生化糖代谢专题知识宣讲优质PPT课件.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,生化糖代谢专题知识宣讲,教学目的,:,1.掌握糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应过程及生理意义,2.了解糖原的合成与分解代谢,3.掌握糖异生的概念及途径,教学重点难点,：,糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应过程及生理意义;糖异生,教学课时,:10,糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物,一.糖类在生物体的生理功能主要有：,氧化供能：,糖类占人体全部供能量的70%。,构成组织细胞的基本成分,：,*核糖:构成核酸,*糖蛋白:凝血因子、免疫球蛋白等,*糖脂:生物膜成分,转变为体内的其它成分,*转变为脂肪,*转变为非必需氨基酸,二.,糖代谢的概况,血中葡萄糖,食物,主,糖异生,糖酵解,有氧氧化,（CO,2,、H,2,O、,ATP,),磷酸戊糖途径,（5-磷酸核糖、NADPH）,糖原,缺氧,供氧充足,合成,分解,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乙醇,乙酰 CoA,6-磷酸葡萄糖,磷酸戊糖途径,糖酵解,（有氧）,（无氧）,三羧酸循环,(TCA),（有氧或无氧）,三.葡萄糖的分解代谢途径及定位,1、分解代谢途径,呼吸链氧化磷酸化,NADH,FADH,2,细胞膜,细胞质,线粒体,高尔基体,细胞核,内质网,溶酶体,细胞壁,叶绿体,有色体,白色体,液体,晶体,分泌物,吞噬,中心体,胞饮,细胞膜,丙酮酸氧化,三羧酸循环,氧化磷酸化,磷酸戊糖途径,糖酵解,2、分解代谢途径及定位,动物细胞,植物细胞,Section 1,糖酵解（,glycolysis,),糖酵解,:是葡萄糖在无氧条件下在组织细胞中降解成,丙酮酸,并释放出能量生成,ATP,的过程。,它是葡萄糖最初经历的酶促分解过程,也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。,无氧酵解的全部反应过程在,细胞溶胶,(,cytoplasm,)中进行。,从葡萄糖到丙酮酸的反应过程,包括,两个,部分，,可分为,活化、裂解、放能,三个阶段,，,十步,反应,。,一、,糖酵解的反应过程,(一)准备,1.,葡萄糖的,活化(activation)己糖磷酸酯的生成：,活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异构反应生成,1,6-二磷酸果糖,(FBP，FDP)的反应过程。该过程共由三步化学反应组成。,己糖激酶/葡萄糖激酶,磷酸己糖异构酶,磷酸果糖激酶-1,ATP,ADP,ATP,ADP,*,*,(1),(2),(3),Mg,2+,Mg,2+,激酶：,催化ATP分子与底物之间的磷酸基转移的酶称激酶，激酶一般需要,Mg,2+,或Mn,2+,作为辅因子。Mg,2+,可以掩盖ATP/ADP分子中磷酸基氧原子的负电荷，使葡萄糖C-6/C-1位的,羟基,易于对ATP的位磷原子,进行,亲核攻击.,机理：,葡萄糖C-6/C-1位的羟基对ATP的位磷原子的亲核进攻击,葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,A,T,P,A,DP,glucose,glucose-6-phosphate,(G-6-P）,已糖激酶,Mg,2,+,特点：此反应不可逆，消耗1个ATP.,催化此反应的激酶有已糖激酶和葡萄糖激酶。,糖酵解过程的第一个限速酶,6-磷酸葡萄糖异构化转变为6-磷酸果糖,磷酸Glc异构酶,特点：,反应的,Go,变化很小，反应可逆。,磷酸葡萄糖异构酶将葡萄糖的,羰基C,由C,1,移至C,2,，为C,1,位磷酸化作准备，同时保证C,2,上有羰基存在，这对分子的断裂，形成三碳物是必需的,fructose-6-phosphate,F-6-P,6-磷酸果糖再磷酸化生成1,6-二磷酸果糖,A,T,P,A,D,P,磷酸果糖激酶-1Mg,2,+,特点：,此反应在体内不可逆，消耗1个ATP。,反应由磷酸果糖激酶1催化，是主要的调节位点,糖酵解过程的第二个限速酶,fructose-1,6-biphosphate,F-1,6-BP,2.