中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件

1、第六章 糖代謝一 糖的生理功能 1 機體的組成成分 核糖 糖脂 2 提供能量和碳源 70% 二 糖代謝的概況 （一）糖的來源 1 由消化道吸收（單胃動物） 2 由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來（反芻獸） 第六章 糖代謝（二）動物體內(nèi)糖的主要代謝途徑 1 分解供能 酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途徑、糖原分解 2 貯存 糖異生、合成糖原或轉(zhuǎn)變成脂肪（三）血糖 人 80-120mg/100ml 4.4-6.7mmol/L（二）動物體內(nèi)糖的主要代謝途徑血糖的來源和去路血糖的來源和去路中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學

2、本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件第一節(jié)糖的分解代謝(catabolism of carbohydrate) 動物組織均能對糖進行分解代謝，主要的分解途徑有三條： (1)無氧條件下進行糖酵解途徑； (2)有氧條件下進行有氧氧化； (3)生成磷酸戊糖-磷酸戊糖通路。 第一節(jié)糖的分解代謝 一、糖酵解途徑(glycolytic pathway) 糖酵解途徑

3、是指細胞在胞漿中分解葡萄糖生成丙酮酸(pyruvate)的過程，此過程中伴有少量ATP的生成。在缺氧條件下丙酮酸被還原為乳酸(lactate)稱為糖酵解。有氧條件下丙酮酸可進一步氧化分解生成乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)，生成CO2和H2O。一、糖酵解途徑(glycolytic pathway) 中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件-1ATP 葡萄糖（glucoseG） 6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phophate, G6P) 己糖激酶(hexokinase,HK)。 葡萄糖激酶(glucokinase,GK)-1ATP 葡萄 6磷酸葡萄糖是HK的反饋抑制物，此酶是糖氧化反應過程的限速

4、酶(rate limiting enzyme)或稱關鍵酶(key enzyme)。它有同工酶-型，、型主要存在于肝外組織，其對葡萄糖Km值為10-510-6M。 型主要存在于肝臟，特稱葡萄糖激酶(glucokinase,GK)，對葡萄糖的Km值110-2M，正常血糖濃度為5mmol/L，當血糖濃度升高時，GK活性增加，促進合成糖原， 6-磷酸葡萄糖對此酶無抑制作用。 6磷酸葡萄糖是HK的反饋抑制物，此酶是糖氧化反應過中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件磷酸己糖異構(gòu)酶(phosphohexose isomerase) 6-磷酸葡萄糖(醛糖aldos

5、e sugar) 6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P) 磷酸己糖異構(gòu)酶(phosphohexose isomeras-1ATP 磷酸果糖激酶1(phosphofructokinase l, PFK1)果糖1，6二磷酸（fructose1,6-biophosphate） -1ATP 磷酸果糖激酶1(phosphofructokin醛縮酶(aldolase)磷酸二羥丙酮（dihydroxyacetone phosphate) 3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde-3-phosphate) 磷酸丙糖異構(gòu)酶(triose phosphate isomerase

6、) 醛縮酶(aldolase)磷酸丙糖異構(gòu)酶(triose ph中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件3-磷酸甘油醛脫氫酶 (glyceraldehyde 3phosphatedehydrogenase) 1，3二磷酸甘油酸（1，3 biphosphoglycerate） 2(NADH+H+)3-磷酸甘油醛脫氫酶 (glyceraldehyde 3p中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件+2ATP 磷酸甘油酸激酶(phosphaglycerate kinase,PGK) 3-磷酸甘油酸(3-phosph

7、oglycerate) +2ATP 磷酸甘油酸激酶(phosphaglycerate磷酸甘油酸變位酶(phosphoglycerate mutase) 磷酸甘油酸變位酶(phosphoglycerate muta烯醇化酶(enolase) 磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate PEP) 烯醇化酶(enolase) 丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK) +2ATP丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK) +2AT中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件酵解途徑第一階段總的結(jié)果：葡萄糖 + 2Pi + 2NAD+ + 2ADP 2丙酮酸 + 2ATP

8、+ 2NADH + 2H+ + 2H2O 酵解途徑第一階段總的結(jié)果：中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件總結(jié)果：葡萄糖 + 2Pi + 2ADP 2乳酸 + 2ATP + 2H2O總結(jié)果：糖酵解及其生理意義 糖酵解是生物界普遍存在的供能途徑，但其釋放的能量不多，少數(shù)組織細胞，如視網(wǎng)膜、睪丸、腎髓質(zhì)和

