生物化学-第10章 糖代谢.pdf

第七章糖代谢内容提要 第一节糖类概述 第二节多糖的酶水解 第三节糖的中间代谢 第四节糖原的合成与分解第一节糖类概述一、糖的概念及分布糖类(sa c c h a rid e)是生物界最重要的有机化合物 之一，广泛分布于各种生物体内，在不同生物中 分别占干重的比例为：植物80%；微生物10%30%；人和动物体2%以下。糖类的元素组成:碳、氢、氧糖类是多羟基醛类或多羟基酮(polyhydroxy aldehydes or ketones)及其 聚合物和某些衍生物的总称。“碳水化合物”是人们对糖的习惯称呼，常 以分子通式Cn（H2O）n表示，但并不恰当。如：鼠李糖（c 6Hl2。5）不符合通式；乙酸（C2H4 O2）符合通式却不属于糖类。事实上糖分子在结构上也不是由碳和水化合 而成O二、糖类化合物的生物学作用(1)作为生物能源物质。4.1 kcal/g 作为其他生物物质合成的碳源。(3)作为生物体的结构物质。(4)糖蛋白、糖脂具有细胞识别、免疫等多种 生理活性。三、糖的种类糖 糖糖糖合 聿寡多复类 糖单糖 凡是不能被水解成更小分子的糖称为单糖。它们都是多羟基醛或多羟基酮。其中，多羟基醛称为醛糖，多羟基酮称为酮糖。由26个相同或不同的单糖分子缩合 而成，也称低聚糖。o l igo sa c c h a rid ea由多个单糖分子脱水缩合而成的生物大 分子，按组成有同多糖和杂多糖之分。po l ysa c c h a rid e三复合超由糖和非糖物质共价结合成的 复合物。如：糖脂和脂多糖，Co mpl ex sa c c h a rid e糖蛋白和蛋白聚糖。四、单糖的分子结构及构型根据糖分子中的碳原子数单糖又可分为：三碳糖（丙糖）、四碳糖（丁糖）、五碳糖（戊糖）、六碳糖（己糖）、七碳糖（庚糖）其中以戊糖和己糖在自然界分布最广、意义最大。H O CHCOHHCOHIHGlyceraldehyde an aldotriose 甘油醛HIHCOHI c=oIHCOHI HDihydroxyacetone,a ketotriose.二羟丙酮Four carbonsIHCOHIHCOHIch2ohD-Eryt h ro seD 一赤群糖H O CIHOCHIHCOHIch2ohD-Th reo seD 苏阿糖H O CIHCOHIHCOHIHCOH I ch2ohD-Ribo se,a n a l d o pent o seD 一核糖o 2/H ccHHCOHI HCOHI ch2oh2-Deo xy-D-ribo se a n a l d o pent o se2脱氧一D 一核糖H O CIHCOHIHOCHIHCOHIHCOHIch2ohD-Gl uc o se,a n a l d o h exo seD 葡萄糖HCOHIc=oIHOCHIHCOHIHCOH I ch2ohD-Fruc t o se9 a ket o h exo seD 一果糖葡萄糖是最重要的单糖葡萄糖的元素组成为：C:40%;H:6.7%;0:53.3%实验式为：ch2o测得分子量为180推断出分子式为：C6H1 2O6单糖的结构1、单糖链式结构（以葡萄糖为例）HH0 HHCHO0HH0H0HCH2OH链式结构的比较:CHO H*OHHO HHOH简化式:A6A AO OH十OH CH2OHD葡萄糖D葡萄糖D甘露糖D半乳糖葡萄糖与甘露糖、半乳糖相比较，仅一个不对 称C原子构型有所不同，这种非对映异构物称为 差向异构体(epimers)o构型(configuration)指一个分子由于其不对称c原子上各原子 和原子团特有的固定的空间排列，而使该分子 所具有的特定的立体化学形式。划分以甘油醛 为基准。CHOH-C-OHCH2OHCHO HO-d-HCH2OHD-甘油醛L-甘油醛CHO I HCOHCHOIHOCHCH2OHD-Gl yc era l d eh yd ech2ohL-Gl yc era l d eh yd eFisc h er pro jec t io n f o rmul a s投影式CHOH一。一 OHCH2OHD-Gl yc era l d eh yd eCHOHO-C-HCH2OH L-Gl yc era l d eh yd ePerspec t ive f o rmul a s 透视式CH2OHCHO葡萄糖空间的排列有两种形式，它们互为对 映异构体(a nt ipo d e),分别用D-型或L-型表示。