06第四章糖代谢

第
葡萄糖的磷酸化 一
阶 段
第
磷酸己糖的裂解
二 阶
段
糖原（或淀粉 ）
1-磷酸葡萄糖
EMP的化学历程
6-磷酸葡萄糖
葡萄糖
6-磷酸果糖
1，6-二磷酸果糖
3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮
21，3-二磷酸甘油酸
第
丙酮酸和 三 ATP的生成 阶
段
23-磷酸甘油酸 22-磷酸甘油酸
2磷酸烯醇丙酮酸
2丙酮酸
第一阶段：葡萄糖的磷酸化
ATP ADP
Mg2+
己糖激酶
Mg2+
磷酸己糖 异构酶
磷酸果 糖激酶
ATP
Mg2+
ADP
第二阶段： 磷酸己糖的裂解
醛缩酶
磷酸丙糖 异构酶
第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成
NAD+ NADH+H+ Pi
3-磷酸甘油醛 脱氢酶
丙酮酸
ATP ADP
Mg2+，K+
丙酮酸激酶
PEP
ADP ATP
CHO
CH3
乙醛
CH2OH
NADH+H+ NAD+ CH3
乙醇
葡萄糖的无氧分解
丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解
（EPM） COOH 丙酮酸脱氢酶系
葡萄糖
C==O
O CH3-C-SCoA
CH3 CoASH
乙酰CoA
CO2
丙酮酸
NAD+ NADH+H+
三羧酸 循环
葡萄糖的有氧分解
丙酮酸脱氢酶系
CO
(pglycosphingolipids) (glycosylacylglycerols) (lipopolysauhards)
细胞膜表面的糖链
蛋白聚糖
糖蛋白
细胞膜
糖脂
糖类的生物学作用
糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，主要的生物学 作用如下：
•作为生物体的结构成分 •作为生物体内的主要能源物质 •作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等
兑换率 1：3 兑换率 1：3
2 1 ATP 2 9 ATP 2 4 ATP
总计：38 ATP或36 ATP
三羧酸循环的调控位点及相应调节物
调控位点
激活剂 抑制剂
a
a 柠檬酸合成酶 NAD+
ATP
（限速酶）
NADH
琥珀酰CoA
脂酰CoA
b 异柠檬酸
ADP
ATP
脱氢酶
NAD+
NADH
b
c α-酮戊二酸 ADP
1、化学反应历程及催化酶类
特点：氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段
2、总反应式和生理意义
磷酸戊糖途径的两个阶段
1、氧化脱羧阶段
6 G-6-P
6 葡萄糖酸-6-P
6CO2 6
核酮糖-５-P
6H2O 6 NADP+ NADPH
6 NADP+ 6NADPH
2、非氧化分子重排阶段
6 核酮糖-5-P
5 果糖-6-P
3兑换率 1：3
兑换率 1：2
1 FADH2
1ATP 9ATP 2ATP
12ATP
葡萄糖完全氧化产生的ATP
酵解阶段： 2 ATP
2 ATP
2 1 NADH 兑换率 1：3 (或2)2 (3ATP或2 ATP )
丙酮酸氧化：2 1NADH 兑换率 1：3 2 3 ATP
三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH2
NADH
脱氢酶
NAD+
琥珀酰CoA
关键因素： [NADH]/[NAD+]
c
[ATP]/[ADP]
三羧循环的生物学意义
•是有机体获得生命活动所需能量的主要途径 •是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽 •形成多种重要的中间产物 •是发酵产物重新氧化的途径
五、 磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway, ppp）
动物细胞
磷酸戊糖途径 糖酵解
丙酮酸氧化 三羧酸循环
胞饮 中心体
细胞膜 细胞质 线粒体 高尔基体
细胞核
吞噬 分泌物
内质网 溶酶体 细胞膜
植物细胞
细胞壁 叶绿体
有色体 白色体 液体 晶体
一、葡萄糖的主要分解代谢途径
糖酵解
（无氧）
葡萄糖
丙酮酸
（有氧或无氧）
6-磷酸葡萄糖
（有氧） 乙酰 CoA
乳酸 乙醇
(xylulose)
D(+)-阿洛酮糖
(psicose,allulose)
D(-)-果糖
(fructose)
D(+)-山梨糖
(sorbose)
D(-)-洛格酮糖
(tagalose)
吡喃
-D-吡喃葡萄糖
-D-呋喃葡萄糖
呋喃
-D-吡喃果糖
-D-呋喃果糖
吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）
R
NAD+: R=H
NADP+: R=PO3H2
维生素B2和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）
递氢体作用：FAD+2H
