生物化学与分子生物学：第6章糖代谢.ppt

,目 录,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第 二 篇,物质代谢及其调节,代谢是生命活动的基本特征，包括合成代谢和分解代谢，代谢需要调节。本篇包括以下七章内容：,第六章 糖代谢,第七章 脂质代谢,第八章 生物氧化,第九章 氨基酸代谢,第十章 核苷酸代谢,第十一章 非营养物质代谢,第十二章 物质代谢的整合与调节,本篇内容的学习方法建议：,掌握各种物质代谢的基本反应途径；,重点掌握代谢过程的关键环节、关键酶、,主要产物、主要调节环节、重要生理意义；,注意理清各种物质代谢的相互关系；,注意物质代谢异常与疾病的关系。,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 六 章,糖,(carbohydrates),即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,1.,糖的概念,糖代谢概述,2.,糖的分类及其结构,根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。,单糖,(monosacchride),寡糖,(oligosacchride),多糖,(polysacchride),结合糖,(glycoconjugate),（,1,）单 糖,葡萄糖,(glucose),果糖,(fructose),半乳糖,(galactose),核糖,(ribose),脱氧核糖,(deoxyribose),不能再水解的糖，主要有：,葡萄糖,(glucose),已醛糖,果糖,(fructose),已酮糖,半乳糖,(galactose),已醛糖,核糖,(ribose),戊醛糖,（,2,）寡 糖,常见的几种二糖,:,麦芽糖,(maltose):,葡萄糖,葡萄糖,蔗 糖,(sucrose):,葡萄糖,果糖,乳 糖,(lactose):,葡萄糖,半乳糖,能水解成几分子单糖的糖，各单糖之间借糖苷键相连。,（,3,）多 糖,能水解生成多个分子单糖的糖。,常见的多糖有,:,淀 粉,(starch),糖 原,(glycogen),纤维素,(cellulose),淀粉,是植物中多糖的储存形式,淀粉颗粒,-1,4-,糖苷键,-1,6-,糖苷键,糖原,是动物体内多糖的储存形式,糖原中葡萄糖单元以,-1,4-,糖苷键,形成直链，分枝处以,-1,6-,糖苷键,连接。糖原直链短、分支多。,纤维素,作为植物的骨架,-1,4-,糖苷键,糖与非糖物质的结合物（糖复合体）。,糖脂,(glycolipid),：,糖与脂类的结合物。,糖蛋白,(glycoprotein),：,糖与蛋白质的结合物，蛋白质为主。,蛋白聚糖,(proteoglycan),：,糖与蛋白质的结合物，糖为主。,常见的结合糖（详见第四章）有：,（,4,）结 合 糖,2.,糖的生理功能,氧化供能,糖可作为合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷酸等物质的原料。,作为组织细胞的组成成分,是糖的主要功能。人体,50,70,能量来自糖。,提供合成其他物质的原料,糖是构成糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的成分。,3.,糖代谢的概况,葡萄糖,有氧氧化,丙酮酸,有氧,无氧,H,2,O,CO,2,乳酸,糖异生,乳酸、氨基酸、甘油等,糖原,肝糖原分解,磷酸戊糖途径,核糖,+,NADPH+H,+,淀粉、糖原等,消化与吸收,糖原合成,无氧氧化,尚有,糖醛酸途径、多元醇途径、,2,3-,二磷酸甘油酸旁路,等代谢途径,第 一 节 糖的消化吸收与转运,Digestion,absorption and,transportation of Carbohydrates,一、糖的消化与吸收,（一）糖的消化,人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原、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%,）,-,极限糊精,+,异麦芽糖,（,30%,）（,5%,）,葡萄糖,唾液中的,-,淀粉酶,-,糖苷酶,-,极限糊精酶,消 化 过 程,肠上皮细胞刷状缘,口腔,肠腔,胰液中的,-,淀粉酶,肠上皮细胞的,蔗糖酶,和,乳糖酶,分别水解蔗糖和乳糖。