*葡萄糖的构型取决于第五位羟基CHOH-C-OH HO-d-HH-d-OHH C-OH6hqh z型CHOHO-C-H H-d-OHHO-d-H HO-d-H 6h9oh 工型自然界中的葡萄糖都是D-型结构CHO“一）一葡再锚 1 一）一甘油醛 L（一）一果糖单糖的构型是与甘油醛比较而确定的所有的单糖分子中，除了二羟丙酮外，均 含有一个以上不对称碳原子，每个不对称 碳原子呈现不同构型。含有n个不对称碳原子的单糖，有2 n个立 体异构体，2鹏对对映体。在D-或L-甘油醛分子基础上，每增加一个不 对称碳原子，其羟基就有两种不同构型，使 单糖种类增加一倍。己醛糖有四个不对称碳原子，16种异构体；己酮糖有三个不对称碳原子，8种异构体。CHOH-COH：Il rCl bOHH-COHHO-CH CHOft-J JH-C4XtMCO*urfoe L.eaa OQ、v0.5%葡萄糖链式和环式的平衡体系所占比例含量环状半缩醛葡萄糖是多羟基 醛，但醛的特性 反应并不显著；而具有半缩醛的 特征。3 I HO-CHH，COHHCHaOHCHjOHH 4-19H如果羟基 和谈基处 于同一分J ril 9 J 以发生分 子为亲核 致环款半 缩醛的形4c r HOH OH H jJ 1/?HA2 OH6 c H20H一4(f OH嚓一HoiC/-OHJTOH3-t-Gluc o pyrano 8ca-D-Gl uc o pyrano se a和B异头物I 单糖由直链结构变成环状结构后，翔基碳原子 成为新的手性中心，导致C1差向异构化,产生两 个非对映异构体。这种锻基碳上形成的差向异 构体称异头物。在环状结构中，半缩醛碳原子也称异头碳原 子或异头中心。I 异头碳的羟基与最末的手性碳原的羟基具有相 同取向的异构体称a异头物；I 具有相反取向的称B异头物。Fisc h er投影式C oH/Ht-OH I HO-C-HH-C-OHICHtOH47(4)映取H-C CHf I 0HO-C ItIH-C-H-C-OHI CHiOHp-D+)嗔H pHHO-C-H 0H-QHH-C-1CH：OH*D(+)收 flWCHiOHP-D(+A&i夕COCi的羟基与C5在同侧为a型，Ci的羟基与C5在不同侧为B型,a 2%=+112.2 a 20D=+18.7Hawo rth式结构c t-D-Gl uc o pyra no sey8-D-Gl uc o pyra no sePyra nOH H OH Hc-D-Fruc t o f ura no se/3-D-Fruc t o f ura no seH HFura n细线表示远视边，左边的一OH写在下方，右边的一OH写在上方3、单糖的构象 R构象(c o nf o rma t io n)指由于分子中的某个原 子基团绕C-C单键自由旋转产生的不同的暂时 性的空间排布形式。空间位置的改变，不涉 及共价键的断裂。葡萄糖分子中，倾向于椅式构象或船式构象。在椅式构象中可以使环内原子的立体排斥减到最 小，使分子处于最低能位的状态即最优构象，所 以椅式构象比船式更稳定。AxisAxisAxisBoatChair(r-GlucopyranofieBo at自学单糖的理化性质五、重要的糖类1、重要的单糖(1)常见的丙糖和丁糖D-甘油醛二羟丙酮D-赤辞糖D-赤群酮糖它们的磷酸酯是糖代谢的重要的中间产物。醛糖Th ree c arbo nsH O1 H(-OH1ch2ohFo ur c arbo nsH O H Oc c1 1H-OH HO H1 1HT OH HCOH1 1CH2OH CH20HFive c arbo nsH O H 0 H O H Oc c c cIlliH OH HO H HCOH HOT-HIlliH-OH H-COH HO-CH HO-4 HIlliHC OH H OH HCOH HXylo8eD-LyxoseSix c arbo n.VH OVH OH OVH OVVH OVH OHT-OHH J-HH-OHHO-C-HHT-OHHO-1-HHt-OHHOT-HHT-OHH OHHO-4 HHO-C-HHt-OHHT-OHHA-HHO-C-HH(-OHH OHH4-OHH-C-OHHO-OHHt OHH-M-OHH(-OHHC-OHCH20Hch2ohCH2OHch2ohCH20HCH2OHCH20HCH2OHD*AllowD-AltroseD-GlucoseD-M annoseo-GuloneD*IdosetGalactoeeD-Taloe(a)H O CHCOHHCOH IHGlyceraldehyde an aldotrioseD甘油醛Four carbonsH O CIHCOHIHCOHIch2ohD-Eryt h ro se D赤辞糖H O CHOCHHCOHCH2OHD-Th reo seD.