第四章糖代謝MetabolismofCarbohydrates課件

1、周愛儒生物化學(xué)第六版,第四章,糖代謝,Metabolism of Carbohydrates,2005. 09,一、,新陳代謝,（物質(zhì)代謝和能量代謝）,物質(zhì),代謝,大分子分解為小分子,釋放能量,需要能量,小分子合成為大分子,分解代謝,合成代謝,能量,代謝,二、,新陳代謝的特征,2,、代謝途徑的區(qū)域化,3,、代謝途徑的單向性,(,代謝中的限速酶,),1,、代謝途徑的多樣性、復(fù)雜性,4,、代謝途徑的可調(diào)節(jié)性,新,陳,代,謝,概,述,第一節(jié),概,述,第二節(jié),糖的分解代謝,第三節(jié),糖原合成和分解,第四節(jié),糖異生,第五節(jié),血,糖,第一節(jié),概,述,一、糖的分類及其結(jié)構(gòu),根據(jù)其水解產(chǎn)物的情況，糖主要可分為,

2、:,單糖,(monosacchride),寡糖,(oligosacchride),多糖,(polysacchride),結(jié)合糖,(glycoconjugate),OH,O,H,H,H,OH,H,OH,O,OH,O,OH,H,H,H,O,H,OH,H,OH,H,CH,2,OH,葡萄糖,(glucose),已醛糖,果糖,(fructose),已酮糖,OH,O,H,OH,O,H,H,H,OH,H,OH,1.,單糖,不能再水解的糖。,O,OH,OH,HOH,2,C,H,H,OH,H,CH,2,OH,O,OH,H,H,O,H,H,OH,H,OH,H,CH,2,OH,O,H,H,H,H,O,H,OH,OH

3、,HOH,2,C,OH,O,H,OH,O,H,H,O,H,H,H,OH,半乳糖,(galactose),已醛糖,核糖,(ribose),戊醛糖,OH,H,OH,H,OH,O,H,O,H,2.,寡糖,常見的幾種二糖有：,麥芽糖,(maltose),葡萄糖,葡萄糖,蔗,糖,(sucrose),葡萄糖,果糖,乳,糖,(lactose),葡萄糖,半乳糖,能水解生成幾分子單糖的糖，各單糖之間借,脫水縮合的糖苷鍵相連。,3.,多糖,能水解生成多個分子單糖的糖。,常見的多糖有：,淀,粉,(starch),糖,原,(glycogen),纖維素,(cellulose),淀粉,是植物中養(yǎng)分的儲存形式,淀粉顆粒,糖

4、原,是動物體內(nèi)葡萄糖的儲存形式,4.,結(jié)合糖,糖與非糖物質(zhì)的結(jié)合物。,糖脂,(glycolipid),：,是糖與脂類的結(jié)合物。,糖蛋白,(glycoprotein),：,是糖與蛋白質(zhì)的結(jié)合物。,常見的結(jié)合糖有,淀粉,麥芽糖,+,麥芽三糖,（,40%,）,（,25%,）,-,臨界糊精,+,異麥芽糖,（,30%,）,（,5%,）,葡萄糖,唾液中的,-,淀粉酶,-,葡萄糖苷酶,-,臨界糊精酶,消化過程,腸粘膜,上皮細(xì)胞,刷狀緣,胃,口腔,腸腔,胰液中的,-,淀粉酶,二、糖的消化與吸收,ADP+Pi,ATP,G,Na,+,K,+,Na,+,泵,小腸粘膜細(xì)胞,腸,腔,門靜脈,吸收,Na,+,依賴型葡萄糖

5、轉(zhuǎn)運體,(,Na,+,-dependent glucose transporter, SGLT,),糖的主要生理功能,-,氧化產(chǎn)能（第一能源物質(zhì)）,體內(nèi)糖代謝概況,無氧酵解,有氧氧化,磷酸戊糖途經(jīng),分解代謝,糖原合成和分解,糖異生,血糖,糖在體內(nèi)的利用、運輸形式。,生物膜組分（糖脂,/,糖蛋白）,組成活性物質(zhì)（抗體,/,凝血因子）,第二節(jié),糖的分解代謝,Catabolism of Glucose,一、無氧酵解（,Glycolysis,）,（一）,基本概念,（二）,基本反應(yīng)階段,無,O,2,胞,液,G,2,乳,酸,1,、,G,F-1,6 -P,2,、,F-1,6-P 3-P-,甘,油,醛,3,、

