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1、多糖和低聚糖的酶促降解A.胞外降解,细胞外多糖和低聚糖,胞外水解酶（淀粉酶、寡糖酶）,B.胞内降解,细胞内储备的糖原或淀粉,磷酸化酶,活化、水解,断支链,活化、水解,第三节 多糖的酶水解（Hydrolysis of Polysaccharides）,主要介绍食物中的主要多糖-淀粉的水解与淀粉水解酶。淀粉酶凡是能够催化淀粉(或糖原)分子及其片段中的-葡萄糖苷键水解的酶，称为淀粉酶。淀粉水解酶的种类-淀粉酶-淀粉酶-淀粉酶(糖化酶)异淀粉酶,1、-淀粉酶（amylase）又称液化酶、淀粉-1，4-糊精酶。系统名称-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
2、子内部随机切断-1，4糖苷键，不能水解-1，6-糖苷键和与非还原性末端相连的-1，4-糖苷键。产物主要是含有-1，6-糖苷键的各种分支糊精 和少量的-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-淀粉酶需要Cl-激活；植物和微生物的-淀粉酶需要Cl-激活。Ca+2、Na+、Cl-1和淀粉底物都能提高该酶的稳定性。,2、-淀粉酶（amylase）又叫淀粉-1，4-麦芽糖苷酶。系统名称-1，4-葡聚糖麦芽糖苷酶(编号EC3.2.1.2)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-1，4-麦芽糖 苷键，生成-型的麦芽糖
3、；该酶不能 水解和越过-1，6-糖苷键。当其作 用于支链淀粉时，遇到分支点即停止 作用，剩下的大分子糊精称为-极限 糊精。,3、-淀粉酶（amylase）又称糖化酶、葡萄糖淀粉酶。系统名称-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-1，4-葡萄糖苷键，产生-葡萄糖。该酶的专一性不严格，也可缓慢水解-1，6和-1，3糖苷键。,4、异淀粉酶（isoamylase）又叫脱支酶、淀粉-1，6-葡萄糖苷酶。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-1，6糖苷键，生成长短不一的直链淀粉
4、(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。,糖在动物体内的一般概况,一、糖的生理功能1、构成细胞的成分2、作为能源。2840kJ/mol(679kcal/mol),生物体的能量70来自糖类。3、作为碳源。为体内合成脂肪、蛋白质等物质提供碳架。,二、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组织细胞，供全身利用。四、血糖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：3.95.0 mmol/L,人体对糖的吸收食物中的淀粉经水解消化后
5、，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液。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,第四节 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 H2O通过光合作用合成淀粉。,糖原的合成,糖异生,糖原的水解,糖的降解,糖原,葡萄糖,丙酮酸,A.总论,丙酮酸,CO2+H2O,重点,葡萄糖降解的主要途径（1）、酵解途径(EMP途径 Embdenmeyerhof path
6、way)(2)、磷酸戊糖支路(HMP hexose monophosphate pathway）磷酸己糖旁路HMS途径 hexose monphosphate shunt),一、葡萄糖的酵解途径(glycolytic pathway)1、酵解与发酵的含义酵解(glycolysis)葡萄糖在无氧的情况下经酶催化降 解，生成丙酮酸（pyruvate）(乳 酸 lactate），并产生ATP的代 谢过程。发酵在现代生化中，发酵主要是指微生物的无氧代谢过程。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分解成丙酮酸、ATP及NADH，又以不完全分解产物(丙酮酸)作为电子受体，还原生成发酵产物的无
