糖类的消化吸收《生物化学原理》
2024-08-14 19:19:52 2 举报 使用 
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本思维导图说以杨荣武先生的《生物化学原理》为基础而写成的。
作者其他创作
大纲/内容
糖异生
全部反应
原料
丙酮酸
乳酸
生糖氨基酸
奇数脂肪酸
植烷酸
甘油
进入糖异生的路径类似<b><font color="#4ccbcd">糖酵解</font></b>直到变成<font color="#e0c431"><b>磷酸二羟基丙酮</b></font>才可以生成葡萄糖
丙酮酸转草酰乙酸的机制
可兼做<font color="#e0c431"><b>回补反应</b></font>
草酰乙酸转变为磷酸烯醇丙酮酸<b><font color="#e0c431">PEPCK</font><font color="#4ccbcd">磷酸烯醇丙酮酸</font></b>
作用机制
1，6-二磷酸果糖水解为6-磷酸果糖
进一步水解形成葡萄糖
但大多数的细胞缺少这种水解酶这是因为<b><font color="#e0c431">防止葡萄糖逃逸</font></b>
生成一个葡萄糖需要相当于6分子的ATP能量
功能
有利于血糖的稳定
减轻或消除代谢性中毒
植物和某些微生物可以将乙酸作为前体
调节
注释版
产热机制
解偶联剂
质子通道
无效循环
自由能小于0
磷酸戊糖途径PPP
全部反应
氧化相
6-磷酸葡糖的脱氢
这一步也是限速步骤<b><font color="#e0c431">NADPH</font></b>即是产物也是它的<font color="#4ccbcd"><b>强竞争性抑制剂</b></font>如果BADPH浓度高就抑制反之激活
葡糖酸内酯的水解
6-磷酸葡糖的脱氢
非氧化相·
5-磷酸核糖的形成
如果缺少NADPH,那么到这步就可以停止了
5-磷酸木酮糖的形成
第一次碳单位的转移和重排反应
第二次碳单位的转移和重排反应
功能
与NADPH有关
还原剂
解毒
免疫
间接进入呼吸链
维持红细胞膜的完整
乙醛酸循环
图示流程
其中异柠檬酸裂合酶是一个<b><font color="#e0c431">双功能</font></b>酶<br>与PFK-2一样可以通过细胞的能量状态来调节自身的活性来影响反应通路
但是功能相反低能量可以激活乙醛酸循环，反之则不能
主要是以植物和部分微生物以及一些无脊椎动物为主
生理意义
可以利用乙酸作为唯一碳源
没有C的损失
糖酵解
反应总流程
第一阶段（引发阶段）
消耗2分子ATP
第二阶段（产能阶段）
产生4分子的ATP
葡萄糖的磷酸化
这是糖酵解的第一步的反应，也是第一个不可逆反应
磷酸化的意义
降低细胞内的葡萄糖浓度
让葡萄糖带上负电（进行标记）让葡萄糖很难逃逸到细胞外
利用磷酸化使葡萄糖稳定性降低有利于发生反应
己糖激酶和葡糖激酶都可以催化该反应
区别
6-磷酸葡糖的异构化
意义
为了为下一步磷酸化创造了条件
如果是2-脱氧-6-磷酸葡糖他也可以反应，但因为结构问题，不能完成反应
磷酸果糖的再次磷酸化<br>磷酸果糖激酶-1<b><font color="#e0c431">PFK-1</font></b>
是整个糖酵解途径的<b><font color="#e0c431">重要限速步骤</font></b>
1,6二磷酸果糖的裂解
有两类醛缩酶
一种是真菌以外的真核生物，为<b><font color="#4ccbcd">共价催化</font><br></b>反应中底物与活性中心的；赖氨酸残基形成希夫碱中间物<br>注：存在希夫碱中间物的都可以用<b><font color="#e0c431">硼氢化钠</font></b>还原阻碍此类反应
另一种是真菌与细菌，催化活性依赖于活性中心结合的<span class="equation-text" data-index="0" data-equation="Zn^{2+}" contenteditable="false"><span></span><span></span></span>为<b><font color="#4ccbcd">金属催化</font></b>
磷酸丙糖的异构化
催化反应的酶是<font color="#4ccbcd"><b>磷酸丙糖异构酶</b></font><b><font color="#e0c431">TIM</font></b><br>
以谷氨酸作为催化中心为<b><font color="#4ccbcd">广义碱催化</font></b>
3-磷酸甘油醛的氧化及磷酸化
这是二阶段的第一步反应
是糖酵解途径的<font color="#e0c431"><b>唯一</b></font>的一步氧化还原反应
在反应中，释放出来的能量一部分储存在高能硫脂键，一部分被NADH发高能电子带走
催化反应的酶为3-磷酸甘油醛脱氢酶<b><font color="#e0c431">GAPDH</font></b>
因为整个酶促反应的主要基团是Cys残基上的自由巯基，所以<b><font color="#e0c431">碘代乙酸或有机汞</font></b>都是抑制剂同时也是糖酵解的抑制剂
在氧化胁迫下，GAPDH可以充当一种可逆代谢的开关：当细胞接触到自由基时为了避免造成损伤，会让GAPDH失活，使得更多的葡萄糖参与HMP，有助于细胞抗氧化
