糖化学分解与合成代谢

,目 录,目 录,目 录,*,目 录,*,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 四 章,第 一 节 概 述,Introduction,一、糖的生理功能,1.,氧化供能,如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。,3.,作为机体组织细胞的组成成分,这是糖的主要功能。,2.,提供合成体内,其他物质的原料,如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。,二、糖的消化与吸收,（一）糖的消化,人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以,淀粉,为主。,消化部位：,主要在小肠，少量在口腔,淀粉,麦芽糖,+,麦芽三糖,（,40%,） （,25%,）,-,临界糊精,+,异麦芽糖,（,30%,） （,5%,）,葡萄糖,唾液中的,-,淀粉酶,-,葡萄糖苷酶,-,临界糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的,-,淀粉酶,食物中含有的大量纤维素，因人体内无,-,糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。,（二）糖的吸收,1.,吸收部位,小肠上段,2.,吸收形式,单 糖,ADP+Pi,ATP,G,Na,+,K,+,Na,+,泵,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,3.,吸收机制,Na,+,依赖型葡萄糖转运体,(,Na,+,-dependent glucose transporter, SGLT,),刷状缘,细胞内膜,4.,吸收途径,小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,GLUT,：,葡萄糖转运体,(glucose transporter),，已发现有,5,种葡萄糖转运体,(GLUT 1,5),。,三、糖代谢的概况,葡萄糖,酵解途径,丙酮酸,有氧,无氧,H,2,O,及,CO,2,乳酸,糖异生途径,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,肝糖原分解,糖原合成,磷酸戊糖途径,核糖,+,NADPH+H,+,淀粉,消化与吸收,ATP,第 二 节糖的无氧分解,Glycolysis,一、糖酵解的反应过程,第一阶段,第二阶段,*,糖酵解,(glycolysis),的定义,*,糖酵解分为两个阶段,*,糖酵解的反应部位：,胞浆,在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸,(lactate),的过程称之为,糖酵解,。,由葡萄糖分解成丙酮酸,(pyruvate),，称之为,糖酵解途径,(glycolytic pathway),。,由丙酮酸转变成乳酸。,葡萄糖,磷酸化为,6-,磷酸葡萄糖,ATP,ADP,Mg,2+,己糖激酶,(hexokinase),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,葡萄糖,6-,磷酸葡萄糖,(glucose-6-phosphate, G-6-P),（一）葡萄糖分解成丙酮酸,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,6-,磷酸葡萄糖,转变为,6-,磷酸果糖,己糖异构酶,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,6-,磷酸葡萄糖,6-,磷酸果糖,(fructose-6-phosphate, F-6-P),6-,磷酸果糖,转变为,1,6-,双磷酸果糖,ATP,ADP,Mg,2+,6-,磷酸果糖激酶,-1,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,6-,磷酸果糖激酶,-,1,(6-phosphfructokinase-1),6-,磷酸果糖,1,6-,双磷酸果糖,(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P,),1,6-,双磷酸果糖,磷酸己糖,裂解成,2,分子,磷酸丙糖,醛缩酶,(aldolase),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,磷酸二羟丙酮,3-,磷酸甘油醛,+,磷酸丙糖,的同分异构化,磷酸丙糖异构酶,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,磷酸丙糖异构酶,(phosphotriose isomerase),3-,磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,3-,磷酸甘油醛,氧化为,1,3-,二磷酸甘油酸,Pi,、,NAD,+,NADH+H,+,3-,磷酸甘油醛脱氢酶,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,3-,磷酸甘油醛脱氢酶,(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),3-,磷酸甘油醛,1,3-,二磷酸,甘油酸,1,3-,二磷酸甘油酸,转变成,3-,磷酸甘油酸,ADP,ATP,磷酸甘油酸激酶,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,在以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使,ADP,磷酸化生成,ATP,的过程，称为,底物水平磷酸化,(substrate level phosphorylation),。