当前位置: 首页 > >

第六章糖类与糖类代谢

发布时间:

新陈代谢
? 新陈代谢(metabolism)是生命最基本的特征之 一,泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的 过程。 ?同化作用(assimilation):生物不断地从周围环 境中摄取能量和物质,通过一系列生物反应转变成自 身组织成分; ?异化作用(dissimilation ):另一方面,将原有 的组成成份经过一系列的生化反应,分解为简单成分 重新利用或排出体外, ?通过上述过程不断地进行自我更新。

小分子
合成代谢(同化作用)

大分子
能 量 代 谢 物 质 代 谢

新 陈 代 谢
分解代谢(异化作用)

需要能量

释放能量

大分子

小分子

第六章 糖类代谢
? ? ? ? ? ? ?

生物体内的糖类 双糖和多糖的酶促降解 糖酵解 三羧酸循环 磷酸戊糖途径 单糖的生物合成(糖异生) 双糖和多糖的生物合成

第一节 生物体内的糖类(carbohydrate) (简介)
一、糖的分类(据水解情况分):
? 单糖:在温和条件下不能水解为更小的 单位 ? 寡糖(双糖):水解时每个分子产生210个单糖残基 ? 多糖: 能水解成多个单糖分子

㈠ 单糖(monosaccharide)
? 生物物体内的单糖主要是戊糖、己糖

?-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

重要的戊糖

? -D-半乳糖

重要的己糖

㈡ 双糖(disaccharide)

? ?

主要有蔗糖、麦芽糖和乳糖 蔗糖是由α-D-葡萄糖和β-D-果糖各一分 子按α、β(1→2)键型缩合、失水形成 的。它是植物体内糖的运输形式。

蔗糖 [葡萄糖-?,?(1-2)-果糖苷]

?麦芽糖是由两个 葡萄糖分子失水 缩合形成的。其 糖苷键型为α (1→4)。 ?麦芽糖分子内有 一个游离的苷羟 基,具有还原性。

半乳糖 ?(1-4)糖苷键

葡萄糖

乳糖:是还原糖

纤维二糖[葡萄糖-?(1,4)-葡萄糖苷] 是还原糖

㈢ 多糖(polysaccharide)
1、 淀粉(starch)
? 是植物体内最重要的贮藏多糖。
? 用热水溶解淀粉时,可溶的一部分为“直链淀 粉”,另一部分不能溶解的为“支链淀粉”。

? 直链淀粉中葡萄糖以α(1→4)糖苷键 缩合而成。 ? 每个直链淀粉分子只有一个还原端基和 一个非还原端基。 ? 遇碘显蓝紫色

非还原端

还原端

直链淀粉

? 支链淀粉中葡萄糖主要以α(1→4)糖苷键 相连,少数以α(1→6)糖苷键相连,所以 具有很多分支。 ? 遇碘显紫红色。

非还原端

还原端

支链淀粉

2、糖原(glycogen)
? 糖原是动物体内重要 的贮藏多糖,相当于 植物体内的淀粉,也 叫动物淀粉。 ? 高等动物的肝脏和肌 肉组织中含有较多的 糖原。 ? 其结构与支链淀粉相 似。

二、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 ?作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等 合成的前体 ?作为细胞识别的信息分子

第二节 双糖和多糖的酶促降解
一、蔗糖(sucrose)的水解
蔗糖 + H2O
[α]
20 =+66.5 D

转化酶

葡萄糖 + 果糖
[α]
20 =-20.4 D

二、淀粉的降解
? 淀粉的水解 ? 淀粉的磷酸解

㈠ 淀粉的水解
? ? ? ? α-淀粉酶 β-淀粉酶 R-酶(脱支酶) 麦芽糖酶

1、α-淀粉酶
(α-amylase)
?淀粉内切酶,作用于淀粉分子内部的任意的α-1,4 糖苷键。

直链淀粉
支链淀粉

葡萄糖+麦芽糖 +麦芽三糖+低聚糖的混合物
葡萄糖+麦芽糖 +麦芽三糖+ α-极限糊精

? 极限糊精是指淀粉酶不能再分解的支链淀粉残基。 ? α-极限糊精是指含α-1,6糖苷键由3个以上葡萄糖基构成 的极限糊精。

2、β-淀粉酶
(β-amylase)