有人缺乏乳糖酶，造成乳糖不耐症。,食物中含有的大量,纤维素,，因人体内无,-,糖苷酶,而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。,（二）糖的吸收,1.,吸收部位：,小肠上段,2.,吸收形式：,单糖（主要是葡萄糖）,吸收机制：,通过,Na,+,依赖型葡萄糖转运蛋白,SGLT,(sodium-dependent glucose transporter),主动耗能吸收。,ATP,G,Na,+,K,+,Na,+,泵,小肠上皮细胞,肠腔,门静脉,葡萄糖吸收机制,Na,+,依赖型葡萄糖转运蛋白,SGLT,刷状缘,细胞内膜,ADP+Pi,二、葡萄糖转运进入细胞,小肠肠腔,肠上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,血中葡萄糖通过,葡萄糖转运蛋白,GLUT,(glucose transporter),进入组织细胞,，已发现,12,种葡萄糖转运蛋白。,第 二 节,糖的无氧氧化,anaerobic oxidation,糖酵解的概念,糖的无氧氧化的反应部位：,胞液,在细胞不能利用氧或氧供应不足时，葡萄糖分解为丙酮酸进而还原生成,乳酸,的过程称为糖的无氧氧化,(anaerobic oxidation),。,糖的无氧氧化的概念,葡萄糖在细胞液中分解为,丙酮酸,，是葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径，称为糖酵解,(glycolysis),。,第一阶段：糖酵解，葡萄糖分解成丙酮酸。此阶段,10,步反应。,第二阶段：丙酮酸还原生成乳酸。,此阶段,1,步反应。,糖的无氧氧化分为两个阶段,一、糖的无氧氧化反应过程,1.,葡萄糖磷酸化为葡糖,-6-,磷酸,ATP,ADP,己糖激酶,(hexokinase),G,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,G,G-6-P,（一）糖酵解,o,o,哺乳类动物体内已发现,4,种己糖激酶同工酶,，分别称为,型。,肝细胞中存在的是,型，称为,葡萄糖激酶,(glucokinase),，特点是：,对葡萄糖亲和力很低，受激素调控。,其对肝维持血糖稳定至关重要，血糖显著升高时，肝通过其作用加快对葡萄糖的利用。,2.,葡糖,-6-,磷酸转变为果糖,-6-,磷酸,己糖异构酶,G,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,G-6-P,F-6-P,o,3.,果糖,-6-,磷酸转变为果糖,-,1,6-,二磷酸,ATP,ADP,磷酸果糖激酶,-,1,G,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸果糖激酶,-1,(6-phosphfructokinase-1,PFK-1),F-6-P,F-1,6-BP,F-1,6-BP,4.,果糖,-1,6-,二磷酸裂解成磷酸丙糖,醛缩酶,(aldolase),Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸二羟丙酮,3-,磷酸甘油醛,+,5.,磷酸二羟丙酮转变为,3-,磷酸甘油醛,磷酸丙糖异构酶,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,3-,磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,6.3-,磷酸甘油醛氧化为,1,3-,二磷酸甘油酸,Pi,、,NAD,+,NADH+H,+,3-,磷酸甘油醛脱氢酶,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,3-,磷酸甘油醛,1,3-,二磷酸,甘油酸,H,7.1,3-,二磷酸甘油酸转变成,3-,磷酸甘油酸,ADP,ATP,磷酸甘油酸激酶,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,在代谢反应中，底物分子分解使,ADP,磷酸化生成,ATP,，称为,底物水平磷酸化,。