糖类代谢

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,1,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一节 糖在动物体内的一般概况,一、糖的生理功能（,图,）,二、糖的代谢概况,（一）动物体内糖的来源,（二）动物体内糖的主要代谢途径,2.合成糖原贮存,（三）血糖,血糖的浓度总是处于血糖来源与去路两个过程的动态平衡之中。正常人的血糖水平总是处于80120mg,范围之内。,第二节 糖的分解供能,一、糖酵解,糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称,途径。,糖酵解的步骤经过10步反应10种酶催化。全部在细胞质中进行。反应分2或3个阶段进行：第一阶段为耗能的准备阶段；第二阶段为放能的收入阶段。,（一）糖酵解反应过程,葡萄糖,6-磷酸-葡萄糖,6-磷酸-果糖,1，6-二磷酸-果糖,磷酸二羟丙酮,3-磷酸-甘油醛,第一阶段,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,第二阶段,己糖激酶,磷酸葡萄糖异构酶,磷酸果糖激酶,醛缩酶,磷酸丙糖异构酶,磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,EMP的化学历程,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸,甘油,醛磷酸二羟丙酮,2,1，3-二磷酸甘油酸,2,3-磷酸甘油酸,2,2-磷酸甘油酸,2,磷酸烯醇丙酮酸,2,丙酮酸,第一阶段,第二阶段,第三阶段,葡萄糖,葡萄糖的磷酸化,磷酸己糖的裂解,丙酮酸和ATP的生成,第一阶段：葡萄糖的磷酸化,ATP ADP,ATP,ADP,己糖激酶,磷酸果糖激酶,异构酶,磷酸果糖激酶,哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为至型。肝细胞中存在的是型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是：,对葡萄糖的亲和力很低,受激素调控,己糖激酶或葡萄糖激酶,*,6-磷酸葡萄糖,可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。,*,长链脂肪酰CoA,可别构抑制肝葡萄糖激酶,。,6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1),* 别构调节,别构激活剂：,AMP; ADP; F-1,6-2P,;,F-2,6-2P,别构抑制剂： 柠檬酸;,ATP,（高浓度）,此酶有二个结合ATP的部位：, 活性中心底物结合部位（低浓度时）, 活性中心外别构调节部位（高浓度时,）,F-1,6-2P,正反馈调节该酶,第二阶段： 磷酸己糖的裂解,醛缩酶,异构酶,第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成,NAD,+,NADH+H,+,Pi,ADP,ATP,H,2,O,Mg或Mn,ATP,ADP,丙酮酸,PEP,丙酮酸激酶,脱氢酶,激酶,变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,1.,别构调节,别构抑制剂：ATP, 丙氨酸,别构激活剂：1,6-双磷酸果糖,2.,共价修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,胰高血糖素,PKA, CaM激酶,P,PKA：,蛋白激酶,A (protein kinase A),CaM：,钙调蛋白,丙酮酸转变成乳酸,丙酮酸,乳酸,反应中的,NADH+H,+,来自于上述第6步反应中的,3-磷酸甘油醛脱氢反应。,乳酸脱氢酶,(LDH),NADH + H,+,NAD,+,E,1,:己糖激酶,E,2,: 6-磷酸果糖激酶-1,E,3,: 丙酮酸激酶,NAD,+,乳 酸,糖酵解的代谢途径,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1, 6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,丙 酮 酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,NAD,+,NADH+H,+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,NADH+H,+,糖酵解途径,糖酵解小结, 反应部位：胞浆, 糖酵解是一个不需氧的产能过程, 反应全过程中有三步不可逆的反应,G,G-6-P,ATP,ADP,己糖激酶,ATP,ADP,F-6-P,F-1,6-2P,磷酸果糖激酶-1,ADP,ATP,PEP,丙酮酸,丙酮酸激酶,产能的方式和数量,方式：,净生成ATP数量：,终产物乳酸的去路,释放入血，进入肝脏再进一步代谢。