《生物化学》教学课件:第06章糖代谢.ppt

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1、糖 代 谢Metabolism of Carbohydrates第 六 章第一节 糖的消化吸收与转运 Digestion, absorption and transportation of Carbohydrates 一、糖的主要生理功能是氧化供能糖在生命活动中的主要作用是提供碳源和能源。 如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。作为机体组织细胞的组成成分。提供合成体内其他物质的原料。如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。二、糖的消化吸收主要是在小肠进行糖的消化人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等,其中以淀粉为主。消化部位: 主要在小肠,少量在口腔。淀粉 麦芽糖+麦芽三糖 (40%) (25%)α-临界糊精+异麦芽糖 (30%) (5%)葡萄糖 唾液中的α-淀粉酶 α-葡萄糖苷酶 α-临界糊精酶 消化过程: 肠粘膜上皮细胞刷状缘 口腔。

2、 肠腔 胰液中的α-淀粉酶 糖的吸收吸收部位:小肠上段 吸收形式:单糖 ADP+Pi ATP G Na+ K+ Na+泵小肠粘膜细胞肠腔门静脉吸收机制:Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter, SGLT)刷状缘细胞内膜葡萄糖转运进入细胞 这一过程依赖于葡萄糖转运体(glucose transporter,GLUT)。三、糖代谢的概况小肠肠腔肠粘膜上皮细胞门静脉肝脏体循环SGLT各种组织细胞GLUT血糖食 物 糖 消化,吸收 肝糖原 分解 非糖物质 糖异生 血糖来源和去路分解储存转化乳酸CO2 + H2O磷酸戊糖途径糖原(肝肌)脂肪、氨基酸第二节 糖的无氧分解Glycolysis 一、糖的无氧氧化的反应过程 第一阶段 第二阶段* 糖无氧氧化的定义* 糖酵解分为两个阶段* 糖酵解的反应部位:胞浆在缺氧情况下,葡萄糖生成乳酸(lactate)。

3、的过程称之为糖无氧氧化。 由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate),称之为糖酵解 (glycolysis)。由丙酮酸转变成乳酸。E1:己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶 NAD+ 乳 酸 糖无氧氧化的代谢途径GG-6-PF-6-PF-1, 6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 丙 酮 酸 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 (G-6-P)(一)葡萄糖经。

4、酵解途径分解为两分子丙酮酸 ATP ADPMg2+ 己糖激酶ATP哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶,分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型,称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是:①对葡萄糖的亲和力很低;②受激素调控。这些特性使葡萄糖激酶在维持血糖水平和糖代谢中起着重要的生理作用。 因此肝脏的能量主要来自脂肪酸的氧化6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖己糖异构酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 (F-6-P)6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二。

5、羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖(F-1,6-2P) ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶-1ATP1,6-双磷酸果糖 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 醛缩酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 +磷酸丙糖的同分异构化GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸丙糖异构酶3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸Pi。

6、、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛脱氢酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸ADP ATP 磷酸甘油酸激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸底物分子内部能量重新分布,生成高能键,使ADP磷酸化生成ATP的过程,称为底物水平磷酸化1,3-二磷酸 甘油酸3-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,。

7、3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸+ H2O磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP)ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸转变。

8、成丙酮酸, 并通过底物水平磷酸化生成ATP磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸(二)丙酮酸转变成乳酸反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。丙酮酸 乳酸 乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase, LDH) NADH + H+ NAD+ GG-6-P己糖激酶ADPATPF-6-P6-磷酸果糖激酶-1F-1,6-BP 3-P-甘油醛NAD+NADH+H+Pi3-P-甘油醛脱氢酶1,3-BP甘油酸2-P甘油酸PEP乳酸磷酸二羟丙酮异构酶ADPATP变位酶烯醇化酶H2O乳酸脱氢酶醛缩酶(5)磷酸甘油酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸ADPATP3-P甘油酸ADPATP两葡两果两丙糖三酸二酮一乳酸糖酵解小结⑴ 反应部位:胞浆⑵ 糖酵解是一个不需氧的产能过程⑶ 反应全过程中有三步不可逆的反应G G-6-P ATP ADP 己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 。