6、,3-P-,甘油醛,丙,酮,酸,4,、,丙,酮,酸,乳,酸,（,四要素,）,ATP,的生成,（一）,氧化磷酸化,（二）,底物水平磷酸化,通過代謝，在底物分子上形成一個高能鍵，,然后再直接轉(zhuǎn)交給其它二磷酸核苷,(ADP),，,生成相應(yīng)的三磷酸核苷,(ATP),的過程。,1,、概念：,2,、實例（三個）,3-,磷酸甘油醛,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,二磷酸甘油酸,2-,二磷酸甘油酸, 磷酸烯醇式丙酮酸, 丙酮酸,-,酮戊二酸, 琥珀酰CoA 琥珀酸,A,ADP ATP,ATP,生成的主要方式,ATP,生成的次要方式,B,P,C,能量產(chǎn)生及關(guān)鍵酶,丙,酮,酸,（,2*3C,）,2ATP,2H,（,

7、NADH,）,E,1,E,2,E,3,-,1,ATP,F-,1,6,-P,（,6C,）,-,1,ATP,G,（,6C,）,G-,6,-P,3-P-,甘油醛,（,2*3C,）,乳,酸,（,2*3C,）,2H,己糖激酶,第一階段,6C 6C,消耗,2ATP,第二階段,6C 2,3C,丙酮酸激酶,第三階段,2,3C 2,3C,一次脫氫、二次產(chǎn)能,無,氧,酵,解基本反應(yīng)途徑,第四階段,2*3C 2*C,丙酮酸還原生成乳酸,6-,磷酸果糖激酶,-1,凈生成,2ATP,（三）糖酵解生理意義,1,、迅速供能，對肌收縮尤為重要,2,、為某些組織細(xì)胞提供能量,(RBC),3,、為代謝活躍的神經(jīng)、白細(xì)胞、骨髓等提

8、供,部分能量,糖酵解小結(jié)：,反應(yīng)部位：胞漿,不需氧,有三步不可逆反應(yīng),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,產(chǎn)能的方式和數(shù)量,方式：,底物水平磷酸化,凈生成,ATP,數(shù)量：,從,G,開始,2,2-2= 2ATP,從,Gn,開始,2,2-1= 3ATP,終產(chǎn)物乳酸的去路,釋放入血，進(jìn)入肝臟再進(jìn)一步代謝。,分解利用,乳酸循環(huán)（糖異生）,（四）糖酵解的調(diào)節(jié),關(guān)鍵酶,己糖激酶,6-,磷酸果糖激酶,-1,丙酮酸激酶,調(diào)節(jié)方式,別構(gòu)調(diào)節(jié),共價修飾調(diào)節(jié),1. 6-,磷酸果糖激酶,-1(PFK-1

9、),*,別構(gòu)調(diào)節(jié),別構(gòu)激活劑：,AMP; ADP; F-1,6-2P;,*,F-2,6-2P,別構(gòu)抑制劑：,檸檬酸,;,ATP,（高濃度）,?,此酶有二個結(jié)合,ATP,的部位：,活性中心底物結(jié)合部位（低濃度時）,活性中心外別構(gòu)調(diào)節(jié)部位（高濃度時,）,?,F-1,6-2P,正反饋調(diào)節(jié)該酶,共價修飾調(diào)節(jié),丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（無活性）,（有活性）,胰高血糖素,PKA, CaM,激酶,P,2.,丙酮酸激酶,別構(gòu)調(diào)節(jié),別構(gòu)抑制劑：,ATP,丙氨酸,別構(gòu)激活劑：,1,6-,雙磷酸果糖,3.,己糖激酶或葡萄糖激酶,哺乳類動物己糖激酶同工酶有,4,種（,至,型）。,肝

10、細(xì)胞中存在的是,型：葡萄糖激酶。,對葡萄糖的親和力很低,受激素調(diào)控,二、有氧氧化,(,Aerobic Oxidation,),O,2,線粒體,2,、,丙酮酸,乙酰,CoA,（線粒體）,2*,3,、乙酰,CoA,的氧化,(,一,),基本概念,（二）,基本反應(yīng)階段,1,、葡萄糖,(G) 2*,丙酮酸（無氧酵解,/,胞液）,三羧酸循環(huán),G CO,2,+ H,2,O + ATP,（,四要素,）,返回,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體,丙酮酸,+ NAD,+,+ HSCoA ,乙酰,CoA + NADH + H,+,+ CO2,丙酮酸脫氫酶,二氫硫辛酰胺,轉(zhuǎn)乙酰酶,二氫硫辛酰胺,脫氫酶,輔酶：,TPP,硫辛酸,CoA

