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第二篇 Department of Biochemistry Hangzhou Medical College Guyisheng 物质代谢及其调节 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 代谢（ Metabolism） 活细胞中的所有化学变化。 物质代谢 物质分解（ catabolic） 物质合成 (anabolic) 能量代谢 能量释放， 能量存储 第五章 糖代谢 Department of Biochemistry Hangzhou Medical College Guyisheng (Carbohydrate metabolism) 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 概述： 一、糖化学回顾： 单糖： 葡萄糖 （ Glucose） （ 体内糖的运输形式 血糖 ） 果糖 （ Fructose） 半乳糖 核糖 脱氧核糖 （ 戊糖 ） 双糖： 麦芽糖 （ 2分子葡萄糖 ） 蔗糖 （ 葡萄糖果糖 ） 乳糖 （ 半乳糖葡萄糖 ） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 多糖： 淀粉 （ 食物中的主要糖类 ） 直链淀粉 （ 1， 4糖苷键 ） 支链淀粉 （ 1， 4糖苷键： 分支处为 1， 6糖苷键 ） 纤维素 （ 1， 4糖苷键 ） 糖原 （ 动物淀粉 体内糖的贮存形式 ， 分子量比淀粉更大 ） （ 1， 4糖苷键 ， 分支处为 1， 6糖苷键 ） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 二、糖的生理功用： 1、 提供生命活动所需的能量 60 左右 （ 50 70 ） 2、 组成人体的重要组成成分 （ 结构成分 、 特殊生理功能 ） 如：核糖 （ 核苷酸 核酸 、 NAD+、 ATP） （ 软骨 、 结缔组织的基质 ） （ 生物膜的成分 ） （ 多种生物学功能 ） 3、 提供碳源 （ 转变为氨基酸 、 脂肪等 ） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三、糖的消化吸收 消化的部位：口腔 小肠 （ 为主 ） 吸收的部位：小肠 吸收的形式：单糖 吸收的方式：主动转运为主 需要特殊的载体 （ SGLT） ， 与 Na+ 偶联 ， 钠泵参与 ， ATP供能 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 四、糖代谢的概况 有五种葡萄糖转运载体 (glucose transporter) （ GLUT 1 5 代谢途径 分解代谢：有氧氧化 、 糖酵解 、 磷酸戊糖途径 糖原的合成与分解 糖异生作用 转变为糖的衍生物和非糖物质 （ 脂类 、 氨基酸 ） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第一节 葡萄糖的分解代谢 糖在体内分解代谢的途径有三种方式： 糖酵解 （ 糖的无氧分解 ） 乳酸 (Lactate)， ATP 糖的 有氧氧化 CO2， H2O， ATP （ 正常情况下糖分解代谢的主要途径 ） 磷酸戊糖途径 NADPH， 戊糖 氧化 戊糖 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 一、糖酵解 （ glycolysis） 概念： 在缺氧情况下 ， 体内组织中的 葡萄糖或糖原分解为乳酸的过程 。 细胞定位：细胞液 反应过程：两个阶段 1、 葡萄糖 丙酮酸 （ 酵解途径 2、 丙酮酸 乳酸 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 示意图 乙醛 乙醇 （ 酵母） 乙酰 CoA CO2,H2O,ATP （ 有氧氧化） G G-6-P 丙酮酸 G-1-P 糖原 乳酸（酵解） 糖酵解途径 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一）糖酵解的反应过程 糖酵解途径（ glycolytic pathway） 1、 己糖磷酸酯的生成与转变 （ 耗能阶段 ） （ 1） 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 （ G G 6 P Glucose-6-phosphate ） 总图 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 己糖激酶和葡萄糖激酶 己糖激酶 (Hexokinase)是 限速酶之一 （ 肝中为 葡萄糖激酶 Glucokinase） 不可逆反应 消耗 ATP,需要 Mg2+（ 若糖原开始不消耗 ATP） （ Gn G 1 P G 6 P） 比较 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （ 2） 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 （ G 6 PF 6 P fructose-6-phosphate ） 可逆反应 磷酸己糖异构酶催化 （ 3） 6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖 （ F 6P F 1,6BP ） 磷酸果糖激酶 -1催化 (F-6-P kinase)糖酵解途 径 主要的限速酶 不可逆反应 消耗 ATP,需要 Mg2+ 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖酵解途径（ 2） 2、 磷酸丙糖生成与同分异构化 （ 裂解阶段 ） 磷酸二羟丙酮 Dihydroxyacetone Phosphate 3 磷酸甘油醛 Glyceraldehyde-3-Phosphate 分别由醛缩酶、异构酶催化 为可逆反应，体内生理条件下倾向于裂解 1分子葡萄糖生成 2分子 3-磷酸甘油醛而代谢 1,6-二磷酸果糖 （ 6 C） 3-磷酸甘油醛 (3C) 磷酸二羟丙酮 (3C) 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖酵解途径（ 3） 3、 丙酮酸生成 （ 产能阶段 ） (1)3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘 油酸 （ 1,3-Bisphosphoglycerate ） 3-磷酸甘油醛脱氢酶催化 ， 脱下 2H （ NAD+ NADH+H+） 1,3-二磷酸甘油酸是高能化合物 （ 含高能磷酸键 ） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College (2)1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶催化 ， ADP ATP 是糖酵解途径中的 第一次底物水平磷酸化 (3)3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶催化 ， 磷酸基团转移位置 需要 Mg2 参与 (3-Phosphoglycerate) （ 2-Phosphoglycerate） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP) 烯醇化酶催化 可逆反应 PEP是高能化合物 （ 含高能磷酸键 ） 磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇式丙酮酸 丙酮酸 (pyruvate) 丙酮酸激酶 催化 第三个限速酶 生理条件下为不可逆反应 ADP ATP 糖酵解的 第二次底物水平磷酸 化 （ phosphoenolpyruvate） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖酵解途径总结： 总反应式： C6H12O6+2NAD+2ADP+2H3PO4 2C3H4O3+2NADH+2H+2ATP+2H2O 葡萄糖 丙酮酸 三个限速酶： 己糖激酶 、 磷酸果糖激酶 1、 丙酮酸激酶 生成 ATP数： 2分子 （ 净生成 ） 3分子 （ 糖原开始 ） ATP 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College +NADH+H+ +NAD+ 乳酸脱氢酶 丙酮酸还原为乳酸 NADH来自 3-磷酸甘油醛脱氢 ， 使糖酵解顺利进行 LDH有五种同工酶 糖酵解全过程的总反应式为： C6H12O6+2ADP+2H3PO4 2C3H6O3+2ATP+2H2O 在缺氧条件下进行，由乳酸脱氢酶催化， 为可逆反应。 (lactate) 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二 ） 糖酵解的生理意义 1、 迅速提供能量 ， 供机体急需 ， 对骨骼 肌收缩尤为重要 。 2、 少数组织 ， 即使有氧 ， 糖酵解仍然旺 盛 ， 如皮肤 、 视网膜 、 睾丸 、 癌瘤组织 等；特别是 成熟红细胞以糖酵解作为基 本能源 。 3、 某些病理情况 （ 如呼吸 、 循环障碍 ） ， 糖酵解增强 ， 使机体缺氧时获得 ATP供 应 。 ATP 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 1、 成熟红细胞存在 2,3-BPG支路 ， 调节带 氧能力 。 2、 乳酸运输到心 、 肝等 ， 继续供能 （ 有氧 条件 ） ， 或糖异生为糖 。 3、 酵解中间产物 （ 丙酮酸 、 磷酸二羟丙酮 ） 是氨基酸 、 脂类合成前体 酵解还是彻底有氧氧化的前奏 ， 准备 阶段 注意：糖酵解过量 ， 乳酸酸中毒 。 生理意义的其他方面： 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （三）糖酵解的调节 磷酸果糖激酶 -1（最重要）： 变构抑制剂： ATP、 柠檬酸 变构激活剂： AMP、 2,6-双磷酸果糖 已糖激酶 ： 变构抑制剂： 6-磷酸葡萄糖等 （但肝脏中的葡萄糖激酶则不受此影响） 丙酮酸激酶 ： 变构抑制剂： ATP、 丙氨酸 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 无氧酵解的要点 概念： 部位：胞浆 原料： Glucose/Glycogen 产物：乳酸 (lactate) 能量： 2/3个 ATP 关键酶： Hexokinase/Glucokinase (HK/GK) F-6-P kinase Pyruvatekinase(PK) 生理意义： 机体在无氧或缺 氧条件下获得能 量的一种有效方 式，也是机体在 应激状态下产生 能量，以满足机 体生理需要的重 要途径。 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 二糖的有氧氧化 概念： 在有氧条件下 ， 葡萄糖或糖原 彻底氧化成 CO2和 H2O， 并释放大量能 量 ， 这一过程称为糖的有氧氧化 (aerobic oxidation)。 细胞定位： 细胞液 、 线粒体 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一） 有氧氧化的反应过程 细胞液反应阶段 糖酵解途径 葡萄糖 丙酮酸 （ 与无氧酵解时相似 ） 区别点： 生成的 NADH进入线粒体 ， 经电子传递 链生成能量 。 