动物生物化学课件8糖代谢.ppt

第八章糖代谢 CarbohydrateMetabolism 本章主要内容 糖在动物体内的一般概况 糖原的分解与合成代谢 葡萄糖的分解代谢 糖异生 磷酸戊糖途径 糖代谢各途径之间的关系 动物机体主要的能源和碳源 提供70 的能量 神经系统 胎儿和乳的合成消耗更多的葡萄糖 为氨基酸和脂肪合成提供C的来源 构成组织细胞的成分 核酸中的核糖 结缔组织中的蛋白多糖 细胞膜 上的糖脂和糖蛋白等 其他方面 如信号传导 免疫机能 1 糖在动物体内的一般概况 1 1糖的生理功能 1 糖在动物体内的一般概况 1 2糖的代谢概况 动物体内糖的来源 非反刍动物 反刍动物 动物体内糖的代谢 消化吸收 异生作用糖原分解 氧化供能 贮存转变成其他物质 葡萄糖血糖的来源和去路 1 糖在动物体内的一般概况1 3血糖概念 血液中所含的葡萄糖 1 糖在动物体内的一般概况 1 3血糖 意义 反映机体的能量水平 糖的分解和利用的动 态平衡 对大脑 胎儿尤为重要糖尿 血糖水平相对恒定 超过肾糖阈值 葡萄糖 随尿排出 激素的调节作用 胰岛素下调 胰高血糖素 肾上腺素 糖皮质激素上调 糖原 glycogen 又称动物淀粉 支链 分子量数百万以上 主要由葡萄糖以 1 4 糖苷键相连 93 以少量 1 6 糖苷键 7 形成分支 有肝糖原和肌糖原 2 糖原的分解与合成 2 1糖原结构 1 HOH H CH2OHOHOHHHOH 4 1 H H CH2OHOHOHHHOH O 4 1 H H CH2OHOHOHHHOH O O 4 1 H HO CH2OHOHOHHHOH OOPOO 1 HOH H CH2OHOHOHHHOH 4 1 H H CH2OHOHOHHHOH O 4 H CH2OHOHOHHHOH O HO 4 1 HOH H CH2OHOHOHHHOH OHOPOO 2 糖原的分解与合成2 2糖原分解断键部位 1 糖原的非还原末端磷酸化酶 细胞内糖原在磷酸化酶催化下形成大量葡萄糖 1 磷酸 糖原磷酸化酶 转移酶 1 6糖苷酶 Pi 脱支酶 OH OH OH HOH CH2OHOHHHOH HOPO32 HOH CH2OPO32 OHHHOHHOH HOH HOH CH2OHOHHHOH Pi 磷酸葡萄糖变位酶 葡萄糖 6 磷酸酶 葡萄糖 1 磷酸 葡萄糖 6 磷酸 葡萄糖 葡萄糖 1 磷酸在磷酸葡萄糖变位酶的作用下转变成葡萄糖 6 磷酸 最终又在葡萄糖 6 磷酸酶的催化下水解成葡萄糖 葡萄糖 ATP 2 葡萄糖 6 磷酸 ADP 2 糖原的分解与合成2 3糖原合成每个葡萄糖分子都须磷酸化成为6 P 葡萄糖 再异构成为1 P 葡萄糖 然后进一步活化为UDPG 在糖原引物的非还原端逐个加上葡萄糖基 同时释放出UDP 糖原合成酶是这个反应的关键酶 由分支酶催化糖链的分支 己糖激酶Mg A UDPG 糖原 Gn UDP 糖原 Gn 1 C D UDP 葡萄糖 焦磷酸化酶葡萄糖 1 磷酸 UTP UDP 葡萄糖 PPi无机焦磷酸酶PPi 2Pi糖原合酶 HOH OH OH H CH2OH HOH HOPO32 HOH HOH OH OH H CH2OPO32 HOH 磷酸葡萄糖变位酶 葡萄糖 1 磷酸 葡萄糖 6 磷酸 B E 1897年 Buchner兄弟由蔗糖发酵成乙醇的实验中发现 酵解是在无氧或缺氧的条件下 葡萄糖或糖原分解成乳酸并 且有能量 ATP 释放的过程 G Embden和O Meyerhof揭示了其途径 酵解途径的酶系存 在于胞液中 3 糖的分解代谢 3 1糖酵解 糖的无氧氧化 注意 这个过程消耗了ATP 反应不可逆 酵解的反应过程 第一阶段葡萄糖生成丙酮酸 注意 这个过程消耗了ATP 反应不可逆 第一个高能磷酸键形成 当底物发生脱氢或脱水时 使其分子内部能量重新分布而形成高能磷酸键 或高能硫酯键 然后将高能键转移给ADP 或GDP 生成ATP 或GTP 的过程 称为底物水平磷酸化 第二次底物水平磷酸化生成ATP 第二阶段丙酮酸还原成乳酸 磷酸果糖激酶 NADH H 丙酮酸激酶 葡萄糖 