生物化学第六章 糖类代谢

5
4
醛缩酶 3
6
5
6
六碳糖由此裂解生成两分子三碳糖。在动物体 内，醛缩酶有三种同工酶A、B、C。A型主要 存在于肌肉中，B型主要存在于肝中，C型主要 存在于脑中。
Glu
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
ⅰ准备阶段
⑤磷酸二羟丙酮与3-磷酸甘油醛的异构化
磷酸丙糖异构酶
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
Glu
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
ⅱ放能阶段
⑧3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
磷酸甘油酸 变位酶
Mg2+
Glu
Metabolism Pathways or Networks
新成代谢是物质代谢与能量代谢的统一
新
合成代谢
生物小分子合成生物大分子
陈
（同化作用）
需要能量
代
能量代谢
谢 分解代谢 释放能量
物质 代谢
（异化作用） 生物大分子分解为生物小分子
新陈代谢（Metabolism）
分解代谢
合成代谢
第六章 糖类代谢
ADP
ATP
丙酮酸
3-磷酸甘油醛脱氢酶
NAD+是3-磷酸甘油醛脱氢酶的辅酶，该酶的活性部位 有一个-SH，重金属离子和烷化剂如碘乙酸能抑制该酶 活性。反应有无机磷酸参加，将反应放出的强烈能量储 存到产物1,3-二磷酸甘油酸分子内，形成一个高能化合 物。
Glu
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
O
H
OH
HO
H
HO
H
H
OH
OH
CH2OH
HO H OH
H
H
OH H
OH OH
核糖(ribose) ——戊醛糖
O
H
OH
H
OH
H
OH
OH
HOH 2C
O OH
H H
HH
HO
OH
2. 寡糖 能水解生成2-20个分子单糖的糖，各单
糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。
常见的几种二糖有
麦芽糖 (maltose) 葡萄糖 — 葡萄糖 还原糖
烯醇式丙酮酸 PEP
丙酮酸激酶是由4个亚基构成的四聚体，是酵解 途径中的一个重要的变构酶，其催化活性需要K+、 Mg2+、Mn2+等辅助因子的参与。该反应是糖酵解途 径中第二次产生ATP的反应。
二、糖酵解途径总反应式
葡萄糖+2NAD++2ADP+2Pi 2丙酮酸+2H2O+2NADH+2H++2ATP
PEP
丙酮酸激酶
丙酮酸
① 磷酸果糖激酶是关键酶
• 磷酸果糖激酶是酵解过程中最重要的调节酶，酵解 速度主要取决于该酶活性，因此它是一个限速酶。
高浓度的ATP是该酶的变构抑制剂，AMP或ADP可 消除抑制，增加酶的活性。
• 此酶有二个结合ATP的部位：
– ① 活性中心底物结合部位（低浓度时） – ② 活性中心外别构调节部位（高浓度时）
F-1,6-2P
ⅱ放能阶段
⑦1,3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸键基团形成ATP
高能磷酸键
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
底物水平磷酸化—将底物的高能磷酸基直接 转移给ADP(或GDP)生成ATP(或GTP)。这种 ADP（或GDP）的磷酸化作用与底物的脱 氢作用直接相偶联的反应过程，称为底物水 平磷酸化。
蔗 糖 (sucrose) 葡萄糖 — 果糖 非还原糖
乳 糖 (lactose) 葡萄糖 — 半乳糖 还原糖
3. 多糖
能水解生成超过20个分子单糖的糖，都是非还原 性糖，一般不溶于水。
常见的多糖有
淀 粉 (starch) 糖 原 (glycogen) 纤维素 (cellulose)
① 淀粉 是植物中养分的储存形式
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
ⅱ放能阶段
⑨2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
烯醇化酶
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
催化此反应的酶是烯醇化酶，它在结合底物前必 须先结合2价阳离子如Mg2+、Mn2+，形成复合物， 才能表现出活性。该酶的相对分子量为85000，氟 化物是该酶强烈的抑制剂，原因是氟与Mg2+和无 机磷酸结合形成一个复合物，取代了酶分子上 Mg2+的位置，从而使酶失活。
柠檬酸也可抑制该酶活性，通过增加ATP对该酶的 抑制作用而起抑制作用。
ATP 柠檬酸
AMP ADP
四、糖酵解途径的调节
• 在代谢途径中，催化不可逆反应的酶所处的部位是 控制代谢反应的有力部位。
• 糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己糖激酶、磷 酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此这三种酶对酵 解速度起调节作用。
ATP
ADP
G
己糖激酶
ATP
ADP
G-6-P
F-6-P
磷酸果糖激酶
F-1,6-2P
ADP
ATP
Glu
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
ⅰ准备阶段
②6-磷酸葡萄糖异构化形成6-磷酸果糖
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
磷酸葡萄糖 异构酶
G-6-P
F-6-P
生物化学第六章 糖类代谢
代谢总论
• 新陈代谢：指营养物质在生物体内所经历的一切化学变化， 它是生命现象的一个最基本的属性，是生命体的一个最明 显的特征。
• 新陈代谢的功能： ①从周围环境中获得营养物质； ②将外界摄入到体内的营养物质转变为自身所需要的结构元
件，即大分子的组成前体； ③将结构元件装配成自身的大分子； ④形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子； ⑤提供生命活动所需的一切能量。
1. 单糖 不能再水解的糖，都是还原糖
葡萄糖(glucose) ——已醛糖
O
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
果糖(fructose) ——已酮糖
OH
O
HO
H
H
OH
H
OH
OH
CH2OH
O
HH
H
HO OH H OH
H OH 半缩醛羟基
OH
O
HOH2C
H
OH
H
OH H
CH2OH OH
半乳糖(galactose) ——已醛糖
Glu
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
ⅰ准备阶段
③6-磷酸果糖形成1,6-二磷酸果糖
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
