糖類代謝1PPT課件

1、糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化學本質(zhì)為多羥醛或多羥酮類及其衍生物或多聚物。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述糖類物質(zhì)可以根據(jù)其水解情況分為：單糖、寡糖和多糖；在生物體內(nèi)，糖類物質(zhì)主要以均一多糖、雜多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。第1頁/共101頁二、糖的生理功能( (一) )、生物體內(nèi)主要的能源物質(zhì) 1、氧化分解、供應能量 2、儲存能量、維持血糖( (二) )、作為合成其他物質(zhì)的碳架和前體( (三) )、生物體的結(jié)構(gòu)成分( (四) )、特殊功能與調(diào)節(jié)：生物膜中的糖蛋白、 糖脂（細胞間的相互識別、細胞生長與分化、免疫、先天缺陷等遺傳病）第2頁/共101頁三、糖代謝概況（一）體內(nèi)糖的來源

2、 1、消化道吸收 2、由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來（二）糖的代謝途徑 1、合成代謝 糖原的合成、糖的異生和結(jié) 構(gòu)多糖的合成 2、分解代謝 無氧氧化（糖酵解）、有氧氧化、磷酸戊糖途徑及糖原分解第3頁/共101頁 葡萄糖葡萄糖 酵解途徑酵解途徑 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 無氧無氧 H2O及及CO2 乳酸乳酸 糖異生途徑糖異生途徑 乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑 核糖核糖 + + NADPH+H+淀粉淀粉 消化與吸收消化與吸收 ATP 第4頁/共101頁第二節(jié)第二節(jié) 糖的無氧分解糖的無氧分解一、概念一、概念 糖酵解：在無氧或氧供應

3、不足情況下，葡萄糖或糖原的葡萄糖殘基氧化分解變成丙酮酸，進而還原成乳酸并產(chǎn)生ATPATP的過程。也叫EMP途徑。 反應是在胞液中進行的。第5頁/共101頁二、糖酵解反應過程二、糖酵解反應過程根據(jù)反應過程中分子結(jié)構(gòu)的變化分為4個階段 葡萄糖 果糖二磷酸 磷酸二羥丙酮 3磷酸甘油醛 2丙酮酸 2乳酸 包括磷酸化、異構(gòu)化和再磷酸化。第6頁/共101頁 葡萄糖葡萄糖磷酸化為磷酸化為6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATP ADPMg2+ 己糖激酶己糖激酶(hexokinase)葡萄糖葡萄糖 O CH2HO H HOOHH OH H OH H H6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate,

4、 P P O CH2OH HOOHH OH H OH H Hl激酶：是能夠催化ATP和任何底物之間進行磷酸基團轉(zhuǎn)移的一類酶。第7頁/共101頁 哺乳類動物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有4種己糖激酶同工酶，分別稱為至型。 型存在于肝細胞中，稱為葡萄糖激酶(glucokinase)。 特點： 對葡萄糖的親和力很低 受激素調(diào)控 * 6-磷酸葡萄糖可反饋抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。* 長鏈脂肪酰CoA可別構(gòu)抑制肝葡萄糖激酶。第8頁/共101頁 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?6-磷酸果糖磷酸果糖 己糖異構(gòu)酶己糖異構(gòu)酶 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 P P O CH2OH HOOHH OH H OH H H

5、6-磷酸果糖磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P)Mg2+第9頁/共101頁 6-磷酸果糖磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-16-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1是糖酵解途徑中最重要的限是糖酵解途徑中最重要的限速酶，具有變構(gòu)調(diào)節(jié)作用速酶，具有變構(gòu)調(diào)節(jié)作用6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖(, F-1,6-2P)第10頁/共101頁 6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1) * * 別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié) 別構(gòu)激活劑：別構(gòu)激活劑：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P別

6、構(gòu)抑制劑：別構(gòu)抑制劑： 檸檬酸檸檬酸; ; ATP（高濃度）（高濃度） 此酶有二個結(jié)合此酶有二個結(jié)合ATP的部位：的部位： 活性中心底物結(jié)合部位（低濃度時）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)該酶正反饋調(diào)節(jié)該酶 第11頁/共101頁F-6-P F-1,6-2P ATP ADP PFK-1磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 Pi PKA ATP ADP Pi 胰高血糖素 ATP cAMP 活化 F-2,6-2P +/+AMP +檸檬酸 AMP +檸檬酸 PFK-2（有活性）FBP-2（無活性）6-磷酸果糖激酶-2

