5.糖代谢.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,*,Chapter5 糖代谢,Metabolism of Carbohydrate,糖类与糖代谢概述,EMP途径与无氧氧化,三羧酸循环途径,糖的其它代谢途径,糖原的降解与合成,糖异生作用,Section1 糖类与糖代谢,糖类概述,糖代谢概述,碳水化合物,(Carbohydrates,),概述,Ah!Sweet Mystery of Life,地球上最丰富的生物分子,每年,光和作用将数千亿吨,CO,2,and H,2,O,转化为纤维素和其它植物产物。,定义,Definition,多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。一般通式：,(CH,2,O),n,，,有的还含氮、磷和硫,鼠李糖,C,6,H,12,O,5,HCHO=CH,2,O,；,CH,3,COOH=C,2,(H,2,O),2,生理功能,供能：,动物能量生理能量重要来源,肌体构成成分：,糖脂、糖蛋白：构成神经组织和细胞膜的,粘蛋白：,生物体软组织、粘液的组成成分,生物体合成其他化合物的基本原料,贮存性和结构性物质,分类,Classification,：,按组成分,1),单糖（,Monosaccharides,）：,2,）低聚糖（寡糖,),：由,2,10,个单糖分子,3,）多糖,(Polysaccharides),：,按功能分,结构多糖 贮存多糖 抗原多糖,按性质 醛糖 酮糖 还原糖 非还原糖,葡萄糖,(glucose),（,已醛糖）,果糖(fructose),（已酮糖）,单糖,不能再水解的糖。,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。,淀粉和糖原结构,NRE,RE,直链淀粉,支链淀粉或糖原分支点的结构,RE,NRE,(1,6)分支点,支链淀粉或糖原分子示意图,直链淀粉的螺旋结构,0.8nm,1.4nm,6个残基,纤维素,作为植物的骨架。,-1,4-糖苷键,纤维素片层结构,纤维素一级结构,植物细胞壁与纤维素的结构,微纤维,纤维素链,植物细胞中的纤维素微纤维,细胞壁,糖复合物,糖,肽链,糖,核酸,糖,脂质,肽聚糖,(peptidoglycans),脂多糖,(lipopolysauhards),糖基酰基甘油,(glycosylacylglycerols),糖鞘脂,(pglycosphingolipids),糖蛋白,(glycproteins),蛋白聚糖,(proteoglycans),(Complex Carbohydrates),细胞膜表面的糖链,蛋白聚糖,糖脂,糖蛋白,细胞膜,食品中的糖类物质,存在的概况,植物干重,50%-80%,由糖类构成,主要是淀粉和纤维,食品功能,风味结合功能,色、香,(,美拉德反应、焦糖化反应,),、味,(,甜味,),抑制微生物生长,具有高黏度和凝胶能力，保持食品粘、弹性,(,质构,),起稳定性作用如淀粉、果胶等,嫩化肌肉、促进发色,其它营养功能,：膳食纤维,糖代谢概述,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。,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%）,-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,口腔,肠腔,胰液中的,-淀粉酶,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。,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,Na,+,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)。,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,葡萄糖,酵解途径,丙酮酸,有氧,无氧,H,2,O,及,CO,2,乳酸,糖异生途径,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,肝糖原分解,糖原合成,磷酸戊糖途径,核糖,+,NADPH+H,+,淀粉,消化与吸收,ATP,Section2 糖酵解途径与糖的无氧氧化,Glycolysis,部位：细胞质,葡萄糖经一系列酶促反应生成丙酮酸称为糖酵解,(,glycolysis,),无氧条件下，丙酮酸还原生成乳酸的过程称糖的无氧氧化,(anaerobic oxidation),。,一、糖无氧氧化反应过程分为酵解途径和乳酸生成两个阶段,第一阶段：由葡萄糖分解成丙酮酸,(,pyruvate,),，称之为糖酵解途径,(,glycolytic,pathway),。,第二阶段：由丙酮酸转变成乳酸。,糖酵解分为两个阶段：,葡萄糖磷酸化为,6-,磷酸葡萄糖,ATP,ADP,Mg,2+,己糖激酶,(hexokinase),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,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,(glucose-6-phosphate,G-6-P),（一）葡萄糖经酵解途径分解为两分子丙酮酸,哺乳类动物体内已发现有,4,种己糖激酶同工酶，分别称为,至,型。肝细胞中存在的是,型，称为葡萄糖激酶,(,glucokinase,),。,它的特点是：,对葡萄糖的亲和力很低；,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。