α -淀粉酶

β -淀粉酶

? 是淀粉外切酶,水解α-1,4糖苷键,从淀粉分子外 的非还原端开始,每间隔一个糖苷键进行水解,每次水解 出一个麦芽糖分子。 直链淀粉 麦芽糖 支链淀粉 麦芽糖 +β-极限糊精 ? β-极限糊精是指β-淀粉酶作用到离分支点2-3个葡萄 糖基为止的剩余部分。

两种淀粉酶性质的比较
α-淀粉酶 不耐酸,pH3时失活 耐高温,70℃时15分 钟仍保持活性 广泛分布于动植物, 唾液、胰液含有 β-淀粉酶 耐酸,pH3时仍保持活性 不耐高温,70℃时15分 钟失活 动物体无

?
?

? ?

?

?

3、R-酶 (脱支酶debranching
?

α -淀粉 酶 β -淀粉酶

enzyme)

水解α-1,6糖苷键,将α及β-淀粉酶作用支链淀 粉最后留下的极限糊精的分支点水解,产生短的只含 α-1,4糖苷键的糊精,使之可进一步被淀粉酶降解。 ? 不能直接水解支链淀粉内部的α-1,6糖苷键。

4、麦芽糖酶

麦芽糖酶

(二)淀粉的磷酸解
? 磷酸化酶 ? 转移酶与脱支酶

1、磷酸化酶
?
催化淀粉非还原末端的葡萄糖残基转移给P,生成G-1-P, 同时产生一个新的非还原末端,重复上述过程。 直链淀粉 支链淀粉 G-1-P G-1-P + 磷酸化酶极限糊精

? 磷酸化酶不能将支链淀粉完全降解,只能降解到距分支 点4个葡萄糖残基为止,留下一个大而有分支的多糖链,称为 磷酸化酶极限糊精。

还原端
非还原端

2、转移酶与脱支酶
? 磷酸化酶、转移酶、脱 支酶共同作用将支链淀粉 彻底降解为G-1-P。

磷酸化酶(释放8个1-P-G)

转移酶

1,4 1,4葡聚 糖转移酶

脱支酶(释放1个葡萄糖) 磷酸化酶

G-1-P

三、糖原的降解
还原端 非还原端

糖 原 磷 酸 解 的 步 骤

磷酸化酶(释放8个1-P-G)

转移酶

脱支酶(释放1个葡萄糖)

第三节 糖酵解(glycolysis)
?

? ?

概念:糖酵解是酶将葡萄糖降解为丙酮酸并 伴随ATP生成的过程。是一切有机体中普遍存 在的葡萄糖降解途径。 1940年被阐明。 Embdem,Meyerhof,Parnas等人贡献最多,故 糖酵解过程一也叫Embdem-Meyerhof-Parnas 途径,简称EMP途径。

一、糖酵解过程 二、糖酵解中产生的能量 三、糖酵解的意义 四、糖酵解的控制

五、丙酮酸的去路

一、糖酵解过程
在细胞质中进行,共分4个阶段, 每个阶段又分若干反应:

(1)第一阶段:葡萄糖 ? 1, 6-二磷酸果糖
CH 2 OPO 3 H 2 H OH OH H O H H OH OH 磷酸己糖异构酶 H 2 O 3 PO CH 2 O OH H OH H OH Mg 己糖激酶 HO CH 2 ATP O OH H OH H OH CH 2 OH ADP

2

6-磷酸葡萄糖 ADP M2+ g 己糖磷酸激酶 1 ATP ATP H 2 O 3 PO

6-磷酸果糖 ATP ATP

CH 2 OH

3

M 2+ g

磷酸果糖激酶 ADP

CH 2 OH H OH OH H 葡萄糖

O H H OH OH

CH 2

O OH

CH 2 OPO 3 H 2

果糖

H OH H

OH

1,6-二磷酸果糖

(2)第二阶段:1, 6-二磷酸果糖 ?? 3-磷酸甘油醛
CH 2 OPO 3 H 2 C H 2 O 3 PO CH 2 O OH H OH H OH CH 2 OPO 3 H 2 醛缩酶 O 96%