,1,3-,二磷酸,甘油酸,3-,磷酸甘油酸,8.3-,磷酸甘油酸转变为,2-,磷酸甘油酸,磷酸甘油酸,变位酶,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,9.2-,磷酸甘油酸变为磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,2-,磷酸甘油酸,+,H,2,O,磷酸烯醇式丙酮酸,PEP,ADP,ATP,丙酮酸激酶,(pyruvate kinase),Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,10.,磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,通过底物水平磷酸化生成,ATP,(,二,),丙酮酸还原生成乳酸,丙酮酸,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。,乳酸脱氢酶,(LDH),NADH+H,+,NAD,+,E1:,己糖激酶,E2:,磷酸果糖激酶,-1,E3:,丙酮酸激酶,NAD,+,乳 酸,糖的无氧氧化,G,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,NADH+H,+,Pi,二、糖酵解的调节,关键酶,己糖激酶,磷酸果糖激酶,-1,丙酮酸激酶,调节方式,别构调节,化学修饰调节,（一）磷酸果糖激酶,-1,活性调节,别构激活剂：,AMP,，,ADP,，,F-1,6-BP,，,F-2,6-BP,别构抑制剂：,ATP,（高浓度），柠檬酸,磷酸果糖激酶,-1(PFK-1),是调节糖酵解速率最重要的酶。其活性可受,别构调节、化学修饰调节（间接）。,F-2,6-BP,是最强的别构激活剂，其,生成酶,和,分解酶,受,胰高血糖素通过化学修饰调节。,PFK-2:,磷酸果糖激酶,-2,FBP-2:,果糖二磷酸酶,-2,F-6-P,F-2,6-BP,PFK-2,FBP-2,ATP,ADP,Pi,F-6-P,磷蛋白磷酸酶,Pi,PKA,ATP,ADP,Pi,胰高血糖素,ATP,cAMP,PFK-2,（有活性）,FBP-2,（无活性）,PFK-2,（无活性）,FBP-2,（有活性）,P,P,F-2,6-BP,PFK-2:,磷酸果糖激酶,-2,FBP-2:,果糖二磷酸酶,-2,（,二）丙酮酸激酶活性调节,1.,别构调节,别构抑制剂：,ATP,，丙氨酸,别构激活剂：,F-1,6-BP,2.,化学修饰调节,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,Ca,2+,-CaM,激酶,P,（,CaM,：,钙调蛋白）,cAMP,PKA,(,三,),己糖激酶活性调节,己糖激酶：,受,G-6-P,反馈抑制（别构抑制）。,（肝葡萄糖激酶不受其抑制）,肝葡萄糖激酶：,受,长链脂肪酰,CoA,别构抑制；,胰岛素,可诱导该酶的合成。,三、糖无氧氧化的生理意义,1.,是机体在氧供应不足时获取能量的方式。,2.,是某些细胞在氧供应正常时的重要供能途径。,无线粒体的细胞，如：红细胞,代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞,(,能量生成：,1,分子葡萄糖产生,4,分子,ATP,，减去消耗的,2,分子,ATP,净生成,2,分子,ATP,).,四、其他单糖的代谢,果糖、半乳糖,和,甘露糖,都可通过转变为糖酵解的中间产物而进入糖酵解途径代谢。,（略，自学）,第三节 糖的有氧氧化,aerobic oxidation,机体利用氧将葡萄糖彻底氧化成,H,2,O,和,CO,2,的反应过程，称为糖的有氧氧化,(aerobic oxidation),。是体内糖分解供能的主要方式。,细胞部位,：,胞液及线粒体,糖的有氧氧化概念：,一、有氧氧化的反应过程,第一阶段：糖酵解,第二阶段：丙酮酸氧化脱羧,第三阶段：柠檬酸循环,氧化磷酸化,G,（,Gn,）,丙酮酸,乙酰,CoA,CO,2,NADH+H,+,FADH,2,H,2,O,O,ATP,ADP,柠檬酸,循,环,胞液,线粒体,（一）糖酵解阶段,糖有氧氧化的糖酵解阶段与糖无氧氧化中所述相同，代谢过程共,10,步反应，产物为丙酮酸。