11、,FAD,NAD+,三羧酸循環(huán),(Tricarboxylic,acid,cycle,TAC),（一）,概,念,（二）,途,徑,兩次脫羧,2,CO,2,四次脫氫,2H / FADH,2,一次底物磷酸化產(chǎn)能,1 GTP,（,1 ATP,）,一次三羧酸循環(huán)徹底氧化一分子乙酰輔酶,A,，產(chǎn)生,12,個,ATP,。,ATP,：,3*3+1*2,包括,（三）,生理意義,2C + 4C 6C,（檸檬酸,-,三羧酸）,3(2H)/ 3NADH,是三大營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的共同途徑，代謝聯(lián)系的樞紐；,為其它物質(zhì)代謝提供小分子前體；,為呼吸鏈提供,H,+,+ e,。,檸,檬,酸,合,酶,異,檸,檬,酸,脫,氫,酶,-

12、,酮,戊,二,酸,脫,氫,酶,關(guān)鍵酶：,糖、脂、蛋白質(zhì)分解的三個階段,氧化磷酸化,三羧酸循環(huán),ADP+Pi,乙酰,CoA,CoA,糖,原,脂,肪,蛋,白,質(zhì),葡萄糖,甘油,脂肪酸,氨基酸,第一階段,第二階段,第三階段,2,H,CO,2,ATP,O,2,H,2,O,TAC,小結(jié),三羧酸循環(huán)的概念,：,指乙酰,CoA,和,草酰乙酸,縮合生成,含三個羧基的檸檬酸,，反復(fù)的進(jìn)行,脫氫脫羧，又生成,草酰乙酸,，再重復(fù)循環(huán)反,應(yīng)的過程。,反應(yīng)部位,：線粒體。,三羧酸循環(huán)的要點,經(jīng)過一次三羧酸循環(huán)，,?,消耗一分子乙酰,CoA,。,?,四次脫氫，二次脫羧，一次底物水平磷酸化。,生成,1,分子,FADH,2,

13、，,3,分子,NADH+H,+,，,2,分子,CO,2,，,1,分子,GTP,。與呼吸鏈偶聯(lián)共產(chǎn)生,12,分子,ATP,。,?,關(guān)鍵酶有：,檸檬酸合酶,-,酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,異檸檬酸脫氫酶,CoASH,NADH+H,+,NAD,+,CO,2,NAD,+,NADH+H,+,CO,2,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH,2,NADH+H,+,NAD,+,H,2,O,H,2,O,CoASH,CoASH,H,2,O,檸檬酸合酶,順烏頭酸酶,異檸檬酸脫氫酶,-,酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,琥珀酰,CoA,合成酶,琥珀酸脫氫酶,延胡索酸酶,蘋果酸脫氫酶,三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物,三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物起催化劑的

14、作用，,本身無量的變化，,但,TAC,要順利進(jìn)行，中間,代謝物需要及時補(bǔ)充。,不可能通過三羧酸循環(huán)直接從乙酰,CoA,合成草酰乙酸或三羧酸循環(huán)中其他產(chǎn)物。,中間產(chǎn)物也不能直接在三羧酸循環(huán)中被,氧化為,CO,2,及,H,2,O,。,（三）,有氧氧化生理意義,為生命活動提供大量的能量；,其中三羧酸循環(huán)是三大物質(zhì)代謝的樞紐。,有氧氧化和無氧酵解的比較,無氧酵解,有氧氧化,起,始,物,終,產(chǎn),物,對,O,2,的需求,細(xì),胞,部,位,產(chǎn),能,數(shù),量,產(chǎn),能,方,式,G,或,G,n,G,或,Gn,乳,酸,CO,2,H,2,O,無,O,2,有,O,2,胞,液,胞,液、線,粒,體,少,(2 ),多,(36,3

15、8 ),底物磷酸化,氧化磷酸化、底物磷酸化,G,（,6C,）,2ATP,NADH,-2 ATP,乳酸,（,2*3C,）,3-P-,甘油醛,（,2*3C,）,丙,酮,酸,F-,1,6,-P,G-,6,-P,?,-,酮戊二酸,（,5C,）,E,2,草酰乙酸,CoA,E,3,琥珀酰,CoA,E,1,檸檬酸,（,6C,）,CO,2,NADH,乙酰,CoA,（,2*2C,）,NADH,CO,2,CO,2,NADH,1ATP,琥珀酸,FADH2,NADH,第一階段,產(chǎn)能,2ATP,2NADH,6,8ATP,6C 2*3C,第二階段,2*3C 2*2C,（,-,2CO,2,),脫氫產(chǎn)能：,2NADH,2,3

