生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-05-01節(jié)糖代謝

1、章糖代謝-1MetabolismofCarbohydrates第一節(jié) 糖的攝取與利用第二節(jié) 糖的無(wú)氧氧化第三節(jié) 糖的有氧氧化第四節(jié) 磷酸戊糖途徑重點(diǎn)難點(diǎn)熟悉了解掌握糖酵解和無(wú)氧氧化的概念、亞細(xì)胞定位、主要步驟、關(guān)鍵酶、重要中間產(chǎn)物和生理意義；糖有氧氧化的概念、亞細(xì)胞定位、主要步驟、關(guān)鍵酶、重要中間產(chǎn)物和生理意義；磷酸戊糖途徑的概念、亞細(xì)胞定位、關(guān)鍵酶、重要產(chǎn)物和生理意義巴斯德效應(yīng)的概念和生理意義；糖酵解關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)；糖有氧氧化關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)；磷酸戊糖途徑關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)；其他單糖進(jìn)行糖酵解的方式糖的消化吸收過(guò)程和糖代謝概況；Warburg效應(yīng)的概念和生理病理意義；蠶豆病的發(fā)病機(jī)制糖的攝取與利用第一節(jié)

2、The Uptake and Utilization of of Carbohydrates 1. 糖主要在小腸中消化一、糖消化后以單體形式吸收淀粉麥芽糖+麥芽三糖 （主要）-極限糊精+異麥芽糖 （少部分） 葡萄糖唾液-淀粉酶-糖苷酶-極限糊精酶 腸黏膜刷狀緣口腔腸腔胰液-淀粉酶2. 單糖吸收入血依賴SGLTNa+依賴型葡糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Na+-dependent glucose transporter, SGLT）小腸腸腔腸黏膜上皮細(xì)胞門靜脈肝體循環(huán) SGLT這一SGLT依賴的吸收過(guò)程主動(dòng)耗能二、細(xì)胞攝取葡萄糖需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（glucose transporter，GLUT）體循環(huán)各組織細(xì)胞葡糖轉(zhuǎn)

3、運(yùn)蛋白分 布Km功 能GLUT1紅細(xì)胞、腦、腎、結(jié)腸等1 mM葡萄糖的恒定攝取GLUT2肝、胰腺細(xì)胞1520 mM在肝，從血液移走多余的葡萄糖；在胰腺，調(diào)節(jié)胰島素分泌GLUT3腦、腎等1 mM葡萄糖的恒定攝取GLUT4心肌、骨骼肌、脂肪組織5 mM胰島素促進(jìn)其葡萄糖攝取GLUT5小腸葡萄糖吸收幾種葡糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的比較三、體內(nèi)糖代謝涉及分解、儲(chǔ)存和合成三方面糖酵解 丙酮酸 有氧氧化 無(wú)氧氧化 H2O及CO2 乳酸 糖異生 乳酸、氨基酸、甘油 糖原 肝糖原分解 糖原合成 磷酸戊糖途徑 核糖 + NADPH淀粉 消化與吸收 ATP 葡萄糖 糖的無(wú)氧氧化第二節(jié)Anaerobic Oxidation of

4、 Carbohydrates糖無(wú)氧氧化的概念： 缺氧時(shí)，葡萄糖在胞質(zhì)中生成乳酸并釋放出少量 ATP一、糖的無(wú)氧氧化分兩階段 糖酵解（glycolysis） 乳酸生成（一）葡萄糖經(jīng)糖酵解分解為兩分子丙酮酸葡萄糖葡萄糖磷酸化為葡糖-6-磷酸葡糖-6-磷酸 （glucose-6-phosphate, G-6-P） ATP ADPMg2+ 己糖激酶（hexokinase）O CH2HO H HOOHH OH H OH H HP P O CH2OH HOOHH OH H OH H H己糖激酶 （hexokinase, HK）葡糖激酶（glucokinase, GK）存在部位 肝外組織 肝對(duì)葡萄糖的Km0

5、.1 0.2 mmol/L 10 mmol/L調(diào)節(jié)受葡糖-6-磷酸反饋抑制 受胰島素誘導(dǎo)己糖激酶與葡糖激酶的比較葡糖-6-磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣?6-磷酸果糖-6-磷酸 （fructose-6-phosphate, F-6-P）己糖異構(gòu)酶 葡糖-6-磷酸P P O CH2OH HOOHH OH H OH H HOHOHCH2OHP P CH2OOH H HOH 果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣?1,6-二磷酸 ATP ADP Mg2+ 磷酸果糖激酶-1（phosphfructokinase-1, PFK-1）果糖-1,6-二磷酸（fructose-1,6-bisphosphate, F-1,6-BP）OHOH

6、CH2OHP P CH2OOH H HOH OHOHCH2OP P CH2OOH H HOH P P 果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 醛縮酶(aldolase)磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油醛+CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHP PP PCH2OHCOCH2POCH2P POCHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO磷酸二羥丙酮轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油醛磷酸丙糖異構(gòu)酶 （phosphotriose isomerase）3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮 CH2OHCOCH2POCH2P POCHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO磷酸甘油醛氧化為1,