线粒体内反应阶段 （ 1） 丙酮酸 乙酰辅酶 A(Acetyl CoA) （ 2） 乙酰辅酶 A进入三羧酸循环 ， 生成 CO2、 H2O。 糖的有氧氧化的总反应式为： C6H12O6+6O6 6CO2+6H2O 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 丙酮酸的氧化脱羧基作用 （丙酮酸 乙酰辅酶 A） 丙酮酸经特异载体 ， 进入线粒体 。 经 丙酮酸脱氢酶复合体 催化 ， 丙酮酸 经氧化 、 脱羧 ， 生成乙酰辅酶 A。 CH3COCOOH + HSCoA CH3COCoA NAD+ NADH + H+ CO2 丙酮酸脱氢酶复合体 （ TPP、 硫辛酸、 FAD等） 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 包括三种酶： 丙酮酸脱氢酶 （ 脱羧酶 ） 二氢硫辛酰胺转乙酰酶 二氢硫辛酰胺脱氢酶 5种辅助因子 ： TPP（ 含 VitB1） HSCoA（ 含泛酸） 硫辛酸 FAD（ 含 VitB2） NAD+（ 含 VitPP） 丙酮酸脱氢酶复合体 （ PDH complex） 缺乏 VitB1， 引起脚气病，多发性神经炎等 乙酰辅酶 A有多条代谢途径 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 乙酰 CoA的氧化 三羧酸循环 （ tricarboxylic acid cycle,TAC） 由草酰乙酸和乙酰 CoA缩合成柠檬酸开始， 经多个中间步骤，又重新生成草酰乙酸的 循环过程。 其第一个中间产物是一个含三个羧酸的柠 檬酸（ citrate）， 是由 Kreb正式提出的，所 以又称柠檬酸循环或 Krebs循环 以乙酰 CoA 为起点，多种生物大分子（糖， 脂，氨基酸）的共同最终代谢途径。 结构图 反应式 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三羧酸循环的反应过程 第一阶段：柠檬酸的生成 乙酰 CoA 草酰乙酸 柠檬酸 CoA-SH 此步为三羧酸循环的第一个限速步骤 柠檬酸合酶为三羧酸循环的第一个关键酶 柠檬酸合酶 Citrate synthase H2O (Oxaloacetate) (Citrate) (Acetyl CoA) 结构图 反应式 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第二阶段：异构化及氧化脱羧 （ 1）异柠檬酸的形成 顺乌头酸酶 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸 顺乌头酸酶 H2O H2O (Isocitrate) (Aconite) (Citrate) 结构图 反应式 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （ 2） 第一次氧化脱羧 异柠檬酸 草酰琥珀酸 -酮戊二酸 NAD NADH+H+ CO2 此步反应是三羧酸循环中的第二步限速 步骤，异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环中的 第二个关键酶。 产生 1分子 NADH、 1分子 CO2 (Alpha-ketoglutarate) (Isocitrate dehydrogenase) 异柠檬酸脱氢酶 结构图 反应式 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （ 3）第二次氧化脱羧 -酮戊二酸 CoA-SH 琥珀酰 CoA NAD NADH+H CO2 -酮戊二酸脱氢酶系 此酶系是三羧酸循环中的 第三个关键酶 其反应同丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧类似， 由 三种酶和五种辅助因子 组成 :-酮戊二酸脱氢酶 、二氢硫辛酰胺转琥珀酰基酶、二氢硫辛酰胺脱 氢酶、 FAD、 TPP、 CoASH、 NAD 、 硫辛酸 产生 1 分子 NADH、 1分子 CO2 (Succinyl-CoA) (-ketoglutarate) 结构图 反应式 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （ 4）底物水平磷酸化反应 琥珀酰 CoA 琥珀酸 CoA-SH GDP+Pi GTP GTP+ADP GDP+ATP 这是三羧酸循环中唯一的一次 底物水平磷酸化 琥珀酰 CoA在琥珀酸硫激酶的催化下高能硫酯键被水 解生成琥珀酸 ， 并使 GDP磷酸化形成 GTP， 即产生分子 1分子 ATP 琥珀酸硫激酶 (Succinate) 结构图 反应式 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第三阶段：草酰乙酸的再生 琥珀酸 延胡索酸 FAD FADH2 即产生 1分子 FADH2 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 H2O NAD NADH+H+ 即产生 1 分子 NADH 琥珀酸脱氢酶 (Cis-Fumarate) 延胡索酸酶 苹果酸脱氢酶 (L-Malate) (Oxaloacetate) 结构图 反应式 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 乙 酰 CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+2H+FADH2+CoA+GTP 中间产物起着催化剂的作用，本身并无量的变化 三羧酸循环总反应式 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College Introduction of TAC 部位： 线粒体 关键酶： 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶 原料： 乙酰 CoA 产物： CO2， H2O 产能： 12 ATP 生理意义： 三羧酸循环不仅是糖的 分解代谢的途径，同时 也是脂肪和蛋白质在细 胞内氧化供能的最终 共 同途径。 