16、ATP=,6ATP,第三階段,一次,TAC,徹底氧化,1,分子乙酰,CoA,3NADH,3,3ATP,1FADH,2ATP,第三階段產(chǎn)能計算：,(9+2+1),2=24,1,分子葡萄糖徹底氧化可產(chǎn)生,36,38,個,ATP,二次脫羧：,2 CO,2,四次脫氫：,4 (2H),一次底物水平產(chǎn)能：,1ATP,葡萄糖有氧氧化能量計算,反,應(yīng),輔,酶,ATP,第,一,階,段,葡萄糖,6-,磷酸葡萄糖,-1,6-,磷酸果糖,1,6-,雙磷酸果糖,-1,2,3-,磷酸甘油醛,2,1,3-,二磷酸甘油酸,NAD,+,2,3,或,2,2*,2,1,3-,二磷酸甘油酸,2,3-,磷酸甘油酸,2,1,2,磷酸烯醇

17、式丙酮酸,2,丙酮酸,2,1,第二階段,2,丙酮酸,2,乙酰,CoA,2,3,第,三,階,段,2,異檸檬酸,2,-,酮戊二酸,2,3,2,-,酮戊二酸,2,琥珀酰,CoA,2,3,2,琥珀酰,CoA,2,琥珀酸,2,1,2,琥珀酸,2,延胡索酸,FAD,2,2,2,蘋果酸,2,草酰乙酸,NAD,+,2,3,凈生成,38(,或,36)ATP,NAD,+,NAD,+,NAD,+,巴斯德效應(yīng),(Pastuer effect),有氧氧化抑制生醇發(fā)酵（糖酵解）的現(xiàn)象。,機(jī)制：,有氧時,NADH,被氧化，丙酮酸不能生成乳酸，,而進(jìn)行有氧氧化。,（四）有氧氧化的調(diào)節(jié),關(guān),鍵,酶,酵解途徑：,己糖激酶,丙酮酸

18、的氧化脫羧：,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體,三羧酸循環(huán)：,檸檬酸合酶,丙酮酸激酶,6-,磷酸果糖激酶,-1,-,酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,異檸檬酸脫氫酶,ATP/ADP,NADH/NAD+,產(chǎn)物堆積引起抑制,:,乙酰,CoA/HSCoA,（別構(gòu)反饋抑制）,相關(guān)代謝物的調(diào)節(jié),如脂肪酸,三,、磷酸戊糖途經(jīng),(,Pentose phosphate pathway,),（一）,概況,起,始,物,關(guān),鍵,酶,中間產(chǎn)物,-,G-6-P,-,G6PD,-,NADPH,、,R-5-P,（二）,反應(yīng)途經(jīng),（三）,生理意義,1,、,R-5-P,-,為核甘酸合成提供戊碳糖,2,、,NADPH,-,作為供氫體參與,?,膽固醇、脂肪

19、酸的合成,?,維持,RBC,膜的穩(wěn)定和功能完整,?,肝臟的生物轉(zhuǎn)化作用,關(guān)于葡萄糖的分解,總反應(yīng)式,3,6-,磷酸葡萄糖,+ 6,NADP,+,2,6-,磷酸果糖,+,3-,磷酸甘油醛,+6,NADPH+H,+,+3,CO,2,G,F-,1,6,-P,3-P-,甘油醛,丙,酮,酸,乳酸,乙酰,CoA,G-,6,-P,草酰乙酸,檸檬酸,?,-,酮戊二酸,琥珀酰,CoA,琥珀酸,CoA,NADPH,R-5-P,G6PD,糖的分解代謝,第三節(jié),糖原的合成與分解,Glycogenesis and Glycogenolysis,一、糖原的合成,G G,n,肝、肌肉,胞漿,1,、概念,2,、反應(yīng)途徑,G,

20、G-6-P,G-1-P,UDPG,G,n,糖原合酶,3,、生理功能,能量的貯存,乳酸,二、糖原的分解,1,、概念,G,n,G,乳,酸,肝,肌肉,2,、反應(yīng)途徑,3,、生理功能,能量的釋放,?,肝糖原分解,-,直接補(bǔ)充血糖,?,肌糖原分解,-,間接補(bǔ)充血糖,G6P,酶,磷酸化酶,分,支,酶,三、糖原合成與分解的調(diào)節(jié),糖原合酶,磷酸化酶,a-P,磷酸化酶,b,AMP,ATP,及,6-,磷酸葡萄糖,?,?,?,磷酸化：,+,別構(gòu)：,*,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)。,四、糖原積累癥,糖原累積癥,(glycogen storage diseases),是