CH 2 OH 磷酸二羟丙酮

4

5

磷酸丙糖异构酶 CHO CHOH CH 2 OPO 3 H 2 4%

1,6-二磷酸果糖

3-磷酸甘油醛

(3)第三阶段:3-磷酸甘油醛 ?? 2-磷酸甘油酸
O COPO 3 H 2 CHOH CH 2 OPO 3 H 2 1,3-二磷酸甘油酸 N AD + NADH+HH + H+ N AD
+

O 磷酸甘油酸激酶
2+ Mg

COH CHOH

AD P

7

A TP ATP

CH 2 OPO 3 H 2 3-磷酸甘油酸

3-磷酸甘油醛 脱氢酶 6
CHO CHOH CH 2 OPO 3 H 2

磷酸甘油酸变位酶 O

8
COH CHOPO 3 H 2

Pi

3-磷酸甘油醛

CH 2 OH 2-磷酸甘油酸

?碘乙酸通过与3-磷酸甘油醛脱氢酶的巯基结合而抑制其活性

(4)第四阶段:2-磷酸甘油酸 ? 丙酮酸
O CO H C O PO 3 H 2 CH 2 磷酸烯醇式丙酮酸 AD P 丙酮酸激酶 Mg
2+

O CO H CH O H A ATPTP CH 2 烯醇式丙酮酸

H2 O

Mg

2+

烯醇化酶

10

9

O CO H CH O PO 3 H 2 CH 2 O H 2-磷 酸 甘 油 酸 CO O H C O

Mg2+与烯醇化酶紧密结合, 而F-与Mg2+结合,则氟化物 是该酶的抑制剂

CH 3 丙酮酸

半乳糖

其它糖进入糖酵解途径
甘油
ATP ADP

ATP

ADP
半乳糖-1-P UTP PPi UDP-半乳糖

葡萄糖

3-磷酸甘油
NAD+ NADH+H+ 磷酸二羟丙酮

葡萄糖
UDP-葡萄糖 葡萄糖1-磷酸 Pi ATP ADP 葡萄糖6-磷酸

果糖
ATP

糖原或淀粉

ADP 果糖果糖-1、6-磷酸 6-磷酸 ATP ADP 3-磷酸甘油醛 甘露糖-6-磷酸 ADP
ATP

甘露糖

进入糖酵解

二、糖酵解中产生的能量
葡萄糖+ 2Pi+ 2ADP+ 2NAD+ 2丙酮酸+ 2ATP+ 2NADH+ 2H+ + 2H2O ? 有氧时,2NADH进入线粒体经呼吸链氧化又可 产生3或5分子ATP, 故共可产生2+5(3)=7(5) 分子ATP ? 无氧时, 2NADH被丙酮酸氧化,生成2分子乳 酸或乙醇,故净产生2分子ATP

三、糖酵解的意义
1、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; 2、糖酵解途径的许多中间产物可为 氨基酸、脂类合成提供碳骨架, 如磷酸二羟丙酮 → 甘油。 3. 为糖异生提供基本途径。

四、糖酵解的控制
? 细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量 及碳骨架的需求。 ? 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,因此通过这 三种酶对酵解速度起调节作用。

糖酵解的控制
磷酸果糖激酶
(限速酶) 抑制剂:ATP、 柠檬酸

己糖激酶
抑制剂:G-6—P、 ATP

丙酮酸激酶
抑制剂: Ala、 ATP 、乙酰CoA、 长链脂肪酸 激活剂:F-1,6-2P

激活剂:AMP、 F- 2,6—2P

激活剂:ADP

别构或共价修饰

五、丙酮酸的去路

无氧条件 下

1、酵母等微生物将丙酮酸转化为 乙醇和CO2
COOC=O CH3
丙酮酸 H+
CO2

丙酮酸脱羧酶
TPP

NADH+H+ NAD H H H C OH C=O 乙醇脱氢酶 CH3 CH3

+

乙醛

乙醇

?由葡萄糖转变为乙醇的过程称为酒精发酵: 葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+ → 2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O

2、丙酮酸生成乳酸
?