7、3-二磷酸甘油酸Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛脫氫酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase）3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P POO=CCOHCH2POP POP PO 1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 （phosphoglycerate kinase） 底物水平磷酸化 （substrate-level phosphorylation）：ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用與高能化合物的高能鍵水解直接相偶聯(lián)的產(chǎn)能方式1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸O

8、=CCOHCH2POP POP POCOOHCOHCH2POP PO 3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶（phosphoglycerate mutase）3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸COOHCOHCH2POP POCOOHCCH2POP POOHOH 2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶（enolase）2-磷酸甘油酸+ H2O磷酸烯醇式丙酮酸 （phosphoenolpyruvate, PEP）COOHCCH2POP POOHOHCOOHCCH2P POADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶（pyruvate kinase）磷酸烯醇式丙酮酸經(jīng)底物水平磷酸化生成AT

9、P和丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸COOHCCH2P POCOOHC=OCH3（二）丙酮酸被還原為乳酸NADH+H+ 來(lái)自于上述第6步反應(yīng)中的3-磷酸甘油醛的脫氫反應(yīng)丙酮酸 乳酸 乳酸脫氫酶（Lactate dehydrogenase, LDH） NADH + H+NAD+ COOHC=OCH3COOHCHOHCH3糖的無(wú)氧氧化全過(guò)程二、糖酵解的流量調(diào)節(jié)取決于3個(gè)關(guān)鍵酶活性關(guān)鍵酶變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑制劑激素調(diào)節(jié)磷酸果糖激酶-1（最重要）AMP、ADP、果糖-1,6-二磷酸、果糖-2,6-二磷酸（最強(qiáng)激活劑）ATP、檸檬酸受胰高血糖素抑制丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸、丙氨酸（肝）ATP受胰高血糖素抑

10、制己糖激酶 葡糖-6-磷酸 葡糖激酶（肝） 長(zhǎng)鏈脂酰CoA受胰島素誘導(dǎo)合成糖酵解關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)果糖-6-磷酸 果糖-1,6-二磷酸 ATP ADP 磷酸果糖激酶-1磷蛋白磷酸酶 蛋白激酶A ATP ADP Pi 胰高血糖素 ATP cAMP 活化 果糖-2,6-二磷酸 +/+AMP +檸檬酸 AMP +檸檬酸 磷酸果糖激酶-2（有活性）果糖二磷酸酶-2 （無(wú)活性）磷酸果糖激酶-2（無(wú)活性）果糖二磷酸酶-2 （有活性）PP磷酸果糖激酶-1的活性調(diào)節(jié)三、糖的無(wú)氧氧化為機(jī)體快速供能 缺氧時(shí)迅速供能，對(duì)肌收縮更重要 無(wú)線粒體的細(xì)胞，如：成熟紅細(xì)胞 增殖活躍的細(xì)胞，如：白細(xì)胞、骨髓細(xì)胞 常氧時(shí)為某些特殊類

11、型的細(xì)胞供能凈生成2分子ATP，無(wú)NADH凈生成果糖（?。┘禾羌っ钙咸烟瞧咸?6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸ATPADPATPADP丙酮酸半乳糖半乳糖-1-磷酸葡糖-1-磷酸半乳糖激酶變位酶甘露糖甘露糖-6-磷酸己糖激酶變位酶半乳糖血癥果糖（肝）果糖激酶四、其他單糖可轉(zhuǎn)變成糖酵解的中間產(chǎn)物糖的有氧氧化第三節(jié)Aerobic Oxidation of Carbohydrates糖有氧氧化的概念：有氧時(shí)，葡萄糖徹底分解成 CO2 和 H2O 并釋放出大量 ATP一、糖的有氧氧化分三階段 糖酵解（胞質(zhì)，同無(wú)氧氧化第一階段，略） 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA（線粒體） 乙酰CoA進(jìn)入檸檬酸循

12、環(huán)及氧化磷酸化（線粒體）（一）線粒體內(nèi)丙酮酸的氧化脫羧丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 3酶5輔因子CO2 CoASHNAD+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 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體作用機(jī)制 （二）檸檬酸循環(huán)（citric acid cycle） 由線粒體內(nèi)一系列酶促反應(yīng)構(gòu)成的循環(huán)反應(yīng)體系，將乙酰CoA徹底氧化，亦稱三羧酸循環(huán)（Tricarboxylic acid Cycle, TCA cycle）或Krebs循環(huán)1. 乙酰CoA與草

13、酰乙酸縮合成檸檬酸 檸檬酸合酶（citrate synthase）2. 檸檬酸經(jīng)順烏頭酸轉(zhuǎn)變?yōu)楫悪幟仕?順烏頭酸酶順烏頭酸酶3. 異檸檬酸氧化脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)?酮戊二酸 異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase）4. -酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體（3酶5輔因子）5. 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反應(yīng) 琥珀酰CoA合成酶(ADP)(ATP)6. 琥珀酸脫氫生成延胡索酸 琥珀酸脫氫酶（與內(nèi)膜結(jié)合）7. 延胡索酸加水生成蘋果酸8. 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸蘋果酸脫氫酶小結(jié)檸檬酸循環(huán)特點(diǎn)： 4次脫氫，2次脫羧，1次底物水平磷酸化 生成1分子FADH

