第八章糖代谢课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/9/14,#,第八章 糖代谢,本章简介,本章习题,要点回顾,掌握内容讲授,第八章 糖代谢,本章主要介绍生物体内糖的新陈代谢分解代谢和合成代谢，伴随物质代谢进行能量代谢。,重点掌握糖的主要分解代谢途径糖酵解、三羧酸循环、葡糖异生作用；糖原的降解与生物合成；糖代谢中的调节酶。,理解戊糖磷酸途径、乙醛酸循环。,第八章 糖代谢,一、糖代谢总论,二、糖的分解代谢,（1）,糖酵解作用,（2）,丙酮酸去路,（3）,柠檬酸循环,（4）戊糖磷酸途径,（5）,葡糖异生作用,（6）乙醛酸途径,三、葡聚糖（糖原、淀粉）的代谢,（1）,糖原的降解,（2）,糖原的生物合成,（3）,淀粉的水解,（4）淀粉的生,物合成,新陈代谢的概念:,生物体与外界环境进行,物质交换,和,能量交换,的全过程.,新陈代谢,合成代谢,（同化作用）,分解代谢,（异化作用）,生物小分子合成为,生物大分子,需要能量,释放能量,生物大分子分解为,生物小分子,能量代谢,物质代谢,一、糖代谢总论,糖代谢包括,分解代谢,和,合成代谢,。,动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架,植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即,光合作用,。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程,糖酵解作用无氧降解,.糖酵解概念与反应过程,.糖酵解作用的调控,.EMP的能量计算与,意义,二、糖的,分解代谢,糖代谢为生物体提供重要的,碳源,和,能源，,糖的分解代谢是生物体的,取能方式,，实质上是糖的,氧化作用,糖的分解代谢,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,柠檬酸/三羧酸循环,（有氧或无氧）,（有氧）,（无氧）,胞液,线粒体,CO,2,H,2,O,ATP,.糖酵解,作用,(glycolysis)（Embden,Meyerhof Parnas,EMP,）,概念与反应过程,（一）概念：在,无氧,的条件下，葡萄糖或糖原分解成,丙酮酸,，并释放少量能量的过程称为糖的无氧分解。这一过程与酵母菌使糖发酵的过程相似，又称为糖酵解，简称EMP途径。,（二）反应部位：,细胞液（胞浆）,（三）EMP途径的生化历程,2个阶段,EMP途径的2个阶段,丙酮酸,葡萄糖,耗能阶段,产能阶段,己糖激酶,葡萄糖G 葡萄糖-6-磷酸G-6-P,ATP,ATP,ATP,ADP,ADP,P,P,1.1 葡萄糖磷酸化,1. 己糖磷酸酯的生成（G F-1,6-2P ）,2. 磷酸丙糖的生成（F-1,6-2P 2GAP）,耗能阶段,1. 己糖磷酸酯的生成（G F-1,6-2P ）,己糖激酶,是EMP途径中,第一个调节酶,，催化,第一个ATP磷酸化,反应基本上是,不可逆,的；这就保证了进入细胞内的G可立即被转化为磷酸化形式；不但活化了G分子，还保证了G分子一旦进入细胞就有效地被捕获，不会再透出胞外。,己糖激酶与葡萄糖结合的诱导契合作用,The conformation of hexokinase changes markedly on binding glucose (shown in red). The two lobes of the enzyme come together and surround the substrate.,p69,1.2 己糖磷酸异构化,G-6-P F-6-P,己糖磷酸异构酶（磷酸葡萄糖异构酶）有绝对的底物专一性和立体专一性。