生物化學(xué) 第九章 糖代謝

.,第九章糖代謝,.,糖的生理功能糖的吸收血糖糖的氧化分解糖原代謝和糖異生其他單糖代謝,.,糖的主要生物學(xué)作用,糖是人和動(dòng)物的主要能源物質(zhì)通過(guò)氧化而放出大量的能量，以滿足生命活動(dòng)的需要，如淀粉、糖原糖類還具有結(jié)構(gòu)功能植物秸桿中的纖維素；細(xì)胞間質(zhì)中的粘多糖糖類具有復(fù)雜的多方面的生物活性與功能糖具有復(fù)雜的多方面的生物活性與功能，如1，6-二磷酸多糖可治療急性心肌缺血性休克。,第一節(jié)糖的生理功能,.,第二節(jié)糖的消化和吸收,一、糖的消化淀粉(starch)口腔，-amylase，少量作用胃，幾乎不作用小腸，胰-amylase，主要的消化場(chǎng)所麥芽糖、糊精、蔗糖、乳糖等（食物中所混入）麥芽糖酶，糊精酶，蔗糖酶，乳糖酶等葡萄糖(為主）,.,二、糖的吸收葡萄糖腸黏膜細(xì)胞腸壁毛細(xì)血管門靜脈血液組織、細(xì)胞小腸黏膜攝入葡萄糖需要Na+依賴型葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（SGLT）,.,三、糖代謝的概況葡萄糖在體內(nèi)的一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。,糖代謝,分解代謝,合成代謝,無(wú)氧分解,有氧氧化,磷酸戊糖途徑糖醛酸途徑,糖原合成,糖異生,.,第三節(jié)血糖,一、血糖的來(lái)源和去路二、血糖水平的調(diào)節(jié)三、血糖水平異常,.,血糖的來(lái)源,食物糖的消化肝糖原的分解（在肝臟中）肝中糖異生（甘油、乳酸、氨基酸等）（在肝臟中）,1.各組織、細(xì)胞內(nèi)氧化2.轉(zhuǎn)變?yōu)楦翁窃?、肌糖元?chǔ)備3.轉(zhuǎn)變?yōu)榉翘俏镔|(zhì)或其他糖4.過(guò)高時(shí)，糖尿排出,血糖去路,血糖:指血液中的葡萄糖,.,血糖的來(lái)源與去路,血糖（3.896.11mmol/L）,血糖8.9mmol/L,.,血糖水平的調(diào)節(jié),正常情況，來(lái)路去路，維持動(dòng)態(tài)平衡1肝臟調(diào)節(jié)血糖正常水平，肝糖元Glc，Glc糖異生作用加強(qiáng)血糖正常水平，Glc肝糖元，Glc糖異生作用減弱2腎臟調(diào)節(jié)腎糖閾：腎臟所能保持的最高Glc在160-180mg/dl，,.,3神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)4激素調(diào)節(jié)1）胰島素2）胰高血糖素3）糖皮質(zhì)激素4）腎上腺素,.,胰島素和胰高血糖素對(duì)血糖濃度的調(diào)節(jié)示意圖,.,糖代謝紊亂,只有血糖水平持續(xù)異?；蚰吞乔€異常才可以確定為糖代謝紊亂（一）低血糖與低血糖昏迷低血糖:空腹血糖濃度低于3.92mmol/L原因:(1)糖攝入不足或吸收不良(2)嚴(yán)重肝臟疾病(3)胰島素對(duì)抗激素分泌不足(4)胰島-細(xì)胞增生或癌變低血糖昏迷：血糖濃度低于2.52mmol/L,.,（二）高血糖和糖尿定義:空腹血糖濃度超過(guò)7.28mmol/L稱為高血糖.血糖超過(guò)腎糖閾時(shí)出現(xiàn)糖尿生理性高血糖:飲食性糖尿.情感性糖尿.腎性糖尿病理性高血糖:常見(jiàn)于內(nèi)分泌機(jī)能失調(diào)，如糖尿病,胰島-細(xì)胞功能低下、腎上腺皮質(zhì)功能抗進(jìn)等。,.,(三)糖尿病定義:持續(xù)高血糖和糖尿病因:胰島細(xì)胞功能減退,胰島素分泌量不足,或其靶細(xì)胞膜上胰島素受體數(shù)量不足,親和力減弱,或胰高血糖素分泌過(guò)量等.分類:型(胰島素依賴型),型(胰島素非依賴型)癥狀:三多一少(多食,多飲,多尿,體重減輕),.,(四)糖耐量試驗(yàn)葡萄糖耐量:人體處理所給予葡萄糖的能力,又稱為耐糖現(xiàn)象.