14、2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP（ATP） 關(guān)鍵酶：檸檬酸合酶，異檸檬酸脫氫酶，-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體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(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檸檬酸循環(huán)全過(guò)程檸檬酸循環(huán)在三大營(yíng)養(yǎng)物代謝中占核心地位 三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解產(chǎn)能的共同通路 糖、脂肪、氨基酸代謝聯(lián)系的樞紐1分子乙酰CoA經(jīng)檸檬酸循環(huán)及氧化磷酸化生成 10 ATP三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)檸檬酸循環(huán)在一定程度上相互轉(zhuǎn)變二糖的有氧

15、氧化是糖分解供能的主要方式反 應(yīng)輔 酶最終獲得ATP第一階段（胞漿）葡萄糖葡糖-6-磷酸-1果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸-1 23-磷酸甘油醛21,3-二磷酸甘油酸2NADH3或521,3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸2第二階段（線粒體基質(zhì)）2丙酮酸2乙酰CoA2NADH5第三階段（線粒體基質(zhì)）2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2NADH2NADH2FADH2 2NADH55235由一個(gè)葡萄糖總共獲得30或32（2種機(jī)制運(yùn)入線粒體）三糖的有氧氧化主要受能量供需平衡調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑

16、制劑激素調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體AMP、NAD+、CoA、Ca2+ATP、NADH、乙酰CoA、脂肪酸胰島素激活異檸檬酸脫氫酶ADP、Ca2+ATP -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 Ca2+NADH、琥珀酰CoA 檸檬酸合酶ADPATP、NADH、檸檬酸、琥珀酰CoA 丙酮酸氧化脫羧和檸檬酸循環(huán)中關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶能量別構(gòu)激活劑能量別構(gòu)抑制劑糖酵解 己糖激酶/葡糖激酶-磷酸果糖激酶-1AMP、ADPATP丙酮酸激酶-ATP丙酮酸氧化脫羧丙酮酸脫氫酶復(fù)合體AMPATP檸檬酸循環(huán) 檸檬酸合酶ADPATP異檸檬酸脫氫酶ADPATP-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體-糖酵解己糖激酶/葡糖激酶-糖的有氧氧化受能量供需調(diào)節(jié)四糖

17、氧化產(chǎn)能方式的選擇有組織偏好1. 巴斯德效應(yīng) （Pasteur effect） 概念：肌組織中，糖的有氧氧化抑制無(wú)氧氧化 機(jī)制：NADH決定丙酮酸的代謝去向。有氧時(shí)二者均進(jìn)入線粒體氧化，無(wú)氧時(shí)二者均留在胞質(zhì)還原生成乳酸2. Warburg效應(yīng) （Warburg effect） 概念：增殖活躍的細(xì)胞中，有氧時(shí)糖的無(wú)氧氧化增強(qiáng) 意義：積累碳源用于生物合成磷酸戊糖途徑第四節(jié)Pentose Phosphate Pathway磷酸戊糖途徑的概念： 從葡糖-6-磷酸形成旁路，通過(guò)氧化、基團(tuán)轉(zhuǎn)移生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛，從而返回糖酵解，發(fā)生于胞質(zhì)，主要意義是提供NADPH和磷酸核糖一、磷酸戊糖途徑

18、分兩階段 氧化反應(yīng)（六碳糖轉(zhuǎn)變?yōu)槲逄继牵?基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)（3個(gè)五碳糖返回糖酵解）（一）氧化階段生成 NADPH 和磷酸核糖6-磷酸葡萄糖酸 核酮糖-5-磷酸 NADPH+H+ NADP+ H2O NADP+ CO2 NADPH+H+ 葡糖-6-磷酸脫氫酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶 CH2OH CO 葡糖-6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯 核糖-5-磷酸CCCCCCH2OHOHOHOHHHHOHHOP PCCCCC=OCH2OHOHOHHHHOHOP PCCCCCO OCH2OHOHOHOHHHHOHP PCH2OHC=OCCCH2OOHOHHHP PCHOOHCCCCH2OOHOHHHP PH（二）基團(tuán)轉(zhuǎn)移階段生成磷酸己糖和磷酸丙糖核酮糖-5-磷酸（C5） 3核糖-5-磷酸C5木酮糖-5-磷酸 C5木酮糖-5-磷酸C5景天糖-7-磷酸C73-磷酸甘油醛C3赤蘚糖-4-磷酸C4果糖-6-磷酸C6果糖-6-磷酸C63-磷酸甘油醛 C3磷酸戊糖途徑全過(guò)程二、磷酸戊糖途徑主要受NADPH/NADP+比值的調(diào)節(jié)NADPH/NADP+比值降低時(shí)，葡糖-6-磷酸脫氫酶被激活三、磷酸戊糖途徑是NADPH和磷酸核糖的主要來(lái)源 為脂類合成等供氫 參與體內(nèi)羥化反應(yīng) 維持谷胱甘肽的還原狀態(tài) 蠶豆