,P,1.3 1,6-二磷酸果糖的生成,ATP,ATP,ADP,P,果糖磷酸激酶PFK,是EMP中,第二个调节酶,并且是,最关键,的,限速酶,，糖酵解,速度,决定于,此酶的活性；,催化此途径中的,第二个ATP磷酸化反应,；,反应不可逆,；,PFK是一种别/变构酶,，ATP结合到此酶的调控部位，降低该酶对F-6-P的亲和力，,ATP对该酶的变构抑制效应可被AMP解除,，因此，ATP/AMP的比例关系对此酶有明显的调节作用,PFK活性受H,+,的影响,，当pH下降时H,+,对该酶有抑制作用，可以阻止整个糖酵解途径的继续进行，从而防止乳酸的继续形成，可防止血液pH的下降，有利于避免酸中毒。,磷酸果糖激酶,己糖激酶,磷酸己糖异 构 酶,葡萄糖,果糖6 磷酸,葡萄糖,6磷酸,果糖,1,6二磷酸,ATP,ADP,ATP,磷酸化酶,糖 原,葡萄糖-1-磷酸,磷酸果糖,变 位 酶,ADP,己糖激酶,果糖磷酸激酶,ATP,ATP,C,HO,CH,2,O,P,C,CH,CH,2,O,COH,O,P,HO,H,H,果糖-1,6-二磷酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,. 磷酸丙糖的生成。（F-1,6-2P 2GAP）,DHAP,GAP,2.1 果糖-1,6-二磷酸的裂解,2.2 丙糖磷酸的同分异构化,相当于果糖-1,6-二磷酸裂解为,两分子,的甘油醛,-,3-磷酸。,丙糖磷酸异构酶的催化反应是极其迅速的，,只要酶与底物分子一旦相互碰撞，反应就即刻完成,，因此任何加速丙糖磷酸异构酶催化效率的措施都不能再提高它的反应速度；又由于DHAP和GAP,互变异构极其迅速,，因此这两种物质总是,维持在反应的平衡状态,。在正常进行的酶解系统里,易向生成,GAP,的方向转移.只有转变成,GAP,才能,进入糖酵解途径,。,GAP的氧化,是EMP中,唯一一次,遇到的,氧化作用,，GAP的醛基氧化为羧基时，同时进行,脱氢,和,磷酸化,作用，并引起分子内部能量重新分配，生成高能磷酸化合物,1,3-BPG,，,脱下的氢为,NAD,+,接受。,甘油醛-3-磷酸脱氢酶的作用是负协同效应,3.1 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,CHOH,CH,2,O,CHO,P,CHOH,CH,2,O,COO,P,P,+,NAD,+,+,Pi,+,NADH,+,H,+,H,H,3-磷酸甘油醛,1，3-二磷酸甘油酸,产能阶段,1,3-BPG,GAP,. 丙酮酸的生成。（2GAP 2,Pyr,）,甘油醛-3-磷酸脱氢酶GAPDH具有4个亚基可以和4个NAD,+,结合，但结合常数不一样，结合NAD,+,后会引起酶构象变化，酶结合了2个NAD,+,后再要结合第3、4个NAD,+,就不容易了，实验发现此酶只能结合2个NAD,+,，即此酶只有,一半位点能与NAD,+,结合并起反应半位反应性,。,砷酸盐,破坏甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化产物 1，3-二磷酸甘油酸的形成，砷酸盐代替磷酸与GAP结合并氧化，所得,1-砷酸-3-磷酸甘油酸化合物不稳定,，迅速水解生成3-磷酸甘油酸,在砷酸盐存在下，虽然酵解过程照样进行，但是却,没有形成高能磷酸键,，由甘油醛-3-磷酸氧化释放的能量未能与磷酸化偶联，因此，,砷酸盐起着解偶联的作用，即解除了氧化和磷酸化的偶联作用,3.2 高能磷酸基团的转移,+ ADP,+ ATP,ATP,高能磷酸化合物,1，3-BPG,在,磷酸甘油酸激酶,作用下，通过,底物水平磷酸化,转变为,ATP,；因为每,1mol己糖,代谢后生成,2mol丙糖,，所以在这个反应及随后的放能反应中有,2倍ATP,产生,1,3-BPG,3-PG,3.3 3-磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸,3-PG,2-PG,3.4 磷酸烯醇式丙酮酸的生成,PEP,2-PG,烯醇化酶,催化,2-PG,在第二和第三碳原子上,脱下一分子水,；在脱水的化学反应中，2-PG分子内部的,能量重新分配，,产生了,高能磷酸化合物烯醇丙酮酸磷酸（PEP）,烯醇化酶在与底物结合前，要先与2价阳离子如Mg,2+,或Mn,2+,结合形成一个复合物，才有活性。