苏糖Five c a rbo nsch2oh ch2ohD-Ribo se D-Ara bino sen一号蛾 n陶培伯域ch2oh ch2ohD-Xyl o se D-Lyxo seD 一木糖 D 来苏糖Six c a rbo nsH 0VI H-C-OHI H-C-OHIH-C-OHI H-C-OHIch2ohD-Al l oseD 阿洛糖H 0V I HO-C-HIH-C-OHIH-C-OHIH-C-OHIch2ohD-Al t roseD阿卓糖H 0V IH-C-OHIHO-C-HIH-C-OHIH-C-OHICH20HD-Gl ucoseD 葡萄糖H 0V IHO-C-HIHO-C-HI H-C-OHI H-C-OHICH20HD-Ma nno seD一甘露糖H 0 CI H-C-OHIH-C-OHIHO-C-HI H-C-OHICH20HD-Gul oseD 古洛糖H 0 CIHO-C-HIH-C-OHIHO-C-HIH-C-OHICH20HD-Id o seD 艾杜糖H-C-OHIHO-C-HIHO-C-HIH-C-OHH o2HcD-Ga l a c t o seD 一半乳糖HO-C-HIHO-C-HIHO-C-HH-C-OHICH20Hi)-Ta l o seD塔罗糖HCHO HO-C-H H-C-OHCH,OHD十)甘油酸精(D-glyc eraldeh yde)HOCH,OH D(十)苏铺(D-ftirro se),HOHO-C-HH-Oil CHS()H D)来苏帼HO-OHHO-C-HH-C-OHCH,OHH-C-OHH-C-OHCHiOHD(一)赤解精-eryth ro se)CHOOHH-f-OHCH：OHHO-C-HH-C-OH CHiOHH-C)HCHjOHHO-C-Hho-t HO-AhIIO-C-H HO-8fH-C-OH H-C-OHCH：OHD(+)木需(D-xv Jo se)z HO-D(一)阿拉伯总(D-arabino se)/D)核镰(D*ribo e)HO HO-C-H q uoH(ACHOH-OHCHOH-C-OH 1H一卜OHH-C-OHHO-$TIHO-C-H 1H-C-OHHO-v-HHO-C-HH-C-OHH-C-OHH-C-OHH-4-HH-(D-manno sc (D-gluc o ae)(D-ultro se)(D-allo se)IcI H-C-OHI-OHI H-C-OHCH2OHD-PiucoseSix c arbo nnch2ohCH2OHc=o.c=oHO-C-HH-d-OHH-C-OHHO-(-HH-C-OHH-C-OHCH2OHCH2OHD-Fruc t o seD-So rbo seCH2OHI c=oIHO-C-HIHO-C-HH-C-OHCH2OHiTagatx)ReThree carb onsFour carb onsCHjOHc=och2ohDih、小 t i-n，二羟丙酮CH2OH c=oH OHCH20HAE rythruloiwD.赤群酮糖c a rh o rmCH20HH(OHHT OHCH2OH l Kibukl MjD核酮糖门HCHQH-H-OHCHqOHIOmCD木酮糖Six carbonsCHQH C=OH-COH HCOH h-c-oh ch2oh IFpBICOHeD阿洛糖CH20HC=OHOr-H H，一OH H OHCH2OHo-Fnic t o cD.果糖CH.OHHC-OHHOTa ga t o eD塔洛糖二羟丙(d ihyd rox y ace roneD一赤V的I_)er y th ru lo e I HCCHIHCOHID-鼻洛惴(D-p iuo so)CH2CM ID-(13 fruc io e)CH2 di I,一山杂博(O-do rt r s?)CHjCHI D-%格懵(D-taRa.tos自然界中存在的戊糖：戊醛糖主要有：D-核糖、D-2-脱氧核糖、D-木糖 和L-阿拉伯糖戊酮糖主要有：D-核酮糖、D-木酮糖，它们均是 糖代谢的中间产物。