糖代谢-牟凌云PPT课件

糖代谢：合成：单糖多糖分解：多糖单糖脂代谢：合成：甘油、脂肪酸脂肪分解：脂肪甘油、脂肪酸蛋白质代谢：合成：氨基酸蛋白质分解：蛋白质氨基酸核酸代谢：合成：核苷酸核酸分解：核酸核苷酸·遗传信息的传递和表达（分子生物学）新陈代谢的主要过程糖代谢Metabolismofcarbohydrate牟凌云muly@lzu.edu.cn掌握糖酵解的过程、部位、关键酶和意义掌握糖有氧氧化的过程、部位、关键酶和意义掌握磷酸戊糖途径的意义掌握糖原合成和分解的过程和关键酶掌握糖异生的过程、部位、关键酶和意义学　习　要　求一、糖的生理功能1.主要生理功能：氧化供能4千卡/g,可为人体提供所需能量的50%～70%.2.是细胞的组成成分：糖脂----构成神经组织和生物膜的成分氨基多糖及其与蛋白质的结合物----结缔组织的基本成分核糖及脱氧核糖----分别是RNA及DNA的结构成分糖蛋白----细胞膜成分,血浆球蛋白(包括抗体)几乎都是糖蛋白;某些激素,酶和凝血因子也是糖蛋白概　述二、糖的消化吸收糖代谢的核心是葡萄糖代谢。多糖和其他单糖最终都交汇进入葡萄糖代谢途径中，转变为葡萄糖的中间代谢物。淀粉口腔a-淀粉酶胃小肠胰a-淀粉酶a-糊精酶糖淀粉酶麦芽糖酶葡萄糖主动吸收或易化扩散血液一、糖酵解作用的研究历史二、糖酵解过程概述三、糖酵解和酒精发酵的全过程图解四、糖酵解第一阶段的反应机制五、糖酵解第二阶段——放能阶段的反应机制六、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算七、丙酮酸的去路八、糖酵解作用的调节九、其他六碳糖进入糖酵解途径糖酵解作用的研究历史酿酒、醋、酸奶面包、馒头“不要空气的生命”　—Ｌｏｕｉｓ　Ｐａｓｔｅｒ酵解(Glycolysis)1897年Hans和EdwardBuchner兄弟俩通过发酵的酵母抽提物发现发酵可以在活细胞外进行，否定了LouisPaster统治了近40年的观点，打开了新陈代谢研究之门。1940年GustarEmbden和OttoMeyerhof发现肌肉中存在与酵母细胞一样的不需要氧的糖分解代谢过程—酵解。最终在1941年由FritzLipmann和HermanKalckar完成了对整个代谢途径的研究。糖酵解是什么？　　糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是一切生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称ＥＭＰ途径。糖酵解是无氧和有氧两条产能途径的共同起始通路细胞质线粒体乙醇发酵乳酸发酵　　糖酵解途径从葡萄糖开始，到生成2分子丙酮酸为止，在途径的前期消耗2分子ATP，后期合成4分子ATP。其碳原子的变化可作如下概括：C－C－C－C－C－C→C－C－C+C－C－C123456123456葡萄糖（六碳糖）三碳糖三碳糖→CH3CH(OH)COO－+CH3CH(OH)COO－123654乳酸乳酸乳酸发酵过程乙醇（酒精）发酵C－C－C－C－C－C→C－C－C+C－C－C123456123456葡萄糖（六碳糖）三碳糖三碳糖→CH3CH2OH+CO2+CH3CH2OH+CO2123654乙醇乙醇糖酵解途径的能量代谢从能量的观点出发，可以将糖酵解过程划分为两个方面：葡萄糖→2乳酸（能量释放）　ΔG10’=－196.7kJ/mol2ADP+2Pi→2ATP+2H2OΔG20’=＋61.1kJ/mol　　　　　　　（能量吸收）总能量变化为ΔG0’=ΔG10’+ΔG20’=－135.6kJ/mol其中由ATP捕获的能量的比例为61.1/196.7×100%=31%糖酵解过程分为三个阶段葡萄糖果糖-1,6-二磷酸3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮丙酮酸2×耗能产能裂解ATPATPNADHATPATP糖酵解的第一阶段—耗能阶段（一）葡萄糖的磷酸化己糖激酶第一个限速酶葡萄糖葡萄糖—6-磷酸①②消耗1个ATP，不可逆③G6P葡萄糖因此带上负电荷，极性大增，很难再从细胞中“逃逸”出去；其次葡萄糖由此变得不稳定，有利于它在细胞内的进一步代谢。限速酶是指整条代谢通路中催化反应速度最慢的酶，它可以影响整条代谢途径的总速度。己糖激酶----“诱导契合”学说的典型例子已糖激酶IV已糖激酶I、II、III变构调节是指某些调节物能与酶的调节部位结合使酶分子的构象发生改变，从而改变酶的活性。