无氧条件 下

动物在激烈运动时或由于呼吸、循环系统障 碍而发生供氧不足时。 ? 生长在厌氧或相对厌氧条件下的许多细菌
COOC=O + NADH+ H+ CH3
丙酮酸
乳酸脱氢酶

COOHO C H + NAD+ CH3
L-乳酸

葡萄糖+2Pi+2ADP

2乳酸+2ATP+2H2O

3、丙酮酸进入线粒体生成乙酰CoA,参加 TCA循环,被彻底氧化成CO2和H2O。

有氧条件 下

丙酮酸的去路
糖酵解途径
葡萄糖
(有氧或无氧)

(无氧)
丙酮酸 (有氧) 乙酰 CoA

乳酸
乙醇+CO2

三羧酸 循环

第四节 三羧酸循环
?在有氧条件下,葡萄糖的分解不止于丙酮酸, 而是继续进行有氧分解,最后形成CO2和H2O。经 历的途径分为两个阶段:三羧酸循环和氧化磷 酸化 ?丙酮酸进入三羧酸循环前需转变成乙酰CoA ?三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle),简称 TCA循环,又称柠檬酸循环。由于它是由 H.A.Krebs正式提出的,所以又称Krebs循环。

三羧酸循环
一. 二. 三. 四. 五. 六. 由丙酮酸形成乙酰CoA—三羧酸循环的准备 三羧酸循环的过程 三羧酸循环的能量计算 三羧酸循环的生物学意义 三羧酸循环的调控 三羧酸循环的回补反应

一、由丙酮酸形成乙酰CoA
?丙酮酸进入线粒体转变为乙酰CoA,这是连接糖酵 解和三羧酸循环的纽带: 丙酮酸+CoA+NAD+ 乙酰CoA+ CO2+NADH+H+

?反应不可逆,分5步进行,由丙酮酸脱氢酶复合 体催化。

1、丙酮酸脱氢酶复合体
多面体结构,总分子量:5×107
? 大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成: ①丙酮酸脱氢酶组分(E1) ②二氢硫辛酸转乙酰基酶(E2) ③二氢硫辛酸脱氢酶(E3) 焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸,FAD, NAD+,CoA 及Mg2+六种辅助因子
?

缩写
丙酮酸脱氢酶 二氢硫辛酸乙 酰转移酶 E1 E2

辅基
TPP

催化反应
丙酮酸氧化脱羧

硫辛酸 将乙酰基转移到CoA

二氢硫辛酸脱氢酶E3

FAD

将还原型硫辛酰胺
转变为氧化型

三种酶在结构上形 成一个有序的整体

2、反应步骤

?酶有序的相互结合是反应相互协 调,依次有序进行,避免产生副反 应

二氢硫辛酸转 丙酮酸脱氢酶组分 乙酰基酶

二氢硫辛酸脱氢酶

丙酮酸+CoA+NAD+

乙酰CoA+ CO2+NADH+H+

二氢硫辛酸转乙酰基酶 E2

?在氨基酸臂作用下硫辛酰基可定向运转!(硫辛酰赖氨酰臂)

3、 丙酮酸脱氢酶复合体的调控
从丙酮酸到乙酰CoA受到严密的调节控制: (1)可逆磷酸化的调节( E1)
?

磷酸化的E1 (无活性) 去磷酸化的E1 (有活性) (2)产物调节 乙酰CoA竞争性抑制E2、NADH竞争性抑制E3

二 、TCA循环的过程

?

三羧酸循环在线粒体基质中进行。

1 、乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸
O C-SCoA CH2 HO-C-COOCH2 COOH2 O

COOC=O CH2 + COO-

O C-CH3 S-CoA

柠檬酸 合酶

? 单向不可逆 ? 可调控的限速步骤

CoA COOCH2 HO-C-COO- + HS-CoA+H+ CH2 COO-

2、 柠檬酸异构化成异柠檬酸 (顺乌头酸酶)
COOCH2 HO-C-COOCH2 COOCOOH2 O H2O CH C-COOCH2 COO顺乌头酸 COOHO- CH CH-COOCH2 COO-

3 、 由异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮 戊二酸(异柠檬酸脱氢酶)
COOH COOH + NADH+H+ NAD H+ HO- CH CO CH-COOH CH-COOH CH2 CH2 COOH COOH
草酰琥珀酸

COOH CO2 CO CH2 CH2 COOH
α-酮戊二酸

? TCA中第一次氧化作用、脱羧过程 ? 异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶

4 、α-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰CoA (α-酮戊二酸脱氢酶复合体)
COOH SCOA

CO +COASH+NAD+ CH2 CH2 COOH
? ? ? ? ? ?