,1,3-,二磷酸,甘油酸,3-,磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,(phosphoglycerate kinase),3-,磷酸甘油酸,转变为,2-,磷酸甘油酸,磷酸甘油酸,变位酶,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,磷酸甘油酸变位酶,(phosphoglycerate mutase),3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,转变为,磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,(enolase),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,2-,磷酸甘油酸,+,H,2,O,磷酸烯醇式丙酮酸,(phosphoenolpyruvate, PEP),ADP,ATP,K,+,Mg,2+,丙酮酸激酶,(pyruvate kinase),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,磷酸烯醇式丙酮酸,转变成,丙酮酸,， 并通过底物水平磷酸化生成,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,(,二,),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：,底物水平磷酸化,净生成,ATP,数量：,从,G,开始,22-2= 2ATP,从,Gn,开始,22-1= 3ATP,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）,果糖,己糖激酶,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,丙酮酸,半乳糖,1-,磷酸半乳糖,1-,磷酸葡萄糖,半乳糖激酶,变位酶,甘露糖,6-,磷酸甘露糖,己糖激酶,变位酶,除葡萄糖外，其它己糖也可转变成,磷酸己糖,而进入酵解途径。,二、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,（一）,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,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,Pi,PKA,ATP,ADP,Pi,胰高血糖素,ATP,cAMP,活化,F-2,6-2P,+,+,+,/,+,AMP,+,柠檬酸,AMP,+,柠檬酸,PFK-2,（有活性）,FBP-2,（无活性）,6-,磷酸果糖激酶,-2,PFK-2,（无活性）,FBP-2,（有活性）,P,P,果糖双磷酸酶,-2,目 录,（,二）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,(,三,),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。,三、糖酵解的生理意义,1.,是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。,2.,是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。,无线粒体的细胞，如：红细胞,代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞,第 三 节糖的有氧氧化,Aerobic Oxidation of,Carbohydrate,糖的有氧氧化,(aerobic oxidation),指在机体氧供充足时，,葡萄糖彻底氧化成,H,2,O,和,CO,2,，并释放出,能量,的过程。是机体主要供能方式。,*,部位,：,胞液及线粒体,*,概念,一、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,）,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰,CoA,CO,2,NADH+H,+,FADH,2,H,2,O,O,ATP,ADP,TAC,循环,胞液,线粒体,（一）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,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程,1.,丙酮酸脱羧形成羟乙基,-TPP,。,2.,由二氢硫辛酰胺转乙酰酶,(E,2,),催化形成乙酰硫辛酰胺,-E,2,。,3.,二氢硫辛酰胺转乙酰酶,(E,2,),催化生成乙酰,CoA,同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为,2,个巯基。,4.,二氢硫辛酰胺脱氢酶,(E,3,),使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给,FAD,。,5.,在二氢硫辛酰胺脱氢酶,(E,3,),催化下，将,FADH,2,上的,H,转移给,NAD,+,，形成,NADH+H,+,。