主要用于糖的合成主要用于糖的分解用途不受G-6-P抑制受G-6-P和ADP变构抑制抑制Km高，亲和力低Km低，亲和力高对G的亲和力GG、F、M等底物肝脏不同组织分布葡糖激酶已糖激酶别名（二）葡萄糖-6-磷酸异构化形成果糖-6-磷酸磷酸葡萄糖异构酶底物专一性强葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸6-P-葡萄糖酸4-P-赤藓糖7-P-景天庚酮糖F6P①②可逆反应意义：使羰基从1位C上转移到2位C上，1位C上-OH游离，为第二次磷酸化打基础。（三）果糖-6-磷酸形成果糖-1,6-二磷酸磷酸果糖激酶果糖-6-磷酸F6P果糖-1,6-二磷酸FBP①②①糖酵解过程中最重要的限速酶；酶活性受到多种因素调节：ATP/AMP、Mg2+、H+糖酵解的耗能阶段小结葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸关键酶-1：己糖激酶耗ATP*关键酶-2：磷酸果糖激酶-1耗ATP（四）果糖-1,6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸醛缩酶果糖-1,6-二磷酸6C二羟丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸3C+3C①②FBPDHAPGAP糖酵解的第二阶段—裂解阶段（五）二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸丙糖磷酸异构酶二羟丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸DHAPGAP①②只有甘油醛-3-磷酸才能进入糖酵解途径。生理状况下：磷酸甘油醛不断被消耗磷酸二羟丙酮不断地被异构化酵解的第三阶段—放能阶段甘油醛-3-磷酸脱氢酶①为巯基酶，烷化剂（碘代乙酸）和重金属离子（有机汞）能抑制此酶活性。*砷酸是磷酸的类似物，可以代替磷酸结合到甘油酸的1位，形成甘油酸-1-砷酸-3-磷酸，但这样的产物很不稳定，迅速水解成为甘油酸-3-磷酸（氧化），不能形成高能磷酸键（磷酸化），导致氧化磷酸化解偶联、ATP合成受阻。甘油醛-3-磷酸1,3-二磷酸甘油酸（六）甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸①②整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应1,3-BPG（七）1,3-BGP转移高能磷酸基团形成ATP—Warberg效应磷酸甘油酸激酶1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸①②生成第一个ATP3PG底物水平磷酸化：将底物的高能磷酸基直接转移给ADP生成ATP。这种ADP的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称为底物水平磷酸化。（八）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶2PG3PG红细胞中的2,3-BPG的支路2,3-BPG磷酸酶红细胞中2,3-BPG磷酸酶活性远低于二磷酸甘油酸（BPG）变位酶，因而红细胞中2,3-BPG的浓度比糖酵解其它中间产物高出数十甚至数百倍：在动脉血中为3400μmol/L，静脉血中为4940μmol/L。生理意义：2,3-BPG能特异地与脱氧血红蛋白结合，减低血红蛋白对氧的亲和力，促使氧合血红蛋白释放氧气以适应组织对氧的需求。（九）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶-Mg2＋2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸PEP2PG2PG上原子重排，形成具有较高的磷酸转移势能的高能分子。氟合物是该酶的强抑制剂，能够与Mg2＋和磷酸基团形成络化物，而干扰甘油酸-2-磷酸与烯醇化酶的结合从而抑制该酶的活性。①②①②（十）PEP转变为丙酮酸并产生一个ATP分子磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶①②第二个ATP高能磷酸键丙酮酸激酶是由4个亚基构成的四聚体，是酵解途径中的一个重要的变构调节酶，其催化活性需要2价阳离子参与，如Mg2+、Mn2+；果糖-1,6-二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用；而ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸对该酶有抑制作用。