,分解利用,乳酸循环（糖异生）,（二）,途径,化学计量,总反应式,:,C,6,H,12,O,6,+2NAD,+,+2ADP+2Pi,2C,3,H,4,O,3,+,2NADH,+2H,+,+,2ATP,+2H,2,O,能量计算,：,氧化一分子葡萄糖净生成,2ATP,2NADH 6ATP 或 4ATP,（三）影响酵解的,调控位点,及相应,调节物,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸,甘油,醛磷酸二羟丙酮,2,1，3-二磷酸甘油酸,2,3-磷酸甘油酸,2,2-磷酸甘油酸,2,磷酸烯醇丙酮酸,2,丙酮酸,葡萄糖,a,b,c,调控位点 激活剂 抑制剂,a,己糖激酶,ATP G-6-P,ADP,b,磷酸果糖,ADP ATP,激酶,AMP 柠檬酸,（限速酶）,果糖-2,6-二磷酸,NADH,c,丙酮酸激酶 果糖-1,6-二磷酸 ATP,Ala,规律：,主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度，被调节的酶多数为催化反应历程中不可逆反应的酶，通过酶的变构效应实现活性的调节，调节物多为本途的中间物中间物或与本途径有关的代谢产物。,糖酵解的调节,：,磷酸果糖激酶,催化的反应是糖酵解的限速步骤，该酶受ATP和柠檬酸的抑制，受AMP和2，6-二磷酸-果糖激活。如果磷酸果糖激酶受到抑制，则使6-磷酸-果糖浓度增加，也必然使6-磷酸-葡萄糖积累。,己糖激酶,受6-磷酸-葡萄糖抑制。,丙酮酸激酶,受ATP和丙氨酸抑制，受1，6-二磷酸-果糖激活。该酶的活性受磷酸化的调节，去磷酸化为其活性形式。,在糖酵解的10步反应中，有5步反应的G,0, 0，即反应是吸能的，这5步反应是可逆的（磷酸葡萄糖异构酶、醛缩酶、磷酸丙糖异构酶、3-磷酸甘油醛脱氢酶、烯醇化酶）；,葡萄糖分子的第3，4位碳原子形成了2分子3-磷酸甘油醛的醛基碳原子，葡萄糖分子的第1，6位碳原子形成了3-磷酸甘油醛的第3位碳原子，第2，5位碳原子形成3-磷酸甘油醛的第2位碳原子。,糖酵解的调节,关键酶,己糖激酶,6-磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,调节方式, 别构调节, 共价修饰调节,6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1),* 别构调节,别构激活剂：,AMP; ADP; F-1,6-2P,;,F-2,6-2P,别构抑制剂： 柠檬酸;,ATP,（高浓度）,此酶有二个结合ATP的部位：, 活性中心底物结合部位（低浓度时）, 活性中心外别构调节部位（高浓度时,）,F-1,6-2P,正反馈调节该酶,返回,丙酮酸激酶,1.,别构调节,别构抑制剂：ATP, 丙氨酸,别构激活剂：1,6-双磷酸果糖,2.,共价修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,胰高血糖素,PKA, CaM激酶,P,PKA：,蛋白激酶,A (protein kinase A),CaM：,钙调蛋白,己糖激酶或葡萄糖激酶,*,6-磷酸葡萄糖,可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。,*,长链脂肪酰CoA,可别构抑制肝葡萄糖激酶,。,（四）EMP生物学意义,是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式；是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。,是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量,形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架,为糖异生提供基本途径,丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解,葡萄糖,EMP,NADH+H,+,NAD,+,CH,2,OH,CH,3,乙醇,NADH+H,+,NAD,+,CO,2,乳酸,COOH,CH(OH),CH,3,乙醛,CHO,CH,3,COOH,C=O,CH,3,丙酮酸,葡萄糖的无氧分解,二、丙酮酸的去路,（,有氧,）,（,无氧,）,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乙醇,乙酰 CoA,三羧酸循环,（有氧或无氧）,丙酮酸,乳酸,乙醇,乙酰 CoA,糖酵解途径,三羧酸循环,（有氧或无氧）,丙酮酸的有氧氧化及,葡萄糖的有氧分解,（EMP）,葡萄糖,COOH,C=O,CH,3,丙酮酸,CH3-C-SCoA,O,乙酰CoA,三羧酸循环,NAD,+,NADH+H,+,CO,2,CoASH,葡萄糖的有氧分解,丙酮酸脱氢酶系,G有氧氧化的反应过程,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,丙酮酸,乙酰,CoA,CO,2,NADH+H,+,FADH,2,H,2,O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线粒体,丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体，,氧化脱羧为乙酰,CoA,(acetyl CoA)。