9、6-磷酸果糖激酶-1 ADP ATP PEP 丙酮酸 丙酮酸激酶 ⑷一次脱氢,二次底物水平磷酸化⑸产能的方式和数量方式:底物水平磷酸化净生成ATP数量:从G开始 2×2-2= 2ATP从Gn开始 2×2-1= 3ATP⑹终产物乳酸去路释放入血,进入肝脏再进一步代谢:分解利用 乳酸循环(糖异生)果糖己糖激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP丙酮酸半乳糖1-磷酸半乳糖1-磷酸葡萄糖半乳糖激酶变位酶甘露糖6-磷酸甘露糖己糖激酶变位酶除葡萄糖外,其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。 二、糖酵解的调控是对3个关键酶活性的调节关键酶① 己糖激酶 ② 6-磷酸果糖激酶-1 ③ 丙酮酸激酶 调节方式① 变构调节 ② 共价修饰调节 反馈抑制多为变构抑制①代谢物产生不致过多脂酰CoA乙酰CoA羧化酶②能量有效利用乙酰CoA(长链脂酰CoA)(-)ATP磷酸果糖激酶丙酮酸激。

10、酶柠檬酸合酶 (-)(+)feedback inhibition糖分解酶类 (一)6-磷酸果糖激酶-1对调节酵解途径的流量最重要变构调节别构激活剂:AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P别构抑制剂:柠檬酸; ATP(高浓度)ATP对6-磷酸果糖激酶-1的调节:ATP结合位点调节效应活性中心底物结合部位(低浓度时)激活活性中心外变构调节部位(高浓度时)抑制2,6-双磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-1最强的变构激活剂;其作用是与AMP一起取消ATP、柠檬酸对6-磷酸果糖激酶-1的变构抑制作用。2,6-双磷酸果糖对6-磷酸果糖激酶-1的调节:磷酸化修饰对一些酶活性的影响 酶 磷酸化 脱磷酸化糖原磷酸化酶 激活 抑制磷酸化酶b激酶 激活 抑制柠檬酸裂解酶 激活 抑制HMG CoA 还原酶激酶 激活 抑制甘油三脂脂肪酶 激活 抑制乙酰 CoA 羧化酶 抑制 激活糖原合成酶 抑制 激活丙。

11、酮酸脱氢酶 抑制 激活HMG CoA 还原酶 抑制 激活磷酸果糖激酶 抑制 激活(二)丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点变构调节别构抑制剂:ATP, 丙氨酸别构激活剂:1,6-双磷酸果糖共价修饰调节丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATP ADP Pi 磷蛋白磷酸酶(无活性) (有活性)胰高血糖素 PKA, CaM激酶PPKA:蛋白激酶A (protein kinase A)CaM:钙调蛋白(三)己糖激酶受到反馈抑制调节6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶,但肝葡萄糖激酶不受其抑制。长链脂肪酰CoA可变构构抑制肝葡萄糖激酶。胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录,促进酶的合成。 三、糖酵解的主要生理意义是在机体缺氧的情况下快速供能是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。① 无线粒体的细胞,如:红细胞② 代谢活跃的细胞,如:白细胞、骨髓细胞第三节 糖的有氧氧化 Aero。

12、bic Oxidation of Carbohydrate糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时,葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2,并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。部位:胞液及线粒体概念一、糖有氧氧化的反应过程包括糖酵解途径、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环及氧化磷酸化第一阶段:酵解途径 第二阶段:丙酮酸的氧化脱羧第三阶段:三羧酸循环 G(Gn)第四阶段:氧化磷酸化丙酮酸 乙酰CoACO2NADH+H+ FADH2H2O [O] ATP ADPTAC循环 胞液线粒体(一)葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体 总反应式: (二)丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA 丙酮酸脱氢酶复合体的组成 酶E1:丙酮酸脱氢酶E2:二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3:二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoAN。

13、AD+ 辅 酶 TPP 硫辛酸( ) HSCoA FAD, NAD+SSL(B1)(B2)(PP)(泛酸)CO2 CoASHNAD+NADH+H+5. NADH+H+的生成1. -羟乙基-TPP的生成 2.乙酰硫辛酰胺的生成 3.乙酰CoA的生成4. 硫辛酰胺的生成 三羧酸循环(Tricarboxylic Acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环,这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说,故此循环又称为Krebs循环,它由一连串反应组成。二、三羧酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统概述反应部位:线粒体C2C6C4C4C5NADHCO2NADHCO2GTPFADH2NADH一磷酸化二次脱羧三不可逆四次脱氢C2C4C4C6NADHCO2C5NADHCO2C4C4NADHFADH2GTP O COOH C CH2 COO。