FADH2
四、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, TCA 循环）
1、三羧酸循环的化学历程 2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量 3、 三羧循环的生物学意义 4、 三羧酸循环的调控 5、草酰乙酸的回补反应
S C (CH2)4COOC
SC
氧化型硫辛酸
-2H +2H
(CH2)4COO-
HS C C
HS C
二氢硫辛酸
S
(CH2)4COO-
C
C
HS C
乙酰二氢硫辛酸
泛酸和 辅酶 A （CoASH）
酰基结合 位点
SH
维生素pp和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（ NAD+ ）
递氢体作用：
NAD++2H
NADH+H+
重要的二糖
D-麦芽糖（ -型）
纤维二糖（ -型）
蔗糖
乳糖（ -型 ）
环糊精结构
-环糊精分子结构
环糊精分子的空间填充模型
淀粉和糖原结构
1.4nm
NRE NRE
直链淀粉
(1 6)分支点
RE
RE
0.8nm
6个残基
直链淀粉的螺旋结构
支链淀粉或糖原分子示意图
支链淀粉或糖原分支点的结构
纤维素一级结构
琥珀酸脱氢酶
延胡索酸酶
草酰乙酸
苹果酸 脱氢酶
NAD +
NADH+H+
三羧循环的化学计量和能量计量
a、总反应式:
CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O
b、三2羧C酸O循2+环Co的A能SH量+计3量NADH+3H+
+F能A量D“H2现+金G”TP: 1 GTP
能量“支票”: NADH
2
丙酮酸 脱羧酶
TPP
硫辛酸
二氢硫辛 酸脱氢酶
FA D
乙酰硫辛酸
二氢硫辛酸
硫辛酸乙 酰转移酶
CoAS H
O CH3-C-SCoA
NAD +
NNADA+DH +H++ H+
焦磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脱羧中的作用
H+ C-
丙酮酸
C-
CH3-C-COOH OH CO2
硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用
脱支酶（R酶）:水解 α－淀粉酶和β－淀粉酶 作用后留下的极限糊精中 的1.6 －糖苷键。
α－淀粉酶 β－淀粉酶
• 淀粉的磷酸解
淀粉磷酸化酶
淀粉+nH3PO4 脱支酶
nG-1-p+少量葡萄糖
第四节 单糖的分解代谢
一、生物体内单糖的主要分解代谢途径及细胞定位 二、糖酵解（EMP） 三、丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降解途径 四、三羧酸循环（TCA） 五、磷酸戊糖途径（PPP） 六、其它糖进入单糖分解的途径
脱枝酶（催化1.6-糖苷键断裂）
糖 非还原端 原 磷 酸 解 的 步 骤
还原端
磷酸化酶（释放8个1-P-G） 转移酶
脱枝酶（释放1个葡萄糖）
2、淀粉的分解
• 淀粉的酶促水解解
α－淀粉酶：在淀粉 分子内部任意水解α-1.4 糖苷键。（内切酶）
β－淀粉酶:从非还原 端开始，水解α－１.4糖 苷键，依次水解下一个β －麦芽糖单位（外切酶）
柠檬酸
（限速酶） 果糖-2,6-二磷酸 NADH
c 丙酮酸激酶 果糖-1,6-二磷酸 ATP
Ala
糖原（或淀粉）
1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
a 葡萄糖
6-磷酸果糖
b
1，6-二磷酸果糖
3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮
21，3-二磷酸甘油酸
规律：主要通过调节反应途径中几种酶的活 性来控制整个途径的速度，被调节的酶多数为 催化反应历程中不可逆反应的酶，通过酶的变 构效应实现活性的调节，调节物多为本途的中 间物中间物或与本途径有关的代谢产物。
草酰乙酸
O CH3-C-SCoA
CoASH
柠檬酸合成酶
顺乌头 酸酶 H2O
H2O
TCA第二阶段：氧化脱羧
NAD+ NADH+H+ CO2
异柠檬酸脱氢酶
NAD+ NADH+H+
CO2
－酮戊二酸 脱氢酶
琥珀酰 CoA合 成酶
GTP
CoASH
GDP＋Pi
TCA第三阶段：草酰乙酸再生
FAD FADH2
H2O
★是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵 解，生物体获得生命活动所需要的能量； ★形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架； ★为糖异生提供基本途径。
影响酵解的调控位点及 相应调节物
调控位点
激活剂
抑制剂
a 己糖激酶
ATP
G-6-P
ADP
b 磷酸果糖
ADP
ATP
激酶
AMP
D系醛糖的 立体结构
D(-)-赤鲜糖
(erythrose)
D(-)-核糖
(ribose)