耐糖曲線:先測(cè)定受試者清晨空腹血糖濃度,然后一次性進(jìn)食大量葡萄糖,在其后一段時(shí)間取血,測(cè)定血糖濃度,以時(shí)間為橫坐標(biāo),血糖濃度為縱坐標(biāo)繪制的曲線稱為耐糖曲線,.,第四節(jié)糖的氧化代謝,一、糖的無(wú)氧分解二、糖的有氧氧化三、磷酸戊糖途徑四、糖醛酸途徑,.,一、糖的無(wú)氧分解,（一）糖酵解途徑（二）糖酵解的調(diào)節(jié)（三）糖酵解的生理意義,.,（一）糖酵解途徑,糖酵解的代謝過(guò)程分為兩個(gè)階段：酵解途徑由葡萄糖分解為丙酮酸的過(guò)程，有10步反應(yīng)丙酮酸變?yōu)槿樗岬倪^(guò)程,.,糖酵解途徑,（1）葡萄糖的磷酸化作用,ATP,ADP,Mg2+,己糖激酶,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,.,（2）6-磷酸葡萄糖的異構(gòu)作用,磷酸己糖異構(gòu)酶,6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,Mg2+,.,（3）磷酸果糖的磷酸化作用,磷酸果糖激酶1,1，6-二磷酸果糖,6-磷酸果糖,.,（4）1，6-二磷酸果糖一分為二,1，6-二磷酸果糖醛縮酶,OH,1，6-二磷酸果糖,磷酸二羥丙酮,3-磷酸甘油醛,.,（5）磷酸二羥丙酮的異構(gòu)作用,磷酸丙糖異構(gòu)酶,CH2O-P,C,O,CH2OH,磷酸二羥丙酮,3-磷酸甘油醛,.,（6）3-磷酸甘油醛氧化為1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛脫氫酶,3-磷酸甘油醛,NADH+H+,1，3-二磷酸甘油酸,.,（7）1，3-磷酸甘油酸的磷酸轉(zhuǎn)移,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,.,（8）3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸變位酶,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,.,（9）2-磷酸甘油酸脫水成為磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,H2O,.,（10）磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸轉(zhuǎn)移,丙酮酸激酶,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,.,丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗?乳酸脫氫酶,丙酮酸,乳酸,NAD+,NADH+H+,.,P-O-CH2,O,H,OH,H,OH,H,H,H,OH,OH,O,OH,OH,OH,P-O-CH2,H,H,H,CH2OH,O,OH,OH,OH,P-O-CH2,H,H,H,CH2O-P,OP,O=C-O-,CH,CH2-O-H,COOH,C,O,CH3,1,2,3,4,6,7,8,P,9,10,5,糖酵解代謝途徑,.,（二）糖酵解的調(diào)節(jié),三個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)：6-磷酸果糖激酶ATP和檸檬酸是此酶的變構(gòu)抑制劑。AMP、ADP、1，6-雙磷酸果糖和2，6-雙磷酸果糖是此酶的變構(gòu)激活劑。丙酮酸激酶ATP和丙氨酸具有抑制作用；1，6-雙磷酸果糖是變構(gòu)激活劑葡萄糖激酶或己糖激酶己糖激酶受6-磷酸葡萄糖的反饋抑制,.,（三）糖酵解的生理意義,其主要的生理意義在于迅速提供能量這對(duì)肌收縮更為重要。無(wú)氧條件下糖的降解過(guò)程，糖經(jīng)一系列的酶促反應(yīng)變成丙酮酸，并生成ATP，是一切生物細(xì)胞中Glc分解產(chǎn)生能量的共同代謝途徑。1mol葡萄糖酵解凈得2molATP某些組織在有氧時(shí)也通過(guò)糖酵解供能糖酵解的中間產(chǎn)物是其它物質(zhì)的合成原料,.,二、糖的有氧氧化,（一）有氧氧化的反應(yīng)過(guò)程（二）糖有氧氧化的生理意義（三）糖有氧氧化調(diào)節(jié),O2,O2,O2,葡萄糖,丙酮酸,乙酰CoA,Krebs循環(huán),H+e,H2O,CO2,胞液,線粒體,6-磷酸葡萄糖,丙酮酸,.,（一）有氧氧化的反應(yīng)過(guò)程,葡萄糖循糖酵解途徑分解成丙酮酸丙酮酸氧化脫羧成為乙酰CoA（1）丙酮酸脫氫復(fù)合體（2）該復(fù)合體可分為五步反應(yīng)3.三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化（1）三羧酸循環(huán)反應(yīng)過(guò)程（2）三羧酸循環(huán)的小結(jié)（3）三羧酸循環(huán)的生理意義,.,丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化的整個(gè)反應(yīng),.,（1）丙酮酸脫氫復(fù)合體,由丙酮酸脫氫酶（E1），二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶（E2）和二氫硫辛酰胺脫氫酶（E3）組成。參與反應(yīng)的輔酶有硫胺素焦磷酸酯（TPP）、硫辛酸、FAD、NAD+及CoA。丙酮酸脫氫酶的輔基是TPP二氫硫辛酰胺脫氫酶的輔酶是FAD、NAD+,.,丙酮酸脫氫酶系,NAD+H+,丙酮酸脫羧酶,FAD,硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶,二氫硫辛酸脫氫酶,CO2,乙酰硫辛酸,二氫硫辛酸,NADH+H+,TPP,硫辛酸,CoASH,NAD+,.,PydHE復(fù)合物的調(diào)節(jié),PyCH3COScoA是一個(gè)重要的反應(yīng)步驟，處于代謝的分支點(diǎn)，受到嚴(yán)密的調(diào)節(jié)作用：1）產(chǎn)物乙酰CoA和NADH都抑制PydHE復(fù)合物，抑制作用為相應(yīng)的反應(yīng)物CoA及NAD+所逆轉(zhuǎn)。2）核苷酸反饋調(diào)節(jié)：整個(gè)酶體系的活性由細(xì)胞的能荷水平所調(diào)控，體系受GTP(ATP)抑制，為AMP所活化。3）可逆磷酸化作用的共價(jià)調(diào)節(jié)：ATP存在時(shí)，Py脫氫酶分子上的Ser-OH被磷酸激酶催化磷酸化而沒(méi)有活性，一旦磷酸基團(tuán)被磷酸酯酶催化水解（去磷酸化）可恢復(fù)活性。,.,檸檬酸(三羧酸)循環(huán),(TAC)/Krebscycle乙酰CoA經(jīng)一系列（8步）的氧化、脫羧，最終生成CO2和H2O，并產(chǎn)生能量的過(guò)程，即乙酰CoA與草酰乙酸縮合生成檸檬酸，再經(jīng)一系列的氧化、脫羧，循環(huán)后再生草酰乙酸，其中生成2CO2，3（NADH+H+），1GTP(ATP)，1FADH2,CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP,.,（1）三羧酸循環(huán)反應(yīng)過(guò)程,反應(yīng)1：檸檬酸形成反應(yīng)2：順烏頭酸水合酶作用于檸檬酸生成異檸檬酸反應(yīng)3：-酮戊二酸的生成反應(yīng)4：琥珀酸輔酶A的生成反應(yīng)5：底物水平磷酸化反應(yīng)6：琥珀酸脫氫生成延胡索酸反應(yīng)7：延胡索酸加水生成蘋果酸反應(yīng)8：蘋果酸氧化生成草酰乙酸,.,反應(yīng)1：檸檬酸(Citricacid)形成,草酰乙酸,.,反應(yīng)2：順烏頭酸水合酶作用于檸檬酸生成異檸檬酸,.,反應(yīng)3：-酮戊二酸的生成,.,反應(yīng)4：琥珀酰輔酶A的生成,.,反應(yīng)5：底物水平磷酸化,琥珀酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁?，產(chǎn)生1GTP，由琥珀酰CoA合成酶催化。生成的GTP可在二磷酸核苷激酶催化下，將磷酸根轉(zhuǎn)移給ADP而生成ATP與GDP；需要Mg2+參與。,.,反應(yīng)6：琥珀酸脫氫生成延胡索酸,由琥珀酸dHE催化琥珀酸生成延胡索酸，H受體是FAD。琥珀酸dHE是TCA中唯一一個(gè)摻入線粒體內(nèi)膜的酶（真核生物）（原核生物參入質(zhì)膜），直接與呼吸鏈相連。丙二酸（malonate）是酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。,.,反應(yīng)7：延胡索酸加水生成蘋果酸,H2O,延胡索酸酶,COO-,HOCH,CH2,COO-,延胡索酸,蘋果酸,.,反應(yīng)8：蘋果酸氧化生成草酰乙酸,.,乙酰-CoA,檸檬酸,順烏頭酸,異檸檬酸,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,琥珀酰-CoA,琥珀酸,延胡索酸,蘋果酸,草酰乙酸,檸檬酸合成酶（縮合）,異檸檬酸脫氫酶（氧化脫羧）,順烏頭酸酶（脫水）,順烏頭酸酶（水化）,-酮戊二酸脫氫酶系（氧化脫羧）,琥珀酰-CoA合成酶（底物水平磷酸化）,琥珀酸脫氫酶（氧化）,延胡索酸酶（加水）,蘋果酸脫氫酶（氧化）,NADH,CO2,NADH,CO2,GTP,FADH2,NADH,H2O,H2O,H2O,H2O,.,TAC循環(huán)總圖,.,TAC小結(jié),1)循環(huán)從C4物與乙酰CoA縮合生成C6物開(kāi)始2)每一次循環(huán)經(jīng)歷兩次脫羧，放出2CO23)每一循環(huán)經(jīng)歷四次脫氫，其中3次以NAD+為氫受體，1次以FAD為氫受體；4)每循環(huán)一次，底物水平磷酸化一次生成1GTP(ATP)；5)循環(huán)一次結(jié)束以C4物（草酰乙酸）重新生成為標(biāo)志；6)總反應(yīng)：,CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP,.,7)三羧酸循環(huán)是不可逆的8)三羧酸循環(huán)本身不會(huì)改變其中間產(chǎn)物的總量,但其它代謝會(huì)消耗其中間產(chǎn)物,需要及時(shí)補(bǔ)充,.,（2）三羧酸循環(huán)的生理意義,三羧酸循環(huán)是三大營(yíng)養(yǎng)素的最終代謝通路。糖、脂肪、氨基酸在體內(nèi)進(jìn)行生物氧化都將產(chǎn)生乙酰CoA，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)進(jìn)行降解三羧酸循環(huán)又是糖、脂肪、氨基酸代謝聯(lián)系的樞紐。糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹?；氨基酸的碳架可以通過(guò)草酰乙酸等可轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?；由葡萄糖提供的丙酮酸等可以用于合成某些非必需氨基酸。提供生物合成的前體,.,（二）糖有氧氧化的生理意義,三羧酸循環(huán)一次生成生成12個(gè)ATP。1mol的葡萄糖徹底氧化生成和CO2和H2O，可凈生成36或38molATP。胞質(zhì)內(nèi)的NADH不能透過(guò)線粒體膜，需要經(jīng)過(guò)-磷酸甘油穿梭和蘋果酸-天冬氨酸穿梭作用進(jìn)入線粒體。,.,38or36,-1-16or42121232323212223,NAD+NAD+NAD+NAD+FADNAD+,Glu6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-磷酸果糖23-磷酸甘油醛21，3-磷酸甘油酸21，3-磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸2磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸2丙酮酸2乙酰CoA2異檸檬酸2-酮戊二酸2-酮戊二酸2琥珀酰CoA2琥珀酰CoA2琥珀酸2琥珀酸2延胡索酸2蘋果酸2草酰乙酸,第一階段第二階段第三階段,ATP,輔酶,反應(yīng),.,（三）糖有氧氧化調(diào)節(jié),糖酵解過(guò)程中的三個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體通過(guò)變構(gòu)效應(yīng)和共價(jià)修飾兩種方式進(jìn)行快速調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)中有三個(gè)不可逆反應(yīng)：檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶催化的反應(yīng)。目前認(rèn)為異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶才是三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)點(diǎn)。,.,Racker(1954)、Gunsalus(1955)發(fā)現(xiàn)，組織中添加酵解抑制劑，Glc仍可被消耗，即Glc還有其他的代謝支路。整個(gè)途徑分為兩個(gè)階段:（1）氧化階段：Glc經(jīng)脫氫、脫羧變?yōu)榱姿嵛焯牵?）非氧化階段：戊糖經(jīng)幾種不同碳數(shù)的糖的轉(zhuǎn)化，最終重新合成己糖。,三、磷酸戊糖途徑,.,氧化反應(yīng),.,磷酸戊糖途徑的兩個(gè)階段,2、非氧化分子重排階段6核酮糖-5-P5果糖-6-P5葡萄糖-6-P,1、氧化脫羧階段6G-6-P6葡萄糖酸-6-P6核酮糖-P6NADP+6NADPH+6H+6NADP+6NADPH+6H+,6CO2,6H2O,.,（二）磷酸戊糖途徑的生理意義,1.為核酸的生物合成提供核糖2.提供NADPH+H+作為供氫體參與多種代謝反應(yīng)（1）NADPH+H+是體內(nèi)許多合成代謝的供氫體：如乙酰CoA合成脂酸、膽固醇（2）NADPH+H+參與體內(nèi)羥化反應(yīng)（3）NADPH+H+還用于維持谷胱甘肽的還原狀態(tài),.,蠶豆病的癥狀是：吃蠶豆幾小時(shí)或12天后，突然感到精神疲倦、頭暈、惡心、畏寒發(fā)熱、全身酸痛、萎靡不振，并伴有黃疸、肝脾腫大、呼吸困難、腎功能衰竭，甚至死亡。血像檢查:紅細(xì)胞明顯減少，黃疸指數(shù)明顯升高。機(jī)理:蠶豆中有3種物質(zhì)：裂解素、鎖未爾和多巴胺。前兩種使谷胱甘肽氧化，后一種能激發(fā)紅細(xì)胞的自身破壞，遺傳性D6PD缺乏者，使紅細(xì)胞大量溶解而發(fā)生蠶豆病。,蠶豆病,.,磷酸戊糖途徑與溶血性貧血,G6PD缺乏,GSSH,一些具有氧化作用的外源性物質(zhì)如蠶豆、抗瘧藥、磺胺藥等,NADPH+H+,.,四糖醛酸途徑,過(guò)程:葡萄糖6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖UDP-葡萄糖UDP-葡糖醛酸生理意義:UDP-葡糖醛酸稱為活性葡糖醛酸,參與生物轉(zhuǎn)化,并為合成軟骨素和透明質(zhì)酸等多糖提供葡糖醛酸,.,第五節(jié)糖原代謝和糖異生,一、糖原合成二、糖原分解三、糖異生,.,糖原,.,糖原的分布,肝糖原：含量可達(dá)肝重的5%(總量為90-100g),肌糖原：含量為肌肉重量的12%(總量為120-400g),.,一、糖原合成,.,二、糖原分解,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,糖原,磷酸葡萄糖變位酶,糖原磷酸化酶,(肝臟）葡萄糖-6-磷酸酶,.,三、糖異生,（一）糖異生的概念（二）糖異生途徑（三）糖異生的意義,.,（一）糖異生的概念,糖異生:從非糖化合物（乳酸