第六章糖代谢.docx

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第六章糖代谢

天津师范大学教案

课程

名称

生物化学

任课

教师

王景安

编号

06

课题

（章节）

第六章糖代谢

内容

分析

重点

糖酵解及有氧氧化各阶段的反应过程、特点、限速酶、限速步骤。

难点

糖酵解及有氧氧化过程的调节

教学

目的

1、了解糖的生理功能、消化吸收。

2、掌握糖酵解和糖酵解途径概念及反应过程、限速酶、限速步骤、能量计算、糖酵解的调节和生理意义。

3、掌握糖有氧氧化各阶段的反应过程、特点、限速酶、限速步骤、ATP的生成、调节。

4、掌握磷酸戊糖途径的反应特点、关键酶、调节、生理意义。

5、掌握乙醛酸循环途径及生理意义。

6、掌握糖原合成与分解反应过程、限速酶、限速步骤、调节方式。

7、掌握糖异生途径反应过程；熟悉糖异生的调节、生理意义。

教学

方法

讲授与讨论相结合

教学

手段

多媒体

教

学

过

程

设

计

第六章糖代谢

第一节多糖和酶低聚糖的酶促降解

第二节糖的分解代谢

一、糖的无氧酵解

二、糖的有氧分解

三、乙醛酸循环——三羧酸循环支路

四、五糖磷酸途径

第三节糖的合成代谢

一、蔗糖的合成

二、糖原的异生作用

作业与

思考题

《生物化学简明教程》第八章后面第188页的思考题。

课下阅读材料

1．生物化学简明教程聂剑初等合编1999年6月第三版高等教育出版社。

2．生物化学习题集张来群谢丽涛主编，1998年10月第一版，2001年3月第四次印刷，科学出版社出版。

3．现代生物化学于自然主编2001年10月第一版，化学工业出版社

注：

附教学讲义

P/O比：

消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即ATP的生成量，NADH呼吸链P/O=3，FADH2为2（平均值，也有的说成2.5和1.5）。

表明了呼吸链的产能效率。

第六章糖代谢（NADH的产生）

分为合成代谢与分解代谢

合成：

CO2+H2OC6H12O6+O2和非糖物质的糖异生

（CH2O）n多糖

分解：

淀粉酶促降解为单糖+O2CO2+H2O＋Q（合成的逆过程）

第一节多糖与低聚糖的酶促降解（到单糖）

α—E

1.水解：

β—E

淀粉麦芽糖（G+极限糊精）淀粉酶不能作用的糊精

α—淀粉酶：

内淀粉酶，耐热不耐酸（pH＜3.6）任何位置

水解α—1，4键

β—淀粉酶：

外淀粉酶，耐酸不耐热（70℃）非还原端

动物的消化液中只有α—淀粉酶无β—淀粉酶

脱支酶（α—1，6糖苷酶）如植物中的R酶及小肠粘膜中的α－糊精酶等，可与α，β—淀粉酶协同作用水解支链淀粉麦芽糖+G

2.磷酸解：

自非还原端

磷酸化酶

寡聚-（1,41,4）葡聚糖转移酶

脱支酶

+

G—P变位酶

P化酶

G—6P酯酶

淀粉1—P—G6—P—GG+Pi

淀粉磷酸化酶也只能分解淀粉的α—1，4键。

到分支处有四个末端残基时即停止（酶不能结合）。

淀粉酶

淀粉麦芽糖+糊精

转移酶：

将3G另一端上，R酶水解掉α—1，6连接的G直链。

转移酶与R酶未能分开，可能是一个酶，也可能是两个酶。

纤维素的水解。

纤维素酶（细菌、真菌、放线菌和原生动物可产生）。

纤维酶

纤维二糖酶

β—1，4键

纤维素纤维二糖G

双糖酶：

麦芽糖酶、蔗糖酶、纤维二糖酶、乳糖（β—半乳糖（1-4）G）酶，分别催化相应双糖的水解。

第二节糖的分解（即氧化作用）

分解的三途径：

1.无氧酵解生成乳酸

2.酵解—TCA彻底氧化为CO2+H2O动植物共有

3.戊糖磷酸途径CO2+H2O

植物还有生醇发酵和乙醛酸循环。

一、糖的无氧酵解（EMP途径）

人和高等动植物生成乳酸的糖酵解作用:

G丙酮酸

乳酸共11种酶，12或13步反应

乙醛乙醇（乙醇发酵）

HO

果糖P激酶

己糖P

G激酶

CCH2OP

异构酶

己糖激酶

HCOH+ATPG—6—PF—6—PF—1，6—二PC=O

HOCHHOCH

G—P变位酶

HCOHATPADPHCOH

P化酶

HCOHHCOH

CH20H*糖原G—1—PCH2OP

PGA激酶

O

变位酶

脱H酶

醛缩酶

3-磷酸甘油醛C-O~P

HCOHPGA

磷酸二羟丙酮CH2OPADPATP

NADNADH

甘油酸-2-磷酸

烯醇化酶

H-C=OCH2OHH2O

-CO2CH3CH3

丙酮酸激酶

COOHCOOHCOOHCOOH

乳酸脱H酶

HCOH（乳酸）C=OC-OHC-O~P（PEP）

CH3CH3CH2ATPADPCH2

需脱羧酶和乙醇脱氢酶

C6H12O62CH3-CHOH-COOH或2CH3CH2OH+2CO2

糖酵解的反应类型：

P酰基的转移分子间

分子内（变位、移位PGA甘油酸-2-磷酸）。

异构化、脱水、醇醛断裂（裂解）。

能量计算：

G6–P–GF–6–PFBP

ATPADPATPADP

GAPDPGAPGAPEP丙酮酸

2ADP2ATP2ADP2ATP

G：

生成2molATPADP+PiATP+30.514KJ

=31%

G酵解的获能效率（比率）：

2×30.514

196

=49.7%

糖原酵解获能效率（比率）：

3×30.514

183

G2乳酸ΔG0′=-196kJ/mol；

糖原（G）2乳酸ΔG0′=-183kJ/mol

糖酵解的调控（意义：

供能和提供合成的碳架）

3种激酶：

己糖激酶（在肝中为G激酶，专一性强）

催化G+ATPG–6–P+ADP受G–6–P的反馈抑制。

果糖P激酶：

F–6–P+ATPF–1，6–二P+ADP别构酶

ATP抑制，AMP↑，H+↓，柠檬酸抑制（增加ATP的抑制作用），β-D-果糖-2，6-二P使果糖P激酶↑（别构激活）。

丙酮酸激酶：

PEP丙酮酸

ADPATP

F–1，6–二P激活之（反应物前体）,ATP、乙酰CoA（反馈）、丙aa（竞争）均为抑制剂。

以上为第一次课！

二、糖的有氧分解（无氧代谢的继续）

无氧乳酸

G丙酮酸

有氧CO2+H2OTCA环和NADH（或FADH2）呼吸链。

1.丙酮酸脱氢酶系：

脱羧（TPP）酶、硫辛酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶。

硫辛酸乙酰转移酶CoA乙酰CoA

二氢硫辛酸（FAD）脱氢酶NAD

即丙酮酸脱羧、脱氢并与CoA结合为乙酰CoA。

CH3（羟乙基衍生物）

CO2HC-OH硫辛酸FADH2NAD+

TPP

丙酮酸脱羧酶硫辛酸二氢硫辛酸

CH3乙酰转移酶脱氢酶

C=OTPP乙酰二氢FADNADH

COOH硫辛酸二氢硫辛酸

CoASHCH3CO-SCoA

即：

丙酮酸+CoASH+NAD+乙酰CoA+NADH+H++CO2

注：

丙酮酸脱羧酶催化丙酮酸脱羧，形成羟乙基TPP；硫辛酸乙酰转移酶催化羟乙基TPP上的羟乙基氧化成乙酰基，并转移给硫辛酸形成乙酰二氢硫辛酸，硫辛酸乙酰转移酶还催化乙酰二氢硫辛酸上的乙酰基转移给CoA形成乙酰CoA；二氢硫辛酸脱氢酶催化二氢硫辛酸脱氢氧化为硫辛酸，通过其辅基FAD将H传给NAD形成NADH。