,丙酮酸,乙酰,CoA,NAD,+, HSCoA,CO,2,NADH + H,+,丙酮酸脱氢酶复合体,总反应式:,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶,E,1,：丙酮酸脱氢酶,E,2,：二氢硫辛酰胺转乙酰酶,E,3,：二氢硫辛酰胺脱氢酶,HSCoA,NAD,+,辅 酶,TPP,硫辛酸（ ),HSCoA,FAD, NAD,+,S,S,L,丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段，（即形成乙酰-CoA）,在丙酮酸、辅酶A和NAD+的参与下，由丙酮酸脱氢酶系催化进行,氧化脱羧,：即进行氧化还原反应和脱羧反应，生成CO2、NADH和乙酰-CoA。丙酮酸脱氢酶系参加反应的辅助因子有5种：CoA、NAD+、TPP、FAD和硫辛酰胺。,丙酮酸脱氢酶系（多酶复合体）,该酶系包括3种酶：丙酮酸脱氢酶组分（氧化脱羧）、二氢硫辛酰转乙酰基酶（将乙酰基转移到CoA ）和二氢硫辛酸脱氢酶（将还原型硫辛酰胺转变为氧化型）。多酶复合体的优越性在于所有的中间产物都不需要离开酶的复合体，所有的反应都在严密的体系中有序的进行。,柠檬酸循环的步骤,丙酮酸脱氢酶系,NAD,+,+H,+,丙酮酸脱羧酶,FAD,硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,CO,2,乙酰硫辛酸,二氢硫辛酸,NAD,+,+H,+,TPP,硫辛酸,CoASH,NAD,+,CH,3,-C-SCoA,O,焦磷酸硫胺素,（,TPP,）,在丙酮酸脱羧中的作用,C,-,H,+,C,-,CH,3,-C-,COO,H,O,H,CO,2,丙酮酸,硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用,氧化型硫辛酸,S,S,C,C,C,(CH,2,),4,COO,-,S,HS,C,C,C,(CH,2,),4,COO,-,乙酰二氢硫辛酸,+2H,-,2H,二氢硫辛酸,HS,HS,C,C,C,(CH,2,),4,COO,-,三、柠檬酸循环,三羧酸循环,在循环的一系列反应中，关键的化合物是柠檬酸，因为它有三个羧基，故称为三羧酸循环，又称柠檬酸循环,(Tricarboxylic acid Cycle, TCA),，简称TCA循环。又称Krebs循环。,柠檬酸循环是糖类、脂类和氨基酸代谢的共同途径。,柠檬酸循环的中间物是许多物质合成的前体。,反应部位,所有的反应均在,线粒体,中进行,（一）柠檬酸循环的反应历程,O,CH,3,-C-SCoA,CoASH,NADH,+CO,2,FADH,2,H,2,O,NADH,+CO,2,NADH,GTP,三羧酸循环 （TCA）,草酰乙酸再生阶段,柠檬酸的生成阶段,氧化脱 羧阶段,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD,+,NAD,+,FAD,NAD,+,TCA第一阶段：柠檬酸生成,H,2,O,草酰乙酸,O,CH,3,-C-SCoA,CoASH,H,2,O,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,TCA第二阶段：氧化脱羧,CO,2,GDPPi,GTP,NAD+,NADH+H,+,NAD+,NADH+H,+,CoASH,异柠檬酸脱氢酶,CO,2,酮戊二酸脱氢酶,琥珀酰CoA合成酶,TCA第三阶段：草酰乙酸再生,FAD,FADH,2,H,2,O,NAD+,NADH+H,+,草酰乙酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,乙酰-CoA,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,琥珀酰-CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,柠檬酸合成酶（缩合）,异柠檬酸脱氢酶（氧化脱羧）,顺乌头酸酶（脱水）,顺乌头酸酶（水化）,-酮戊二酸脱氢酶系,（氧化脱羧）,琥珀酰-CoA合成酶,（底物水平磷酸化）,琥珀酸脱氢酶,（氧化）,延胡索酸酶（加水）,苹果酸脱氢酶,（氧化）,NADH,CO2,NADH,CO2,GTP,FADH2,NADH,H2O,H2O,H2O,H2O,小 结（特点）, 三羧酸循环的概念,：,指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。, TCA过程的反应部位是线粒体。, 三羧酸循环的要点,经过一次三羧酸循环，,消耗一分子乙酰CoA，,经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化，消耗2分子水。,生成1分子FADH,2,，3分子NADH+H,+,，2分子CO,2,， 1分子GTP。,关键酶有：柠檬酸合酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,异柠檬酸脱氢酶,整个循环反应为不可逆反应, 三羧酸循环的中间产物,三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO,2,及H,2,O。,表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，,例如：,草酰乙酸,天冬氨酸,-,酮戊二酸,谷氨酸,柠檬酸,脂肪酸,琥珀酰,CoA,卟啉,机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，,TCA,中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。