①糖酵解的产能阶段小结3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸产2NADH(胞液)2×产2ATP产2ATP关键酶-3：丙酮酸激酶葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算总反应式为：葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O糖酵解过程中各步反应的能量变化反应内容酶ΔG（kJ/mol）1.G＋ATP→G-6-P+ADP己糖激酶－33.472.G-6-P→F-6-P磷酸葡糖异构酶－2.513.F-6-P+ATP→F-1,6-2P+ADP磷酸果糖激酶－22.184.F-1,6-2P→DHAP+GAP醛缩酶－1.255.DHAP→GAP丙糖磷酸异构酶＋2.516.GAP+Pi+NAD+→1,3-BPG+NADH+H+甘油醛-3-磷酸脱氢酶－1.677.1,3-BPG+ADP→3-PG+ATP磷酸甘油酸激酶＋1.268.3-PG→2-PG磷酸甘油酸变位酶＋0.849.2-PG→PEP+H2O烯醇化酶－3.3510.PEP+ADP→pyruvate+ATP丙酮酸激酶－16.746-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1，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸第一阶段第二阶段第三阶段葡萄糖葡萄糖的活化磷酸己糖的裂解2-磷酸甘油酸和ATP生成丙酮酸和ATP的生成糖酵解过程第一部分(六碳糖→三碳糖)第二部分①②③④⑤⑩⑨⑧⑦⑥--1ATP--1ATP21NADH21ATP21ATP糖酵解途径中磷酸化中间产物的意义应该注意的是，糖酵解过程中由葡萄糖到所有的中间产物都是以磷酸化合物的形式参与反应的。中间产物磷酸化至少有三种意义：①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；②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；③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。丙酮酸的去路（无氧）在剧烈运动时，或由于呼吸、循环系统障碍而供氧不足时，缺氧的细胞必需用糖酵解产生的ATP分子暂时满足对能量的需要。为了使甘油醛-3-磷酸继续氧化，必须源源不断地提供氧化型的NAD+。（一）生成乳酸丙酮酸生成乳酸的反应乳酸脱氢酶丙酮酸乳酸生理意义源源不断地提供氧化型的NAD+消耗糖酵解脱下的H+，保持细胞内的pH稳定。由乳酸脱氢酶催化的丙酮酸还原，使得NADH氧化成NAD+，丙酮酸还原成乳酸。乳酸发酵的总反应式在无氧条件下，每分子葡萄糖代谢形成乳酸的总反应方程式如下：C6H12O6+2ADP+2Pi→2C3H6O3+2ATP+2H2O乳酸脱氢酶（LDH）LDH1（αααα，α4），分布于心肌，HLDH2（αααβ，α3β）LDH3（ααββ，α2β2）LDH4（αβββ，αβ3）LDH5（ββββ，β4），分布于骨骼肌，M心脏、脑、肾LDH1含量高——生成丙酮酸骨骼肌中LDH5含量高——生成乳酸乳酪、酸奶Km高，对丙酮酸亲和力低Km低，对丙酮酸亲和力高（二）生成乙醇丙酮酸脱羧酶丙酮酸乙醛1.丙酮酸脱羧形成乙醛乙醇发酵在面制品，酿酒工业，酿醋工业上意义重大。2.乙醛还原成乙醇乙醇脱氢酶乙醛乙醇乙醇发酵的总反应式在无氧条件下，每分子葡萄糖代谢形成乙醇的总反应方程式如下：C6H12O6+2ADP+2Pi→2C2H5O+2ATP+2H2O+2CO2糖酵解和酒精发酵的全过程图解1、糖酵解是存在各种生物体内糖分解代谢的普遍途径。2、通过糖酵解使葡萄糖降解生成ATP，为生命活动提供部分能量，尤其对厌氧生物是获得能量的主要方式。3、糖酵解途径的许多中间产物可作为合成其他物质的原料（提供碳骨架）。4、是糖有氧分解的准备阶段。5、糖异生途径基本为糖酵解的逆过程。糖酵解的生物意义糖酵解作用的调节限速酶也叫关键酶，它是催化一条代谢途径中反应速度最慢步骤的酶，它的活性可以控制整条途径的运行速度。调节限速酶的活性就可以调节代谢途径的运行速度，其催化的反应一般是不可逆反应。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。