三羧酸循环还是糖、脂 肪和蛋白质的 互变枢纽 。 为一些物质的合成 提供 前体 结构图 反应式 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 1次底物水平磷酸化（ 琥珀酰 CoA琥珀酸 ） 2次脱羧反应 3步关键反应（关键酶） 柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 4次脱氢（ 3 次 NAD+及 1次 FAD+） 三羧酸循环的要点 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三羧酸循环中的脱氢反应 反 应 辅酶 氧化时生成 ATP 异柠檬酸 酮戊二酸 NAD+ 3 酮戊二酸 琥珀酰 CoA NAD+ 3 琥珀酸 延胡索酸 FAD 2 苹果酸 草酰乙酸 NAD+ 3 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二）糖有氧氧化过程中 ATP的生成 3（ 2） 2 6（ 4） 3 2 6 第三阶段： 12 2 24 38（ 36） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖有氧氧化过程中 ATP的生成 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （三） 有氧氧化的调节 根据机体的能量需要 ,调节代谢速率 （ 如 ATP过多时 ， 一系列限速酶的活性降低 ） 。 关键酶的活性受效应物的变构调节， 由 ATP/ADP、 ATP/AMP、 NADH/NAD+ 、 CH3CO-SCoA/CoASH 的比值所决定 。 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 丙酮酸脱氢酶复合体的调节 变构调节： 乙酰 CoA、 NADH 、 ATP可反馈抑 制丙酮酸脱氢酶复合体的活性。 共价修饰： 丙酮酸脱氢酶激酶使丙酮酸脱氢酶 复合体 磷酸化，活性消失 。磷酸酶作用相反。 1、 ATP/ADP、 ATP/AMP、 NADH/NAD+ 、 CH3CO- SCoA/CoASH 的比值升高，激酶被激活，丙酮 酸脱氢酶活性降低，有氧氧化被抑制。 2、胰岛素可激活磷酸酶，促进有氧氧化。 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三羧酸循环的调节 主要调节点： 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 ATP/ADP、 NADH/NAD+ 比值 ，上述 酶活性 Ca2+,上述酶活性 抑制氧化磷酸化的各因素，均可阻断三 羧酸循环 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （四巴斯德效应 有氧氧化抑制无氧酵解的现象称为巴斯德 效应 （ Pasteur effect） 有氧： NADH、 丙酮酸进入线粒体被氧化，不 生成乳酸 缺氧： NADH不能被氧化，使丙酮酸生成乳酸 氧化磷酸化受阻， ATP生成 ， ADP/ATP比值 ， 磷酸果糖激酶 -1、丙酮酸 激酶 活性 ，糖酵解 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖有氧氧化的要点 部位：胞浆，线粒体 关键酶：丙酮酸脱氢酶等 原料 /产物： G/ CO2， H2O 能量： 36/38 ATP 生理意义： 1. 人体活动所需要的能量 主要来自糖的有氧氧化 2. 三羧酸循环的重要性 3. 多种中间产物也可参与 其它代谢途径 整个反应过程可分以下三 个阶段 ： 1. 葡萄糖 丙酮酸 2.丙酮酸 乙酰 CoA 3.乙酰 CoA CO2+ H2O 糖酵解途径 丙酮酸脱氢酶复合体 TAC 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三磷酸戊糖途径 （ pentose phosphate pathway,PPP） (hexose monophosphate shunt, HMS) 器官 ：肝 、 泌乳期乳腺 、 红细胞 、 脂肪组织 、 肾上腺皮质等合成代谢旺盛的组织 细胞定位 ：细胞液 关键酶 ： G-6-P脱氢酶， G-6-P酸脱氢酶 原料 ： G-6-P 重要产物 ： NADPH， 磷酸 核糖 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一） 磷酸戊糖途径的反应过程 1、 氧化阶段： 6-磷酸葡萄糖 5-磷酸戊糖 （ 1） 2次脱氢 ， 受氢体为 NADP+ （ 2） 脱羧 ， 磷酸戊糖的互变 （ 1） 5-磷酸核酮糖 5-磷酸核糖 （ 2） 5-磷酸核酮糖 5-磷酸木酮糖 2、 非氧化阶段： 基团转移反应 （ 1） 转酮基 、 转醛基 （ 2） 最终生成 3-磷酸甘油醛和 6-磷酸果糖 ， 进入 糖酵解途径 生成 5-磷酸核酮糖 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 磷酸戊糖途径简图 糖酵解途径 NADP+ NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+ 