14、HOC-CH2 SCoA COOH CH2 HO-C-COOH CH2 COOH++HSCoA + H+柠檬酸合酶※缩合反应(1)草酰乙酸乙酰CoA柠檬酸辅酶A COOH H-C-H HO-C-COOH CH2 COOH柠檬酸 COO- C-H -OOC-C CH2 COO-[酶-顺乌头酸]复合物H2OH2O顺乌头酸酶顺乌头酸酶异构反应(2) COO- H-C-OH-OOC-C-H CH2 COO-异柠檬酸 COO- H-C-OH-OOC-C-H CH2 COO-异柠檬酸 COO- C=O CH2 CH2 COO--酮戊二酸NAD+ NADH+H+Mg2+ CO2异柠檬酸脱氢酶※第一次氧化脱羧反应(3) COO- C=O CH2 CH2 COO--酮戊二酸 C~SCoA CH2 CH2 COO-O琥珀酰CoANAD+ NADH+H+HSCoA CO2-酮戊二酸脱氢酶复合体※第二次氧化。

15、脱羧反应(4)(TPP、硫锌酸、FAD) C~SCoA CH2 CH2 COO-O COO- CH2 CH2 COO-琥珀酰CoA琥珀酸+ HSCoAGDP GTP 琥珀酰CoA 合成酶底物水平磷酸化反应(5)Pi+ COO- CH2 CH2 COO-琥珀酸 COO- C-HH- C COO- COO-HO-C-H H-C-H COO- COO- C=O CH2 COO-延胡索酸苹果酸草酰乙酸FAD FADH2琥珀酸脱氢酶H2O延胡索酸酶 NAD+NADH+H+苹果酸脱氢酶琥珀酸氧化成草酰 乙酸的反应(6)CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH⑧①②③④⑤⑥⑦②H2O①柠檬酸合酶②顺乌头酸梅③异柠檬酸脱氢酶④α-酮戊二酸脱氢酶复合体⑤琥珀酰CoA合成酶⑥琥珀酸脱氢酶⑦延。

16、胡索酸酶⑧苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶草檬檬、铜壶呼盐瓶(酮琥琥延苹)小结:三羧酸循环的概念:指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸,反复的进行脱氢脱羧,又生成草酰乙酸,再重复循环反应的过程。TAC过程的反应部位是线粒体。经过一次三羧酸循环,消耗一分子乙酰CoA;经四次脱氢,二次脱羧,一次底物水平磷酸化;生成1分子FADH2,3分子NADH+H+,2分子CO2, 1分子GTP;关键酶有:柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 整个循环反应为不可逆反应。三羧酸循环的要点:(总10分子ATP)仅仅看三羧酸循环,中间产物无量的变化三羧酸循环的中间产物:实际上:机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的例如: 草酰乙酸 天冬氨酸 α-酮戊二酸 谷氨酸 柠檬酸 脂肪酸 琥珀酰CoA 卟啉 草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸裂解酶乙酰CoA 丙酮酸丙酮酸羧化酶CO2。

17、 苹果酸苹果酸脱氢酶NADH+H+ NAD+ 天冬氨酸谷草转氨酶α-酮戊二酸 谷氨酸 草酰乙酸的来源如下:因此草酰乙酸要不断被补充主要来源糖异生第一步1.TCA循环中有3个关键酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶 (二)TCA循环受底物、产物和关键酶活性的调节乙酰CoA 柠檬酸 草酰乙酸 琥珀酰CoA α-酮戊二酸 异柠檬酸 苹果酸 NADH FADH2 GTP ATP 异柠檬酸 脱氢酶柠檬酸合酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体–ATP +ADP ADP +ATP –柠檬酸 琥珀酰CoA NADH –琥珀酰CoA NADH +Ca2+ Ca2+ ① ATP、ADP的影响② 产物堆积引起抑制③循环中后续反应中间产物反馈抑制前面反应中的酶④其他,如Ca2+可激活许多酶2.TCA循环与上游和下游反应协调在正常情况下,糖酵解途径和TCA循环的速度是相协调的。这种协调不仅通过高浓度的ATP、NADH。

18、的抑制作用,亦通过柠檬酸对磷酸果糖激酶-1的别构抑制作用而实现。 氧化磷酸化的速率对TCA循环的运转也起着非常重要的作用。 (三)TCA循环在3大营养物质代谢中具有重要生理意义TCA循环是三大营养素的最终共同去路TCA循环是三大营养素代谢联系的枢纽H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。NADH+H+ H2O、2.5ATP [O] H2O、1.5ATP FADH2 [O] 三、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式反 应辅 酶最终获得ATP第一阶段(胞浆)葡糖糖→6-磷酸葡糖糖-16-磷酸果糖→1,6-二磷酸果糖-1 2×3-磷酸甘油醛→2×1,3-二磷酸甘油酸2NADH3或5*2×1,3-二磷酸甘油酸→2×3-磷酸甘油酸22×磷酸烯醇式丙酮酸→2×丙酮酸2第二阶段(线粒体基质)2×丙酮酸→2×乙酰CoA2NADH5第三阶段(线粒体基质)2×异柠檬酸→2。

