数脂肪酸可转变成为琥珀酰,CoA,参加糖异生路径合成葡萄糖。,糖与糖代谢专题知识讲座,第61页,本章小结,糖类概念,淀粉及其酶解（淀粉糊化，酶促水解）,单糖：,G,、,F,、半乳糖,双糖：蔗糖，麦芽糖，乳糖,多糖：淀粉（直链 支链），糖原,淀粉酶、,淀粉酶、葡萄糖淀粉酶,糖与糖代谢专题知识讲座,第62页,