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖 6-磷酸葡萄糖 脱氢酶 CO2 6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶 5-磷酸核糖 5-磷酸木酮糖 7-磷酸景天糖 4-磷酸赤藓糖 3-磷酸甘油醛 6-磷酸果糖 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二） 磷酸戊糖途径的生理意义 特点：产生 5-磷酸核糖和 NADPH 意义： 1、 产生 5-磷酸核糖 参与核苷酸 、 核酸的 合成 （ 提供原料 ） 2、 产生 NADPH 主要作为供氢体 （ 三方面 ） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 1、 参与脂肪酸 、 胆固醇 、 类固醇激素等 的合成 2、 加单氧酶体系的辅酶 ， 参与生物转化 作用 (药物 、 毒物和一些激素的生物转化有关 ) 3、 谷胱甘肽还原酶的辅酶 ， 维持 G-SH的 正常含量 ， 维持红细胞膜的稳定性和完 整性 ， 保护巯基酶和含巯基蛋白质 （ 如：遗传性 6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷 ， 蚕豆 病 、 伯氨奎宁性溶血 ） NADPH的作用 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第二节 糖原的合成与分解 糖原 (glycogen)： 糖的贮存形式 肝糖原和肌糖原 糖原结构：葡萄糖以糖苷键连结而成的、 带有分支的多糖 （两种糖苷键，还原端和非还原端） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖原的说明 糖原是动物体内糖的储存形式 能源储存 大部分 脂肪 脂肪组织 小部分 糖原 急需时分解成葡萄糖 生理意义 肝糖原 维持血糖水平 脑、红细胞 肌糖原 肌肉收缩能量之需 酵解 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 一糖原合成 (glycogenesis) 概念：单糖 （ 主要为葡萄糖 ） 合成糖原 的过程 细胞定位：细胞液 反应过程：四步反应 消耗 ATP和 UTP 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖原合成过程 1、 葡萄糖转变为 1-磷酸葡萄糖 （ GG -6-PG -1-P） （ 回顾糖酵解途径 ） 第一步反应：生成 G-6-P 己糖激酶 （ 葡萄糖激酶 ） 催化 消耗 ATP 第二步反应：生成 G-1-P（ 磷酸基变位 ） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 2、 尿苷二磷酸葡萄糖的生成 （ G-1-PUDPG ） UDPG焦磷酸化酶催化 消耗 UTP， 释放出 PPi （ PPi水解成 2Pi， 释放能量，使反应不可逆） UDPG作为葡萄糖的供体，可看成是 “ 活性葡 萄糖 ” 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 3、 糖原合成 （ UDPG+糖原 （ Gn） UDP+ 糖原 （ Gn+1） 糖原合酶 催化 （ 限速酶 ） ， 形成 1， 4糖 苷键 仅是糖原分子的逐步扩大 （ 不形成新的糖原 ） 4、 形成分支 转移一段糖链 （ 6 7） 个葡萄糖单位 分支酶 催化 ， 分支处为 1， 6 糖苷键 注意：糖原合成中 ， 每增加 1个葡萄糖单位 ， 消耗 1分子 ATP,1分子 UTP,即相当于 2分子 ATP 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖原合成概述 限速酶：糖原合酶 原料： G， UTP， ATP 产物： Gn 耗能： 2 ATP 生理意义：储存能量 肝脏： 70-100g（ 血糖） 肌肉： 180-200g（ 肌肉 收缩） 人体 24hr所需 （脂肪： 10天 -2个月） 糖原（ Gn） 十 葡萄糖 (G) 十 2ATP 糖原（ Gn+1） 十 2ADP 十 2Pi 总反应式： 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 二糖原分解 (glycogenolysis) 概念：肝糖原分解为葡萄糖的过程 （ 即：肌糖原不能直接分解为葡萄糖 ） 原料： Gn 产物： G 生理意义： 维持血糖浓度 细胞定位：细胞液 反应过程：三步反应 限速酶：糖原磷酸化酶 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖原分解过程 1、 糖原分解为 1-磷酸葡萄糖 糖原 （ Gn+1） H3PO4 糖原 （ Gn） G-1-P 仅仅是糖原分子的逐步缩小 磷酸化酶 催化 （ 限速酶 ） ， 1， 4糖苷键 加磷酸分解 当分支处约 4个葡萄糖单位时 ， 脱支酶 催化 转移一段糖链 （ 3个葡萄糖单位 ） 水解分支处的 1， 6糖苷键 ， 脱下葡萄糖 脱支酶 图示 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 2、 1-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸葡萄糖 （ G-1-PG -6-P） 可逆反应 （ 回顾糖原合成与糖酵解途径 ） 3、 6-磷酸葡萄糖转变为葡萄糖 （ G-6-PG ） 葡萄糖 6磷酸酶催化 ， 仅存在肝 、 肾 （ 亦与糖异生作用有关 ） 补充血糖的重要方式 注： 肌肉中葡萄糖 -6-磷酸酶活性很低，故肌糖原分解 的 G-6-P只能通过酵解途径分解产能供肌肉活动的需要。 