略。,（二）丙酮酸氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体，,氧化脱羧为,乙酰,CoA,(acetyl CoA),。,丙酮酸,乙酰,CoA,NAD,+,HSCoA,CO,2,NADH+H,+,丙酮酸脱氢酶复合体,（此反应不可逆）,COOH,C=O,CH,3,CH,3,-C-SCOA,O,CH,3,-C-SCOA,丙酮酸脱氢酶复合体,酶,辅 酶,E,1,：,丙酮酸脱氢酶,TPP,E,2,：,二氢硫辛酰胺转乙酰酶,硫辛酸,HSCoA,E,3,：,二氢硫辛酰胺脱氢酶,FAD,NAD,+,HSCoA,NAD,+,（三）柠檬酸循环与氧化磷酸化,柠檬酸循环，,详见下述；,氧化磷酸化，见,第八章 生物氧化,。,二、柠檬酸循环,细胞部位：,线粒体,柠檬酸循环,(citric acid cycle),又称,三羧酸循环,(tricarboxylic acid cycle,TAC),，因循环反应中第一个产物是一个含三个羧基的柠檬酸而命名。由,Krebs,正式提出，又称,Krebs,循环,。,其是乙酰,CoA,和草酰乙酸缩合生成柠檬酸，经,4,次脱氢、,2,次脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。,乙酰,CoA,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,-,酮戊二酸,琥珀酰,CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,缩合,脱水,水合,氧化脱羧,水合,脱氢,底物水平磷酸化,氧化脱羧,脱氢,CO,2,+NADH,CO,2,+NADH,GTP,FADH,2,NADH,（一）,柠檬酸循环,一次循环，分解消耗一分子,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,FADH,2,，,3,分子,NADH+H,+,，,2,分子,CO,2,，,1,分子,GTP,。,经氧化磷酸化后，总能量生成,10,分子,ATP,。,循环共,8,步反应，有三步不可逆反应，关键酶是：,柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，,-,酮戊二酸脱氢酶复合体，,整个循环反应为不可逆。,柠檬酸循环小结：,（二）柠檬酸循环的生理意义,是三大营养物质分解产能的共同通路；,是三大营养物质代谢联系的枢纽。,糖有氧氧化生成的,2H,进入呼吸链氧化磷酸化生成,ATP,，每分子,NADH+H,+,生成,2.5,分子,ATP,，每分子,FADH,2,生成,1.5,分子,ATP,，加上底物水平磷酸化，,1,分子葡萄糖彻底分解可净生成,30,或,32,分子,ATP,。,三、糖有氧氧化生成的,ATP,反 应,辅 酶,最终获得,ATP,第一阶段（胞液）,葡糖糖葡糖,-6-,磷酸,-1,果糖,-6-,磷酸果糖,-1,6-,二磷酸,-1,23-,磷酸甘油醛,21,3-,二磷酸甘油酸,2NADH,3,或,5*,21,3-,二磷酸甘油酸,23-,磷酸甘油酸,2,2,磷酸烯醇式丙酮酸,2,丙酮酸,2,第二阶段（线粒体）,2,丙酮酸,2,乙酰,CoA,2NADH,5,第三阶段（线粒体）,2,异柠檬酸,2-,酮戊二酸,2-,酮戊二酸,2,琥珀酰,CoA,2,琥珀酰,CoA2,琥珀酸,2,琥珀酸,2,延胡索酸,2,苹果酸,2,草酰乙酸,2NADH,2NADH,2FADH,2,2NADH,5,5,2,3,5,由,1,分子葡糖糖总共获得,30,或,32,葡萄糖有氧氧化生成的,ATP,四、糖有氧氧化的调节,关键酶,糖酵解：,己糖激酶,丙酮酸氧化脱羧：,丙酮酸脱氢酶复合体,柠檬酸循环：,柠檬酸合酶,丙酮酸激酶,磷酸果糖激酶,-1,异柠檬酸脱氢酶,-,酮戊二酸脱氢酶复合体,（一）丙酮酸脱氢酶复合体调节,1.,别构调节,别构抑制剂：乙酰,CoA;NADH;ATP,别构激活剂：,AMP,2.,化学修饰调节,胰岛素和,Ca,2+,激活,丙酮酸脱氢酶磷酸酶使丙酮酸脱氢酶,脱磷酸化,而活性增强,；,乙酰,CoA,和,NADH,激活丙酮酸脱氢酶激酶使丙酮酸脱氢酶,磷酸化,而失活，,NAD,+,、,ADP,则与之作用相反。