19、×α-酮戊二酸2×α-酮戊二酸→2×琥珀酰CoA2×琥珀酰CoA→2×琥珀酸2×琥珀酸→2×延胡索酸2×苹果酸→2×草酰乙酸2NADH2NADH2FADH2 2NADH55235由一个葡糖糖总共获得30或32有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高,而且由于产生的能量逐步分次释放,相当一部分形成ATP,所以能量的利用率也高。简言之,即“供能”四、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求关键酶① 酵解途径:② 丙酮酸的氧化脱羧:丙酮酸脱氢酶复合体③ 三羧酸循环:己糖激酶6-磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体有氧氧化的调节特点⑴ 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。⑵ ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高,所有产能途径关键酶均被抑制。 乙酰CoA / HSCoA或 NADH / NAD+类似⑶ 氧化磷酸化。

20、速率影响三羧酸循环。前者速率降低,则后者速率也减慢。⑷ 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA,则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。五、巴斯德效应是指糖有氧氧化抑制糖酵解的现象 概念机制有氧时,NADH+H+进入线粒体内氧化,丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸;缺氧时,酵解途径加强,NADH+H+在胞浆浓度升高,丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。巴斯德效应指有氧氧化抑制糖酵解的现象。第 四 节 磷酸戊糖途径 pentose phosphate pathway 概念是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH,前者再进一步转变后进入糖酵解的反应过程。一、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖细胞定位:胞液 第一阶段:氧化反应(一)磷酸戊糖途径的反应过程分为两个阶段反应过程可分为二个阶段: 第二阶段:非氧化反应 生成磷酸戊糖,NADPH+H+及CO2。包括一系列基团转移。6-。

21、磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖 NADPH+H+ NADP+ ⑴ H2O NADP+ CO2 NADPH+H+ ⑵6-磷酸葡萄糖脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 HCOHCH2OH CO 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸内酯 1.6-磷酸葡萄糖在氧化阶段生成磷酸戊糖和NADPH5-磷酸核糖 第二阶段反应的意义就在于通过一系列基团转移反应,将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入酵解途径。因此磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路2.经过基团转移反应进入糖酵解途径5-磷酸核酮糖(C5) ×35-磷酸核糖C55-磷酸木酮糖C55-磷酸木酮糖C57-磷酸景天糖C73-磷酸甘油醛C34-磷酸赤藓糖C46-磷酸果糖C66-磷酸果糖C63-磷酸甘油醛C3磷酸戊糖途径第一阶段第二阶段5-磷酸木酮糖C55-磷酸木酮糖C57-磷酸景天糖C73-磷酸甘油醛C34-磷酸赤藓糖C46-磷酸果糖C66-磷酸果糖C63-磷酸。

22、甘油醛C36-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5) ×35-磷酸核糖C53NADP+ 3NADPH+3H+ 6-磷酸葡萄糖脱氢酶3NADP+ 3NADPH+3H+ 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶CO2总反应式:3×6-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2磷酸戊糖途径的特点:脱氢反应以NADP+为受氢体,生成NADPH+H+。 反应中生成了重要的中间代谢物: 5-磷酸核糖 和 NADPH一分子G-6-P经过反应,只能发生一次脱羧和二次脱氢反应,生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。(二)磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADP+比值的调节关键酶:6-磷酸葡萄糖脱氢酶NADPH/NADP+↑ 抑制(三)磷酸戊糖途径的生理意义在于生成NADPH和5-磷酸核糖2.NADPH作为供氢。

23、体参与多种代谢反应1.5-磷酸戊糖:核苷酸合成的原料(1)NADPH是体内许多合成代谢的供氢体;(2)NADPH参与体内羟化反应;(3)NADPH还用于维持谷胱甘肽(GSH)的还原态 遗传性6–磷酸葡糖脱氢酶缺乏的病人不能经磷酸戊糖途径得到充足的NADPH,G-S-S-G 转变成G-SH减少, G-SH含量减少。当病人接触氧化剂,如服用抗疟药伯氨喹、解热镇痛抗炎药阿司匹林、抗菌药磺胺等,或者吃了蚕豆后,增加G-SH的消耗,红细胞膜受氧自由基攻击生成的脂质过氧化物不能及时除去,使膜结构完整性受损,红细胞易破裂发生溶血 蚕豆病第 五 节 糖原的合成与分解Glycogenesis and Glycogenolysis糖 原 (glycogen)是动物体内糖的储存形式之一,是机体能迅速动用的能量储备。肌肉:肌糖原,180 ~ 300g,为肌肉提供能量肝脏:肝糖原,70 ~ 100g,调节血糖糖原的。