磷酸果糖激酶
F-6-P
F-1,6-2P
Metabolism of Carbohydrates
糖代谢是生物体内普遍存在的同时也 是重要的代谢过程
通过糖代谢不仅能为生物体提供大量 能量，且可为其他代谢过程提供原料
糖类代谢
• 糖类化合物（了解） • 糖酵解（掌握，重点） • 三羧酸循环（掌握，重点） • 乙醛酸循环（理解） • 磷酸戊糖途径（理解）
淀粉 乳酸、氨基酸、甘油
第二节 糖酵解
Glycolysis Page 139
一、糖酵解的生物化学过程
糖酵解的定义
在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成两分子丙 酮酸并伴随ATP生成的过程，是动物、植物、微生物细 胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。
糖酵解的反应部位：胞浆
糖酵解的反应过程：分为两个阶段（共10步反应）
准备阶段：1 葡萄糖 → 2 磷酸丙糖 （－2ATP ） （3-磷酸甘油醛）
共包括5步反应。 放能阶段：2 磷酸丙糖 → 2 丙酮酸 （＋4 ATP ）
共包括5步反应。
Glu
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
ⅰ准备阶段
①葡萄糖的磷酸化
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
淀粉颗粒
淀粉是由D-葡萄糖以ɑ糖 苷键连接而成的多聚体。
淀粉
直链淀粉 支链淀粉
② 糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式
③ 纤维素 作为植物的骨架
β-1,4-糖苷键
糖代谢的概况
糖原
糖原合成 肝糖原分解
核糖 +
磷酸戊糖途径
葡萄糖 酵解途径
NADPH+H+
消化与吸收
糖异生途径
ATP
有氧
丙酮酸
无氧
H2O及CO2 乳酸
已糖激酶像其他激酶一样，需要Mg2+或其他二价金属离子如Mn2+作为 激活剂，正常生理情况下起作用的多是Mg2+。实际上只有ATP与Mg2+ 形成的复合物后才能被酶所催化。没有结合Mg2+的ATP对酶有很强的抑 制作用。
已糖激酶是一种调节酶。它催化的反应产物6-磷酸葡萄糖和ADP是该酶 的变构抑制剂。
Glu
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
ⅱ放能阶段
⑥3-磷酸甘油醛氧化成1,3-二磷酸甘油酸
生成1分子 NADH+H+
形成1个高 能磷酸键
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
Glu
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
ⅱ放能阶段
⑩磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生 一个ATP分子
高能磷酸键
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
丙酮酸激酶
三、糖酵解的意义
⑴糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的普遍途 径。
⑵通过糖酵解使葡萄糖降解生成ATP，为生命活动 提供部分能量，尤其对厌氧生物是获得能量的 主要方式。
⑶糖酵解途径的许多中间产物可作为合成其他物质 的原料（提供碳骨架）
⑷是糖有氧分解的准备阶段。 ⑸由非糖物质转变为糖的异生途径基本为之逆过程。
第一节 糖类化合物
糖类化合物的元素组成和化学本质
• 糖类化合物(carbohydrates)由碳、氢、氧组成， 通式为Cx(H2O)y
• 即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮 类及其衍生物或多聚物。
糖的分类及其结构
根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下三大类。
单糖 (monosacchride) 寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride)
2、葡萄糖激酶
哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别 称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型，又称为葡萄糖激 酶(glucokinase)。它的特点是：
①对葡萄糖的亲和力很低 ②受激素调控
肌肉已糖激酶对D-葡萄糖的Km值为0.1mmol/L，肝葡萄糖激酶的Km值 约为10mmol/L。因此平时细胞内葡萄糖浓度为5mmol/L，已糖激酶的 酶促反应已达最大速度，而葡萄糖激酶并不活跃。只有当进食以后， 血液和肝细胞内葡萄糖浓度变高时才起作用，将葡萄糖转化成6-磷酸葡 萄糖，再以糖原形式贮存于细胞中。葡萄糖激酶是一个诱导酶，是由 胰岛素促使合成。
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
己糖激酶 （葡萄糖激酶）
G-6-P
催化这个反应的酶有：
1、已糖激酶
它以六碳糖为底物，其专一性不强，不仅可以作用于葡萄糖，还可以作 用于D-果糖、D-甘露糖、氨基葡萄糖等。
激酶是指能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的 一类酶。
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
磷酸丙糖异构酶催化此反应的速度非常迅速，磷酸二羟 丙酮和3-磷酸甘油醛总是处于平衡状态，但由于3-磷酸 甘油醛在酵解途径中不断被消耗，因此，反应得以向生 成3-磷酸甘油醛方向进行，实际最后生成两分子3-磷酸 甘油醛。
磷酸果糖激酶是一种变构酶，它的催化效率很 低，糖酵解的速率严格的依赖该酶的活力水平。 它是哺乳动物糖酵解途径最重要的调控关键酶。
这一步反应是酵解中的关键反应步骤。酵解的 速度决定于此酶的活性，因此它是一个限速酶。
磷酸果糖激酶是分子量为340000的四聚体。 它是一个别构酶，ATP是该酶的变构抑制剂，对 此酶有抑制效应，在有柠檬酸时会加强ATP的抑 制效应。AMP或ADP可消除抑制，增加酶的活 性。
Glu
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP Leabharlann BaiduDP
F-1,6-2P
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
ⅰ准备阶段
④1,6-二磷酸果糖裂解为3-磷酸甘油醛和 磷酸二羟丙酮
1
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3
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