7、 PFK-2（無活性）FBP-2（有活性）PP果糖雙磷酸酶-2 第12頁/共101頁關鍵酶關鍵酶是指在一條代謝途徑的多酶系統(tǒng)中，一種或幾種催化不可逆反應的酶，決定代謝途徑反應的方向。l此階段有兩種關鍵酶（己糖激酶、磷酸果糖激酶）l催化的兩個不可逆的反應l消耗2個ATP。* * 階段特點階段特點限速酶限速酶是指一條代謝途徑中催化活力最低，米氏常數(shù)最大，催化反應速度最慢的酶，從而決定整個代謝途徑的速度。第13頁/共101頁CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHP PP P1,6-雙磷酸果糖雙磷酸果糖 （1） 磷酸己糖磷酸己糖裂解成裂解成磷酸丙糖磷酸丙糖 醛縮酶醛縮酶(aldolase)磷酸二

8、羥丙酮磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 +CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P POCH2OHCOCH2POCH2P PO醛縮酶 因可以催化逆行的醛醇縮合反應而得名2、 磷酸丙糖的生成第14頁/共101頁（2 2） 磷酸丙糖磷酸丙糖的同分異構(gòu)化的同分異構(gòu)化磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸丙糖異構(gòu)酶 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 CH2OHCOCH2POCH2P PO醛糖 能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)橄乱徊疆a(chǎn)物第15頁/共101頁 有兩個底物水平磷酸化過程，一個不可逆反應和一個脫氫氧化反應。糖酵解在此生成4個ATP。 3-磷酸甘油醛磷酸甘

9、油醛氧化為氧化為1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 Pi、NAD+ NADH+H+ 3-3-磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油醛脫氫酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 O=CCOHCH2POP POP POH第16頁/共101頁ADP ATP磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 在以上反應中，底物分子內(nèi)部能量重新分布，生在以上反應中，底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使成高能鍵，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的過程，稱為的過程，稱為底底物水平磷酸化物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。

10、1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸O =CCO HC H2POP POP POH3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 C O O HCO HC H2POP POH第17頁/共101頁（3） 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸變位酶變位反應 在磷酸甘油酸變位酶的催化下，3-三磷酸甘油酸C3上的磷酸基轉(zhuǎn)移到C2上，生成2-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCCH2POP POOHOHH3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP POH第18頁/共101頁（4） 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖崃姿嵯┐际奖?烯醇化酶烯醇化酶(en

11、olase)+ H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP)COOHCCH2P PO 脫水反應 2-磷酸甘油酸經(jīng)烯醇化酶作用脫水，形成具有高能磷酸鍵的磷酸烯醇式丙酮酸。2- 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 C O O HCC H2POP POO HO HH第19頁/共101頁ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶(pyruvate kinase) （5） 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 COOHCCH2P PO丙酮酸丙酮酸 COOHC=OCH3 磷酸化反應 在丙酮酸激酶的催化下，磷酸烯醇式丙酮酸將高能磷酸基轉(zhuǎn)移給ADP生成A

12、TP，其自身生成烯醇式丙酮酸，并自動轉(zhuǎn)變成丙酮酸。第20頁/共101頁丙酮酸激酶丙酮酸激酶別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)抑制劑：別構(gòu)抑制劑：ATP、檸檬酸、丙氨酸、檸檬酸、丙氨酸別構(gòu)激活劑：別構(gòu)激活劑：1,6-二磷酸果糖、二磷酸果糖、PEP第21頁/共101頁 共價修飾調(diào)節(jié)共價修飾調(diào)節(jié)丙酮酸激酶丙酮酸激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 ATP ADP Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶（無活性） （有活性） 胰高血糖素 PKA, CaM激酶PPKA：蛋白激酶蛋白激酶A (protein kinase A)CaM：鈣調(diào)蛋白鈣調(diào)蛋白第22頁/共101頁 4、 丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸反應中的反應中的NADH+H+ 來自于上述第

13、來自于上述第6 6步反步反應中的應中的 3-3-磷酸甘油醛脫氫反應。磷酸甘油醛脫氫反應。乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 乳酸乳酸 COOHCHOHCH3丙酮酸丙酮酸 COOHC=OCH3第23頁/共101頁 在此反應中，丙酮酸起到了受氫體的作用。由磷酸甘油醛脫氫反應生成的NADH+H在無氧的條件下不能經(jīng)電子傳遞鏈氧化，正是通過將丙酮酸還原為乳酸，才使NAD得以再生，從而保證了糖酵解的繼續(xù)進行。 第24頁/共101頁E1:己糖激酶己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+ 乳乳 酸酸 糖酵解的代謝途徑GluG-6-PF