24、定义:糖原储存的主要器官及其生理意义:1. 葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键形成长链。2. 约10个葡萄糖单元处形成分枝,分枝处葡萄糖以α-1,6-糖苷键连接,分支增加,溶解度增加。3. 每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多,以利于其被酶分解。糖原的结构特点及其意义:一、糖原的合成代谢主要在肝和肌组织中进行合成部位:糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。组织定位:主要在肝脏、肌肉细胞定位:胞浆1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖葡萄糖6-磷酸葡萄糖ATP ADP己糖激酶;葡萄糖激酶(肝)糖原合成途径:1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖由于延长形成α-1,4-糖苷键,所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化UDPG可看作“活性葡萄糖”,在体内充作葡萄糖供体。3.1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖+UTP尿苷 PPP。

25、PPiUDPG焦磷酸化酶2Pi+能量1- 磷酸葡萄糖 尿苷二磷酸葡萄糖 (uridine diphosphate glucose, UDPG)糖原n + UDPG糖原n+1 + UDP 糖原合酶(glycogen synthase)4.α-1,4-糖苷键式结合糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子,称为糖原引物, 作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。 5.糖原分枝的形成 分支酶(branching enzyme) α-1,6-糖苷键 α-1,4-糖苷键二、肝糖原分解产物——葡萄糖可补充血糖亚细胞定位:胞浆肝糖元的分解过程:糖原n+1糖原n + 1-磷酸葡萄糖糖原磷酸化酶(Glycogen phosphorylase)1.糖原的磷酸解糖原分解 (glycogenolysis )习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。2.脱枝酶的作用①转移酶活性②-1,6-糖苷酶活性脱枝酶磷酸化酶转移酶活性 α-1。

26、,6糖苷酶活性在几个酶的共同作用下,最终产物中约85%为1-磷酸葡萄糖,15%为游离葡萄糖。1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶3. 1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖4. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶(肝,肾)葡萄糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、肾中,而不存在于肌中。所以只有肝和肾可补充血糖;而肌糖原不能分解成葡萄糖,只能进行糖酵解或有氧氧化。 糖原的合成与分解总图UDPG焦磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶 磷酸葡萄糖变位酶 己糖(葡萄糖)激酶 糖原n Pi 磷酸化酶 葡萄糖-6-磷酸酶(肝) 糖原n 糖原的合成与分解是分别通过两条不同途径进行的。这种合成与分解循两条不同途径进行的现象,是生物体内的普遍规律。这样才能进行精细的调节。当糖原合成途径活跃时,分解途径则被抑制,才能有效地合成糖原。

27、;反之亦然。三、糖原合成与分解受到彼此相反的调节关键酶① 糖原合成:糖原合酶② 糖原分解:糖原磷酸化酶它们的快速调节有共价修饰和变构调节二种方式。它们都以活性、无(低)活性二种形式存在,二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。这两种关键酶的重要特点:(一)糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶糖原磷酸化酶的共价修饰调节磷酸化酶b激酶磷酸化酶b(活性低)磷酸化酶b激酶-磷酸化酶a-(活性高)PPactive(二)糖原合酶是糖原合成的关键酶糖原合酶a糖原合酶b-P糖原合酶的共价修饰调节两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反;此调节为酶促反应,调节速度快;调节有级联放大作用,效率高;受激素调节。糖原磷酸化酶合糖原合酶的共价修饰调节特点:酶级联系统调控示意图肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同:在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节,而肌肉主要受肾上腺素调节。 肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构。

28、效应物主要为AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。 糖原合酶磷酸化酶a-P磷酸化酶bAMPATP及6-磷酸葡萄糖♁♁调节小结:双向调控:对合成酶系与分解酶系分别进行调节,如加强合成则减弱分解,或反之。双重调节:别构调节和共价修饰调节。 肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点:如分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素,分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。关键酶调节上存在级联效应。 关键酶都以活性、无(低)活性二种形式存在,二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。 四、糖原积累症是由先天性酶缺陷所致糖原累积症(glycogen storage diseases)是一类遗传性代谢病,其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。 型别缺陷的酶受害器官糖原结构Ⅰ葡萄糖-6-磷酸酶缺陷肝、肾正常Ⅱ溶酶体α1→4和1→6葡萄糖苷酶所有组织正常Ⅲ脱支酶缺失肝、肌肉分。

