第四章-糖代谢Metabolism-of-Carbohydrates.ppt

周爱儒生物化学第六版,第四章 糖代谢,Metabolism of Carbohydrates,2005.09,一、,新陈代谢,（物质代谢和能量代谢）,物质,代谢,大分子分解为小分子,释放能量,需要能量,小分子合成为大分子,分解代谢,合成代谢,能量,代谢,二、,新陈代谢的特征,2、代谢途径的区域化,3、代谢途径的单向性(代谢中的限速酶),1、代谢途径的多样性、复杂性,4、代谢途径的可调节性,新 陈 代 谢 概 述,第一节 概 述,第二节 糖的分解代谢,第三节 糖原合成和分解,第四节 糖异生,第五节 血 糖,第一节 概 述,葡萄糖,(glucose),已醛糖,果糖,(fructose),已酮糖,1.,单糖 不能再水解的糖。,半乳糖,(galactose),已醛糖,核糖,(ribose),戊醛糖,2.,寡糖,常见的几种二糖有：,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,能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。,淀粉,是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒,糖原,是动物体内葡萄糖的储存形式,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖,（40%）（25%）,-临界糊精+异麦芽糖,（30%）（5%）,葡萄糖,唾液中的,-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的,-淀粉酶,二、糖的消化与吸收,糖的主要生理功能,-,氧化产能（第一能源物质）,体内糖代谢概况,无氧酵解,有氧氧化,磷酸戊糖途经,分解代谢,糖原合成和分解,糖异生,血糖,糖在体内的利用、运输形式。,生物膜组分（糖脂/糖蛋白）,组成活性物质（抗体/凝血因子）,第二节 糖,的,分解代谢,Catabolism of Glucose,ATP,的生成,（一）,氧化磷酸化,（二）,底物水平磷酸化,通过代谢，在底物分子上形成一个高能键，然后再直接转交给其它二磷酸核苷(ADP)，生成相应的三磷酸核苷(ATP)的过程。,1、概念：,2、实例（三个）,3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 3-二磷酸甘油酸 2-二磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸-酮戊二酸 琥珀酰CoA 琥珀酸,A,ADP ATP,ATP,生成的主要方式,ATP,生成的次要方式,BP,C,能量产生及关键酶,丙 酮 酸,（2*3C）,2ATP,2H（NADH）,E,1,E,2,E,3,-,1,ATP,F-,1,6,-P,（6C）,-,1,ATP,G,（6C）,G-,6,-P,3-P-,甘油醛,（,2*3C,）,乳 酸,（,2*3C,）,2H,己糖激酶,第一阶段,6C 6C,消耗,2ATP,第二阶段,6C 23C,丙酮酸激酶,第三阶段,23C 23C,一次脱氢、二次产能,无 氧 酵 解基本反应途径,第四阶段,2*3C 2*C,丙酮酸还原生成乳酸,6-磷酸果糖激酶-1,净生成2ATP,（三）糖酵解生理意义,1、迅速供能，对肌收缩尤为重要,2、为某些组织细胞提供能量(RBC),3、为代谢活跃的神经、白细胞、骨髓等提供,部分能量,糖酵解小结：,反应部位：胞浆,不需氧,有三步不可逆反应,G,G-6-P,ATP,ADP,己糖激酶,ATP,ADP,F-6-P,F-1,6-2P,磷酸果糖激酶-1,ADP,ATP,PEP,丙酮酸,丙酮酸激酶,（四）糖酵解的调节,关键酶,己糖激酶,6-磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,调节方式,别构调节,共价修饰调节,1.6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1),*别构调节,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）,此酶有二个结合,ATP,的部位：,活性中心底物结合部位（低浓度时）,活性中心外别构调节部位（高浓度时,）,F-1,6-2P,正反馈调节该酶,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,P,2.,丙酮酸激酶,别构调节,别构抑制剂：ATP,丙氨酸,别构激活剂：1,6-双磷酸果糖,二、有氧氧化(,Aerobic Oxidation,),O,2,线粒体,2、丙酮酸 乙酰 CoA（线粒体）,2*,3、乙酰CoA的氧化,(一),基本概念,（二）,基本反应阶段,1、葡萄糖(G)2*丙酮酸（无氧酵解/,胞液）,三羧酸循环,G CO,2,+H,2,O +ATP,（,四要素,）,返回,丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸+NAD,+,+HSCoA 乙酰CoA+NADH+H,+,+CO2,丙酮酸脱氢酶,二氢硫辛酰胺转乙酰酶,二氢硫辛酰胺脱氢酶,辅酶：TPP,硫辛酸,CoA,FAD,NAD+,柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶,关键酶：,TAC 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。