第六章-3 糖代谢A.pdf

多糖和低聚糖的酶促降解多糖和低聚糖的酶促降解 A.A.胞外降解胞外降解细胞外细胞外细胞外细胞外多糖和低聚糖多糖和低聚糖多糖和低聚糖多糖和低聚糖胞外水解酶胞外水解酶（淀粉酶、寡糖酶）（淀粉酶、寡糖酶）B.B.胞内降解胞内降解细胞内储备的细胞内储备的细胞内储备的细胞内储备的糖原或淀粉糖原或淀粉糖原或淀粉糖原或淀粉磷酸化磷酸化酶酶活化、水解活化、水解转移转移酶酶 去分枝去分枝酶酶断支链断支链磷酸化磷酸化酶酶活化、水解活化、水解单糖单糖主要是葡萄糖主要是葡萄糖第三节第三节 多糖的酶水解多糖的酶水解（Hydrolysis of Polysaccharides）主要介绍食物中的主要多糖主要介绍食物中的主要多糖-淀粉的水解与淀粉的水解与淀粉水解酶。淀粉水解酶。淀粉酶淀粉酶凡是能够催化淀粉凡是能够催化淀粉(或糖原或糖原)分子及其片分子及其片段中的段中的-葡萄糖苷键水解的酶，称为淀粉酶。葡萄糖苷键水解的酶，称为淀粉酶。淀粉水解酶的种类淀粉水解酶的种类-淀粉酶淀粉酶-淀粉酶淀粉酶-淀粉酶淀粉酶(糖化酶糖化酶)异淀粉酶异淀粉酶1 1、-淀粉酶（淀粉酶（amylase）又称液化酶、淀粉又称液化酶、淀粉-1,4-糊精酶。糊精酶。系统名称系统名称-1,4-葡聚糖葡聚糖水解酶葡聚糖葡聚糖水解酶 (编号编号EC3.2.1.1)作用机制作用机制它是一个它是一个内切酶内切酶，从淀粉分子内部随机切，从淀粉分子内部随机切断断-1,4-糖苷键，不能水解糖苷键，不能水解-1,6-糖苷键和与非还原糖苷键和与非还原性末端相连的性末端相连的-1,4-糖苷键。糖苷键。产物产物主要是含有主要是含有-1,6-糖苷键的各种分支糊精和少糖苷键的各种分支糊精和少量的量的-型的麦芽糖和葡萄糖。型的麦芽糖和葡萄糖。底物分子越大，水解效率越高。底物分子越大，水解效率越高。酶的性质酶的性质是一个钙金属酶，每分子中含有一个是一个钙金属酶，每分子中含有一个钙离子。钙离子。哺乳动物的哺乳动物的-淀粉酶需要淀粉酶需要Cl-激活；激活；植物和微生物的植物和微生物的-淀粉酶淀粉酶需要需要Cl-激活。激活。Ca+2、Na+、Cl-和淀粉底物都能提高该酶的稳定和淀粉底物都能提高该酶的稳定性。性。2 2、-淀粉酶淀粉酶（amylase）又叫淀粉又叫淀粉-1，4-麦芽糖苷酶。麦芽糖苷酶。系统名称系统名称-1，4-葡聚糖麦芽糖苷酶葡聚糖麦芽糖苷酶(编号编号EC3.2.1.2)作用机制作用机制它是一个它是一个外切酶。从淀粉分子的非还原性外切酶。从淀粉分子的非还原性末端末端，依次切割，依次切割-1，4-麦芽糖苷键，生成麦芽糖苷键，生成-型的麦型的麦芽糖；该酶不能水解和越过芽糖；该酶不能水解和越过-1，6-糖苷键。当其作糖苷键。当其作用于支链淀粉时，遇到分支点即停止作用，剩下的用于支链淀粉时，遇到分支点即停止作用，剩下的大分子糊精称为大分子糊精称为-极限糊精极限糊精。3 3、-淀粉酶（淀粉酶（amylase）又称糖化酶、葡萄糖淀粉酶。又称糖化酶、葡萄糖淀粉酶。系统名称系统名称-1,4-葡聚糖葡萄糖水解酶葡聚糖葡萄糖水解酶(编号编号EC3.2.1.3)作用方式作用方式它是一种它是一种外切酶外切酶。从淀粉分子的非还原性。从淀粉分子的非还原性末端，依次切割末端，依次切割-1,4-葡萄糖苷键，产生葡萄糖苷键，产生-葡萄糖。葡萄糖。该酶的专一性不严格，也可缓慢水解该酶的专一性不严格，也可缓慢水解-1,6和和-1,3糖糖苷键。苷键。4 4、异淀粉酶（、异淀粉酶（isoamylase）又叫脱支酶、淀粉又叫脱支酶、淀粉-1，6-葡萄糖苷酶。葡萄糖苷酶。系统名称系统名称葡聚糖葡聚糖-6-葡聚糖水解酶。葡聚糖水解酶。(EC3.2.1.33)作用方式作用方式专一性水解支链淀粉或糖原的专一性水解支链淀粉或糖原的-1，6糖糖苷键，生成长短不一的直链淀粉苷键，生成长短不一的直链淀粉(糊精糊精)。动、植物和微生物都产生异淀粉酶，但来源不同动、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、名称也不同，如脱支酶、Q酶、酶、R酶、普鲁蓝酶和酶、普鲁蓝酶和茁霉多糖酶等。茁霉多糖酶等。糖在动物体内的一般概况糖在动物体内的一般概况一、糖的生理功能一、糖的生理功能 1 1、构成细胞的成分。、构成细胞的成分。2 2、作为能源。、作为能源。2840kJ/mol(679kcal/mol),生物体生物体的能量的能量70来自糖类。来自糖类。3 3、作为碳源。为体内合成脂肪、蛋白质等物质、作为碳源。为体内合成脂肪、蛋白质等物质提供碳架。提供碳架。