9、紅細胞等，即使在有氧的條件下，仍需從糖酵解獲得能量。 糖酵解的特殊生理意義。例如劇烈運動時，能量需求增加，糖分解加速，此時即使呼吸和循環(huán)加快以增加氧的供應量，仍不能滿足體內(nèi)糖完全氧化所需的能量，這時肌肉處于相對缺氧狀態(tài)，必須通過糖酵解過程，以補充所需的能量。在劇烈運動后，可見血中乳酸濃度成倍地升高，這是糖酵解加強的結(jié)果。 糖酵解及其生理意義 中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件二、糖的有氧氧化 葡萄糖在有氧條件下，氧化分解生成二氧化碳和水的過程稱為糖的有氧氧化(aerobicoxidation)。有氧氧化是糖分解代謝的主要方式。 丙酮酸脫氫酶系(

10、pyruvate dehydrogenase system)1 丙酮酸脫羧酶，輔酶是TPP，2 二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶，輔酶是二氫硫辛酸和輔酶A，3 二氫硫辛酸脫氫酶，輔酶是FAD及NAD+ 二、糖的有氧氧化 丙酮酸脫氫酶系(pyruvate deh中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科

11、生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件糖有氧氧化的生理意義 1.三羧酸循環(huán)是機體獲取能量的主要方式。1個分子葡萄糖經(jīng)無氧酵解僅凈生成2個分子ATP，而有氧氧化可凈生成32（30）個ATP。2.三羧酸循環(huán)是糖、脂肪和蛋白質(zhì)三種主要有機物在體內(nèi)徹底氧化的共同代謝途徑。 乙酰CoA

12、 + 3NAD+ FAD + GDP + Pi + 2H2O 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + HSCoA 糖有氧氧化的生理意義乙酰CoA + 3NAD+ FAD Pasteur在研究酵母發(fā)酵時，發(fā)現(xiàn)在供氧充足的條件下，細胞內(nèi)糖酵解作用受到抑制。葡萄糖消耗和乳酸生成減少，這種有氧氧化對糖酵解的抑制作用稱為巴斯德效應(Pasteur effect)。 Pasteur在研究酵母發(fā)酵時，發(fā)現(xiàn)在供氧充足的條件 氟乙酰胺在酰胺酶作用下生成氟乙酸，后者可進一步生成氟乙酰CoA。FCH2CONH2 FCH2COOH FCH2COSCoA 解氟靈(乙酰胺) CH3CONH2

13、 CH3COOH CH3CO SCoA 二者競爭性地與酰胺酶結(jié)合，以此解毒。 氟乙酰胺在酰胺酶作用下生成氟乙酸，后者可進一步生成氟三、磷酸戊糖途徑 磷酸戊糖途徑(pentose phosphate pathway) 此途徑由6-磷酸葡萄糖開始生成具有重要生理功能的NADPH和5-磷酸核糖。全過程中無ATP生成，因此此過程不是機體產(chǎn)能的方式。其主要發(fā)生在肝臟、脂肪組織、哺乳期的乳腺、腎上腺皮質(zhì)、性腺、骨髓和紅細胞等。 磷酸戊糖途徑在細胞液中進行，全過程分為不可逆的氧化階段和可逆的非氧化階段。 三、磷酸戊糖途徑 在氧化階段，3個分子6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脫氫酶和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶等催化

14、下經(jīng)氧化脫羧生成6個分子NADPH+H+，3個分子CO2和3個分子5-磷酸核酮糖； 在非氧化階段，5-磷酸核酮糖在轉(zhuǎn)酮基酶(TPP為輔酶)和轉(zhuǎn)硫基酶催化下使部分碳鏈進行相互轉(zhuǎn)換，經(jīng)三碳、四碳、七碳和磷酸酯等，最終生成2分子6-磷酸果糖和1分子3-磷酸甘油，它們可轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖繼續(xù)進行磷酸戊糖途徑，也可以進入糖有氧氧化或糖酵解途徑。 在氧化階段，3個分子6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脫氫C5 + C5 C3 + C7 C3 + C7 C4 + C6 C5 + C4 C3 + C6總反應 3C5 2C6 + C3 非氧化分支反應示意圖C5 + C5 C3 + C7總反應 3C5 2C6中農(nóng)動