,反应部位,：线粒体。,三羧酸循环的要点,经过一次三羧酸循环，,消耗一分子乙酰CoA。,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,。与呼吸链偶联共产生,12分子ATP,。,关键酶有：,柠檬酸合酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,异柠檬酸脱氢酶,CoASH,NADH+H,+,NAD,+,CO,2,NAD,+,NADH+H,+,CO,2,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH,2,NADH+H,+,NAD,+,H,2,O,H,2,O,CoASH,CoASH,H,2,O,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,三羧酸循环的中间产物,三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，但,TAC要顺利进行，中间代谢物需要及时补充。,不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物。,中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO,2,及H,2,O。,（三）,有氧氧化生理意义,为生命活动提供大量的能量；,其中三羧酸循环是三大物质代谢的枢纽。,有氧氧化和无氧酵解的比较,无氧酵解,有氧氧化,起 始 物,终 产 物,对O,2,的需求,细 胞 部 位,产 能 数 量,产 能 方 式,G,或,G,n,G,或,Gn,乳 酸 CO,2,H,2,O,无O,2,有O,2,胞 液 胞 液、线 粒 体,少,(2),多,(3638),底物磷酸化 氧化磷酸化、底物磷酸化,G,（6C）,2ATP,NADH,-2 ATP,乳酸,（,2*3C,）,3-P-,甘油,醛,（2*3C）,丙 酮 酸,F-,1,6,-P,G-,6,-P,-,酮戊二酸,（5C）,E,2,草酰乙酸,CoA,E,3,琥珀酰,CoA,E,1,柠檬酸,（6C）,CO,2,NADH,乙酰CoA,（2*2C）,NADH,CO,2,CO,2,NADH,1ATP,琥珀酸,FADH2,NADH,第一阶段,产能,2ATP,2NADH,68ATP,6C 2*3C,第二阶段,2*3C 2*2C,（-,2CO,2,),脱氢产能：,2NADH,23ATP=,6ATP,第三阶段,一次,TAC彻底氧化,1,分子乙酰,CoA,3NADH,3 3ATP,1FADH,2ATP,第三阶段产能计算：,(9+2+1),2=24,1分子葡萄糖彻底氧化可产生3638个ATP,二次脱羧：,2 CO,2,四次脱氢：,4(2H),一次底物水平产能：,1ATP,葡萄糖有氧氧化能量计算,巴斯德效应(Pastuer effect),有氧氧化抑制生醇发酵（糖酵解）的现象。,机制：,有氧时NADH被氧化，丙酮酸不能生成乳酸，,而进行有氧氧化。,（四）有氧氧化的调节,关键酶,酵解途径：,己糖激酶,丙酮酸的氧化脱羧：,丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环：,柠檬酸合酶,丙酮酸激酶,6-磷酸果糖激酶-1,-酮戊二酸脱氢酶复合体,异柠檬酸脱氢酶,ATP/ADP,NADH/NAD+,产物堆积引起抑制:,乙酰CoA/HSCoA,（别构反馈抑制）,相关代谢物的调节,如脂肪酸,三,、磷酸戊糖途经(,Pentose phosphate pathway,),（一）,概况,起 始 物,关 键 酶,中间产物,-,G-6-P,-,G6PD,-,NADPH、R-5-P,（二）,反应途经,（三）,生理意义,1,、,R-5-P,-,为核甘酸合成提供戊碳糖,2,、,NADPH,-,作为供氢体参与,胆固醇、脂肪酸的合成,维持,RBC,膜的稳定和功能完整,肝脏的生物转化作用,关于葡萄糖的分解,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,+6,NADPH+H,+,+3,CO,2,G,F-,1,6,-P,3-P-,甘油,醛,丙 酮 酸,乳酸,乙酰CoA,G-,6,-P,草酰乙酸,柠檬酸,-,酮戊二酸,琥珀酰,CoA,琥珀酸,CoA,NADPH,R-5-P,G6PD,糖的分解代谢,第三节 糖原的合成与分解,Glycogenesis and Glycogenolysis,一、糖原的合成,G G,n,肝、肌肉,胞浆,1、概念,2、反应途径,G,G-6-P,G-1-P,UDPG,G,n,糖原,合酶,3、生理功能,能量的贮存,乳酸,二、糖原的分解,1、概念,G,n,G,乳 酸,肝,肌肉,2、反应途径,3、生理功能,能量的释放,肝糖原分解,-,直接补充血糖,肌糖原分解,-,间接补充血糖,G6P,酶,磷酸化酶,分 支 酶,三、糖原合成与分解的调节,糖原合酶,磷酸化酶a-P,磷酸化酶b,AMP,ATP及6-磷酸葡萄糖,磷酸化：,+,别构：,*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。,四、糖原积累症,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,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,肝脏磷酸化酶激酶缺陷,脑、肝,正常,糖原积累症分型,第四节 糖异生作用,Gluconeogenesis,一、概念,非糖物质 G 或 G,n,异生原料：,丙 酮 酸、,乳酸、甘油、氨基酸,二、异生过程,肝(肾),胞浆、线粒体,基本上为糖酵解的逆过程，但须绕过三个“能障”(糖酵解的三个关键酶)：,丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、,果糖双磷酸酶-1、G6P酶,三、生理意义,1、饥饿或空腹状态下维持血糖浓度稳定,2、有效利用乳酸，节约能源，防止酸中毒,3、更新肝糖原，有利于,氨基酸分解代谢,注意,:,（,1,）,非糖物质进入糖异生的途径,生糖氨基酸,-酮酸,-NH,2,甘油,-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,乳酸,丙酮酸,2H,（2）无效循环,当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而称之为,无效循环(futile cycle),。,乳酸循环,肌肉收缩糖酵解产生乳酸，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肉所摄取，从而构成了乳酸循环，又称Cori,循环。,意义：,避免损失乳酸，以及防止因乳酸堆积引起,的酸中毒。,第五节 血糖,Blood Glucose,一、血糖,血中的G，是糖在体内的运输和利用形式。,二、血糖的来源和去路：,血糖,3.9 6.1,mmol/L,食物中糖,肝糖原,甘油、乳酸,氧化产能,合成糖原,转变为非糖物质,尿 糖,8.9,mmol/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；,骨髓及神经组织,代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。,三、血糖水平的调节,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,*主要依靠激素的调节,（一）胰岛素,促进葡萄糖转运进入肝外细胞；,加速糖原合成，抑制糖原分解；,加快糖的有氧氧化；,抑制肝内糖异生；,减少脂肪动员。,体内唯一降低血糖水平的激素,胰岛素的作用机制:,（二）胰高血糖素,促进肝糖原分解，抑制糖原合成；,抑制酵解途径，促进糖异生；,促进脂肪动员。,体内升高血糖水平的主要激素,胰高血糖素的作用机制：,（三）糖皮质激素,引起血糖升高，肝糖原增加,作用机制可能有两方面：,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。,抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。,*,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。,（四）肾上腺素,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。,糖耐量试验,(glucose tolerance test,GTT),目的：,临床上用来诊断病人有无糖代谢异常。,口服糖耐量试验的方法,清晨空腹静脉采血测定血糖浓度，然后一次服用100g葡萄糖，服糖后的1/2、1、2h（必要时可在3h）各测血糖一次。以测定血糖的时间为横坐标（空腹时为0h），血糖浓度为纵坐标，绘制糖耐量曲线。,糖耐量曲线,四、血糖水平异常,（一）高血糖及糖尿症,1.高血糖,(,hyperglycemia),的定义,2.肾糖阈的定义,临床上将空腹血糖浓度高于7.227.78mmol/L称为,高血糖,。,当血糖浓度高于8.8910.00mmol/L时，超过了肾小管的重吸收能力，则可出现,糖尿,。这一血糖水平称为,肾糖阈,。,3.高血糖及糖尿的病理和生理原因,持续性高血糖和糖尿，主要见于糖尿病,(diabetes mellitus,DM),。,型（胰岛素依赖型）,型（非胰岛素依赖型）,b.血糖正常而出现糖尿，见于慢性肾炎、肾病综合征等引起肾对糖的吸收障碍。,c.生理性高血糖和糖尿可因情绪激动而出现。,(二）低血糖,1.低血糖(hypoglycemia)的定义,2.,低血糖的影响,空腹血糖浓度低于3.333.89mmol/L时称为,低血糖,。,血糖水平过低，会影响脑细胞的功能，从而出现 头晕、倦怠无力、心悸等症状，严重时出现昏迷，称为,低血糖休克,。,3.,低血糖的病因,胰性（胰岛,-细胞功能亢进、胰岛-细胞功能低下等）,肝性（肝癌、糖原积累病等）,内分泌异常（垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等）,肿瘤（胃癌等）,饥饿或不能进食,