二、体内糖的来源二、体内糖的来源 1 1、由食物经消化道吸收、由食物经消化道吸收 2 2、在体内由非糖物质转化而来糖的异生作用、在体内由非糖物质转化而来糖的异生作用三、体内糖的主要代谢途径三、体内糖的主要代谢途径 小肠吸收经门静脉入肝经血循环运送到各小肠吸收经门静脉入肝经血循环运送到各组织细胞，供全身利用。组织细胞，供全身利用。四、血糖四、血糖 主要指血液中所含的葡萄糖。主要指血液中所含的葡萄糖。人体对糖的吸收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肠粘膜细胞吸收进入血和半乳糖等单糖的形式被小肠粘膜细胞吸收进入血液。液。吸收速率吸收速率D-半乳糖半乳糖D-葡萄糖葡萄糖D-果糖果糖D-甘露糖甘露糖D-木糖木糖L-阿拉伯糖阿拉伯糖第四节第四节 糖的中间代谢糖的中间代谢活细胞中糖的代谢包括两方面活细胞中糖的代谢包括两方面糖的分解糖的分解糖通过一系列酶促反应产生糖通过一系列酶促反应产生CO2、H2O及及ATP(生物储能物质生物储能物质)，也可以转变成为合，也可以转变成为合成其他物质成其他物质(如脂肪、蛋白质等如脂肪、蛋白质等)的中间产物。的中间产物。糖的合成糖的合成利用各种能够转变成糖的物质合成糖利用各种能够转变成糖的物质合成糖类。植物还可以利用类。植物还可以利用CO2和和 H2O通过光合作用合通过光合作用合成淀粉。成淀粉。糖原的合成糖原的合成糖异生糖异生糖原的水解糖原的水解糖酵解糖酵解糖原糖原葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸 A.A.总论总论丙酮酸丙酮酸葡葡萄萄糖糖“糖酵解糖酵解”不需氧不需氧“磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径”需氧需氧有氧情况有氧情况缺氧情况缺氧情况好氧好氧生物生物厌氧厌氧生物生物“三羧酸循环三羧酸循环”“乙醛酸循环乙醛酸循环”CO2+H2O“乳酸发酵乳酸发酵”乳酸乳酸“乳酸发酵乳酸发酵”、“乙醇发酵乙醇发酵”乳酸或乙醇乳酸或乙醇 CO2+H2O葡萄糖降解的主要途径葡萄糖降解的主要途径(1)(1)、酵解途径、酵解途径 (EMP途径途径 Embdenmeyerhof pathway)(2)(2)、磷酸戊糖支路、磷酸戊糖支路 (HMP途径途径 Hexose monophosphate pathway）一、葡萄糖的酵解途径一、葡萄糖的酵解途径(glycolytic pathway)（一）、酵解与发酵的含义（一）、酵解与发酵的含义酵解酵解(glycolysis)葡萄糖在无氧的情况下经酶催化降葡萄糖在无氧的情况下经酶催化降 解，生成丙酮酸（解，生成丙酮酸（pyruvate）并产）并产 生生ATP的代谢过程。的代谢过程。发酵发酵发酵主要是指微生物的无氧代谢过程。发酵主要是指微生物的无氧代谢过程。具体来说具体来说在无氧条件下，微生物将葡萄糖或其他有机物分子在无氧条件下，微生物将葡萄糖或其他有机物分子分解成丙酮酸、分解成丙酮酸、ATP及及NADH，又以不完全分解产物，又以不完全分解产物(丙酮酸丙酮酸)作为电子受体，还原生成发酵产物的无氧氧化过程。作为电子受体，还原生成发酵产物的无氧氧化过程。在发酵工业领域，发酵的含义又与生化中的在发酵工业领域，发酵的含义又与生化中的概念不同。概念不同。在发酵工业领域中，在发酵工业领域中，发酵发酵泛指通过微生物及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。种种生产过程。（二）、（二）、糖酵解途径糖酵解途径（EMP）的反应历程）的反应历程 葡萄糖降解生成丙酮酸葡萄糖降解生成丙酮酸 (A)(A)己糖磷酸的生成（葡萄糖分子活化，己糖磷酸的生成（葡萄糖分子活化，1-31-3步）步）(B)(B)磷酸丙糖的生成（己糖降解，磷酸丙糖的生成（己糖降解，4-54-5步）步）(C)(C)丙酮酸的生成（氧化产能，丙酮酸的生成（氧化产能，6-106-10步）步）(1).(1).葡萄糖葡萄糖磷酸化为磷酸化为6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate,G-6-P)OHOHHOHHOHHOHCH2HHOOHOHHOHHOHHOHCH2HOPATP ADP己糖激酶Mg2+GG-6-P磷酸化使葡萄糖不能自由逸出细胞；磷酸化使葡萄糖不能自由逸出细胞；己糖激酶己糖激酶(hexokinase,HK)分四型，肝中为葡分四型，肝中为葡萄糖激酶萄糖激酶(glucokinase,GK)；反应反应不可逆不可逆。