,CO,2,CoASH,NAD,+,NADH+H,+,5.,NADH+H,+,的生成,1.,-,羟乙基,-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,目 录,三羧酸循环,(Tricarboxylic acid Cycle, TAC),也称为,柠檬酸循环,，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于,Krebs,正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为,Krebs,循环，它由一连串反应组成。,所有的反应均在,线粒体,中进行。,（二）三羧酸循环,*,概述,*,反应部位,CoASH,NADH+H,+,NAD,+,CO,2,NAD,+,NADH+H,+,CO,2,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH,2,NADH+H,+,NAD,+,H,2,O,H,2,O,H,2,O,CoASH,CoASH,H,2,O,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,异柠檬酸脱氢酶,-,酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰,CoA,合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,GTP,GDP,ATP,ADP,核苷二磷酸激酶,目 录,小 结,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。,TAC,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。,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，,TAC,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,TAC,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,TAC,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：,2.,三羧酸循环的生理意义,是三大营养物质氧化分解的共同途径；,是三大营养物质代谢联系的枢纽；,为其它物质代谢提供小分子前体；,为呼吸链提供,H,+,+ e,。,H,+,+ e,进入,呼吸链,彻底氧化生成,H,2,O,的同时,ADP,偶联磷酸化生成,ATP,。,NADH+H,+,H,2,O,、,3,ATP,O,H,2,O,、,2,ATP,FADH,2,O,二、有氧氧化生成的,ATP,葡萄糖有氧氧化生成的,ATP,此表按传统方式计算,ATP,。目前有新的理论，在此不作详述,有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是机体,产能最主要的途径,。它不仅,产能效率高,，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成,ATP,，所以,能量的利用率也高,。,简言之，即“供能”,三、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,目 录,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,。,2ADP,ATP+AMP,腺苷酸激酶,体内,ATP,浓度是,AMP,的,50,倍，经上述反应后，,ATP/AMP,变动比,ATP,变动大，有信号放大作用，从而发挥有效的调节作用。,ATP/ADP,或,ATP/AMP,比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。,ATP/AMP,效果更显著。,*,另外,四、巴斯德效应,*,概念,*,机制,有氧时，,NADH+H,+,进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线立体进一步氧化而不生成乳酸,;,缺氧时，酵解途径加强，,NADH+H,+,在胞浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。,巴斯德效应,(Pastuer effect),指有氧氧化抑制糖酵解的现象。,第 四 节 磷酸戊糖途径,Pentose Phosphate Pathway,*,概念,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。,*,细胞定位：,胞 液,第一阶段：氧化反应,生成,磷酸戊糖,，,NADPH+H,+,及,CO,2,一、磷酸戊糖途径的反应过程,*,反应过程可分为二个阶段,第二阶段则是非氧化反应,包括一系列基团转移。,6-,磷酸葡萄糖酸,5-,磷酸核酮糖,NADPH+H,+,NADP,+,H,2,O,NADP,+,CO,2,NADPH+H,+,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,6-,磷酸葡萄糖酸脱氢酶,H,CO,H,CH,2,OH,C,O,6-,磷酸葡萄糖,6-,磷酸葡萄糖酸内酯,1.,磷酸戊糖生成,5-,磷酸核糖,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,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),。