29、支多,外周糖链短Ⅳ分支酶缺失所有组织分支少,外周糖链特别长Ⅴ肌磷酸化酶缺失肌肉正常Ⅵ肝磷酸化酶缺陷肝正常Ⅶ肌肉和红细胞磷酸果糖激酶缺陷肌肉、红细胞正常Ⅷ肝脏磷酸化酶激酶缺陷脑、肝正常糖原积累症分型第 六 节 糖 异 生Gluconeogenesis糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。部位:原料:概念: 主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体。主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸。一、糖异生途径不完全是糖酵解的逆反应过程:酵解途径中有3个由关键酶催化的不可逆反应。在糖异生时,须由另外的反应和酶代替。糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的;GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸糖异生。

30、途径(gluconeogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。(一)丙酮酸经丙酮酸羧化支路变为磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸草酰乙酸PEPATPADP+PiCO2 ① GTPGDPCO2 ②① 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase),辅酶为生物素(反应在线粒体)② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(反应在线粒体、胞液)草酰乙酸转运出线粒体:出线粒体 苹果酸 苹果酸 草酰乙酸 草酰乙酸 草酰乙酸 天冬氨酸 出线粒体 天冬氨酸 草酰乙酸 丙酮酸丙酮酸草酰乙酸 丙酮酸羧化酶ATP + CO2ADP + Pi 苹果酸NADH + H+ NAD+ 天冬氨酸谷氨酸 α-酮戊二酸 天冬氨酸苹果酸草酰乙酸 PEP磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶GTP GDP + CO2 线粒体胞液糖异生途径所需NADH+H+的来源:糖异生途径中,1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛时,需要NADH+H+。

31、。由乳酸为原料异生糖时, NADH+H+由下述反应提供。乳酸丙酮酸LDHNAD+ NADH+H+由氨基酸为原料进行糖异生时, NADH+H+则由线粒体内NADH+H+提供,它们来自于脂酸的β-氧化或三羧酸循环,NADH+H+转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。苹果酸线粒体苹果酸草酰乙酸草酰乙酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+胞浆(二)1,6-双磷酸果糖转变为6-磷酸果糖1,6-双磷酸果糖6-磷酸果糖Pi果糖双磷酸酶(三)6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖Pi葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 6-磷酸果糖激酶-1 果糖双磷酸酶-1 ADP ATP Pi 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 己糖激酶 ATP ADP Pi PEP 丙酮酸草酰乙酸 丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶 ADP ATP CO2+ATP ADP+Pi GTP 磷酸烯醇式丙酮。

32、酸 羧激酶GDP+Pi +CO2 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸非糖物质进入糖异生的途径糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物生糖氨基酸α-酮酸-NH2 甘油 α-磷酸甘油磷酸二羟丙酮乳酸丙酮酸2H上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径,异生为葡萄糖或糖原二、糖异生的调节通过对2个底物循环的调节与糖酵解调节彼此协调酵解途径与糖异生途径是方向相反的两条代谢途径。如从丙酮酸进行有效的糖异生,就必须抑制酵解途径,以防止葡萄糖又重新分解成丙酮酸;反之亦然。这种协调主要依赖于对这两条途径中的两个底物循环进行调节。 (一)第一个底物循环在6-磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间进行6-磷酸果糖1,6-双磷酸果糖ATPADP6-磷酸。

33、果糖激酶-1Pi果糖双磷 酸酶-1 2,6-双磷酸果糖AMP(二)在磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间进行第二个底物循环PEP丙酮酸ATPADP丙酮酸激酶1,6-双磷酸果糖丙氨酸乙 酰 CoA草酰乙酸三、糖异生的生理意义主要在于维持血糖水平恒定(一)维持血糖水平的恒定是糖异生最主要的生理作用空腹或饥饿时,依赖氨基酸、甘油等异生成葡萄糖,以维持血糖水平恒定。正常成人的脑组织不能利用脂酸,主要依赖葡萄糖供给能量;红细胞没有线粒体,完全通过糖酵解获得能量;骨髓、神经等组织由于代谢活跃,经常进行糖酵解。这样,即使在非饥饿状况下,机体也需消耗一定量的糖,以维持生命活动。此时这些糖全部依赖糖异生生成。糖异生的主要原料为乳酸、氨基酸及甘油。乳酸来自肌糖原分解。这部分糖异生主要与运动强度有关。而在饥饿时,糖异生的原料主要为氨基酸和甘油。(二)糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径三碳途径: 指进食后,大部分葡萄。