己糖激酶己糖激酶 葡萄糖激酶葡萄糖激酶存在部位存在部位 肝外组织肝外组织 肝肝Km 值值 0.1mmol/L 10mmol/L底物底物 G,果糖果糖,甘露糖甘露糖 G调节调节 G-6-P反馈抑制反馈抑制 胰岛素诱导胰岛素诱导己糖激酶和葡萄糖激酶的比较己糖激酶和葡萄糖激酶的比较 (2).(2).6-6-磷酸葡萄糖异构为磷酸葡萄糖异构为6-6-磷酸果糖磷酸果糖 (fructose-6-phosphate,F-6-P)OHOHHOHHOHHOHCH2HOPG-6-PF-6-P磷酸己糖 异构酶OHCH2OHHCH2OHHHOHOOP(3).(3).6-6-磷酸果糖转变成磷酸果糖转变成1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-BP)是第二个磷酸化反应，反应是第二个磷酸化反应，反应不可逆不可逆。磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-I(phosphofructo-kinase-I,PFK-I)是糖酵是糖酵解的解的限速酶限速酶。F-6-POHCH2OHHCH2OHHHOHOOPF-1,6-BPOHCH2HCH2OHHHOHOOPOPATP ADPMg2+磷酸果糖激酶(4).(4).磷酸己糖裂解成磷酸己糖裂解成2 2分子磷酸丙糖分子磷酸丙糖 反应可逆反应可逆,由醛缩酶由醛缩酶(aldolase)催化催化F-1,6-BPCH2C OCHHOCOHHCOHHCH2OPOPCH2C OOPCHOCHOHCH2OPCH2OH+醛缩酶磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛(5).(5).磷酸丙糖同分异构化磷酸丙糖同分异构化 磷酸丙糖异构酶（磷酸丙糖异构酶（triose phosphate isomerase)G2分子分子3-3-磷酸甘油醛，消耗磷酸甘油醛，消耗2 2分子分子ATP。CH2C OOPCHOCHOHCH2OPCH2OH磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶(6).(6).3-3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸CHOCHOHCH2OP3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H +Pi3-磷酸甘油醛 脱氢酶CCHOHCH2OPOOP1，3-二磷酸甘油酸醛基氧化成羧基，并加入一分子磷酸，形成混合酸酐。脱醛基氧化成羧基，并加入一分子磷酸，形成混合酸酐。脱下的氢由下的氢由NAD+接受。接受。(7).(7).1,3-1,3-二磷酸甘油酸转变成二磷酸甘油酸转变成3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 此步为底物水平磷酸化此步为底物水平磷酸化 反应可逆反应可逆COO-CHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 激酶CCHOHCH2OPOOP1，3-二磷酸甘油酸ADP ATP(8).(8).3-3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸COO-CHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 变位酶COO-CHCH2OHOP2-磷酸甘油酸(9).(9).2-2-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)COO-CHCH2OHOP2-磷酸甘油酸COO-CCH2O磷酸烯醇式 丙酮酸P+H2O烯醇化酶反应引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键。反应引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键10).(10).PEP PEP转变成丙酮酸（转变成丙酮酸（pyruvate)第二个底物水平磷酸化，反应第二个底物水平磷酸化，反应不可逆不可逆。烯醇式立即自发转变为酮式。烯醇式立即自发转变为酮式。