天津大学,生物化学,课件,ppt第十章

第十章糖代谢与合成第一节新陈代谢概论第二节自由能与高能化合物第三节糖的分解代谢第四节糖原的合成代谢第一节新陈代谢概论一、概念二、新陈代谢的阶段三、代谢途径一、概念生物机体从环境中获取物质，转化为体内的新物质（同化作用），并将体内的代谢产物排除体外（异化作用）的全过程。二、新陈代谢的阶段1．消化吸收阶段：（属于同化作用）摄食－消化－吸收养分2．中间代谢阶段：（属于同化作用）组织的建造和更新组织成分的分解能量的释放、利用和贮存产生代谢废物3．排泄阶段：（属于异化作用）代谢终产物（代谢废物）随尿、汗或呼出气体等排出体外的过程三、代谢途径物质代谢包括合成代谢和分解代谢，每种物质的合成或分解，都需要经过若干个化学反应逐步完成。这些反应都是一步接一步，按一定顺序有条不紊地进行的。如葡萄糖作为一个前体，经过一系列生化反应，变成中间产物丙酮酸，最后分解成终产物CO2和H2O，放出大量能量。总结合成代谢(同化作用)分解代谢(异化作用)生物体的新陈代谢生物小分子合成生物大分子需要能量释放能量生物大分子分解为生物小分子能量代谢物质代谢第二节自由能与高能化合物一、自由能二、高能化合物一、自由能1自由能（G）：生物体内用于作功的在化学反应中释放或吸收的能量。生物体内用于作功的能都是由化学变化所提供的释放的自由能。能量代谢：伴随着生物体的物质代谢所发生的一系列的能量转变。这种代谢也服从一般热力学定律。一、自由能2不论是机械体系或化学体系，能量关系上都符合G=H-TS（G为自由能，H为总热能，T为体系温度，S为体系的熵）即释放的能量不能全部转化为各种有用的功，总有部分化学能不能作功，而以热能形成释放，这部分能量称熵能。一、自由能2在化学体系中反应物和产物的能值不易测得，一般注意反应物转变为产物时的能量变化，特别是自由能的变化：△G=△H-T△S（△G为自由能的变化，△H为总热能的变化，T为绝对温度，△S为熵的变化）一、自由能3如果AB，用GA代表反应物A的自由能；GB代表产物B的自由能；△G表示自由能的变化。△G＝GB－GA如果GB＜GA，△G为负值，表明反应的进行伴随着自由能的降低，此反应为放能反应，可自发进行；如果GB＞GA，△G为正值，表明反应只有给予能量的条件下才能进行，此反应为吸能反应，不能自发进行。因此，一种物质或化合物所含自由能越少越稳定。二、高能化合物1(概念）高能化合物:含自由能特别多的化合物，它们可随水解反应或基团转移反应放出大量自由能。高能磷酸化合物:含自由能特别多的磷酸化合物。高能磷酸化合物水解时，每摩尔化合物放出的自由能高达7-16千卡（30-67千焦耳）,常用～P或～P表示。二、高能化合物2(磷酸化合物）生物体中常见的高能化合物，根据结构特点可分成几种类型：1，磷酸化合物磷氧型胍基磷酸化合物-43.1（－10.0千卡/摩尔）磷酸化合物烯醇式磷酸化合物△GoKJ/mol-C=C-O~P-61.9（－14.8千卡/摩尔）酰基磷酸化合物-CO-O~P-42.3（－10.1千卡/摩尔）焦磷酸化合物P-O~P-30.5（－7.3千卡/摩尔）磷氮型HN=C-N~P二、高能化合物3(ATP）二、高能化合物4(非磷酸化合物）2，非磷酸化合物硫脂键化合物-31.4（－7.5千卡/摩尔）甲硫键化合物-41.8（－10.0千卡/摩尔）非磷酸化合物CO~SCH3~S+－第三节糖的分解代谢1(总）一、糖的无氧酵解(EMP途径)二、糖的有氧氧化(EMP-TCA)三、磷酸戊糖途径（HMS途径）第三节糖的分解代谢2(消化1）糖中的多糖和低聚糖，由于分子大，不能透过细胞膜，所以在被利用之前必须水解成单糖双糖单糖(双糖酶包括麦芽糖酶、纤维二糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等)淀粉糊精麦芽糖纤维素葡萄糖α、β淀粉酶纤维素酶纤维二糖酶双糖酶第三节糖的分解代谢3(消化和吸收）消化吸收部位生理基础变化口腔唾液淀粉酶咀嚼和部分水解胃HCl有限水解小肠腔胆汁、胰淀粉酶和双糖酶多糖成为双糖上皮细胞具有刷状缘吸收单糖，进入门静脉消化道不同部位糖的消化和吸收第三节糖的分解代谢4(分解途径）生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有以下三个途径：1．糖酵解：在无氧化情况下，葡萄糖（糖原）经酵解生成乳酸。葡萄糖→丙酮酸→乳酸2．有氧分解：在有氧情况下，葡萄糖（糖原）进入三羧酸循环彻底氧化为水和二氧化碳。3．