有氧氧化三阶段：

⑴糖磷酸化丙酮酸（细胞质中）。

⑵丙酮酸进入线粒体在其中氧化脱羧与CoASH结合为乙酰CoA。

丙酮酸乙酰辅酶A的反应是在真核细胞的线粒体基质中进行的，丙酮酸脱氢酶系在线粒体膜上。

⑶乙酰辅酶A进入TCA循环彻底氧化。

2.三羧酸循环也叫柠檬酸循环，又叫克雷勒斯（krebs）循环，简称TCA循环。

此反应过程是由含有三个羧基的柠檬酸作为第一个中间产物的循环反应，故称为三羧酸循环，也称柠檬酸循环。

三羧酸循环在线粒体内进行。

CH3C=OH2O脱氢、Mg++

草酰乙酸COOHScoACOOHCOOH

CH2+H2OCH2HO-CHNADNADH

C=OCoASHHO-C-COOHCH-COOH（脱）

COOHCH2CH2草酰琥珀酸

COOHCOOH-CO2

NADH+H+

α—酮戊二酸

NAD

FADH2FADCoASHH2OONADHNAD

COOH+H2OCOOHCOOHC~SCoA

HCOHHCCH2CH2

CH2CHCH2GTPGDP+PiCH2CO2CoASH

COOHCOOHCOOHCOOH

图三羧酸循环

①柠檬酸合酶②顺乌头酸酶③异柠檬酸脱氢酶④α-酮戊二酸脱氢酶复合体

⑤琥珀酰CoA合成酶（琥珀酸硫激酶）⑥琥珀酸脱氢酶⑦延胡索酸酶⑧苹果酸脱氢酶

各种酸并不因参加反应而增减，只消耗乙酰辅酶A。

两处脱羧：

异柠檬酸、α—酮戊二酸

H2O

四处脱氢：

异柠檬酸、α—酮戊二酸、苹果酸、琥珀酸脱氢呼吸链O2（NADH）（FADH2）

糖有氧分解中的能量变化：

1molGH2O+CO2

四次脱氢产：

8NADH×3=24ATP（包括丙酮酸脱氢）

2FADH2×2=4ATP2GTP2ATP

酵解阶段：

2ATP2NADH×3=6ATP（肌肉和神经组织经甘油α—P穿梭作用产生2个ATP）共38个/2867.48（KJ/mol）或36个ATP

所以G氧化分解时能量利用率为：

38×30.514/2867.48=40.4%（神经、肌肉为38.3％）

4.三羧酸（TCA）循环的生物学意义：

⑴能量获取。

⑵糖、脂、Pr相互转化的枢纽。

⑶中间产物为其它化合物（包括次生物质）的合成提供原料（琥珀酰辅酶A是合成卟啉环的原料），有机酸是植物体内有机酸的来源，也是氧化基质，可用微生物发酵生产。

5.TCA循环的调节

柠檬酸合成酶是关键酶：

ATP、NADH和琥珀酰辅酶A抑制，OAA和乙酰CoA激活。

异柠檬酸脱氢酶和α—酮戊二酸脱氢酶系也是2限速酶，受ATP、NADH抑制，ADP是异柠檬酸脱氢酶的激活剂。

三、乙醛酸循环——TCA循环的支路

许多微生物可利用乙酸作为唯一的碳源，它们含有两种特异酶：

异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶，乙酰CoA合成酶催化:

乙酸+ATP+CoASH乙酰CoA+AMP+PPi

乙酰CoACoASH

OAA柠檬酸

NADHH2O

H2O

NAD顺乌头酸与TCA环相同（公用）

H2O

MALTCA环

CoASHH2O异柠檬酸

乙醛酸

乙酰CoA琥珀酸

所以2CH3CO-SCoA+NAD++2H2O琥珀酸+2CoASH+NADH+H+

琥珀酸、MAL、OAATCA循环。

所以为TCA环支路。

乙醛酸循环的意义：

⑴合成TCA环中的有机酸，保证TCA环的正常进行（用乙酸或乙酰辅酶A）

⑵只植物、微生物体内有此循环，可借此将脂肪转化为糖：

CO2GTPGDP

磷酸烯醇丙酮酸

羧激酶

乙酰CoA琥珀酸MALOAAPEP可逆糖酵解

过程合成糖。

四、戊糖P途径，己糖P支路（P己糖支路）PPP途径

碘乙酸抑制糖酵解与有氧氧化后，组织仍有糖氧化为CO2和H2O，证明还有其他氧化途径：

1、戊糖P途径的化学过程：

可分为氧化与非氧化二阶段。

6—P—G酸

COOH

CH2OP

CH2OP

6—P—G酸内酯H-C-OH

HO-C-H

内酯酶

脱氢酶

H-C-OH

=OH-C-OH

NADP+NADPH+H+H2OCH2OP

6—P—GNADP+

CO2

NADPH+H+

甘油醛-3-P

6–P–F3C5–P–木酮糖5–P–核酮糖

CH2OH

CHOC=O

6—P—GCHOHCHOH

4-P-赤藓糖4C7CCHOHCHOH

景天糖-7-PCHOHCH2OP

5CCH2OP

木酮糖-5-P

6–P–F

P酯酶3C甘油醛-3-P

H2O

1，6—二P—F醛缩酶

3C二羟丙酮-P

6×6C5×6C1G每循环一次，脱羧一次，脱氢两次2NADPH。

1G完全氧化成CO2和H2O需6次或6个6-P-G参加反应，循环一次产生5个6-P-G

总反应6×6-P-G＋12NADP5×6-P-G＋6CO2＋Pi＋12NADPH＋H+

12NADPH+12H++6O212H2O

耗去7H2O:

6×6-P-G酸内酯+6H2O6-P-G酸∴共耗7个H2O，净1个1,6–二P–F+H2O6-P-F生成5H2O。

PPP途径的特点：

G直接脱H、脱羧（CO2）、不经EMP途径和TCA循环，产生NADPH+H+

6-P-G5-P-核糖6-P-G

氧化阶段非氧化阶段

PPP途径的意义：

1.生成NADPH可为生物合成脂肪酸和类固醇提供还原剂。

2.中间产物为核酸、aa、多酚、IAA（4-P-赤藓糖）的合成提供原料。

3-GAP（磷酸甘油醛）是联系无氧与有氧代谢的连接点、枢纽，互通的，多途径，对环境的适应。

几条途径在各种生物中是共存的，各途径在不同机体、不同状态下是有差异的（程度不同），还有其它代谢途径。

第三节糖的合成代谢

自养生物依靠生物的光合作用，这里讲异养生物利用单糖或小分子有机物

一、蔗糖的合成

植物体内糖类的主要运输形式、一些植物的主要组成成分。

二途径：

1.蔗糖合成酶。

此酶专一性较差，葡糖供体UDPG也可为ADPG、TDPG、GDPG、CDPG代替

但以UDPG为主，因其与酶亲和力高。

蔗糖合成酶

UDPG+F蔗糖+UDPk（平衡常数）=8，

1-P-G尿苷酰转移酶也叫UDPG焦磷化酶

G-1-P+UTPUDPG+PPi

PPi+H2O2Pi

2.P-蔗糖合成酶

UDPG+6-P-FP－蔗糖＋UDPk=3250

P

H2O酯

酶

蔗糖+Pi

因为此酶活性高，K大。

且P-蔗糖的P酯酶又大量存在，有利于蔗糖的合成，所以一般认为此途径为植物合成蔗糖的主要途径。

以上二酶可视为蔗糖合成的2同工酶：

1主要催化蔗糖分解，逆反应，如正在发育的谷粒中，能将输入的蔗糖分解为UDPG和ADPG，用于淀粉的合成。

二、淀粉的合成问题：

引物的合成需要糖原起始合成酶及引发蛋白质，先将UDPG与引发蛋白质的酪氨酸残基的酚羟基作用，形成具有1，4-α糖苷键的蛋白质引物，然后蛋白质上的寡糖链在糖原合成酶及分支酶作用下合成糖原。

