《糖的有氧氧化》PPT課件

第三節(jié)糖的有氧氧化AerobicOxidationofCarbohydrate,葡萄糖在有氧條件下徹底氧化成水和CO2的反應(yīng)過程稱為有氧氧化(aerobicoxidation)。,*部位：胞液及線粒體,*概念,一、糖的有氧氧化反應(yīng)分為3個階段,第一階段：酵解途徑,第二階段：丙酮酸的氧化脫羧,第三階段：三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化,G,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循環(huán),胞液,線粒體,（一）葡萄糖循酵解途徑分解為丙酮酸,（二）丙酮酸進(jìn)入線粒體氧化脫羧生成乙酰CoA,總反應(yīng)式:,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成,酶E1：丙酮酸脫氫酶E2：二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶E3：二氫硫辛酰胺脫氫酶,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的反應(yīng)過程：,1.丙酮酸脫羧形成羥乙基-TPP。2.由二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。3.二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA,同時使硫辛酰胺上的二硫鍵還原為2個巰基。4.二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3)使還原的二氫硫辛酰胺脫氫，同時將氫傳遞給FAD。5.在二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3)催化下，將FADH2上的H轉(zhuǎn)移給NAD+，形成NADH+H+。,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5.NADH+H+的生成,1.-羥乙基-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,目錄,（三）乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)以及氧化磷酸化生成ATP,三羧酸循環(huán)的第一步是乙酰CoA與草酰乙酸縮合成6個碳原子的檸檬酸，然后檸檬酸經(jīng)過一系列反應(yīng)重新生成草酰乙酸，完成一輪循環(huán)。經(jīng)過一輪循環(huán)，乙酰CoA的2個碳原子被氧化成CO2；在循環(huán)中有1次底物水平磷酸化，可生成1分子ATP；更為重要的是有4次脫氫反應(yīng)，氫的接受體分別為NAD+或FAD，生成3分子NADH+H+和1分子FADH2。,在H+/電子沿電子傳遞鏈傳遞過程中能量逐步釋放，同時伴有ADP磷酸化成ATP，吸收這些能量儲存于ATP中，即氧化與磷酸化反應(yīng)是偶聯(lián)在一起的，稱為氧化磷酸化。三羧酸循環(huán)中脫下的氫進(jìn)入呼吸鏈氧化磷酸化，生成水和ATP。,二、糖有氧氧化是機(jī)體獲得ATP的主要方式,三羧酸循環(huán)一次最終共生成10個ATP。1mol葡萄糖徹底氧化生成CO2和H2O，可凈生成30或32molATP。,*獲得ATP的數(shù)量取決于還原當(dāng)量進(jìn)入線粒體的穿梭機(jī)制。,有氧氧化的生理意義,糖的有氧氧化是機(jī)體產(chǎn)能最主要的途徑。它不僅產(chǎn)能效率高，而且由于產(chǎn)生的能量逐步分次釋放，相當(dāng)一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,簡言之，即“供能”,三、糖有氧氧化的調(diào)節(jié)是基于能量的需求,此處主要敘述丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)節(jié)。,別構(gòu)調(diào)節(jié),共價修飾調(diào)節(jié),目錄,ATP/ADP或ATP/AMP比值升高抑制有氧氧化，降低則促進(jìn)有氧氧化。ATP/AMP效果更顯著。,有氧氧化的調(diào)節(jié)是為了適應(yīng)機(jī)體或器官對能量的需要，有氧氧化全過程中許多酶的活性都受細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP或ATP/AMP比例的影響。