,2.,基团转移反应,5-,磷酸核酮糖,(,C,5,),3,5-,磷酸核糖,C,5,5-,磷酸木酮糖,C,5,5-,磷酸木酮糖,C,5,7-,磷酸景天糖,C,7,3-,磷酸甘油醛,C,3,4-,磷酸赤藓糖,C,4,6-,磷酸果糖,C,6,6-,磷酸果糖,C,6,3-,磷酸甘油醛,C,3,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,5-,磷酸木酮糖,C,5,5-,磷酸木酮糖,C,5,7-,磷酸景天糖,C,7,3-,磷酸甘油醛,C,3,4-,磷酸赤藓糖,C,4,6-,磷酸果糖,C,6,6-,磷酸果糖,C,6,3-,磷酸甘油醛,C,3,6-,磷酸葡萄糖,(,C,6,),3,6-,磷酸葡萄糖酸内酯,(,C,6,),3,6-,磷酸葡萄糖酸,(,C,6,),3,5-,磷酸核酮糖,(,C,5,),3,5-,磷酸核糖,C,5,3NADP,+,3NADP+3H,+,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,3NADP,+,3NADP+3H,+,6-,磷酸葡萄糖酸脱氢酶,CO,2,总反应式,3,6-,磷酸葡萄糖,+ 6,NADP,+,2,6-,磷酸果糖,+,3-,磷酸甘油醛,+6,NADPH+H,+,+3,CO,2,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,+,。,二、磷酸戊糖途径的调节,*,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定,6-,磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。,此酶活性主要受,NADPH/NADP,+,比值,的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外,NADPH,对该酶有强烈抑制作用。,三、磷酸戊糖途径的生理意义,（一）为核苷酸的生成提供,核糖,（二）提供,NADPH,作为供氢体参与多种代谢反应,1. NADPH,是体内许多合成代谢的供氢体,2. NADPH,参与体内的羟化反应，与,生物合成,或,生物转化,有关,3. NADPH,可维持,GSH,的还原性,2G-SH G-S-S-G,NADP,+,NADPH+H,+,A AH,2,第 五 节 糖原的合成与分解,Glycogenesis and Glycogenolysis,是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。,肌肉：肌糖原，,180 300g,，,主要供肌肉收缩所需,肝脏：肝糖原，,70 100g,，,维持血糖水平,糖 原,(glycogen),糖原储存的主要器官及其生理意义,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,目 录,一、糖原的合成代谢,（二）合成部位,（一）定义,糖原的合成,(glycogenesis),指由葡萄糖合成糖原的过程。,组织定位：主要在肝脏、肌肉,细胞定位：胞浆,1.,葡萄糖磷酸化生成,6-,磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-,磷酸葡萄糖,ATP,ADP,己糖激酶,;,葡萄糖激酶（肝）,（三）糖原合成途径,1-,磷酸葡萄糖,磷酸葡萄糖变位酶,6-,磷酸葡萄糖,2.,6-,磷酸葡萄糖转变成,1-,磷酸葡萄糖,这步反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成,-1,4-,糖苷键，所以,葡萄糖分子,C,1,上的半缩醛羟基必须活化,，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离,C,4,羟基缩合。,半缩醛羟基与磷酸基之间形成的,O-P,键具有较高的能量。,*,UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,+,UTP,尿苷,P,P,P,PPi,UDPG,焦磷酸化酶,3.,1-,磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖,2Pi+,能量,1-,磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖,( uridine diphosphate glucose , UDPG ),糖原,n +,UDPG,糖原,n,+1,+,UDP,糖原合酶,( glycogen synthase ),UDP,UTP,ADP,ATP,核苷二磷酸激酶,4.,-1,4-,糖苷键式结合,*,糖原,n,为原有的细胞内的较小糖原分子，称为,糖原引物,(primer),，,作为,UDPG,上葡萄糖基的接受体。,糖原,n +,UDPG,糖原,n,+1,+,UDP,糖原合酶,(glycogen synthase),（四）糖原分枝的形成,分 支 酶,(branching enzyme,),-1,6-,糖苷键,-1,4-,糖苷键,目 录,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？,目 录,二、糖原的分解代谢,*,定义,*,亚细胞定位：,胞 浆,*,肝糖元的分解,糖原,n,+1,糖原,n + 1-,磷酸葡萄糖,磷酸化酶,1.,糖原的磷酸解,糖原分解,(glycogenolysis ),习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,脱枝酶,(debranching enzyme),2.,脱枝酶的作用,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,目 录,1-,磷酸葡萄糖,6-,磷酸葡萄糖,磷酸葡萄糖变位酶,3,.,1-,磷酸葡萄糖转变成,6-,磷酸葡萄糖,4.,6-,磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖,葡萄糖,-6-,磷酸酶,（肝，肾）,葡萄糖,6-,磷酸葡萄糖,*,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。