7、氧氧化过程。,在发酵工业领域，发酵的含义又与生化中的概念不同。在发酵工业领域中，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（EMP）的反应历程根据底物分子的变化情况可分三个阶段1)葡萄糖分子活化阶段2)己糖降解阶段3)氧化产能阶段1)葡萄糖分子活化阶段 包括三步反应。将葡萄糖转化成高度活化的1，6-二磷酸-果糖。,己糖激酶,(6-P-G),(G),激酶凡是催化ATP分子的磷酸基团向代谢物分子转移的酶。,己糖激酶是糖酵解途径的第一个调节酶。这是一个别构酶，该酶需要Mg+2或Mn+2作为辅助因子；6-P-G和ATP是该酶的变构抑制剂。,磷酸葡萄糖异
8、构酶,(6-P-G),(6-P-F),磷酸果糖激酶(PFK),(6-P-F),(1,6-2P-F),磷酸果糖激酶(PFK)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节ATP是变构抑制剂，柠檬酸、脂肪酸可增强其抑制作用；ADP、AMP、无机磷是其变构激活剂。,2)己糖降解阶段(共2步),醛缩酶,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸丙糖异构酶,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛脱氢酶,3-磷酸甘油醛,1，3-二磷酸甘油酸,3)氧化产能阶段(共5步),3-磷酸-甘油醛脱氢酶它是一个变构酶，由四个亚基组成，具有负协同效应。位于活性中心的半胱氨酸的-SH是酶活
9、性中心的必需基团，因此，烷化剂(如碘乙酸)和重金属对该酶有不可逆抑制作用。,磷酸甘油激酶,3-磷酸甘油酸,1，3-二磷酸甘油酸,2-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,2-二磷酸甘油酸,烯醇化酶在与底物结合之前先与Mg+2结合形成复合盐而被激活。氟化物能和磷酸盐形成氟磷酸离子，后者能与Mg+2形成复合物使酶受到抑制而失活。因此，氟化物是该酶的不可逆抑制剂。,丙酮酸激酶,Pyruvate Kinase,磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇式丙酮酸,丙酮酸,丙酮酸激酶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。长链脂肪酸、乙酰辅酶A、ATP和丙 氨酸是其变构抑制剂。,葡萄
10、糖,ATP,己糖激酶,6,-,磷酸葡萄糖,磷酸葡萄糖变位酶,磷酸葡萄糖异构酶,6,-,磷酸果糖,ATP,磷酸果糖激酶,1,6,二磷酸果糖,醛缩酶,3,-,磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,活化,G=,-,7.5kcal/mol,(,不可逆,),异构,G=,-,0.6kcal/mol,(,可逆,),二次活化,G=,-,5.0kcal/mol,(,不可逆,),裂解,G=,-,0.3kcal/mol,(,可逆,),ADP,ADP,Pi,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合物的形式来实现的。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，从而使这些产物不易透过脂膜
11、而失散;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;磷酸基团经酵解作用后，最终形成ATP的末端磷酸基团，因此具有保存能量的作用。,注意,D葡萄糖,糖原,半乳糖,6-磷酸葡萄糖,D果糖,D甘露糖,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6-8%)。(3)在有氧条件下，糖酵解是单糖完全分解成 CO2和H2O的必要准备阶段。,4、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，进入三羧酸循环。,无氧发酵（Fe
12、rmentation),乙醇发酵,丙酮酸脱羧酶+TPP,乙醇脱氢酶,乙醇,乳酸发酵,二、三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle TCA循环)又称为Krebs循环1、丙酮酸的氧化脱羧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、脱羧，生成乙酰辅酶A。,有氧代谢,丙酮酸脱氢酶系1)丙酮酸脱羧酶(E1)-TPP2)二氢硫辛酸乙酰基转移酶(E2)-硫辛酸、乙酰辅酶A3)二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)-FAD、NAD+、Mg+2,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。(1)产物抑制ATP