14、-6-PF-1, 6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙丙 酮酮 酸酸 磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ 第25頁/共101頁三、糖酵解反應的特點三、糖酵解反應的特點1、是在胞液中進行的無氧參與的反應，乳酸是其反應的產(chǎn)物。2、在糖酵解過程中，糖只能發(fā)生不完全的分解，釋放能量較少，1分子葡萄糖經(jīng)酵解可凈生成2ATP，而糖原分子中葡萄糖殘基酵解可凈生成3ATP。3、糖酵解反應的全

15、過程有三步不可逆的反應,催化這三步反應的己糖激酶、6-磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶是酵解途徑的關鍵酶，其中以6-磷酸果糖激酶最重要是限速酶。第26頁/共101頁四、糖酵解的生理意義四、糖酵解的生理意義1、是機體在無氧或缺氧狀態(tài)時獲得能量的有效措施，也是機體在應激時產(chǎn)生能量，以滿足機體生理需要的重要途徑。2、糖酵解是生物界最普遍的供能方式。動物、植物、微生物都利用糖酵解供能。3、某些組織細胞如紅細胞、視網(wǎng)膜、白細胞、腫瘤細胞等組織細胞即使在有氧條件下，仍以糖酵解作為為其主要供能方式。第27頁/共101頁第28頁/共101頁糖的有氧氧化糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在指在機體氧供

16、充足時，機體氧供充足時，葡萄糖徹底氧化成葡萄糖徹底氧化成H2O和和CO2，并釋放出，并釋放出能量能量的過程。是機體主的過程。是機體主要供能方式。要供能方式。* * 部位部位：胞液及線粒體胞液及線粒體 第三節(jié)、糖的有氧氧化第三節(jié)、糖的有氧氧化第29頁/共101頁一、有氧氧化的反應過程 第一階段：酵解途徑第一階段：酵解途徑 第二階段：丙酮酸的氧化脫羧第二階段：丙酮酸的氧化脫羧 第三階段：三羧酸循環(huán)第三階段：三羧酸循環(huán) G（Gn） 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP TCA循環(huán)循環(huán) 胞液胞液 線粒體線粒體 第30頁/共101頁（二）丙酮酸的氧化

17、脫羧 丙酮酸進入線粒體，丙酮酸進入線粒體，氧化脫羧為乙氧化脫羧為乙酰酰CoA (acetyl CoA)。丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系 總反應式總反應式: （一）丙酮酸的生成 與糖酵解途徑反應相同與糖酵解途徑反應相同 第31頁/共101頁丙酮酸脫氫酶系的組成丙酮酸脫氫酶系的組成 酶酶E1：丙酮酸脫氫酶：丙酮酸脫氫酶E2：二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶：二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶E3：二氫硫辛酰胺脫氫酶：二氫硫辛酰胺脫氫酶HSCoANAD+ 輔輔 酶酶 TPP 硫辛酸（硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+SSL第32頁

18、/共101頁CO2 CoASHNAD+NADH+H+5. NADH+H+的生成的生成1. -羥乙基-TPP的生成 2.乙酰硫辛酰乙酰硫辛酰胺的生成胺的生成 3.乙酰乙酰CoA的生成的生成4. 硫辛酰胺的生成硫辛酰胺的生成 第33頁/共101頁 丙酮酸脫氫酶系的活性調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶系的活性調(diào)節(jié) u別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)抑制劑：乙酰別構(gòu)抑制劑：乙酰CoA; NADH; ATP 別構(gòu)激活劑：別構(gòu)激活劑：AMP; ADP; NAD+ * 乙酰乙酰CoA/HSCoA 或或 NADH/NAD+ 時，其時，其活性也受到抑制。活性也受到抑制。第34頁/共101頁u共價修飾調(diào)節(jié)共價修飾調(diào)節(jié) 第35頁/共101頁（

19、三）、三羧酸循環(huán)（三）、三羧酸循環(huán) 1、概念 乙酰CoA和草酰乙酸縮合生成檸檬酸，經(jīng)一系列酶促反應重新生成草酰乙酸，而乙酰CoA徹底氧化分解生成H2O和CO2，同時釋放能量。這個循環(huán)反應稱三羧酸循環(huán)（TAC），又稱檸檬酸循環(huán)或克雷布斯循環(huán)(1937年由Krebs提出) 反應在線粒體中進行第36頁/共101頁 檸檬酸合成 乙酰CoA和草酰乙酸縮合成檸檬酸，是檸檬酸循環(huán)的限速步驟，反應中釋放出能量使反應不可逆。H2O檸檬酸合酶2、反應過程第37頁/共101頁 檸檬酸合酶是三羧酸循環(huán)的限速酶檸檬酸合酶是三羧酸循環(huán)的限速酶抑制：抑制：ATP、NADH、琥珀酰琥珀酰CoA、 檸檬酸、氟乙酸檸檬酸、氟乙酸