,G-6-P,的代谢去路,G,（补充血糖）,G-6-P,F-6-P,（进入酵解途径）,G-1-P,Gn,（合成糖原）,UDPG,6-,磷酸葡萄糖内酯,（进入磷酸戊糖途径）,葡萄糖醛酸,（进入葡萄糖醛酸途径）,小 结,反应部位：胞浆,3.,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、糖原合成与分解的调节,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,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,调节小结,双向调控,：对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。,双重调节,：别构调节和共价修饰调节。,肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点：,如：分解肝糖原的激素主要为,胰高血糖素,，,分解肌糖原的激素主要为,肾上腺素,。,关键酶调节上存在,级联效应,。,关键酶都以,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。,四、糖原积累症,糖原累积症,(glycogen storage diseases),是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。,型别,缺陷的酶,受害器官,糖原结构,葡萄糖,-6-,磷酸酶缺陷,肝、肾,正常,溶酶体,14,和,16,葡萄糖苷酶,所有组织,正常,脱支酶缺失,肝、肌肉,分支多，外周糖链短,分支酶缺失,所有组织,分支少，外周糖链特别长,肌磷酸化酶缺失,肌肉,正常,肝磷酸化酶缺陷,肝,正常,肌肉和红细胞磷酸果糖激酶缺陷,肌肉、红细胞,正常,肝脏磷酸化酶激酶缺陷,脑、肝,正常,糖原积累症分型,第 六 节,糖 异 生,Gluconeogenesis,糖异生,(gluconeogenesis),是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。,*,部位,*,原料,*,概念,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸,一、糖异生途径,*,定义,*,过程,酵解途径中有,3,个由关键酶催化的不可逆反应,。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。,糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；,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,糖异生途径,(gluconeogenic pathway),指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。,1.,丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸,(,PEP,),丙酮酸,草酰乙酸,PEP,ATP,ADP+Pi,CO,2,GTP,GDP,CO,2,丙酮酸羧化酶,(pyruvate carboxylase),，辅酶为生物素（反应在线粒体）,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）,目 录,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,糖异生途径所需,NADH+H,+,的来源,糖异生途径中，,1,3-,二磷酸甘油酸生成,3-,磷酸甘油醛时，需要,NADH+H,+,。,由乳酸为原料异生糖时，,NADH+H,+,由下述,反应提供。,乳酸,丙酮酸,LDH,NAD,+,NADH+H,+,由氨基酸为原料进行糖异生时，,NADH+H,+,则由线粒体内,NADH+H,+,提供，它们来自于脂酸的,-,氧化或三羧酸循环，,NADH+H,+,转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。,苹果酸,线粒体,苹果酸,草酰乙酸,草酰乙酸,NAD,+,NADH+H,+,NAD,+,NADH+H,+,胞浆,2.,1,6-,双磷酸果糖 转变为,6-,磷酸果糖,1,6-,双磷酸果糖,6-,磷酸果糖,Pi,果糖双磷酸酶,3.,6-,磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,6-,磷酸葡萄糖,葡萄糖,Pi,葡萄糖,-6-,磷酸酶,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,目 录,二、糖异生的调节,在前面的三个反应过程中，作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称之为,底物循环,(substratecycle),。,6-,磷酸果糖,1,6-,双磷酸果糖,6,-,磷酸果糖激酶,-,1,果糖双磷酸酶,-1,ADP,ATP,Pi,6-,磷酸葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,-6-,磷酸酶,己糖激酶,ATP,ADP,Pi,PEP,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,ADP,ATP,CO,2,+,ATP,ADP+Pi,GTP,磷酸烯醇式丙酮酸,羧激酶,GDP+Pi,+CO,2,因此，有必要通过调节使,糖异生途径,与,酵解途径,相互协调，主要是对前述底物循环中的,后,2,个底物循环,进行调节。