CO CH2 +NADH+H+ +CO2 CH2 COOH

TCA中第二次氧化作用、脱羧过程 α-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似 α-酮戊二酸脱氢酶E1 琥珀酰转移酶E2 二氢硫辛酸脱氢酶E3 TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+、Mg2+

5 、琥珀酰CoA转化成琥珀酸,并产生GTP (琥珀酰CoA合成酶)
S COA GDP+PI GTP+HSCoA COOH CO CH2 CH2 CH2 CH2 COOH COOH

? TCA中唯一底物水*磷酸化直接产生高能磷酸化合 物的步骤. ? GTP+ADP GDP+ATP

6 、 琥珀酸脱氢生成延胡索酸 (琥珀酸脱氢酶)
COOH CH2 + FAD CH2 COOH COOH CH + FADH2 CH COOH

? TCA中第三次氧化的步骤 ? 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂

7 、 延胡索酸被水化生成苹果酸 (延胡索酸酶)
COOH CH + H2 O CH COOH COOH HO-CH H-C-H COOH

8 、 苹果酸脱氢生成草酰乙酸 (苹果酸脱氢酶)
COOH HO-CH + NAD+ H-C-H COOH COOH C=O + NADH + H+ CH2 COOH

? TCA中第四次氧化的步骤,最后一步。

小 结

乙酰辅酶A 草酰乙酸 苹果酸

?每轮循环有2个C原子以乙酰CoA形式进 入,在以后的两步脱羧反应中,有两个C 原子以CO2的形式离开循环,相当于乙酰 CoA的2个C原子被氧化成CO2。 ?有4对H原子通过4步氧化反应脱下 ?循环中消耗两分子水 ?单向进行 ?整个循环不需要氧,但离开氧无法进行 柠檬酸

异柠檬酸

延胡索酸 a-酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酸 辅酶A

三、三羧酸循环的能量计算
乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+

1GTP → 1ATP
3NADH → 7.5ATP 1FADH2 → 1.5ATP

→ 10ATP

? 若从丙酮酸开始,加上纽带 生成的1个 NADH,则共产生10+2.5=12.5个ATP ? 若从葡萄糖开始,共可产生: 12.5×2 + 7(5)=32(30)个ATP ? 可见由糖酵解和TCA循环相连构成的糖的 有氧氧化途径,是机体利用糖氧化获得能量 的最有效的方式,也是机体产生能量的主要 方式。

四、三羧酸循环的的生物学意义
? 与糖酵解构成糖的有氧代谢途径,为机 体提供大量的能量。 ? TCA循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络 的枢纽。(是它们分解代谢最后的共同 途径;中间产物在许多生物合成中作前 体)

五、三羧酸循环的调控
?三羧酸循环的的速度主要取决于细胞对ATP的 需求量,另外也受细胞对于中间产物需求的影响。 有 3个调控部位。 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 α-酮戊二酸脱氢 (限速酶) 酶 抑制剂: ATP、 抑制剂: ATP、 抑制剂:琥珀酰 NADH、琥珀酰 NADH CoA、NADH CoA、脂酰CoA 激活剂:乙酰 激活剂:ADP CoA、草酰乙酸

六、三羧酸循环的回补反应
?三羧酸循环不仅是产生ATP的途径,它的中 间产物也是生物合成的前体: α-酮戊二酸 → 谷氨酸 草酰乙酸 → 天冬氨酸 琥珀酰CoA → 卟啉环 柠檬酸 → 乙酰CoA → 脂肪酸

? 上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降,从而影响 三羧酸循环的运转,因此必须不断补充才能维持其 正常进行,这种补充称为回补反应。

草酰乙酸的回补反应主要途径
丙酮酸羧化酶

丙酮酸 + HCO3
PEP + CO2+ GDP

-+ATP

线粒体

草酰乙酸+ADP+Pi (肝、肾)

PEP羧化激酶
胞液

(心脏、骨骼肌) 草酰乙酸+ GTP

PEP + HCO3-

PEP羧化酶
胞液

草酰乙酸+ Pi(在植物、酵母、细菌)
苹果酸酶

丙酮酸 + HCO3-+NAD(P)H
草酰乙酸

胞液

苹果酸 + NAD(P)+
(广泛存在)

苹果酸脱氢酶线粒体 NAD+

NADH+H+

糖代谢小结
丙酮酸

第五节 磷酸戊糖途径
?

