糖的分解

糖类的生物学作用
• • • • 作为生物体的结构成分 作为生物体内的主要能源物质 在生物体内转变为其他物质 作为细胞识别的信息分子
• 作为结构物质：如纤维素、半纤维素，棉花是纯纤维， 糖与脂构成糖脂构成生物膜，如质膜、核膜、线粒体 膜等都是糖脂构成的，核糖、脱氧核糖是细胞中核酸 的组成成分，粘多糖是结缔组织，基质的组成物质。 • 作为贮藏物质：如淀粉→多聚葡萄糖，菊糖→多聚果 糖，蔗糖等，土豆、红苕、面粉的主要成分是淀粉、 洋姜的主要成分是菊糖、甘蔗以蔗糖的形式贮藏。 • 作为代谢物质：代谢物的糖多以磷酸化的形式存在， 有丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖。G-6-P、G-3-P、 DHAP、E-4-P、Ru-5-P、R-5-P、F-6-P等。
• 总反应如下:
丙酮酸脱H酶系
丙酮酸+NAD ++辅酶A
乙酰CoA+CO2+NADH .H
• 参加反应的辅助因子： TPP、COA、硫辛酸、Mg2+、NAD+、FAD • 丙酮酸脱H酶系多酶复合体: 1）丙酮酰脱羧酶(PDH) 2）硫辛酸乙酰转移酶(DLT) 3）二氢硫辛酸脱H酶(DLDH)
丙酮酸脱氢酶系
（二）乙酰COA的氧化--三羧酸循环（TCA）（李）
• 大多数动、植物和微生物,在有氧情况下将酵解 产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰COA。 • 乙酰COA与草酰乙酸合成柠檬酸，再经一系列 氧化、脱羧,最终又重新生成草酰乙酸，乙酰基 被彻底氧化成CO2+H2O,并产生能量的过程称 三羧酸循环,简写为TCA。 • Tricarboxylic Acid Cycle 三羧酸循环也叫柠檬 酸循环，也叫Krebs循环。在线粒体中进行。 • 1937年Krebs提出了TCA。后来发现这一途径 在动、植、微生物中普遍存在,不仅是糖分解代 谢的主要途径,也是脂肪、蛋白质分解代谢的最 终途径,具有重要的生理意义,为此Krebs于1953 年获诺贝尔奖,并被称为ATP循环之父。
• 1.磷酸果糖激酶调节:是最关键的限速酶 • (1) ATP是该E的底物也是变构调节物,高浓度的 ATP会降低E对6-磷酸果糖的亲和力,ATP与E的 调节位点结合,ATP的抑制作用可被AMP逆转, 这是细胞在能量水平的调节:ATP/AMP比值高 细胞处于高能荷状态,此E没有活性,糖酵解作用 主成低,一旦ATP消耗,细胞能荷降低,该E活性恢 复,增加酵解。 • (2) 柠檬酸可增加ATP对酶的抑制作用,柠檬酸 是TCA中的第一个产物,也是许多物质生物合成 的前体,高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号, 因此葡萄糖就不进一步酵解。 • (3)该E还可被H+抑制,它可防止骨肉中形成过量 乳酸而使血液酸中毒。
(1)丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP 丙酮酸与脱羧酶上的TPP连接,发生亲核攻击脱羧,产 生羟乙基-TPP。 (2)二氢硫辛酸乙酰转移酶使羟乙基氧化成乙酰基,并将乙 酰基及一个H原子转移到硫辛酸上,PDH复原。 (3)二氢硫辛酸乙酰转移酶将乙酰基转移到COA形成乙酰 COA,辅酶硫辛酸被还原成二氢硫辛酸。 (4) 脱H酶将二氢硫辛酸脱H氧化成硫辛酸,脱下的氢被辅 基FAD接受生成FADH2DLT复原。 (5) 在脱H酶作用下,FADH2脱H氧化,H被NAD接受生成 NADH+H+,从而完成丙酮酸氧化脱羧的全过程。 负反馈调节：ATP 抑制PDH CH3O-SCOA 抑制DLT
三、磷酸己糖旁路（HMS）
• 又称磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway：PPP） • 发现：1）抑制EMP时，一些生物仍能生存，仍有少量 CO2产生。 2）标记G的C1和C6，发现C1O2产生多。 • 概念：在细胞质内葡萄糖直接氧化脱羧、脱H，形成 CO2和还原力的过程。 • 两个反应阶段：氧化脱羧和磷酸戊糖重排。 （一）特点： • 分子氧没直接参与氧化 • 无ATP直接形成 • 化学能以NADPH.H的形式积存。 • 反应只进行一次脱羧，生成P酸戊糖，戊糖重排经历3C、 4C、5C、6C、7C再生成G。