,四、糖有氧氧化可抑制乳酸酵解,*概念,巴斯德效應(yīng)(Pastuereffect)指有氧氧化抑制糖酵解的現(xiàn)象。,第四節(jié)葡萄糖的其他代謝途徑OtherMetabolicPathwaysofGlucose,一、磷酸戊糖途徑生成NADPH和磷酸戊糖,磷酸戊糖途徑是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應(yīng)過程。,*細(xì)胞定位：胞液,第一階段：氧化反應(yīng)生成磷酸戊糖、NADPH+H+及CO2,（一）磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程可分為兩個階段,*反應(yīng)過程可分為二個階段,第二階段則：非氧化反應(yīng)包括一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移。,6-磷酸葡糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡糖脫氫酶,6-磷酸葡糖酸脫氫酶,6-磷酸葡糖,6-磷酸葡糖酸內(nèi)酯,1.6-磷酸葡糖在氧化階段生成磷酸戊糖和NADPH,5-磷酸核糖,催化第一步脫氫反應(yīng)的6-磷酸葡糖脫氫酶是此代謝途徑的關(guān)鍵酶。兩次脫氫脫下的氫均由NADP+接受生成NADPH+H+。反應(yīng)生成的磷酸核糖是一個非常重要的中間產(chǎn)物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,每3分子6-磷酸葡萄糖同時參與反應(yīng)，在一系列反應(yīng)中，通過3C、4C、6C、7C等演變階段，最終生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。,2.經(jīng)過基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)進(jìn)入糖酵解途徑,這些基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)可分為兩類：,一類是轉(zhuǎn)酮醇酶（transketolase）反應(yīng)，轉(zhuǎn)移含1個酮基、1個醇基的2碳基團(tuán)；接受體都是醛糖。另一類是轉(zhuǎn)醛醇酶（transaldolase）反應(yīng)，轉(zhuǎn)移3碳單位；接受體也是醛糖。,5-磷酸核酮糖(C5)3,5-磷酸核糖C5,第二階段反應(yīng)的意義就在于通過一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將核糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而進(jìn)入酵解途徑。因此磷酸戊糖途徑也稱磷酸戊糖旁路（pentosephosphateshunt）。,磷酸戊糖途徑,第一階段,第二階段,磷酸戊糖途徑的總反應(yīng)式：,36-磷酸葡糖+6NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2,磷酸戊糖途徑的特點(diǎn),脫氫反應(yīng)以NADP+為受氫體，生成NADPH+H+。反應(yīng)過程中進(jìn)行了一系列酮基和醛基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，經(jīng)過了3、4、5、6、7碳糖的演變過程。反應(yīng)中生成了重要的中間代謝物5-磷酸核糖。一分子G-6-P經(jīng)過反應(yīng)，只能發(fā)生一次脫羧和二次脫氫反應(yīng)，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。,（二）磷酸戊糖途徑受NADPH/NADP+比值的調(diào)節(jié),*6-磷酸葡糖脫氫酶,此酶為磷酸戊糖途徑的關(guān)鍵酶，其活性的高低決定6-磷酸葡糖進(jìn)入磷酸戊糖途徑的流量。,此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影響，比值升高則被抑制，降低則被激活。另外NADPH對該酶有強(qiáng)烈抑制作用。,（三）磷酸戊糖途徑的生理意義在于生成NADPH和5-磷酸核糖,1.磷酸戊糖途徑為核苷酸的生成提供核糖,2.