?

?

在组织中添加酵解抑制剂碘乙酸或氟化物(抑 制烯醇化酶)等,葡萄糖仍可被消耗,证明葡 萄糖还有其他代谢途径。 1954年Racker,1955年Gunsalus发现了磷酸戊 糖途径(pentose phosphate pathway),简称 PPP途径,也叫磷酸己糖支路。 在细胞质中进行。

反应历程、意义、调控

一、磷酸戊糖途径的反应历程
㈠ 葡萄糖的氧化脱羧阶段
分两个 阶段

6-P葡萄 糖脱氢酶 NADP+ NADPH +H+

6-P葡萄糖 酸内酯酶 H20

6-P葡萄糖 酸脱氢酶 NADP+ NADPH +H+

CO2 6-P葡萄糖 6-P葡萄糖酸内酯 6-P葡萄糖酸 5-P核酮糖

本阶段总反应:
6-P葡萄糖+2NADP++H2O → 5P核酮糖+CO2+2NADPH+2H+

(二)非氧化的分子重排阶段
(之一5-磷酸核酮糖异构化)
磷酸戊糖 异构酶

差向异构酶

5-磷酸木酮糖

5-磷酸核酮糖

5-磷酸核糖

非氧化阶段之二(基团转移)
转酮酶

5-磷酸木酮糖

5-磷酸核糖

3-磷酸甘油醛

7-磷酸景天庚酮糖

转醛酶

7-磷酸景天庚酮糖

3-磷酸甘油醛

4-磷酸赤藓糖

6-磷酸果糖

基团转移(续前)

转酮酶

5-磷酸木酮糖

4-磷酸赤藓糖

3-磷酸甘油醛

6-磷酸果糖

非氧化分子重排阶段
阶 段 之 一 阶 段 之 二

6 5-磷酸核酮糖
异构酶

2 5-磷酸木酮糖

2 5-磷酸核糖
转酮酶

2 3-磷酸甘油醛

2 7-磷酸景天庚酮糖 转醛酶

2 6-磷酸果糖

2 4-磷酸赤藓糖

2 5-磷酸木酮糖
转酮酶

2 6-磷酸果糖

2 3-磷酸甘油醛

非氧化阶段的产物是6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛 6-P葡萄糖 6-磷酸果糖

(3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解)
2
3-磷酸甘油醛

H2O

Pi

异 构 酶

醛缩酶 果糖-1,6二磷 酸酶
1,6-二 磷酸果糖 6-磷酸果糖

6-P葡萄糖

阶 段 之 一 阶 段 之 二

6 5-磷酸核酮糖
异构酶

2 5-磷酸木酮糖

2 5-磷酸核糖
转酮酶

2 3-磷酸甘油醛

2 7-磷酸景天庚酮糖 转醛酶

2 6-磷酸果糖

2 4-磷酸赤藓糖

2 5-磷酸木酮糖
转酮酶

2 6-磷酸果糖
糖酵解 糖异生 果糖-1,6二磷酸酶

2 3-磷酸甘油醛
醛缩酶

1 6-磷酸果糖

1, 6-二磷酸果糖

Pi

H2 O 反应带有循环机制

6×5-P核酮糖+H2O

5×6-P葡萄糖+Pi

非氧化阶段:
6×5-P核酮糖 + H2O → 5×6-P葡萄糖 + Pi

氧化阶段:
6-P葡萄糖+2NADP++H2O → 5P核酮糖+CO2+2NADPH+2H+

总反应:
6-P葡萄糖+12NADP++7H2O → 6CO2+12NADPH+12H++Pi

表明1个6-P葡萄糖经6次循环被彻底氧化为6个CO2

二、磷酸戊糖途径的意义
1、产生大量的NADPH,为细胞的各种合成反应提 供还原剂,比如脂肪酸的合成。 2、该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料, 如: 5-P核糖→ 核苷酸 4-P赤藓糖 → 芳香族氨基酸 3、非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光 合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相 同,因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来, 并实现某些单糖间的互变。

三、调控
6- P葡萄糖的去路可受机体对NADPH、 5-P 核糖及ATP的不同需要而调节。
? 磷酸戊糖途径的调节酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶 ? NADPH竞争性抑制该酶活性 ? 故磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时 NADPH的需要所调节 。

磷酸戊糖途径的产物受机体对NADPH、 5-P核 糖不同需要而调节。 (1)机体对5-P核糖的需求远远超过NADPH:如 细胞分裂期DNA合成时。 大量6- P葡萄糖经糖酵解转化为6- P果糖和 3-磷酸甘油醛,再由转酮酶和转醛酶将2分子6P果糖和1分子3-磷酸甘油醛逆磷酸戊糖途径转 变为3分子5-P核糖
?