,丙酮酸脱氢酶复合体调节,乙酰,CoA,柠檬酸,草酰乙酸,琥珀酰,CoA,-,酮戊二酸,异柠檬酸,苹果酸,NADH,GTP,ATP,异柠檬酸,脱氢酶,柠檬酸合酶,-,酮戊二酸,脱氢酶复合体,ATP,NADH,+,ADP,ADP,+,ATP,柠檬酸,琥珀酰,CoA,NADH,ATP,琥珀酰,CoA,NADH,+,ADP,Ca,2+,Ca,2+,ATP,、,ADP,的影响,产物引起抑制,Ca,2+,可激活,一些酶,（二）柠檬酸循环调节,五、糖有氧氧化抑制糖无氧氧化,现象,机制,有氧时，糖酵解第,6,步生成的,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，表现为抑制糖无氧氧化。,糖有氧氧化具有抑制糖无氧氧化的作用，此现象又称巴斯德效应,(Pastuer effect),。,第 四 节,磷酸戊糖途径,pentose phosphate pathway,磷酸戊糖途径概念,磷酸戊糖途径,(,Pentose Phosphate Pathway),是指由葡萄糖生成,磷酸核糖,及,NADPH+H,+,，过剩的前者再进一步转变成果糖,-6-,磷酸和,3-,磷酸甘油醛的过程。,细胞定位：,胞 液,第一阶段：氧化反应，生成,磷酸核,糖、,NADPH+H,+,及,CO,2,。,一、磷酸戊糖途径的反应过程,反应过程分为二个阶段,第二阶段：基团转移反应，过剩的,磷,酸核糖,生成果糖,-6-,磷酸和,3-,磷酸,甘油醛。,NADPH+H,+,NADP,+,H,2,O,葡糖,-6-,磷酸脱氢酶,葡糖,-6-,磷酸,6-,磷酸葡糖酸内酯,（一）氧化反应,核糖,-5-,磷酸,P,核酮糖,-5-,磷酸,NADP,+,NADPH+H,+,6-,磷酸葡糖酸脱氢酶,CO,2,6-,磷酸葡糖酸,细胞对,NADPH,的消耗量远大于磷酸核糖。,当磷酸核糖过剩时，每,3,分子葡糖,-,6-,磷酸,参与反应，生成的,3,分子磷酸戊糖,进行基团转移反应，通过,3C,、,4C,、,5C,、,6C,、,7C,等演变阶段，最终生成,2,分子果糖,-,6-,磷酸,和,1,分子,3-,磷酸甘油醛。,后两者进入糖,酵解途径代谢。,主要参与酶：转酮醇酶、转醛醇酶。,（二）基团转移反应,核酮糖,-5-,磷酸,(,C,5,)3,核糖,-,5-,磷酸,C,5,木酮糖,-,5-,磷酸,C,5,木酮糖,-5-,磷酸,C,5,景天糖,-7-,磷酸,C,7,3-,磷酸甘油醛,C,3,赤藓糖,-,4-,磷酸,C,4,果糖,-,6-,磷酸,C,6,果糖,-,6-,磷酸,C,6,3-,磷酸甘油醛,C,3,磷酸戊糖途径,第二阶段,木酮糖,-5-,磷酸,C,5,木酮糖,-5-,磷酸,C,5,景天糖,-7-,磷酸,C,7,3-,磷酸甘油醛,C,3,赤藓糖,-4-,磷酸,C,4,果糖,-6-,磷酸,C,6,果糖,-,6-,磷酸,C,6,3-,磷酸甘油醛,葡糖,-6-,磷酸,(C,6,)3,6-,磷酸葡糖酸内酯,(C,6,)3,6-,磷酸葡糖酸,(C,6,)3,核酮糖,-5-,磷酸,(C,5,)3,核糖,-5-,磷酸,C,5,3NADP,+,3NADP+3H,+,葡糖,-6-,磷酸脱氢酶,3NADP,+,3NADP+3H,+,6-,磷酸葡糖酸脱氢酶,3CO,2,第一阶段,C3,二、磷酸戊糖途径的调节,主要调节,葡糖,-6-,磷酸脱氢酶,该酶为磷酸戊糖途径的关键酶，主要受,NADPH/NADP,+,比值,的调节，比值升高则被抑制，降低则被激活。,三、磷酸戊糖途径的生理意义,（一）为核苷酸生物合成提供,磷酸核糖,（二）提供,NADPH,作为供氢体参与多种代谢反应,1.,NADPH,是体内许多合成代谢的,供氢体,2.,NADPH,参与体内的,羟化反应,3.,NADPH,可维持,GSH,的还原状态,2G-SH G-S-S-G,NADP,+,NADPH+H,+,A,AH,2,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，是机体能迅速动用的能量储备。