糖与糖代谢主题医学知识.ppt

,*,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,资料仅供参考,不当之处，请联系改正。,糖 类 概 述,糖的定义与结构,糖类的定义,多羟基醛或多羟基酮,由于糖的碳原子数和不对称碳原子的构型不同，形成不同的糖,糖的结构,D-、L-构型,环状结构式,椅式、船式,糖的一般性质,旋光性,溶解度,甜度,化学反应,寡糖与多糖,寡糖,少数单糖(210)通过糖苷键缩合而形成的聚合物,糖苷键：糖的半缩醛羟基，与其他分子的羟基脱水缩合形成，分,-、-两种构型,常见双糖：,麦芽糖：葡萄糖-（14）-葡萄糖苷,蔗糖：葡萄糖-,(12)-果糖苷,乳糖：葡萄糖-,(,1,4)-半乳糖苷,纤维二糖：葡萄糖-,(,1,4)-,葡萄糖苷,多糖,均一多糖,淀粉,糖原,纤维素、几丁质,不均一多糖：透明质酸,、,硫酸软骨素,、,硫酸角质素、肝素,单糖衍生物,糖醇：甘露醇,氨基糖：D-氨基葡萄糖，氨基半乳糖,糖苷：单糖上的半缩醛羟基，与非糖物质的羟基形成糖苷键，这样形成的物质称糖苷,糖蛋白与蛋白多糖,按糖与蛋白质的比例分,糖蛋白功能：,由于糖蛋白的高粘度特性，机体用它作为润滑剂,防护蛋白水解酶的水解作用,防止细菌、病毒侵袭。,在组织培养时对细胞粘着和细胞接触抑制作用。,对外来组织的细胞识别也有一定作用,与肿瘤特异性抗原活性的鉴定有关,糖脂与脂多糖,糖类的主要生理功能,体内最重要的能源物质和重要的能源贮备形式,生物有机分子碳骨架的主要提供者,重要的生物结构性和功能性物质,参与肌体代谢的调控物质的形成,糖酵解,糖的消化与吸收,食物中的糖,多糖的酶促分解,淀粉的水解,糖原的分解,纤维素的水解,双糖的分解,糖的分解代谢,糖在生物体内的代谢途径,无氧分解：糖酵解,彻底氧化：TCA循环,其他代谢途径：磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等,糖酵解途径的代谢过程,定义：葡萄糖在无氧条件下分解产生丙酮酸，并产生ATP的过程,准备阶段（6C阶段）,葡萄糖,G-6-P，己糖激酶（HK,肝内为葡萄糖激酶GK），糖酵解的第一个限速步骤。,G-6-PF-6-P，磷酸葡萄糖同分异构酶催化。,F-6-PF-1,6-2P，磷酸果糖激酶（PFK-1），,糖酵解的第二个限速步骤，也是糖酵解途径进入共通途径的限速步骤,F-1,6-2P,甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟基丙酮，醛缩酶催化，以逆反应命名,磷酸二羟基丙酮在磷酸丙糖异构酶的催化下可以变为,甘油醛-3-磷酸,产能阶段（3C阶段）,甘油醛-3-磷酸,甘油酸-1,3-二磷酸，甘油醛-3-磷酸脱氢酶，以NAD,+,为辅酶。产生一分子NADH+H,+,甘油酸-1,3-二磷酸,甘油酸-3-磷酸。甘油酸磷酸激酶,甘油酸-3-磷酸,甘油酸-2-磷酸，甘油酸磷酸变位酶,甘油酸-2-磷酸,磷酸烯醇式丙酮酸，烯醇化酶,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸，,丙酮酸激酶，限速步骤，调节糖酵解与糖异生的平衡，也是其他中间代谢物进入糖代谢的枢纽,丙酮酸的去向,有氧条件下，进入TCA继续氧化,无氧条件下，还原成乳酸，或者在脱羧酶作用下生成乙醛在脱氢生成乙醇,作为中间体转变为氨基酸等,不同糖类物质进入糖酵解的方式,果糖直接磷酸化，生成F-6-P，进入糖酵解,其他单糖：在异构化酶的作用下，转变为葡萄糖，在进入糖酵解途径,糖原：在磷酸化酶作用下，磷酸解生成G-1-P，再由磷酸葡萄糖变位酶作用，转变为G-6-P,淀粉等分解产生葡萄糖，进入糖酵解,糖酵解的产能计