(2)机体对5-P核糖和NADPH的需求处于*衡: 磷酸戊糖途径的氧化阶段处于优势,生成2分 子的NADPH和1分子5-P核糖。
(3)机体对NADPH的需求远远超过5-P核糖: 如脂肪组织合成脂肪酸, 磷酸戊糖途径活跃

第六节 单糖的生物合成
高等植物葡萄糖的合成可有多个途径:
?

卡尔文循环(光合作用中的暗反应,将CO2还原为
糖)

?
?

蔗糖、淀粉的降解 糖异生
糖原的降解 糖异生

动物:
? ?

一、糖异生(gluconeogenesis)的概念
? 由丙酮酸、乳酸、氨基酸、甘油等非糖
物质转变成葡萄糖的过程称为糖异生。

二、糖异生的反应历程
糖异生途径的大部分反应与糖酵解的逆反应 相同,但有两方面不同:

(1)克服糖酵解的三步不可逆反应。
(2)糖酵解在细胞液中进行,糖异生则分别在线粒 体和细胞液中进行。

葡萄糖 6-P葡萄糖 6-P果糖 1,6-二P果糖 3-磷酸甘油醛 P-二羟丙酮

1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 PEP 丙酮酸

丙酮酸 → PEP
胞液
丙酮酸 丙酮酸
C2O+ATP+H2O
ADP+Pi

线粒体
丙酮酸羧化酶

草酰乙酸(不能跨越
线粒体膜)

NADH+H+ 苹果酸 苹果酸

PEP

PEP羧化激酶
GTP GDP+C2O

草酰乙酸

NADH+H+

葡萄糖 6-P葡萄糖 6-P果糖 1,6-二P果糖 3-磷酸甘油醛 P-二羟丙酮

果糖-1,6二磷酸酶

1,6-二磷酸果糖 + H2O 6-磷酸果糖 + Pi
葡萄糖-6磷酸酶

1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 PEP 丙酮酸

6-磷酸葡萄糖 + H2O 葡萄糖 + Pi

葡萄糖 6-P葡萄糖 6-P果糖 1,6-二P果糖 3-磷酸甘油醛 P-二羟丙酮

甘油

1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸

TCA的中间产物
2-磷酸甘油酸 PEP 草酰乙酸 苹果酸 苹果酸 丙酮酸 丙酮酸 草酰乙酸

生糖氨基酸 乳酸

三、糖异生途径的意义
1.动物在饥饿、剧烈运动时糖原下降,可将生糖 氨基酸及糖酵解产生的乳酸异生为糖,以维持血糖 水*。 2.油料种子萌发时,胚乳里储存的脂肪降解→ 甘油 + 脂肪酸
乙醛酸循环