自然界中重要的己糖：己醛糖：D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖己酮糖：D-果糖、D-山梨糖生物体内存在大量的己糖衍生物营Gluc o se familyAmino sugars-D-Glucose/3-r-Galactosaniine-n-M annosamine/-D-Glucose 6-phosphate胞壁酸 N.乙酰胞壁酸y8-L-Fucose a-L-R hamnose墨角藻糖 鼠李糖Ac idic sugars-D-Glucuronate D-Gluconate D-Glucono-lactoneR-h-c-ohH-C-OHICHo OH2v-Acetylneuraminic acid(a sialic acid)葡萄糖醛酸 葡萄糖酸 葡萄糖酸内脂N乙酰神经氨酸（唾液酸）N乙酰胞壁酸Gluc o se familyHch2ohJQOH?H VHOH OH0-D-GlucoseCHo-O-PO JQ Hk QH H/OHHOH OH/?-D-Glucose 6-phosphateAmino sugarsCH20H-n-Galactosamine/3-D-M annosamine-D-GlucosamineM uramic acidCH37V-AcetyImuramie acidJV-Acetyl/3-D-glucosamine寡糖(o ligo sac c h aride)由单糖缩合而成的短链结构(一般含2 10个 单糖分子)。寡糖中存在最为广泛的是二糖和三糖 寡糖的结构和性质涉及三个方面问题单糖种类；糖昔键糖昔键的位置糖的种类要比肽丰富的多双糖 Disac c h arides蔗糖（葡萄糖-果糖）无还原性（糖的还原性是由C1上的半缩醛羟基 决定的，蔗糖无半缩醛羟基）自由的异乳糖（半乳糖-夕7,4-葡萄糖）OH异麦芽糖（葡萄糖y-1,6-葡萄糖）纤维二糖（葡萄糖-夕T,4-葡萄糖）海藻糖：a 葡糖(1-1)a.葡糖海藻糖(Gl c(a Ma)Gl c)棉子糖（三糖）一半乳糖一 QT,6.昔健ch2热的他水）八O夕-2,1-什健。-1,2-甘健果朝HOCH,环糊精n=6,a-CD n=7,p-CD n=8,y-CDM-低聚糖具有如下生物学功能(1)低聚糖对肠道微生态具有调节作用;(2)低聚糖具有激活免疫应答作用；(3)低聚糖可以促进矿物质的吸收；(4)低聚糖具有降脂效应；(5)低聚糖具有抗氧化等性质第三节几种重要的多糖HeteropolysaccharidesHomopolysaccharidesUnbra nc h ed Bra nc h edTwo mo no mer t ypes,unbra nc h edMul t ipl e mo no mer t ypes,bra nc h ed同多糖（均聚多糖）杂多糖chains透明质酸骨架一种蛋白聚糖（a）直链淀粉a-1,4-糖昔键淀粉图6-23直链淀粉（a）和支链淀粉（b）的结构淀粉的结构特点(1)直链淀粉(amylose)o-a o-o o o o-o-o-o-o-o-单体：o Q-D叱喃葡萄糖连接键：少Q-l,4糖背键末端：。非还原性末端；,还原性末端空间构象：左手螺旋（每圈含6个葡萄糖残基）DP=300-4 00线形大分子(a)(2)支链淀粉(a myl o pec t in)单体：a-DU比喃葡萄糖连接键：主链为a T,4糖昔键；分支处为a-1,6糖昔键末端:仅主链有一个还原性末端；其余是非还原性末端分支间隔：89个葡萄糖残基，每分子约有50个分支点。分子聚合度DP=1300-6000；分支聚合度为DP=24-30。(a)(b)图6-24淀粉粒和糖原粒的电镜照片a显示的是叶绿体中的淀粉粒（约1.0*m）,b显示的是肝细胞中的糖原粒（约0.1 Mm）(b)(C)糖原a(1,6)linkage(branc h po int)CH2OHch2ohCH2OHOHOHOOHOHOOHOHOH2.典型性质现象 普 糊化(gel a t iniza t io n)淀粉乳随着升温会吸水膨胀，淀粉粒解体，一 形成粘性很大的糊状胶体溶液。原理 糊化作用的本质是淀粉粒中有序及无序(晶一 质与非晶质)态的淀粉分子间的氢键断开，分散在水中成为胶体溶液。糊化后的淀粉又称为a-化淀粉O糊化温度有很多影响因素现象原理老化(Ret ro gra d a t io n)糊化淀粉溶液缓慢冷却会变混浊,甚至产生凝 结沉淀。缓慢冷却过程中分子重新形成氢键，部 分恢复结晶性状。其本质是糊化(&-化)的淀粉分子又自动排 列成序，形成致密、高度晶化的不溶解性的淀粉 分子微束。