,糖原储存的主要组织器官及其生理意义,肌肉：肌糖原，,180,300,g,，供肌肉收缩所需。,肝脏：肝糖原，,70,100g,，维持血糖水平。,糖原的结构特点,糖原中葡萄糖单元以,-1,4-,糖苷键,形成直链，分枝处以,-1,6-,糖苷键,连接。糖原直链短、分支多。,一、糖原的合成代谢,合成部位,糖原合成,(glycogenesis),指以葡萄糖为,基本单位合成糖原的过程。,组织部位：主要在肝脏、肌肉,细胞部位：胞液,（一）,葡萄糖活化为,UDPG,葡萄糖,葡糖,-,6-,磷酸,ATP,ADP,己糖激酶,;,葡萄糖激酶（肝）,葡糖,-1-,磷酸,磷酸葡萄糖变位酶,PPi,UDPG,焦,磷酸化酶,尿苷二磷酸葡萄糖,UDPG,UTP,UDPG,称,“活性葡萄糖”，,作为,葡萄糖供体。,PPi,UDPG,焦磷酸化酶,UTP,葡糖,-,1-,磷酸,尿苷二磷酸葡萄糖,UDPG,糖原,n +,UDPG,糖原,n+1 +,UDP,糖原合酶,(glycogen synthase),（二）糖原合酶催化形成糖原直链,（,-1,4-,糖苷键形成）,糖原合酶,是糖原合成的关键酶。,糖原,n,为原有的较小糖原分子，称为,糖原引物,，作为,UDPG,上葡萄糖基的接受体。,分支酶,(branching enzyme),将一段约,6,7,个葡萄糖基的糖链转移到临近的糖链上，以,-1,6-,糖苷键,相连，形成糖原分支。在各分支末端，糖原合酶又可延长糖链。,（三）分支酶催化形成糖原分支,（,-1,6-,糖苷键形成）,糖原分支的形成,分 支 酶,(branching enzyme,),-1,6-,糖苷键,-1,4-,糖苷键,在糖原分子的核心发现了一种名为,glycogenin,的蛋白质,。,Glycogenin,可对其自身进行共价修饰，将,UDPG,的葡萄糖基结合到自身分子的,酪氨酸残基,上。这样就成为糖原合成时的引物。,作为引物的第一个糖原分子从何而来？,二、糖原的分解代谢,细胞部位：,胞 浆,糖原分解,(glycogenolysis),是指糖原分解为葡糖,-,6,-,磷酸或葡萄糖的过程。,糖原在肝脏分解为葡萄糖，补充血糖；在肌肉分解为葡糖,-,6,-,磷酸，进入糖酵解途径供能。,糖原,n+1,糖原,n,+,葡糖,-1-,磷酸,糖原磷酸化酶,（一）糖原磷酸化酶作用,Pi,糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶。,糖原磷酸化酶催化分解糖原直链中的,-1,4-,糖苷键。,（二）脱支酶作用,脱支酶具有两种酶活性：,葡聚糖转移酶、,-1,6,葡萄糖苷酶。,糖原磷酸化酶分解糖原直链到离糖链分支点,4,个葡萄糖基,时，不能再发挥作用。,此时，脱支酶发挥,葡聚糖转移酶,活性，将,3,个葡萄糖基,转移到临近的糖链末端，分支点处的,1,个葡萄糖基,由脱支酶发挥,-1,6-,葡萄糖苷酶,活性将其水解生成,葡萄糖,。去分支后磷酸化酶可继续作用。,脱支酶,(debranching enzyme),脱支酶的作用,磷 酸 化 酶,葡聚糖转移酶活性,-1,6-,糖苷酶活性,葡糖,-1-,磷酸,葡糖,-6-,磷酸,磷酸葡萄糖,变位酶,（三）,葡糖,-1-,磷酸转变成葡糖,-6-,磷酸,在糖原磷酸化酶、脱支酶,的作用下，糖原分解产物中,约,85%,为葡糖,-1-,磷酸，,15%,为葡萄糖。,（四）葡糖,-6-,磷酸水解生成葡萄糖,葡糖,-6-,磷酸酶,葡萄糖,葡糖,-6-,磷酸,葡糖,-6-,磷酸酶,存在于肝中，不存在于肌肉中，故肝糖原分解可补充血糖，肌糖原只能生成,葡糖,-6-,磷酸,进入糖酵解代谢。,Pi,H,2,O,三、糖原合成与分解的调节,关键酶,糖原合成：,糖原合酶,糖原分解：,磷酸化酶,两种酶都有,有活性、无（低）活性,二种形式，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,糖原合酶,a,（有活性，去磷酸化）,糖原合酶,b,（无活性，磷酸化）,磷酸化酶,a,（有活性，磷酸化）,磷酸化酶,b,（低活性，去磷酸化）,糖原的合成与分解主要受,胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素,等激素的调节。