裂解（lysis)磷酸丙糖的生成,：,一分子,F-1,6-BP裂解为,两分子,可以互变的磷酸丙糖（triose phosphate)，,磷酸丙糖异构酶,醛缩酶,(4),(5),3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的生成,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,fructose-1,6-diphosphate,(F-1,6-2P）,醛缩酶,1,2,6,5,4,3,1,2,3,4,5,6,+,机理：,由于C-2的羰基及C-4的羟基存在，1,6-二磷酸果糖分子发生,断裂，形成等长的三碳化合物,特征：,该反应,G,o,=,23.97kJ/mol,在热力学上不利，但是，由于F-1.6-2P的形成是放能的及甘油醛-3-磷酸后续氧化的放能性质，促使反应正向进行。,在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行,磷酸丙糖的互换,dihydroxyacetone phosphate),glyceraldehyde 3-phosphate,磷酸丙糖异构酶,1,6-二磷酸果糖,2,3-磷酸甘油醛,(二)贮能,3.放能(releasing energy)丙酮酸的生成：,3-磷酸甘油醛经,脱氢,、,磷酸化,、脱水,及,放能,等反应生成,丙酮酸,和,ATP,.,包括五步反应:,(6),(7),(8),ATP,ADP,磷酸甘油酸变位酶,3-磷酸甘油醛,脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,NAD,+,+Pi,NADH+H,+,烯醇化酶,丙酮酸激酶,*,ATP,ADP,自发,H,2,O,(10),3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,1,3-diphosphoglycerate,3-磷酸甘油醛脱氢酶,glyceraldehyde 3-phosphate,HPO,4,2-,+,NAD,H,+,H,+,NAD,+,OPO,3,2-,糖酵解中唯一的,脱氢,反应,特征：,由,3-磷酸甘油醛脱氢酶,催化，在,无机磷酸,的参与下以,NAD,+,作为电子受体，3-磷酸甘油醛氧化脱氢生成1,3-二磷酸甘油酸和,NADH,+,H,+,。,醛基,转变成,超高能量的酰基磷酸,1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸激酶,3-phosphoglycerate),1,3diphosphoglycerate,OPO,3,2-,ADP,ATP,这是糖酵解中第一次,底物水平磷酸化,反应,特征：,在磷酸甘油酸激酶的作用下，将,高能磷酰基,转给,ADP,形成,ATP,。,这是酵解中第一次产生ATP的反应，反应是可逆的,3-磷,酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,3-phosphoglycerate,磷酸甘油酸变位酶,2-phosphoglycerate,特征：,变位酶是一种催化分子内化学基团移位的酶.,磷酸甘油酸变位酶催化3-磷酸甘油酸和2-磷酸甘油酸之间的磷酸基团位置的移动,分子内重排.,2-磷,酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,phosphoenolpyruvate,2-phosphoglycerate,烯醇化酶,(Mg,2+,/Mn,2+,),氟化物能与Mg,2+,络,合而抑制此酶活性,特征：,烯醇化酶（需要,Mg,2+,的活化,）催化2-磷酸甘油酸中的a、,位脱去水形成磷酸烯醇式丙酮酸。,烯醇磷酯键,具有很高的,磷酸基转移潜能,。,a,H,2,O,(10)磷,酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸,ADP,ATP,丙酮酸激酶(,PK,),phosphoenolpyruvate,enolpyruvate,糖酵解过程的,第三个限速酶,Mg,2+,K,+,特征：,丙酮酸激酶,催化,磷酸基,从磷酸烯醇式丙酮酸转移给,ADP，,生成,烯醇式,丙酮酸,和,ATP,，反应是不可逆的这是酵解中,第二个底物水平磷酸化反应,.,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸,ADP,丙酮酸激酶,enolpyruvate,pyruvate,自发进行,(10),6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,2,1，3-二磷酸甘油酸,2,3-磷酸甘油酸,2,2-磷酸甘油酸,2,磷酸烯醇丙酮酸,2,丙酮酸,第一阶段,第二阶段,第三阶段,葡萄糖,葡萄糖的活化,磷酸己糖的裂解,2-磷酸甘油酸,和ATP生成,丙酮酸和ATP的生成,一、糖酵解过程,第一部分,(六碳糖,三碳糖),第二部分,-1ATP,-1ATP,2,1NADH,2,1ATP,2,1ATP,二、途径化学计量和生物学意义,糖酵解代谢途径可将一分子葡萄糖分解为,两分子丙酮酸，净生成两分子ATP,。,总反应式:,C,6,H,12,O,6,+2NAD+2ADP+2Pi,2C,3,H,4,O,3,+,2NADH,+2H+,2ATP,+2H,2,O,糖酵解代谢途径有三个关键酶，即,己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶,。,二、糖酵解的调节,糖酵解代谢途径的调节主要是通过各种变构剂对三个关键酶进行,变构调节,。,1.己糖激酶或葡萄糖激酶：,已糖激酶：,专一性不强，在组织细胞中广泛存在，可催化Glc、Man（甘露糖）磷酸化。被产物G-6-P强烈地别构抑制,葡萄糖激酶：,只能催化Glc磷酸化，仅在肝脏和胰腺,细胞存在，维持血糖平衡，不被G-6-P抑制。是诱导酶，胰岛素可诱导其基因转录，促进酶的合成。当肝细胞中,Glc浓度,5mmol/L,，肝中的,Glc激酶被激活,，Glc激酶将Glc转化成G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞,是,肝脏调节葡萄糖吸收,的主要的关键酶。,无产物反馈抑制,己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂,己糖激酶,hexokinase,葡萄糖激酶,glucokinase,G-6-P,长链脂酰CoA,-,-,2.6-磷酸果糖激酶-1：,6-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解代谢途径,流量,的主要因素。,6-磷酸果糖激酶-1,6-phosphofructokinase-1,ATP,柠檬酸,ADP、AMP,1,6-双磷酸果糖,2,6-双磷酸果糖,-,+,3.丙酮酸激酶：,丙酮酸激酶,pyruvate kinase,ATP,丙氨酸(肝),1,6-双磷酸果糖,-,+,三、糖酵解的生理意义,1.,是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补充途径,，生物体获得生命活动所需要的能量,。,在有氧条件下，作为某些组织细胞主要的供能途径。,2.,形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；,3.,为肌肉收缩迅速提供能量,剧烈运动时：,肌肉内ATP含量很低,即使氧不缺乏，葡萄,糖进行有氧氧化的过程比糖酵解长得多,来不及满足需要,糖酵解为肌肉,收缩迅速提供能量,四、丙酮酸的去路,（,有氧,）,（,无氧,）,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乙醇,乙酰 CoA,三羧酸循环,（有氧或无氧）,丙酮酸,乳酸,乙醇,乙酰 CoA,糖酵解途径,三羧酸循环,（有氧或无氧）,丙酮酸有3种主要的去路：,1、在大多数情况下，丙酮酸可以通过氧化脱羧形成,乙酰CoA,，然后乙酰CoA进入,柠檬酸循环,；,2在某些微生物中，丙酮酸可以转化为,乙醇,，这一过程称之,酒精发酵,；,3、在某些环境条件下（如缺氧），它可以还原为,乳酸,。,1、丙酮酸,乳酸（乳酸发酵）,在无氧条件下，利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使NADH,重新氧化,为NAD,+,，以确保反应的继续进行。,乳酸脱氢酶,NAD,+,NADH+H,+,乳酸可以通过血液进入肝、肾等组织内，重新转变成丙酮酸，再合成葡萄糖和肝糖元，或进入三羧酸循环氧化。,葡萄糖,EMP,CH,2,OH,CH,3,乙醇,NADH+H,+,NAD,+,CO,2,乙醛,CHO,CH,3,COOH,C=O,CH,3,丙酮酸,2、丙酮酸,乙醇（酒精发酵）,酵母在无氧的条件下，将葡萄糖转变成乙醇，这是酿酒和发酵法生产乙醇的基本过程，称为生醇发酵。,酵母中含有多种酶系，其中丙酮酸脱羧酶,(,不存在于动物细胞中,),催化丙酮酸脱羧产生乙醛，乙醛在醇脱氢酶催化下被,NADH,还原成乙醇。,丙酮酸脱羧酶,醇脱氢酶,3、丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解,（EPM）,葡萄糖,COOH,C=O,CH,3,丙酮酸,CH3-C-SCoA,O,乙酰CoA,三羧酸循环,NAD,+,NADH+H,+,CO,2,CoASH,葡萄糖的有氧分解,丙酮酸脱氢酶系,Section 2,糖的有氧氧化,（aerobic oxidation),葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成CO,2和H,2,O，并释放出大量能量的过程称为,葡萄,糖的有氧氧化,。,绝大多数组织细胞通过葡萄糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程在细胞,胞液和线粒体,(cytoplasm and mitochondrion)内进行。,一分子葡萄糖(glucose)彻底氧化分解可产生,30/32分子ATP,。,一、有氧氧化的反应过程,葡萄糖,的有氧氧化代谢途径可分为,四个阶段:,糖酵解产生丙酮酸,（2丙酮酸、2ATP、2NADH）,丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA,三羧酸循环,（CO2、H2O、ATP、NADH）,呼吸链氧化磷酸化,（NADH-ATP）,原核生物：阶段在胞质中,真核生物：在胞质中，在线粒体中,（一）葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸：,此阶段在细胞,胞液,(cytoplasm)中进行，一分子葡萄糖(glucose)分解后净生成,2分子丙酮酸,(pyruvate)，2分子ATP，和2分子（NADH+H,+,）。,两分子（NADH+H,+,）在有氧条件下可进入线粒体(mitochondrion)进行氧化磷酸化，共可得到21.5或者22.5分子ATP。故第一阶段可,净生成5或7分子ATP,。,（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA：,丙酮酸进入,线粒体,(mitochondrion)，在,丙酮酸脱氢酶系,(pyruvate dehydrogenase complex)的催化下氧化脱羧生成,乙酰CoA,(acetyl CoA)。,丙酮酸脱氢酶系,NAD,+,+HSCoA,NADH+H,+,+CO,2,*,一分子葡萄糖经糖酵解产生两分子丙酮酸(pyruvate)，故可生成,两分子乙酰CoA,(acetyl CoA)，两分子CO,2,和两分子（NADH+H,+,），可生成,22.5分子ATP,。,反应为不可逆；,丙酮酸脱氢酶系,(pyruvate dehydrogenase complex)是葡萄糖有氧氧化途径的关键酶之一。,1.,丙酮酸脱氢酶系,组成：,由丙酮酸脱羧酶（E,1,），二氢硫辛酸乙酰基转移酶（E,2,），二氢硫辛酸脱氢酶（E,3,）三种酶单体构成。有六种辅助因子：,TPP，硫辛酸，NAD+，FAD，HSCoA和Mg,2+,。,这些酶以非共价键结合在一起，碱性条件下，复合体解离成相应的亚单位，中性时重组为复合体。所有丙酮酸氧化脱羧的中间物均紧密结合在复合体上，活性中间物可以从一个酶活性位置转到另一个酶活性位置，多酶复合体有利于高效催化反应及调节酶在反应中的活性。,2、反应步骤,（1）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP,（2）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基氧化成乙酰基,（3）E2将乙酰基转给CoA，生成乙酰-CoA,（4）E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸,（5）E3还原NAD,+,生成NADH,NAD,+,+H,+,丙酮酸脱羧酶,E1,FAD,硫辛酸乙酰转移酶,E2,二氢硫辛酸脱氢酶,E3,CO,2,乙酰硫辛酸,二氢硫辛酸,NADH+H,+,TPP,硫辛酸,CoASH,NAD,+,CH,3,-C-SCoA,O,（1）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP,（2）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基氧化成乙酰基,（3）E2将乙酰基转给CoA，生成乙酰-CoA,（4）E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸,（5）E3还原NAD,+,生成NADH,（三）三羧酸循环,（tricarboxylic acid cycle）,彻底氧化分解：,三羧酸循环,（柠檬酸循环或Krebs循环）,是指在线粒体中，乙酰CoA首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，草酰乙酸再生并释放出大量能量的循环反应过程。,1、反应历程,三羧酸循环分为三个阶段,柠檬酸合酶,+,*,H,2,O,HSCoA,顺乌头酸酶,*,第一阶段：柠檬酸生成,乙酰CoA与草酰乙酸,缩合形成柠檬酸,柠檬酸合酶,草酰乙酸,CH,3,COSCoA,乙酰辅酶A,(acetyl CoA),柠檬酸,(citrate),HSCoA,关键酶,TCA第一阶段,异柠檬酸(isocitrate),H,2,O,柠檬酸,异构化生成,异柠檬酸,柠檬酸,(citrate),顺乌头酸,乌头酸酶,TCA第一阶段,-酮戊二酸脱氢酶系,NADH+H,+,+CO,2,*,NAD,+,+HSCoA,琥珀酰CoA合成酶,GTP,GDP+Pi,CoA-SH,第二阶段：氧化脱羧,NADH+H,+,+CO,2,NAD,+,CO,2,*,异柠檬酸脱氢酶,CO,2,NAD,+,异柠檬酸,异柠檬酸,氧化脱羧 生成-,酮戊二酸,-酮戊二酸,草酰琥珀酸,NADH+H,+,异柠檬酸脱氢酶,关键酶,TCA第二阶段,2,-,酮戊二酸,氧化脱羧 生成,琥珀酰辅酶,A,-酮戊二酸脱氢酶系,HSCoA,NAD,+,NADH+H,+,琥珀酰,CoA,(,succinyl CoA),-酮戊二酸,(-ketoglutarate),关键酶,TCA第二阶段,CO,2,琥珀酰,CoA,转变为,琥珀酸,琥珀酰,CoA合成酶,琥珀酰,CoA,(,succinyl CoA),GDP+Pi,GTP,ATP,ADP,琥珀酸,(,succinate),HSCoA,TCA第二阶段,H,2,O,NAD,+,NADH+H,+,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,琥珀酸脱氢酶,FADH,2,FAD,第三阶段：草酰乙酸再生,FAD,琥珀酸,氧化脱氢生成,延胡索酸,琥珀酸,(,succinate),琥珀酸脱氢酶,延胡索酸,(,fumarate),FADH,2,TCA第三阶段,延胡索,酸,水化,生成,苹果,酸,延胡索酸,(,fumarate),延胡索酸酶,苹果酸,(,malate),H,2,O,TCA第三阶段,苹果酸,脱氢生成,草酰乙,酸,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,(,oxaloacetate),苹果酸,(,malate),NAD,+,NADH+H,+,TCA第三阶段,O,CH,3,-C-SCoA,CoASH,NADH,+CO,2,FADH,2,H,2,O,NADH,+CO,2,NADH,GTP,草酰乙酸,再生阶段,柠檬酸的生成阶段,氧化脱,羧阶段,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD,+,NAD,+,FAD,NAD,+,三羧循环总观,2.三羧酸循环的特点：,循环反应在,线粒体,(mitochondrion)中进行，为,不可逆反应,。,每完成一次循环，氧化分解掉一分子,乙酰基,，可生成,10分子ATP,故此阶段可生成,210=20分子ATP,。,三羧酸循环中有,两次脱羧反应,，生成两分子CO,2,。,循环中有,四次脱氢反应,，生成三分子NADH和一分子FADH,2,。,循环中有,一次底物水平磷酸化,，生成一分子,GTP,。三羧酸循环的关键酶是,柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶,和,-酮戊二酸脱氢酶系,。,总反应式:,CH,3,COSCoA,+3NAD,+,+FAD+GDP+Pi+2H,2,O,2CO,2,+CoASH+,3NADH,+3H,+,+,FADH,2,+,GTP,3.三羧酸循环的生理意义：,提供能量：,是糖、脂、蛋白质三大物质分解供能的共同通路。,线粒体外的NADH，可通过3-磷酸甘油穿梭和苹果酸穿梭机制，运到线粒体内，经呼吸链再氧化，这两种机制在不同组织的细胞中起作用。,是糖、脂、蛋白质三大,物质代谢的枢纽,一方面，TCA是糖、脂肪、氨基酸等彻底氧化分解的共同途径,另一方面，循环中生成的草酰乙酸、-酮戊二酸、柠檬酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等又是合成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料。,TCA是联系体内三大物质代谢的中心环节，为合成其它物质提供,C骨架。,二、葡萄糖有氧氧化生成的ATP,反 应,ATP,段,酵解阶段,两次耗能反应,-2,两次生成ATP的反应,22,一次脱氢(NADH+H,+,),21.5 或22.5,丙酮酸氧化,一次脱氢(NADH+H,+,),22.5,三羧酸循环,三次脱氢(NADH+H,+,),232.5,一次脱氢(FADH,2,),21.5,一次生成GTP(ATP)的反应,21,净生成,30或32,三、有氧氧化的调节,第一阶段：前述。,第二阶段：,丙酮酸脱氢酶系,Pyruvate dehydrogenase complex,乙酰CoA、ATP,NADH+H,+,-,+,AMP、ADP,NAD,+,第三阶段：,调节有氧氧化第三阶段代谢流量的关键酶主要是,异柠檬酸脱氢酶,。,AMP、ADP,是其变构激活剂，,ATP,是其变构抑制剂。,Section 3 磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway),磷酸戊糖途径,是指从G-6-P脱氢反应开始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解代谢途径的一条旁路代谢途径。,该旁路途径的起始物是,G-6-P,，返回的代谢产物是,3-磷酸甘油醛,(glyceraldehyde-3-phosphate)和,6-磷酸果糖,(fructose-6-phosphate)，其重要的中间代谢产物是,5-磷酸核糖和NADPH,。,整个代谢途径在,胞液,(cytoplasm)中进行。关键酶是,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,(glucose-6-phosphate dehydro-genase),。,全部代谢过程可分为两个阶段：,1、氧化脱羧过程,G-6-P氧化分解生成5-磷酸核酮糖：,2、非氧化分子重排过程,戊糖磷酸酯的相互转变及C-C键的裂解与形成,一、磷酸戊糖途径的反应过程,1、氧化脱羧阶段,（6-磷酸葡萄糖的氧化）,NADP,+,NADPH+H,+,H,2,O,NADPH+H,+,NADP,+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,CO,2,6-磷酸葡萄糖 脱酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶,*,2.5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程：,5-磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生成,3-磷酸甘油醛,和,6-磷酸果糖,。在此阶段中，经由5-磷酸核酮糖异构可生成,5-磷酸核糖,。,2、非氧化分子重排阶段（戊糖磷酸酯的相互转变及C-C键的裂解与形成）,H,2,O,Pi,6,5-磷酸核酮糖,2,5-磷酸核糖,2,5-磷酸木酮糖,2,3-磷酸甘油醛,2,7-磷酸景天庚酮糖,2,4-磷酸赤藓丁糖,2,6-磷酸果糖,2,5-磷酸木酮糖,2,3-磷酸甘油醛,2,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,1,6-磷酸果糖,转醛酶,异构酶,转酮酶,转酮酶,醛缩酶,戊糖磷酸酯的相互转变,C-C键的裂解与形成,磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)的总反应式：,6,G-6-P,+12NADP+7 H2O,5,G-6-P,+,6,CO,2,+,12,NADPH,+12H,+,+,H,3,PO,4,即六分子G-6-P可生成6分子CO,2,，4分子F-6-P，2分子3-磷酸甘油醛和12分子NADPH。,二、磷酸戊糖途径的生理意义,1.,是体内生成NADPH的主要代谢途径,：,NADPH在体内可用于：,作为供氢体，参与体内的合成代谢,：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。,参与羟化反应,：作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化。,使氧化型谷胱甘肽还原,。,维持巯基酶的活性,。,维持红细胞膜的完整性,：由于,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,遗传性缺陷可导致,蚕豆病,，表现为溶血性贫血。,2.,是体内生成5-磷酸核糖的唯一代谢途径,：,体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或脱氧核糖均以5-磷酸核糖的形式提供，这是体内,唯一,的一条能生成,5-磷酸核糖,的代谢途径。,磷酸戊糖途径是体内糖代谢与核苷酸及核酸代谢的交汇途径。,Section 4 糖原的合成与分解,糖原,（glycogen)是由许多葡萄糖分子聚合而成的带有分支的高分子多糖类化合物。,糖原分子的直链部分借,-1,4-糖苷键,而将葡萄糖残基连接起来，其支链部分则是借,-1,6-糖苷键,而形成分支。,-,1,4,-糖苷键,-,1,6,-糖苷键,非还原性末端,还原性末端,糖原是一种,无还原性的多糖,。,糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添加或去除，均在其,非还原端,进行。,糖原的合成与分解代谢主要发生在,肝、肾和肌肉组织细胞的胞液,中。,一、糖原的合成代谢,（一）反应过程：,糖原合成的反应过程可分为三个阶段：,1活化：,由葡萄糖生成UDPG(uridine diphosphate glucose)，是一耗能过程。,磷酸化：,G+,ATP,G-6-P+ADP,己糖激酶(葡萄糖激酶),异构：G-6-P转变为G-1-P：,G-6-P G-1-P,转形：G-1-P转变为,尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）,：,G-1-P+,UTP,UDPG+PPi,UDPG焦磷酸化酶,磷酸葡萄糖变位酶,UDPG 是糖基转移的活泼形式,+,+PPi,1-磷酸葡萄糖,UTP,UDPG,UDPG,UDP,糖原（n个G分子）,糖原（n+1）,2缩合：,糖原合成酶催化糖原的合成,UDPG+(G)n (G)n+1+UDP,糖原合酶,*,3,糖原分支的产生,当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在,分支酶,(branching enzyme)的催化下，将距末端67个葡萄糖残基组成的寡糖链由,-1,4-糖苷键转变为-1,6-糖苷键,，使糖原出现分支。,-1,4,-1,6,（二）糖原合成的特点：,1必须以,原有糖原分子作为引物,；,2合成反应在糖原的,非还原端进行,；,3合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需,消耗2个高能磷酸键,（2分子ATP）；,4其,关键酶是糖原合酶,(glycogen synthase)，为一,共价修饰,酶；,5需,UTP,参与（以UDP为载体）。,二、糖原的分解代谢,（一）反应过程：,糖原的分解代谢可分为三个阶段：,1水解：,包括三步反应，循环交替进行。,磷酸解：由,糖原磷酸化酶,(glycogen phosphorylase)催化对-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P。,(G),n,+Pi (G),n-1,+G-1-P,糖原磷酸化酶,*,糖原磷酸化酶的作用位点及产物,G-1-P,磷酸化酶 a,非还原性末端,磷酸,+,断键部位,转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个葡萄糖残基时，由,葡聚糖转移酶,催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链的非还原端，使分支点暴露。,脱支：由,-1,6-葡萄糖苷酶,催化。将-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。,(G),n,+H,2,O (G),n-1,+G,-1,6-葡萄糖苷酶,2异构：,G-1-P G-6-P,3脱磷酸：,由,葡萄糖-6-磷酸酶,(glucose-6-phosphatase)催化，生成自由葡萄糖。该酶只存在于,肝及肾,中。,G-6-P+H,2,O G+Pi,磷酸葡萄糖变位酶,葡萄糖-6-磷酸酶,（二）糖原分解的特点：,1水解反应在,糖原的非还原端,进行；,2是一,非耗能,过程；,3关键酶是,糖原磷酸化酶,(glycogen phosphorylase)，为一,共价修饰,酶，其,辅酶是磷酸吡哆醛,。,糖原磷酸解的步骤,非还原端,糖原核心,磷酸化酶,a,转移酶,（,糖原脱枝酶）,脱枝酶,（,糖原脱枝酶）,（释放1个葡萄糖,）,G,-1-P,G,G,-6-P,G,三、糖原合成与分解的调节,糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其限速酶分别为,磷酸化酶,和,糖原合成酶,。它们的活性是受,磷酸化或去磷酸化的,共价修饰的调节及变构效应的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。,糖原合成酶 a (有活性,),糖原磷酸化酶 b (无活性,),OH,OH,ATP,ADP,H,2,O,Pi,糖原合成酶 b (无活性,),糖原磷酸化酶 a (有活性,),P,P,激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图,ATP,c,AMP+,PPi,内在蛋白质的磷酸化作用,改变细胞的生理过程,细胞膜,细胞膜,c,R,蛋白激酶 （无活性）,c,+,R,c,AMP,蛋白激酶,（有活性）,受体,环化酶,激素,G蛋白,非磷酸化蛋白激酶,ATP,ADP,磷酸化蛋白激酶,cAMP激活蛋白激酶的作用机理,激素对肝糖原合成与分解的调控,意义,：,由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率,极高。,肾上腺素或胰高血糖素,1,、腺苷酸环化酶（无活性）,腺苷酸环化酶（活性）,2,、ATP,cAMP,R、cAMP,3,、蛋白激酶（无活性）,蛋白激酶（活性）,4,、磷酸化酶激酶（无活性）,磷酸化酶激酶（活性）,5,、磷酸化酶 b（无活性）,磷酸化酶 a（活性）,6、糖原,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,葡萄糖,血液,肾上腺素或胰高血糖素,1,3,2,10,2,10,4,10,6,10,8,葡萄糖,ATP,ADP,ATP,ADP,4,5,6,三、糖原合成与分解的调节,四、糖原合成与分解的生理意义,1贮存能量。,2调节血糖浓度。,3利用乳酸：,肝中可经糖异生途径利用糖无氧酵解产生的乳酸来合成糖原。这就是肝糖原合成的三碳途径或间接途径。,Section 5 糖 异 生,由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为,糖异生,(gluconeogenesis)。,糖异生代谢途径主要存在于,肝及肾,中。,糖异生的关键反应,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3,-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,2,磷酸烯醇丙酮酸,2,丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,果糖激酶,二磷酸果糖磷酸酯酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶,6-磷酸葡萄糖,2,草酰乙酸,PEP羧激酶,一、糖异生途径,糖异生主要沿酵解途径逆行，仅有三步反应为不可逆反应，故需经其他的代谢反应绕行。,1G-6-P G：,由,葡萄糖-6-磷酸酶,催化进行水解。该酶不存在于肌肉组织中，故,肌肉组织不能生成自由葡萄糖,。,G-6-P+H,2,O G+Pi,葡萄糖-6-磷酸酶,*,糖异生途径关键反应之一,+H,2,O,+Pi,6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶,P,6-磷酸葡萄糖,H,葡萄糖,2F-1,6-BP F-6-P：,F-1,6-BP+H,2,O F-6-P+Pi,果糖双磷酸酶-1,*,糖异生途径关键反应之二,二磷酸果糖磷酸酯酶,+,H,2,O,+,Pi,1,6-二磷酸果糖,P,P,O,H,2,CO,H,2,CO,HO,OH,H,OH,H,H,H,H,2,CO,OH,6-磷酸果糖,P,O,H,2,CO,HO,OH,H,H,H,丙酮酸草酰乙酸：,丙酮酸+ATP+C,2,O,草酰乙酸+ADP+Pi,草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)：,草酰乙酸+GTP,PEP+GDP+C,2,O,丙酮酸羧化酶,(生物素),*,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,*,3丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸：,经由,丙酮酸羧化支路,完成。,糖异生途径关键反应之三,PEP羧激酶,ATP,+H,2,O,ADP+Pi,丙酮酸羧化酶,P,磷酸烯醇丙酮酸（,PEP）,GTP,GDP,丙酮酸,草酰乙酸,CO,2,CO,2,丙酮酸,PEP,丙酮酸,草酰乙酸,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,胞液,线粒体,乙酰CoA,G,PEP,二、糖异生的调节,AMP,F-2,6-BP,ATP,-,+,果糖双磷酸酶-1,fructose biphosphatase-1,乙酰CoA,+,丙酮酸羧化酶,pyruvate carboxylase,三、糖异生的原料,1,生糖氨基酸,：,Ala,Cys,Gly,Ser,Thr,Trp 丙酮酸,Pro，His，Gln，Arg Glu-酮戊二酸,Ile，Met，Ser，Thr，Val 琥珀酰CoA,Phe，Tyr 延胡索酸,Asn，Asp 草酰乙酸,2,甘油,：,甘油三酯甘油-磷酸甘油磷酸二羟丙酮。,3,乳酸,：,乳酸丙酮酸。,四、糖异生的生理意义,1在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定。,2回收乳酸分子中的能量,：,葡萄糖在肌肉组织中经糖的无氧酵解产生的乳酸，可经血循环转运至肝脏，再经糖的异生作用生成自由葡萄糖后转运至肌肉组织加以利用，这一循环过程就称为,乳酸循环（Cori循环）,。,3维持酸碱平衡。,Section 6 血 糖,血液中的葡萄糖含量称为,血糖,。按真糖法测定，正常空腹血糖浓度为,3.896.11mmol/L（70100mg%）,。,一、血糖的来源与去路,血糖,消化吸收,肝糖异生,肝糖原分解,氧化供能,合成糖原,转变为脂肪或氨基酸,转变为其他糖类物质,二、血糖水平的调节,（一）组织器官：,1,肝脏。,2肌肉等外周组织。,（二）激素：,1,降低血糖浓度的激素胰岛素,。,2,升高血糖浓度的激素胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素、甲状腺激素。,（三）神经系统。,