生物化學及分子生物學(人衛(wèi)第九版)-05-01節(jié)糖代謝

章糖代謝-1MetabolismofCarbohydrates2021/3/29星期一1第一節(jié)糖的攝取與利用第二節(jié)糖的無氧氧化第三節(jié)糖的有氧氧化第四節(jié)磷酸戊糖途徑2021/3/29星期一2重點難點熟悉了解掌握糖酵解和無氧氧化的概念、亞細胞定位、主要步驟、關鍵酶、重要中間產物和生理意義；糖有氧氧化的概念、亞細胞定位、主要步驟、關鍵酶、重要中間產物和生理意義；磷酸戊糖途徑的概念、亞細胞定位、關鍵酶、重要產物和生理意義巴斯德效應的概念和生理意義；糖酵解關鍵酶的調節(jié)；糖有氧氧化關鍵酶的調節(jié)；磷酸戊糖途徑關鍵酶的調節(jié)；其他單糖進行糖酵解的方式糖的消化吸收過程和糖代謝概況；Warburg效應的概念和生理病理意義；蠶豆病的發(fā)病機制2021/3/29星期一3糖的攝取與利用第一節(jié)TheUptakeandUtilizationofofCarbohydrates2021/3/29星期一41.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）α-極限糊精+異麥芽糖（少部分）葡萄糖唾液α-淀粉酶α-糖苷酶α-極限糊精酶

腸黏膜刷狀緣口腔腸腔胰液α-淀粉酶2021/3/29星期一52.單糖吸收入血依賴SGLTNa+依賴型葡糖轉運蛋白（Na+-dependentglucosetransporter,SGLT）小腸腸腔腸黏膜上皮細胞門靜脈肝體循環(huán)SGLT這一SGLT依賴的吸收過程主動耗能2021/3/29星期一6二、細胞攝取葡萄糖需要轉運蛋白（glucosetransporter，GLUT）體循環(huán)各組織細胞葡糖轉運蛋白分布Km功能GLUT1紅細胞、腦、腎、結腸等1mM葡萄糖的恒定攝取GLUT2肝、胰腺β細胞15~20mM在肝，從血液移走多余的葡萄糖；在胰腺，調節(jié)胰島素分泌GLUT3腦、腎等1mM葡萄糖的恒定攝取GLUT4心肌、骨骼肌、脂肪組織5mM胰島素促進其葡萄糖攝取GLUT5小腸—葡萄糖吸收幾種葡糖轉運蛋白的比較2021/3/29星期一7三、體內糖代謝涉及分解、儲存和合成三方面糖酵解丙酮酸有氧氧化無氧氧化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2021/3/29星期一8糖的無氧氧化第二節(jié)AnaerobicOxidationofCarbohydrates2021/3/29星期一9糖無氧氧化的概念：

缺氧時，葡萄糖在胞質中生成乳酸并釋放出少量ATP一、糖的無氧氧化分兩階段糖酵解（glycolysis）乳酸生成2021/3/29星期一10（一）葡萄糖經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）OCH2HOHHOOHHOHHOHHHPPOCH2OHHOOHHOHHOHHH2021/3/29星期一11己糖激酶（hexokinase,HK）葡糖激酶（glucokinase,GK）存在部位肝外組織肝對葡萄糖的Km0.1~0.2mmol/L10mmol/L調節(jié)受葡糖-6-磷酸反饋抑制受胰島素誘導己糖激酶與葡糖激酶的比較2021/3/29星期一12葡糖-6-磷酸轉變?yōu)楣?6-磷酸果糖-6-磷酸（fructose-6-phosphate,F-6-P）己糖異構酶葡糖-6-磷酸PPOCH2OHHOOHHOHHOHHHOHOHCH2OHPPCH2OOHHHOH2021/3/29星期一13果糖-6-磷酸轉變?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）OHOHCH2OHPPCH2OOHHHOHOHOHCH2OPPCH2OOHHHOHPP果糖-6-磷酸2021/3/29星期一14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+CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHPPPPCH2OHCOCH2POCH2PPOCHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO2021/3/29星期一15磷酸二羥丙酮轉變?yōu)?-磷酸甘油醛磷酸丙糖異構酶（phosphotrioseisomerase）3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮CH2OHCOCH2POCH2PPOCHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO2021/3/29星期一16磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸Pi、NAD+NADH+H+