,激素通过一定的作用机制使,糖原合酶、磷酸化酶,发生,磷酸化或去磷酸化修饰，改变其活性，调节糖原的合成与分解。,（一）激素调节,（化学修饰调节）,腺苷酸环化酶,（无活性）,腺苷酸环化酶（有活性）,激素（胰高血糖素、肾上腺素等）,+,受体,ATP,cAMP,PKA,(,无活性,),磷酸化酶,b,激酶,糖原合酶,a,糖原合酶,b-P,PKA,(,有活性,),磷酸化酶,b,磷酸化酶,a-P,磷酸化酶,b,激酶,-P,Pi,磷蛋白磷,酸酶,-1,Pi,Pi,磷蛋白磷酸酶,-1,磷蛋白磷酸酶,-1,磷蛋白磷酸酶抑制剂,-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,PKA,（有活性）,胰岛素可通过激活,磷酸二酯酶,加速,cAMP,的分解参与调节,（二）别构调节,磷酸化酶别构抑制剂：,葡萄糖,糖原合酶别构抑制剂：,AMP,糖原合酶别构激活剂：,ATP,、,葡糖,-6-,磷酸,（骨骼肌组织中）,四、糖原累积症,糖原累积症,(glycogen storage diseases),是指由于先天性缺乏糖原代谢的酶类，导致某些组织器官中大量糖原堆积，属于遗传性代谢病。,（略讲）,型别,缺陷的酶,受害器官,糖原结构,葡萄糖,-6-,磷酸酶缺陷,肝、肾,正常,溶酶体,14,和,16,葡萄糖苷酶,所有组织,正常,脱支酶缺失,肝、肌肉,分支多，外周糖链短,分支酶缺失,所有组织,分支少，外周糖链特别长,肌磷酸化酶缺失,肌肉,正常,肝磷酸化酶缺陷,肝,正常,肌肉和红细胞磷酸果糖激酶缺陷,肌肉、红细胞,正常,肝磷酸化酶激酶缺陷,脑、肝,正常,糖原累积症分型,第六节 糖 异 生,有乳酸、甘油、生糖氨基酸等。,概念,糖异生,（,Gluconeogenesis,）,是指由非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。,部位,肝、肾细胞的胞液及线粒体。,（主要在肝，长期饥饿肾加强）,原料,一、糖异生途径,糖异生途径与糖酵解大多数反应是共有的、可逆的；糖酵解途径中有,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。,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,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,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,糖异生途径,(gluconeogenic pathway),指从丙酮酸生成葡萄糖的反应过程。,（一）丙酮酸羧化支路,丙酮酸,草酰乙酸,PEP,ATP,ADP+Pi,CO,2,GTP,GDP,CO,2,丙酮酸羧化酶,，,辅酶为生物素,（反应在线粒体）,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,（反应在线粒体和胞液，主要在胞液）,丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,ATP+CO,2,ADP+Pi,苹果酸,NADH+H,+,NAD,+,天冬氨酸,谷氨酸,-,酮戊二酸,天冬氨酸,苹果酸,草酰乙酸,PEP,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,GTP,GDP+CO,2,线粒体,胞液,（二）果糖,-1,6-,二磷酸转变为果糖,-6-,磷酸,果糖,-1,6-,二磷酸,果糖,-6-,磷酸,Pi,果糖二磷酸酶,-1,（三）葡糖,-6-,磷酸水解为葡萄糖,葡糖,-6-,磷酸,葡萄糖,Pi,葡糖,-6-,磷酸酶,二、糖异生的调节,在三个反应中，作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称之为,底物循环,(substratecycle),。,果糖,-6-,磷酸,果糖,-1,6-,二磷酸,磷酸果糖激酶,-1,果糖二磷酸酶,-1,葡糖,-6-,磷酸,葡萄糖,葡糖,-6-,磷酸酶,己糖激酶,PEP,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙,酮酸羧激酶,通过调节使糖异生途径与糖酵解途径相互协调，主要是对底物循环中的,后,2,个底物循环进行调节。