提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應(yīng),（1）NADPH是體內(nèi)許多合成代謝的供氫體；（2）NADPH參與體內(nèi)羥化反應(yīng)；（3）NADPH還用于維持谷胱甘肽（glutathione）的還原狀態(tài)。,還原型谷胱甘肽是體內(nèi)重要的抗氧化劑，可以保護(hù)一些含-SH基的蛋白質(zhì)或酶免受氧化劑，尤其是過氧化物的損害。在紅細(xì)胞中還原型谷胱甘肽更具有重要作用。它可以保護(hù)紅細(xì)胞膜蛋白的完整性。,二、糖醛酸途徑可生成活潑的葡糖醛酸,-磷酸葡糖,1-磷酸葡糖,UDPG,UDPGA,1-磷酸葡糖醛酸,葡糖醛酸,L-古洛糖酸,L-木酮糖,木糖醇,D-木酮糖,5-磷酸木酮糖,磷酸戊糖途徑,對人類而言，糖醛酸途徑的主要生理意義在于生成活化的葡糖醛酸，即UDPGA。葡糖醛酸是組成蛋白聚糖的糖胺聚糖，如透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、肝素等的組成成分；葡糖醛酸在生物轉(zhuǎn)化過程中參與很多結(jié)合反應(yīng)。,三、多元醇途徑可生成木糖醇、山梨醇等,葡萄糖代謝過程中可生成一些多元醇，如木糖醇（xylitol）、山梨醇（sorbitol）等，所以被稱為多元醇途徑（polyolpathway）。但這些代謝過程局限于某些組織，對整個葡萄糖代謝所占比重極少，無重要性。,第五節(jié)糖原的合成與分解GlycogenesisandGlycogenolysis,是動物體內(nèi)糖的儲存形式之一，是機(jī)體能迅速動用的能量儲備。,糖原(glycogen),糖原儲存的主要器官及其生理意義,1.葡萄糖單元以-1,4-糖苷鍵形成長鏈。2.約10個葡萄糖單元處形成分枝，分枝處葡萄糖以-1,6-糖苷鍵連接，分支增加，溶解度增加。3.每條鏈都終止于一個非還原端.非還原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),目錄,一、糖原合成的代謝反應(yīng)主要發(fā)生在肝臟和肌肉,糖原的合成(glycogenesis)指由葡萄糖合成糖原的過程。,組織定位：主要在肝臟、肌肉細(xì)胞定位：胞漿,1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡糖,葡萄糖,6-磷酸葡糖,糖原合成途徑:,2.6-磷酸葡糖轉(zhuǎn)變成1-磷酸葡糖,這步反應(yīng)中磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的意義在于：由于延長形成-1,4-糖苷鍵，所以葡萄糖分子C1上的半縮醛羥基必須活化，才利于與原來的糖原分子末端葡萄糖的游離C4羥基縮合。,半縮醛羥基與磷酸基之間形成的O-P鍵具有較高的能量。,*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在體內(nèi)充作葡萄糖供體。,+,3.1-磷酸葡糖轉(zhuǎn)變成尿苷二磷酸葡糖,1-磷酸葡糖,尿苷二磷酸葡糖(uridinediphosphateglucose,UDPG),4.-1,4-糖苷鍵式結(jié)合,*糖原n為原有的細(xì)胞內(nèi)的較小糖原分子，稱為糖原引物(primer)，作為UDPG上葡糖基的接受體。,糖原分枝的形成,目錄,分支的形成不僅可增加糖原的水溶性，更重要的是可增加非還原端數(shù)目，以便磷酸化酶能迅速分解糖原。從葡萄糖合成糖原是耗能的過程。,近來人們在糖原分子的核心發(fā)現(xiàn)了一種名為蛋白-酪氨酸-葡糖基轉(zhuǎn)移酶（glycogenin）的蛋白質(zhì)。Glycogenin可對其自身進(jìn)行共價修飾，將UDP-葡糖分子的C1結(jié)合到其酶分子的酪氨酸殘基上，從而使它糖基化。這個結(jié)合上去的葡萄糖分子即成為糖原合成時的引物。,糖原合成過程中作為引物的第一個糖原分子從何而來？,目錄,二、糖原分解不是糖原合成的逆反應(yīng),亞細(xì)胞定位：胞漿,肝糖原的分解過程:,1.糖原的磷酸解,糖原分解(glycogenolysis)習(xí)慣上指肝糖原分解成為葡萄糖的過程。,2.脫枝酶的作用,轉(zhuǎn)移葡萄糖殘基水解-1,6-糖苷鍵,轉(zhuǎn)移酶活性,目錄,3.1-磷酸葡糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸葡糖,4.6-磷酸葡糖水解生成葡萄糖,*肌糖原的分解,肌糖原分解的前三步反應(yīng)與肝糖原分解過程相同，但是生成6-磷酸葡糖之后，由于肌肉組織中不存在葡糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡糖不能轉(zhuǎn)變成葡萄糖釋放入血，提供血糖，而只能進(jìn)入酵解途徑進(jìn)一步代謝。