,当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是,ATP,分解释放出能量，因而称之为,无效循环,(futile cycle),。,6-,磷酸果糖,1,6-,双磷酸果糖,ATP,ADP,6-,磷酸果糖激酶,-1,Pi,果糖双磷 酸酶,-1,2,6-,双磷酸果糖,AMP,1.,6-,磷酸果糖与,1,6-,双磷酸果糖之间,2.,磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间,PEP,丙 酮 酸,ATP,ADP,丙酮酸激酶,1,6-,双磷酸果糖,丙氨酸,乙 酰,CoA,草酰乙酸,三、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）,糖异生活跃,有葡萄糖,-6,磷酸酶,【,】,肝,肌肉,八、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 七 节 血糖及其调节,Blood Glucose and The Regulation of Blood Glucose Concentration,*,血糖，,指血液中的葡萄糖。,*,血糖水平，,即血糖浓度。,正常血糖浓度 ：,/L,血糖及血糖水平的概念,血糖水平恒定的生理意义,保证重要组织器官的能量供应，特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。,脑组织,不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡萄糖供能；,红细胞,没有线粒体，完全通过糖酵解获能；,骨髓及神经组织,代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。,血糖,食 物 糖,消化，吸收,肝糖原,分解,非糖物质,糖异生,氧化分解,CO,2,+ H,2,O,糖原合成,肝（肌）糖原,磷酸戊糖途径等,其它糖,脂类、氨基酸合成代谢,脂肪、氨基酸,一、血糖来源和去路,二、血糖水平的调节,主要调节激素,降低血糖：胰岛素,(insulin),升高血糖：胰高血糖素,(glucagon),、糖皮质激素、肾上腺素,*,主要依靠激素的调节,（一） 胰岛素,促进葡萄糖转运进入肝外细胞 ；,加速糖原合成，抑制糖原分解；,加快糖的有氧氧化；,抑制肝内糖异生；,减少脂肪动员。,体内唯一降低血糖水平的激素,胰岛素的作用机制,:,（二）胰高血糖素,促进肝糖原分解，抑制糖原合成；,抑制酵解途径，促进糖异生；,促进脂肪动员。,体内升高血糖水平的主要激素,*,此外，糖皮质激素和肾上腺素也可升高血糖， 肾上腺素主要在应急状态下发挥作用。,胰高血糖素的作用机制：,（三）糖皮质激素,引起血糖升高，肝糖原增加,糖皮质激素的作用机制可能有两方面：, 促进肌肉蛋白质分解，分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生。, 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。,*,此外，在糖皮质激素存在时，其他促进脂肪动员的激素才能发挥最大的效果，间接抑制周围组织摄取葡萄糖。,（四）肾上腺素,强有力的升高血糖的激素,肾上腺素的作用机制,通过肝和肌肉的细胞膜受体、,cAMP,、蛋白激酶级联激活磷酸化酶，加速糖原分解。主要在应激状态下发挥调节作用。,*,葡萄糖耐量,(glucose tolerence),正常人体内存在一套精细的调节糖代谢的机制，在一次性食入大量葡萄糖后，血糖水平不会出现大的波动和持续升高。,指人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象。,糖耐量试验,(glucose tolerance test, GTT),目的：,临床上用来诊断病人有无糖代谢异常。,口服糖耐量试验的方法,被试者清晨空腹静脉采血测定血糖浓度，然后一次服用,100g,葡萄糖，服糖后的,1/2,、,1,、,2h,（必要时可在,3h,）各测血糖一次。以测定血糖的时间为横坐标（空腹时为,0h,），血糖浓度为纵坐标，绘制糖耐量曲线。,糖耐量曲线,正常人：,服糖后,1/21h,达到高峰，然后逐渐降低， 一般,2h,左右恢复正常值。,糖尿病患者：,空腹血糖高于正常值，服糖后血糖浓度急剧升高，,2h,后仍可高于正常。,三、血糖水平异常,（一）高血糖及糖尿症,1.,高血糖,(,hyperglycemia),的定义,2.,肾糖阈的定义,临床上将空腹血糖浓度高于称为,高血糖,。,当血糖浓度高于时，超过了肾小管的重吸收能力，则可出现,糖尿,。这一血糖水平称为,肾糖阈,。,3.,高血糖及糖尿的病理和生理原因,持续性高血糖和糖尿，主要见于糖尿病,(diabetes mellitus, DM),。,型（胰岛素依赖型）,型（非胰岛素依赖型）,b.,血糖正常而出现糖尿，见于慢性肾炎、肾病综合征等引起肾对糖的吸收障碍。,c.,生理性高血糖和糖尿可因情绪激动而出现。,糖尿病可分为二型,:,(,二）低血糖,1.,低血糖,(hypoglycemia),的定义,2.,低血糖的影响,空腹血糖浓度低于时称为,低血糖,。,血糖水平过低，会影响脑细胞的功能，从而出现 头晕、倦怠无力、心悸等症状，严重时出现昏迷，称为,低血糖休克,。,3.,低血糖的病因,胰性（胰岛,-,细胞功能亢进、胰岛,-,细胞功能低下等）, 肝性（肝癌、糖原积累病等）, 内分泌异常（垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等）, 肿瘤（胃癌等）, 饥饿或不能进食,