, 机体糖供不足时，可能引起,TCA,运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入,TCA,氧化分解。,草酰乙酸,草酰乙酸脱羧酶,丙酮酸,CO,2,苹果酸,苹果酸酶,丙酮酸,CO,2,NAD,+,NADH + H,+,* 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。,草酰乙酸,柠檬酸,柠檬酸裂解酶,乙酰,CoA,丙酮酸,丙酮酸羧化酶,CO,2,苹果酸,苹果酸脱氢酶,NADH+H,+,NAD,+,天冬氨酸,谷草转氨酶,-,酮戊二酸,谷氨酸,其来源如下：,- 酮戊二酸脱氢酶系,由3种酶构成： -酮戊二酸脱氢酶（E1）、二氢硫辛酰转琥珀酰酶(E2)、二氢硫辛酸脱氢酶(E3)，该酶催化的反应需6种辅助因子：硫辛酸、TPP、CoA、FAD、NAD+、Mg2+。,三羧酸循环的实质,是乙酰-CoA,的氧化分解，形成CO2、NADH和FADH2。,在三羧酸循环中，每个中间物都将被消耗而又被重新形成,。因此，单独进行三羧酸循环时，不会发生任一中间物的净合成或净降解；三羧酸循环中间物的净合成需要环外酶丙酮酸羧化酶或氨基酸分解形成的三羧酸循环中间物来补充。三羧酸循环净降解也需要环外酶草酰乙酸脱羧酶，若缺乏此酶，则生糖氨基酸分解形成的三羧酸循环中间物将不能发生净降解，这将大大损害蛋白质的供能。,三羧酸循环的总结算：,每次循环，加入1个乙酰-CoA，生成3个NADH、1个FADH2和1个GTP。同时脱去2个CO2，消耗2个H2O。,柠檬酸循环共有4次氧化反应。每一次循环都纳入1个乙酰-CoA分子，即两个碳原子进入循环，又有两个碳原子以CO2的形式离开循环，,但离开循环的两个碳原子并不是刚刚进入循环的那两个碳原子,（而是原来在草酰乙酸分子上的羧基），新加入的两个碳原子在形成草酰乙酸后逐步脱去。,在柠檬酸循环中虽然没有O2分子直接参加反应，但柠檬酸循环只能在有氧条件下进行。因为柠檬酸循环产生的3个NADH和1个FADH2只能通过电子传递链与O2,分子结合再氧化。,（二）三羧循环的化学计量和能量计量,a、总反应式,:,CH,3,COSCoA,+3NAD,+,+FAD+GDP+Pi+2H,2,O,2CO,2,+CoASH+,3NADH,+3H,+,+,FADH,2,+,GTP,能量“现金” : 1 GTP,能量“支票,”:,3 NADH,1 FADH,2,兑换率 1：2.5,7.5,ATP,兑换率 1：1.5,1.5,ATP,1,ATP,10,ATP,b、三羧酸循环的能量计量,（三）三羧酸循环的,调控位点,及相应,调节物,a,b,c,调控位点 激活剂 抑制剂,a,柠檬酸合成酶,NAD,+,ATP,（限速酶）,NADH,琥珀酰CoA,脂酰CoA,b,异柠檬酸,ADP ATP,脱氢酶,NAD,+,NADH,c,-酮戊二酸,ADP NADH,脱氢酶,NAD,+,琥珀酰CoA,关键因素： NADH/NAD,+,ATP/ADP,有氧氧化的调节,关键酶,酵解途径：,己糖激酶, 丙酮酸的氧化脱羧：,丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环：,柠檬酸合酶,丙酮酸激酶,6-磷酸果糖激酶-1,-酮戊二酸脱氢酶复合体,异柠檬酸脱氢酶,1.,丙酮酸脱氢酶复合体, 别构调节,别构抑制剂：乙酰CoA; NADH; ATP,别构激活剂：AMP; ADP; NAD,+,*,乙酰CoA,/,HSCoA,或,NADH,/,NAD,+,时，其活性也受到抑制。, 共价修饰调节,乙酰,CoA,柠檬酸,草酰乙酸,琥珀酰,CoA,-酮戊二酸,异柠檬酸,苹果酸,NADH,FADH,2,GTP,ATP,异柠檬酸,脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸,脱氢酶复合体,ATP,+,ADP,ADP,+,ATP,柠檬酸,琥珀酰,CoA,NADH,琥珀酰,CoA,NADH,+,Ca,2+,Ca,2+, ATP、ADP的影响, 产物堆积引起抑制, 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶, 其他，如Ca,2+,可激活许多酶,2.,三羧酸循环的调节,有氧氧化的调节特点,有氧氧化的调节通过对其,关键酶,的调节实现。,ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。,氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。,三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,琥珀酸脱氢酶,是柠檬酸循环中唯一嵌入线粒体内膜中的酶，其它酶都处于线粒体基质中。,三羧酸循环的调控,关键酶是,柠檬酸合成酶,、,异柠檬酸脱氢酶和 - 酮戊二酸脱氢酶,。其中柠檬酸合成酶是柠檬酸循环的,限速酶,。最关键的物质是乙酰-CoA、草酰乙酸和产物NADH。