,6-,磷酸葡萄糖转变为,6-,磷酸果糖,己糖异构酶,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,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,(fructose-6-phosphate,F-6-P),6-,磷酸果糖转变为,1,6-,双磷酸果糖,ATP,ADP,Mg,2+,6-磷酸果糖激酶-1,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,6-,磷酸果糖激酶,-,1,(6-phosphfructokinase-1),6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P),1,6-双磷酸果糖,磷酸己糖裂解成,2,分子磷酸丙糖,醛缩酶,(aldolase),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,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,+,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,磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶,(phosphotriose isomerase),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,、NAD,+,NADH+H,+,3-磷酸甘油醛脱氢酶,(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),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,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,(phosphoglycerate kinase),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,底物水平磷酸化,(substrate level phosphorylation),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,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,磷酸甘油酸变位酶,(phosphoglycerate mutase),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,(enolase),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,2-磷酸甘油酸,+,H,2,O,磷酸烯醇式丙酮酸,(phosphoenolpyruvate,PEP),ADP,ATP,K,+,Mg,2+,丙酮酸激酶,(pyruvate kinase),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,磷酸烯醇式丙酮酸,转变成,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）EMP途径产生的丙酮酸去向,有氧,丙酮酸脱氢酶 线粒体,乙酰CoA TCAc,丙酮酸,无氧,丙酮酸脱羧酶 乙醇脱氢酶（ADH）,乙醛 乙醇,CO,2,NADH+H,+,NAD,+,乳酸脱氢酶（LDH）,乳酸,NADH+H,+,NAD,+,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,+,E,1,:己糖激酶,E,2,:6-磷酸果糖激酶-1,E,3,:丙酮酸激酶,NAD,+,乳 酸,糖酵解的代谢途径,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,E2,E1,E3,NADH+H,+,糖酵解小结,反应部位：胞浆；,糖酵解是一个不需氧的产能过程；,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,磷酸果糖激酶-1,ADP,ATP,PEP,丙酮酸,丙酮酸激酶,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,22-2=2ATP,从,Gn,开始,22-1=3ATP,终产物乳酸的去路,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,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,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,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,（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,活性中心外别构调节部位（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：,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,Pi,PKA,ATP,ADP,Pi,胰高血糖素,ATP,cAMP,活化,F-2,6-2P,+,+,+,/,+,AMP,+,柠檬酸,AMP,+,柠檬酸,PFK-2,（有活性）,FBP-2,（无活性）,6-磷酸果糖激酶-2,PFK-2,（无活性）,FBP-2,（有活性）,P,P,果糖双磷酸酶-2,（二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点,别构调节,别构抑制剂：,ATP,丙氨酸,别构激活剂：,1,6-,二磷酸果糖,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,P,PKA：,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,可别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、糖酵解的生理意义,糖有氧降解和无氧降解的共同起始,是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。,中间产物作为其它物质的合成原料,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,第三节三羧酸循环途径糖的有氧氧化,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H,2,O和CO,2,，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,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）,能量转换：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰,CoA,CO,2,NADH+H,+,FADH,2,H,2,O,O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体,（一）葡萄糖经糖酵解途径分解为丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,NAD,+,HSCoA CO,2,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,E,1,：丙酮酸脱羧酶,E,2,：二氢硫辛酸转乙酰酶,E,3,：二氢硫辛酸脱氢酶,HSCoA,NAD,+,TPP,硫辛酸（),HSCoA,FAD,NAD,+,S,S,L,酶,辅酶,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：,1.丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP，由丙酮酸脱羧酶催化(E,1,)。,2.由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E,2,)催化形成乙酰硫辛酰胺-E,2,。,3.二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E,2,)催化生成乙酰CoA,同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。,4.二氢硫辛酰胺脱氢酶(E,3,)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。,5.在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E,3,)催化下，将FADH,2,上的H转移给NAD,+,，形成NADH+H,+,。,CO,2,CoASH,NAD,+,NADH+H,+,5.,NADH+H,+,的生成,1.,-羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酸的生成,3.乙酰CoA的生成,4.硫辛酸的生成,三羧酸循环,(,the Citric Acid Cycle),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,（一）TCA循环由8步代谢反应组成,乙酰,CoA,与草酰乙酸缩合成柠檬酸,柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸,异柠檬酸氧化脱羧转变为,-,酮戊二酸,-,酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰,CoA,琥珀酰,CoA,合成酶催化底物水平磷酸化反应,琥珀酸脱氢生成延胡索酸,延胡索酸加水生成苹果酸,苹果酸脱氢生成草酰乙酸,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,FADH,2,GTP,ATP,异柠檬酸,脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸,脱氢酶复合体,CO,2,CO,2,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,H,2,O,CoASH,CoASH,H,2,O,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,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,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FADH,2,，3分子NADH+H,+,，2分子CO,2,，1分子GTP,；,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。,整个循环反应为不可逆反应。,三羧酸循环的要点：,GTP,GDP,ATP,ADP,核苷二磷酸激酶,三羧酸循环中间产物起反应载体的作用，本身无量的变化，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，同样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。,三羧酸循环的中间产物：,表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。实际上：,例如：,草酰乙酸,天冬氨酸,-,酮戊二酸,谷氨酸,柠檬酸,脂肪酸,琥珀酰,CoA,卟啉,.机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。,.机体糖供不足时，可能引起TAC运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解。,草酰乙酸,草酰乙酸脱羧酶,丙酮酸,CO,2,苹果酸,苹果酸酶,丙酮酸,CO,2,NAD,+,NADH+H,+,所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。,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,CO,2,苹果酸,苹果酸脱氢酶,NADH+H,+,NAD,+,天冬氨酸,谷草转氨酶,-,酮戊二酸,谷氨酸,草酰乙酸的来源如下：,（二）TCA循环受底物、产物和关键酶活性的调节,TCA,循环主要受其底物、产物、关键酶活性,3,种因素的调控：,底物的供应量，催化循环最初几步反应酶的反馈别构抑制，产物堆积的抑制作用。,TCA循环中有3个关键酶,柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶,-,酮戊二酸脱氢酶,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,FADH,2,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,+,ADP,ADP,+,ATP,柠檬酸,琥珀酰CoA,NADH,琥珀酰CoA,NADH,+,Ca,2+,Ca,2+,ATP、ADP的影响,产物堆积引起抑制,循环中后续反应中间产物反馈抑制前面反应中的酶,（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,3,大营养素的最终代谢通路,其作用在于通过,4,次脱氢，为氧化磷酸化反应生成,ATP,提供还原当量。,TCA,循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽,。,H,+,+e,进入,呼吸链,彻底氧化生成,H,2,O,的同时ADP偶联磷酸化生成,ATP,。,NADH+H,+,H,2,O、,3,ATP,O,H,2,O、,2,ATP,FADH,2,O,三、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式,理论上1分子葡萄糖彻底氧化：,酵解阶段：2 ATP,2,1 NADH,兑换率 1：3(或2),2 ATP,2,(3ATP或2 ATP),三羧酸循环：,2,1,GTP,2,3 NADH,2,1,FADH2,2,1,ATP,2,9 ATP,2,4 ATP,兑换率 1：3,兑换率 1：3,丙酮酸氧化：,2,1NADH,兑换率 1：3,2,3 ATP,总计：,38 ATP或36 ATP,反 应,辅 酶,最终获得ATP,第一阶段（细胞质中的糖酵解）,葡糖糖1,6-二磷酸果糖,-2,2脱氢,2NADH,3或5*,4底物水平磷酸化,4,第二阶段（线粒体基质）,2丙酮酸2乙酰CoA,2NADH,5,第三阶段（线粒体基质TCAc）,23NADH,2FADH,2,2底物水平磷酸化,6NADH,2FADH,2,2GTP,15,3,2,由一个葡糖糖总共获得,30或32,实际上：,线粒体外NADH的氧化磷酸化作用,磷酸甘油穿梭系统,苹果酸天冬氨酸穿梭系统,酵解,（细胞质）,氧化磷酸化,（线粒体）,-磷酸甘油穿梭,（线粒体基质）,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油,FAD,FADH,2,NADH,FMN CoQ b c,1,c aa,3,O,2,NADH,NAD,+,线粒体内膜,（细胞液）,苹果酸-草酰乙酸穿梭作用,细胞液,线粒体内膜体,天冬氨酸,-酮戊二酸,苹果酸,草酰乙酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,苹果酸,谷氨酸,NADH+H,+,NAD,+,草酰乙酸,NAD,+,线粒体基质,苹果酸脱氢酶,NADH+H,+,苹果酸脱氢酶,谷草转氨酶,谷草转氨酶,（、,为膜上的转运载体）,呼吸链,NADH,+H,+,NAD,+,NADH,+H,+,NAD,+,谷氨酸-,天冬氨酸,转运体,苹果酸-,-酮,戊二酸转运体,苹果酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,谷氨酸,苹果酸,脱氢酶,谷草转,氨酶,胞液,线,粒,体,内,膜,基质,呼吸链,天冬氨酸,四、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求,关键酶,酵解途径：,丙酮酸的氧化脱羧：,丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环：,己糖激酶,丙酮酸激酶,6-磷酸果糖激酶-1,柠檬酸合酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,异柠檬酸脱氢酶,丙酮酸脱氢酶复合体的调节,别构调节,别构抑制剂：乙酰CoA；NADH；ATP,别构激活剂：AMP；ADP；NAD,+,乙酰CoA/HSCoA,或,NADH/NAD,+,时，其活性也受到抑制。这两种情况见于饥饿、大量脂酸被动员利用时，这时糖的有氧氧化被抑制，大多数组织器官利用脂酸作为能量来源以确保脑等重要组织对葡萄糖的需要。,共价修饰调节,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,FADH,2,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,+,ADP,ADP,+,ATP,柠檬酸,琥珀酰CoA,NADH,琥珀酰CoA,NADH,+,Ca,2+,Ca,2+,ATP、ADP的影响,产物堆积引起抑制,循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶,其他，如Ca,2+,可激活许多酶,三羧酸循环的调节,有氧氧化的调节特点,有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。,ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。,氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。,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。,2ADP,ATP+AMP,腺苷酸激酶,体内ATP浓度是AMP的50倍，经上述反应后，ATP/AMP变动比ATP变动大，有信号放大作用，从而发挥有效的调节作用。,有氧氧化全过程中许多酶的活性都受细胞内,ATP/ADP,或,ATP/AMP,比率的影响，因而能得以协调。,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,(Pastuer effect),指有氧氧化抑制糖酵解的现象。,第 四 节葡萄糖的其他代谢途径,Other Metabolism Pathways of Glucose,概念,磷酸戊糖途径,(pentose phosphate pathway,PPP,HMP,),是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H,+,，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。,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）HMP反应历程,反应过程可分为二个阶段,:,第二阶段：分子重排（非氧化反应）,生成,磷酸戊糖，NADPH+H,+,及CO,2,。,包括一系列基团转移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,NADPH+H,+,NADP,+,H,2,O,NADP,+,CO,2,NADPH+H,+,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,H,CO,H,CH,2,OH,C,O,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,阶段一 6-磷酸葡萄糖氧化阶段生成磷酸戊糖和NADPH,5-磷酸核糖,催化第一步脱氢反应的,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。,两次脱氢脱下的氢均由,NADP,+,接受生成,NADPH+H,+,。,反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP,+,NADPH+H,+,NADP,+,NADPH+H,+,CO,2,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（,pentose phosphate shunt,）。,阶段二 经过基团转移实现分子重排,5-磷酸核酮糖(C,5,),3,5-磷酸核糖,C,5,5-磷酸木酮糖C,5,5-磷酸木酮糖,C,5,7-磷酸景天糖,C,7,3-磷酸甘油醛,C,3,4-磷酸赤藓糖,C,4,6-磷酸果糖,C,6,6-磷酸果糖,C,6,3-磷酸甘油醛C,3,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,5-磷酸木酮糖,C,5,5-磷酸木酮糖,C,5,7-磷酸景天糖,C,7,3-磷酸甘油醛,C,3,4-磷酸赤藓糖,C,4,6-磷酸果糖,C,6,6-磷酸果糖,C,6,3-磷酸甘油醛,C,3,6-磷酸葡萄糖(C,6,),3,6-磷酸葡萄糖酸内酯(C,6,),3,6-磷酸葡萄糖酸(C,6,),3,5-磷酸核酮糖(C,5,),3,5-磷酸核糖,C,5,3NADP,+,3NADP+3H,+,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,3NADP,+,3NADP+3H,+,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,CO,2,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,+,+3,CO,2,磷酸戊糖途径的特点,:,脱氢反应以,NADP,+,为受氢体，生成,NADPH+H,+,。,反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了,3,、,4,、,5,、,6,、,7,碳糖,的演变过程。,反应中生成了重要的中间代谢物,5-,磷酸核糖,。,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,CO,2,和,2,分子,NADPH+H,+,。,（二）磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADP,+,比值的调节,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,为磷酸戊糖途径的关键酶,影响因素：,NADPH/NADP,+,磷酸戊糖途径的流量取决于,NADPH,的需求。,（三）磷酸戊糖途径的生理意义,2,提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,1,为核酸的生物合成提供核糖,（1）NADPH是体内许多合成代谢的供氢体；,（2）NADPH还用于维持谷胱甘肽(glutathione，GSH)的还原状态。,氧化型谷胱甘肽,还原型谷胱甘肽,保护一些含,-SH,基的蛋白质或酶免受氧化剂尤其是过氧化物的损害。,保护红细胞膜蛋白的完整性。,二、糖醛酸途径可生成葡萄糖醛酸,反应过程：,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,UDPG,UDPGA,1-磷酸葡萄糖醛酸,葡萄糖醛酸,L-古洛糖酸,L-木酮糖,木糖醇,D-木酮糖,5-磷酸木酮糖,磷酸戊糖途径,Vc,活化的葡萄糖醛酸,UDPGA,。,多氨聚糖的主要单体，如透明质酸、硫酸软骨素、肝素等的组成成分。,葡萄糖醛酸在生物转化过程中参与很多结合反应,。,生理意义,：,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，主要供肌肉收缩所需,肝脏：肝糖原，70 100g，维持血糖水平,糖原的定义：,糖原储存的主要器官及其生理意义：,1.葡萄糖单元以,-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,-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。,糖原的结构特点及其意义：,一、糖原的合成代谢,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,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：,合成方式：糖原引物+,UDPG,延长一个G单位,阶段1：,UDPG的生成：,1-磷酸葡萄糖,磷酸葡萄糖变位酶,6-磷酸葡萄糖,6-,磷酸葡萄糖转变成,1-,磷酸葡萄糖,葡萄糖分子C,1,上的半缩醛羟基必须活化，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C,4,羟基缩合。,UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,1-,磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖,+,UTP,尿苷,P,P,P,PPi,UDPG焦磷酸化酶,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),UDP,UTP,ADP,ATP,核苷二磷酸激酶,阶段2,糖原链延长,糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为,糖原引物(primer),，作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。,糖原,n,+,UDPG,糖原,n+1,+,UDP,糖原合酶,(glycogen synthase),糖原合酶催化糖原糖链末端延长：,糖原合酶,p,p,尿苷,p,p,尿苷,糖原（n）,糖原（n+1）,反应反复进行，糖链不断延长。,近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为glycogenin的蛋白质。可将UDP-葡萄糖分子的C,1,结合到其酶分子的酪氨酸残基上糖原合成的引物。,糖原最初引物,阶段3,糖原分枝的形成分支酶的双重作用,分支酶,(branching enzyme,),-1,6-糖苷键,-1,4-糖苷键,二、糖原降解,亚细胞定位：,胞浆,糖原分解(glycogenolysis),习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,糖原（n）,糖原（n-1）,磷酸,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,H,2,O,Pi,葡萄糖6-磷酸酶,（肝、肾）,糖原磷酸化酶,6-磷酸果糖,糖酵解途径,（肌肉）,1.糖原的磷酸解,2.脱枝酶的作用,转移葡萄糖残基,水解,-1,6-糖苷键,脱枝酶,(debranching enzyme),磷酸化酶,转移酶活性,-1,6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。,G-6-P,的代谢去路：,G,（补充血糖）,G-6-P,F-6-P,（进入酵解途径）,G-1-P,Gn,（合成糖原）,UDPG,6-磷酸葡萄糖内酯,（进入磷酸戊糖途径）,葡萄糖醛酸,（进入葡萄糖醛酸途径）,小结,反应部位：,胞浆,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。,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；反之亦然。,三、糖原代谢调节,关键酶,糖原合成：,糖原合酶,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：,调节有级联放大作用，效率高；,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；,受激素调节。,1.共价修饰调节,糖原降解：,磷酸化酶b：去磷酸形式，活性极低,磷酸化酶a：磷酸化形式，高活性,糖原合成：,糖原合酶a：去磷酸形式，有活性,糖原合酶b：磷酸化形式，无活性,胰高血糖素或肾上腺素,腺苷酸环化酶,ATP,cAMP,蛋白激酶A（无活性）,蛋白激酶A（有活性）,磷酸化酶b激酶,磷酸化酶b激酶,p,（有活性）,（无活性）,磷酸化酶b,磷酸化酶a,p,+,糖原分解,磷蛋白磷酸酶-1,H,2,O,pi,-,磷酸化酶的调节,+,胰高血糖素或肾上腺素,腺苷酸环化酶,ATP,cAMP,无活性蛋白激酶A,有活性蛋白激酶A,糖原合酶a（有活性）,糖原合酶b（无活性）,p,磷蛋白磷酸酶-1,糖原合成,-,糖原合酶的调节,腺苷环化酶,（无活性）,腺苷环化酶（有活性）,激素（胰高血糖素、肾上腺素等）,ATP,cAMP,PKA,(无活性),磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-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）,激素的级联放大作用,Ca,2+,增加引起肌糖原分解：,神经冲动,胞浆,Ca,2+,Ca,2+,结合磷酸化酶b激酶,亚基（钙调蛋白）,磷酸化酶b激酶激活,磷酸化酶b,磷酸化酶a,-P,肌糖原分解,磷酸化酶二种构像,紧密型(T),和,疏松型(R),，其中,T型,的14位Ser暴露，便于接受前述的共价修饰调节。,葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。,磷酸化酶 a(R),疏松型,活性高,磷酸化酶 a(T),紧密型，活性低,葡萄糖,2