砷酸，可以代替无机磷酸参加反应，但是形成的产物无法底物磷酸化，只能以热能的形式释放
底物的水平磷酸化
产生2个ATP
3-磷酸甘油酸的变为
不同的磷酸甘油酸的变位酶具有不同催化机制
一种是直接催化磷酸基团在3-磷酸甘油酸分子内部的转移
另一种是需要微量的2,3-二磷酸甘油酸<b><font color="#4ccbcd">2,3-BPG</font></b>
2-磷酸甘油酸的烯醇化
这一步主要目的是为了能量的重排，将能量富集到一个键上
氟化物可以与与磷酸基团及<span class="equation-text" contenteditable="false" data-index="0" data-equation="Mg^{2+}"><span></span><span></span></span>形成络合物，干扰酶的结合，使该酶受到抑制
可以利用在个效应来降低测血糖时糖酵解对结果的影响
第二步水平底物磷酸化
是一个不可逆反应
产生2个ATP
对于其他物质进入糖酵解的不同类型
糖原
与<font color="#4ccbcd" style=""><b>磷酸葡糖变位酶</b></font>的特性相似只是催化基团是Ser不是His
果糖
甘露糖
甘油
半乳糖
功能
产生ATP
为细胞提供合成原料
调节方式
葡萄糖的获取途径
葡萄糖转运蛋白<b><font color="#e0c431">GLUT</font></b>
存在不同的<b>GLUT</b>，不同的<b>GLUT</b>对葡萄糖的亲和力不同，亲和力的大小往往与他们自身的作用有关
己糖激酶和葡糖激酶的调节
己糖激酶
受到6-磷酸葡萄糖的调控（反馈抑制）
葡糖激酶
受到胰岛素的控制
调控过程中有葡糖激酶调节蛋白<b style="color: rgb(224, 196, 49);">GKRP</b>参与，他可以与葡糖激酶结合抑制活性同时将他储存在细胞核中便于需要时使用
PFK-1的调节
PFK-1是<b><font color="#e0c431">重要</font></b>的限速酶
主要是以别构调节
两组效应物
ATP、柠檬酸、质子（负别构效应，抑制活性）
AMP、ADP和2，6-二磷酸果糖（正别构效应，激活活性）
特定的效应物的调节机制
ATP
PFK-1存在两个中心，一个是酶活性中心，一个是别构中心，但他们对ATP的亲和力不同，前者亲和力更高，后者则比较低，因此当能量较低时别构中心并没有ATP结合，酶处于R态，结合状态就如该图<br>一旦结合，酶的构象就会发生变化，则有上图变为S型曲线，其活性自然就受到了抑制
柠檬酸
是TCA循环中的一个产物，当ATP的含量过高时，TCA循环将会减弱，这会导致柠檬酸积累（消耗减少）多余的柠檬酸会通过转运蛋白进入细胞质作为负别构效应物抑制PFK-1
质子
这是为了防止在产生乳酸时避免酸中毒的一种机制
AMP和ADP
作为一个能量指示剂，能量较低时，他们可以作为正协同效应物激活PFK-1，反之则减弱激活效果
与AMP相比ADP的作用效果更弱，这是因为细胞内有将ADP转化为ATP和AMP的反应这使得体内ADP含量并不稳定,而AMP的含量更有利于调控
F-2，6-BP（2,6-二磷酸果糖）
是<b><font color="#e0c431">最重要</font></b>的正别构效应物
合成该反应的是由磷酸果糖激酶-2<font color="#e0c431" style="font-weight: bold;">PFK-2</font>催化，需要<span class="equation-text" data-index="0" data-equation="Mg^{2+}" contenteditable="false"><span></span><span></span></span>是不可逆反应
具有两个不同的亚基执行不同的功能是<b><font color="#e0c431">双功能酶</font></b>
选择PFK-1作为调节物的原因
对细胞的能量状态能快速的做出反应
对细胞的酸性做出反应
对血液中的胰岛素和胰高血糖素的变化做出反应
对细胞中替代的燃料的使用做出反应
丙酮酸激酶的调节
两种调节方式
别构调节
共价修饰
NADH和丙酮酸
有氧状态下的NADH和丙酮酸的去向
NADH
将自己携带的高能电子传递给呼吸链，产生更多ATP
NADH的运输方式：穿梭系统
3-磷酸甘油穿梭系统
将NADH的高能电子传递给FADH<span class="equation-text" contenteditable="false" data-index="0" data-equation="_2"><span></span><span></span></span>因此只能产生1.5ATP
苹果酸-天冬氨酸穿梭系统
能够产生2.5ATP没有损失
丙酮酸主要转变成乙酰辅酶A
主要参与的酶是丙酮酸脱氢酶
组成
催化机制
丙酮酸的脱羧
碳单位的转移和氧化
碳单位的再次转移
氧化型硫酰胺的再生
亚砷酸（砒霜）
无氧状态的NADH和丙酮酸的去向