,产物抑制：,如乙酰-CoA和NADH反馈抑制丙酮酸脱氢酶系；,柠檬酸反馈抑制柠檬酸合成酶；,琥珀酰-CoA和NADH反馈抑制- 酮戊二酸脱氢酶,竞争性抑制：,琥珀酰-CoA 是乙酰-CoA结构类似物，竞争性抑制柠檬酸合成酶；,Ca2+和ADP的激活作用与ATP的抑制作用。,柠檬酸循环的填补反应,丙酮酸羧化反应。需CO2 ATP和丙酮酸羧化酶。,（四）三羧循环的生物学意义,是有机体获得生命活动所需能量的主要途径,是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽,形成多种重要的中间产物,是发酵产物重新氧化的途径,四、葡萄糖完全氧化产生的ATP,酵解阶段： 2 ATP,2,1 NADH,兑换率 1：2.5 (或1.5),2 ATP,2,(ATP或 ATP ),三羧酸循环：,2, 1,GTP,2,3 NADH,2,1,FADH2,2,1,ATP,2,ATP,2,1.5 ATP,兑换率 1：2.5,兑换率 1：1.5,丙酮酸氧化：,2,1NADH,兑换率 1：2.5,2,2.5 ATP,总计：,38,ATP,或,36,ATP,第三节 磷酸戊糖途径,概念,HMP途径（发生在细胞质中）,称磷酸戊糖途径或磷酸戊糖循环等，是糖类的第二条重要代谢途径，磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成,磷酸戊糖,及,NADPH+H+,，,前者再进一步转变成,3-磷酸甘油醛,和,6-磷酸果糖,的反应过程。该途径分为2个阶段：氧化阶段和非氧化阶段。该途径的核心反应为：,6-磷酸-葡萄糖 + 2NADP+ + H2O 5-磷酸-核糖,+ 2NADPH + 2H+ +CO2,HMP反应途径图解如下：,一、磷酸戊糖途径的两个阶段,2、,非氧化分子重排阶段,6,核酮糖-5-P,5,果糖-6-P,5,葡萄糖-6-P,1、,氧化脱羧阶段,6,G-6-P,6,葡萄糖酸-6-P,6,核酮糖-P,6,NADP,+,NADPH,6,NADP,+,6,NADPH,6,CO,2,6,H,2,O,磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段,NADP,+,NADPH+H,+,H,2,O,NADPH+H,+,NADP,+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,CO,2,6-磷酸葡萄糖 脱氢酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶,催化第一步脱氢反应的,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,是此代谢途径的关键酶。,两次脱氢脱下的氢均由,NADP,+,接受生成,NADPH + H,+,。,反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP,+,NADPH+H,+,NADP,+,NADPH+H,+,CO,2,磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段,H,2,O,Pi,6,5-磷酸核酮糖,2,5-磷酸核糖,2,5-磷酸木酮糖,2,3-磷酸甘油醛,2,7-磷酸景天庚酮糖,2,4-磷酸赤藓丁糖,2,6-磷酸果糖,2,5-磷酸木酮糖,2,3-磷酸甘油醛,2,6-磷酸果糖,1， 6-二磷酸果糖,1,6-磷酸果糖,转醛酶,异构酶,转酮酶,转酮酶,醛缩酶,阶段之一,阶段之二,阶段之三,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一,（5-磷酸核酮糖异构化）,差向异构酶,异构酶,5-磷酸木酮糖,5-磷酸核糖,5-磷酸核酮糖,磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二,（基团转移）,+,2,4-磷酸赤藓糖,+,2,5-磷酸核糖,2,3-磷酸甘油醛,转酮酶,转醛酶,2,6-磷酸果糖,+,7-磷酸景天庚酮糖,2,H,2,5-磷酸木酮糖,基团转移（续前）,+,2,4-磷酸赤藓糖,+,2,3-磷酸甘油醛,2,6-磷酸果糖,转酮酶,2,5-磷酸木酮糖,H,2,O Pi,1,6-二 磷酸果糖,2,3-磷酸甘油醛,6-磷酸果糖,醛缩酶,二磷酸果糖酯酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三,（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）,异构酶,每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过,3C、4C、6C、7C,等演变阶段，最终生成,3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖,。,3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖,，可进入酵解途径。因此，,磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt),。