老化淀粉不易为淀粉酶作用。碘的呈色反应原前直链淀粉分子在溶液中的构象呈左手螺旋，每个螺 旋周期有6个葡萄糖组成。当碘分子落入螺旋圈内时，糖 的游离羟基成为电子供体，碘分子成为电子受体，形成 淀粉-碘络合物，呈现颜色。碘色反应与葡萄糖链的长度有关：糖链DP60时，呈蓝色；糖链6DP20时，呈红色；糖链DP.1.x-*.：n,.二-1*-i*1 2*.V 1.：、.二不小5；.c 7Z、；-金.；三二 C；4-.*：3-?*-v；SZ；*,A4工_、.J-、-*-*,*_ j.*id,.一、一、工、，v多聚物类型重复单体t大小（单糖单体的数量）功能.淀粉植物中的能量储存直链淀粉同多糖（a一4）G】c,线状505 000支链淀粉同多糖(a l-4)Gl c,每隔 2430 个 残基就有(a i-6)Gl c分支可达106糖原同多糖（q1t4）G1c,每隔 812 个残基就有（a l-6）Gl c分支,可达50 000细菌和动物细胞中的能量储存纤维素同多糖(Gl-4)Gl c-可达15 000植物的结构成分，保证 细胞壁的硬度和力量几丁质同多糖(/31-4)Gl c NAc非常大昆虫、蜘蛛和甲壳类的结构组分，提供外骨骼的硬度与弹力肽聚糖杂多糖；附有多肽4)Mur2Ac(j31-4)Gl c NAc(01非常大微生物的结构组分，提供细胞壁的硬度与弹力 透明质酸（糖胺聚糖）杂多糖；酸性4)Gl c A(j3W3)Gic NAc(/31.可达100 000 1脊椎动物的结构组分，皮肤细胞外的 基质和连接组织，关节的粘度和润滑第三节、多糖的酶水解多糖的酶水解(体内)(Hydro lysis o f Po lysac c h arides)口腔：唾液淀粉酶（a-淀粉酶）小肠：胰淀粉酶，二糖酶（蔗糖酶，麦 芽糖酶、乳糖酶）植物的种子和根块内：B-淀粉酶多糖的酶水解（体外）(Hyd ro l ysis o f Po l ysa c c h a rid es)多糖的酶水解在功能多糖和低聚糖的酶促降解 A.胞外降解性食品添加剂的生产 中广泛应用细胞外多糖（淀粉）和低聚糖胞外水解酶（淀粉酶、寡糖酶）f单糖匚 松宝是葡萄糖 B.胞内降解a转移酶磷酸化酶去分枝酶磷酸化酶断支链水解CH20HH/j一.H/H OH H/HOJ VH OHO*-OP-0 oGlucose*l*pho8phate细胞内储备的糖原淀粉酶：凡是能够催化淀粉（或糖原）分子及其片 段中的a-葡萄糖昔键水解的酶，称为淀 粉酶。淀粉水解酶的种类：a-淀粉酶淀粉酶丫-淀粉酶（糖化酶）异淀粉酶1、a.淀粉酶(a a myl a se)又称液化酶、淀粉-1,4-糊精酶。系统名称：a-1,4-葡聚糖葡聚糖水解酶(编号：EC3.2.1.1)作用机制：它是一个内切酶，从淀粉分子内部随机切断 a-1,4糖昔键，不能水解a6.糖昔键 和与非还原性末端相连的a4糖菩键。产物：主要是含有6.糖苔键的各种分支糊精 和少量的a-型的麦芽糖和葡萄糖。底物分子越大，水解效率越高。酶的性质：是一个钙金属酶，每分子中含有一个 钙离子。哺乳动物的a-淀粉酶需要CL激活；植物和微生物的a-淀粉酶不需要C激活。Ca+2、Na CL和淀粉底物都能提高该酶的稳定性。2、B 淀粉酶(B-amylase)又叫淀粉T,4-麦芽糖昔酶。系统名称：a-1,4-葡聚糖麦芽糖昔酶(编号：E C3.2.1.2)作用机制：它是一个外切酶。从淀粉分子的非还 原性末端，依次切割4.麦芽瘙 昔键，生成B 型的麦芽糖；该酶不能 水解和越过a6.糖昔键。当其作 用于支链淀粉时，遇到分支点即停止 作用，剩下的大分子糊精称为B-稠13、Y-淀粉酶(Y a myl a se)又称糖化酶、葡萄糖淀粉酶。系统名称：a-1,4-葡聚糖葡萄糖水解酶(编号：EC3.2.1.3)作用方式：它是一种外切酶。从淀粉分子的非还原性末 端，依次切割4葡萄糖昔键，产生B 葡萄糖。该酶的专一性不严格，也可缓慢水解a6和3 糖普键。4、异淀粉酶(iso a myl a se):又叫脱支酶、淀粉-1,6-葡萄糖昔酶。系统名称：葡聚糖-6-葡聚糖水解酶。(EC3.2.1.33)作用方式：专一性水解支链淀粉或糖原的a6 糖苗键，生成长短不一的直链淀粉(糊 精)。动、植物和微生物都产生异淀粉酶，但来源不同名称也 不同，如脱支酶、Q酶、R酶、普鲁蓝酶和茁霉多糖酶 等。R 百铝淀粉R”极限糊精（支链淀粉）。-淀粉酶1 一 8-淀粉酶 糖化淀粉酶异淀粉醯淀粉一16-糖甘酶R还原性末端。