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1、1,第九章 糖代谢,主要内容：,糖的分解代谢、合成代谢以及糖代谢的调控,2,第一节 多糖的降解,一、淀粉酶与淀粉的降解,1.-淀粉酶水解,内切酶，作用于淀粉分子内部的任意的-1，4 糖苷键。直链淀粉葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+低聚糖的混合物支链淀粉 葡萄糖+麦芽糖+麦芽三糖+-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。-极限糊精是指含-1，6糖苷键由3个以上葡萄糖基构成的极限糊精。,3,-淀粉酶,4,外切酶，水解-1，4糖苷键，从淀粉分子外即非还原端开始，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+-极限糊精-极限糊精是指-淀粉酶作用到离分支
2、点2-3个葡萄糖基为止的剩余部分。两种淀粉酶降解的最终产物都有麦芽糖。,2、-淀粉酶(-amylase),5,3、-淀粉酶,4、异淀粉酶,6,特点：多组分酶系。纤维素分解为葡萄糖流程：天然纤维素 C1酶 游离直链纤维素 Cx酶 纤维二糖-糖苷酶 葡萄糖 产物：葡萄糖 来源：霉菌、纤维杆菌、纤维放线菌 用途：能源化工,二、纤维素酶与纤维素的降解,三、果胶酶与果胶的降解,四、糖原磷酸化酶与糖原的降解,糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase）是降解糖原的磷酸化的限速酶，有活性和非活性两种形式，分别称为糖原磷酸化酶a（活化态）和糖原磷酸化酶b（非活化态），两者在一定条件下可以相互转
3、变。糖原磷酸解时，在磷酸化酶a作用下，从糖原非还原端开始逐个加磷酸切下葡萄糖生成1-磷酸葡萄糖，切至糖原分支点4个葡萄糖残基处为止。,转移酶（transferase）又称1,41,4葡聚糖转移酶，它主要作用是将连接与分支点上4个葡萄糖基的葡聚三糖转移至同一个分支点的另一个葡聚四糖链的末端，使分支点仅留下一个（16）糖苷键连接的葡萄糖残基。,脱支酶，即水解（16）糖苷键的酶，再将这个葡萄糖水解下来，使支链淀粉的分支结构变成直链结构，磷酸化酶再进一步将其降解为1-磷酸葡萄糖。由于磷酸化酶、转移酶和脱支酶的协同作用，将糖原（或支链淀粉）彻底降解。糖原磷酸化酶主要存在于动物肝脏中，通过糖原分解直接补充
4、血糖。,The reactions of glycogen debranching enzyme,11,一、糖酵解途径,第二节 糖酵解作用,是将葡萄糖分解成丙酮酸的过程，这是糖分解代谢的最基本的反应途径。,12,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖(G-6-P),（一）葡萄糖分解成丙酮酸,13,6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖(F-6-P),14,6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1),6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,15,1,6-双磷酸果糖,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,16
5、,磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶(phosphotriose isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,17,3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸,18,1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,在以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶(phosph
6、oglycerate kinase),19,3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase),3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,20,2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,21,磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，并通过底物水平磷酸化生成ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,22,23,二、糖酵解过程的能量衡算,以葡萄糖为起点,无氧情况下:,GG-6-P-1ATP F-6-PF-1，6-dip-1ATP 2 1,3-二磷酸甘油酸2甘油酸-3-磷酸+2ATP,2PEP2Py+2ATP,除2分子ATP外，还生成2分子NADH,24,2NAD
7、H经呼吸链氧化产生5ATP，即共产生7ATP 在某些组织，如某些神经和肌肉细胞中，NADH经磷酸甘油穿梭系统得FAD，产生1.5ATP，总计5ATP,有氧条件下：,25,磷酸甘油穿梭系统图,26,磷酸甘油穿梭系统图,27,苹果酸穿梭系统图,三、糖酵解的调节,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,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,23-磷酸甘油酸,22-磷酸甘油酸,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,葡萄糖,磷酸果糖激酶,丙酮酸激酶,己糖激酶,29,限速酶：己糖激酶：别构抑制剂：6-磷酸葡萄糖丙酮酸激酶：别构抑制剂：ATP、丙氨酸6-磷酸果糖
