第七章 糖代谢
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第七章糖代谢一、知识要点(一)糖酵解途径:糖酵解途径中,葡萄糖在一系列酶的催化下,经10步反应降解为2分子丙酮酸,同时产生2分子NADH+H+和2分子ATP。
主要步骤为(1)葡萄糖磷酸化形成二磷酸果糖;(2)二磷酸果糖分解成为磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮,二者可以互变;(3)磷酸甘油醛脱去2H及磷酸变成丙酮酸,脱去的2H 被NAD+所接受,形成2分子NADH+H+。
(二)丙酮酸的去路:(1)有氧条件下,丙酮酸进入线粒体氧化脱羧转变为乙酰辅酶A,同时产生1分子NADH+H+。
乙酰辅酶A进入三羧酸循环,最后氧化为CO2和H2O。
(2)在厌氧条件下,可生成乳酸和乙醇。
同时NAD+得到再生,使酵解过程持续进行。
(三)三羧酸循环:在线粒体基质中,丙酮酸氧化脱羧生成的乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸,进入三羧酸循环。
柠檬酸经脱水、加水转变成异柠檬酸,异柠檬酸经过连续两次脱羧和脱氢生成琥珀酰CoA;琥珀酰CoA发生底物水平磷酸化产生1分子GTP和琥珀酸;琥珀酸脱氢,加水及再脱氢作用依次变成延胡索酸、苹果酸和循环开始的草酰乙酸。
三羧酸循环每进行一次释放2分子CO2,产生3分子NADH+H+,和一分子FADH2。
(四)磷酸戊糖途径:在胞质中,磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖代谢途径,经过氧化阶段和非氧化阶段的一系列酶促反应,被氧化分解成CO2,同时产生NADPH + H+。
其主要过程是G-6-P脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸,再脱氢脱羧生成核酮糖-5-磷酸。
6分子核酮糖-5-磷酸经转酮反应和转醛反应生成5分子6-磷酸葡萄糖。
中间产物甘油醛-3-磷酸,果糖-6-磷酸与糖酵解相衔接;核糖-5-磷酸是合成核酸的原料,4-磷酸赤藓糖参与芳香族氨基酸的合成;NADPH+H+提供各种合成代谢所需要的还原力。
(五)糖异生作用:非糖物质如丙酮酸,草酰乙酸和乳酸等在一系列酶的作用下合成糖的过程,称为糖异生作用。
糖异生作用不是糖酵解的逆反应,因为要克服糖酵解的三个不可逆反应,且反应过程是在线粒体和细胞液中进行的。
第七章糖代谢
•新陈代谢
•高能化合物
•糖的分解
•糖的合成
第一节新陈代谢
•提问:什么是新陈代谢?
•新的来,久的去
•花开花落、四季轮回、“长江后浪推前浪,一代新人换旧人”
•生化定义——泛指生物与周围环境进行物质与能量交换的过程。
•是生物体物质代谢与能量代谢的有机统一。
1.1物质代谢与能量代谢的统一
1.2 新陈代谢的共性
•生物虽然形貌各异,习性万千,但体内的新陈代谢却有着许多相同之处。
•提问:为什么具有许多相同之处呢?
•共同的祖先!
途径相似
•A. 代谢
•大同各类生物的物质的代谢途径十分相似
•小异也有偏向
•低等的厌氧生物尚没有发展出好氧代谢途径,而高等生物包括好氧细菌都发展出了更为高效的好氧代谢,但同时保存了厌氧代谢途径。
步骤繁多,具有严格的顺序性;
•B. 反应
按进程新陈代谢
•营养物质的摄取与吸收
•细胞内的物质代谢
•代谢产物的去向与废物排泄
•这门课主要涉及目前已经清楚的细胞内四大物质的合成与分解。
1.3 代谢的研究方法
•A.同位素示踪法
•将含有放射性同位素的物质参与代谢反应,测试该基团在不同物质间的转移情况,来认识代谢过程。
•例
整体方法
•B.
•C.组织提取法
D.自由能判断(逻辑判断)
•宏观世界的热力学规律在微观生物体细胞内仍然适用。
• A.热力学定律与自由能
当体系恒温、恒压下发生变化时
•△G= △H - △TS= -W(W-体系都外所作的功)
•①△G<0时,W>0,体系对外作功,该反应可自发进行
•②△G = 0时,W =0,该反应过程为可逆过程
•③△G>0时,W<0,该反应不可自发进行,必须吸收外来能量才能进行,同时,该反应的逆过程可以自发进行。
•提问:在代谢过程分析时,中间产物有A、B、C、D、E,如果G分别为3、5、
7、4、2,请判断自发反应的顺序?
•答案:△G<0
•7→5 →4 →3 →2
•C→B→D→A →E
如何判断△G?
•任何状态下
•△G= △G O + RTln K
•△G O—这一反应在标准状态(pH=0,25℃,1atm)的自由能变化(可查表或计算,参见《物理化学》)
•K=[B]/[A] 或[B1][B2]…[Bn]/ [A1][A2]…[An]
•生物代谢略有不同,△G O改为△G O`(pH=7)
•△G= △G O`+ RTln K
第二节高能化合物
•定义——水解反应的△G O`<-5kcal/mol的化合物
•有着十分重要的生物意义
•D-6-磷酸葡萄糖比D-葡萄糖G高,更易于分解,这步活化是细胞内葡萄糖分解的第一步,也是后续葡萄糖分解的根基。
• 2.2高能化合物的种类
• A.磷酸型
B.非磷酸型
2.3 ATP“能量中间体”
•稳定程度不同,各种高能化合物的△G o`有高低之分
第三节糖代谢
•糖的分解、合成
• 3.1多糖和低聚糖的酶促降解
• A.胞外降解
例肝糖元的分解
3 . 2单糖的降解
C6H12O6→6CO2 + 6H2O + 686kcal/mol
提问:如此复杂步骤的生物意义?
A.总论
1.糖酵解(Glycolysis)
•定义:1葡萄糖分解产生2丙酮酸,并伴随ATP生成的过程。
•位置:细胞质
提问:为什么中间分子都带磷酸基团?
•答案:1. 传递能量;
•2. 不能由生物膜渗漏出细胞。
2.无氧发酵(Fermentation)
•⑴乙醇发酵
•⑵乳酸发酵
3.好氧呼吸( Aerobic Respiration )
•⑴三羧酸循环(Citric Acid Cycle)
•在好氧真核生物线粒体基质中或好氧原核生物细胞质中,酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢,彻底氧化为CO2、H2O并产生ATP 的过程。
三羧酸?
循环?
•(4)(7)(8)(10)
Ⅰ.丙酮酸脱氢酶复合体
形成酶复合体有什么好处呢?
•提问:有哪些物质可以调节该酶复合物的活性?
•答案:产物(NAD(P)H、FADH2、GTP、ATP、乙酰CoA )抑制
•反应物(NAD+、FAD、GDP、ADP、丙酮酸)激活
•Ca2+、胰岛素激活
Ⅱ.总反应方程式
•+ 4NAD(P)++FAD+GDP+Pi+3H2O
•3CO2 +4NAD(P)H +4H++FADH2+GTP
Ⅲ.糖酵解+三羧酸循环的效率
•糖酵解1G→2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸
•=2+2×3=8ATP
•三羧酸循环2丙酮酸→30ATP+6CO2+4H2O •———————————————————————
•38A T P
42%
•储能效率=38 ×7.3/686=
•比世界上任何一部热机的效率都高!
•提问:其余能量何处去?
•答案:以热量形式。
一部分维持体温,一部分散失。
Ⅳ.生物意义
•㈠三羧酸循环是各种好氧生物体内最主要的产能途径!也是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径!
(2)乙醛酸循环——三羧酸循环支路
•三羧酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。
(省了6步)
•只有一些植物和微生物兼具有这样的途径;
这种途径对于植物和微生物意义重大!
•只保留三羧酸循环中的(10)脱氢(1NADH)产能,只相当于3个ATP,意义不在于产能,在于生存。
Ⅰ.种子发芽
乙酰C o A
Ⅱ原始细菌生存
•磷酸戊糖——磷酸戊糖为代表性中间产物。
•支路——糖酵解在磷酸己糖处分生出的新途径。
B.生物意义
•提问:?
•Ⅰ.产能—不通过糖酵解;
•Ⅱ.产物—磷酸核糖用于DNA、RNA的合成;
•—木酮糖参与光合作用固定CO2;
•—各种单糖用于合成各类多糖;
3.3糖的合成
• A.植物的光合作用
•在植物叶绿体中,在光能驱动下CO2与H2O合成葡萄糖,放出氧气的过程。
•请参见生化网上光合作用教学辅助动画。
• B.动物的糖异生
•异生——非糖物质合成糖原。
•部位:肝脏
• a.过程
•磷酸烯醇式丙酮酸逆行至1,6-二磷酸果糖
•第2步
糖原的形成
•提问:丙酮酸通过糖异生形成一个G,消耗多少个ATP能量?•答案:6(4(⑩2×2)+2(⑦1 ×2))
提问:哪些物质可以通过糖异生途径形成糖元?
•答案:凡能转变成糖代谢中间产物的物质。
提问:其他多糖是如何产生的?
答案:由磷酸戊糖途径提供各种单糖,由类似糖元合成途径合成。
糖代谢总图。