非还原性末端图9-1 淀粉酶的专一性糖类物质在体内的消化吸收 1、糖的生理功能-1、构成细胞的成分之一。-2、葡萄糖是大部分有机体的主要燃料一一能源。葡萄糖彻底氧化成CO2和可以产生284 0kJ/mo l(679kc a l/mo l),生物体的能量70%来自糖类。-3、是多功能起始物。为体内合成脂肪、蛋白质和核酸等物 质提供碳架。2、体内糖的来源-1、由食物经消化道吸收-2、在体内由非糖物质转化而来-糖的异生作用 3、糖的消化-食物中含量最多的糖是淀树-淀粉经消化系统水解酶的作用转变为葡萄糖后 才能被人体吸收。唾液中含有二淀粉酶；肠腔中含有来自胰腺的a淀粉酶；在小肠粘膜上皮细胞含有丰富的；此外，胰液中还含有 等。4、人体对糖的吸收食物中的淀粉经水解消化后，以葡萄糖、果糖和 半乳糖等单糖的形式被小隔融胞吸收进入 血液。在肠粘膜上皮细胞刷状缘上有孰缚体蛋 E选择性地把各种单糖转运入细胞内。因载体蛋白对各种单糖的结合能力不同，故 各种单糖的吸收速率不同。这种主动的吸收是 消耗能量的。小肠吸收一一经门静脉入肝一一经血循环运送到各组织 细胞，供全身利用。吸收速率：D-半乳糖D-葡萄糖D-果糖D-甘露糖 D木糖L-阿拉伯糖载体对2D羟基和5羟甲基或甲基有 特异性识别血糖(bl o o d suga r)主要指血液中所含的葡萄糖。正常人清晨空腹的血糖浓度为:3.96.1 mmo l/L第四节 糖（葡萄糖）的中间代谢活细胞中糖的代谢包括两方面糖的分解：糖通过一系列酶促反应产生CO2、H2O及ATP（生物储能物质），也可以 转变成为合成其他物质（如脂肪、蛋 白质等）的中间产物。糖的合成：利用各种能够转变成糖的物质合成糖 类。植物还可以利用CO2和H?。通过 光合作用合成淀粉。糖原，淀粉，蔗糖II葡萄糖通过磷酸戊糖途径氧化核糖5.磷酸丙酮酸高等动物和植物细胞内葡萄糖的主要代谢途径Gl yc o genesis糖原合成Gl uc o neo genesis糖异生La c t a t e乳酸盐Gl yc o gen 糖原Gl uc o se葡萄糖Pyruva t e丙酮酸Gl yc o geno l ysis 糖原分解Gl yc o l ysis 糖酵解乙酰辅酶a M iAc et yl-Co A三竣酸循环电子传递系统（呼吸链）Cert a in a mino a c id sCit ric a c id c yc l eEl ec t ro n t ra nspo rt syst em一些氨基酸Fa t t y a c id s脂肪酸糖的代谢途径，“三竣酸循环”有氧船足co2+h2o葡 萄醛酸循环，好氧（生物“糖酵解”丙酮 I缺氧情疝乳酸发酵不需氧I厌氧“乳酸发酵”、乙醇发酵”生物“磷酸戊糖途径”co2+h2o重点葡萄糖降解的主要途径：、酵解途径 I(Embd en-meyerh o f pa t h wa y,EMP途径)大多数细胞中碳的流动主要通过这条途径。糖酵解是很多哺乳动物组织和细胞(红细胞，脑等)唯一 代谢能量来源。(2)、磷酸戊糖支路(pent o se ph o sph a t e pa t h wa y/h exo se mo nph o sph a t e pa t h wa y,HMP途径)磷酉妥己糖旁路(h exo se mo nph o sph a t e sh unt,HMS途径)、葡萄糖的酵解途径(glycolytic pathway)1、酵解与发酵的含义酵解(glycolysis):是指葡萄糖经一系列酶促反应转变 成丙胡酸(pyruvate),同时伴随ATP和还原性辅酶(NADH)产生的过程。发酵(fermentation)：在现代生化中，指在无氧条件 下，微生物将葡萄糖或其他有机物分子分解成丙酮酸、ATP及NADH,并以丙酮酸作为电子受体，还原生成 发酵产物(酒精或乳酸)的无氧氧化过程。在发酵工业领域I,发酵泛指通过微生物及其他生物材 料的工业培养，达到积累发酵产品的种种生产过程。