13、抑制E1 乙酰辅酶A抑制E2 NADH抑制E3(均为变构抑制)(2)核苷酸反馈调节GTP抑制，AMP活化。,(3)可逆磷酸化作用的共价调节E1分子特定部位的Ser残基上的-OH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。磷酸化型无催化活性；去磷酸化型有活性。细胞内,ATP/ADP、乙酰辅酶/A辅酶A、NADH/NAD+比值升高时，E1磷酸化作用增强；丙酮酸浓度高时可抑制E1的磷酸化；Ca+2浓度高时，能促进E1的去磷酸化。,TCA循环又称柠檬酸循环该循环共包括10步反应，涉及8个酶,2、TCA循环,乙酰CoA,草酰乙酸,柠檬酸,柠檬酸合酶,异柠檬酸,顺乌头酸,顺乌头酸酶,
14、顺乌头酸酶,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶体系,琥珀酰CoA,ADP ATP,琥珀酸,琥珀酰硫激酶,延胡索酸,琥珀酸脱氢酶,(FADH)2,苹果酸,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,2、三羧酸循环的途径(1)反应历程经过8种酶催化的10步反应完成一个循环，其中二次脱羧、四次脱氢，共消耗3分子的水，净分解一个乙酸分子。产生2个CO2、3个NADH+H+，相当于3（2.5）个ATP 1个FADH2，相当于1（1.5）个ATP 底物水平上合成1分子ATP。共生成10分子ATP。,(2)TCA循环的意义 1)它是细胞内各种能源物质完全氧化分解的公共 途径。乙
15、酰CoA的乙酰基是能够被TCA循环完全分解的唯一底物。2)为细胞提供能量，1个乙酰基通过TCA循环和呼吸链可产生12个ATP。1分子的葡萄糖彻底氧化可产生38个ATP。3)TCA循环是物质转化的枢纽。TCA循环是绝大多数生物体主要的分解代谢途径，也是准备提供大量自由能的重要代谢系统，在许多合成代谢中都利用TCA循环的中间产物作为生物合成的前体来源，因此，TCA循环具有分解代谢和合成代谢双重性或称两用性,(3)TCA循环的调节控制限速酶是代谢途径中酶活性最低，而且可以调节的酶。TCA循环中有三个限速酶作为调控点1)柠檬酸合酶ADP、AMP、P、NAD+以及乙酰CoA的浓度高时，对其起变构激活作用
16、。ATP、NADH、琥珀酰CoA、脂酰CoA和柠檬酸是其变构抑制剂。2)异柠檬酸脱氢酶ADP、NAD+是其变构激活剂。ATP、NADH是其变构抑制剂。,3)-酮戊二酸脱氢酶复合体复合体中的二氢硫辛酸脱氢酶是变构调节剂。主要受高浓度ATP、GTP、琥珀酰CoA、NADH及Ca+变构抑制。,3、回补途径能为TCA循环补充中间产物的代谢途径称为回补途径。主要有丙酮酸羧化支路和乙醛酸循环,(1)丙酮酸羧化支路它能为TCA循环供应草酰乙酸和苹果酸。已经证明有好几种酶催化这一反应，其中，最具普遍意义的有丙酮酸羧化酶和苹果酸酶。1)丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸，需要生物素为辅酶。,Pyruvate
17、 carboxylase,2)在真核细胞中，苹果酸酶催化丙酮酸还原羧化成苹果酸，反应不需要ATP，但需要NADH+H+。,3)在植物、细菌、人脑和心脏中还存在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶，可催化磷酸烯醇式丙酮酸 生成草酰乙酸。,(2)乙醛酸循环(glyoxylate pathway/cycle)许多植物、微生物能够在乙酸或产生乙酰CoA的化合物中生长。同时种子发芽时可以将脂肪转化成糖。这是因为它们具有异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶，存在着一个类似于TCA循环的乙醛酸循环缘故。这种循环是TCA循环的修改形式，但是不存在于动物中。,乙醛酸循环的意义借此附属路线植物和某些微生物可以利用脂肪酸、乙酸作为唯一
18、能源和碳源获得生物能量，合成糖类化合物和氨基酸、蛋白质，维持正常生长。,(3)其他回补途径天冬氨酸和谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和-酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸、甲硫氨酸也会形成琥珀酸。,三、磷酸戊糖途径 pentose phosphate pathway;hexose monophosphate pathway HMP;hexose monophosphate shunt HMS生物体中除TCA循环外，还有其他糖代谢途径，其中磷酸戊糖途径是较为重要的一种。在动物和许多微生物中约有30%的葡萄糖可能由此途径进行氧化。1、HMP途径的生化过程,2、HMP途径的生理意义1)产生大量的NA