15、物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件生理意義 1. 5-磷酸核糖的生成，此途徑是葡萄糖在體內(nèi)生成5-磷酸核糖的唯一途徑，故命名為磷酸戊糖通路，5-磷酸核糖是合成核苷酸輔酶及核酸的主要原料，故損傷后修復、再生的組織(如梗塞的心肌、部分切除后的肝臟)，此代謝途徑都比較活躍。生理意義2.NADPH+H+與NADH不同，它攜帶的氫不是通過呼吸鏈氧化磷酸化生成ATP，而是作為供氫體參與許多代謝反應，具有多種不同的生理意義。(1)作為供氫體，參與體內(nèi)多種生物合成反應，例如脂肪酸、膽

16、固醇和類固醇激素的生物合成，都需要大量的NADPH+H+。(2)是谷胱甘肽還原酶的輔酶，對維持還原型谷胱甘肽(GSH)的正常含量，有重要作用，GSH能保護某些蛋白質(zhì)中的巰基。(3)參與肝臟生物轉(zhuǎn)化反應，肝細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)含有以NADPH+H+為供氫體的加單氧酶體系，參與激素、藥物、毒物的生物轉(zhuǎn)化過程。2.NADPH+H+與NADH不同，它攜帶的氫不是通過呼吸鏈 調(diào)控方式 1 幼年時期，需核糖多于NADPH，反應為 5C6 6C5 2 成年正常時，需二者相等，正常氧化 C6 + 2NADP+ + H2O C5 + 2NADPH + 2H+ + CO2 3 成年肥胖時，需NADPH多于5-磷酸核糖 C6

17、 + 12NADP+ + 6H2O 6CO2 + 12NADPH + 12H+ + Pi 4 需能時，6-磷酸葡萄糖則徹底氧化分解 調(diào)控方式中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件第二節(jié)糖異生 非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程稱為糖異生(gluconeogenesis)。非糖物質(zhì)主要有生糖氨基酸(Gly、Ala、Thr、Ser、Asp、Glu、Cys、Pro、Arg、His等)、有機酸(乳酸、丙酮酸及三羧酸循環(huán)中各種羧酸等)和甘油等。 糖異生途徑基本上是糖酵解或糖有氧氧化的逆過程，糖酵解通路中大多數(shù)的酶促反應是可逆的，但是糖酵解途徑中己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶三個限速酶催化的三個反應

18、過程都有相當大的能量變化，是不可逆的。第二節(jié)糖異生 首先由丙酮酸羧化酶催化，將丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，然后再由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，由草酰乙酸生成磷酸烯醇式丙酮酸?. 首先由丙酮酸羧化酶催化，將丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜幔缓笾修r(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件 2. 催化G-6-P水解生成葡萄糖的酶為葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase) G-6-P + H2O G + Pi 2. 催化1，6-二磷酸果糖水解生成F-6-P的酶是果糖二磷酸酶(fructose diphosphatase) F-1,6-P2 + H2O

19、F-6-P + Pi3. 催化1，6-二磷酸果糖水解生成F-6-P的酶是果糖中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件糖異生可總結(jié)為：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+6H2O 葡萄糖+2NAD+ + 4ADP+2GDP+6Pi+6H+糖異生可總結(jié)為：中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件糖異生的生理意義 (一)糖異生作用的主要生理意義 保證在饑餓情況下，血糖濃度的相對恒定。 (二)糖異生作用與乳酸的作用密切關系 在激烈運動時，肌肉糖酵解生成大量乳酸，后者經(jīng)血液運到肝臟可再合成肝糖原和葡萄糖，

20、因而使不能直接產(chǎn)生葡萄糖的肌糖原間接變成血糖，并且有利于回收乳酸分子中的能量，更新肌糖原，防止乳酸酸中毒的發(fā)生。 糖異生的生理意義 Cori循環(huán) Cori循環(huán) 第三節(jié)糖原的合成與分解 糖原是由多個葡萄糖組成且?guī)в蟹种Φ拇蠓肿佣嗵牵肿恿恳话阍?06-107u，是體內(nèi)糖的貯存形式，分子中葡萄糖主要以-1，4-糖苷鍵相連形成直鏈，其中部分以-1，6-糖苷鍵相連構(gòu)成支鏈，糖原主要貯存在肌肉和肝臟中，肌肉中糖原約占肌肉總重量的1%-2%，約為400克，肝臟中糖原占總量6%-8%，約為100克。肌糖原分解為肌肉自身收縮供給能量，肝糖原分解主要維持血糖濃度。 第三節(jié)糖原的合成與分解中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學

