生物化学糖代谢

第7章糖代谢第一节糖的化学第二节糖的消化与吸收第三节糖的分解代谢第四节糖原的合成与分解第五节糖异生第六节血糖水平的调节第一节糖的化学一、糖的概念、分布及主要生物学作用糖是自然界存在的一大类具有广谱化学结构和生物学功能的有机化合物。由碳、氢、氧三种元素组成，分子通式一般为Cn(H2O)n。分布广、含量多，多以复合糖形式存在。糖的概念：糖是一类多羟基醛或多羟基酮及其聚合物和衍生物的总称的化合物。糖类的生物学作用糖是生物体内的主要能源物质（主要功能）作为生物体的结构成分糖具有多方面复杂的生物活性与功能如：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等二、糖的分类◆单糖(Monosaccharides)◆寡糖(Oligosaccharides)◆多糖(Polysaccharides)：（一）单糖•凡不能被水解成更小分子的糖称为单糖。•可根据其分子中所含碳原子多少分类。丙糖（甘油醛和二羟丙酮）；丁糖（赤藓糖）；戊糖（木酮糖、核酮糖、核糖、脱氧核糖等）；己糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等）等庚糖：（Ｄ－景天庚酮糖）（二）寡糖由单糖缩合而成的短链结构（十碳以下，一般2-6个单糖分子）二糖、三糖比较重要，二糖是寡糖中分布最广的一类，蔗糖、麦芽糖与乳糖是其重要代表（还原性，旋光性）。三糖以棉子糖常见。重要的二糖蔗糖D-麦芽糖（-型）乳糖（-型）纤维二糖（-型）（三）多糖多糖是由多个单糖分子缩合而形成的长链结构。多糖没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水。多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。重要的有淀粉、糖元、纤维素、几丁质、粘多糖等。可分为同多糖和杂多糖。多糖的化学一、多糖的分类（一）按其来源分类：１、植物多糖２、动物多糖３、微生物多糖４、海洋生物多糖（二）按其在生物体内的生理功能分类：１、贮存多糖２、结构多糖（三）多糖按其组成成分的分类：•同聚多糖（均一多糖）（homopolysaccharide)•杂聚多糖（不均一多糖）(heteropolysaccharide)•黏多糖（mucopolysaccharide)：含氮的不均一多糖，又称糖胺聚糖•结合糖(glycoconjugate)：糖复合物或复合糖糖—肽链糖—核酸糖—脂质肽聚糖(peptidoglycans)脂多糖(lipopolysauhards)糖基酰基甘油(glycosylacylglycerols)糖鞘脂(pglycosphingolipids)糖蛋白(glycproteins)蛋白聚糖(proteoglycans)糖复合物(ComplexCarbohydrates)二、自然界存在的几种重要多糖（一）淀粉1．直链淀粉（α-amylose）：由α-D-glucose借α-1,4-糖苷键形成的一种线性聚合物，只有一个还原性末端。2.支链淀粉（amylopectin）：•高度分支，除含有α-1,4-糖苷键外，分支处含有α-1,6-糖苷键。淀粉的结构淀粉在冷水中不溶解，加热吸水成糊状。直链淀粉+碘蓝色支链淀粉+碘紫红色淀粉水解淀粉糊精（遇碘蓝色）红糊精（遇碘红色）无色糊精（遇碘不显色）麦芽糖葡萄糖（二）糖原(glycogen)结构与淀粉相似，是一种动物淀粉。糖原遇碘呈红色，彻底水解后产生D-葡萄糖。糖原的生理功能：肌肉中的糖原为肌肉收缩所需要的能源。肝糖原可分解为葡萄糖进入血液运输到各组织利用。Glycogen又称右旋糖苷，是酵母菌及某些细菌中的储存多糖。几乎均为α-1,6-糖苷键连接。作为代血浆已用于临床。（三）葡聚糖(dextran)（四）糖胺聚糖（粘多糖）糖胺聚糖是一类含己糖胺和糖醛酸的杂多糖，是由多个二糖单位构成的长链多聚物。基本功能：结缔组织间质和细胞间特有的成分，是一类天然粘合剂。明质酸(hyaluronate):约由25000个二糖单位构成。硫酸皮肤素、硫酸-4-软骨素、硫酸角质素和硫酸-6-软骨素：主要存在于腱、软骨和其他结缔组织中。肝素(heparin):天然的抗凝血物质，它能同抗凝血酶(Ⅲ)强烈地结合，阻止血液凝固。第二节糖的消化吸收食物中糖一般以淀粉为主单糖可被吸收一、糖的消化淀粉麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）α-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%）葡萄糖唾液中的α-淀粉酶α-葡萄糖苷酶α-临界糊精酶消化过程肠粘膜上皮细胞刷状缘口腔肠腔胰液中的α-淀粉酶ADP+PiATPGNa+K+Na+泵小肠粘膜细胞肠腔门静脉吸收机制Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependentglucosetransporter,SGLT)刷状缘细胞内膜二、糖的吸收小肠肠腔肠粘膜上皮细胞门静脉肝脏体循环SGLT各种组织细胞GLUTGLUT：葡萄糖转运体(glucosetransporter)血中葡萄糖缺氧糖酵解（乳酸）供氧充足有氧氧化（CO2、H2O、ATP）磷酸戊糖途径（5-磷酸核糖、NADPH）糖原合成分解糖异生食物主三、糖代谢的概况生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径：1.无O2情况下，葡萄糖（G）→丙酮酸（Pyr）→乳酸（Lac)2.有O2情况下，G→CO2+H2O（经三羧酸循环）3.有O2情况下，G→CO2+NADPH（经磷酸戊糖途径）第三节糖的分解代谢糖酵解（glycolysis）：糖酵解是体内组织在缺氧情况下，葡萄糖或糖原降解为乳酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。