,果糖,-6-,磷酸,果糖,-1,6-,二磷酸,ATP,ADP,磷酸果糖激酶,-1,Pi,果糖二磷 酸酶,-1,果糖,-2,6-,二磷酸,AMP,（一）果糖,-6-,磷酸与果糖,-1,6-,二磷酸之间,胰高血糖素和胰岛素,可影响果糖,-2,6-,二磷酸（前者降，后者升）来调节糖酵解和糖异生。,（二）磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间,PEP,丙 酮 酸,ATP,ADP,丙酮酸激酶,果糖,-1,6-,二磷酸,丙氨酸,乙 酰,CoA,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,丙酮酸脱氢酶,磷酸烯醇式,丙酮酸羧激酶,胰高血糖素,诱导磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶生成，降低丙酮酸激酶活性；,胰岛素,可降低磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶活性。,三、糖异生的生理意义,（一）维持血糖恒定,（二）补充肝糖原,三碳途径,：,指进食后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为丙酮酸或乳酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。,（三）维持酸碱平衡,乳酸异生为糖，糖异生促进肾泌氨泌,H,+,肝,肌肉,四、乳酸循环,（,Cori,循环）,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,糖酵解,丙酮酸,乳酸,NADH,NAD,+,乳酸,乳酸,NAD,+,NADH,丙酮酸,糖异生,血液,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 节葡萄糖的其他代谢途径,Other Metabolism Pathways of Glucose,一、糖醛酸途径,反应过程：,葡糖,-6-,磷酸,葡糖,-1-,磷酸,UDPG,UDPGA,1-,磷酸葡糖醛酸,葡糖醛酸,L-,古洛糖酸,L-,木酮糖,木糖醇,D-,木酮糖,木酮糖,-5-,磷酸,磷酸戊糖途径,UDPGA,（尿苷二磷酸葡糖醛酸,),是葡糖醛酸基的供体。,2NADH,+2H,+,UDPG,脱氢酶,H,2,O,UDPGA,的生成,1.,糖醛酸途径的主要生理意义是生成活化的葡糖醛酸，即,UDPGA,。,葡糖醛酸是组成蛋白聚糖的糖胺聚糖的成分，如透明质酸、硫酸软骨素、肝素等。,2.,葡糖醛酸在生物转化过程中参与多种结合反应。（见第十一章）,生理意义：,二、多元醇途径,葡萄糖代谢可生成一些多元醇，,如木糖醇,(xylitol),、山梨醇,(sorbitol),等，故称为多元醇途径,(polyol pathway),。,多元醇途径局限于某些组织，在肝、脑、肾上腺、眼等组织具有重要生理、病理意义。如糖尿病时眼晶状体中葡萄糖增加，生成较多山梨醇，可增加渗透压而引起白内障。,三、,2,3-,二磷酸甘油酸旁路,红细胞糖酵解存在,2,3-,二磷酸甘油酸旁路，,即在,1,3-,二磷酸甘油酸,(1,3,-BPG),处形成分支，生成,2,3-,二磷酸甘油酸,(2,3,-BPG),，可再转变为,3-,磷酸甘油酸返回糖酵解。,2,3-,BPG,旁路的生理功能是,调节血红蛋白运氧。,2,3-,BPG,可与血红蛋白结合，,降低血红蛋白与,O,2,的亲和力。,当血液通过氧分压较高的肺部时，,2,3-,BPG,的影响不大；当血液流过氧分压较低的组织时，,2,3-,BPG,显著增加,O,2,释放，以供组织需要。,第八节 血糖及其调节,正常血糖浓度,：,3.896.11mmol,/L,。,低血糖指血糖低于,2.8mmol/L,，,高血糖是指空腹血糖高于,7.1mol/L,。,血糖：,指血液中的葡萄糖。,（自学）,血糖水平恒定有重要生理意义。,血糖水平主要受激素调节。,胰岛素降低血糖；胰高血糖素、糖皮质激素、肾上腺素升高血糖。,