21、一,類遺傳性代謝病，其特點為體內(nèi)某些器官組織,中有大量糖原堆積。引起糖原累積癥的原因是,患者先天性缺乏與糖原代謝有關(guān)的酶類。,型別,缺陷的酶,受害器官,糖原結(jié)構(gòu),葡萄糖,-6-,磷酸酶缺陷,肝、腎,正常,溶酶體,14,和,16,葡,萄糖苷酶,所有組織,正常,脫支酶缺失,肝、肌肉,分支多，外周,糖鏈短,分支酶缺失,所有組織,分支少，外周,糖鏈特別長,肌磷酸化酶缺失,肌肉,正常,肝磷酸化酶缺陷,肝,正常,肌肉和紅細(xì)胞磷酸果糖,激酶缺陷,肌肉、紅,細(xì)胞,正常,肝臟磷酸化酶激酶缺陷,腦、肝,正常,糖原積累癥分型,第四節(jié),糖異生作用,Gluconeogenesis,一、概念,非糖物質(zhì),G,或,G,n,異

22、生原料：丙,酮,酸、乳酸、甘油、氨基酸,二、異生過程,肝,(,腎,),胞漿、線粒體,基本上為糖酵解的逆過程，但須繞過三個“能障”,(,糖酵解,的三個關(guān)鍵酶,),：,丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、,果糖雙磷酸酶,-1,、,G6P,酶,三、生理意義,1,、饑餓或空腹?fàn)顟B(tài)下維持血糖濃度穩(wěn)定,2,、有效利用乳酸，節(jié)約能源，防止酸中毒,3,、更新肝糖原，有利于氨基酸分解代謝,注意,:,（,1,）非糖物質(zhì)進(jìn)入糖異生的途徑,生糖氨基酸,-,酮酸,-NH,2,甘油,-,磷酸甘油,磷酸二羥丙酮,乳酸,丙酮酸,2H,（,2,）無效循環(huán),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

23、出能量，因而稱之為,無,效循環(huán),(futile,cycle),。,乳酸循環(huán),肌肉收縮糖酵解產(chǎn)生乳酸，乳酸通過,細(xì)胞膜彌散進(jìn)入血液后，再入肝，在肝內(nèi)異生為葡,萄糖，葡萄糖釋入血液后又可被肌肉所攝取，從而,構(gòu)成了乳酸循環(huán)，又稱,Cori,循環(huán)。,意義：,避免損失乳酸，以及防止因乳酸堆積引起,的酸中毒。,第五節(jié),血糖,Blood Glucose,一、血糖,血中的,G,，是糖在體內(nèi)的運輸和利用形式。,二、血糖的來源和去路：,血糖,3.9 6.1,mmol / L,食物中糖,肝糖原,甘油、乳酸,氧化產(chǎn)能,合成糖原,轉(zhuǎn)變?yōu)榉翘俏镔|(zhì),尿,糖,?,8.9,mmol / L,血糖水平恒定的生理意義,保證重要組織

24、器官的能量供應(yīng)，特別是某,些依賴葡萄糖供能的組織器官。,?,腦組織,不能利用脂酸，正常情況下主要依賴葡萄糖供能；,?,紅細(xì)胞,沒有線粒體，完全通過糖酵解獲能；,?,骨髓及神經(jīng)組織,代謝活躍，經(jīng)常利用葡萄糖供能。,三、血糖水平的調(diào)節(jié),降低血糖：胰島素,(insulin),升高血糖：胰高血糖素,(glucagon),、,糖皮質(zhì)激素、腎上腺素,*,主要依靠激素的調(diào)節(jié),（一）,胰島素,促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運進(jìn)入肝外細(xì)胞,；,加速糖原合成，抑制糖原分解；,加快糖的有氧氧化；,抑制肝內(nèi)糖異生；,減少脂肪動員。,體內(nèi)唯一降低血糖水平的激素,胰島素的作用機(jī)制,:,（二）胰高血糖素,促進(jìn)肝糖原分解，抑制糖原合成；,抑制酵解途徑，促進(jìn)糖異生；,促進(jìn)脂肪動員。,體內(nèi)升高血糖水平的主要激素,胰高血糖素的作用機(jī)制：,（三）糖皮質(zhì)激素,引起血糖升高，肝糖原增加,作用機(jī)制可能有兩方面：,促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)分解，分解產(chǎn)生的氨基酸轉(zhuǎn),移到肝進(jìn)行糖異生。,抑制肝外組織攝取和利用葡萄糖，抑制點為,丙酮酸的氧化脫羧。,*,在糖皮質(zhì)激素存在時，其他促進(jìn)脂肪動員的激,素才能發(fā)揮最大的效果，間接抑制周圍組織攝取,葡萄糖。