8、激酶-1（PFK-1）,30,1、6-磷酸果糖激酶-1（PFK-1）,（1）ATP/AMP的调节（2）柠檬酸调节（3）2，6二磷酸果糖调节（F-2,6-BP）,F-2,6-BP,F-1,6-BP,31,F-6-P,F-2,6-BP,ATP,ADP,6-磷酸果糖激酶-2（PFK-2）,H2O,Pi,二磷酸果糖酶-2(FBPase2),F-2,6-BP是6-磷酸果糖激酶-1 最强的变构激活剂。,柠檬酸,AMP,32,6-磷酸果糖激酶-（PFK-2,激酶活性）,胰高血糖素,6-磷酸果糖激酶-2,(FBPase2,磷酸酶活性),33,四、糖酵解的生理意义,（1）在无氧条件下，通过糖酵解可以获得有限的能
9、量用以维持生命供能。（2）提供生物合成所需的物质。（3）糖酵解不仅是葡萄糖的降解途径，也是其它一 些单糖的分解代谢途径。（4）为糖的彻底降解作了准备。,34,1、乳酸发酵,乳酸脱氢酶,五、糖酵解的应用,35,36,2、酒精发酵,37,酒精发酵之初：即：-磷酸甘油脱氢酶 磷酸二羟丙酮+NADH+H+-磷酸甘油+NAD+磷酯酶-磷酸甘油+H2O 甘油+Pi,当有了乙醛作为受氢体，代谢途径的流向就不再朝甘油方向了。将受氢体乙醛除去，则势必造成发酵液中甘油的积累。,3、甘油发酵,38,两种方法,（1）亚硫酸盐法:,将亚硫酸氢钠(NaHSO3)加入发酵液中，能与乙醛发生加成反应，生成难溶的结晶状产物CH
10、3CH(OH)(OSO2Na)，使乙醛不能再作为受氢体，迫使NADH+H+用于磷酸二羟丙酮的还原，生成甘油,思考题：甘油高产发酵的代谢调控要点是什么？,磷酸甘油脱氢酶,39,（2）碱法甘油发酵:,酵母酒精发酵的发酵液pH值调至碱性，保持在pH7.6以上，则2分子乙醛之间发生歧化反应，1分子被还原成乙醇，1分子被氧化成乙酸。乙醛失去了作为受氢体的作用，NADH+H+只好用于还原磷酸二羟丙酮，并生成甘油,40,41,糖酵解小结,1.糖酵解几乎是生物的公共途径，一分子葡萄糖氧化成两分子丙酮酸，并把能量以ATP和NADH形式贮存。,2.糖酵解过程有10个酶，全部在胞质中。有10个中间产物，都是磷酸化的
11、六碳或三碳化合物。,3.糖酵解的准备阶段，用ATP把葡萄糖转化为1,6-二磷酸果糖，然后C3和C4间的键断裂生成二分子三糖磷酸。,4.在回报阶段，来自葡萄糖的3-磷酸甘油醛在C1上发生氧化，反应能量以一分子NADH和二分子ATP形式贮存。,6.糖酵解受到其他产能途径的调控，以保证ATP的不断供给。己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶都受到变构调控。控制通过这个途径的碳流量，维持代谢中间物的水平不变。,5.总反应式：Glc+2NAD+2ADP+2Pi 2Pyr+2NADH+2H+2ATP+2H2O,42,第三节 丙酮酸的有氧降解,（EMP）,葡萄糖,丙酮酸脱氢酶系,43,1、丙酮酸的脱氢酶系,（1
12、）丙酮酸脱氢酶(E1)（也称丙酮酸脱羧酶）:辅基TPP，,功用：,（2）二氢硫辛酰转乙酰基酶(E2)：硫辛酰胺（硫辛酸）,CoA-SH,功用：氧化2C单位，并将2C单位先转到硫辛酰胺上，再转到CoA上。,（3）二氢硫辛酸脱氢酶(E3)：是一种黄酶，辅基FAD，NAD+,功用：Red型硫辛酰胺OX型硫辛酰胺,一、乙酰辅酶A的形成,44,45,46,2、丙酮酸的脱氢酶系的调控（p345),(1)产物抑制 乙酰CoA、NADH(2)核苷酸反馈调节 E1（GTP抑制，AMP活化）(3)可逆磷酸化作用的共价调节 E1磷酸和去磷酸,47,二、三羧酸循环,柠檬酸循环,三羧酸循环 Tricarboxylic
13、acid cycle(TCA cycle),Krebs循环,48,三羧酸循环总图,49,（一）三羧酸循环途径,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,三羧酸循环的总反应式,CH3COSCoA3NADFADGDPPi2H2O,2CO23NADH3HFADH2GTPCoASH,65,三羧酸循环中有两步反应是不可逆的,（1）Cit的合成（2）-KGA的氧化脱羧,所以TCA Cycle是单方向进行，不能逆转。,CoASH,（二）三羧酸循环的调节,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,调节位点柠檬酸合成酶（限速酶）异柠檬酸
14、脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶,苹果酸,草酰乙酸,67,（三）三羧循环的化学计量和能量计量,1、总反应式:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP,能量“现金”:1 GTP 能量“支票”:3 NADH 1 FADH2,7.5ATP,1.5ATP,1ATP,10ATP,2、三羧酸循环的能量计量,68,3、葡萄糖完全氧化产生的ATP,酵解阶段：2 ATP 2 1 NADH,2 ATP,2(2.5ATP或1.5 ATP),总计：32ATP或30 ATP,三羧酸循环,糖酵解,69,（四）三羧循环的生物学意义,1.为生物体提供能量，
15、是体内主要产生ATP的途径；,2.循环中的中间物为生物合成提供原料；如草酰乙酸、a-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。,3.糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽。,70,三、与三羧酸有关的代谢途径,1、丙酮酸羧化支路2、乙醛酸循环,71,1.丙酮酸羧化支路,丙酮酸羧化酶需要生物素作为其辅酶。,（1）这是动物中最重要的回补反应，在线粒体中进行。,三、与三羧酸有关的代谢途径,72,（2）PEP羧激酶（液泡）,The phosphoenolpyruvate carboxykinase reaction,73,（3）苹果酸酶（细胞质）,CoASH,柠檬酸合成酶,