20、激活：激活：ADP 第38頁/共101頁 異檸檬酸生成檸檬酸為叔醇酸本身不易氧化，必須異構(gòu)成易被氧化的異檸檬酸（仲醇酸），檸檬酸在順烏頭酸酶催化下先脫水生成不飽和的順烏頭酸，隨后再水合成異檸檬酸。順烏頭酸酶順烏頭酸酶第39頁/共101頁 第一次氧化脫羧 異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酶的作用下先氧化脫氫生成草酰琥珀酸，再從中間物上脫去CO2生成a-酮戊二酸。NAD+NADH+H+第40頁/共101頁異檸檬酸脫氫酶是一種變構(gòu)調(diào)節(jié)酶抑制：ATP和NADH激活：ADP、AMP、NAD+、Ca2+。 第41頁/共101頁第二次氧化脫羧a-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA反應的機理與丙酮酸氧化脫羧極為相似，由a

21、-酮戊二酸脫氫酶系催化，CoASHNAD+NADH+H+第42頁/共101頁a-酮戊二酸脫氫酶系酮戊二酸脫氫酶系 酶 輔酶a-酮戊二酸脫氫酶 TPP二氫硫辛酸轉(zhuǎn)琥珀酰酶 硫辛酸、CoA 二氫硫辛酸脫氫酶 FAD、 NAD 該酶是三羧酸循環(huán)的關鍵酶之一。-酮戊二酸脫氫酶系的調(diào)節(jié)酮戊二酸脫氫酶系的調(diào)節(jié)抑制：抑制：ATP 、琥珀酰、琥珀酰CoA和和NADH。激活：激活：ADP、NAD+、Ca2+。第43頁/共101頁 底物水平磷酸化 是三羧酸循環(huán)中唯一的一步底物水平磷酸化。CoASH反應中生成的GTP核苷二磷酸激酶的催化下可以轉(zhuǎn)變成ATP。 GTP + ADP ATP + GDP第44頁/共101頁

22、 琥珀酸脫氫生成延胡索酸 琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸脫氫反應，脫下來的氫交給FAD生成FADH2(飽和碳原子脫氫)FADFADH2第45頁/共101頁延胡索酸加水生成蘋果酸蘋果酸脫氫生成草酰乙酸 反應由蘋果酸脫氫酶催化，脫下來的氫由NAD傳遞NADH+H+NAD+第46頁/共101頁CoASHNADH+H+NAD+NAD+NADH+H+FADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O檸檬酸合酶順烏頭酸梅異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶復合體琥珀酰CoA合成酶琥珀酸脫氫酶延胡索酸酶蘋果酸脫氫酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶第47頁/共101頁乙酰

23、乙酰CoA CO2 NADH+H+ NAD+ - -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 其來源如下：其來源如下： 第48頁/共101頁4、三羧酸循環(huán)的特點反應在線粒體中進行, 乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)后,與草酰乙酸縮合成檸檬酸.后經(jīng)兩次氧化脫羧,生成CO2離開循環(huán)。三羧酸循環(huán)有四次脫氫反應，生成3分子NADH+H和1分子 FADH2 ，經(jīng)呼吸鏈生成9分子ATP,加上底物水平磷酸化生成1個ATP,故每循環(huán)一次共生成10分子ATP。第49頁/共101頁 三羧酸循環(huán)必須不斷地補充中間產(chǎn)物三羧酸循環(huán)必須不斷地補充中間產(chǎn)物由其它物質(zhì)轉(zhuǎn)換為三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物由其它物質(zhì)轉(zhuǎn)換為三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物的反應稱為回補反應

24、。的反應稱為回補反應。 三羧酸循環(huán)是單向反應體系。循環(huán)中檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、a-酮戊二酸脫氫酶系是該代謝途徑的關鍵酶，這三個酶所催化的反應均是單向反應。第50頁/共101頁5、有氧氧化的生理意義、有氧氧化的生理意義 糖的有氧氧化是機體獲得能量的主要方式 不僅產(chǎn)能多，且能量效率高。 三羧酸循環(huán)是物質(zhì)代謝的樞紐 該循環(huán) 是一個開放的體系，既是有些物質(zhì)分解的最后通路，又是另一些物質(zhì)代謝如糖異生、脂肪酸合成、膽固醇合成和轉(zhuǎn)氨基作用的起點。三羧酸循環(huán)是營養(yǎng)物質(zhì)徹底氧化分解的共同通路 不僅是糖分解供能的主要途徑，也是脂肪、蛋白質(zhì) 等最終氧化分解產(chǎn)生能量必經(jīng)的共同途徑。第51頁/共101頁反反應應輔