磷酸二羟丙酮 乙醇 3 磷酸甘油醛脱氢酶1 3 二磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶 3 磷酸甘油酸变位酶2 磷酸甘油酸烯醇化酶 己糖激酶 ATP6 磷酸葡萄糖磷酸己糖异构酶6 磷酸果糖 ATP1 6 二磷酸果糖醛缩酶 磷酸烯醇式丙酮酸 ATP乳酸脱氢酶乙醛丙酮酸乳酸 ATP 糖原 1 P G 糖酵解途径 糖酵解的特点 A 细胞内定位 胞液B 限速酶 3个 C 能量生成 净生成2个ATP分子 若从糖原开始 可净生成3分子ATP D 不需氧 E 糖酵解可从葡萄糖开始 也可从糖原的葡萄 糖单位开始 糖酵解的生理意义 是动物机体在无氧或供氧不充分的情况下通过分 解葡萄糖或糖原获得部分能量的重要方式 运动和使役的动物肌肉 一些供氧不足的组织 如视网膜 皮肤 睾丸以及肿瘤等组织通过这个途径获得部分能量 酵解途径与糖的有氧氧化途径 磷酸戊糖途径以 及异生途径都有密切联系 3 糖的分解代谢 3 2有氧氧化 aerobicoxidation 概念 有氧条件下 葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O 并伴 有能量释放的过程 四个阶段 葡萄糖降解为丙酮酸 丙酮酸氧化 三羧酸循环 呼吸链氧化 葡萄糖有氧氧化概况 葡萄 糖 6 磷酸葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 乙酰CoA 三羧酸 循环 H e O2 O2 O2 H2O CO2 胞 液 线粒体 同EMP途径 第一阶段由葡萄糖第二阶段 丙酮酸丙酮酸氧化 丙酮酸 3C 转变为乙酰CoA 2C 在线粒体中进行 由丙酮酸脱氢酶系催化 为不可逆反应 它包含有三个酶 总反应如下 乙酰CoA OH3CC SCoA CO2 丙酮酸脱氢酶复合体 NAD NADH H OH3CCCOOH HSCoA 丙酮酸 丙酮酸脱氢酶复合体 B 辅酶 a TPP E1 维生素B1 b FAD E3 维生素B2 c NAD E3 维生素PP d CoA 泛酸 e 硫辛酸 E2 A 酶 a 丙脱酸脱氢酶 E1 b 二氢硫辛酸转乙酰酶 E2 c 二氢硫辛酸脱氢酶 E3 丙酮酸氧化脱羧的特点 A 脱2H NAD B 脱羧 C3 C2 C 限速酶 不可逆D 产生高能硫酯键 第三阶段 三羧酸循 环 tricarboxylicacidcycle TCA 概念 以乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸的反应为起始 对乙酰基团进行氧化脱羧再生成草酰乙酸的单向循环反应序列 1937年Crebs提出 又称柠檬酸循环或Krebs循环 oxaloacetateacetylCoA citrate HSCoA 三羧酸循环的反应过程A 柠檬酸的形成柠檬酸合成酶 要点 A 柠檬酸合成酶 citratesynthase 关键酶 B 反应不可逆 C C2 C4 C6 实际进入TAC的是乙酰基 顺乌头酸酶 顺乌头酸酶 Aconitase 可逆 顺乌头酸酶citrate isocitrate B 异柠檬酸的形成 isocitrate a ketoglutarate C 第一次氧化脱羧异柠檬酸脱氢酶 要点 A 异柠檬酸脱氢酶是关键酶 B 第一次脱氢 NAD NADH H C 第一次脱羧 C6 C5 CO2 D 不可逆 需Mn Mg a ketoglutarate succinyl CoA D 第二次氧化脱羧 酮戊二酸脱氢酶复合体 要点 A 酮戊二酸脱氢酶复合体 关键酶 不可逆 类似丙酮酸脱氢酶复合体 B 第二次脱氢 NAD NADH H C 第二次脱羧 C5 C4 CO2 D 产生高能硫酯键 为下一步底物水平磷酸化 做准备 succinyl CoA succinate E 底物水平磷酸化琥珀酰辅酶A合成酶 要点 A 琥珀酰辅酶A合成酶 反应可逆 B 底物水平磷酸化 生成1分子ATP 是整个 三羧酸循环过程中唯一一次底物水平磷酸化 fumarate