磷酸戊糖循环：葡萄糖（糖原）经此途径被氧化为水和二氧化碳植物体的分解代谢，除上述三条途径外，还有生醇发酵及乙醛酸循环。一、糖的无氧酵解1(总）一、糖的无氧酵解可分为四阶段：1，己糖磷酸酯的生成：葡萄糖经磷酸化变为1，6－二磷酸果糖。2，磷酸丙糖的生成：6碳糖裂解成两分子互变的磷酸丙糖。3，丙酮酸的生成。4，丙酮酸还原为乳酸。一、糖的无氧酵解1(总）一、糖的无氧酵解1不可逆反应↔1－磷酸葡萄糖←糖原变位酶磷酸化酶一、糖的无氧酵解2(第一阶段总）葡萄糖糖原（淀粉）ATP①己糖激酶6－磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖6－磷酸果糖③磷酸果糖激酶1，6－二磷酸果糖①活化（不可逆）③二次活化（不可逆）磷酸化酶ADPATPADP②磷酸葡萄糖异构酶②异构（可逆）一、糖的无氧酵解2(第一阶段1）己糖激酶(1)葡萄糖→6－磷酸葡萄糖一、糖的无氧酵解2(第一阶段2）(2)6－磷酸葡萄糖→6－磷酸果糖一、糖的无氧酵解2(第一阶段3）(3)6－磷酸果糖→1，6－二磷酸果糖一、糖的无氧酵解3(第二阶段）(4)(5)1，6－二磷酸果糖3－磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮一、糖的无氧酵解4(第三阶段总）3－磷酸甘油醛⑥3－磷酸甘油醛脱氢酶1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸⑧磷酸甘油酸变位酶2-磷酸甘油酸⑦磷酸甘油酸激酶⑥氧化磷酸化(可逆)⑦产能(可逆)NAD+NADH＋H+ATPADP+H3PO4⑧异构(可逆)一、糖的无氧酵解4(第三阶段1）(6)3－磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸一、糖的无氧酵解4(第三阶段2）(7)1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸一、糖的无氧酵解4(第三阶段3）(8)3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸一、糖的无氧酵解4(第四阶段总）2－磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸⑨烯醇化酶⑩丙酮酸激酶丙酮酸ATPADP⑩产能（不可逆）⑨脱水（可逆）－H2O(11)NAD+NADH＋H++H3PO4乳酸在生醇发酵中，丙酮酸在脱羧酶催化下失去CO2而生成乙醛。然后接受3－磷酸甘油醛脱下的氢，被还原成乙醇一、糖的无氧酵解4(第四阶段1）(9)2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸一、糖的无氧酵解4(第四阶段2）(10)磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸一、糖的无氧酵解4(第四阶段3）(11)1丙酮酸→乳酸一、糖的无氧酵解4(第四阶段4）(11)2丙酮酸→乙醛→乙醇一、糖的无氧酵解5(总反应式）糖酵解的总反应式为：葡萄糖＋2Pi＋2ADP+2NAD+→2丙酮酸＋2ATP＋2NADH＋2H++2H2O2NADH将H交给2丙酮酸生成2乳酸一、糖的无氧酵解1(总）一、糖的无氧酵解不可逆反应一、糖的无氧酵解6(产能情况2）葡萄糖＋2Pi＋2ADP+2NAD+→2丙酮酸＋2ATP＋2NADH＋2H++2H2O在有氧情况下，2分子的NADH经呼吸链氧化成H2O可产生6个ATP，因此一分子葡萄糖可产生8个ATP总结见南大P334，P335表9－2、3一、糖的无氧酵解7(总结）关键酶：已糖激酶、6－磷酸果糖激酶及丙酮酸激酶所催化的反应为不可逆反应，因此，这三个酶催化的反应为影响糖酵解的关键反应，这些酶叫关键酶。6－磷酸果糖激酶是决定酵解反应速度的关键酶，因此也可称为限速酶。二、糖的有氧氧化1（1）从已糖分解成丙酮酸或乳酸，仅释放有限的能。大部分生物的糖代谢是在有氧条件下进行的，因此糖的有氧分解实际上是糖的无氧分解的继续。从丙酮酸生成以后，无氧酵解与有氧氧化才开始有了分岐。因此，糖的有氧氧化实质上是丙酮酸如何被氧化的问题。葡萄糖的有氧分解代谢是一条完整的代谢途径。是从葡萄糖到丙酮酸经三羧酸循环，彻底氧化成二氧化碳与水的一系列连续反应。二、糖的有氧氧化1（2）葡萄糖→→丙酮酸→→乙酰辅酶A→→CO2+H2O线粒体膜胞液（或糖原、淀粉）乳酸三羧酸循环酵解有氧氧化二、糖的有氧氧化2(总过程）糖有氧氧化的阶段：1．糖经磷酸化后氧化成丙酮酸，此过程与酵解完全相同，在细胞液中进行。2．丙酮酸进入线粒体，在其中氧化脱羧转变为乙酰COA。3．乙酰COA进入三羧酸循环彻底氧化为CO2和H2O并放出能量。二、糖的有氧氧化3(总目录）（一）丙酮酸的氧化脱羧（二）三羧酸循环（TCA）——乙酰辅酶A彻底氧化（一）丙酮酸的氧化脱羧1（反应式）丙酮酸氧化脱羧的反应式（一）丙酮酸的氧化脱羧2（酶）丙酮酸脱氢酶系共有三种酶：丙酮酸脱羧酶、硫辛酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶（一）丙酮酸的氧化脱羧3（辅酶）丙酮酸脱氢酶系的辅酶有硫胺素焦磷酸（TPP）(VB1)、硫辛酸、辅酶A、黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）(VB2)和辅酶I（NAD+）(VB5、VPP)（二）三羧酸循环(概念）乙酰辅酶A的乙酰基部分是通过一种循环，在有氧条件下被彻底氧化为CO2和H2O的，这种循环称为三羧酸循环（trcarboxylicacidcycle）,又称柠檬酸循环，简称TCA，由Krebs提出，因此也叫Krebs循环。（二）三羧酸循环(总）1．三羧酸循环的产生2．三羧酸循环的反应步骤3．三羧酸循环的特点及意义4．三羧酸循环能量计算5．三羧酸循环支路——乙醛酸循环1．三羧酸循环的产生1早在1920年Thunberg，1932年H.Krebs，1935年AlbertSzent-Gyorgyi发现，在肌肉糜中加入柠檬酸（三碳二羧酸）和四碳二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸）可以刺激氧的消耗。1937年FranzKnoop阐明了从柠檬酸经顺乌头酸、异柠檬酸、α－酮戊二酸到琥珀酸的氧化途径。1937年Krebs证实了六碳三羧酸（柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸）和α－酮戊二酸及四碳二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸）有强烈的刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性，其他天然存在的有机酸都没有上述几种酸的活性强。1．三羧酸循环的产生2Krebs同时发现丙二酸是琥珀酸脱氢酶系的竞争性抑制剂，即使此时在肌肉悬浮液中加入上述活性有机酸，也还有抑制效应，说明此酶催化的反应在丙酮酸氧化途径中起着重要的作用。另外还发现，被丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中加入琥珀酸脱氢酶，催化反应的产物如延胡索酸、苹果酸或草酰乙酸也可引起琥珀酸的积累，说明另有一条途径氧化成琥珀酸。由此Krebs提出环状氧化途径的概念。由于环中每个有机酸的加入，都可以使丙酮酸氧化量增加数倍，每个有机酸的最大反应速度都与丙酮酸氧化的最大速度相同，所以认为这是丙酮酸氧化的主要途径。1．三羧酸循环的产生3总结前面这一系列实验结果，Krebs1937年提出了三羧酸循环。后来发现这一途径在动物、植物、微生物细胞中普遍存在，不仅是糖分解的主要途径，也是脂肪、蛋白质分解代谢的最终途径，具有重要的生理意义。为此，1953年Krebs获得诺贝尔奖，并被称为ATP循环之父。2．三羧酸循环(总1）共分为四大步：1，草酰乙酸－α－酮戊二酸2，α－酮戊二酸－琥珀酰COA3，琥珀酰COA－琥珀酸4，琥珀酸－草酰乙酸2．三羧酸循环的八步反应1(总1）（1）乙酰辅酶A与草酰乙酸加水缩合成柠檬酸（2）柠檬酸脱水生成顺乌头酸，然后加水生成异柠檬酸（3）异柠檬酸氧化与脱羧生成α－酮戊二酸（4）α－酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰COA（5）琥珀酰COA生成琥珀酸（6）琥珀酸被氧化成延胡索酸（7）延胡索酸加水生成苯果酸（8）苹果酸被氧化成草酰乙酸南大P340－3422．三羧酸循环的八步反应1(总2）乙酰CoA柠檬酸(6C)异柠檬酸(6C)草酰琥珀酸(6C)α-酮戊二酸(5C)琥珀酰CoA(4C)琥珀酸(4C)延胡索酸(4C)L-苹果酸(4C)草酰乙酸(4C)(1)(2)(3)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2．三羧酸循环的八步反应2(1）此步反应单向不可逆，