25、輔 酶酶ATP 第第一一階階段段葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖-1 6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-雙磷酸果糖雙磷酸果糖-1 23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸NAD+ 2 2.5（或1.5） 21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 23-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 1 2 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2丙酮酸丙酮酸2 1 第二階段第二階段2 丙酮酸丙酮酸 2 乙酰乙酰CoA2 2.5 第第三三階階段段2異檸檬酸異檸檬酸 2 -酮戊二酸酮戊二酸2 2.5 2 -酮戊二酸酮戊二酸 2 琥珀酰琥珀酰CoA2 2.5 2琥珀酰琥珀酰CoA 2 琥珀酸琥珀酸2 1 2琥

26、珀酸琥珀酸 2 延胡索酸延胡索酸FAD 2 1.5 2蘋果酸蘋果酸 2 草酰乙酸草酰乙酸NAD+ 2 2.5 凈生成凈生成32(或30)ATP NAD+ NAD+ NAD+ 6、葡萄糖有氧氧化生成的ATP 第52頁/共101頁第四節(jié)、磷酸戊糖途徑第四節(jié)、磷酸戊糖途徑* 概念概念磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑是指由是指由6-磷酸葡萄糖氧磷酸葡萄糖氧化分解生成化分解生成磷酸戊糖磷酸戊糖及及NADPH+H+，前，前者再進一步轉(zhuǎn)變成者再進一步轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-磷酸磷酸果糖果糖的反應過程。的反應過程。(Pentose Phosphate Pathway)第53頁/共101頁* * 細胞定位

27、：細胞定位：胞胞 液液 第一階段：氧化反應第一階段：氧化反應 生成生成磷酸戊糖磷酸戊糖，NADPH+H+及及CO2一、磷酸戊糖途徑的反應過程* * 反應過程可分為二個階段反應過程可分為二個階段 第二階段則是非氧化反應第二階段則是非氧化反應 包括一系列基團轉(zhuǎn)移。包括一系列基團轉(zhuǎn)移。 第54頁/共101頁 NADPH+H+ NADP+ 6-磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸葡萄糖脫氫酶 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 CCCCCCH2OHOHOHOHHHHOHHOP P6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯 CCCCC=OCH2OHOHOHHHHOHOP P1 氧化階段氧化階段 磷酸戊糖和磷酸戊糖和NADPH生成生成

28、6-磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸葡萄糖脫氫酶 為磷酸戊糖途徑的關鍵酶，為磷酸戊糖途徑的關鍵酶，活性高低決定活性高低決定G-6-P進入該途徑的流量。進入該途徑的流量。此酶活性主要受此酶活性主要受NADPH/NADP+比值比值的的影響，比值升高則被抑制，降低則被激活。影響，比值升高則被抑制，降低則被激活。第55頁/共101頁H2O NADP+ CO2 NADPH+H+ CCCCCOOCH2OHOHOHOHHHHOHP P6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 CH2OHC=OCCCH2OOHOHHHP P5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 CH2OH C O 6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯 CCCCC=OCH2OHOH

29、OHHHHOHOP P 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶 6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯酶 第56頁/共101頁、轉(zhuǎn)酮基酶 、 轉(zhuǎn)醛基酶 2 非氧化階段 CH2OH CH2OH C=O CHO CHOH C=O HO-CH CHOH C=O HO-CH CHOH CHOH HO-CH CH2OH CHOH CHOH CH2OPO3 CHOH C=O CH2OPO3 CHOH CH2OPO3 CHOH CH2OPO3 CHOH CHOH CH2OPO3 CHO CHO C=O CHO CHOH C=O HO-CH CHOH CHOH CH2OPO3 CHOH CH2OPO3 CHOH CHOH CH2OPO3 CH

30、2OPO3 HOH第57頁/共101頁 2（5-磷酸木酮糖）+ 5-磷酸核糖 2（6-磷酸果糖）+ 3-磷酸甘油醛或： 3（5-磷酸核糖） 2（6-磷酸果糖）+ 3-磷酸甘油醛非氧化階段總反應式非氧化階段總反應式 36-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 + 3H2O+6 NADP+ 26-磷酸果糖磷酸果糖+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2 途徑總反應式途徑總反應式 第58頁/共101頁二、生理意義1、磷酸戊糖途徑的產(chǎn)物NADPH是重要的還原力。 NADPH是細胞中易于利用的還原能力，在還原性生物合成中作為氫和電子的供體， NADPH可維持GSH的還原性 保護某些重要的生理活性物質(zhì)免遭氧