succinate注意 A 第三次脱氢 FAD FADH2 F 琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢酶 fumarate malate G 延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸酶 注意 A 第四次脱氢 NAD NADH H malate oxaloacetate H 苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱 氢酶系 柠檬酸合 成酶 三羧酸循环的特点 A 细胞内定位 线粒体 B 限速酶 3个 C 整个过程不可逆 D 需氧参与 共消耗4个氧原子 E TAC一周 脱氢4次 其中3次脱氢由NAD 接受 1次由FAD接受 F 1次底物水平磷酸化 生成1molATP G 消耗了2mol的水 NADH2和FADH2所携带的H原子来自循环中代谢中间 物的脱氢 在有氧条件下 每2个H原子可以通过呼吸链 电子传递系统 传递给1 2O2 生成H2O 并且有能量释放用以 合成ATP 1分子NADH2经呼吸链生成1分子H2O和2 5个ATP1分子FADH2经呼吸链生成1分子H2O和1 5个ATP 以1分子的葡萄糖完全氧化为例进行能量计算 1分子乙酰CoA通过TCA循环脱下的氢由 NADH及FADH2经呼吸链传递给O2 由此而形成10 分子的ATP 第一阶段 胞液 生成2ATP生成2NADH2计7 5 ATP 计5ATP 第二阶段 线粒体 2NADH2第三阶段 线粒体 6NADH2 2CO24CO2 2FADH22GTP 或2ATP 计20ATP共计32 30 ATP和6CO2 有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是动物获得能量的主要方式 糖的有氧氧化是糖 脂和氨基酸等营养物质分解代谢的 共同归宿 糖的有氧氧化也是糖 脂和氨基酸等营养物质互相转变 和联系的共同枢纽 糖的有氧氧化途径为嘌呤 嘧啶 尿素的合成提供 二氧化碳 也是大自然碳循环的重要组成部分 课堂提问1 下列哪一种不是丙酮酸脱氢酶复合体的辅酶 A TPPB FADC NAD D 硫辛酸 E 生物素 2 糖原的1个葡萄糖残基经糖酵解可净生成 个ATPA 1B 2C 3D 43 1分子葡萄糖有氧氧化时共有 次底物水平磷酸化A 2B 3C 4D 5E 64 1分子葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解 该反应途径中有 次脱氢反应A 10B 12C 4D 16E 185 糖原分解所得到的初产物是 A 葡萄糖 B UDPGC 1 磷酸葡萄糖 D 6 磷酸葡萄糖 E 1 磷酸葡萄糖和葡萄糖 3 糖的异生作用 3 1概念 由非糖物质转变成葡萄糖 或糖原的过程 但是这种转变不是糖分解 代谢的简单逆转 必须克服那些由关键酶所催化的不可逆反应造成的 能障 糖异生途径的三个能障 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 1 6 二磷酸果糖 6 磷酸果糖6 磷酸葡萄糖 葡萄糖 CO2COOO C O P CH2O COOH 丙酮酸 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸 A 丙酮酸ATP COO CO2C OO CH3 ADP Pi COO GTPC OCH2 磷酸烯醇式丙酮酸GDP 注意 a 消耗2个ATP分子 b 丙酮酸羧化酶 辅基 生物素 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 均为限速酶 前者仅存在于线粒体 后者存在于线粒体和胞液 B 1 6 二磷酸果糖 6 磷酸果糖 C 6 磷酸葡萄糖 6 磷酸果糖激酶 1 ATP ADP 果糖 1 6 二磷酸 H3PO4 己糖激酶 葡萄糖激酶 ATP葡萄糖 ADP H2O H3PO4 