19、DPH，为生物合成提供还原力。如 脂肪酸、氨基酸、核苷酸等生物合成途径中需要 大量的NADPH，主要靠HMP途径提供。2)产生磷酸戊糖参加核酸代谢。3)NADPH使红细胞中的还原性谷胱苷肽再生，对维 持红细胞的还原性有重要作用。4)HMP途径是植物光合作用中从CO2合成葡萄糖的部 分途径。,四、糖的异生(gluconeogenesis)糖的异生是指由非糖物质(丙酮酸、甘油、乳酸和某些氨基酸等)合成葡萄糖的过程。人脑对葡萄糖有高度的依赖性。红细胞也需要提供葡萄糖。成人脑每日大约需要120 g葡萄糖，占人体对葡萄糖的每日总需要量约为160 g的绝大部分。已知体液中的葡萄糖含量大约为20 g，从糖原
20、可随时提供的葡萄糖大约为190g。因此机体在一般情况下，体内的葡萄糖量足够维持一天的需要，但是如果机体处于饥饿状态，则必须由非糖物质转化成葡萄糖提供急需。当机体处于剧烈运动时，也需要由非糖物质及时提供葡萄糖。,1、糖异生的途径,草酰乙酸不能穿越线粒体内膜,该酶仅存在线粒体中,糖异生的途径不是简单的酵解途径的逆转，因为从葡萄糖到丙酮酸的代谢过程中有三步是不可逆的，在糖异生中它们由另一些酶来催化。糖异生有其特殊的调控酶，需要ATP供能，以保证合成途径的进行。,2、糖异生的生理意义1)糖异生是一个非常重要的生物合成葡萄糖的途径。糖异生主要在肝脏中进行。红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料，因此，血中葡萄糖
21、浓度降低时，首先是脑细胞受损。2)在饥饿、剧烈运动造成糖原下降后，糖异生会使酵解产生的乳酸，脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖，这对维持血糖浓度，满足组织对糖的需求是十分重要的。,3、葡糖异生作用的调节 葡糖异生作用和糖酵解作用有密切的相互协调关系。如果糖酵解作用活跃。则葡糖异生作用必受一定限制。如果糖酵解的主要酶受到抑制，则葡糖异生作用酶的活性就受到促进。葡萄糖的浓度对糖酵解起调节作用。乳酸浓度以及其他葡萄糖前体的浓度对葡糖异生都起调节作用。,葡糖异生作用和糖酵解作用一方面葡萄糖转变成丙酮酸，另一方面丙酮酸又重新合成葡萄糖。在这种往复转变的过程中。对机体来说，只是净消耗了两
22、个ATP分子和两个GTP分子。因此，这种循环又有“无用循环”(futile cyele)之称。“无用循环”不可能对机体是毫无意义的。,第五节 糖原的合成与分解,糖原（glycogen）是葡萄糖的贮存形式，当细胞中能量充足时，进行糖原合成而贮存能量。当能量供应不足时，糖原分解产生ATP，以保证供应生命活动所需要的能量。糖原的分解与合成是分别进行的不同途径，它们的反应速度受激素、别构酶的精细调节。,一、糖原的降解（Glycogen breakdown）糖原的结构类似于支链淀粉，分支短链的平均长度是12-18个葡萄糖单位，比支链淀粉短(24-30)；分支度比支链淀粉高，每隔3个葡萄糖单位即有一个支链
23、，相对分子量在2.7105-3.5106。糖原的分解途径,糖原磷酸化酶,脱支酶,1.磷酸化酶催化糖原非还原性末端磷酸解磷酸化酶催化的特点是，从糖原分子的非还原性末端断下一个葡萄糖分子，同时出现一个新的非还原性末端葡萄糖分子。2.磷酸化酶催化糖原14糖苷键磷酸解,二、糖原的合成（Glycogen biosynthesis）葡萄糖是合成糖原的唯一原料，半乳糖和果糖都要通过酶转变成磷酸葡萄糖才能转变成糖原。1、催化糖原合成的三种酶 糖原的生物合成通过3个步骤，包括3种酶的催化作用:（1）UDP一葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-glucose pyrophosphorylase)（2）糖原合酶(glycogen synthase)（3）原分支酶(glycogen branching enzyme）,2、糖原合成 途径:,糖原代谢的调控,磷酸化酶和糖原合酶的的作用都受到严格的调控。当磷酸化酶充分活动时，糖原合酶几乎不起作用;而当糖原合酶活跃时，磷酸化酶又受到抑制。这两种酶受到效应物(effectors)的别构调控。别构效应物有：ATP,葡萄糖-6-磷酸(G6P),AMP等。在肌肉中：糖原磷酸化酶受AMP的活化，受ATP和G6P和葡萄糖的抑制;而糖原合酶却受G6P和葡萄糖的活化。,