2、糖酵解途径（E M P）的反应历程根据底物分子的变化情况可分三个阶段（共10步反应）1）葡萄糖分子活化阶段2）己糖降解阶段3）氧化产能阶段糖酵解的酶存在于细胞质中Gl uc o sefini pnming ll reac tio n、ADPHO-HH OH(b)Glyc eraldeh yde3-ph o sph c ite 2 NADHl,3Bi8ph o sph o glyc c rate(2)fine ATP-fnnrnnx reec Uo n ubirate-level ph o sph o rylatio n I2ADP3-Ph()Hph o glyc erate(28；Fruc t o se-1 t6-bi8ph o 8ph a t ec ieavafr o T6iirbo 之 ATPpbo epho rylattna iPyruvate ADP.Fnic tnRe-1 t6-bisph o 8ph ateOH一H=tes吾r(6pF)磷酸果糖激酶(P FK)是糖酵解途径中的第二个调节酶，它是糖酵解中最重要 的限速酶。它受多种因素的变构调：ATP是变构抑制 剂，柠檬酸、脂肪酸可增强其抑制作用；ADP、AM P、无机磷是其变构激活剂。激酶：凡是催化ATP分子的磷酸基团向代谢物分子转移的。2）己糖降解阶段（共2步）：醛缩酶Al dol aseFruct ose-1,6-bisphospha t e0 0II II4 C-H2 C=0 +H5。一OH o3 CH,-OH eCH20P0-0Dihydroxya cet one Gl ycera l dehyde-3-phospha t e phospha t e磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛0i II C-HH-C-OH qCH2-0PO0-Gl ycera l dehyde-3-phospha t ephosphate isomeraseTriosech2-ohC=0 oI IICH-O-P-O-O-Dihydroxya cet one phospha t e3）氧化产能阶段（共5步）：MGlyeeraldeh yde-3-ph o sph at 2(NAI)H|FT1,3-Bisph o sph o glyc erate fir 2 ATP3-Ph o nph o glyc erate(2)2-Ph o sph c lyc erate(2)2H?OPh o ph o eno lpTUvate 21aec o nd ATP-f 2 pyruva t e+2NADH*2H+(142)=-146 kj/mo l2ADP+2H 2ATP+2H2O(14-3)AGf=2(30.5 kJ/mo l)=61.0 kJ/mo l=AG；。+AG/=-14 6 kj/mo l+61 kJ/mo l=-85 kJ/mo l磷酸化中间物的重要性糖酵解过程由葡萄糖到所有的中间产物都是以磷酸化合 物的形式来实现的。中间产物磷酸化至少有三种意义：-在pH7时，带有负电荷的磷酸基团使中间产物具有极性，从 而使这些产物不易透过脂膜而失散；-磷酸基团在反应中，与酶的活性位点结合，使反应的活化 能下降并增加酶促反应的特异性，起到信号基团的作用，从 而有利于与酶结合而被催化；-磷酸基团是代谢中间物中储存能量的必要组分（如6P 葡萄糖、1,3一二磷酸甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸）。葡萄 糖经酵解作用后，最终形成ATP,其末端磷酸基团，具有保存 能量的作用。3、糖酵解的生理意义(1)是单糖分解代谢的一条最重要的途径。(2)细胞在缺氧条件下可通过糖酵解得到有限的能量来维持生命活动。1葡萄糖分子可产生2ATP(占 总能量的2.1%)。巴斯德效应(Pa st eur ef f ec t)在无氧下，葡萄糖的消耗的速度和消耗总量比在有氧下大得多。(3)在有氧条件下，糖酵解是单糖完全分解成CO2和坨0的必要准备阶段。二、其他糖类的分解途径半乳糖糖原D 葡萄糖 ATP已糖激D 一果糖ATP I）果糖激酶般、ADP磷酸化酝|半乳糖激醉 泮我褊】一瞬酸半乳糖1-磷酸葡萄糖1磷酸葡萄糖变位酶6.磷酸葡萄糖1-磷酸果糖5）p1要曹）半乳糖差向酶.ADP ATPD一甘露糖己糖撤酶6-磷酸果糖-6-磷酸甘露糖磷酸甘露糖异构博性酸果糖醛缩酶继续酵解图136各种己糖进入酵解的途径Galactosech2ohOH OH4、丙酮酸的去路1）无氧条件下，不同的生物由于酶系不同，去路也 不同。2）有氧条件下，进入三竣酸循环。Gluc o seglyo o JysiM(10 uc c eMiivp rrac txm*)无氧条件下nnero bH c o nditio nsI 2 Pyruvateanaero bic c o nditio ns无氧条件下Osaero bic2 Eth ano l+2COo“Alc o h o l fermentatio n in yeast有氧条件下60nditMmn-2coz2 Ac etyi-Co A。