1 / 119

第五章 糖 代 谢 Chapter 5 Metabolism of carbohydrate

第五章 糖 代 谢 Chapter 5 Metabolism of carbohydrate. 糖的无氧分解 --- 糖酵解 糖的有氧氧化 --- 三羧酸循环 磷酸戊糖途径 糖原的合成与分解 糖异生. 教学目的 : 1. 掌握糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应过程及生理意义 2. 了解糖原的合成与分解代谢 3. 掌握糖异生的概念及途径 教学重点难点 ： 糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应过程及生理意义 ; 糖异生 教学课时 :10. 糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物

roscoe
Download Presentation

第五章 糖 代 谢 Chapter 5 Metabolism of carbohydrate

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第五章 糖 代 谢Chapter 5 Metabolism of carbohydrate 糖的无氧分解---糖酵解 糖的有氧氧化---三羧酸循环 磷酸戊糖途径 糖原的合成与分解 糖异生

  2. 教学目的: 1.掌握糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应过程及生理意义 2.了解糖原的合成与分解代谢 3.掌握糖异生的概念及途径 • 教学重点难点： 糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应过程及生理意义;糖异生 教学课时:10

  3. 糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物 一.糖类在生物体的生理功能主要有： ① 氧化供能：糖类占人体全部供能量的70%。 ②构成组织细胞的基本成分： • *核糖: 构成核酸 • *糖蛋白: 凝血因子、免疫球蛋白等 • *糖脂: 生物膜成分 • ③转变为体内的其它成分 • *转变为脂肪 • *转变为非必需氨基酸

  4. 血中葡萄糖 缺氧 主 糖酵解 二.糖代谢的概况 食物 供氧充足 有氧氧化 （CO2、H2O、ATP) 磷酸戊糖途径 （5-磷酸核糖、NADPH） 糖异生 合成 糖原 分解

  5. 三羧酸循环 (TCA) 三.葡萄糖的分解代谢途径及定位 1、分解代谢途径 乳酸 糖酵解 （无氧） 葡萄糖 丙酮酸 （有氧或无氧） 乙醇 （有氧） 6-磷酸葡萄糖 乙酰 CoA NADH FADH2 磷酸戊糖途径 呼吸链氧化磷酸化

  6. 细胞壁 细胞膜 胞饮 细胞质 叶绿体 线粒体 中心体 高尔基体 有色体 细胞核 白色体 内质网 液体 吞噬 溶酶体 晶体 细胞膜 分泌物 2、分解代谢途径及定位 丙酮酸氧化 三羧酸循环 氧化磷酸化 磷酸戊糖途径糖酵解 植物细胞 动物细胞

  7. Section 1糖酵解（glycolysis) • 糖酵解:是葡萄糖在无氧条件下在组织细胞中降解成丙酮酸,并释放出能量生成ATP的过程。 • 它是葡萄糖最初经历的酶促分解过程,也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。

  8. 一、糖酵解的反应过程 • 无氧酵解的全部反应过程在细胞溶胶(cytoplasm)中进行。 • 从葡萄糖到丙酮酸的反应过程包括两个部分，可分为活化、裂解、放能三个阶段，十步反应。

  9. (一)准备 1.葡萄糖的活化(activation)——己糖磷酸酯的生成： 活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异构反应生成1,6-二磷酸果糖(FBP，FDP)的反应过程。该过程共由三步化学反应组成。

  10. ATP * 己糖激酶/葡萄糖激酶 (1) Mg2+ ADP (2) 磷酸己糖异构酶 * 磷酸果糖激酶-1 (3) Mg2+ ATP ADP

  11. 激酶：催化ATP分子与底物之间的磷酸基转移的酶称激酶，激酶一般需要Mg2+或Mn2+作为辅因子。Mg2+可以掩盖ATP/ADP分子中磷酸基氧原子的负电荷，使葡萄糖C-6/C-1位的羟基易于对ATP的γ–位磷原子进行亲核攻击.激酶：催化ATP分子与底物之间的磷酸基转移的酶称激酶，激酶一般需要Mg2+或Mn2+作为辅因子。Mg2+可以掩盖ATP/ADP分子中磷酸基氧原子的负电荷，使葡萄糖C-6/C-1位的羟基易于对ATP的γ–位磷原子进行亲核攻击. 机理：葡萄糖C-6/C-1位的羟基对ATP的γ–位磷原子的亲核进攻击

  12. ADP glucose glucose-6-phosphate (G-6-P） ⑴ 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖 ATP Mg2+ 已糖激酶 糖酵解过程的第一个限速酶 特点：①此反应不可逆，消耗1个ATP. ②催化此反应的激酶有已糖激酶和葡萄糖激酶。

