糖代谢上课讲义.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第二篇,物质代谢及其调节,中南大学生化教研室 龙 苏,代谢途径（,metabolic pathway,）：,有严格顺序的一系列生化反应。,广义的新陈代谢：物质的消化、吸收，在细,胞内的化学变化和代谢产物的排泄等等。,狭义的新陈代谢（中间代谢）：指物质吸收,到细胞后，在细胞内的化学变化的过程。,物质代谢及其调节,糖代谢,脂类代谢,氨基酸代谢,核苷酸代谢,生物氧化,代谢相互联系和调节,结构篇章：组成、结构、理化性质,代谢篇章：具体的代谢途径,器官或部位、合成原料或终产物、关键酶、能量的情况、生理意义等等,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 四 章,糖即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,C,n,(H,2,O),n,糖的化学,（一）糖的概念,（二）糖的分类及其结构,根据水解产物情况，糖可分为四大类,单糖,:,凡不能被水解成更小分子的糖,寡糖：凡能水解成少数（,2,6,）单糖分子的糖,多糖,：凡是能水解成多个单糖分子的糖,结合糖：与非糖物质结合的糖,*单糖,葡萄糖,(Glc),果糖,(Fru),半缩醛羟基,核糖,(ribose),戊醛糖,蔗糖：葡萄糖 果糖,麦芽糖,乳糖：葡萄糖 半乳糖,*寡糖,常见的几种,二糖,有,Glc,1-2,Fru,*多糖,常见的多糖有,淀 粉,(starch),糖 原,(glycogen),纤维素,(cellulose),第 一 节 概 述,Introduction,一、糖的生理功能,氧化供能,作为人体主要碳源,重要组成成分,磷酸戊糖途径,淀粉,（少量二糖 蔗糖、乳糖）,小肠 胰淀粉酶,（,作用,1,，,4,糖苷键,）,线性和分支的寡糖（,极限糊精,）,小肠粘膜细胞刷状缘,各种酶如麦芽糖酶、,糊精酶、,蔗糖酶、乳糖酶,单糖（主要是葡萄糖）,小肠上段,吸收,通过门静脉,肝脏,合成肝糖原,通过肝静脉进入体循环,血中的单糖,二、消化吸收,血糖（,blood suger,）,：指血中的葡萄糖,（血中的单糖，主要指葡萄糖）,血糖浓度：正常值,3.9,6.1 mmol/L,恒定的意义：保证脑组织的能量供应,来源与去路,：,三、糖代谢的概括,血糖,食 物 糖,消化，吸收,肝糖原,糖原分解,非糖物质,糖异生,氧化分解,CO,2,+H,2,O,糖原合成,肝（肌）糖原,磷酸戊糖途径等,其它糖,脂肪、氨基酸,饱食、空腹、饥饿 不同状态下，维持血糖浓度恒定,肝,Gn,：,90,100g,肌,Gn,：,200,400g,3.9,6.1 mmol/L,四、本章内容,糖的分解代谢,糖原的合成与分解,糖异生,无氧分解,有氧氧化,磷酸戊糖途径,第 二 节 糖的无氧分解,(,糖酵解,),在缺氧情况下，,Glc,生成丙酮酸进而还原成乳酸的过程。,糖酵解,：（,glycolysis,）,(Embden-Meyerhof Pathway EMP),糖酵解途径,一、糖酵解的反应过程,反应部位：,胞液（胞浆）,反应流程：,10,步,己糖激酶,磷酸果糖激酶,-1,丙酮酸激酶,6-,磷酸果糖,1.6-,双磷酸果糖,6-,磷酸葡萄糖,3-,磷酸甘油醛,1.3-,二磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸二羟丙酮,底物水平磷酸化,磷酸化,水解,能量,ATP,的生成,底物水平磷酸化,氧化磷酸化,直接将底物分子中能量,转移,ADP(GDP),，生成,ATP(GTP),的过程。