,基团转移反应,6-磷酸-葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸-内酯,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸-核酮糖,6,6,6,6,5-磷酸-核糖,2,5-磷酸-木酮糖,5-磷酸-木酮糖,2,2,7-磷酸-景天庚酮糖,3-磷酸-甘油醛,2,2,6-磷酸-果糖,4-磷酸-赤藓糖,2,2,+,+,+,+,6-磷酸-果糖,2,3-磷酸-甘油醛,+,2,6-磷酸-葡萄糖,4,6-磷酸,葡萄糖,氧化阶段,1,NADPH,NADPH,6,6,CO,2,6,Pi,1,H,+,6,H,+,6,+,+,非氧化阶段,HO,2,6,二、磷酸戊糖途径的总反应式,6,G-6-P,+ 12NADP,+,+7 H,2,O,5,G-6-P,+,6,CO,2,+,12,NADPH,+12H,+,三、磷酸戊糖途径的特点,脱氢反应以,NADP,+,为受氢体，生成,NADPH+H,+,。,反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。,反应中生成了重要的中间代谢物5-磷酸核糖。,一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子CO,2,和2分子NADPH+H,+,。,四、,磷酸戊糖途径的生理意义,产生大量5-磷酸核糖参加核酸的生物合成,产生NADPH+H+,主要用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力（,图,）,NADPH是谷胱甘肽还原酶的辅酶,NDAPH参与肝脏的生物转化反应,NADPH参与体内中性粒细胞和巨噬细胞产生离子态氧的反应，有杀菌作用,五、,磷酸戊糖途径的调节,磷酸戊糖途径分为氧化和非氧化分枝途径，非氧化途径与糖酵解相互连接，机体可以根据体内NADPH、5-磷酸核糖和ATP之间的需要进行调节,当机体对5-磷酸-核糖的需要量远不及对NADPH的需要量时，,氧化阶段形成的5-磷酸-核糖可通过6-磷酸-果糖和3-磷酸-甘油醛而进入糖酵解转变为丙酮酸，即6-磷酸-葡萄糖的6个碳原子中有5个碳原子参与形成丙酮酸分子，并且产生ATP和NADPH。总之，通过HMP途径和糖酵解之间的穿插作用，使得机体内的NADPH、ATP、5-磷酸-核糖和丙酮酸等物质可以根据需要而保持合理的水平。,当机体对5-磷酸-核糖的需要量超过对NADPH的需要时，,这时6-磷酸-葡萄糖通过糖酵解转变为6-磷酸-果糖和3-磷酸甘油醛，在这种情况下，6-磷酸-果糖和3-磷酸甘油醛在转酮酶和转醛酶将2分子6-磷酸-果糖和1分子3-磷酸-甘油醛通过反方向HMP途径转变为3分子5-磷酸-核糖而不通过HMP途径产生NADPH,当需要的NADPH和5-磷酸核糖平衡时，6-磷酸葡萄糖主要通过磷酸戊糖途径形成两个NADPH和一个5-磷酸核糖,第四节 葡萄糖异生作用,一、葡萄糖异生作用的生物学意义,糖异生作用,指以非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用。非糖物质包括乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油及氨基酸等。糖异生对于人类及动物而言是绝对必要的途径。在细胞液中进行,葡萄糖异生的意义,体内能异生为葡萄糖的物质,葡萄糖异生的场所,糖异生的生理意义,（一）维持血糖浓度恒定,（二）补充肝糖原,三碳途径： 指进食后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。,（三）调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）,二、糖异生的反应途径,糖异生与糖酵解的关系,糖异生作用并不是糖酵解的直接逆反应。因为糖酵解中有重要的3步反应是不可逆的，即：己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反应，对于这3步反应的可逆反应必须采取迂回措施进行,迂回措施之一：,丙酮酸通过草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸,迂回措施之二：,1，6-二磷酸-果糖在果糖-1，6-二磷酸酶催化下形成6-磷酸-果糖,迂回措施之三：,6-磷酸-葡萄糖在葡萄糖-6-磷酸酶作用下形成葡萄糖。（脑和肌肉中不存在此酶，故不能利用6-磷酸-葡萄糖形成葡萄糖,糖异生主要途径和关键反应,非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下,绕过糖酵解途径的,三个不可逆反应,利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3,-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,2,磷酸烯醇丙酮酸,2,丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,果糖激酶,二磷酸果糖磷酸酯酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶,6-磷酸葡萄糖,2,草酰乙酸,PEP羧激酶,在糖异生中，上述三个不可逆反应是通过以下新的步骤而绕过来的,磷酸烯醇式丙酮酸由丙酮酸经草酰乙酸而形成,6-磷酸果糖由1，6-二磷酸果糖生成,葡萄糖由6-磷酸酶催化葡萄糖6-磷酸水解而成,糖异生途径关键反应之三,PEP羧基激酶,ATP,+,H,2,O,ADP+Pi,丙酮酸羧化酶,P,磷酸烯醇丙酮酸（,PEP）,GTP,GDP,丙酮酸,草酰乙酸,CO,2,CO,2,糖异生途径关键反应之二,二磷酸果糖磷酸酯酶,+,H,2,O,+,Pi,1,6-二磷酸果糖,P,P,O,H,2,CO,H,2,CO,HO,OH,H,OH,H,H,H,H,2,CO,OH,6-磷酸果糖,P,O,H,2,CO,HO,OH,H,H,H,糖异生途径关键反应之一,+,H,2,O,+,Pi,6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶,P,6-磷酸葡萄糖,H,葡萄糖,三、糖酵解与糖异生在酶方面的差异,糖酵解,葡萄糖异生,已糖激酶,葡萄糖6-磷酸酶,磷酸果糖激酶,果糖1，6-二磷酸酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧基激酶, 草酰乙酸转运出线粒体,出线粒体,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,草酰乙酸,草酰乙酸,天冬氨酸,出线粒体,天冬氨酸,草酰乙酸,丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,ATP + CO,2,ADP + Pi,苹果酸,NADH + H,+,NAD,+,天冬氨酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,苹果酸,草酰乙酸,PEP,磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶,GTP,GDP + CO,2,线粒体,胞液,非糖物质进入糖异生的途径,糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物,生糖氨基酸,-酮酸,-NH,2,甘油,-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,乳酸,丙酮酸,2H,上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原,糖酵解和葡萄糖异生的关系,A,B,C,1,C,2,A G-6-P磷酸酯酶,C,1,丙酮酸羧化酶,C,2,PEP羧激酶,（胞液）,（线粒体）,葡萄糖,丙酮酸,草酰乙酸,天冬氨酸,磷酸二羟丙酮,3-P-甘油醛,-酮戊二酸,乳酸,谷氨酸,丙氨酸,TCA循环,乙酰CoA,PEP,G-6-P,F-6-P,F-1.6-P,丙酮酸,草酰乙酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,3-P-甘油,甘油,（胞液）,（线粒体）,糖分解和糖异生的关系,（PEP）,丙酮酸,天冬氨酸,谷氨酸,（转氨基作用）,糖异生能量结算：,糖异生调节：,ATP、柠檬酸抑制,磷酸果糖激酶,，柠檬酸激活,果糖-1，6-二磷酸酶；,在饥饿时，,血糖含量下降，刺激血液中胰高血糖素升高，启动cAMP级联反应，导致果糖-6-磷酸不能转变为果糖-2，6-二磷酸，而果糖-2，6-二磷酸对,磷酸果糖激酶,有强烈激活作用，故果糖-2，6-二磷酸水平降低，导致糖酵解下降而糖异生提高；,在饱食时，,血糖升高，血中胰岛素升高，,果糖-2，6-二磷酸,水平升高，加速糖酵解而糖异生受抑制。,四、底物循环,五、乳酸异生为葡萄糖的意义,生成乳酸的条件,乳酸的代谢,Cori循环,糖异生活跃,有葡萄糖-6磷酸酶,【,】,肝,肌肉,乳酸循环,(lactose cycle),（Cori,循环,）, 循环过程,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,酵解途径,丙酮酸,乳酸,NADH,NAD,+,乳酸,乳酸,NAD,+,NADH,丙酮酸,糖异生途径,血液,糖异生低下,没有葡萄糖-6磷酸酶,【,】,生理意义, 乳酸再利用，避免了乳酸的损失。, 防止乳酸的堆积引起酸中毒。,乳酸循环是一个耗能的过程,2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需,6分子ATP,。,第五节 葡萄糖醛酸途径与乙醛酸循环,一、糖醛酸途径,由G-6-P或G-1-P开始，经UDP-葡萄糖醛酸脱掉UDP形成葡萄糖醛酸。糖醛酸途径产生的葡萄糖醛酸是重要的粘多糖，如硫酸软骨素、透明质酸。其过程如图。,二、乙醛酸循环,在植物和微生物中还可通过所谓“乙醛酸循环”使乙酰CoA转变成琥珀酸。乙醛酸循环可以说是三羧酸循环的辅佐途径，其过程如图所示。,第六节 糖原,一、糖原的合成,需要糖基供体,：,UDP-葡萄糖,、,起始引物,：,生糖原蛋白,、,糖原合成酶,（,将葡萄糖残基加到糖原分子非还原末端）,、,分支酶,。,UDP-葡萄糖由葡萄糖-1-P与UTP在UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化下形成。,糖原的合成,葡萄糖,G-6-P,G-1-P,UDPG,糖原,葡萄糖激酶,ATP,ADP,UDPG焦磷酸化酶,糖原,“引子”,UTP,多种酶,分 支 酶,(branching enzyme,),-1,6-糖苷键,-1,4-糖苷键,1.,葡萄糖单元以,-1,4-糖苷 键,形成长链。