3-磷酸甘油醛脫氫酶（glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase）3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸

CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPOO=CCOHCH2POPPOPPO2021/3/29星期一171,3-二磷酸甘油酸轉變成3-磷酸甘油酸ADPATP

磷酸甘油酸激酶（phosphoglyceratekinase）

底物水平磷酸化（substrate-levelphosphorylation）：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)的產能方式1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸O=CCOHCH2POPPOPPOCOOHCOHCH2POPPO2021/3/29星期一183-磷酸甘油酸轉變?yōu)?-磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶（phosphoglyceratemutase）3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸COOHCOHCH2POPPOCOOHCCH2POPPOOHOH2021/3/29星期一192-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）COOHCCH2POPPOOHOHCOOHCCH2PPO2021/3/29星期一20ADPATP

K+Mg2+丙酮酸激酶（pyruvatekinase）磷酸烯醇式丙酮酸經底物水平磷酸化生成ATP和丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸COOHCCH2PPOCOOHC=OCH32021/3/29星期一21（二）丙酮酸被還原為乳酸NADH+H+

來自于上述第6步反應中的3-磷酸甘油醛的脫氫反應丙酮酸

乳酸

乳酸脫氫酶（Lactatedehydrogenase,LDH）

NADH+H+NAD+COOHC=OCH3COOHCHOHCH32021/3/29星期一22糖的無氧氧化全過程2021/3/29星期一23二、糖酵解的流量調節(jié)取決于3個關鍵酶活性關鍵酶變構激活劑變構抑制劑激素調節(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受胰高血糖素抑制己糖激酶

葡糖-6-磷酸

葡糖激酶（肝）

長鏈脂酰CoA受胰島素誘導合成糖酵解關鍵酶的調節(jié)2021/3/29星期一24果糖-6-磷酸

果糖-1,6-二磷酸

ATPADP磷酸果糖激酶-1磷蛋白磷酸酶蛋白激酶AATPADPPi胰高血糖素ATPcAMP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（無活性）磷酸果糖激酶-2（無活性）果糖二磷酸酶-2（有活性）PP磷酸果糖激酶-1的活性調節(jié)2021/3/29星期一25三、糖的無氧氧化為機體快速供能缺氧時迅速供能，對肌收縮更重要①無線粒體的細胞，如：成熟紅細胞②增殖活躍的細胞，如：白細胞、骨髓細胞常氧時為某些特殊類型的細胞供能凈生成2分子ATP，無NADH凈生成2021/3/29星期一26果糖（肌）己糖激酶葡萄糖葡糖-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、其他單糖可轉變成糖酵解的中間產物2021/3/29星期一27糖的有氧氧化第三節(jié)AerobicOxidationofCarbohydrates2021/3/29星期一28糖有氧氧化的概念：有氧時，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，同無氧氧化第一階段，略）丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA（線粒體）乙酰CoA進入檸檬酸循環(huán)及氧化磷酸化（線粒體）2021/3/29星期一29（一）線粒體內丙酮酸的氧化脫羧丙酮酸乙酰CoANAD+,HSCoACO2,NADH+H+

丙酮酸脫氫酶復合體3酶5輔因子2021/3/29星期一30CO2CoASHNAD+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合體作用機制2021/3/29星期一31（二）檸檬酸循環(huán)（citricacidcycle）由線粒體內一系列酶促反應構成的循環(huán)反應體系，將乙酰CoA徹底氧化，亦稱三羧酸循環(huán)（TricarboxylicacidCycle,TCAcycle）或Krebs循環(huán)1.乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸檸檬酸合酶（citratesynthase）2021/3/29星期一322.檸檬酸經順烏頭酸轉變?yōu)楫悪幟仕犴槥躅^酸酶順烏頭酸酶2021/3/29星期一333.異檸檬酸氧化脫羧轉變?yōu)棣?酮戊二酸異檸檬酸脫氫酶（isocitratedehydrogenase）2021/3/29星期一344.α-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA

-酮戊二酸脫氫酶復合體（3酶5輔因子）2021/3/29星期一355.琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反應琥珀酰CoA合成酶(ADP)(ATP)2021/3/29星期一366.琥珀酸脫氫生成延胡索酸琥珀酸脫氫酶（與內膜結合）2021/3/29星期一377.延胡索酸加水生成蘋果酸2021/3/29星期一388.蘋果酸脫氫生成草酰乙酸蘋果酸脫氫酶小結檸檬酸循環(huán)特點：4次脫氫，2次脫羧，1次底物水平磷酸化生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2，1分子GTP（ATP）關鍵酶：檸檬酸合酶，異檸檬酸脫氫酶，α-酮戊二酸脫氫酶復合體2021/3/29星期一39CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTP(ATP)GDP(ADP)+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH⑧①②③④⑤⑥⑦②H2O①檸檬酸合酶②順烏頭酸梅③異檸檬酸脫氫酶④α-酮戊二酸脫氫酶復合體⑤琥珀酰CoA合成酶⑥琥珀酸脫氫酶⑦延胡索酸酶⑧蘋果酸脫氫酶檸檬酸循環(huán)全過程2021/3/29星期一40檸檬酸循環(huán)在三大營養(yǎng)物代謝中占核心地位三大營養(yǎng)物質分解產能的共同通路糖、脂肪、氨基酸代謝聯(lián)系的樞紐1分子乙酰CoA經檸檬酸循環(huán)及氧化磷酸化生成10ATP三大營養(yǎng)物質通過檸檬酸循環(huán)在一定程度上相互轉變2021/3/29星期一41二﹑糖的有氧氧化是糖分解供能的主要方式反應輔酶最終獲得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-12×3-磷酸甘油醛→2×1,3-二磷酸甘油酸2NADH3或52×1,3-二磷酸甘油酸→2×3-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）2×丙酮酸→2×乙酰CoA2NADH5第三階段（線粒體基質）2×異檸檬酸→2×α-酮戊二酸2×α-酮戊二酸→2×琥珀酰CoA2×琥珀酰CoA→2×琥珀酸2×琥珀酸→2×延胡索酸2×蘋果酸→2×草酰乙酸2NADH2NADH2FADH2

2NADH55235由一個葡萄糖總共獲得30或32（2種機制運入線粒體）2021/3/29星期一42三﹑糖的有氧氧化主要受能量供需平衡調節(jié)關鍵酶變構激活劑變構抑制劑激素調節(jié)丙酮酸脫氫酶復合體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

α-酮戊二酸脫氫酶復合體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)中關鍵酶的調節(jié)2021/3/29星期一43關鍵酶能量別構激活劑能量別構抑制劑糖酵解

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合體AMPATP檸檬酸循環(huán)

檸檬酸合酶ADPATP異檸檬酸脫氫酶ADPATPα-酮戊二酸脫氫酶復合體--糖酵解己糖激酶/葡糖激酶--糖的有氧氧化受能量供需調節(jié)2021/3/29星期一44四﹑糖氧化產能方式的選擇有組織偏好1.巴斯德效應（Pasteureffect）概念：肌組織中，糖的有氧氧化抑制無氧氧化機制：NADH決定丙酮酸的代謝去向。有氧時二者均進入線粒體氧化，無氧時二者均留在胞質還原生成乳酸2.Warburg效應（Warburgeffect）概念：增殖活躍的細胞中，有氧時糖的無氧氧化增強意義：積累碳源用于生物合成2021/3/29星期一45磷酸戊糖途徑第四節(jié)PentosePhosphatePathway2021/3/29星期一46磷酸戊糖途徑的概念：從葡糖-6-磷酸形成旁路，通過氧化、基團轉移生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛，從而返回糖酵解，發(fā)生于胞質，主要意義是提供NADPH和磷酸核糖一、磷酸戊糖途徑分兩階段氧化反應（六碳糖轉變?yōu)槲逄继牵┗鶊F轉移反應（3個五碳糖返回糖酵解）2021/3/29星期一47（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+⑴H2ONADP+

CO2

NADPH+H+⑵葡糖-6-磷酸脫氫酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶

HCOHCH2OHCO葡糖-6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸內酯核糖-5-磷酸CCCCCCH2OHOHOHOHHHHOHHOPPCCCCC=OCH2OHOHOHHHHOHO