31、化。 NADPH參與體內(nèi)的羥化反應，與生物合成或生物轉(zhuǎn)化有關。第59頁/共101頁2、5-磷酸核糖是生物體合成核苷酸和核酸的重要組分。3、磷酸戊糖途徑的非氧化反應階段使磷酸戊糖途徑與糖酵解途徑相連接，4、轉(zhuǎn)酮基酶、轉(zhuǎn)醛基酶的催化反應是可逆的，可根據(jù)機體對NADPH、5-磷酸核糖的需要而進行調(diào)節(jié)；同時可使丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖互相轉(zhuǎn)化。 第60頁/共101頁 糖原是由葡萄糖殘基構(gòu)成的含有許多分枝的大糖原是由葡萄糖殘基構(gòu)成的含有許多分枝的大分子高聚物。分子高聚物。 糖原分子中的葡萄殘基主要以糖原分子中的葡萄殘基主要以a-1、4-糖苷鍵糖苷鍵相連，形成直鏈結(jié)構(gòu)，部分以相連，形成直鏈結(jié)構(gòu)，部分以

32、-1、6-糖苷鍵糖苷鍵相連形成支鏈。相連形成支鏈。 貯存部位：主要是肝臟和骨骼肌的細胞質(zhì)，肝貯存部位：主要是肝臟和骨骼肌的細胞質(zhì)，肝糖原濃度高，肌糖原的貯量多。糖原濃度高，肌糖原的貯量多。肌肉：肌糖原，肌肉：肌糖原，180 300g，主要供肌肉收縮所需主要供肌肉收縮所需 肝臟：肝糖原，肝臟：肝糖原，70 100g，維持血糖水平維持血糖水平 第五節(jié)第五節(jié) 糖原的合成與分解糖原的合成與分解第61頁/共101頁1. 葡萄糖單元以葡萄糖單元以 -1,4-1,4-糖苷糖苷 鍵鍵形成長鏈。形成長鏈。2. 約約1010個葡萄糖單元處形成分個葡萄糖單元處形成分枝，分枝處葡萄糖以枝，分枝處葡萄糖以 -1,6-1

33、,6-糖苷鍵糖苷鍵連接，分支增加，溶連接，分支增加，溶解度增加。解度增加。3. 每條鏈都終止于一個非還原每條鏈都終止于一個非還原端端. .非還原端增多，以利于其非還原端增多，以利于其合成與分解。合成與分解。 糖原的結(jié)構(gòu)特點及其意義糖原的結(jié)構(gòu)特點及其意義 第62頁/共101頁 一、糖原的合成 由單糖（主要是葡萄糖）合成糖原的過程稱為糖原合成(glycogenesis)，肝臟可以任何單糖為原料進行合成，而肌糖原只能以葡萄糖作為其合成原料。 (一一)、合成的反應過程、合成的反應過程 糖原合成反應在胞液中進行，消耗ATP和UTP。 第63頁/共101頁ATP ADPMg2+ 己糖激酶己糖激酶 葡萄糖激

34、酶葡萄糖激酶葡萄糖葡萄糖 O CH2HO H HOOHH OH H OH H H6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate） P P O CH2OH HOOHH OH H OH H H1. 葡萄糖磷酸化生成葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖第64頁/共101頁1- 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶 6- 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 2. 6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 這步反應中磷酸基團轉(zhuǎn)移的意義在于：這步反應中磷酸基團轉(zhuǎn)移的意義在于：由于延長形成由于延長形成-1,4-糖苷鍵，所以糖苷鍵，所以葡萄糖分子葡萄糖分

35、子C1上的半縮醛羥基必須活化上的半縮醛羥基必須活化，才利于與原來，才利于與原來的糖原分子末端葡萄糖的的糖原分子末端葡萄糖的C4羥基縮合。羥基縮合。半縮醛羥基與磷酸基之間形成的半縮醛羥基與磷酸基之間形成的O-P鍵具鍵具有較高的能量。有較高的能量。第65頁/共101頁* UDPG可看作可看作“活性葡萄糖活性葡萄糖”，在體內(nèi)充作葡萄，在體內(nèi)充作葡萄糖供體。糖供體。UTP 尿苷尿苷 PPPPPi UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 3. 1- 磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成尿苷二磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成尿苷二磷酸葡萄糖 2Pi+能量能量 1- 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP P P