,呼吸链电子传递过程中释放,的能量，使,ADP,磷酸化生成,ATP,的过程,能量,ADP+Pi ATP,磷酸化,乳酸,丙酮酸,乳酸脱氢酶,NAD,+,必须不断再生,有氧,时进入线粒体通过氧化磷酸化再生,无氧时胞液中,通过使丙酮酸还原再生,乳酸,NAD,丙酮酸,NADH,LDH,准备阶段,放能阶段,1,分子,Glc,经糖酵解,产生：,2,分子,ATP,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,Glc,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,-ATP,-ATP,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,+,+ATP,+ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,NADH+H,+,二、糖酵解的调节,关键酶（限速酶）,整条通路中活性最低的酶,常常催化单向反应（不可逆）,受多种效应剂调节,种类,HK,GK,分布 各组织 肝,专一性 不高,(,各种己糖,),高（,G,）,Km,（,mmol/L,）,0.1 10,产物,G-6-P,抑制,无,1.,己糖激酶,HK,糖酵解中,最关键的酶,(,限速酶,),，,是一个变构酶，受变构调节,2.,磷酸果糖激酶,1,（,PFK,1,）,变构抑制剂：,ATP,、柠檬酸,变构激活剂：,AMP,、,ADP,、,F-2,6-2P,PFK,最强的激活剂,3.,丙酮酸激酶（,PK,）,变构酶,激活剂,F,1,6,2P,抑制剂,ATP,、,Ala,当细胞内,ATPAla,PFK-1,PK,F-1,6-2P PK,F-6-P,、,G-6-P HK,糖酵解,三、糖酵解生理意义,1.,机体缺氧下快速供能主要方式,2.,某些正常组织获能方式,（红细胞、视网膜等）,反应部位,对氧的需求：,三个不可逆反应，三个,关键酶,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、糖酵解小结,产能的方式、数量、部位,方式：底物水平磷酸化,数量：,从G,lc,开始 22-2=,2ATP,从Gn开始,22-,1,=,3,ATP,终产物：乳酸,己糖激酶,磷酸果糖激酶,-1,丙酮酸激酶,Gn,G,1,P,6-,磷酸果糖,1.6-,双磷酸果糖,6-,磷酸葡萄糖,3-,磷酸甘油醛,1.3-,二磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸二羟丙酮,第 三 节 糖的有氧氧化,Aerobic Oxidation of,Carbohydrate,乳酸,丙酮酸,概念：,体内,Glc,或,Gn,在有氧条件下彻底分解成,CO,2,、,H,2,O,的过程。,总反应式：,C,6,H,12,O,6,6,O,2,6H,2,O,6,CO,2,686Kcal(30,或,32,ATP,),一、有氧氧化的反应过程,酵解途径,丙酮酸氧化脱羧,三羧酸循环及氧化磷酸化,胞液途径,线粒体途径,丙酮酸,乙酰,CoA,（二）丙酮酸氧化脱羧（三）,TCA,和氧化磷酸化,总反应式,:,（二）丙酮酸的氧化脱羧生成乙酰,CoA,24,12,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶,E,1,：丙酮酸脱氢酶,E,2,：二氢硫辛酰胺转乙酰酶,E,3,：二氢硫辛酰胺脱氢酶,HSCoA,NAD,+,辅 酶,TPP,硫辛酸（,),HSCoA,FAD,NAD,+,S,S,L,含有,VB1,、,VB2,、,VPP,、硫辛酸、泛酸,(tricarboxylic acid cycle TCAC),Hans Krebs,（三）乙酰,CoA,进入三羧酸循环以及氧化磷酸化,从乙酰,CoA,与草酰乙酸缩合形成含有,3,个羧基的柠檬酸开始，通过一系列代谢反应，乙酰基彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程。,三羧酸循环，,柠檬酸循环,，,Krebs,循环,反应过程 共有,8,步反应,单向,脱氢、脱羧、单向,NADH,NADH,FADH2,NADH,琥珀酰,CoA,琥珀酸,底物水平磷酸化,1,3-,二磷酸甘油酸,+ADP 3-,磷酸甘油酸,+ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,+ADP,丙酮酸,+ATP,琥珀酰,CoA+GDP,琥珀酸,+GTP,细胞内三个底物水平磷酸化反应,磷酸甘油酸激酶,丙酮酸激酶,琥珀酰,CoA,合成酶,胞液,胞液,线粒体,琥珀酸 延胡索酸,*,琥珀酸脱氢酶 辅基,FAD,TCA,中唯一在内膜上,琥珀酸脱氢酶,二、,TCAC,小结,1.,反应部位：,2.TCAC,每循环一次,脱羧二次 产生,2 CO,2,脱氢四次 产生,3 NADH,1 FADH,2,底物水平磷酸化一次 产生,1 GTP,1 ATP,3.ATP,的情况,氧化磷酸化、底物水平磷酸化,3 NADH,FADH,2,ATP,2.5,3,1.51,1,10,ATP,方式：,数目,：,*,1,分子乙酰,CoA,经,TCAC,彻底氧化：,产生,10,分子,ATP,1,分子丙酮酸彻底分解产生多少,ATP,？,NADH,+H,+,H,2,O,、,2.5,ATP,O,H,2,O,、,1.5,ATP,FADH,2,O,*线粒体中,1,分子,NADH,，,FADH,2,与,ATP,关系,*,胞液中,1,分子,NADH,与,ATP,关系,1.5,2.5,ATP,4.TCAC,是一个不可逆的过程,5.,草酰乙酸起催化剂的作用,6.,关键酶：,柠檬酸合酶、,IDH,、,-KG,脱氢酶复合体,TCAC,最关键的酶,7.TCAC,的生理意义,是三大营养素彻底分解的,最终代谢通路,脂肪,碳水化合物,糖,葡萄糖,蛋白质,氨基酸,丙酮酸,乙酰辅酶,A,脂肪酸,甘油,TCA,是三大物质,联系的枢纽,NADH,+H,+,H,2,O,、,2.5,ATP,O,H,2,O,、,1.5,ATP,FADH,2,O,三、有氧氧化生成的,ATP,*线粒体中,1,分子,NADH,，,FADH,2,与,ATP,关系,*胞液中,1,分子,NADH,与,ATP,关系,1.5or2.5ATP,胞液阶段：,2ATP+2NADH,2+,3,or,5,5,7,ATP,线粒体阶段：,2NADH+(3NADH+FADH,2,+GTP,）,2,（,12.5,）,25,ATP,总计,30,32ATP,1,分子葡萄糖,有氧氧化产生,ATP,的情况,将所有与能量有关的步骤总结,糖酵解,丙酮酸氧化脱羧,三羧酸循环,总反应式：,C,6,H,12,O,6,6,O,2,6H,2,O,6,CO,2,686Kcal(30,或,32,ATP,),方式：氧化磷酸化、底物水平磷酸化,数目：,1,分子,Glc,彻底分解产生,30,或,32,分子,ATP,糖酵解,有氧氧化,反应部位,对氧需求,终产物,ATP,数目,方式,关键酶,生理意义,五、巴士德效应,(Pasteur effect),概念：,指糖的有氧氧化对糖酵解的抑制作用,第 四 节 葡萄糖的其他代谢途径,一、磷酸戊糖途径生成,NADPH,和磷酸戊糖,Pentose Phosphate Pathway,PPP,途径,1,、反应过程,反应部位：,胞液,氧化阶段,非氧化阶段,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,+,3NADPH+3H,+,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,3NADP,+,3NADPH+3H,+,CO,2,2,、生理意义,产生了,5,磷酸核糖,和,NADPH,为核酸的生物合成提供核糖,提供,NADPH,作为供氢体参与多种代谢反应,NADPH,是体内许多合成代谢的供氢体，如脂肪酸,NADPH,参与体内羟化反应，如生物转化,3.NADPH,能维持谷胱甘肽的还原状态,GSH,过氧化物酶,H,2,O,2,2GSH,2H,2,O,GSSG,GSH,还原酶,NADPH,+,H,+,NADP,+,第 五 节 糖原的合成与分解,Glycogenesis and Glycogenolysis,占,7,占,93,糖原分子中的两种连接键,糖原（,glycogen,）,非还原端,一、糖原合成,(glycogenesis),1.,概念：由单糖合成糖原的过程,2.,主要器官：肝、肌,3.,反应部位：胞液,4.,反应过程：包括,Glc,数目增加、,分支点增加,5.,关键酶：,糖原合酶,6.Glc,活性形式（,Glc,供体）,：,UDPG,1.,葡萄糖磷酸化生成,6-,磷酸葡萄糖,糖原合成途径,glucokinase,2.6-,磷酸葡萄糖转变成,1-,磷酸葡萄糖,3.,尿苷二磷酸葡萄糖（,UDPG,）生成,*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,G(33.5 KJ/mol),焦磷酸,组成单位 合成原料（底物）,糖原合成,UDPG,DNA,合成,RNA,合成,protein,合成,糖原,n+,UDPG,糖原,n,+1,+,UDP,糖原合酶,4.,-1,4-,糖苷键式结合,糖原合酶,不能起始,糖原的从头合成,5.,糖原分枝的形成,糖原引物,糖原合酶,至少,11,个葡萄糖残基,6,7,个 葡萄糖残基,4,个葡萄糖残基远,(,淀粉,1,4,1,6,转葡糖基酶,),分支酶,糖原,糖原的合成,G-1-P,UTP,UDPG,PPi,糖原,n,+1,UDP,G-6-P,G,糖原合酶,己糖,(,葡萄糖,),激酶,糖原,n,二、糖原分解,(glycogenolysis),概念：肝糖原分解成为葡萄糖的过程,反应部位：胞液,反应过程：包括,Glc,数目减少、,分支点减少,关键酶：,磷酸化酶,1.,糖原磷酸化酶,2.,糖原脱支酶,脱支酶,游离葡萄糖,G-1-P:,85%,主要产物,游离葡萄糖,:,15%,3.,磷酸葡萄糖变位酶,4.,葡萄糖,-6-,磷酸酶,6-,磷酸葡萄糖,葡萄糖,Pi,葡萄糖,-6-,磷酸酶,（肝）,肌肉中没有,糖原的分解,G-1-P,糖原,n,+1,G-6-P,G,Pi,磷酸化酶,葡萄糖,-6-,磷酸酶（肝）,糖原,n,糖酵解,肌,糖原的合成与分解,G-1-P,UTP,UDPG,PPi,糖原,n,+1,UDP,G-6-P,G,糖原合酶,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,肌肉中没有,三、糖原合成、分解的生理意义,肝糖原,：作为糖的储备，,维持血糖浓度恒定,肌糖原,：作为一种燃料用于产生,ATP,四、糖原合成与分解的调节,糖原合酶、磷酸化酶,受变构、,共价化学修饰,双重调节。,磷酸化酶,E,E,P,磷酸化酶,b,低活性,磷酸化酶,a,高活性,磷酸化酶,b,激酶,磷蛋白磷酸酶,磷酸化酶,b,激酶,E,E,P,低活性,高活性,蛋白激酶,A,（,PKA,）,磷蛋白磷酸酶,1.,共价调节,糖原合酶,E,E,P,蛋白激酶,A,（,PKA,）,磷蛋白磷酸酶,糖原合酶,a,高活性,糖原合酶,b,低活性,腺苷酸环化酶,（无活性）,腺苷酸环化酶（有活性）,胰高血糖素,+,受体,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,糖原分解加强,糖原合成抑制,G,蛋白,+,第 六 节,糖 异 生,Gluconeogenesis,概念：,肝中由,非糖物质,（如有机酸、甘油、,生糖氨基酸）转变为,Glc,或,Gn,的过程,主要器官,：,肝、肾（饥饿、酸中毒）,一、糖异生途径,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；,Glc,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,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,能障,1.,丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,PEP,ATP,ADP,CO,2,GTP,GDP,CO,2,丙酮酸羧化酶,(,p,yruvate,c,arboxylase),，辅酶为生物素（反应在,线粒体,）,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,(,PEPCK,),（反应在线粒体、胞液）,丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,ATP+CO,2,ADP,苹果酸,NADH,NAD,+,天冬氨酸,谷氨酸,-,酮戊二酸,天冬氨酸,苹果酸,草酰乙酸,PEP,磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶,GTP,GDP+CO,2,线粒体,胞液,能障,1+,膜障,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,PEPCK,PK,PC,+ATP,-ATP,-GTP,丙酮酸羧化支路,能障,2,.1,6-,双磷酸果糖 转变为,6-,磷酸果糖,果糖双磷酸酶,（肝、肾）,能障,3,.6-,磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,Pi,葡萄糖,-6-,磷酸酶,（肝、肾）,糖原,糖异生,非糖物质进入糖异生的途径,糖异生的原料首先转变成糖代谢的中间产物,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,关键酶：,二、糖异生的调节,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,(substrate cycle),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,-1,6-,磷酸葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,-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,PEPCK,乙酰,CoA,三、糖异生的生理意义,1.,空腹和,饥饿,下维持血糖浓度恒定,正常人，空腹安静时，需,Glc,200g,（大脑,125g,、骨骼肌,50g,、视网膜,RBC,等,40g,）,肝,Gn,仅能提供,100,150g,，有,25,来自糖异生。,2.,补充肝糖原,3.,调节酸碱平衡,酸中毒时,H,肾小管上皮细胞,PEPCK,糖异生,-KG Gln,、,Glu,脱氨,NH,3,泌入肾小管腔中和原尿中的,H,NH,4,帮助,机体排,H,八、乳酸循环,(lactose cycle),（,Cori,循环,）,肝,肌肉,循环过程,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,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。,第 七 节 血糖及其调节,Blood Glucose and The Regulation of Blood Glucose Concentration,二、血糖水平的调节,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,*主要依靠激素的调节,(,一,),胰岛素（,insulin,）降低血糖,促进,G,进入肌细胞、脂肪细胞，使,G,利用,（提高膜对,G,的通透性）,促进肝,Gn,合成，抑制其分解,（磷酸二酯酶,cAMP ,糖原合酶、磷酸化酶）,促进糖有氧氧化,（诱导,HK,、,PFK,合成，共价激活,PDH,）,抑制肝内糖异生,（抑制,PEPCK,合成，促进,AA,进入肌细胞）,抑制脂肪动员,（抑制甘油三酯脂肪酶）,(,二,),胰高血糖素（,glucagon,）升高血糖,1.,促进肝,Gn,分解，抑制其合成,（使,cAMPA,激酶磷酸化酶、糖原合酶,）,2.,促进糖异生，抑制糖酵解,（果糖二磷酸酶,-2F-2,6-2PPFK-1,、果糖二磷酸酶 促进肝摄取,AA,诱导,PEPCK,合成）,3.,促进脂肪动员,（甘油三酯脂肪酶）,糖代谢总图,戊糖磷酸途径,糖原,葡糖,-6-,磷酸,葡萄糖,磷酸丙糖,丙酮酸,乳酸,乙酰辅酶,A,ATP,CO,2,+H,2,O,三羧酸循环,戊糖磷酸,核糖,NADPH,酵解,糖异生,其他生糖物质,生糖氨基酸,复习题：,1,、简述丙酮酸糖异生过程（如何克服膜障、能障）,2,、,TAC,特点,3,、,PPP,的生理意义,4,、比较糖酵解与有氧氧化的异同,5,、胰高血糖素是如何调节糖原合成与分解的,