COO-CCH3ADP ATPCOO-CCH2OPEPP丙酮酸激酶O丙酮酸 葡萄糖葡萄糖 ATP 己糖激酶己糖激酶 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖异构酶异构酶 6-磷酸果糖磷酸果糖 ATP 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 1,6二磷酸果糖二磷酸果糖 醛缩酶醛缩酶 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 活化活化 G=-7.5kcal/mol(不可逆不可逆)异构异构 G=-0.6kcal/mol (可逆可逆)二次活化二次活化 G=-5.0kcal/mol (不可逆不可逆)裂解裂解 G=-0.3kcal/mol(可逆可逆)ADP ADP 糖酵解的全过程糖酵解的全过程共共三三步不可逆反应！步不可逆反应！反应总体不能全部逆转反应总体不能全部逆转。Pi磷酸烯醇磷酸烯醇 式丙酮酸式丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶ADP ATP产能步骤：产能步骤：糖酵解过程由葡萄糖到所有的中间产物都是以磷酸化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。中间产物磷酸化至少有三种意义合物的形式来实现。中间产物磷酸化至少有三种意义:带有负电荷的磷酸基团使中间产物具有极性，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从而使这些产物不易透过脂膜而失散;磷酸基团在各反应步骤中，对酶来说，起到信磷酸基团在各反应步骤中，对酶来说，起到信号基团的作用，有利于与酶结合而被催化号基团的作用，有利于与酶结合而被催化;磷酸基团经酵解作用后，最终形成磷酸基团经酵解作用后，最终形成ATP的末端的末端磷酸基团，因此具有保存能量的作用。磷酸基团，因此具有保存能量的作用。注意注意（三）、糖酵解的生理意义（三）、糖酵解的生理意义 (1)(1)是单糖分解代谢的一条是单糖分解代谢的一条最重要最重要的途径。的途径。(2)(2)细胞细胞在缺氧条件下在缺氧条件下可通过糖酵解得到有限的能可通过糖酵解得到有限的能量来维持生命活动。量来维持生命活动。1 1葡萄糖分子可产生葡萄糖分子可产生2 2ATP(占总占总能量的能量的6-8%)6-8%)。(3)(3)在有氧条件下在有氧条件下，糖酵解是单糖完全分解成，糖酵解是单糖完全分解成CO2和和H2O的必要准备阶段。的必要准备阶段。（四）、丙酮酸的去路（四）、丙酮酸的去路1)1)无氧条件下，不同的生物由于酶系不同，无氧条件下，不同的生物由于酶系不同，去路也不同。去路也不同。2)2)有氧条件下，进入三羧酸循环。有氧条件下，进入三羧酸循环。无氧发酵无氧发酵 （Fermentation)（1 1）乙醇发酵）乙醇发酵（2 2）乳酸发酵）乳酸发酵其它单糖的酵解其它单糖的酵解1 1、己糖激酶、己糖激酶是糖酵解途径的第一个调节酶。这是一个别构酶，该是糖酵解途径的第一个调节酶。这是一个别构酶，该酶需要酶需要Mg+2或或Mn+2作为辅助因子；作为辅助因子；6-P-G是该酶的变是该酶的变构抑制剂。构抑制剂。胰岛素可诱导葡萄糖激酶的合成。胰岛素可诱导葡萄糖激酶的合成。二、糖酵解的调节二、糖酵解的调节2 2、磷酸果糖激酶、磷酸果糖激酶(PFK)是糖酵解途径中的第二个调节酶，它是是糖酵解途径中的第二个调节酶，它是糖酵解中最糖酵解中最重要的限速酶重要的限速酶。它受多种因素的变构调节。它受多种因素的变构调节ATP是是变构抑制剂，柠檬酸等可增强其抑制作用；变构抑制剂，柠檬酸等可增强其抑制作用；2,6-2,6-二二磷酸果糖、磷酸果糖、ADP、AMP、无机磷等是其变构激活剂。、无机磷等是其变构激活剂。6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-I（PFK-I）最重要最重要F-6-PF-1,6-BPPFK-1AMP、ADP、F-2,6-BP（强）ATP、柠檬酸现在根据一组实验，得出加入果糖现在根据一组实验，得出加入果糖-2,6-2,6-二磷酸（二磷酸（F-2,6-BP）对磷酸果糖激酶反应相对速度的影响曲线）对磷酸果糖激酶反应相对速度的影响曲线3 3、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶 是糖酵解途径中的第三个调节酶。它也是一个是糖酵解途径中的第三个调节酶。它也是一个具有四个亚基的变构酶。具有四个亚基的变构酶。1,6-1,6-二磷酸果糖是该酶的激活剂；二磷酸果糖是该酶的激活剂；ATP和丙氨和丙氨酸是其变构抑制剂。酸是其变构抑制剂。