34、糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物,再进入肝细胞异生为糖原的过程。长期饥饿或禁食时,肾糖异生增强,有利于维持酸碱平衡。发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸中毒造成的。此时体液pH降低,促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成,从而使糖异生作用增强。另外,当肾中α-酮戊二酸因异生成糖而减少时,可促进谷氨酰胺脱氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脱氨反应,肾小管细胞将NH3分泌入管腔中,与原尿中H+结合,降低原尿H+的浓度,有利于排氢保钠作用的进行,对于防止酸中毒有重要作用。 (三)肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡四、肌中产生的乳酸运输至肝进行糖异生形成乳酸循环肌收缩(尤其是供氧不足时)通过糖酵解生成乳酸。肌内糖异生活性低,所以乳酸通过细胞膜弥散进入血液后,再入肝,在肝内异生为葡萄糖。葡萄糖释入血液后又可被肌摄取,这就构成了一个循环,此循环称为乳酸循环,也称Cori循环。乳酸循环的形成是由。

35、于肝和肌组织中酶的特点所致。 糖异生活跃有葡萄糖-6磷酸酶【】循环过程肝肌肉葡萄糖葡萄糖葡萄糖酵解途径 丙酮酸乳酸NADH NAD+ 乳酸乳酸NAD+ NADH丙酮酸糖异生途径 血液糖异生低下没有葡萄糖-6磷酸酶【】生理意义乳酸再利用,避免了乳酸的损失。 防止乳酸的堆积引起酸中毒。 乳酸循环是一个耗能的过程2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP。第 七 节 其它单糖的代谢 Metabolism of Other Monose果糖、半乳糖和甘露糖都是通过转变为糖酵解途径的中间产物而进入糖酵解途径代谢。 一、果糖被磷酸化后进入糖酵解途径果糖是膳食中一个重要的燃料来源。果糖的代谢一部分在肝,一部分被周围组织主要为肌和脂肪组织摄取。但这两部分代谢的途径不同。果糖在肌和脂肪组织中的代谢果糖6-磷酸果糖己糖激酶循糖酵解途径分解合成糖原(肌)果糖在肝中的代谢果糖1-磷酸果糖果糖激酶1-磷酸果糖醛缩酶。

36、 磷酸二羟丙酮甘油醛丙糖激酶3-磷酸甘油醛循糖酵解途径分解或合成糖原果糖不耐受性(fructose intolerance)是一种遗传病,这种病因为缺乏B型醛缩酶,吃果糖也会造成1-磷酸果糖堆积,大量消耗肝中磷酸的储备,进而使ATP浓度下降,从而加速乳酸酵解,造成乳酸酸中毒和餐后低血糖。这种病症常表现为自我限制,即果糖不耐受的人很快发展成强烈的对任何甜食的厌恶感。第 八 节 血糖及其调节 The Definition, Level and Regulation of Blood Glucose血糖,指血液中的葡萄糖。血糖水平,即血糖浓度。血糖及血糖水平的概念:正常血糖浓度 :3.89~6.11mmol/L血糖水平恒定的生理意义:保证重要组织器官的能量供应,特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。脑组织不能利用脂酸,正常情况下主要依赖葡萄糖供能;红细胞没有线粒体,完全通过糖酵解获能;骨髓及神经组。

37、织代谢活跃,经常利用葡萄糖供能。血糖食 物 糖 消化,吸收 肝糖原 分解 非糖物质 糖异生 糖原合成 肝(肌)糖原 磷酸戊糖途径等 其它糖 脂类、氨基酸合成代谢 脂肪、氨基酸 血糖来源和去路氧化分解 CO2 + H2O 乳酸G-6-P的来源和去路 G-6-PG-1-P 糖原糖异生G糖酵解糖有氧氧化磷酸戊糖途径糖原合成 G(肝)二、血糖水平的平衡主要是受到激素调节血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果,也是肝、肌、脂肪组织等各器官组织代谢协调的结果。机体的各种代谢以及各器官之间能这样精确协调,以适应能量、燃料供求的变化,主要依靠激素的调节。酶水平的调节是最基本的调节方式和基础。主要调节激素降低血糖:胰岛素(insulin)升高血糖:胰高血糖素(glucagon)糖皮质激素肾上腺素胰岛素(Insulin)是体内唯一的降低血糖的激素,也是唯一同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。胰岛素。