算,无氧条件下：激活1分子葡萄糖需1ATP，生成F-1,6-2P时消耗,1,ATP，一分子葡萄糖可生成2分子3-P-甘油醛，1分子后者生成丙酮酸一共生成,2,ATP，所以1分子葡萄糖通过酵解净生成,2,分子ATP，其中脱氢生成的NADH用于还原丙酮酸生成乳酸，或还原乙醛到乙醇,如果从糖原出发，可多生成一分子ATP,有氧条件下，NADH可以进入呼吸链，将H传递到氧，生成3ATP，所以可净生成,8,ATP,糖酵解的调控,磷酸果糖激酶（PFK-1）的调控：,ATP/AMP，ATP,则抑制，,AMP,则激活,H,+,抑制该酶活性，防止过多酸堆积引起中毒,柠檬酸、脂肪酸增加ATP对该酶的抑制,-D-果糖-2,6-二磷酸可解除,ATP对该酶的抑制,激素对糖酵解的调节,己糖激酶的调控：,G-6-P是别构抑制剂,葡萄糖是激活剂,丙酮酸激酶的调控,F-1,6-2P激活,Ala抑制该酶活性,能荷高时ATP别构抑制L型丙酮酸激酶同工酶（肝内）活性，肌肉、脑组织中则没有该功能,糖酵解的生理意义,无氧条件下产能代谢主要形式,联系无氧代谢与有氧代谢的纽带,微生物发酵的重要途径,糖类和某些氨基酸进入共同代谢途径的通路,产物作为合成代谢的中间体,三 羧 酸 循 环,概述,葡萄糖的彻底氧化,丙酮酸在有氧条件下可以进一步氧化，直至生成二氧化碳和水，这个过程主要通过三羧酸循环实现,彻底氧化通过脱氢、脱羧来实现,三羧酸循环,丙酮酸脱氢、脱羧生成的乙酰CoA，与草酰乙酸结合生成柠檬酸，经过一系列的脱氢、脱羧反应最后重新生成草酰乙酸，同时释放能量的过程，该过程形成一个闭合的循环，称三羧酸循环，也叫柠檬酸循环、Krebs循环。,真核细胞的三羧酸循环，在线粒体进行。,丙酮酸的脱氢,参与反应的辅酶因子,TPP,硫辛酸,辅酶A,FAD、NAD,+,、Mg,2+,丙酮酸脱氢酶系,由3种酶、60个亚基构成的、分子量4,600,000的多酶体系,丙酮酸脱羧酶（E1）,硫辛酸乙酰转移酶（E2）,二氢硫辛酸脱氢酶（E3）,脱氢过程,丙酮酸脱羧,羟乙基-,TPP，丙酮酸脱羧酶催化,硫辛酸乙酰转移酶（E2）催化羟乙基,乙酰基，同时转移给硫辛酸与酶蛋白形成的硫辛酰胺基上，形成乙酰,硫辛酰胺,硫辛酸乙酰转移酶（E2）催化,乙酰,硫辛酰胺的,乙酰基转移给CoA形成乙酰CoA,二氢硫辛酸脱氢酶（E3）以FAD为辅酶使二氢硫辛酸重新氧化。,FADH,2,还原,NAD,+,脱羧过程的调控,不可逆过程、限速步骤,产物抑制、反应物激活,核苷酸调节,可逆磷酸化共价调节：磷酸化使活性降低,三羧酸循环,反应过程,草酰乙酸+乙酰CoA,柠檬酸，柠檬酸合成酶催化，,限速步骤,，酶由两个亚基构成,柠檬酸,异,柠檬酸：顺乌头酶催化，先脱水后加水。顺乌头酶含铁硫中心（4个Fe，4个S，4个Cys）,异柠檬酸,-酮戊二酸，氧化脱羧反应，,异柠檬酸脱氢酶催化，以NAD,+,或NADP+作为氢受体，先生成草酰琥珀酸，再脱羧，,限速步骤,-酮戊二酸琥珀酰CoA，氧化脱羧反应，,-酮戊二酸脱氢酶系催化，该酶系与丙酮酸脱氢酶系相似，由,-酮戊二酸脱氢酶、琥珀酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶组成,限速步骤,琥珀酰CoA,琥珀酸，产生GTP。由,琥珀酰CoA合成酶催化，底物水平的磷酸化,琥珀酸,延胡索酸，,琥珀酸脱氢酶催化，辅基是FAD，丙二酸是该酶的竞争性抑制剂，含铁硫中心，参入线粒体内膜。,延胡索酸水化苹果酸，,延胡索酸酶催化，由立体异构特异性,苹果酸脱氢生成草酰乙酸，苹果酸脱氢酶催化。