生物化学及分子生物学(人卫第九版)-05-01节糖代谢电子教案.pptx

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/1/17,#,作者,:,赵晶,单位,:,空军,军医大学,第五章,糖代谢,-1,Metabolism of Carbohydrates,第一节 糖的摄取与利用,第二节 糖的无氧氧化,第三节 糖的有氧氧化,第四节 磷酸戊糖途径,重点难点,熟悉,了解,掌握,糖酵解和无氧氧化的概念、亚细胞定位、主要步骤、,关键酶,、重要中间产物和生理意义；糖有氧氧化的概念、亚细胞定位、主要步骤、,关键酶,、重要中间产物和生理意义；磷酸戊糖途径的概念、亚细胞定位、,关键酶,、重要产物和生理意义,巴斯德效应的概念和生理意义；,糖酵解关键酶的调节；,糖有氧氧,化关键酶的调节；,磷酸戊糖,途径关键酶的调节；,其他单糖进行糖酵解的方式,糖的消化吸收过程和糖代谢概况；,Warburg,效应的概念和生理病理意义；蚕豆病的发病机制,糖的摄取与利用,第一节,The Uptake and Utilization of,of Carbohydrates,1.,糖主要在小肠中消化,一、糖消化后以单体形式吸收,淀粉,麦芽糖,+,麦芽三糖,（,主要,）,-,极限糊精,+,异麦芽糖,（少部分）,葡萄糖,唾液,-,淀粉酶,-,糖苷酶,-,极限糊精酶,肠黏膜,刷状缘,口腔,肠腔,胰液,-,淀粉酶,2.,单糖吸收入血依赖,SGLT,Na,+,依赖型葡糖转运蛋白,（,Na,+,-dependent glucose transporter,SGLT,）,小肠肠腔,肠黏膜,上皮细胞,门静脉,肝,体循环,SGLT,这一,SGLT,依赖的吸收过程主动耗能,二、细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白,（,glucose transporter,，,GLUT,）,体循环,各组织细胞,葡糖转运蛋白,分 布,K,m,功 能,GLUT1,红细胞、脑、肾、结肠等,1 mM,葡萄糖的恒定摄取,GLUT2,肝、胰腺,细胞,1520 mM,在肝，从血液移走多余的葡萄糖；,在胰腺，调节胰岛素分泌,GLUT3,脑、肾等,1 mM,葡萄糖的恒定摄取,GLUT4,心肌、骨骼肌、脂肪组织,5 mM,胰岛素促进其葡萄糖摄取,GLUT5,小肠,葡萄糖吸收,几种葡糖转运蛋白的比较,三、体内糖代谢涉及分解、储存和合成三方面,糖酵解,丙酮酸,有氧氧化,无氧氧化,H,2,O,及,CO,2,乳酸,糖异生,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,淀粉,消化与吸收,ATP,葡萄糖,糖的无氧氧化,第二节,Anaerobic Oxidation of Carbohydrates,糖,无氧氧化的,概念：,缺氧时，葡萄糖在胞质中生成乳酸并释放出少量,ATP,一、,糖的无氧氧化分两阶段,糖酵解,（,glycolysis,）,乳酸生成,（一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸,葡萄糖,葡萄糖磷酸化为葡糖,-6-,磷酸,葡糖,-6-,磷酸,（,glucose-6-phosphate,G-6-P,）,ATP,ADP,Mg,2+,己糖激酶,（,hexokinase,）,O,CH,2,HO,H,HO,OH,H,OH,H,OH,H,H,P,P,O,CH,2,O,H,HO,OH,H,OH,H,OH,H,H,己糖激酶（,hexokinase,HK,）,葡糖激酶（,glucokinase,GK,）,存在部位,肝外组织,肝,对葡萄糖的,K,m,0.1 0.2 mmol/L,10 