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三、糖原合成与分解的调节 糖原合成与分解是由 不同酶催化 的逆向 反应 。 调节主要是改变两个过程关键酶的活性 ，即改变 糖原合酶 及 糖原磷酸化酶 的活 性。 受 共价修饰 调节（磷酸化和去磷酸化） 和 变构调节 。 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一）磷酸化酶 共价修饰 糖原磷酸化酶有磷酸化和去磷酸化两种 形式 （磷酸化后有活性） 依次受蛋白激酶 A、磷酸化酶 b激酶 催化 （使 酶蛋白磷酸化， 而 磷蛋白磷酸酶催 化脱磷酸 ） 胰高血糖素使蛋白激酶 A活性升高，最终 促进糖原分解，抑制糖原合成 图示 激素 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 磷酸化酶的变构调节 磷酸化酶 ： AMP变构激活剂 ATP、 G-6-P变构抑制剂 葡萄糖是 磷酸化酶（ a） 的 变构抑制剂 （肝 脏，血糖升高时发挥作用） Ca2+是 磷酸化酶 b激酶 的变构激活剂（ 肌肉， 可促进糖原分解，供肌肉收缩需要） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二 ） 糖原合酶 蛋白激酶 A催化酶蛋白 磷酸化 （糖原合酶 b， 无活性） ，磷蛋白磷酸酶催化脱磷酸 糖原代谢中的两种关键酶受磷酸化和去 磷酸化共价修饰调节 效果不同 ： 糖原磷酸化酶磷酸化有活性 ， 糖原合酶去磷酸化有活性 。 激素 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 激素调节 糖原合成与分解的生理性调节因素 胰岛素： 促进糖原合成，抑制糖原分解 胰高血糖素 ： 使蛋白激酶 A活性升高，最 终促进糖原分解，抑制糖原合成 （肝） 肾上腺素： 促进糖原分解、抑制糖原合 成 （肌肉 注 ：激素作用中存在 级联放大系统 、“ 瀑布效 应 激素 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第三节 糖异生 （ gluconeogenesis） 概念： 非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程 器官： 肝脏 （生理情况的主要器官） 肾脏 （长期饥饿时作用增强） 原料： 丙酮酸、乳酸等有机酸 ， 甘油， 生糖氨基酸等 产物： G（ 或糖原 ） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖异生概况 部位： 胞浆、线粒体（肝脏） 关键酶： G-6-P酶； F-1,6-BP酶； 丙酮酸羧化酶 /PEP羧激酶 生理意义： 1、维持血糖浓度的相对稳定。 2、补充肝糖原（恢复糖原储备）。 3、调节酸碱平衡 。 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 一、糖异生途径 反应部位：线粒体，胞液 消耗 1分子 ATP与 1分子 GTP。 丙酮酸 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 PEPCK 丙酮酸羧化酶 (PAC) 生物素、 Mg2+ GTP GDP+Pi CO2 CO2 ATP ADP+Pi Phosphoenolpyruvate Pyruvate Oxaloacetate 图示 1. 丙酮酸羧化支路 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 2 1， 6-双磷酸果糖到 6-磷酸果糖的转变 果糖 -1,6-双磷酸酶 -1 1， 6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖 H2O Pi 与 6-磷酸果糖激酶 -1(糖酵解 )催化的反应 相 对应 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 3 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖 葡萄糖 -6-磷酸酶 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 H2O Pi 葡萄糖 -6-磷酸酶 （肝脏）与 己糖激酶 /葡萄糖激 酶（酵解）催化的 相对应 图示 底物循环 （ substrate cycle）： 作用物的互变反应 分别由不同的酶催化其单项反应，这种互变循环 称为底物循环。（又称无效循环） 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 二、糖异生的调节 主要通过对 底物循环 （ substrate cycle） 调 节，协调糖酵解途径和糖异生途径这两条 方向相反的代谢途径。 这两个底物循环之间是通过 1,6-双磷酸果 糖 联系和协调的。 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第一个底物循环： 6-磷酸果糖和 1,6-二磷酸果糖之间 6-磷酸果糖 2,6-二磷酸果糖 AMP 1,6-二磷酸果糖 2,6-二磷酸果糖 是肝内调节糖 酵解和糖异生 反应方向的主 要信号，受到 激素的调节。 _ + FBPase Pi 糖异生 PFKI ATP ADP 糖酵解 （一）代谢物的调节作用 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间 第二个底物循环： 丙酮酸 羧化酶 磷酸烯醇 式丙酮酸 羧激酶 丙酮酸脱氢酶 丙酮酸激酶 （活性） 作用 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二）激素的调节作用 2,6-二磷酸果糖 是肝内调节糖酵解和糖 异生反应方向的主要信号。 