  13. 磷酸Glc异构酶 ⑵ 6-磷酸葡萄糖异构化转变为6-磷酸果糖 fructose-6-phosphate,F-6-P 特点： ①反应的△Go′变化很小，反应可逆。 ②磷酸葡萄糖异构酶将葡萄糖的羰基C由C1移至C2，为C1位磷酸化作准备，同时保证C2上有羰基存在，这对分子的β断裂，形成三碳物是必需的

  14. ADP ⑶ 6-磷酸果糖再磷酸化生成1,6-二磷酸果糖 ATP Mg2+ 磷酸果糖激酶-1 糖酵解过程的第二个限速酶 fructose-1,6-biphosphate,F-1,6-BP 特点： ①此反应在体内不可逆，消耗1个ATP。 ②反应由磷酸果糖激酶1催化，是主要的调节位点

  15. 2.裂解（lysis)——磷酸丙糖的生成： • 一分子F-1,6-BP裂解为两分子可以互变的磷酸丙糖（triose phosphate)，

  16. (4) 醛缩酶 (5) 磷酸丙糖异构酶

  17. 磷酸二羟丙酮 fructose-1,6-diphosphate (F-1,6-2P） ⑷ 3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的生成 1 2 4 1 3 + 4 5 醛缩酶 2 5 3 6 6 3-磷酸甘油醛 机理：由于C-2的羰基及C-4的羟基存在，1,6-二磷酸果糖分子发生β 断裂，形成等长的三碳化合物 特征： ①该反应△Go′=23.97kJ/mol,在热力学上不利，但是，由于F-1.6-2P的形成是放能的及甘油醛-3-磷酸后续氧化的放能性质，促使反应正向进行。 ②在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行

  18. dihydroxyacetone phosphate) 磷酸丙糖异构酶 glyceraldehyde 3-phosphate 1,6-二磷酸果糖2× 3-磷酸甘油醛 ⑸ 磷酸丙糖的互换

  19. (二)贮能 3.放能(releasing energy)—丙酮酸的生成： 3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸和ATP. 包括五步反应:

  20. NAD++Pi NADH+H+ (6) 3-磷酸甘油醛 脱氢酶 ADP 磷酸甘油酸激酶 (7) ATP (8) 磷酸甘油酸变位酶

  21. H2O ⑼ 烯醇化酶 ADP * 丙酮酸激酶 (10) ATP 自发

  22. + NAD+ OPO 32- NADH+H+ HPO42- ⑹ 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油醛脱氢酶 糖酵解中唯一的脱氢反应 glyceraldehyde 3-phosphate 1,3-diphosphoglycerate 特征： ①由3-磷酸甘油醛脱氢酶催化，在无机磷酸的参与下以NAD+作为电子受体，3-磷酸甘油醛氧化脱氢生成1,3-二磷酸甘油酸和NADH+H+。 ②醛基转变成超高能量的酰基磷酸

  23. ⑺ 1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸 ATP ADP OPO 32- 3-磷酸甘油酸激酶 这是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反应 1,3diphosphoglycerate 3-phosphoglycerate) 特征： ① 在磷酸甘油酸激酶的作用下，将高能磷酰基转给ADP形成ATP 。②这是酵解中第一次产生ATP的反应，反应是可逆的

  24. ⑻ 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 2-phosphoglycerate 3-phosphoglycerate 特征： ①变位酶是一种催化分子内化学基团移位的酶. ②磷酸甘油酸变位酶催化3-磷酸甘油酸和2-磷酸甘油酸之间的磷酸基团位置的移动,分子内重排.

  25. 烯醇化酶 (Mg2+/Mn2+ ) ⑼ 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 H2O a β 氟化物能与Mg2+络 合而抑制此酶活性 2-phosphoglycerate phosphoenolpyruvate 特征： ①烯醇化酶（需要Mg2+的活化）催化2-磷酸甘油酸中的a、 β位脱去水形成磷酸烯醇式丙酮酸。 ②烯醇磷酯键具有很高的磷酸基转移潜能。

  26. ADP ATP (10) 磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸 Mg2+, K+ 丙酮酸激酶 (PK) 糖酵解过程的 第三个限速酶 phosphoenolpyruvate enolpyruvate 特征： ①丙酮酸激酶催化磷酸基从磷酸烯醇式丙酮酸转移给ADP，生成烯醇式丙酮酸和ATP，反应是不可逆的②这是酵解中第二个底物水平磷酸化反应.