21、第六章-糖代謝課件一、糖原的合成 由葡萄糖(包括少量果糖和半乳糖)合成糖原的過程稱為糖原合成，反應在細胞質(zhì)中進行，需要消耗ATP和UTP。 一、糖原的合成1-磷酸葡萄糖+UTPUDPG+PPi(焦磷酸) UDPG+糖原(Gn)UDP+糖原(Gn+1)1-磷酸葡萄糖+UTPUDPG+PPi(焦磷酸) UDPG+ 糖原合成酶催化的糖原合成反應不能從頭開始合成第一個糖分子，需要至少含4個葡萄糖殘基的-1，4-多聚葡萄糖作為引物(primer)，在其非還原性末端與UDPG反應，UDPG上的葡萄糖基C1與糖原分子非還原末端C4形成-1，4-糖苷鏈，使糖原增加一個葡萄糖單位，UDPG是活潑葡萄糖基的供體，

22、其生成過程中消耗UTP，故糖原合成是耗能過程，糖原合成酶只能促成-1，4-糖苷鍵。 糖原合成酶催化的糖原合成反應不能從頭開始合成第一個糖中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件 糖原分枝鏈的生成需分枝酶(branching enzyme)催化，將7-8個葡萄糖殘基寡糖直鏈轉(zhuǎn)到另一糖原子上以-1.6-糖苷鍵相連，生成分枝糖鏈，在其非還原性末端可繼續(xù)由糖原合成酶催化進行糖鏈的延長。多分枝增加糖原水溶性有利于其貯存，同時在糖原分解時可從多個非還原性末端同時開始，提高分解速度

23、。 糖原分枝鏈的生成需分枝酶(bra中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件二 糖原的分解 糖原分解不是糖原合成的逆反應，除磷酸葡萄糖變位酶外，其它酶均不一樣。 Gn糖原 + PiG-1-P + G(n-1)G-1-PG-6-PG-6-P+H2OG+Pi二 糖原的分解Gn糖原 + PiG-1-P + G(n-1 磷酸化酶只作用于糖原上的(14)糖苷鍵，并且催化至距(16)糖苷鍵4個葡萄糖殘基時就不再起作用，這時就要有脫枝酶(debranching enzyme)的參與才可將糖原完全分解。 磷酸化酶只作用于糖原上的(14)糖苷鍵，并且催化 脫枝酶是一種雙功能酶，它催化糖原脫枝的兩個反應，第一種

24、功能是4-葡聚糖基轉(zhuǎn)移酶(4-D-glucanotrnsferase)活性，即將糖原上四葡聚糖分枝鏈上的三葡聚糖基轉(zhuǎn)移到酶蛋白上，然后再交給同一糖原分子或相鄰糖原分子末端具自由4-羥基的葡萄糖殘基上，生成(14)糖苷鍵，結(jié)果直鏈延長3個葡萄糖，而(16)分枝處只留下1個葡萄糖殘基，在脫枝酶的另一功能，即1，6-葡萄糖苷酶活性催化下，這個葡萄糖基被水解脫下，為游離的葡萄糖，在磷酸化酶與脫枝酶的協(xié)同和反復的作用下，糖原可以完全磷酸化和水解 。 脫枝酶是一種雙功能酶，它催化糖原脫枝的兩中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-

25、糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件血糖的激素調(diào)節(jié) 1 胰島素 2 胰高血糖素 3 腎上腺素素 4 糖皮質(zhì)激素血糖的激素調(diào)節(jié)中農(nóng)動物醫(yī)學本科生物化學第六章-糖代謝課件高血糖及糖尿病(hyperglycemia and diabetes mellitus) 空腹血糖濃度高于7.227.78mmol/L(folin-吳憲法)稱為高血糖，超過腎糖閾時出現(xiàn)糖尿。典型癥狀是“三多一少”。低血糖(hypoglycemia) 空腹血糖濃度低于3.333.89mmol/

26、L(folin-吳憲法)時稱為低血糖。出現(xiàn)頭暈、倦怠無力、心悸、手顫、出冷汗、嚴重時出現(xiàn)昏迷，稱為低血糖休克。高血糖及糖尿病(hyperglycemia and diabHypoglycemiaHypoalimentationHypocalcemiaHypomagnesaemiaHypochromatichia毛色素不足Hyponatremia低鈉Hypoosmotic低滲Hypoalgesia 痛覺減退Hypogeusia 味覺減退Hyposmia嗅覺減退Hypometropia 近視Hypomnesia 記憶減退Hypophrenia 智能衰退Hypophysis 垂體Hypothalamus下丘腦Hypoproteinemia HypotensionHypothermal低溫HyperglycemiaHype