,三羧酸循环的产能计算,2次脱羧、4次脱氢,3对氢由NADH呼吸链传递到氧，3,3=9ATP,1,对氢由FADH,2,呼吸链传递到氧，2,ATP,一个底物水平的磷酸化,1GTP=1ATP,共计 12,ATP,三羧酸循环的调控,柠檬酸合成酶,受ATP、NADH、琥珀酰CoA、脂肪酰CoA抑制,氟乙酰,CoA，可生成,氟柠檬酸，抑制后面的反应,异柠檬酸脱氢酶,ADP是别构激活剂,NAD,+,、Mg,2+,有协同作用,NADH、ATP可抑制该酶活性,-酮戊二酸脱氢酶系：,受NADH、琥珀酰CoA、Ca,2+,抑制,ATP、GTP高能荷时抑制,没有共价修饰调节,三羧酸循环的回补反应,丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸，需要生物素,磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸羧化激酶作用下生成草酰乙酸，心脏、大脑中存在,Asp、Glu转氨基作用生成草酰乙酸和,-酮戊二酸，Ile、Val、Thr、Met可以形成琥珀酰CoA,乙醛酸循环,植物、微生物中特有的通路,由乙酰CoA与草酰乙酸合成柠檬酸，再转变为异柠檬酸，异柠檬酸在异柠檬酸裂解酶的作用下生成乙醛酸和琥珀酸，乙醛酸与乙酰CoA在苹果酸合成酶作用下生成苹果酸，在脱氢生成草酰乙酸，称乙醛酸循环,乙醛酸循环的意义,利用二碳化合物合成三羧酸循环的二羧酸、三羧酸，补充三羧酸循环的中间物，增加可利用物质种类,通过乙酰CoA合成草酰乙酸，提高草酰乙酸的数量，有利于脂肪向糖的转化，是植物、微生物特殊代谢所必需的,糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化之间的协调,巴斯德效应：在厌氧条件下高速酵解的酵母，通入氧气后，葡萄糖消耗减少，积累的乳酸消失，称为巴斯德效应,葡萄糖、丙酮酸、ATP、氧含量是三者协调的基础,三者协调调整细胞的能荷状态,三羧酸循环的生理意义,糖、脂质、氨基酸的共同分解代谢途径,为氨基酸、核苷酸等的生物合成提供碳骨架,通过乙酰CoA实现合成代谢与分解代谢的联系,与呼吸链偶联，构成产能代谢的主要部分。,葡萄糖彻底氧化产能的计算,糖的其他分解代谢途径,磷酸戊糖途径,概述：,葡萄糖可以通过脱氢、脱羧生成戊糖来实现氧化分解，这样的代谢过程称为磷酸戊糖途径,反应可分为氧化产能阶段和糖分子重排阶段,氧化产能阶段,6-磷酸葡萄糖脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸内酯，6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化，以NADP作为氢受体，,限速步骤，,NADPH是别构抑制剂,6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸。6-磷酸葡萄糖酸,内酯酶催化。,6-磷酸葡萄糖酸脱氢、脱羧生成5-磷酸核酮糖，6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化，以NADP作为氢受体,分子重排阶段,5-磷酸核酮糖,5-磷酸核糖，磷酸戊糖异构酶催化,5-磷酸核酮糖,5-磷酸木酮糖，磷酸戊糖差向酶,通过转酮和转醛反应生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛,5-磷酸核糖与5-磷酸木酮糖发生转酮反应生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天酮糖,转酮酶催化，TPP、Mg,2+,作为辅酶,3-磷酸甘油醛与7-磷酸景天酮糖发生转醛反应生成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖,4-磷酸赤藓糖与5-磷酸木酮