  27. 自发进行 pyruvate enolpyruvate ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 丙酮酸激酶 (10)

  28. 一、糖酵解过程 葡萄糖 第一阶段 --1ATP ① 二、ＥＭＰ途径化学计量和生物学意义 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖的活化 ② 第一部分 6-磷酸果糖 --1ATP ③ 第二阶段 1，6-二磷酸果糖 磷酸己糖的裂解 ④ ⑤ 3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮 (六碳糖→三碳糖) 2 1NADH ⑥ 21，3-二磷酸甘油酸 ⑦ 2 1ATP 2-磷酸甘油酸和ATP生成 第二部分 23-磷酸甘油酸 ⑧ 第三阶段 22-磷酸甘油酸 ⑨ 丙酮酸和ATP的生成 2磷酸烯醇丙酮酸 2 1ATP ⑩ 2丙酮酸

  29. 糖酵解代谢途径可将一分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸，净生成两分子ATP。糖酵解代谢途径可将一分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸，净生成两分子ATP。 • 总反应式: C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi2C3H4O3+2NADH +2H++2ATP+2H2O • 糖酵解代谢途径有三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶。

  30. 二、糖酵解的调节 糖酵解代谢途径的调节主要是通过各种变构剂对三个关键酶进行变构调节。 1. 己糖激酶或葡萄糖激酶： • 已糖激酶：专一性不强，在组织细胞中广泛存在，可催化Glc、Man（甘露糖）磷酸化。被产物G-6-P强烈地别构抑制 • 葡萄糖激酶：只能催化Glc磷酸化，仅在肝脏和胰腺β细胞存在，维持血糖平衡，不被G-6-P抑制。是诱导酶，胰岛素可诱导其基因转录，促进酶的合成。当肝细胞中Glc浓度﹥5mmol/L，肝中的Glc激酶被激活，Glc激酶将Glc转化成G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞,是肝脏调节葡萄糖吸收的主要的关键酶。无产物反馈抑制

  31. - - 己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂 G-6-P 长链脂酰CoA 己糖激酶 hexokinase 葡萄糖激酶 glucokinase

  32. + - 2. 6-磷酸果糖激酶-1： 6-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解代谢途径流量的主要因素。 ADP、AMP 1,6-双磷酸果糖 2,6-双磷酸果糖 ATP 柠檬酸 6-磷酸果糖激酶-1 6-phosphofructokinase-1

  33. + - 3. 丙酮酸激酶： ATP 丙氨酸(肝) 1,6-双磷酸果糖 丙酮酸激酶 pyruvate kinase

  34. 三、糖酵解的生理意义 1.是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径 ★在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补充途径，生物体获得生命活动所需要的能量。 ★在有氧条件下，作为某些组织细胞主要的供能途径。 2.形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架； 3.为肌肉收缩迅速提供能量 剧烈运动时： 肌肉内ATP含量很低,即使氧不缺乏，葡萄 糖进行有氧氧化的过程比糖酵解长得多, 来不及满足需要,糖酵解为肌肉 收缩迅速提供能量

  35. 糖酵解途径 乳酸 乳酸 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 （有氧或无氧） （有氧或无氧） 乙醇 乙醇 乙酰 CoA 乙酰 CoA 三羧酸循环 三羧酸循环 四、丙酮酸的去路 （无氧） （有氧） 2、在某些微生物中，丙酮酸可以转化为乙醇，这一过程称之酒精发酵； 3、在某些环境条件下（如缺氧），它可以还原为乳酸。 丙酮酸有3种主要的去路： 1、在大多数情况下，丙酮酸可以通过氧化脱羧形成乙酰CoA，然后乙酰CoA进入柠檬酸循环；

  36. 1、丙酮酸  乳酸（乳酸发酵） • 在无氧条件下，利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使NADH重新氧化为NAD+，以确保反应的继续进行。 NADH+H+ NAD+ ⑿ 乳酸脱氢酶 乳酸可以通过血液进入肝、肾等组织内，重新转变成丙酮酸，再合成葡萄糖和肝糖元，或进入三羧酸循环氧化。

  37. CHO CH3 CO2 CH2OH CH3 乙醛 NADH+H+NAD+ 乙醇 2、丙酮酸  乙醇（酒精发酵） • 酵母在无氧的条件下，将葡萄糖转变成乙醇，这是酿酒和发酵法生产乙醇的基本过程，称为生醇发酵。 • 酵母中含有多种酶系，其中丙酮酸脱羧酶(不存在于动物细胞中)催化丙酮酸脱羧产生乙醛，乙醛在醇脱氢酶催化下被NADH还原成乙醇。 COOH C==O 醇脱氢酶 丙酮酸脱羧酶 EMP 葡萄糖 CH3 丙酮酸