,2.,约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以,-1,6-糖苷键,连接，,分支增加，溶解度增加。,3.,每条链都终止于一个非还原端.,非还原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的结构特点及其意义,近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为glycogenin的蛋白质。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，将,UDP,-葡萄糖分子的,C,1,结合到其酶分子的酪氨酸残基上，从而使它糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原合成时的引物。,糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？,二、糖原的分解,需要,糖原磷酸化酶、糖原脱支酶,和,磷酸葡萄糖变位酶,磷酸化中由磷酸提供磷酸基，并不消耗ATP。糖原磷酸化酶a从糖原非还原末端依次脱去葡萄糖，生成葡萄糖-1-P；遇到-1，6-糖苷键由糖原脱支酶解决；葡萄糖-1-P可转变为葡萄糖-6-磷酸，因为肌细胞中缺乏葡萄糖-6-磷酸酶，不能将葡萄糖-6-磷酸转变为葡萄糖而只能进行糖酵解,，,即肌糖原供能，肝糖原维持血糖平衡。,二、糖原的分解,1、糖原的分解,糖原的结构及其连接方式,磷酸化酶,）,三种酶协同作用：,转移酶,（催化寡聚葡萄糖片段转移）,脱枝酶,）,糖原的,磷酸解,-,1，6糖苷键,-,1，4-糖苷键,糖原磷酸解的步骤,非还原端,还原端,磷酸化酶,（释放8个1-P-G）,转移酶,脱枝酶,（释放1个葡萄糖,）,脱枝酶,(debranching enzyme),转移葡萄糖残基,水解,-1,6-糖苷键,磷 酸 化 酶,转移酶活性,-1,6糖苷,酶活性,糖原分解,(1),-1,4键的降解,磷酸化酶a及b,(2),-1,6支链的降解,转移酶,* 肌糖原的分解,肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成,6,-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中,不存在葡萄糖-,6,-磷酸酶,，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。,肌糖原的分解与合成与,乳酸循环,有关。,肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同,* 在,糖原分解代谢时肝主要受,胰高血糖素,的调节，而肌肉主要受,肾上腺素,调节。,* 肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。,糖原合酶,磷酸化酶a-P,磷酸化酶b,AMP,ATP及6-磷酸葡萄糖,糖原的合成与分解总图,UDPG焦磷酸化酶,G-1-P,UTP,UDPG,PPi,糖原n,+1,UDP,G-6-P,G,糖原合酶,磷酸葡萄糖变位酶,己糖(葡萄糖)激酶,糖原n,Pi,磷酸化酶,葡萄糖-6-磷酸酶（肝）,糖原n,三、糖原代谢的调控,磷酸化酶的特点,糖原代谢调控：,磷酸化酶a（有活性）与磷酸化酶b（无活性）的互转由磷酸化酶激酶调控；,糖原合成酶a,（去磷酸化、有活性）,和,糖原合成酶b,（,磷酸化、无活性）,级联方式控制磷酸化酶活性,调节糖原代谢的激素,钙离子调节,糖原代谢的整体调节,三、糖原代谢的调控,关键酶,糖原合成：,糖原合酶,糖原分解：,糖原磷酸化酶,这两种关键酶的重要特点：,* 它们的快速调节有,共价修饰,和,变构调节,二种方式。,* 它们都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,调节有,级联放大,作用，效率高；,两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；,此调节为酶促反应，调节速度快；,受激素调节。,1,.,共价修饰调节,腺苷环化酶,（无活性）,腺苷环化酶（有活性）,激素（胰高血糖素、肾上腺素等）,+,受体,ATP,cAMP,PKA,(无活性),磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,PKA,(有活性),磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷酸化酶b激酶-P,Pi,磷蛋白磷酸酶-1,Pi,Pi,磷蛋白磷酸酶-1,磷蛋白磷酸酶-1,磷蛋白磷酸酶抑制剂-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,PKA（有活性）,2.,别构调节,磷酸化酶二种构像,紧密型(T),和,疏松型(R),，其中,T型,的14位Ser暴露，便于接受前述的共价修饰调节。,* 葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。,磷酸化酶,a,(R),疏松型,磷酸化酶,a,(T),紧密型,葡萄糖,第六节 糖代谢各途径之间的联系,第一个交汇点6-磷酸葡萄糖,第二个交汇点3-磷酸甘油醛,第三个交汇点丙酮酸,（胞液）,（线粒体）,（PEP）,