胰高血糖素 通过化学修饰，使 2,6-二磷酸 果糖生成下降， 促进糖异生 ； 胰岛素作 用相反。 胰高血糖素 诱导磷酸烯醇式丙酮酸羧激 酶合成，促进糖异生； 胰岛素作用相反。 作用 机制 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三、糖异生的生理意义 1、维持血糖浓度恒定 保证大脑、神经组织的正常功能 2、补充肝糖原 糖异生是肝糖原补充或恢复肝糖原储备的主 要途径，是糖原合成间接途径（丙酮酸、乳 酸等三碳化合物异生成糖原，又称 三碳途径 ） 3、调节酸碱平衡 长期饥饿，肾糖异生作用增强有利于酸碱平 衡，有利于排氢保钠作用，防止机体酸中毒。 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 四、乳酸循环 肌糖原酵解产生大量乳酸，大部分则经血液 运到肝脏，通过糖异生作用合成肝糖原或葡 萄糖以补充血糖，血糖再被肌肉利用，如此 形成乳酸循环（ Cori循环）。 生理意义 : 回收乳酸能量 防止乳酸中毒 更新肝糖原 补充肌肉消耗的糖 图示 乳酸循环是一个耗能过程， 2分子乳酸异 生成 1分子葡萄糖要消耗 6分子 ATP。 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第四节 血糖及其调节 血糖（ blood sugar） 是指血液中的葡萄 糖 。 （ glucose,G） 血糖浓度： 3.896.11 mmol/L （安静、 空腹、停食 12 14小时） 血糖浓度相对恒定对于保证组织器官特 别是大脑组织的正常活动有重要意义。 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 血糖 3.89-6.11 mmol/L 一、血糖的来源和去路 CO2、 H2O 能量 氧化分解 合 成 肝糖原 肌糖原 戊糖途径等 其他糖类 尿糖 8.89 mmol/L （ 肾糖阈） 去 路 来 源 食物中糖 消化吸收 肝糖原 分 解 非糖物质 异生作用 合 成 脂肪、氨基酸 等非糖物质 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 二、血糖浓度的调节 机制：严格控制血糖的来源和去路 血糖浓度的动态平衡是 肝、肌肉、肾等器官组织代谢协调的结果 神经、激素调节的结果 糖、脂肪、氨基酸代谢调节的结果 酶水平的调节是最基本的调节方式和基础 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一）肝脏调节 肝脏是调节血糖浓度的主要器官 具有参于糖代谢的各种酶 肝糖原合成 肝糖原分解 糖异生 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二）激素的调节 血糖浓度及糖代谢的调节最重要的因素。 降低血糖的激素：胰岛素 升高血糖的激素：胰高血糖素 肾上腺素 肾上腺皮质激素 生长素 甲状腺素 说明 互 相 协 调 互 相 制 约 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 激素的调节 说明 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三、血糖水平异常 空腹血糖浓度高于 7.22 7.78mmol/L称 为高血糖（ hyperglycemia） 。 空腹血糖浓度低于 3.33 3.89mmol/L称为 低血糖。 (hypoglycemia) 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一）生理性高血糖与糖尿 在生理情况下 ， 血糖超过肾糖阈 (血糖浓 度高于 （ 8.89 10.00mmol/L） 时出现的 糖尿 ， 属 生理性糖尿 (glucosuria) 。 如： 情感性糖尿 饮食性糖尿 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二）病理性高血糖及糖尿病 糖尿病 (diabetes)是一组病因和发病机理尚未 完全阐明的内分泌代谢性疾病 ， 以 高血糖 为 其主要标志 。 病因：胰岛素分泌不足等 （ 胰岛 细胞损害 ） 分型： 胰岛素依赖型 （ I型 ） 非胰岛素依赖型 （ II型 ） 说明 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （三）低血糖 常见病因： 饥饿、不能进食等 胰岛素 -细胞机能亢进、胰岛素分泌过多 内分泌功能紊乱 肝脏疾病等引起的肝功能不良 对机体的影响： 影响脑的正常功能 （ 血糖是大脑的主要能源 ） 出现头昏 、 心悸 、 饥饿感及出冷汗等 严重时患者出现昏迷 ， 称为低血糖休克 如不及时补充血糖可导致死亡 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖的结构式（ 1） 果糖 O CH2OH CH2OH 6 1 葡萄糖 CH2OH O 1 6 半乳糖 CH2OH O 1 6 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖的结构式（ 2） 糖 原 结 构 O CH2OH O 1 4 1 O CH2OH 6 O CH2OH O O CH2 O 1 6 O O CH2OH 4 功用 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖原模式图 糖原 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖类消化图解 注： -淀粉酶、 -葡萄糖苷酶能水解 1， 4糖苷键 -极限糊精酶则水解 1， 6糖苷键 -极限 糊精酶 葡萄糖 （ 小肠粘膜细胞刷状缘 ） -葡萄糖 苷酶 葡萄糖 麦芽糖 麦芽三糖 麦芽寡糖 -极限糊精 淀粉 （唾液、胰液） -淀粉酶 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖类消化图解（ 2） 说明： 1、糖的吸收形式主要是 葡萄糖。 