go糖酵解途径限速酶己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶（一）磷酸果糖激酶-1是哺乳动物糖酵解途径中最重要的调控关键酶1、由4个不同亚基组成2、是一种变构调节酶1、ATP是磷糖酸果激酶-1的变构抑制剂磷酸果糖激酶受高浓度ATP的抑制；ATP的抑制作用可被AMP解除ATP既是底物又是变构抑制剂——怎么实现？结合部位不同2、柠檬酸、脂肪酸抑制磷酸果糖激酶-1细胞内柠檬酸含量高，意味着有丰富的碳骨架存在（有丰富的生物合成前体），葡萄糖无须为提供碳骨架而降解。柠檬酸通过加强ATP的抑制效应来抑制磷酸果糖激酶的活性，从而使糖酵解过程减慢。3、当pH下降时，H+对该酶有抑制作用。（防止缺氧时有过量的乳酸形成。）4、果糖-2,6-二磷酸对糖酵解的调节作用果糖-2,6-二磷酸是磷酸果糖激酶强有力的变构激活剂。在肝脏中，果糖-2,6-二磷酸提高磷酸果糖激酶与果糖-6-磷酸的亲和力，并降低ATP的抑制效应。果糖-2,6-二磷酸的合成与分解2,6-FBP是由磷酸果糖激酶2（PFK2）催化F6P在2位磷酸化形成的。2,6-FBP水解成果糖-6-磷酸是由果糖二磷酸酶2催化的。这两种酶实际上是同一个蛋白，这种蛋白称为双功能酶。当此蛋白被磷酸化后，果糖二磷酸酶2活性激活，而磷酸果糖激酶2活性受到抑制；脱磷酸后则相反。P当葡萄糖缺乏时，血液中的胰高血糖素启动cAMP的级联效应，使此蛋白磷酸化，果糖-2,6-二磷酸减少，导致糖酵解减慢。PKA小结：磷酸果糖激酶的调节果糖-6-磷酸果糖-2,6-二磷酸磷酸果糖激酶2果糖二磷酸酶2激活磷酸果糖激酶果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸柠檬酸ATP脂肪酸抑制PAMP（二）己糖激酶对糖酵解的调节作用己糖激酶受葡萄糖-6-磷酸的抑制。当磷酸果糖激酶受抑制时，果糖-6-磷酸积累，使得葡萄糖-6-磷酸也积累，从而抑制己糖激酶的活性。但也不完全是这样：葡萄糖-6-磷酸还可以转变成糖原，或经磷酸戊糖途径氧化。当磷酸果糖激酶受抑制时，葡萄糖-6-磷酸不一定积累，己糖激酶也就不一定受抑制，所以己糖激酶不是糖酵解途径的限制酶。磷酸果糖激酶被抑制果糖-1,6-二磷酸果糖-6-磷酸（积累）葡萄糖-6-磷酸（可能不积累）葡萄糖合成糖原磷酸戊糖途径磷酸葡萄糖异构酶己糖激酶（三）丙酮酸激酶对糖酵解的调节作用共价修饰调节：磷酸化/去磷酸化变构调节共价修饰调节：血糖浓度下降，可引起肝脏中丙酮酸激酶的磷酸化，使酶失去活性，降低糖酵解速度，维持血糖浓度。变构调节：ATP变构抑制该酶活性：ATP水平高意味着机体能量储备充分。丙氨酸变构抑制该酶活性：丙氨酸是丙酮酸接受一个氨基形成的，丙氨酸浓度增加意味着丙酮酸作为丙氨酸的前体过量。1,6—二磷酸果糖和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用，使得糖酵解可以顺利进行下去。Mg2+、Mn2+丙酮酸激酶是由4个亚基构成的四聚体其他六碳糖进入糖酵解途径D-葡萄糖D-甘露糖D-半乳糖D-果糖四种六碳糖构型比较（一）果糖进入糖酵解途径己糖激酶果糖果糖-6-磷酸1、肌肉中果糖激酶2、肝脏中（不含己糖激酶）果糖果糖-1-磷酸①果糖-1-磷酸②甘油醛二羟丙酮磷酸果糖-1-磷酸醛缩酶甘油醛甘油醛-3-磷酸甘油醛激酶③甘油醛甘油醇脱氢酶甘油激酶甘油磷酸脱氢酶甘油甘油-3-磷酸甘油-3-磷酸二羟丙酮磷酸④⑤⑥（二）半乳糖进入糖酵解途径半乳糖激酶半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶半乳糖半乳糖-1-磷酸半乳糖-1-磷酸UDP-半乳糖①②UDP-半乳糖4差向异构酶UDP-半乳糖中间体UDP-葡萄糖③UDP-葡萄糖焦磷酸化酶UDP-葡萄糖葡萄糖-1-磷酸④葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖变位酶⑤半乳糖血症这是一种遗传病，不能将半乳糖转变成葡萄糖。原因是缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶，不能使Gal-1-P转变成UDP-Gal。结果造成血中Gal升高，进一步造成眼睛晶状体Gal升高，从而引起晶状体混浊引起白内障。（三）甘露糖进入糖酵解途径己糖激酶①甘露糖甘露糖-6-磷酸磷酸甘露糖异构酶②甘露糖-6-磷酸果糖-6-磷酸糖酵解生理意义是机体相对缺氧时补充能量的一种有效方式（机体缺氧、剧烈运动肌肉、局部缺血等）。某些组织在有氧时也通过糖酵解供能：（成熟红细胞、肿瘤细胞）。