α-1，4糖苷键的合成：

UDPG（活化的G或ADPG）转G苷（基）酶，引子（物）：

最小为麦芽三糖。

在非还原端延伸！

G结合在引物非还原端葡萄糖残基的C4OH上，ADPG转G苷酶是重要的（玉米、水稻）合成比UDPG转G苷酶快十倍。

ADPG转葡萄糖苷酶

nADPG+（G）nnADP+（G）n+n

α-1，6糖苷键的形成：

Q酶（分支酶，植物中仅有，双功能：

切断α-1，4键，连结成α-1，6键）

---------先裂解为小片段（6-7

个G）再C1-C6连结，从非

QE还原端切下。

不能以单糖直接形成

-----α-1，6糖苷键，有的微生

物可直接利用蔗糖与麦芽糖

---合成淀粉，支链淀粉是在淀

粉合成酶和Q酶的共同作用下合成的。

三、糖原的合成

糖元合成酶

ATPADPUTPPPi

引物

UDPG焦P化酶

变位酶

激酶

GG-6-PG-1-PUDPGα-1,4糖苷键

分支酶

引物必须含两个葡糖残基以上。

糖原

分支酶从至少11个残基的糖链非还原端将7个G残基转移到内部的位置上，形成具1，6糖苷键的新分支链，新分支必须与原有的糖链有4个G残基的距离，分支的增加，提高了糖原分解与合成的速度及溶解度。

糖原是人和动物肝、肌肉中的贮藏多糖，其分解与合成的关键酶是糖原磷酸化酶（P解生成G-1-P）和糖原合成酶。

激素调节：

胰岛素（胰岛βC分泌）促糖原合成，胰高血糖素（胰岛αC分泌）、肾上腺素（髓质分泌）、肾上腺皮质激素则促进糖原的降解，提高血糖。

四、糖的异生作用：

指从非糖物质合成为G的过程（进一步合成糖元则称为糖原的异生）

糖异生的途径（基本上是糖酵解的逆过程）

1.糖异生的前体物质：

①丙酮酸及乳酸、α-酮戊二酸、苹果酸等可转变为丙酮酸的物质。

②能转变为上述物质的aa（Ala、Glu、Asp）

③脂肪水解成的甘油（乙酰CoA不能异生为G）

④乙、丙、丁酸奇数碳脂肪酸琥珀酰CoAOAAPEPG

2.途径：

己糖激酶、P-果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反应不可逆。

丙酮酸羧化酶

COO-

生物素

丙酮酸+CO2+ATPCH2+ADP+Pi

C=O

COOH

GTPPEP羧激酶

CO2

GDP

1，3-二PGA3-PGA2-PGAPEP

ADP+PiATPH2O

NADH

NAD

酯

酶

G

Pi

GAP

Pi酯酶

*

1，6-二P-F6-P-F6-P-G糖原

Pi

DHAP1-P-G

3.糖异生的调控（糖酵解的三个激酶不可逆的逆反应处）：

①6-P-GP酯酶，被6-P-G激活，抑制己糖激酶，促进糖异生。

②1，6-二P-FP酯酶被ATP激活，而ATP抑制P-F激酶，G多时激素调节使2，6-二P-F多（由P-果糖激酶2催化6-P-果糖磷酸化形成的），激活果糖磷酸激酶，抑制1，6-二P-FPi酯酶，加速糖酵解，减弱糖异性。

③丙酮酸羧化酶受ATP、乙酰CoA激活，受ADP抑制。

糖酵解与糖异生的调节（这里的糖酵解应理解为包括有氧氧化的糖酵解阶段），可保证机体正常的能量与物质供应。

ATP、NADH、乙酰CoA积累时，则抑制酵解（也使有氧氧化过程受抑）、同时促进糖异生，保证ATP等不过渡积累，同时体内糖又不过分消耗，使消耗的血糖得到补充，保证以糖为结构基础的物质合成，使血糖维持稳定具有重要的意义。