葡萄糖6 磷酸酶 H2O酶果糖双磷酸酶 1 为限速酶 葡萄糖6 磷酸酶 为限速酶 线粒体 胞液 糖异生的特点 A 组织定位 肝 90 肾 10 B 细胞内定位 胞液 线粒体 C 限速酶 丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 果糖 1 6 二磷酸酶 葡萄糖 6 磷酸酶 D 原料 甘油 乳酸 生糖氨基酸 丙氨 酸 天冬氨酸 谷氨酸等 异生作用的意义和乳酸的利用 在糖的来源不足时 如饥饿 禁食等情况下 异生作用是维持机体血糖水平的重要手段 对神经组织 大脑 胎儿尤其重要 反刍动物50 葡萄糖的来源通过丙酸的异生作用 肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸同时 还可将其转变为葡萄糖或肝糖原 实现对乳酸的再利用 见Corris循环 乳酸循环 Lacticacidcycle 定义 在肌肉中葡萄糖经糖酵解生成乳酸 乳酸经血液运到肝脏 肝脏将乳酸异生成葡萄糖 葡萄糖释入血液后又被肌肉摄取 这种代谢循环途径称为乳酸循环 又称Cori循环 乳酸循环 Cori循环 4 糖的分解代谢 磷酸戊糖途径 磷酸戊糖途径 pentosephosphatepathway 概念 指6 磷酸葡萄糖经氧化反应首先生成 NADPH CO2和5 磷酸核糖 再经基团转移反应生成6 磷酸果糖和3 磷酸甘油醛而进入糖酵解途径的过程称为磷酸戊糖途径 其主要功能不是生成ATP 而是生成5 磷酸核 糖和NADPH 又称为 磷酸戊糖旁路 不依赖于有氧或无氧的葡萄糖分解途径 约有30 的葡萄糖经过这条途径代谢 在胞液中进行 尤其在合成代谢旺盛的组织中活跃 从6 P 葡萄糖开始 经过两个阶段 1 氧化阶段产生NADPH2 CO2和5 P 核酮糖 2 非氧化阶段 通过基团的交换和分子内部的重组 5 P 核酮糖又转变为磷酸己糖 6 葡萄糖 6 磷酸NADPH6 6 磷酸 葡萄糖内酯6 6 磷酸 葡萄糖酸NADPHCO26 5 磷酸 核桐糖 2 5 磷酸 核糖2 3 磷酸甘油醛2 果糖 6 磷酸2 果糖 6 磷酸 4 5 磷酸 木酮糖2 7 磷酸景天庚糖2 4 磷酸赤藓糖2 3 磷酸甘油醛果糖 1 6 二磷酸H2OPi果糖 6 磷酸 磷酸戊糖途径的特点 A 组织定位 肝 泌乳期乳腺 脂肪组 织 肾上腺皮质 红细胞等 B 细胞内定位 胞液 C 限速酶 6 磷酸葡萄糖脱氢酶 D 基团转移反应可逆 是5 磷酸核糖的另 一生成途径 磷酸戊糖途径的生理意义 途径生成的NADPH是生物合成反应的供氢体 a 作为体内合成代谢的供氢体 如胆固醇 脂肪酸的合成 b 参与体内羟化反应 如胆固醇 类固醇激素和胆汁酸的合 成 以及生物转化中的羟化反应 c 维持谷胱甘肽的还原状态 途径生成的磷酸核糖是合成核苷酸的原料 与糖的酵解途径和有氧氧化途径相联系 5 糖代谢的联系与调节5 1各途径之间的联系第一个交汇点 6 第二个交汇点 3 磷酸葡萄糖磷酸甘油醛 第三个交汇点 丙酮酸 6 P 葡萄糖酸 作为一种竞争性 抑制剂 抑制磷酸己糖异构酶 从而抑制酵解和有氧氧化途径 5 糖代谢的联系与调节5 2糖代谢的调节途径的相互影响细胞能量水平的提高 通过抑制肌肉磷酸己糖激酶的活性降低酵解途径的活性 这种有氧氧化抑制酵解途径称巴斯德效应磷酸戊糖途径中的 细胞能量水平的调节 糖的摄入 除了部分供能以外 糖原 的合成增加 而运动使糖分解加快 糖原的合成变慢 缺乏糖的供应 糖异生作用加强 高能磷酸化合物 如ATP的浓度是细胞能量水平的反映 途径中关键酶的活性在相当程度上 受到细胞能量水平的影响 激素的影响 激素对糖代谢的影响主要有胰岛素 胰高血糖素 肾上腺素和糖皮质激素等 肾上腺素对肌肉糖原分解的调节 受体质膜 G蛋白 ATPPPi ACcAMP 非活性蛋子激酶A 活性蛋子激酶A 非活性 磷酸化酶b激酶 ATP 活性 磷酸化酶b激酶ATP 磷酸化酶b 磷酸化酶a Pi 糖原 1 P G 糖代谢途径中主要关键酶活性调节 苹果酸是将草酰乙酸从线粒体转运到胞液的载体