TCA循环所需酶：
• • • • • • 1.柠檬酸合酶EC.4.1.3.7 不可逆 2.顺乌头酸酶EC.4.2.1.3 3.异柠檬酸脱HE 限速E 4.a-酮戊二酸的脱HE系,不可逆 5.琥珀酰CoA合成酶, EC.6 6.琥珀酸脱H酶, FAD
• 7.延胡索酸酶水合酶EC.4 • 8. 苹果酸脱H酶
糖酵解的调控
• 在糖酵解的化学历程中,有三个不可逆反 应: • (1)已糖激酶; • (2)磷酸果糖激酶; • (3)丙酮酸激酶 • 是糖酵解的限速反应, 这三种酶激酶均为 别构酶,其活性受变构剂调节,其中最关键 的酶是磷酸果糖激酶,是糖酵解中主要控 制部位,此外3-P甘油醛脱氢酶也是别构调 节酶。
6
H+
+ 6 NADPH
6
6 6-磷酸-葡萄糖
6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯
6 HO2 6 H+ + 6 NADPH 6 6
6-磷酸葡萄糖酸 5-磷酸-核酮糖
氧 化 阶 段
6 CO2
非 氧 化 2 7-磷酸-景天庚酮糖 + 2 3-磷酸-甘油醛 阶 段 2 6-磷酸-果糖 2 4-磷酸-赤藓糖 + 4 6-磷酸-葡萄糖 2 6-磷酸-果糖
(2)生成乙醇:在酵母菌或其他微生物中,丙酮酸可 经丙酮酸脱羧酶的催化,以B1(TPP)(焦磷酸硫胺 素)为辅酶,脱羧变成乙醛,继而在醇脱H酶的催 化下,由NADH还原形成乙醇。 • 脱羧、加2H • 葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为: G+2Pi+2ADP+2H+→2乙醇 +2CO2+2ATP+2H2O • 巴斯德效应：在有O状况下酒精发酵受抑制的 现象。
2. 已糖激酶的调控:二磷酸果糖激酶被抑制,造成底物G-6P的积累,进一步抑制已糖激酶的活性。在复杂的代谢 途径中G-6-P还可转化成糖原或戊糖,因此已糖激酶不是 酵解的关键反应步骤。 3. 丙酮酸激酶的调节:它催化着酵解途径中第三个不可逆 步骤 (1) F-1,6-2P果糖使丙酮酸激酶活化,使其与磷酸果糖激酶 催化加速相协调,接受大量代谢中间物,因此加速酵解。 PEP+ATP+H+ 丙酮酸+ATP (2)酵解产物丙酮酸合成Ala也可以别构抑制这个酶的活性, 这是生物合成前体过剩的信号。 4．3-P甘油醛脱HE:NAD+激活,促进脱H,加速酵解,反之减 低酵解速度。
第二节 分解代谢
糖的种类和结构
• • • 糖是由植物经光合作用形成的。 糖的分解代谢给生物体提供能量。 糖广泛地分布于动植物体中： 细胞核中的核糖、血液中有葡萄糖、肝 脏和肌肉中有糖原、乳质中有乳糖。 • 细胞骨架是由高聚糖和纤维素等组成的。 • 淀粉、蔗糖、果糖。 • 碳水化合物Cn(H2O)n
1分子葡萄糖完全氧化产生的ATP
• 由EMP+TCA将G完全氧化能产生的ATP
6次脱氢 2（3×5 +2 ×1）=34 3次底物水平磷酸化 2×3=6 2次磷酸化消耗 -2 净生成34+6-2=38 / 36 真核生物32
线粒体外穿梭系统
线粒体内TCA、脂肪酸氧化所形成的NADH可直 接进入呼吸链,偶联氧化磷酸化合成ATP。在线粒体外 糖酵解途径中形成的NADH,需要通过线粒体穿梭系统。 穿梭作用：不能跨膜运输的物质通过转化为可跨 膜物质进行跨膜运输，然后再转化为原有形式。 (1)磷酸甘油穿梭系统: EMP途径产生的NADH把H交给DHAP(磷酸二羟 丙酮）生成3-P甘油。→穿梭以FAD为辅基的3-P甘油 脱H酶催化。反应生成DHAP和FADH2将电子转移给 CoQ,生成2ATP(P/O=2)。 (2)苹果酸—天冬氨酸穿梭系统: P/O=3
一、糖的无氧分解
• 糖酵解: 葡萄糖在无氧条件下，经过一系列酶 促反应最终生成丙酮酸的过程。糖酵解也称为 无氧氧化或无氧酵解。 • 此途径的主要工作是1930年由德国生物化学家 G.Embden, O.Meyerhof和J.K.Parnas完成的， 因此，称这一过程为EMP途径。 • EMP是一切生物分解葡萄糖的共同途径。 • EMP在细胞质中进行。
EMP途径的化学过程
• 2个阶段，10个步骤： EMP全过程共有10步, • 前5步为准备阶段,这期间G通过磷酸化分解成 C3糖,每分解一个G分子消耗2分子ATP； • 后5步为产生ATP的贮能阶段,每个磷酸三碳糖 产生2分子ATP。 • 需要多种酶催化。