如果没有氧气，也就意味着呼吸链无法彻底进行，因此NAD<span class="equation-text" contenteditable="false" data-index="0" data-equation="^{+}"><span></span><span></span></span>会因为参减少而逐渐降低，最终因为消耗殆尽而停止
利用无氧呼吸来解决NAD<span class="equation-text" contenteditable="false" data-index="0" data-equation="^{+}"><span></span><span></span></span>消耗问题
乳酸发酵
乙醇发酵
TCA
TCA循环图示
反应历程
柠檬酸的合成
乙酸类似物——氟代乙酸是TCA的强烈抑制剂
异柠檬酸的形成
顺乌头酸酶结构
含有铁硫蛋白，但与电子传递体的铁硫蛋白不同，顺乌头酸是直接参加反应
两种形式
一种位于线粒体内部参与TCA循环
另一种位于细胞质基质，主要是细胞内的铁离子感应器
反应具有专一性
虽然顺乌头酸变成异柠檬酸是一个高能反应但是因为异柠檬酸消耗非常快因此反应依旧可以进行
意义
经过异构化，可以转变成易氧化的物质
异柠檬酸的氧化脱羧
是一步不可逆反应
α-酮戊二酸的氧化脱羧
<b><font color="#4ccbcd">亚砷酸</font></b>也可以强烈抑制该反应
底物水平磷酸化
琥珀酰-CoA的催化机制
琥珀酸的脱氢
其中丙二酸是该酶的<b><font color="#4ccbcd">竞争性抑制剂</font></b>
苹果酸的形成
草酰乙酸的再生
同样也是高能反应，但是草酰乙酸消耗太快因此依旧可以进行
功能
作为有氧生物所有代谢燃料氧化分解的共同途径
能够产生更多ATP
提供更多的生物合成前体物质
作为其他途径的代谢物
产生CO2
部分古菌可以利用TCA来同化CO2
回补机制
由于TCA循环的多种代谢物中间物可被其他代谢途径利用因此如果不及时补充TCA循环迟早会受到影响
回补类型
<b>草酰乙酸回补</b><br>PEP羧化酶主要在<b><font color="#e0c431">细菌、酵母、高等植物<br></font></b>丙酮酸羧化酶主要在动物的<b><font color="#e0c431">肝和肾<br></font></b>在动物体内PEP羧化酶主要在<b><font color="#e0c431">心肌和骨骼肌上</font></b>
阿尔法——酮戊二酸的回补
由谷丙转氨酶催化的转氨基反应或者谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氨基反应，可以将谷氨酸转化为阿尔法-酮戊二酸
琥珀酰——CoA的回补
<font color="#e0c431" style="font-weight: bold;">Ile、Val、Met和Thr</font>可以在细胞内转化为琥珀酰-CoA
此外，奇数脂肪酸也可以转化为琥珀酰-——CoA
苹果酸的回补
调控
柠檬酸合酶的调控
异柠檬酸脱氢酶的调控
阿尔法——酮戊二酸脱氢酶调控
丙酮酸脱氢酶系的调控
糖原代谢
糖原的分解
细胞基质内
主要是磷酸解，只有分支是水解下来的
糖原的磷酸解由<b><font color="#e0c431">糖原磷酸化酶催化</font></b><br>注：这时反应条件是吸热，似乎不利于反应，但是无机磷酸的含量极高可以忽略不计他的本利影响
糖原磷酸化反应机理
分支点葡糖残基的水解<br>糖原磷酸化酶只能作用于阿尔法-1，4-糖苷键不能作用于阿尔法-1，6-糖苷键<br>这个时候只能用脱支酶，脱支酶有双功能，既可以水解阿尔法-1，6-糖苷键还可以转移葡萄糖因为水解到只有4个葡萄糖时就可以将3个没有办法水解的葡萄糖转移到另一个分支上又可以继续进行水解
细胞质内的糖原很少会完全水解,而是留下一个核心，作为合成糖原的<b><font color="#e0c431">引物</font></b>
溶酶体内
利用阿尔法-糖苷酶水解，一般水解较为彻底
糖原的合成
活化葡萄糖
利用<b><font color="#e0c431">引物</font></b>
延申糖原（从还原端到非还原端）
由<b><font color="#e0c431">糖原合酶</font></b>进行延申，当合成到一定数量后糖原合成酶才与糖原素<b><font color="#4ccbcd">脱离</font></b>，这时糖原就停止合成了
用<b><font color="#e0c431">分支酶</font></b>合成分支
分支酶能将一个七糖单位，从以段长于11个葡萄糖残基的糖链的非还原端，转移到邻近的糖链上，并以阿尔法-1，6-糖苷键相连，新的分支至少距离4个葡糖残基
调节
别构调节
肌糖原磷酸化酶的别构调节
注释版
肝糖原磷酸化的别构调节
糖原和酶的的别构调节
受激素控制的磷酸化调节
参与糖原代谢调节的激素有：<b><font color="#e0c431">胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素</font></b>
糖原磷酸化酶b机制
<b><font color="#e0c431">PP-1</font><font color="#4ccbcd">磷酸蛋白酶-1</font></b>
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