2、己糖的吸收是消耗 ATP的主动吸收过程， 而戊糖靠被动扩散吸收。 3、糖的贮存形式是糖原（肝、肌糖原共约 400g）；而 脂肪也可视为糖的另一种贮存形式。 蔗糖 蔗糖酶 乳糖 乳糖酶 葡萄糖果糖 半乳糖葡萄糖 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 消化吸收补充说明 人类食物中的糖有淀粉、糖原、蔗糖、 乳糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖及纤维素 等 ，纤维素不被消化，但纤维素能促进 肠管蠕动 ，其余的糖被消化道中水解酶 类分解为单糖后才被吸收 唾液中含有唾液淀粉酶 ，胃液中不含水 解糖类的酶类，小肠是糖消化的主要场 所，肠液中有胰腺分泌的胰淀粉酶 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 消化所生成的单糖主要在小肠上段被吸收扩散 入血，循门静脉入肝，并输送到全身各组织器 官中利用。 目前认为单糖至少有两种吸收转运系统： 1） Na+ 单糖共转运系统，依赖钠泵并消耗 ATP， 对葡萄糖和半乳糖有高特异性； 2）不依赖 Na+ 的单糖转运系统，对果糖有高特 异性。两种吸收转运系统都有特异性载体蛋白 参与。 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 己糖激酶与葡萄糖激酶的比较 己糖激酶 葡萄糖激酶 分布 各组织细胞 肝细胞 专一性 较低 高 与 G 亲和力 大 小 km 值 0.1mm ol/ L 左右 10 mm ol/ L 左右 作用时间 饭后血糖升高时 平时 特点 受激素调控 维持血糖浓度等 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖 酵解 全过 程 乳酸 脱氢酶 6-磷酸果糖 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 己糖激酶 （葡萄糖激酶） ATP ADP 磷酸果糖激酶 -1 1,6-二磷酸果糖 ATP ADP 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 1,3-二磷酸甘油酸 Pi、 NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 3-磷酸甘油醛脱氢酶 丙酮酸 丙酮酸激酶 ATP ADP 乳酸 NAD+ NADH+H+ 1-磷酸葡萄糖 磷酸化 酶 糖原 Pi 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖酵解反应式（ 1） (己糖磷酸酯生成 ) ATP ADP 己糖激酶 （肝）葡萄糖激酶 Pi 磷酸化酶 变位酶 O CH2OH O CH2OH O O CH2OH O O CH2OH P O CH2OH O CH2OH P 磷酸己糖异构酶 CH2OH CH2O 1 P CH 2OH CH2O 1 P 磷酸果糖激酶 -1 ATP ADP P 注意： 1、消耗 2 分子 ATP 2、限速步 骤与限速 酶 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College CH2O P CH2O P 1 O 异构酶 醛缩酶 糖酵解反应式（ 2） (磷酸丙糖生成 ) 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖酵解反应式（ 3） (丙酮酸生成 ) H2O 烯醇化酶 丙酮酸 激酶 ADP ATP NADH +H+ NAD+ Pi 3-磷酸甘油酸脱氢酶 ADP ATP 磷酸甘油 酸激酶 磷酸甘油酸变位酶 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖酵解中 ATP的消耗和生成 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College F-2,6-BP 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 丙酮酸脱氢酶系的作用机制 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 1 丙酮酸脱羧形成羟乙基 -TPP TPP为焦磷酸硫胺素 ， 是维生素 B1的活性形式 。 能协助 E1使丙酮酸脱羧生成 CO2， 并形成羟乙 基 -TPP。 2 乙酰基转移 硫辛酸是一种脂溶性维生素 ， 是含有二硫键 的八碳羧酸 ， 其羧基可与 E2酶蛋白的赖氨酸 残基的 -氨基以酰胺键结合 ， 形成硫辛酰胺 - E2， 使羟乙基 -TPP上的羟乙基氧化成乙酰基 ， 并使乙酰基转移到硫辛酰胺的巯基上 ， 进一 步作用使乙酰基转移到辅酶 A， 形成乙酰 CoA。 2021/2/22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 3 氧化还原反应 羟乙基氧化成乙酰基时脱下的氢使硫辛酰胺上二硫 键还原成二个巯基 ， 形成二氢硫辛酰胺 ， 在 E3的作 用下 ， 二氢
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