糖代谢

糖代谢知识梳理，包括新陈代谢及其特点、糖类的生物学特点、糖的水解、糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖水解、糖的生物合成等等。

糖代谢

• 01.新陈代谢及其特点
  • 特点：温和途径；酶催化；彼此协调；严格的顺序性；（物质分解或合成，能量吸收或释放）逐步进行；高度的适应和灵敏的自我调节。
  • 代谢途径：物质分解或合成，能量的吸收或释放的过程。
• 02.糖类的生物学特点
  • 作为能源物质
    • 生物体重要代谢中间物的碳架和前体
      • 细胞结构物质（纤维素、木质素、果胶质等）
        • 参与分子和细胞特异性识别（糖脂、糖蛋白）
          • 信号分子和代谢调节物质
• 5.糖的生物合成
  • 糖异生作用：非糖有机物转变成葡萄糖的过程。 动物：肝 高等植物：油料种子萌发时脂肪转化为糖 非糖物质：如：丙酮酸，草酰乙酸，生糖氨基酸，乳酸，甘油，脂肪酸，乙酰辅酶A
  • 糖核苷酸的合成、蔗糖的合成、淀粉等多糖的合成：游离的单糖在核苷酸的参与下活化而形成相应的具有活性的糖核苷酸后用于蔗糖和多糖的合成。核苷二磷酸葡萄糖主要有 UDPG、ADPG、GDPG。 UDPG→蔗糖、糖原（也可用ADPG） ADPG→淀粉（也可用UDPG） GDPG、UDPG→纤维素 蔗糖合成途径：1蔗糖合成酶途径，2磷酸蔗糖合成酶途径（主要途径），3蔗糖磷酸化酶途径 淀粉等多糖的生物合成：1 淀粉磷酸化酶途径 2 淀粉合成酶途径
• 4.磷酸戊糖水解
  • 生化历程：氧化阶段；非氧化阶段
  • PPP的生理意义：1.产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供主要的还原力，参与羟化反应（作为加单氧化酶的辅酶，参与对代谢物的羟化） 2.为合成代谢提供原料：是细胞内不同结构糖分子的重要来源。为各种单糖的相互转变提供条件。3.PPP与光合作用的C3途径的大多数中间产物和酶相同，两者可联系起来并实现某些单糖间的转变。4.可看作是葡萄糖代谢的一条支路。5高等植物适应环境需要多条代谢途径
  • PPP的调节：1。 6-磷酸葡萄糖脱氢酶：为PPP的限速酶 2. PPP途径中G6P的去路受到机体对NADPH、R5P、ATP的不同需要的调节。
• 3.三羧酸循环
  • 化学历程：1 柠檬酸的合成（柠檬酸合酶） 2 氧化脱羧阶段（乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶：别构酶，为TCA的限速酶，有两种同工酶） 3.草酰乙酸再生阶段（延胡索酸酶，苹果酸脱氢酶） 以及 TCA循环的特点：二次脱羧，四次脱氢氧化，一次底物磷酸化 TCA循环化学和能量计量： 每一次TCA循环，共产生10 ATP，丙酮酸脱氢生成乙酰辅酶A 产生2.5ATP， EMP过程底物磷酸化净产生 2 ATP 等
  • TCA循环的调控 OAA的回补反应 ：1 TCA循环是多步可逆，但柠檬酸的合成、α-酮戊二酸脱氢脱羧上不可逆的，故整个循环是单向的。2. 产物调节和底物调节，调节的关键因素是：【NADH】/【NAD+】、 【ATP】/【ADP】、OAA和乙酰Coa浓度等代谢物的浓度。 3.主要三个调控酶：柠檬酸合酶（关键限速酶）、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶。 草酰乙酸的回补反应： 草酰乙酸回补的一个重要作用是它的中间物可以为生物合成提供原料。但这些中间物必须得到补充，以保证TCA循环运转。 OAA回补反应： PEP的羧化（PEP羧化酶，PEP羧激酶），丙酮酸的羧化（丙酮酸羧化酶，苹果酸酶和苹果酸脱氢酶），其他物质的转化： Asp→OAA Glu→α-酮戊二酸。 Ile、Val、Thr也可形成琥珀酰CoA，也可回补TCA循环中间产物的减少。
  • TCA循环的生物学意义：1 生命活动所需能量来源的主要途径。 2.体内各类有机物相互转变的中心环节（TCA循环不仅是糖代谢的重要途径，也是蛋白质和核酸代谢的最终氧化成CO2和H2O的重要途径。 3.发酵产物重新氧化的途径 4 影响果实品质的形成。
• 2.糖酵解
  • 0 概念 简称
    • 将葡萄糖降解成丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。 细胞质进行
  • 1 生化历程
    • 己糖的磷酸化：磷酸葡萄糖变位酶（淀粉或糖原→G1P→G6P，葡萄糖激酶（Km=5-10 mmol/L，葡萄糖浓度较高时才有用，如肝中）；糖激酶（别构酶）
    • 磷酸己糖的裂解：醛缩酶，磷酸丙糖异构酶
    • ATP和丙酮酸的生成：3-磷酸甘油醛脱氢酶（受碘乙酸、砷酸盐的抑制）
      • 底物水平磷酸化：通过底物氧化形成的高能磷酸基团直接转移给ADP偶联生成ATP的方式。
  • 2 EMP能量计算与生物学意义
    • 能量计算：G→G6P：消耗1ATP； F6P→FBP：消耗1ATP； 1，3-DPGA→3-PGA：产生2*1ATP； PEP→丙酮酸：产生2*1ATP ； 净生成2ATP，产生2*（NADH + H+）
    • 生理意义：1分子葡萄糖经酵解生成丙酮酸时生成2分子ATP，生物体获得部分能量； EMP是葡萄糖进行有氧或无氧分解的共同代谢途径； EMP的中间产物是合成其他物质的原料； 有三个不可逆反应，但其他反应均是可逆的，为糖异生提供基本途径。
  • 3 EMP的调控
    • 三个不可逆反应，分别由 己糖激酶，磷酸果糖激酶，丙酮酸激酶所催化，为别构酶。
    • 磷酸果糖激酶（PFK）：EMP关键酶，限速酶。：受氢离子的抑制；受F-2，6-BP的调节，前馈刺激作用；受柠檬酸、NADH、脂肪酸的别构抑制；EMP过快时，TCA途径生成的柠檬酸过多抑制PFK活性，使EMP减缓；ADP和AMP为它的别构激活酶：ATP为抑制剂。该酶的活性中心对ATP有低的Km，别构中心对ATP有高的Km。当ATP浓度高时，与别构中心结合引起构象变化而抑制酶的活性。 丙酮酸激酶： 受高浓度ATP，ALa、乙酰辅酶A等的反馈调节。磷酸化的丙酮酸激酶：无（低）活性。 己糖激酶：G6P为其别构抑制剂 3-磷酸甘油醛脱氢酶 巴斯德效应
  • 4 丙酮酸的去路
    • 1 丙酮酸的无氧降解：！产生乳酸的无氧呼吸：可以再生NAD+；生成乳酸能量的利用率：30.1% ！产生酒精的无氧呼吸，生成酒精时能量的利用率：27.1%！ 无氧呼吸的能量释放 2 丙酮酸的有氧降解：丙酮酸进入线粒体，丙酮酸脱氢酶系（mt内膜上），脱羧，脱氢氧化生成乙酰辅酶A
• 1.糖的水解
  • 一 生物体内的糖
    • 1 单糖
      • 单糖：不能被水解的单体糖
      • 例如：丙糖，丁糖，戊糖，庚糖等 醛糖（葡萄糖、核糖），酮糖（果糖、木酮糖）
      • 丙糖，D-甘油醛、二羟基丙酮，它们的磷酸酯是糖代谢的重要中间物
      • 重要单糖：葡萄糖，果糖，核糖及其异构体。
        • 、果糖：常常环化为五元呋喃环。
          • 葡萄糖：常常环化为六元
    • 2 寡糖
      • 少数单糖（2-10）的缩合产物
        • 低聚糖：通常是指20个以下的单糖的缩合产物
      • 双糖：蔗糖（α-葡萄糖和β-果糖，1-2糖苷键） ；麦芽糖（α-葡萄糖与葡萄糖，1-4糖苷键） ；异麦芽糖（α-葡萄糖与葡萄糖，1-6糖苷键） ；纤维二糖（β-葡萄糖与葡萄糖，1-4糖苷键） ；乳糖（β-半乳糖与D-葡萄糖，1-4糖苷键） ；麦芽糖：2个D-葡萄糖，α-1，4糖苷键 ； 异麦芽糖：2个D-葡萄糖，α-1，6糖苷键
        • 乳糖：存在哺乳动物的乳汁中（还原糖），乳糖[β-D半乳糖（1，4）-α-D葡糖糖苷]
          • 蔗糖：光合作用的主要产物；糖储存和积累的一种主要形式；植物体内糖的主要运输形式；由α-D-葡萄糖、β-D-果糖通过α，β-1，2键缩合脱水而成。
      • 三糖：麦芽三糖、棉子糖（半乳糖-葡萄糖-果糖）、龙胆三糖等
      • 四糖：麦芽四糖、水酥糖（半乳糖-半乳糖-葡萄糖-果糖）等
      • 五塘：麦芽五糖，毛蕊五糖等
    • 3 多糖
      • 多糖：由多个单糖分子缩合失水而成
      • 均一性多糖：淀粉，纤维素，糖原，几丁质
        • 不均一性多糖：（有不同类型的单体缩合而成，杂聚糖，杂多糖）。
    • 4 结合糖
      • 糖脂：糖与脂类的结合物
        • 糖蛋白：糖与蛋白质的结合物
    • 还原糖、非还原糖
    • 糖的构型：D型，L型 1.是以不对称碳原子C5*上-OH（仲醇基）写在不对称碳原子的右边和左边分别称为D-和L-型。 2.构型的改变要有共价键的断裂和新键形成。
      • 旋光性：右旋（+）-D型（甘油醛），左旋（-）
        • 构想：α和β型（构想的改变不要求共价键的断裂和新键形成）。
  • 二 二糖的水解
    • 1 蔗糖水解
      • 参与的酶：转化酶（蔗糖酶）-植物中广泛存在、蔗糖合成酶（蔗糖合酶）-在体内主要起水解蔗糖作用
    • 2 麦芽糖水解
      • 麦芽糖酶，两分子葡萄糖
    • 3 乳糖水解
      • β-半乳糖苷酶，葡萄糖和半乳糖
  • 三 多糖的酶促降解
    • 1 淀粉的酶促降解
      • 酶：α-淀粉酶，β-淀粉酶，脱支酶，麦芽糖酶，异麦芽糖
        • 麦芽糖酶：水解麦芽糖α-1，4糖苷键。
          • 脱支酶（R酶）：水解α-1，6糖苷键，脱去分支。生成麦芽糖，异麦芽糖和葡萄糖。
            • 极限糊精酶：属于淀粉酶类，主要作用是水解被α-淀粉酶和β-淀粉酶联合降解淀粉后形成的较小的分支寡糖。
              • β-淀粉酶：外切酶（从淀粉的非还原性开始），水解α-1，4糖苷键，每次水解下一个麦芽糖单位，最终得β-麦芽糖和β-极限糊精； 不耐高温（70℃时变性失活），耐酸（PH3.3仍有活性）
                • α-淀粉酶(液化淀粉酶）：内切酶，随机水解α-1，4糖苷键，最终的葡萄糖，麦芽糖，麦芽三糖，α-极限糊精（支链淀粉水解时）； 耐高温（70℃，<15min,不耐酸（PH3.3）；分布较广泛
      • 异麦芽糖酶：水解α -1，6糖苷键
    • 2 淀粉的磷酸解
      • 淀粉磷酸化酶催化淀粉加无机磷酸降解生成G-1-P的过程称为磷酸解
      • 降解时从非还原端α-1，4-糖苷键，该酶不能降解α-1，6-糖苷键
    • 淀粉的磷酸解与水解相比的优点
      • 耗能少；产物为G-1-P，不易扩散到胞外，而水解产物葡萄糖会因扩散而流失。
    • 3 糖原的磷酸解
      • 糖原磷酸化酶a(具活性）；糖原磷酸化酶b（失火态）
      • 磷酸化酶a的作用下从糖原的非还原性段逐个加磷酸切下葡萄糖，生成G-1-P，切至离分支点4个Glucose残基初停止。
      • 同一肽链有两种酶活性存在：一是糖基转移酶，另一种是分解α-1，6-糖苷键作用的酶即糖原脱支酶。
    • 4 果胶质水解
      • 原果胶，果胶，果胶质酸，果胶酸
        • 果胶甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶（PG），果胶裂解酶
    • 5 纤维素的水解
      • 细菌、食草动物胃肠的细菌分泌纤维素酶，纤维素酶将纤维素水解为β-葡萄糖。