反应过程类似酵母生醇发酵，故也称之为无氧酵解。该途径也称作Embden-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。一、糖的无氧分解1940年被阐明。(研究历史)Embden,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。第一阶段第二阶段*糖酵解分为两个阶段由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为酵解途径(glycolyticpathway)。由丙酮酸转变成乳酸。全部反应在胞质中进行(一)糖酵解途径1、酵解途径1.葡萄糖磷酸化成为6-磷酸葡糖ATPADPMg2+己糖激酶(hexokinase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖OCH2HOHHOOHHOHHOHHH葡萄糖-6-磷酸(glucose-6-phosphate,G-6-P)PPOCH2OHHOOHHOHHOHHH（一）酵解第一阶段——准备阶段哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型，称为葡糖激酶(glucokinase)。它的特点是：①对葡萄糖的亲和力很低②受激素调控2.6-磷酸葡糖转变为6-磷酸果糖磷酸葡萄糖异构酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖-6-磷酸PPOCH2OHHOOHHOHHOHHH果糖-6-磷酸(fructose-6-phosphate,F-6-P)3.6-磷酸果糖转变为1,6-二磷酸果糖ATPADPMg2+磷酸果糖激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸果糖激酶(phosphfructokinase，PFK)果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P)CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHPPPP果糖-1,6-二磷酸4.磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖醛缩酶(aldolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛+CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPOCH2OHCOCH2POCH2PPO5.磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛丙糖磷酸异构酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸丙糖磷酸异构酶(triosephosphateisomerase)3-磷酸甘油醛CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO磷酸二羟丙酮CH2OHCOCH2POCH2PPO上述５步反应为酵解途径的耗能阶段，1分子葡萄糖的代谢消耗了2分子ATP，产生了2分子3-磷酸甘油醛。Energy-RequiringStepsofGlycolysisATPADP6.3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸Pi、NAD+NADH+H+3-磷酸甘油醛脱氢酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase)3-磷酸甘油醛CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO1,3-二磷酸甘油酸O=CCOHCH2POPPOPPO（二）第二阶段——放能阶段7.1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷酸甘油酸O=CCOHCH2POPPOPPO3-磷酸甘油酸COOHCOHCH2POPPO磷酸甘油酸激酶(phosphoglyceratekinase)这是酵解过程中第一次产生ATP的反应，将底物的高能磷酸键直接转移给ADP生成ATP，这种ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应称为底物水平磷酸化(substrate-levelphosphorylation)。8.3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸变位酶(phosphoglyceratemutase)3-磷酸甘油酸COOHCOHCH2POPPO2-磷酸甘油酸COOHCCH2POPPOOHOH9、2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶(enolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸COOHCCH2POPPOOHOH+H2O磷酸烯醇式丙酮酸(phospho-enolpyruvate,PEP)COOHCCH2PPOADPATPK+Mg2+丙酮酸激酶(pyruvatekinase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸10.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