mmol/L,调节,受葡糖,-6-,磷酸反馈抑制,受胰岛素诱导,己糖激酶与葡糖激酶的,比较,葡糖,-6-,磷酸转变为果糖,-6-,磷酸,果糖,-6-,磷酸,（,fructose-6-phosphate,F-6-P,）,己糖异构酶,葡糖,-6-,磷酸,P,P,O,CH,2,O,H,HO,OH,H,OH,H,OH,H,H,O,H,OH,CH,2,OH,P,P,CH,2,O,OH,H,HO,H,果糖,-6-,磷酸转变为果糖,-1,6-,二磷酸,ATP,ADP,Mg,2+,磷酸果糖激酶,-,1,（,phosphfructokinase-1,PFK-1,）,果糖,-1,6-,二磷酸,（,fructose-1,6-bisphosphate,F-1,6-BP,）,O,H,OH,CH,2,OH,P,P,CH,2,O,OH,H,HO,H,O,H,OH,CH,2,O,P,P,CH,2,O,OH,H,HO,H,P,P,果糖,-6-,磷酸,果糖,-1,6-,二磷酸,磷酸己糖裂解成,2,分子磷酸丙糖,醛缩酶,(aldolase),磷酸二羟丙酮,3-,磷酸,甘油醛,+,CH,2,O,HO,C,C,C,C,CH,2,O,O,H,OH,OH,H,H,P,P,P,P,CH,2,OH,C,O,CH,2,P,O,CH,2,P,P,O,CHO,CH,OH,CH,OH,OH,CH,2,P,O,CH,2,P,P,O,磷酸二羟丙酮转变,为,3-,磷酸,甘油醛,磷酸丙糖异构酶,（,phosphotriose isomerase,）,3-,磷酸,甘油醛,磷酸二羟丙酮,CH,2,OH,C,O,CH,2,P,O,CH,2,P,P,O,CHO,CH,OH,CH,OH,OH,CH,2,P,O,CH,2,P,P,O,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,）,3-,磷酸,甘油醛,1,3-,二,磷酸甘油酸,CHO,CH,OH,CH,OH,OH,CH,2,P,O,CH,2,P,P,O,O=C,C,OH,CH,2,P,O,P,P,O,P,P,O,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,）,底物水平磷酸化（,substrate-level phosphorylation,）,：,ADP,或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与高能化合物的高能键水解直接相偶联的产能,方式,1,3-,二,磷酸甘油酸,3-,磷酸,甘油酸,O=C,C,OH,CH,2,P,O,P,P,O,P,P,O,COOH,C,OH,CH,2,P,O,P,P,O,3-,磷酸,甘油酸转变为,2-,磷酸,甘油酸,磷酸甘油酸,变位酶（,phosphoglycerate mutase,）,3-,磷酸,甘油酸,2-,磷酸,甘油酸,COOH,C,OH,CH,2,P,O,P,P,O,COOH,C,CH,2,P,O,P,P,O,OH,OH,2-,磷酸,甘油酸脱水,生成磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,（,enolase,）,2-,磷酸,甘油酸,+,H,2,O,磷酸烯醇式丙酮酸,（,phosphoenolpyruvate,PEP,）,COOH,C,CH,2,P,O,P,P,O,OH,OH,COOH,C,CH,2,P,P,O,ADP,ATP,K,+,Mg,2+,丙酮酸激酶,（,pyruvate kinase,）,磷酸烯醇式,丙酮酸经底物水平磷酸化生成,ATP,和丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,COOH,C,CH,2,P,P,O,COOH,C=O,CH,3,（二）丙酮酸被还原为乳酸,NADH+H,+,来自,于上述第,6,步反应中,的,3-,磷酸,甘油醛,的脱氢,反应,丙酮酸,乳酸,乳酸脱氢酶,（,Lactate dehydrogenase,LDH,）,NADH+H,+,NAD,+,COOH,C=O,CH,3,COOH,CHOH,CH,3,糖的无氧氧化,全过程,二、,糖酵解的流量调节取决于,3,个,关键酶活性,关键酶,变构激活剂,变构抑制剂,激素调节,磷酸果糖激酶,-,1,（最重要）,AMP,、,ADP,、果糖,-1,6-,二磷酸、,果糖,-2,6-,二,磷酸,（最强激活剂）,ATP,、,柠檬酸,受胰高血糖素抑制,丙酮酸激酶,果糖,-1,6-,二磷酸、丙氨酸（肝）,ATP,受胰高血糖素抑制,己糖激酶,葡糖,-6-,磷酸,葡糖激酶,（肝）,长,链脂酰,CoA,受,胰岛素诱导,合成,糖酵解,关键酶的调节,果糖,-6-,磷酸,果糖,-1,6-,二磷酸,ATP,ADP,磷酸果糖激酶,-1,磷蛋白磷酸酶,蛋白激酶,A,ATP,ADP,Pi,胰高血糖素,ATP,cAMP,活化,果糖,-2,6-,二磷酸,+,+,+,/,+,AMP,+,柠檬酸,AMP,+,柠檬酸,磷酸果糖,激酶,-2,（有活性）,果糖二磷酸酶,-2,（,无活性）,磷酸果糖激酶,-2,（,无活性）,果糖二磷酸酶,-2,（,有活性）,P,P,磷酸果糖激酶,-,1,的活性调节,三、,糖的无氧氧化为机体快速供能,缺氧时迅速供能，对,肌收缩,更重要,无线粒体的细胞，如,：成熟红细胞,增殖,活跃,的细胞，如：白细胞、骨髓细胞,常氧时为某些特殊类型的细胞供能,净生成,2,分子,ATP,，无,NADH,净生成,果糖,（,肌）,己糖激酶,葡萄糖,葡糖,-6-,磷酸,果糖,-6-,磷酸,果糖,-1,6-,二磷酸,ATP,ADP,ATP,ADP,丙酮酸,半乳糖,半乳糖,-1-,磷酸,葡糖,-1-,磷酸,半乳糖激酶,变位酶,甘露糖,甘露糖,-6-,磷酸,己糖激酶,变位酶,半乳糖血症,果糖,（肝,）,果糖激酶,四、,其他单糖可转变成糖酵解的中间产物,糖的有氧氧化,第三节,Aerobic Oxidation of Carbohydrates,糖,有,氧,氧化的,概念：,有氧时，葡萄糖彻底分解成,CO,2,和,H,2,O,并释放出大量,ATP,一,、,糖,的有氧,氧,化分三阶段,糖酵解,（胞质，同无氧氧化第一阶段，略）,丙酮酸氧化脱羧生成乙酰,CoA,（线粒体）,乙酰,CoA,进入柠檬酸循环及氧化磷酸化（线粒体）,（一）线粒体内丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸,乙酰,CoA,NAD,+,HSCoA,CO,2,NADH+H,+,丙酮酸脱氢酶复合体,3,酶,5,辅因子,CO,2,CoASH,NAD,+,NADH+H,+,5.NADH+H,+,的生成,1.,-,羟乙基,-TPP,的生成,2.,乙酰硫辛酰胺的生成,3.,乙酰,CoA,的生成,4.,硫辛酰胺的生成,丙酮酸脱氢酶,复合体作用机制,（二）柠檬酸循环（,citric acid cycle,）,由,线粒体内一系列酶促反应构成的循环反应体系，将乙酰,CoA,彻底氧化，亦称,三羧酸循环（,Tricarboxylic acid Cycle,TCA cycle,）或,Krebs,循环,1.,乙酰,CoA,与草酰乙酸缩合成柠檬酸,柠檬酸,合酶,（,citrate synthase,）,2.,柠檬酸,经顺乌头酸转变为异柠檬酸,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶,3.,异柠檬酸,氧化脱羧转变为,-,酮戊二酸,异柠檬酸,脱氢酶,（,isocitrate dehydrogenase,）,4.-,酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰,CoA,-,酮戊二酸脱氢酶,复合体,（,3,酶,5,辅因子）,5.,琥珀,酰,CoA,合成酶催化底物水平磷酸化反应,琥珀酰,CoA,合成酶,(ADP,),(ATP,),6.,琥珀酸,脱氢生成延胡索酸,琥珀酸,脱氢酶,（与内膜结合）,7.,延胡索酸加水生成苹果酸,8.,苹果酸脱氢生成草酰乙酸,苹果酸,脱氢酶,小结柠檬酸循环特点：,4,次脱氢，,2,次脱羧，,1,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,（,ATP,）,关键酶：,柠檬酸合酶，异柠檬酸,脱氢酶，,-,酮戊二酸脱氢酶,复合体,CoASH,NADH+H,+,NAD,+,CO,2,NAD,+,NADH+H,+,CO,2,GTP(ATP),GDP(ADP)+,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,柠檬酸循环全过程,柠檬酸循环在三大营养,物代谢,中占核心地位,三大营养物质分解产能的共同通路,糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽,1,分子乙酰,CoA,经柠檬酸循环及氧化磷酸化生成,10 ATP,三大营养物质通过柠檬酸循环在一定程度上相互转变,二,糖的有氧氧化是糖分解供能的主要方式,反 应,辅 酶,最终获得,ATP,第一阶段（胞浆）,葡萄糖葡糖,-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（线粒体基质）,2,丙酮酸,2,乙酰,CoA,2NADH,5,第三阶段（线粒体基质）,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,由一个葡萄糖总共获得,30,或,32,（,2,种,机制运入线粒体）,三,糖的有氧氧化主要受能量供需平衡调节,关键酶,变构激活剂,变构抑制剂,激素调节,丙酮酸脱氢酶复合体,AMP,、,NAD,+,、,CoA,、,Ca,2+,ATP,、,NADH,、乙酰,CoA,、脂肪酸,胰岛素激活,异柠檬酸脱氢酶,ADP,、,Ca,2+,ATP,-,酮戊二酸脱氢酶复合体,Ca,2+,NADH,、琥珀酰,CoA,柠檬酸合酶,ADP,ATP,、,NADH,、柠檬酸、琥珀酰,CoA,丙酮酸氧化脱羧和柠檬酸循环中,关键酶的调节,关键酶,能量别构激活剂,能量别构抑制剂,糖酵解,己糖激酶,/,葡糖激酶,-,-,磷酸果糖激酶,-1,AMP,、,ADP,ATP,丙酮酸激酶,-,ATP,丙酮酸氧化脱羧,丙酮酸脱氢酶复合体,AMP,ATP,柠檬酸循环,柠檬酸合酶,ADP,ATP,异柠檬酸脱氢酶,ADP,ATP,-,酮戊二酸脱氢酶复合体,-,-,糖酵解,己糖激酶,/,葡糖激酶,-,-,糖的有,氧氧化受能量供需调节,四,糖氧化产能方式的选择有组织偏好,1.,巴斯德效应（,Pasteur effect,）,概念：肌组织中，糖,的有氧氧化抑制无氧氧,化,机制：,NADH,决定丙酮酸的代谢去向。有,氧,时二者均进入线粒体氧,化,，无氧时二者均留在胞质还原生成乳酸,2.,Warburg,效应（,Warburg effect,）,概念,：增殖活跃的细胞中，有,氧,时糖的无,氧氧化,增强,意义：积累碳源用于生物合成,磷酸戊糖途径,第四节,Pentose Phosphate Pathway,磷酸戊糖途径的概念：,从葡糖,-6-,磷酸形成,旁路，通过氧化、基团,转移生成,果糖,-6-,磷酸,和,3-,磷酸甘油醛，,从而返回,糖酵解，发生于胞质，主要意义是提供,NADPH,和磷酸,核糖,一,、磷酸戊糖途径分两阶段,氧化反应,（六碳糖转变为五碳糖）,基团转移反应（,3,个五碳糖返回糖酵解）,（一）氧化阶段,生成,NADPH,和,磷酸核糖,6-,磷酸葡萄糖酸,核酮糖,-5-,磷酸,NADPH+H,+,NADP,+,H,2,O,NADP,+,CO,2,NADPH+H,+,葡糖,-,6-,磷酸脱氢酶,6-,磷酸葡萄糖酸脱氢酶,H,CO,H,CH,2,OH,C,O,葡糖,-6-,磷酸,6-,磷酸葡萄糖酸内酯,核糖,-5-,磷酸,C,C,C,C,C,CH,2,O,H,OH,OH,O,H,H,H,HO,H,H,O,P,P,C,C,C,C,C=O,CH,2,O,H,OH,OH,H,H,HO,H,O,P,P,C,C,C,C,CO,O,CH,2,O,H,OH,OH,O,H,H,H,HO,H,P,P,CH,2,OH,C=O,C,C,CH,2,O,OH,OH,H,H,P,P,CHO,OH,C,C,C,CH,2,O,OH,OH,H,H,P,P,H,（二）基团转移阶段生成磷酸己糖和磷酸丙糖,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,磷酸戊糖途径全过程,二、磷酸戊糖途径主要受,NADPH/NADP,+,比值的调节,NADPH/NADP,+,比值,降低时，,葡糖,-6-,磷酸脱氢酶被激活,三、磷酸戊糖途径是,NADPH,和磷酸核糖的主要来源,为脂类合成等供氢,参与,体内羟化反应,维持谷胱甘肽的,还原,状态,蚕豆病,提供磷酸核糖参与核酸的生物合成,提供,NADPH,作为供氢体参与多种代谢反应,糖类主要在小肠被消化吸收，细胞,摄取糖需要葡糖转运,蛋白,体内糖代谢包括分解、合成与储存三方面,糖的分解,包括无氧氧化、有氧氧化和磷酸戊糖,途径,糖酵解是糖有氧氧化和无氧氧化的共同起始通路，由葡萄糖在胞质中生成丙酮酸,糖的无氧氧化指葡萄糖在胞质中生成乳酸，可为机体快速供能，受,3,个关键酶调节,糖的有氧氧化指葡萄糖在胞质和线粒体中生成,CO,2,和,H,2,O,，,是机体,的,主要,产能方式，受,7,个关键酶调节,柠檬酸循环将乙酰,CoA,彻底氧化，是三大营养物代谢的核心，受,3,个关键酶调节,磷酸戊糖途径在,胞质产生,磷酸核糖和,NADPH,，受,1,个关键酶调节,