肌糖原的分解與合成與乳酸循環(huán)有關(guān)。,G-6-P的代謝去路,G（補(bǔ)充血糖）,G-6-P,F-6-P（進(jìn)入酵解途徑）,G-1-P,Gn（合成糖原）,UDPG,6-磷酸葡糖內(nèi)酯（進(jìn)入磷酸戊糖途徑）,葡糖醛酸（進(jìn)入葡糖醛酸途徑）,小結(jié),反應(yīng)部位：胞漿,(3)糖原的合成與分解總圖,三、糖原合成與分解受到彼此相反的調(diào)節(jié),這兩種關(guān)鍵酶的重要特點(diǎn)：它們的快速調(diào)節(jié)有共價修飾和別構(gòu)調(diào)節(jié)二種方式。它們都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉(zhuǎn)變。,（一）糖原磷酸化酶是糖原分解的關(guān)鍵酶,磷蛋白磷酸酶-1,磷蛋白磷酸酶-1,依賴cAMP的蛋白激酶,依賴cAMP的蛋白激酶（cAMP-dependentproteinkinase,簡稱蛋白激酶A），其活性受cAMP調(diào)節(jié)。這種通過一系列酶促反應(yīng)將激素信號放大的連鎖反應(yīng)稱為級聯(lián)放大系統(tǒng)（cascadesystem），與酶含量調(diào)節(jié)相比（一般以幾小時或天計），反應(yīng)快，效率高。其意義有二：一是放大效應(yīng)；二是級聯(lián)中各級反應(yīng)都存在有可以被調(diào)節(jié)的方式。,糖原磷酸化酶還受變構(gòu)調(diào)節(jié)，葡萄糖是其變構(gòu)調(diào)節(jié)劑。,磷酸化酶二種構(gòu)像緊密型(T)和疏松型(R)，其中T型的14位Ser暴露，便于接受前述的共價修飾調(diào)節(jié)。,（二）糖原合酶是糖原合成的關(guān)鍵酶,磷蛋白磷酸酶-1,依賴cAMP的蛋白激酶,糖原合酶a有活性，磷酸化成糖原合酶b后即失去活性。,磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制劑,糖原合成與分解的生理性調(diào)節(jié)主要靠胰島素和胰高血糖素。胰島素抑制糖原分解，促進(jìn)糖原合成，但其機(jī)制還未肯定。胰高血糖素可誘導(dǎo)生成cAMP，促進(jìn)糖原分解。腎上腺素也可通過cAMP促進(jìn)糖原分解，但可能僅在應(yīng)激狀態(tài)發(fā)揮作用。,肌肉內(nèi)糖原代謝的二個關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)與肝糖原不同:,在糖原分解代謝時肝主要受胰高血糖素的調(diào)節(jié)，而肌肉主要受腎上腺素調(diào)節(jié)。肌肉內(nèi)糖原合酶及磷酸化酶的變構(gòu)效應(yīng)物主要為AMP、ATP及6-磷酸葡糖。,Ca2+的升高可引起肌糖原分解增加。,調(diào)節(jié)小結(jié),雙向調(diào)控：對合成酶系與分解酶系分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，如加強(qiáng)合成則減弱分解，或反之。,雙重調(diào)節(jié)：別構(gòu)調(diào)節(jié)和共價修飾調(diào)節(jié)。,肝糖原和肌糖原代謝調(diào)節(jié)各有特點(diǎn)：如：分解肝糖原的激素主要為胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要為腎上腺素。,關(guān)鍵酶調(diào)節(jié)上存在級聯(lián)效應(yīng)。,關(guān)鍵酶都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉(zhuǎn)變。,第六節(jié)糖異生Gluconeogenesis,糖異生(gluconeogenesis)是指從非糖化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程。,*部位,*原料,*概念,主要在肝、腎細(xì)胞的胞漿及線粒體,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸,一、糖異生途徑不完全是糖酵解的逆反應(yīng),*過程,酵解途徑中有3個由關(guān)鍵酶催化的不可逆反應(yīng)。