乙酰-CoA
糖异生 糖异生

琥珀酸
TCA循环

草酰乙酸

葡萄糖 供种子萌发使用

葡萄糖

6-P葡萄糖 6-P果糖 1,6-二P果糖 3-磷酸甘油醛

作业: 由丙酮酸进行糖异 生的能量计算?
P-二羟丙酮

2NADH+2H+



2X1,3-二磷酸甘油酸

消耗2ATP
2X3-磷酸甘油酸 2X2-磷酸甘油酸

消耗2ATP+2GTP

2XPEP 2丙酮酸

四、葡萄糖异生作用的调控
6-P—果糖
磷酸果糖激酶 果糖1.6-二磷酸酶

糖异生和糖酵 解是相互协调 的过程,调控 点有两处

1、6-二磷酸果糖

PEP
丙酮酸激酶

ADP抑制

PEP羧激酶

草酰乙酸
丙酮酸羧化激酶 乙酰CoA活化

丙酮酸

ADP抑制

糖酵解作用

6-P—果糖
磷酸果糖激酶

糖异生作用
柠檬酸

活化 抑制

活化 AMP

果糖1.6-二磷酸酶

F-2、6BP

AMP F-2、6BP

抑制 ATP 柠檬酸

1、6-二磷酸果糖

PEP
ATP ALa PEP羧激酶 ADP抑制

抑制 丙酮酸激酶 草酰乙酸
丙酮酸羧化酶 乙酰CoA活化,胰高血糖素也可提 高其活性;ADP抑制 丙酮酸

ATP/AMP影响两种代谢途径:高水*ATP抑*徒猓 糖异生加速。 ? 调节物和信号分子影响两种代谢途径:F-2、6-BP 活化糖酵解,抑制糖异生。 饥饿?血糖低?胰高血糖素? ? F-2、6-BP少?糖 异生占优势 饱食?血糖高?胰岛素? ? F-2、6-BP多?酵解加 速,糖异生抑制 ? 乳酸的产生和有效利用:人剧烈运动,肌肉糖酵解 产生大量乳酸,为解除其积累,大部分乳酸通过血 液转移到肝,通过糖异生合成葡萄糖。
?

第七节 蔗糖和多糖 的生物合成
一、单糖基的活化——糖核苷酸的合成 二、蔗糖的生物合成 三、淀粉的生物合成 四、糖原的生物合成

一、单糖基的活化——糖核苷酸的合成
?

?

单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为糖 核苷酸。 糖核苷二磷酸(UDPG、ADPG、GDPG等)是高 等动植物体合成双糖和多糖的糖基供体。
ADPG,纤维素合成时需GDPG和UDPG;动物细 胞中糖元合成时需UDPG。

? 植物细胞中蔗糖合成时需UDPG,淀粉合成时需

UDPG的结构

G

UDP

糖核苷酸的生成

+
1-磷酸葡萄糖

UTP

UDPG
+PPi

二、蔗糖的生物合成
有三条 途径
1、蔗糖磷酸化酶途径(微生物)
1-P葡萄糖+果糖 蔗糖+Pi

2、蔗糖合酶(植物)
UDPG+果糖 UDP+蔗糖

该酶也可利用ADPG,GDPG,TDPG,CDPG作为葡萄糖基供体。

3、蔗糖磷酸合酶途径(植物光合组织)

蔗糖磷酸合酶

UDPG+6-P果糖

磷酸蔗糖+UDP

蔗糖磷酸酯酶

磷酸蔗糖

蔗糖+Pi

三、淀粉的生物合成
㈠直链淀粉的生物合成
1、淀粉磷酸化酶
1-P葡萄糖+引物 → 淀粉+Pi
? 引物是作葡萄糖的受体,转移来的葡萄糖分 子结合在引物非还原末端C4的羟基上。 ? 该酶的作用主要是催化淀粉的分解。
引物(Gn) 是含α-1,4糖苷键的葡萄多 糖,最小为麦芽三糖

2、淀粉合酶(是淀粉合成的主要途径)

ADPG+引物 → 淀粉+ADP
? 从非还原端延长 ?也可用UDPG做供体。

+
引物(Gn)

A
ADPG

淀粉合酶

+
ADP 直链淀粉(Gn+1)

A

3、D-酶
?是糖苷转移酶,作用于α-1,4糖苷键,转移的基团 主要是麦芽糖残基 ?有助于葡萄糖转变为麦芽多糖,用来合成引物。
D酶

+
麦芽五糖 葡萄糖 麦芽三糖 给体

+
麦芽三糖 受体

㈡ 支链淀粉的合成
?支链淀粉的α-1,6糖苷键的分支是由直链底 物转化而来,催化这个转化的酶称为Q酶。
m A m n 还原端

Q酶
+

B

从非还原端切断1个 小寡聚糖碎片A(6-7G)

n

Q酶
m n

将A转移到B或另一直链淀粉的 一个葡萄糖残基的C6-OH上, 形成α-1,6糖苷键

四、糖原的生物合成
糖原生物合成过程与植物支链淀粉合成过
程相似,但参与合成的引物、酶、糖基供体 等是不相同的。 引物:结合有一个寡糖链的多肽 酶:糖原合酶,分支酶 糖基供体:UDPG

糖酵解







2NADH




友情链接: