1、糖代谢糖代谢(Carbohydrate Metabolism) 第第阶段，有机物分解为它们的组成前体物质。阶段，有机物分解为它们的组成前体物质。 第第阶段，小的燃料分子分解为几种常见的中间物，阶段，小的燃料分子分解为几种常见的中间物，主要是丙酮酸和乙酰主要是丙酮酸和乙酰-CoA，可放出少量能量。，可放出少量能量。 第第阶段，有一条途径组成，即阶段，有一条途径组成，即Krebs循环，又叫循环，又叫柠檬酸循环或三羧酸柠檬酸循环或三羧酸(TCA)循环。中间物被完全氧化循环。中间物被完全氧化成成CO2，生成的电子传递给，生成的电子传递给NAD+并释放少量能量，其并释放少量能量，其中的中间物又可作为生物
2、合成的原料。中的中间物又可作为生物合成的原料。 第第阶段，包括电子传递和氧化磷酸化，电子传递阶段，包括电子传递和氧化磷酸化，电子传递给给O2，H2O生成，释放的大量能量用于生成，释放的大量能量用于ATP的生成。的生成。糖酵解（糖酵解（Glycolysis）与）与发酵（发酵（Fermentation） 无氧条件下糖的降解过程，糖经一系列的酶促无氧条件下糖的降解过程，糖经一系列的酶促反应变成丙酮酸，并生成反应变成丙酮酸，并生成ATP，是一切生物细，是一切生物细胞中胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径，也称分解产生能量的共同代谢途径，也称Glycolytic pathway，或，或Embden-Me
3、yerhof-Parnas(EMP) pathway。 厌氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成厌氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成的的NADH+H+用于还原丙酮酸生成乙醛，进而用于还原丙酮酸生成乙醛，进而产生乙醇，称为产生乙醇，称为乙醇（酒精）发酵。乙醇（酒精）发酵。 肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，酵解中生成的酵解中生成的NADH+H+用于把丙酮酸用于把丙酮酸乳酸，乳酸，称为称为乳酸发酵。乳酸发酵。 碳水化合物进入碳水化合物进入酵解途径的前奏酵解途径的前奏除葡萄糖以外，其他碳水化合物通过除葡萄糖以外，其他碳水化合物通过酵解进入分解代谢
4、，必须首先转变为酵酵解进入分解代谢，必须首先转变为酵解途径的任一中间物。最重要的是贮存解途径的任一中间物。最重要的是贮存多糖（淀粉和糖元）、二糖（麦芽糖、多糖（淀粉和糖元）、二糖（麦芽糖、乳糖、蔗糖、海藻糖）及单糖（果糖、乳糖、蔗糖、海藻糖）及单糖（果糖、甘露糖、半乳糖）。甘露糖、半乳糖）。糖元和淀粉通过相应的磷酸化酶、磷糖元和淀粉通过相应的磷酸化酶、磷酸葡萄糖变位酶生成酸葡萄糖变位酶生成G-6-P进入酵解。其进入酵解。其他单糖可形成多个分支点的中间屋进入他单糖可形成多个分支点的中间屋进入酵解。酵解。糖酵解糖酵解糖酵解糖酵解EMP的能量消耗与生成的能量消耗与生成丙酮酸的代谢命运丙酮酸的代谢命运
5、1）无氧条件下，丙酮酸转变为乳酸。）无氧条件下，丙酮酸转变为乳酸。2）无氧条件下，丙酮酸转变为乙醛，进）无氧条件下，丙酮酸转变为乙醛，进而生成乙醇。而生成乙醇。3）有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧生成乙）有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰酰-CoA，进入三羧酸循环，氧化供能，进入三羧酸循环，氧化供能（乙酰（乙酰-CoA在能量状态高的情况下可用在能量状态高的情况下可用于合成脂类物质）。于合成脂类物质）。 4) 丙酮酸作为其他物质合成的前体（如丙酮酸作为其他物质合成的前体（如Ala）。）。 NADH+H+的命运的命运无氧条件下无氧条件下: 通过乙醇发酵受氢，解决重氧化通过乙醇发酵受氢，解决重氧化 通过乳
6、酸发酵受氢，解决重氧化通过乳酸发酵受氢，解决重氧化有氧条件下有氧条件下: 通过呼吸链递氢，最终生成通过呼吸链递氢，最终生成H2O,并并生成生成ATP。 酵解途径酵解途径EMP的说明的说明1）己糖激酶）己糖激酶(hexokinase) 需要需要Mg2+或其他二价阳离子或其他二价阳离子及及ATP供能，反应不可逆，是酵解过程的第一个调节供能，反应不可逆，是酵解过程的第一个调节（别构）酶，肌肉中受产物（别构）酶，肌肉中受产物G-6-P强烈别构抑制。肝脏强烈别构抑制。肝脏中主要是以中主要是以glucokinase存在，对存在，对Glc有特异活性，不受有特异活性，不受G-6-P的抑制。的抑制。2）果糖磷酸
7、激酶（）果糖磷酸激酶（phosphofructokinase），需要），需要Mg2+及及ATP，是酵解途径的关键反应是酵解途径的关键反应(committed step, key reaction, rate-limiting reaction)酶，酵解进行的速度取酶，酵解进行的速度取决于该酶的活性，酶的调节也是别构调节，决于该酶的活性，酶的调节也是别构调节，ATP对其对其有抑制效应，柠檬酸及脂肪酸的存在会加强有抑制效应，柠檬酸及脂肪酸的存在会加强ATP的抑的抑制作用，制作用，AMP、ADP及及Pi可消除抑制。可消除抑制。EMP的说明（续）的说明（续）3）3-P-甘油醛甘油醛dHE(phosph
8、oglyceraldehyde dHE) 活性活性中心在酶的中心在酶的Cys-SH上，上，NAD+与酶紧密结合，受氢还与酶紧密结合，受氢还原后与酶脱离，磷酸攻击硫酯键生成原后与酶脱离，磷酸攻击硫酯键生成1，3-二磷酸甘油二磷酸甘油酸。只有酸。只有NAD+不断取代不断取代NADH才能保持酶的催化活力，才能保持酶的催化活力，否则酵解就要停止。否则酵解就要停止。ICH2COOH与与-SH反应，可强烈反应，可强烈抑制酶的活性。抑制酶的活性。 4）烯醇（化）酶（）烯醇（化）酶（enolase） 有有Mg2+或或Mn2+存在时，存在时，酶才有活性，酶才有活性，F-能与能与Mg2+形成络合物并结合在酶上而形
9、成络合物并结合在酶上而抑制酶的活性。抑制酶的活性。 5）丙酮酸激酶（）丙酮酸激酶（pyruvate kinase）别构调节酶，需要）别构调节酶，需要Mg2+，K+，催化的反应有，催化的反应有ATP生成，是酵解途径的重生成，是酵解途径的重要调节酶，长链脂肪酸、乙酰要调节酶，长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP、Ala等均抑等均抑制酶活；制酶活；F-1,6-diP可活化此酶。可活化此酶。6）整个酵解途径的反应）整个酵解途径的反应1、3、10为严格不可逆。为严格不可逆。EMP总结总结 1) 无氧条件下，无氧条件下，Glc分解为乙醇或乳酸，为无分解为乙醇或乳酸，为无氧分解氧分解 2). 酵母等，酵母等，Gl
10、c2 ethanol+2CO2 肌肉等，肌肉等，Glc2 lactate 3). 虽无虽无O2参与，但有脱氢反应，参与，但有脱氢反应，H的受体为的受体为NAD+，细胞内，细胞内NAD少，必需解决少，必需解决NADH的重的重氧化。氧化。 4). 两种发酵均净生成两种发酵均净生成2ATP，且均为底物水平，且均为底物水平磷酸化。磷酸化。 5). 某些反应需要辅酶或辅助因子，如某些反应需要辅酶或辅助因子，如NAD+, TPP, Mg2+, K+等。等。丙酮酸激酶的调节作用丙酮酸激酶的调节作用F-6-P对果糖磷酸激酶的变构对果糖磷酸激酶的变构调节作用调节作用磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1的活力的活力大肠杆
11、菌大肠杆菌PFK四亚基四亚基中的两个中的两个果糖果糖1,6-二磷二磷酸酸ADPF-6-P对果糖磷酸激酶的变构调对果糖磷酸激酶的变构调节作用（续）节作用（续）抑制抑制激活激活F-6-P和和ATP对对EMP的调节作用的调节作用F-6-P对磷酸化和去磷酸化的作用对磷酸化和去磷酸化的作用葡萄糖异生跨越了酵解磷酸果葡萄糖异生跨越了酵解磷酸果糖激酶糖激酶1催化的不可逆反应催化的不可逆反应果糖果糖-1，6-二磷酸酯酶二磷酸酯酶1果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶1柠檬酸循环是燃料物质柠檬酸循环是燃料物质氧化分解的中心途径氧化分解的中心途径丙酮酸脱氢酶复合物催化整个丙酮酸脱氢酶复合物催化整个丙酮酸生成乙酰丙酮酸生成乙酰
12、CoA的反应的反应Py dHE复合物的调节复合物的调节 PyCH3COScoA是一个重要的反应步是一个重要的反应步骤，处于代谢的分支点，受到严密的调骤，处于代谢的分支点，受到严密的调节作用：节作用：1） 产物抑制产物抑制 acetyl CoA和和NADH都抑都抑制制Py dHE复合物，抑制作用为相应的反复合物，抑制作用为相应的反应物应物CoA及及NAD+所逆转。所逆转。2） 核苷酸反馈调节核苷酸反馈调节(Nt feedback regulation) 整个酶体系的活性由细胞的整个酶体系的活性由细胞的能荷水平所调控，体系受能荷水平所调控，体系受GTP(ATP)抑制，抑制，为为AMP所活化。所活化
13、。Py dHE复合物的调节（续）复合物的调节（续） 3 ） 可 逆 磷 酸 化 作 用 的 共 价 调 节可 逆 磷 酸 化 作 用 的 共 价 调 节（covalent regulation），），ATP存在时，存在时，Py羧化酶分子上的羧化酶分子上的Ser-OH被磷酸激酶催被磷酸激酶催化磷酸化而没有活性，一旦磷酸基团被化磷酸化而没有活性，一旦磷酸基团被磷酸酯酶催化水解磷酸酯酶催化水解 （去磷酸化）可恢复（去磷酸化）可恢复活性。活性。 细胞内细胞内ATP/ADP,acetylCoA/CoA, NADH/NAD+高时，磷酸化作用加强；高时，磷酸化作用加强；Ca2+促进去磷酸化作用，促进去磷酸化
14、作用，insulin也可刺也可刺激去磷酸化作用。激去磷酸化作用。 柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶 (Citric acid synthetase) 催化催化TCA的第一步反应，反应先生成柠檬酰的第一步反应，反应先生成柠檬酰CoA，再水解为柠檬酸，是放能反应，不可逆。，再水解为柠檬酸，是放能反应，不可逆。是是TCA的一个调节酶，活性受的一个调节酶，活性受ATP、NADH、SuccinylCoA及长链脂酰及长链脂酰CoA的抑制，对于的抑制，对于TCA是一个是一个rate-limitting step。 氟乙酰氟乙酰CoA在酶的作用下与草酰乙酸生成氟柠在酶的作用下与草酰乙酸生成氟柠檬酸，顺乌头酸酶只识别柠
15、檬酸，对氟柠檬酸檬酸，顺乌头酸酶只识别柠檬酸，对氟柠檬酸没有作用，致使没有作用，致使TCA中断，这种合成为致死合中断，这种合成为致死合成成(lethal synthesis)。在代谢研究的应用上，这。在代谢研究的应用上，这被广泛用于杀虫剂或灭鼠药的生产。被广泛用于杀虫剂或灭鼠药的生产。 TCA循环过程循环过程TCA简图简图 -酮戊二酸酮戊二酸dHE 与与Py dHE复合物的组成及作用非常相似，包复合物的组成及作用非常相似，包括三个酶组分：括三个酶组分： 1） -酮戊二酸酮戊二酸 dHE(E1) 2） 琥珀酰转移酶琥珀酰转移酶(E2) 3） 二氢硫辛酸二氢硫辛酸dHE(E3) 还有六种辅助因子：
16、还有六种辅助因子：TPP, CoA, FAD, NAD+, Lipoic acid(Lipoamide)及及Mg2+。催化反应：。催化反应： -Ketoglutarate+CoA+NAD+ succinyl CoA+CO2+NADH+H+ 酶也是调节酶，受产物酶也是调节酶，受产物NADH, succinyl CoA和和Ca2+抑制；抑制；ATP、 GTP对酶有反馈抑制；不对酶有反馈抑制；不受磷酸化的共价调节。受磷酸化的共价调节。 v TCA是两用途径是两用途径回补反应回补反应原核、真核原核、真核肝脏和肾脏肝脏和肾脏植物、细菌植物、细菌心脏、骨骼肌心脏、骨骼肌乙醛酸循环乙醛酸循环(Glyoxyl
17、ate Cycle) 微生物和植物可以在产乙酸或产生微生物和植物可以在产乙酸或产生acetyl CoA的化合物中生长，因为它们存在两种酶：异柠的化合物中生长，因为它们存在两种酶：异柠檬酸裂解酶（檬酸裂解酶（isocitrate lyase）和苹果酸合成）和苹果酸合成酶（酶（malate synthetase），这样可使），这样可使TCA循环循环中的异柠檬酸不经脱羧而被裂解酶裂解为琥珀中的异柠檬酸不经脱羧而被裂解酶裂解为琥珀酸和乙醛酸，乙醛酸与另一分子酸和乙醛酸，乙醛酸与另一分子acetyl CoA在在苹果酸合成酶作用下缩合形成苹果酸。苹果酸合成酶作用下缩合形成苹果酸。 意义：连接糖与脂的相互转
18、变；意义：连接糖与脂的相互转变； 协同协同TCA，造成，造成C4的赢余的赢余乙醛酸乙醛酸(Glyoxylate)循循环环乙醛酸循环和乙醛酸循环和TCA循循环的关系环的关系异柠檬酸脱氢酶活性的异柠檬酸脱氢酶活性的调节决定异柠檬酸向乙调节决定异柠檬酸向乙醛酸循环还是醛酸循环还是TCA循环循环TCA的调节的调节1.底物的有效性底物的有效性2.产物的反馈抑制产物的反馈抑制3.变构反馈抑制变构反馈抑制TCA循环的调节循环的调节葡萄糖代谢的调节葡萄糖代谢的调节糖代谢调节糖代谢调节1糖代谢调节糖代谢调节2糖元异生糖元异生由非糖物质合成葡萄糖对于哺乳动物由非糖物质合成葡萄糖对于哺乳动物绝对必需，因脑、神经系统
19、、红细胞、绝对必需，因脑、神经系统、红细胞、睾丸、肾上腺髓质、胚胎组织等首选血睾丸、肾上腺髓质、胚胎组织等首选血液中的葡萄糖作为他们唯一的或主要的液中的葡萄糖作为他们唯一的或主要的燃料分子。人脑每天需要超过燃料分子。人脑每天需要超过120g 的葡的葡萄糖。萄糖。由非己糖前体合成葡萄糖的过程称为由非己糖前体合成葡萄糖的过程称为糖元异生。糖元异生发生于所有动物、糖元异生。糖元异生发生于所有动物、植物、真菌和微生物，过程相似。植物、真菌和微生物，过程相似。糖元异生（续）糖元异生（续）哺乳动物糖元异生的前体物质主要有乳酸、哺乳动物糖元异生的前体物质主要有乳酸、丙酮酸、甘油和一些氨基酸。高等动物糖元异丙
20、酮酸、甘油和一些氨基酸。高等动物糖元异生绝大多数发生于肝脏，极少部分发生于肾皮生绝大多数发生于肝脏，极少部分发生于肾皮质。质。植物萌发时，贮存的甘油三酯和蛋白质通植物萌发时，贮存的甘油三酯和蛋白质通过糖异生转变为蔗糖运送到生长的植物，葡萄过糖异生转变为蔗糖运送到生长的植物，葡萄糖及其衍生物是植物细胞壁、核苷酸、辅酶及糖及其衍生物是植物细胞壁、核苷酸、辅酶及其他重要代谢物的合成前体。其他重要代谢物的合成前体。许多微生物可以生长在简单有机物如乙酸、许多微生物可以生长在简单有机物如乙酸、乳酸、丙酸等条件下，通过糖异生把它们转变乳酸、丙酸等条件下，通过糖异生把它们转变为葡萄糖。为葡萄糖。异生与酵解异生
21、与酵解哺乳动物糖异生发生于肝脏，异生过哺乳动物糖异生发生于肝脏，异生过程似乎是酵解过程的逆转反应，两者都程似乎是酵解过程的逆转反应，两者都发生于胞质，必需有相互和协作的调节。发生于胞质，必需有相互和协作的调节。但过程也不是独特的，因为两者享有几但过程也不是独特的，因为两者享有几步共同的反应步骤，十步反应的七步酶步共同的反应步骤，十步反应的七步酶促反应是酵解过程的逆反应。促反应是酵解过程的逆反应。酵解过程的三步不可逆反应在体内不酵解过程的三步不可逆反应在体内不能被用于异生，必需有不同的酶催化反能被用于异生，必需有不同的酶催化反应来逾越三步不可逆反应。应来逾越三步不可逆反应。酵解和糖元异生是相反酵
22、解和糖元异生是相反的过程的过程酵解的三步不可逆反应酵解的三步不可逆反应 己糖激酶己糖激酶1. Glucose+ATPG-6-P+ADP 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶2. F-6-P+ATP F-1,6-dip+ADP 丙酮酸激酶丙酮酸激酶3. PEP+ADP Pyruvate+ATPPy生成生成PEP糖元异生的前体物质糖元异生的前体物质 1） 凡可生成凡可生成Py的物质，包括的物质，包括TCA的中间产物，的中间产物，但乙酰但乙酰CoA不能作为糖异生的前体；不能作为糖异生的前体； 2） 大大多氨基酸是生糖氨基酸，如多氨基酸是生糖氨基酸，如Ala, Glu, Asp, Ser, Cys, Gly, A
23、rg, His, Thr, Pro, Gln, Asn, Met, Val等，分别变为丙酮酸、草酰乙酸、等，分别变为丙酮酸、草酰乙酸、 -酮戊二酮戊二酸等进入糖异生；酸等进入糖异生； 3） 肌肉剧烈运动产生的大量乳酸；肌肉剧烈运动产生的大量乳酸； 4) 反刍动物分解纤维素产生的乙酸、丙酸、反刍动物分解纤维素产生的乙酸、丙酸、丁酸等丁酸等 5) 奇数脂肪酸分解产生的琥珀酰奇数脂肪酸分解产生的琥珀酰CoA等。等。 “无效循环无效循环”Futile Cycle生物组织内由两个不同的酶催化两个生物组织内由两个不同的酶催化两个相反的代谢途径，反应的一方需要高能相反的代谢途径，反应的一方需要高能化合物如化
24、合物如ATP参与，而另一方则自动进参与，而另一方则自动进行，这样循环的结果只是行，这样循环的结果只是ATP被水解了，被水解了，而其他反应物并无变化，这种循环被称而其他反应物并无变化，这种循环被称为为“无效循环无效循环”（Futile cycle)。肝脏中有酵解和异生的完整酶系，可肝脏中有酵解和异生的完整酶系，可能存在种无效循环。能存在种无效循环。意义：产生热能、扩大代谢的调控。意义：产生热能、扩大代谢的调控。磷酸己糖支路磷酸己糖支路(HMP) 又称己糖单磷酸途径，戊糖又称己糖单磷酸途径，戊糖(磷酸磷酸)支路支路hexose monophosphate pathway(shunt), pento
25、se phosphate shunt。Racker(1954)、Gunsalus(1955)发现，组织中添加酵解抑制剂，发现，组织中添加酵解抑制剂，Glc仍可被消耗，即仍可被消耗，即Glc还有其他的代谢支路。还有其他的代谢支路。整个途径分为两个阶段整个途径分为两个阶段: 氧化阶段：氧化阶段：Glc经脱氢、脱羧变为磷酸戊糖经脱氢、脱羧变为磷酸戊糖 非氧化阶段，戊糖经几种不同碳数的糖的非氧化阶段，戊糖经几种不同碳数的糖的转化，最终重新合成己糖。两个关键酶催化其转化，最终重新合成己糖。两个关键酶催化其中的反应，即转羟乙醛基（转酮）酶中的反应，即转羟乙醛基（转酮）酶（transketolase）和转二
26、羟丙酮基（转醛）酶）和转二羟丙酮基（转醛）酶(transaldolase)。 戊糖磷酸支路的戊糖磷酸支路的氧化反应氧化反应戊糖磷酸支路的非氧化反应戊糖磷酸支路的非氧化反应戊糖磷酸支路的戊糖磷酸支路的碳架转变碳架转变HMP的两个关键酶的两个关键酶转酮酶或转转酮酶或转羟乙醛基酶羟乙醛基酶转醛酶或转二转醛酶或转二羟丙酮基酶羟丙酮基酶HMP途径的意义途径的意义 1） 产生产生NADPH，为生物合成提供还原，为生物合成提供还原力，如脂肪酸合成、固醇合成；力，如脂肪酸合成、固醇合成； 2） 产生磷酸戊糖，参与核酸代谢；产生磷酸戊糖，参与核酸代谢； 3） NADPH使红细胞使红细胞内内GSSGGSH, 对对
27、维持红细胞的还原性重要；维持红细胞的还原性重要； 4） 非线粒体氧化体系中有重要作用；非线粒体氧化体系中有重要作用； 5) 植物光合作用植物光合作用CO2合成合成Glc的部分的部分反应途径。反应途径。 糖醛酸途径（糖醛酸途径（Glucuronic Acid Pathway,Uronic Acid Pathway） 由由G-6-P或或G-1-P开始，经开始，经UDP-glucuronic acid的代谢途径。的代谢途径。 （1）G-6-P转化为转化为UDPG，再由，再由NAD连接的脱连接的脱氢酶催化，氧化为氢酶催化，氧化为UDP-GlcUA； （2）抗坏血酸的合成；）抗坏血酸的合成； （3）UD
28、P-GlcUA生成生成UDP-Iduronate; （4）UDP-GlcUA与药物或异物作用，生成水与药物或异物作用，生成水溶性加成物由尿中排出；溶性加成物由尿中排出； （5）GlcUA经脱氢、脱羧等生成经脱氢、脱羧等生成(磷酸磷酸)木酮糖木酮糖与与HMP相联。相联。 糖醛酸途径糖醛酸途径糖醛酸途径（续）糖醛酸途径（续）糖醛酸途径的意义糖醛酸途径的意义1） 肝脏中糖醛酸与药物或含肝脏中糖醛酸与药物或含-OH,-COOH,-NH2,-SH等异物结合，随尿、胆等异物结合，随尿、胆汁排出而解毒；汁排出而解毒；2） UDP-uronic acid 是糖醛酸基供体，可是糖醛酸基供体，可形成许多有重要功能
29、的粘多糖；形成许多有重要功能的粘多糖；3） 可转化为抗坏血酸（可转化为抗坏血酸（Vit C），人及其），人及其他灵长类不能合成；他灵长类不能合成；4) 形成木酮糖与形成木酮糖与HMP相联系。相联系。 多糖（多糖（Polysaccharides）由许多单糖或单糖衍生物聚合而成，缩合时单糖分子以糖苷键相连，一般无甜味、无还原性、酸或酶的作用下可水解为双糖、寡糖或多糖，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。 淀粉（淀粉（Starch） 广泛存在于植物的种子和根茎中，热水处理25分钟能溶解的部分为直链淀粉（amylose, soluble starch），不溶解的部分为支
30、链淀粉（amylopectin） 直链淀粉平均250-300个-D-Glc通过-1，4糖苷键相连，旋转卷曲成螺旋状，每6个Glc残基盘旋一圈，与KI-I2呈（深）兰色。水解的唯一双糖为麦芽糖、唯一单糖为葡萄糖。 支链淀粉由2000-22000个Glc残基组成，大约每24-30个Glc就有一个-1，6糖苷键的分支，与KI-I2呈紫（红）色。水解时只生成一种双糖-（+）麦芽糖。 糖元（糖元（Glycogen）有动物淀粉之称，细菌细胞中也有存在，动物组织内主要的贮藏多糖。肝脏、肌肉中含量多，分别称为肝糖元、己糖元。结构与支链淀粉相似，但分支长度较短，一般由8-12个Glc残基组成，分支多，分子量高达
31、106-108。与KI-I2呈红褐色或棕红色。水解终产物是葡萄糖。 纤维素（纤维素（Cellulose）自然界中分布最广的糖，以纤维二糖（cellobiose）为基本单位缩合而成，纤维状、僵硬、不溶于水的分子，分子不分支，约由10000-15000个-D-Glc残基组成。水解需高温、高压和酸，人体消化酶不能水解纤维素，食草动物利用肠道寄生菌分泌的纤维素酶（cellulase）将部分纤维素水解为葡萄糖。 几丁质（壳多糖）（几丁质（壳多糖）（Chitin） 存在于节肢动物昆虫、甲壳类动物外骨骼及真菌细胞壁，地球上仅次于纤维素的第二大类糖。由N-乙酰-D-葡萄糖胺以（14）糖苷键缩合而成，分子线状不
32、分支。 几丁质系列开发在保健及医疗上的应用。透明质酸透明质酸（Hyaluronic acid, hyaluronan） 高等动物组织中发现，细菌中也有存在，主要存在于结缔组织如眼球玻璃体、鸡冠、脐带、软骨等组织。主要功能是在组织中吸着水，有润滑剂作用，对组织起保护作用。 糖胺聚糖中结构最简单的一种，有重复的二糖结构单位，D-GlcUA与GlcNAc以-1，3糖苷键相连，二糖单位间以-1，4连接，分子链状、无分支，分子量很大，可达1000万以上，分子中不含硫酸取代基，生理pH下为多聚阴离子。 透明质酸（透明质酸（Hyaluronic acid)硫酸软骨素硫酸软骨素（Chondroitin sul
33、fate）软骨的主要成分，广泛存在于结缔组织、筋腱、皮肤等。分子量一般低于10万（约250个重复二糖），个别可超过30万，有4-硫酸软骨素（硫酸软骨素A）和6-硫酸软骨素（硫酸软骨素C）两种，二糖单位为D-GlcUA与GalNAc以-1，3相连，糖链生成后由专一性酶在4位或6位进行硫酸化。 6-硫酸软骨素硫酸软骨素硫酸皮肤素硫酸皮肤素(Dermatan sulfate) 又称硫酸软骨素B，最初从猪皮中分离，存在于许多动物组织，如猪肠胃黏膜、脐带、肌腱等。二糖单位为L-IduUA与GalNAc以-1，3相连。 硫酸皮肤素硫酸皮肤素肝素（肝素（Heparin）最早由肝脏和心脏中分离到，以肝脏中丰富
34、，广泛存在于哺乳动物组织和体液中，猪肠黏膜是较好的材料来源。结构复杂，由D-GlcN与L-IduUA或D-GlcUA组成二糖单位，同时C2上的-NH2和C6上的-OH分别被硫酸酯化。常被用作抗凝剂，防止血栓形成，输血时添加肝素作抗凝剂。 结合糖（复合糖，糖复合物）结合糖（复合糖，糖复合物）糖与非糖物质如脂类或蛋白共价结合，分别形成糖脂（Glycolipids）、糖蛋白(Glycoproteins)及蛋白多糖（proteoglycans）等糖复合物。 糖脂（糖脂（Glycolipids） 种类很多，革兰氏阴性菌细胞壁含有十分复杂的脂多糖，其分子结构一般包括三部分： 外层专一性寡糖链中心多糖链脂质
35、其中，外层部分的组分随菌株而异，可使人体致病。 脂多糖在细胞表面与细胞的各种识别事件相关，如鞘糖脂决定人类血型A、B、O。糖蛋白（糖蛋白（Glycoproteins）自然界中分布最广的一类复合糖，几乎所有的细胞都能合成糖蛋白，由短链寡糖与蛋白质共价连成，连接通过2种不同类型的糖苷键，一种是糖链上的半缩醛羟基与肽链上的Thr, Ser, HyPro, HyLys的-OH形成O-糖苷键；另一种是半缩醛羟基与肽链上的Asn的-NH2形成N-糖苷键。 蛋白聚（多）糖蛋白聚（多）糖（Proteoglycans） 蛋白质与糖胺聚糖以共价键连成的大分子复合物，糖胺聚糖链连在核心蛋白上，是具有多聚阴离子的杂多
36、糖，由氨基己糖和己糖醛酸交替排列成线性顺序，不同部位还有硫酸取代基。有三种不同的糖肽键连接，D-Xyl与Ser的-OH形成O-糖肽键；GlcNAc与Asn形成N-糖肽键；GalNAc与Thr或Ser的-OH形成O-糖肽键。 胞外基质蛋白多糖聚合体胞外基质蛋白多糖聚合体 蛋白多糖结构蛋白多糖结构膜蛋白多糖膜蛋白多糖脂类生物化学脂类生物化学（Lipids and Lipid Biochemistry） 生物脂类是一类范围很广的化合物，化学成分及结构差异极大，脂类定义的特点就是水不溶性(water insoluble)（即脂溶性，fat-soluble），因此，多数脂类都易溶于乙醚、氯仿、己烷、苯等
37、有机溶剂，而不溶于水。 脂类功能脂类功能 脂类的功能也是多样的，（1）脂肪和油是很多生物主要的能量贮存形式；（2）磷脂及固醇组成了生物膜约一半的部分；（3）有些脂类虽然数量相对较低，但在酶的辅助因子、电子载体、光吸收色素、疏水稳定体、乳化剂、激素及胞间信息等方面都起着关键作用；（4）还有些脂类有防止机械损伤及防止热量散发的保护作用。 脂类分类脂类分类 根据化学结构及脂的组成，脂类可分为：1单纯脂类（质）（Simole lipids），包括脂肪、油和蜡；2复合脂类（Lipid complex），包括磷脂（甘油磷脂和鞘磷脂）和糖脂（脑苷脂和神经节苷脂）；3异戊二烯类（Isoprenes），包括多萜
38、类及固醇和类固醇类。 皂化反应皂化反应（Saponification）及及皂化值皂化值（Saponification Number） 甘油三酯的酯键对酸碱敏感，可被水解，脂肪在KOH或NaOH条件下加热，可产生甘油和脂肪酸的钠或钾盐，这种盐被称为皂。水解1g甘油三酯所需KOH的mg数为皂化值，从皂化值的数量可略知混合脂肪酸或混合脂肪的平均相对分子量，平均相对分子量=3561000/皂化值。 肥皂的作用是通过形成微小聚积物（胶粒）而溶解或分散水不溶性物质而达到去污的目的。 酸败酸败（Racidity）和和酸值酸值（Acid Number）脂肪长期暴露于潮湿闷热的空气中，受到空气的作用，游离脂肪酸
39、被氧化、断裂生成醛、酮及低分子量脂肪酸，产生难闻的恶臭味，称之酸败。中和1g油脂中游离脂肪酸所消耗KOH的mg数称为酸值，可表示酸败的程度。 卤化卤化（Halogenation）和碘价碘价（碘化值, Iodine Number） 油脂中不饱和双键与卤素发生加成反应，生产卤代脂肪酸，称为卤化作用。100g油脂所能吸收的碘的g数碘值，可以用来判断油脂中不饱和双键的多少。 维生素维生素A、D、K、E是脂溶性维生素是脂溶性维生素 维生素A, D, K, E是脂溶性维生素, 是异戊二烯类化合物, 调节生物体的代谢和一些重要的生理生化活动. -胡萝卜素胡萝卜素Vit A胆固醇胆固醇 Vit D磷脂酶的作用
40、磷脂酶的作用A1广泛存在于动物的细胞器、微粒体中，专一水广泛存在于动物的细胞器、微粒体中，专一水解磷脂分子解磷脂分子C1上的酯键，水解产物为溶血性磷脂上的酯键，水解产物为溶血性磷脂（Lysophosphatidyl lipid)，为溶血性磷脂酶。，为溶血性磷脂酶。A2大量存在于蛇毒、蝎毒、蜂毒等，专一水解大量存在于蛇毒、蝎毒、蜂毒等，专一水解C2上的酯键，产物为溶血性；为溶血性磷脂酶。上的酯键，产物为溶血性；为溶血性磷脂酶。B专一水解专一水解A2水解产物水解产物1-脂酰磷脂脂酰磷脂C1上的酯键，也上的酯键，也是溶血性磷脂酶。是溶血性磷脂酶。C主要存在于动物脑、蛇毒和微生物中，作用于磷主要存在于
41、动物脑、蛇毒和微生物中，作用于磷脂酸脂酸C3位的磷酸酯键。位的磷酸酯键。D主要存在于高等植物，水解主要存在于高等植物，水解C3位第位第2个磷酸酯键。个磷酸酯键。磷脂酶的作用位点磷脂酶的作用位点脂肪酸的脂肪酸的氧化氧化 FFA是人及哺乳动物的主要能源物质，除是人及哺乳动物的主要能源物质，除脑组织外，大多数组织都能氧化脑组织外，大多数组织都能氧化FFA，以肝脏和肌肉最为活跃。以肝脏和肌肉最为活跃。四个阶段四个阶段脂肪酸的活化脂肪酸的活化脂酰脂酰CoA的生成的生成 脂酰基进入线粒体脂酰基进入线粒体 脂酰脂酰CoA的的-氧化氧化 三羧酸循环和氧化磷酸化三羧酸循环和氧化磷酸化 脂肪酸的活化肉碱脂肪酸的转
42、运氧化 酮体的生成 部位：肝细胞肝细胞 线粒体 原料：乙酰CoA 产物：乙酰乙酸、 羟丁酸、 丙酮 生理意义：生理意义： 酮体是脂肪酸在肝脏正常代谢的中间产物，是酮体是脂肪酸在肝脏正常代谢的中间产物，是肝脏肝脏输出能源输出能源的一种形式。的一种形式。 酮体分子小，水溶性大，易于通过血脑屏障和肌肉酮体分子小，水溶性大，易于通过血脑屏障和肌肉毛细血管壁，是脑组织和肌肉组织的重要能源。毛细血管壁，是脑组织和肌肉组织的重要能源。 正常情况下，正常情况下，脑组织脑组织仅能利用葡萄糖作为能源，不仅能利用葡萄糖作为能源，不能氧化脂肪酸。饥饿或糖供应不足时脂肪动员，肝能氧化脂肪酸。饥饿或糖供应不足时脂肪动员，
43、肝脏将脂肪酸转化为酮体，酮体分子小，水溶性大，脏将脂肪酸转化为酮体，酮体分子小，水溶性大，易于通过血脑屏障和肌肉毛细血管壁，成为脑组织易于通过血脑屏障和肌肉毛细血管壁，成为脑组织和肌肉组织主要的能源，也因此减少了作为糖异生和肌肉组织主要的能源，也因此减少了作为糖异生原料的肌肉蛋白质的降解。原料的肌肉蛋白质的降解。DNA复制复制 DNA的复制机制的复制机制 DNA的半保留复制 亲代DNA分子每一条链各自作为模板，合 成一条互补链，新合成的两条链中一条是旧链，一条为新链。 1958年Matthew Messelson and Franklin Stahl 用令人信服的实验证明了DNA的半保留复制机
44、制DNA复制的起点和方向复制的起点和方向 大肠杆菌复制有一个固定的起点，向两个方向进行 复制叉和复制眼DNA复制的几种方式复制的几种方式 形、滚环式、D型、线性染色体DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶是DNA合成中起主要作用的酶，催化总反应 (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + ppi DNA 延伸的DNA DNA聚合酶I (DNA Polymerase I、PolI) DNA聚合酶催化DNA合成的共同特点 DNA聚合酶I具有 5 3聚合活性 3 5外切酶活性(校阅作用 Proofreading) 5 3外切酶活性 DNA复制模型DNA半保留复制实验DNA聚合酶的关键特征 忠实性
45、 催化效率 DNA聚合酶的催化活性依赖于聚合酶的持续合成能(Processivity)大肠杆菌中至少有三种DNA聚合酶 PolI、PolII、PolIIIPolI为一条多肽链，经枯草杆菌蛋白酶水解分为大片段(Klenow片段)和小片段PolIII是大肠杆菌中最重要的复制酶，由十种亚基组成，亚基决定了PolIII全酶的持续合成能力多聚酶链式反应 (PCR)切口平移 (Nick translation)DNA连接酶 (DNA Ligase) T4和E.coli DNA连接酶作用机制引物和引发酶 引物通常是RNA寡核苷酸链而不是DNA。引物是由特殊的酶-引发酶 (Primase)合成的DNA Lig
46、ase 的作用冈崎片段和冈崎片段和DNA半不连续合成半不连续合成 复制叉上DNA合成的三种可能模型 前导链 (Leading Strand) 后随链 (Lagging Strand)拓扑异构酶拓扑异构酶 (Topoisomerase) TopoI型、TopoII型、Gyrase解旋酶解旋酶 (Helicase)SSB蛋白蛋白(Single Strand Binding Protein)大肠杆菌染色体复制的三个过程大肠杆菌染色体复制的三个过程 起始 延伸 终止起始大肠杆菌复制起点核苷酸序列特征DnaA蛋白是复制起始的关键蛋白延伸前导链合成后随链合成引发体（Primosome)RNA引物的去除后随
47、链模板的looping模型终止线性染色体的端粒线性染色体的端粒(telomere)和端粒酶和端粒酶(telomerase)解决了线性染色体解决了线性染色体3端短缺的端短缺的问题问题 复制叉上DNA合成的三种模型DNA复制叉上的蛋白质复制叉上的蛋白质复制叉的三维结构复制叉的三维结构RNA引物通过引物通过PolI53外切酶活性除去外切酶活性除去DNA复制时滞后链的模板成环模型复制时滞后链的模板成环模型细菌复制叉上引发体的作用细菌复制叉上引发体的作用线性染色体线性染色体DNADNA端粒结构及端粒酶作用端粒结构及端粒酶作用Polymerase Chain Reaction (PCR) Principl
48、e of PCRPrinciple - PCR components DNA template, which contains the region of the DNA fragment to be amplified One pair of primer, which determine the beginning and end of the region to be amplified DNA-Polymerase, which catalysis the region to be amplified dNTPs, from which the DNA-Polymerase build
49、s the new DNA Buffer, which provides a suitable chemical environment for the DNA-Polymerase Mg2+ , activate the DNA-PolymerasePrinciple-Procedure qThe PCR process consists of a series of twenty to thirty cycles.qThree steps in one circle: Melting Annealing ElongationPrinciple of PCRProcedureMelting
50、temperature & time93 94 for 30s 1 min;Higher T affect polymerase activityAnnealing temperature & time30 60 for 30s 1 min;Elongation temperature & time70 75 (common 72 ) for 1 2 min;Higher T affect primer / template complexCycle Depend on the temple concentration; 30-40 cyclesIncubation : reform the