在糖異生時，須由另外的反應(yīng)和酶代替。,糖異生途徑與酵解途徑大多數(shù)反應(yīng)是共有的、可逆的；,糖異生途徑(gluconeogenicpathway)指從丙酮酸生成葡萄糖的具體反應(yīng)過程。,（一）丙酮酸經(jīng)丙酮酸羧化支路轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,PEP,丙酮酸羧化酶(pyruvatecarboxylase)，輔酶為生物素（反應(yīng)在線粒體）,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反應(yīng)在線粒體、胞液）,目錄,草酰乙酸轉(zhuǎn)運(yùn)出線粒體,丙酮酸,線粒體,胞液,糖異生途徑所需NADH+H+的來源,糖異生途徑中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛時，需要NADH+H+。,由氨基酸為原料進(jìn)行糖異生時，NADH+H+則由線粒體內(nèi)NADH+H+提供，它們來自于脂酸的-氧化或三羧酸循環(huán)，NADH+H+轉(zhuǎn)運(yùn)則通過草酰乙酸與蘋果酸相互轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)運(yùn)。,（二）1,6-雙磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖,（三）6-磷酸葡糖水解為葡萄糖,非糖物質(zhì)進(jìn)入糖異生的途徑,糖異生的原料轉(zhuǎn)變成糖代謝的中間產(chǎn)物,上述糖代謝中間代謝產(chǎn)物進(jìn)入糖異生途徑，異生為葡萄糖或糖原,目錄,在前面的三個反應(yīng)過程中，作用物的互變分別由不同酶催化其單向反應(yīng)，這種互變循環(huán)稱之為底物循環(huán)(substratecycle)。,因此，有必要通過調(diào)節(jié)使糖異生途徑與酵解途徑相互協(xié)調(diào)，主要是對前述底物循環(huán)中的后2個底物循環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)。,當(dāng)兩種酶活性相等時，則不能將代謝向前推進(jìn)，結(jié)果僅是ATP分解釋放出能量，因而稱之為無效循環(huán)(futilecycle)。,（一）第一個底物循環(huán)在6-磷酸果糖與1,6-雙磷酸果糖之間進(jìn)行,二、糖異生的調(diào)節(jié)與糖酵解的調(diào)節(jié)彼此協(xié)調(diào),（二）在磷酸烯醇式丙酮酸與丙酮酸之間進(jìn)行第二個底物循環(huán),三、糖異生的主要生理意義是維持血糖濃度的恒定,（一）維持血糖濃度恒定是糖異生最重要的生理作用,空腹或饑餓時依賴氨基酸、甘油等異生成葡萄糖，以維持血糖水平恒定。,正常成人的腦組織不能利用脂酸，主要依賴氧化葡萄糖供給能量；紅細(xì)胞沒有線粒體，完全通過乳酸酵解獲得能量；骨髓、神經(jīng)等組織由于代謝活躍，經(jīng)常進(jìn)行乳酸酵解。,（二）糖異生是補(bǔ)充或恢復(fù)肝糖原儲備的重要途徑,三碳途徑：指進(jìn)食后，大部分葡萄糖先在肝外細(xì)胞中分解為乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再進(jìn)入肝細(xì)胞異生為糖原的過程。,糖異生是肝補(bǔ)充或恢復(fù)糖原儲備的重要途徑，這在饑餓后進(jìn)食更為重要。,發(fā)生這一變化的原因可能是饑餓造成的代謝性酸中毒所致。,（三）腎糖異生增強(qiáng)有利于維持酸堿平衡,體液pH降低，促進(jìn)腎小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，從而使糖異生作用增強(qiáng)。腎臟中-酮戊二酸因異生成糖而減少時，可促進(jìn)谷氨酰胺脫氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脫氨反應(yīng)，腎小管細(xì)胞將NH3分泌入管腔中，與原尿中H+結(jié)合，降低原尿H+的濃度，有利于排氫保鈉作用的進(jìn)行，對于防止酸中毒有重要作用。,肌肉收縮（尤其是氧供應(yīng)不足時）通過乳酸酵解生成乳酸