D(-)-阿拉伯糖
(arabinose)
D(+)-甘油醛
(allose)
D(-)-苏糖
(threose)
D(+)-木糖
(xylose)
D(-)-米苏糖
(lysose)
D(+)-阿洛糖 D(+)-阿桌糖 D(+)-葡萄糖 D(+)-甘露糖 D(+)-古洛糖 D(-)-艾杜糖 D(+)-半乳糖 D(+)-塔罗糖
(allose) (altrose) (glucose) (mannose) (gulose) (idose)
(galactose) (talose)
D系酮糖的 立体结构
D(-)-赤藓酮糖
(erythrulose)
二羟丙酮
(dihytroasetone)
D(-)-核酮糖
(ribulose)
D(+)-核酮糖
Mg2+
磷酸甘油酸 激酶 变 Mg2+ 位 酶
H2O
Mg或Mn 烯醇化酶
糖酵解途径
ＥＭＰ途径化学计量和生物学意义
•总反应式:
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi 2C3H4O3 +2NADH +2H++2ATP+2H2O
•能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成
2ATP 2NADH
•生物学意义
6ATP 或 4ATP
合成的前体 •作为细胞识别的信息分子
双糖的酶促降解
蔗糖+H2O 蔗糖酶 葡萄糖+果糖
麦芽糖酶
麦芽糖+H2O
2 葡萄糖
乳糖 +H--2O β-半乳糖苷酶 葡萄糖+半乳糖
多糖的酶促降解
1、糖原的分解 • 糖原的结构及其连接方式
-1，6糖苷键
-1，4-糖苷键
• 糖原的磷酸解
磷酸化酶（催化1.4-糖苷键断裂） 三种酶协同作用： 转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）
转折
旋转
成环 -D-吡喃葡萄糖
成环
-D-吡喃葡萄糖
D-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤
重要的单糖—戊糖
-D-呋喃核糖
2-脱氧-D-呋喃核糖 -D-吡喃木糖
-D-芹菜糖
-L-呋喃阿拉伯糖 -D-呋喃阿拉伯糖
D-核酮糖
D-木酮糖
重要的单糖—己糖
-D-吡喃葡萄糖
-D-吡喃半乳糖
O CH3-C-SCoA
CoASH
NADH
NAD+
草酰乙酸酸
柠檬酸
•柠檬酸的 生成阶段
三羧酸循环 （TCA）
顺乌头酸
苹果酸
H2O
•草酰乙酸
再生阶段
•氧化脱 羧阶段
异柠檬酸 NAD+
NADH +CO2
延胡索酸
FADH2
FAD
琥珀酸 GTP 琥珀酰CoA
－酮戊二酸
NAD+
NADH +CO2
TCA第一阶段：柠檬酸生成
5 葡萄糖-6-P
磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段
NADP+ NADPH+H+
6-磷酸葡萄糖 脱氢酶
H2O
内酯酶
6-磷酸葡萄糖
6-磷酸葡萄糖酸内酯
6-磷酸葡萄 糖酸 脱氢酶
6-磷酸葡萄糖酸
NADP+
5-磷酸核酮糖
NADPH+H+ CO2
- L -吡喃半乳糖
-D-吡喃甘露糖
-D-呋喃果糖
-L-吡喃山梨糖
重要的单糖—庚糖和辛糖
D-景天庚酮糖 D-甘露庚酮糖
甘露糖 部分
甘油 部分
L -甘油- D-甘露庚糖
单糖磷酸酯
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D-甘油醛-3-磷酸
-D-葡萄糖-1-磷酸
-D-葡萄糖-6-磷酸
-D-果糖-6-磷酸
-D-果糖-1，6-二磷酸
磷酸戊糖 途径
三羧酸 循环
二、 糖酵解（glycolysis）
糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系 列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径 也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称ＥＭＰ途径。
1、化学历程和催化酶类
2、 化学计量和生物学意义 3、 糖酵解的调控
23-磷酸甘油酸
22-磷酸甘油酸
2磷酸烯醇丙酮酸
c
2丙酮酸
三、丙酮酸的去路
糖酵解途径
（无氧）
葡萄糖
丙酮酸
（有氧或无氧）
（有氧）
乙酰 CoA
乳酸 乙醇
三羧酸 循环
丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解
葡萄糖
EMP
NADH+H+ NAD+
COOH C==O
COOH
CH(OH)
CH3
乳酸
CH3
丙酮酸
CO2
纤维素链
微纤维 细胞壁
纤维素片层结构
植物细胞中的 纤维素微纤维
植物细胞壁与纤维素的结构
糖复合物
(Complex Carbohydrates)
糖—肽链
糖—脂质
糖—核酸
肽聚糖
糖蛋白
蛋白聚糖
(peptidoglycans) (glycproteins) (proteoglycans)
糖鞘脂
糖基酰基甘油
脂多糖