36、尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖 ( uridine diphosphate glucose , UDPG ) OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP P P尿苷尿苷P尿苷尿苷P P第66頁/共101頁糖原糖原n + UDPG 糖原糖原n+1 + UDP 糖原合酶糖原合酶( glycogen synthase ) 4. UDGP合成糖原合成糖原 * 糖原糖原n 為原有的細胞內(nèi)的較小糖原分子，稱為為原有的細胞內(nèi)的較小糖原分子，稱為糖原引物糖原引物(primer)， 作為作為UDPG 上葡萄糖基的上葡萄糖基的接受體。接受體。 第67頁/共101頁近來人們在糖原分子的核心發(fā)現(xiàn)了一種近來人們在糖

37、原分子的核心發(fā)現(xiàn)了一種名為名為glycogenin的蛋白質(zhì)。的蛋白質(zhì)。Glycogenin可可對其自身進行共價修飾，將對其自身進行共價修飾，將UDP-葡萄糖分子葡萄糖分子的的C1結(jié)合到其酶分子的酪氨酸殘基上，從而結(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。成為糖原合成時的引物。糖原引物分子從何而來？第68頁/共101頁第69頁/共101頁 分分 支支 酶酶 (branching enzyme) -1,6-糖苷鍵 -1,4-糖苷鍵 5 5、糖原分枝的形成、糖原分枝的形成 第70頁/共101頁（二）、糖原合成反

38、應的幾個特點（二）、糖原合成反應的幾個特點 、糖原合酶催化的糖原合成反應不能從頭開始，需要至少含有4個葡萄糖殘基的-1、4多聚葡萄糖作為引物。 、糖原合酶只能延長糖鏈，不能形成分支，當糖鏈長度達到1218個葡萄糖殘基時，分支酶可將一段糖鏈（67個葡萄糖單位）轉(zhuǎn)移到鄰近的糖鏈上，-1、6以糖苷鍵相連從而形成分支。第71頁/共101頁 、糖原合酶是糖原合成過程的關鍵酶，其活性受激素的調(diào)節(jié) 、UDPG是活潑葡萄糖基的供體，其合成過程消耗ATP和UTP，在糖原引物上每增加1個新的葡萄糖單位，就要消耗3個高能磷酸鍵。第72頁/共101頁二、糖原的分解 糖原分解是指糖原分解為葡萄糖的過程。 1、糖原分解為

39、1磷酸葡萄糖 從糖原分子的非還原端開始，在磷酸化酶的催化下進行磷酸解作用，即正磷酸使-1、4糖苷鍵裂解，逐個移去葡萄糖殘基，生成1磷酸葡萄糖。該酶的作用只限于糖原上的-1、4糖苷鍵，當催化至距-1、6糖苷鍵形成的分支4個葡萄糖殘基時，分解就停止。 第73頁/共101頁 5 + +磷酸化酶Pi糖基轉(zhuǎn)移酶-1-1，6-6-糖苷酶糖苷酶非還原端第74頁/共101頁 3、1-磷酸葡萄糖在變位酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖 4、6-磷酸葡萄糖在葡萄糖6-磷酸酶作用下水解為葡萄糖。該酶只存在于肝臟和腎臟，肌肉組織中無此酶，所以肌肉中產(chǎn)生的6-磷酸葡萄糖不能變?yōu)橛坞x的葡萄糖，而主要是分解供能。第75頁/共1

40、01頁 三、糖原代謝的調(diào)節(jié) 1、共價修飾調(diào)節(jié) 糖原合酶和磷酸化酶分別是糖原合成和糖原分解代謝中的限速酶，它們均有活性型（糖原合酶a和磷酸化酶a）和無活性型（糖原合酶b和磷酸化酶b）兩種形式，均受到共價修飾和變構(gòu)雙重調(diào)節(jié),從而調(diào)節(jié)糖原的合成與分解。第76頁/共101頁腺苷環(huán)化酶腺苷環(huán)化酶 （無活性）（無活性）腺苷環(huán)化酶（有活性）腺苷環(huán)化酶（有活性） 激素（胰高血糖素、腎上腺素等）激素（胰高血糖素、腎上腺素等）+ 受體受體 ATP cAMP PKA(無活性無活性) 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶-P PKA(有活性有活性) 磷酸化酶磷酸化酶b 磷酸化酶磷酸化酶a-P

41、 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-P Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 Pi Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 第77頁/共101頁2. 別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)磷酸化酶二種構(gòu)像磷酸化酶二種構(gòu)像緊密型緊密型(T)和和疏松疏松型型(R) ，其中，其中T型型的的14位位Ser暴露，便于接受前暴露，便于接受前述的共價修飾調(diào)節(jié)。述的共價修飾調(diào)節(jié)。* ATP和葡萄糖是磷酸化酶的別構(gòu)抑制劑。和葡萄糖是磷酸化酶的別構(gòu)抑制劑。 磷酸化酶磷酸化酶b (R) 疏松型疏松型磷酸化酶磷酸化酶 b (T) 緊密型緊密型葡萄糖葡萄糖 第78頁/共101頁 3 3、CaCa2+ 2+ 的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 1