糖发生转酮反应生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛,磷酸戊糖途径的生理意义,产生NADPH,为生物合成提供还原力,产生磷酸戊糖参与核酸代谢,NADPH可以还原谷胱甘肽，保护红细胞,部分途径是光合作用中CO,2,合成葡萄糖的途径,糖醛酸途径,定义,G-6-P或G-1-P，经UDP-葡萄糖醛酸生成糖醛酸的过程称为糖醛酸途径,代谢过程,G-6-P与UTP反应转变为UDPG,UDPG脱氢生成UDP-葡萄糖醛酸，以NAD作为辅酶,UDP-葡萄糖醛酸的去向,合成抗坏血酸,生成UDP-艾杜糖醛酸,与某些药物、毒物的基团结合，生成水溶性化合物，通过尿排出,转变为木酮糖进入磷酸戊糖途径,生理意义,合成抗坏血酸,糖醛酸基的供体：硫酸软骨素,解毒作用,糖的合成代谢,糖异生,概述,生物体利用非糖物质合成葡萄糖的过程，称为糖的异生,除三步反应外，糖异生过程与糖酵解途径互为逆过程，但不能把糖异生看成糖酵解的逆转,反应过程,丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸羧化生成草酰乙酸，丙酮酸羧化酶催化，需要ATP、二价金属离子,草酰乙酸转变为苹果酸，从线粒体转运到细胞质，由苹果酸脱氢酶催化,苹果酸在细胞质内由苹果酸脱氢酶催化转变为草酰乙酸,细胞质的草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸，需GTP，酶含量受激素调节，胰岛素抑制该酶合成，胰高血糖素促进。,磷酸烯醇式丙酮酸沿酵解途径逆向反应转变为1，6-二磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖转变为6-磷酸果糖，果糖磷酸酶催化，该酶是一个别构酶，是糖异生的关键调节酶,6-磷酸果糖转变为葡萄糖，由葡萄糖-6-磷酸酶催化，脑组织、肌肉内不存在该酶,糖异生途径的前体,凡是能生成丙酮酸的物质,三羧酸循环中间体,乙酰CoA在动物体内不能转变为丙酮酸，所以不能参与糖异生，但在植物、微生物体内可通过乙醛酸循环生成草酰乙酸,生糖氨基酸,大多数氨基酸可以转变为三羧酸循环中间物，参与糖异生,Leu、Lys、Trp称生酮氨基酸，一般不能参与糖异生,Cori循环：肌肉剧烈运动产生的乳酸，可运至肝脏，在肝内通过糖异生生成葡萄糖，再运至肌肉,反刍动物在胃内由细菌产生的有机酸，奇数脂肪酸可以通过转变成为琥珀酰CoA,参与糖异生,糖异生的调控,三个调控酶,丙酮酸羧化酶,果糖二磷酸酶,葡萄糖-6-磷酸酶,糖异生与糖酵解的协调,高浓度的G-6-P抑制己糖激酶,关键的调控点在6-磷酸果糖与1，6-二磷酸果糖的转化，2，6-二磷酸果糖是两个关键调控酶的调控物，ATP、柠檬酸对两条路径的效应正好相反,丙酮酸与磷酸烯醇式丙酮酸之间的转化：,在不同的场所进行,乙酰CoA刺激丙酮酸羧化酶、抑制丙酮酸激酶,Ala作为前体促进糖异生，却抑制丙酮酸激酶,激素二者的调控,肾上腺素、胰高血糖素、糖皮质激素等促进糖异生,胰岛素可以使肝磷酸果糖激酶，丙酮酸激酶活性升高，促进酵解，抑制糖异生。,无效循环的可能,糖原的合成,代谢过程,G-6-P生成UDP-葡萄糖，由UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化,UDP-葡萄糖在糖原合成酶的催化下合成新糖原，糖原合成酶是主要的调控酶,分枝糖原由分枝酶（葡萄糖苷4,6转移酶）催化,代谢调控,分解与合成的协调控制,磷酸化酶与糖原合成酶的共价调节，两个酶磷酸化和去磷酸化的方式相似，但受磷酸化调节的结果相反,激素和葡萄糖浓度是协调二者关系的关键,第二信使在糖原合成中的作用(以cAMP