16、顺乌头酸酶,乙醛酸循环反应历程,NAD+,NADH,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,CoASH,OCH3-CSCoA,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合成酶,O OH-C-C OH,乙醛酸,NAD+,草酰乙酸,2、乙醛酸循环,CoASH,乙醛酸循环和三羧酸循环反应历程的 比较,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,草酰乙酸,苹果酸,延胡索酸,76,乙醛酸循环的总反应：,2乙酰-CoA+NAD+2H2O琥珀酸+2CoA+NADH+H+,或2乙酰-CoA+2NAD+FAD草酰乙酸+2CoA+2NADH+FADH2+2H+,乙醛酸循环总反应式及其与糖异生的关系,78,乙醛酸循环的生理意义：,（1
17、）乙醛酸循环提高了生物体利用乙酰CoA的能力，只要极少量的草酰乙酸作引物，乙酰CoA就可以 无限制地转变为四碳二羧酸和六碳三羧酸，因此 某些微生物能以乙酸等二碳化合物作唯一的碳源和能源。,（2）乙醛酸循环开辟了一条从脂肪转变成糖的途径。,79,四、柠檬酸发酵,顺乌头酸酶失活或活性降低,黑曲霉的变异株,顺乌头酸酶缺损或活力很低,柠檬酸积累,1、柠檬酸发酵,无铁培养基亚铁氰化钾与Fe+2生产络合物,诱变基因工程手段,80,回补反应能补充用于代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的反应。,81,82,2、味精发酵生产,83,第四节 磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway,p
18、pp）,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,84,磷酸戊糖途径的两个阶段,2、非氧化分子重排阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P,1、氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖-P 6 NADP+6 NADPH+6H+6 NADP+6 NADPH+6H+,6CO2,6H2O,磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段,NADPH+H+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,CO2,6-磷酸葡萄糖 脱氢酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶,磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段,磷酸戊
19、糖途径的非氧化阶段之一（5-磷酸核酮糖异构化）,差向异构酶,异构酶,5-磷酸木酮糖,5-磷酸核糖,5-磷酸核酮糖,磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二（基团转移）,+,2,4-磷酸赤藓糖,+,2,5-磷酸核糖,2,3-磷酸甘油醛,转酮酶,转醛酶,2,6-磷酸果糖,+,7-磷酸景天庚酮糖,2,5-磷酸木酮糖,基团转移（续前）,+,转酮酶,1,6-二 磷酸果糖,6-磷酸果糖,醛缩酶,二磷酸果糖酯酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）,异构酶,91,戊糖磷酸途径的总反应式：,6 G-6-P+12NADP+7H2O5F-6-P+6CO2+12NADPH+12H+H3PO4,净结果
20、是1分子G-6-P彻底降解放出6CO2，同时还原12分子NADP成12分子NADPH。,参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。,92,戊糖磷酸途径的生理意义：,（1）供能。,（2）产生大量的NADPH，可供给组织中合成代谢的需要。,（3）产生的R-5-P是核酸生物合成的必需原料。,（4）戊糖磷酸途径是戊糖代谢的重要途径。,（5）戊糖磷酸途径与糖酵解和光合作用有密切关系。,93,戊糖磷酸途径代谢的调节,戊糖磷酸途径的调节点主要是G-6-P脱氢酶，这是一个不可逆反应，是戊糖磷酸途径中的限速一步。,NADPH是G-6-P脱氢酶的竞争性抑制剂，当NDPH
21、/NADP+的比值大于10时，其抑制作用可达90%。,其它糖进入单糖分解的途径,95,第五节 糖的异生作用,1、糖异生作用的主要途径和关键反应2、葡萄糖代谢与糖异生作用的关系,糖异生主要途径和关键反应,非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下,绕过糖酵解途径的三个不可逆反应,利用糖酵解途径生成葡萄糖的作用称为糖异生。,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,果糖激酶,二磷酸果糖磷酸酯酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶,6-磷酸葡萄糖,2草酰乙酸,PEP羧激酶,糖异生途径关键反应之一,糖异生途径关键反应之二,糖异生途径关键反应之三,糖酵解和葡萄糖异生的关系,A G-6-P磷酸酯酶B F-1.6-P磷酸酯酶C1 丙酮酸羧化酶C2 PEP羧激酶,（胞液）,（线粒体）,葡萄糖,丙酮酸,草酰乙酸,天冬氨酸,磷酸二羟丙酮,3-P-甘油醛,-酮戊二酸,乳酸,谷氨酸,丙氨酸,TCA循环,乙酰CoA,PEP,G-6-P,F-6-P,F-1.6-P,丙酮酸,草酰乙酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,3-P-甘油,甘油,（胞液）,（线粒体）,葡萄糖代谢和 糖异生的关系,（PEP）,102,本章作业,1、思考题1、2、思考题23、糖酵解与糖异生途径有那些差异？,