（一）第一阶段---耗能
（二）第二阶段---产能
3、TCA的生理意义
1.获得大量的能源 在TCA循环中，除生成一个GTP，通 过GTP生成ATP外，3个NADH及一个FADH2被电子 传递键氧化，也可生成ATP，在线粒体中每个NADH 生成3个ATP，而每个FADH2生成2个ATP，故可生成 （3×3）+（2×1）+1=12个ATP。若从丙酮酸脱 氢开始，加上产生的一个NADH，就产生影响 12+3=15个ATP，如果从葡萄糖开始反应，经糖酵解 TCA 和氧化磷酸化三个阶段，共产生（2×15） +8=38个ATP。可见通过TCA循环的彻底氧化，是体 内最主要的ATP产生途径。 2.TCA是脂、蛋白及其它代谢的枢纽。乙酰CoA、丙酮酸、 a-酮戊二酸、草酸乙酸丙二酸单酰CoA Ala Glu Asp 产生的中间产物也是生物合成的前体 3.是发酵产物重新氧化的途径, 无O2→乳酸, 有O2→乙酰 CoA、CO2+H2O，影响果实品质的形成,酸被TCA消耗, 果实变甜。
（三）TCA所产生的ATP及生理意义
• 1、TCA总反应式：
CH3CO-SCOA +3NAD++FAD +（GDP+Pi）+2H2O 2CO2+ COASH +3 NADH.H+FADH2+GTP
2、TCA循环的特点
• （1） 2次脱羧 • （2） 4次氧化脱H(3次NAD、1次FAD作 为受体) • （3） 产生GTP(底物P酸化） • （4） 消耗2mol H2O
2 5-磷酸-核糖
+
2 5-磷酸-木酮糖
+
2 5-磷酸-木酮糖
1
6-磷酸 葡萄糖
1 Pi
+ 2 3-磷酸-甘油醛
磷酸戊糖途径的生理意义
•
这个途径在生物体中普遍存在,它可在糖酵解受抑制的情况下 仍可运行,故有磷酸已糖支路（旁路）之称。G通过这一支路虽然 也可以彻底分解,但实际上生物体内的这条途径不是用来分解G的。 而是通过该途径为合成代谢提供所需的还原力NADPH和磷酸戊糖 等多种中间产物，对生命活动有重要意义： • 1. 产生大量的NADPH,为细胞的各种合成反应提供主要的还原 力,NADPH作为主要的供H体,为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合 成,非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的还原以及氨的同化,由丙酮酸 羧化还原成苹果酸等反应所必需。 • 2.为合成代谢提供多种原料。以5-P核酮糖为起始物,5-P核糖是合 成核苷酸的原料,也是NAD、FAD、NADP等辅酶的组分,4-P赤藓 糖与PEP可合成荞草酸,这个途径可分成木质素、生长素和抗病性 有关的物质。
糖的分类
糖类可分为单糖、寡糖和多糖三大类
(1) 单糖：分为醛糖和酮糖 丙糖( D-甘油醛、二羟基丙酮) 丁糖( D-赤藓糖、D-赤藓酮糖) 戊糖( 核糖,阿拉伯糖、木糖） 己糖( 葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、山梨糖）等 (2) 寡糖（低聚糖） ：由2～20个单糖结合而成 二糖：蔗糖、麦芽糖和乳糖等 三糖：棉子糖等 (3) 多糖： 淀粉、纤维素、几丁质和糖原等
糖酵解的生理意义
• (1)1分子G经酵解直接生成2分子ATP， 是缺氧时的供能主要途径。 • (2)代谢中间产物是合成其它物质的原料 • (3) 只有三个不可逆反应,但其它反应均是 可逆的,为糖异生作提供基本途径。
二、糖的有氧分解
（一）丙酮酸的氧化脱羧 —需要三种酶六种辅助因子
丙酮酸进入线粒体内,在丙酮酸脱H酶系的催化下, 经脱羧并脱氢氧化生成乙酰COA和NADH,
Biblioteka Baidu （三）丙酮酸的去向
（李）
丙酮酸：
• 有O条件下，进入线粒体进行TCA彻底O化为CO2、 H2O，产生大量ATP。 • 无O下，生成乙醇或乳酸 1.丙酮酸的无氧降解: • (1) 生成乳酸： 丙酮酸在厌氧酵解时, 丙酮酸接受1-磷酸甘油醛脱 H酶形成的NADH上的氢,在乳酸脱H酶催化下,形成乳 酸。 （乳酸杆菌、肌肉由于剧烈运动暂时缺氧状态,呼吸、 循环系统机能障碍暂时供氧不足） 糖酵解总反应: G+2Pi+2ADP→2乳酸+2ATP+2H2O 加2H