为例）,激素与受体结合，激活腺苷酸活化酶，催化ATP环化生成cAMP,cAMP激活蛋白激酶A，激活蛋白激酶A可以催化磷酸化酶与糖原合成酶的磷酸化,级联放大效应,神经和激素对血糖代谢的控制,胰岛素与胰高血糖素,肾上腺素,甲状腺素,糖代谢与疾病,先天性代谢酶缺陷,半乳糖血症：缺乏1-P-半乳糖尿苷酸转移酶,己糖激酶缺乏，2，3-二磷酸甘油酸缺少，影响红细胞的氧释放,丙酮酸激酶缺乏，2，3-二磷酸甘油酸增高,糖尿病,糖原合成减少，分解增加,糖异生作用增加,糖酵解、TCA减弱,葡萄糖进入细胞变慢,化学性质,反应,重要性,由,醛 化,酮 学,产 性,生 质,的,氧化（还原性）,还原金属离子，氧化成糖酸,为鉴定还原糖的基础,还原成醇,醛酮基可被还原成醇,某些植物中所含醇如山梨醇,甘露糖醇可能是由此反应生成,成脎,和苯肼作用成脎,可作为鉴定单糖的基础,异构化（弱碱溶液）,在弱碱溶液中单糖的醛酮基,通过稀醇化作用起分子重排,为单糖转化的基础,发酵,酵母使糖产生乙醇,为酿酒的依据，亦可用来鉴别单糖及制造化学品,由,羟 化,基 学,产 性,生 质,的,成酯,形成磷酸糖酯及乙酰糖酯,磷酸糖酯是糖代谢的中间产物,细胞膜吸收糖也要将糖先转化为磷酸糖酯,成苷,单糖C-1的OH基H可被烷基,或其他基团取代产生糖苷,有些糖苷是药物,脱水,经加浓HCl与加热，成糖产生,醛己糖 产生羟甲基糠醛,可用此反应鉴别醛糖酮糖,氨基化,C-2，C-3上的OH可被NH,2,取代成氨基糖,氨基糖是糖蛋白的组分,脱氨,经脱氨酶作用产生脱氨糖,脱氨糖是核酸的成分,直链淀粉,支链淀粉,糖原,纤维素,几丁质,单体单位,-D-葡萄糖,-D-葡萄糖,-2-N-乙酰葡萄糖胺,糖苷键型,（14）,（14）和（16）,（14）,分支,无,4,9,无,溶解度,融于热水,热水不溶,溶于水,水不溶,绝大部分溶剂不溶,与碘反应,紫兰色,紫红色,棕红色,主要功能,食物贮存,参与结构建成,存在形式,各种白色微粒,白色粉末,白色微晶形等,不定形固体,自然界分布,整个植物界特别是玉米土豆和米,动物肝肌肉和细菌,整个植物界,低等动植物外骨骼，植物,多糖,主要来源,生物功能,残基及其连接方式,淀粉,植物,食物贮存,D-葡萄糖,（14）带有（16）分枝,糖原,动物,纤维素,植物和昆虫,结构和支持物,D-葡萄糖，（14）,几丁质,昆虫、菌类,N乙酰基D葡萄糖胺，（14）,果胶,植物,D半乳糖醛酸及其甲基酯（14）,菊粉,食物贮存,D果糖，（21）,葡聚糖,细菌,细菌在细胞外生成,D葡萄糖，（16），有些分枝,木聚糖,植物,结构支持物,D木糖，（14），常为其他戊糖所取代,粘多糖,透明质酸,高等动物,机体结缔组织和粘液组分,D葡萄糖醛酸，N乙酰基D葡萄糖胺（13），（14）,硫酸软骨素,软骨、腱和皮肤组分,D葡萄糖醛酸，L艾杜糖和4或6硫酸，N乙酰基D半乳糖胺,肝素,肥大细胞,抗凝血物质,L艾杜糖酸和D葡萄糖醛酸及其2硫酸酯，N硫酸D葡萄糖胺6硫酸，（14）,透明质酸,what happens to the sugar?,Hexokinase,Glucose,Induced,fit,Regulatory,ADP,The committing step,The“lysis”,step,Glucose+2 ADP+2Pi+2NAD,+,2 pyruvate+2ATP+2H,2,O+2NADH+2H,+,pyruvate,E,2,hydroxyethyl-TPP,acetyl-CoA,Oxaloacetate,Acetyl-CoA,(E,1,E,2,E,3,),如果按每分子NADH生成3ATP算，应为,36-38ATP,核酮糖 5-磷酸,木酮糖 5-磷酸,TPP,（,转酮醇酶,）,葡糖醛酸,古洛糖酸,古洛糖酸内酯,