  38. O COOH C==O CH3-C-SCoA 乙酰CoA CO2 CoASH CH3 丙酮酸 NAD+NADH+H+ 三羧酸循环 葡萄糖的有氧分解 3、丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解 丙酮酸脱氢酶系 （EPM） 葡萄糖

  39. Section 2糖的有氧氧化（aerobic oxidation) • 葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成CO2和H2O，并释放出大量能量的过程称为葡萄糖的有氧氧化。

  40. 绝大多数组织细胞通过葡萄糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程在细胞胞液和线粒体(cytoplasm and mitochondrion)内进行。 • 一分子葡萄糖(glucose)彻底氧化分解可产生30/32分子ATP。

  41. 一、有氧氧化的反应过程 • 葡萄糖的有氧氧化代谢途径可分为四个阶段: ①糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、 2ATP、2NADH） ②丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA ③三羧酸循环（CO2、H2O、ATP、NADH） ④呼吸链氧化磷酸化（NADH-----ATP） • 原核生物：①~④阶段在胞质中 • 真核生物：①在胞质中，②~④在线粒体中

  42. （一）葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸： • 此阶段在细胞胞液(cytoplasm)中进行，一分子葡萄糖(glucose)分解后净生成2分子丙酮酸(pyruvate)，2分子ATP，和2分子（NADH +H+）。 • 两分子（NADH+H+）在有氧条件下可进入线粒体(mitochondrion)进行氧化磷酸化，共可得到2×1.5或者2×2.5分子ATP。故第一阶段可净生成5或7分子ATP。

  43. （二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA： • 丙酮酸进入线粒体(mitochondrion)，在丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex)的催化下氧化脱羧生成乙酰CoA(acetyl CoA)。 * 丙酮酸脱氢酶系 NAD+ +HSCoA NADH+H+ +CO2

  44. 一分子葡萄糖经糖酵解产生两分子丙酮酸(pyruvate)，故可生成两分子乙酰CoA(acetyl CoA)，两分子CO2和两分子（NADH+H+），可生成2×2.5分子ATP。 • 反应为不可逆；丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex)是葡萄糖有氧氧化途径的关键酶之一。

  45. 1.丙酮酸脱氢酶系组成：由丙酮酸脱羧酶（E1），二氢硫辛酸乙酰基转移酶（E2），二氢硫辛酸脱氢酶（E3）三种酶单体构成。有六种辅助因子：TPP，硫辛酸，NAD+，FAD，HSCoA和Mg2+。1.丙酮酸脱氢酶系组成：由丙酮酸脱羧酶（E1），二氢硫辛酸乙酰基转移酶（E2），二氢硫辛酸脱氢酶（E3）三种酶单体构成。有六种辅助因子：TPP，硫辛酸，NAD+，FAD，HSCoA和Mg2+。 • 这些酶以非共价键结合在一起，碱性条件下，复合体解离成相应的亚单位，中性时重组为复合体。所有丙酮酸氧化脱羧的中间物均紧密结合在复合体上，活性中间物可以从一个酶活性位置转到另一个酶活性位置，多酶复合体有利于高效催化反应及调节酶在反应中的活性。

  46. 2、反应步骤 • （1）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP • （2）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基氧化成乙酰基 • （3）E2将乙酰基转给CoA，生成乙酰-CoA • （4）E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸 • （5）E3还原NAD+生成NADH

  47. O CH3-C-SCoA （1）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP （5）E3还原NAD+生成NADH NAD+ CO2 二氢硫辛酸脱氢酶E3 丙酮酸脱羧酶E1 硫辛酸 FAD NAD+ +H+ NADH+H+ TPP （4）E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸 二氢硫辛酸 乙酰硫辛酸 硫辛酸乙酰转移酶E2 （2）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基氧化成乙酰基 （3）E2将乙酰基转给CoA，生成乙酰-CoA CoASH

  48. （三）三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）彻底氧化分解： • 三羧酸循环（柠檬酸循环或Krebs循环）是指在线粒体中，乙酰CoA首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，草酰乙酸再生,并释放出大量能量的循环反应过程。 1、反应历程 • 三羧酸循环分为三个阶段

  49. * 柠檬酸合酶 + ⑴ H2O HSCoA 顺乌头酸酶 ⑵ * 第一阶段：柠檬酸生成

More Related