42、010-6-6mol/Lmol/L的的CaCa2+2+通過激活糖原磷酸化酶激酶通過激活糖原磷酸化酶激酶 也可使糖原磷酸化酶被激活，也可使糖原磷酸化酶被激活，同時使糖原合酶失活。同時使糖原合酶失活。 第79頁/共101頁 由非糖前體物質(zhì)合成葡萄糖的過程，稱為糖異生作用。 非糖前體物質(zhì) 主要是乳酸、氨基酸、丙酸和甘油。 糖異生場所 主要是肝臟，腎也能發(fā)生葡萄糖異生，但形成的葡萄糖僅為肝臟產(chǎn)量的十分之一。第六節(jié)第六節(jié) 糖的異生作用糖的異生作用第80頁/共101頁 一、糖異生作用的反應途徑 由乳酸異生成葡萄糖的反應途徑，實際上是將丙酮酸轉(zhuǎn)變成葡萄糖。糖酵解是將葡萄糖變?yōu)槿樗?，而糖異生則使將乳酸等轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

43、葡萄糖，因此，糖異生途徑基本上是糖酵解途徑的逆過程，但并非完全可逆。第81頁/共101頁 在糖酵解過程己糖激酶、6-磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶三種關鍵酶催化的三步反應是不可逆的。 葡萄糖 + ATP 6-磷酸葡萄糖 + ADP 6-磷酸果糖+ATP 1、6-二磷酸果糖+ADP 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 丙酮酸+ATP 在糖異生中必須由另外不同的酶催化這三步單向反應，從而實現(xiàn)逆反應。第82頁/共101頁1、磷酸烯醇式丙酮酸經(jīng)草酰乙酸而形成 丙酮酸+CO2+ATP+H2O 草酰乙酸+ADP+Pi+ 2H+ 催化該反應的是丙酮酸羧化酶，丙酮酸羧化酶是在線粒體中發(fā)現(xiàn)的，它的輔基是生物素，生物素以它的羧基

44、末端與酶蛋白的賴氨酸殘基-氨基形成酰胺鍵。 草 酰 乙 酸 + G T P 磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸+GDP+CO2 催化第二個反應的是磷酸烯醇式丙酮酸羧基激酶。第83頁/共101頁丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 ATP + CO2ADP + Pi 蘋果酸蘋果酸 NADH + H+ NAD+ 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 天冬氨酸天冬氨酸 蘋果酸蘋果酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 GTP GDP + CO2 線線粒粒體體胞胞液液第84頁/共101頁 2、6-磷酸果糖的生成：磷酸果糖的

45、生成： 1,6-二磷酸果糖在果糖二磷酸果糖在果糖-1,6-二磷酸酶作用下水解二磷酸酶作用下水解 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖+H2O 6-磷酸果糖磷酸果糖+ Pi 果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶 3、葡萄糖生成：、葡萄糖生成：是由葡萄糖是由葡萄糖6-磷酸酶催化葡萄糖磷酸酶催化葡萄糖6-磷酸水解而成磷酸水解而成 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 + H2O 葡萄糖葡萄糖 + Pi 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶第85頁/共101頁糖酵解與葡萄糖異生在酶方面的差異糖酵解與葡萄糖異生在酶方面的差異 反應步驟 糖酵解 糖異生葡萄糖6-磷酸葡萄糖己糖激酶葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸果糖果糖-1.6二磷酸磷酸果

46、糖激酶果糖-1、6-二磷酸酶丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶第86頁/共101頁第87頁/共101頁 二、糖異生的生理意義 1、維持血糖的恒定 體內(nèi)某些組織，特別是腦和紅細胞必需依靠血液中葡萄糖作為能源。 2、糖異生作用有利于氨基酸在體內(nèi)的分解。 3、有利于乳酸的利用 肌肉劇烈運動時產(chǎn)生大量的乳酸，進入血液，運送到肝臟異生成糖。既節(jié)約能源，同時又保證酵解作用的繼續(xù)進行。第88頁/共101頁糖異生活躍糖異生活躍有葡萄糖有葡萄糖-6磷酸酶磷酸酶 【】肝肝 肌肉肌肉 乳酸循環(huán)(lactose cycle) （Cori 循環(huán)循環(huán)） 循環(huán)過程循環(huán)過程 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 酵解途徑酵解途徑 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 N