2 c itric ao d c yc le2 Lac tateFermentatio n to lac tate in vigo ro usly c o ntrac ting musc le,in eryth ro c ytes,and in so me mic ro o rganiamn4CO2+4H2OAnimal,plant,and many mic ro bial c ells under aero bic c o nditio ns无氧发酵乙醇发酵(Fermen t at io n)NADH+H+COOHHC=C-I-CHq o+ep.Gluc o se2 Et hano lNAD+乙醇脱氢酶NAD+NAD.2 Ac et aldehydeH o2H clQH c醇 乙2 Pyruvat e0PyruvateAcetaldehydeEthanol糖酵解的代谢调节 代谢的速度和代谢类型的变化是由调节代谢途径中 的关键酶完成的-调节酶。调节酶是代谢的阀门 在肌肉和肝组织的糖酵解途径中，4种酶起到作用-糖原磷酸化酶-己糖激酶-磷酸果糖激酶-丙酮酸激酶 磷酸果糖激酶是糖酵解最关键的调节酶 果糖-2,6-二磷酸是磷酸果 糖激酶强有力的变构激活 剂ATP是变构抑制剂，降低酶 与底物的亲和力高浓度的柠檬酸可增强ATP 的抑制效果 己糖激酶受产物变构抑制 丙酮酸激酶受ATP抑制HO H果糖-2,6-二磷酸 fruc to se-2,6-bisph o sph ate F-2,6-BP)三、有氧条件下丙酮酸的去路丙酮酸的氧化脱竣三竣酸循环(tricarb oxylic acid cycle,TCA循环)1、丙酮酸的氧化脱竣酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒 体内室，在丙酮酸脱氢酶系的催化下脱氢、脱竣,生成乙酰辅酶A。丙酮酸脱氢酶系1)丙酮酸脱竣酶(E1)TPP2)二氢硫辛酸乙酰基转移酶(E2)硫辛酸、辅酶A3)二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)FAD、NAD Mg+2o cII CH3cc 1 丙酮酸co2羟乙基-TPP，ocS-Co A 乙酰 Co A氧化型硫辛酰胺丙酮酸脱氢酶Ei二氢硫辛酰转乙酰基酶二氢硫辛酰脱氢酶该酶催化的反应是糖代谢分支点上的关键步骤，对控制糖的有 氧氧化代谢有重要的作用。该反应体系受到严格的调节控 制。(一)变构调节(1)产物抑制、-ATP抑制E1-乙酰辅酶A抑制E2-NADH抑制E3(2)底物的激活-当AMP、CoASH和NAD+处在高水平时，则激活丙酣酸脱氢酶复 合物的活性当细胞需要能量时，其代谢信号是AMP/ATP以及 NAD+/NADH的水平升高，该酶复合物被激活，导致丙酮酸进入TCA循环的速度升高。（二）共价修饰调节E 1是共价修饰词节。分子特定部位的Ser残基上 可被专一性激酶催化发生磷酸化，又可被专 一性磷酸酶催化发生去磷酸化。通过可逆磷酸化作 用进行共价调节。磷酸化型无催化活性；去磷酸化型有活性。当细胞含有较高水平的ATP、并含有丰富的乙酰CoA和NADH时，表示乙 酰CoA不需用于氧化生成能源物质。它们是丙酮酸脱氢酶激酶的激活剂，E1磷酸化作用增强，活性下降；当细胞需要能量（即ATP水平降低）时，无活性的磷酸化的丙酮酸脱氢酶便在 丙酮酸脱氢酶磷酸酶的催化下，脱去磷酸基E1恢复其活性。这个磷酸酶的活性受Ca2+浓度调节。当游离的Ca2+浓度升高时，能促进E1 的去磷酸化。CO)O.0TPfNAD*I po.it,NADH k FAD/CH3 Pyruvatepyruvate de，complex(Elydrogwcbds dEJCH,Acetyl-CoAAG0=-33.4 kJ/mol氨基酸脂昉酸 笥物慢ADP+PjATP阶段1乙酰辅酶A生成I情薜殷作用*C02乙酰第的A:.废破循：C022H+i02，H20ADP+P,呼吸作用（电子传递链阶段2 乙酰辅配A氧化丙酮酸脱氮第复合物草觥乙酸丙酮酸7 NADH,FADH.L（还原型电子诫体）阶段3 电子传递及 氧化磷酸化2、TCA循环 TCA循环又称柠檬酸 循环，又称为Kreb s 循环该循环共包括10步反 应，涉及8个酶Hans Krebs,19001981ch3c oCOO-丙酮酸CH3 COS-Co A 乙酰Co