38、的分泌受血糖控制,血糖升高立即引起胰岛素分泌;血糖降低,分泌即减少。 (一)胰岛素是体内唯一降低血糖的激素促进肌、脂肪组织等的细胞膜葡萄糖载体将葡萄糖转运入细胞。通过增强磷酸二酯酶活性,降低cAMP水平,从而使糖原合酶活性增强、磷酸化酶活性降低,加速糖原合成、抑制糖原分解。通过激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶而使丙酮酸脱氢酶激活,加速丙酮酸氧化为乙酰CoA,从而加快糖的有氧氧化。抑制肝内糖异生。这是通过抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成以及促进氨基酸进入肌组织并合成蛋白质,减少肝糖异生的原料。通过抑制脂肪组织内的激素敏感性脂肪酶,可减缓脂肪动员的速率。胰岛素的作用机制:(二)机体在不同状态下有相应的升高血糖的激素1.胰高血糖素(glucagon)是体内主要升高血糖的激素 血糖降低或血内氨基酸升高刺激胰高血糖素的分泌。 胰高血糖素的作用机制:经肝细胞膜受体激活依赖cAMP的蛋白激酶,从而抑制糖原合酶和激。

39、活磷酸化酶,迅速使肝糖原分解,血糖升高。通过抑制6-磷酸果糖激酶-2,激活果糖双磷酸酶-2,从而减少2,6-双磷酸果糖的合成,后者是6-磷酸果糖激酶-1的最强的变构激活剂以及果糖双磷酸酶-1的抑制剂。于是糖酵解被抑制,糖异生则加速。促进磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成;抑制肝L型丙酮酸激酶;加速肝摄取血中的氨基酸,从而增强糖异生。通过激活脂肪组织内激素敏感性脂肪酶,加速脂肪动员,从而间接升高血糖水平。 胰岛素和胰高血糖素是调节血糖,实际上也是调节三大营养物代谢最主要的两种激素。机体内糖、脂肪、氨基酸代谢的变化主要取决于这两种激素的比例。不同情况下这两种激素的分泌是相反的。引起胰岛素分泌的信号(如血糖升高)可抑制胰高血糖素分泌。反之,使胰岛素分泌减少的信号可促进胰高血糖素分泌。2.糖皮质激素可引起血糖升高① 促进肌肉蛋白质分解,分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生。② 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖。

40、,抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。此外,在糖皮质激素存在时,其他促进脂肪动员的激素才能发挥最大的效果,间接抑制周围组织摄取葡萄糖。糖皮质激素的作用机制可能有两方面:3.肾上腺素是强有力的升高血糖的激素肾上腺素的作用机制:通过肝和肌肉的细胞膜受体、cAMP、蛋白激酶级联激活磷酸化酶,加速糖原分解。主要在应激状态下发挥调节作用。 正常人体内存在一套精细的调节糖代谢的机制,在一次性食入大量葡萄糖后,血糖水平不会出现大的波动和持续升高。人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象称为葡萄糖耐量(glucose tolerence)。三、血糖水平异常及糖尿病是最常见的糖代谢紊乱临床上因糖代谢障碍可发生血糖水平紊乱,常见有以下两种类型:低血糖 (hypoglycemia) 高血糖 (hyperglycemia) (一)低血糖是指血糖浓度低于3.0mmol/L低血糖影响脑的正常功能,因为脑细胞所需要的能量主要来。

41、自葡萄糖的氧化。当血糖水平过低时,就会影响脑细胞的功能,从而出现头晕、倦怠无力、心悸等,严重时出现昏迷,称为低血糖休克。如不及时给病人静脉补充葡萄糖,可导致死亡。 低血糖的危害:胰性(胰岛β-细胞机能亢进、胰岛α-细胞机能低下等);肝性(肝癌、糖原累积病等);内分泌异常(垂体机能低下、肾上腺皮质机能低下等);肿瘤(胃癌等);饥饿或不能进食者等。 低血糖的原因:(二)高血糖是指空腹血糖高于6.9mmol/L临床上将空腹血糖浓度高于5.6~6.9mmol/L 称为高血糖(hyperglycemia)。当血糖浓度超过了肾小管的重吸收能力(肾糖阈),则可出现糖尿。持续性高血糖和糖尿,特别是空腹血糖和糖耐量曲线高于正常范围,主要见于糖尿病(diabetes mellitus)。糖尿病;遗传性胰岛素受体缺陷某些慢性肾炎、肾病综合症等;生理性高血糖和糖尿。高血糖的原因:(三)糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病糖尿病是一种因部分或完全胰岛素缺失、或细胞胰岛素受体减少、或受体敏感性降低导致的疾病,它是除了肥胖症之外人类最常见的内分泌紊乱性疾病。 Ⅰ型(胰岛素依赖型)Ⅱ型(非胰岛素依赖型)糖尿病可分为二型:。

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