,氟化物,是此酶的强烈抑制剂，因为氟与镁和无机磷酸形成复合物，取代天然情况下酶分子上镁离子的位置，从而使酶失活。,3.5 丙酮酸的生成,ADP,ATP,ATP,在,丙酮酸激酶,催化下，将PEP的C,2,上的磷酰基团转移到ADP上形成ATP,底物水平磷酸化,；且此反应是,不可逆反应,，,丙酮酸激酶,是EMP途径中的,第三个调节酶,。,丙酮酸激酶的催化活性需要,2价阳离子,参与，如镁离子、锰离子等。ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA等都对该酶有抑制作用；而果糖-1，6-二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用。,自发反应,烯醇丙酮酸极不稳定,很容易,自动,变为比较稳定的丙酮酸,且,不需酶催化,.,Pyr,糖 代 谢 障 碍,丙酮酸激酶(PK)缺乏病,PK缺乏时，ATP生成减少。,ATP缺乏,是PK缺乏症导致溶血的主要因素. 因为ATP缺乏时，引起红细胞内K,+,和水丢失，红细胞皱缩变形破坏，导致,溶血性贫血,发生。,糖 代 谢 障 碍,丙酮酸激酶（PK）缺乏病,是发生频率仅次于G-6-P D缺乏症（蚕豆病）的一种红细胞酶病。现已证实PK缺乏症是由PK基因异常所致，主要是PK基因点突变 ，小部分患者表现为缺失或插入。,2ATP,2ATP,3-磷酸甘油醛,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,烯醇式丙酮酸,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,2ADP,烯醇化酶,磷酸甘油,酸变位酶,磷酸甘油,酸 激 酶,磷酸甘油,酸脱氢 酶,NAD,+,+,Pi,NADH,+,H,+,2ATP,2ADP,2ATP,.糖酵解（EMP）的调控,EMP途径中反应速度主要受过程中催化,不可逆反应的3种酶活性,的调控,果糖磷酸激酶,是最关键的限速酶：,果糖-6-磷酸 果糖-1，6-二磷酸,己糖/葡糖激酶,活性的调控：,葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸,丙酮酸激酶,活性的调控：,烯醇丙酮酸磷酸 丙酮酸,. 糖酵解的能量计算,总反应式,:,G+2NAD+2ADP+2Pi,2丙酮酸+,2NADH,+2H,+,+,2ATP,+2H,2,O,整个过程无氧参加；三个调速酶；一次脱氢，辅酶为NAD,，生成NADHH,从葡萄糖开始净生成2分子ATP,从糖原开始净生成3分子ATP,EMP途径中能量计算：见p80表22-1,1mol,葡萄糖/糖原,经,无氧酵解,成2mol丙酮酸，产生,？,molATP,糖酵解途径的意义,. 糖酵解生成的Pyr在氧供应不足时主要转变为乳酸由乳酸脱氢酶(同工酶)催化,有时可转变为乙醇,.,糖酵解途径最主要生理意义在于迅速提供能量,对高原环境、肌肉收缩更为重要,肌肉收缩与,糖酵解供能,、肌肉内ATP含量很低；,结论： 糖酵解为肌肉收缩迅速提供能量,、肌肉中磷酸肌酸储存的能量可,供肌肉收缩所急需的化学能,;,、即使氧不缺乏，葡萄糖进行有氧氧化的过程比糖,酵解长得多,来不及满足需要;,背景：,剧烈运动时：,、肌肉局部血流不足，处于相对缺氧状态。,初到高原与,糖酵解供能,人初到高原，高原大气,压低，易缺氧,机体加强糖酵解以适,应高原缺氧环境,海拔 5000米,背景：,结论：,某些组织细胞与,糖酵解供能,代谢极为活跃，即使不缺氧,也常由糖酵解提供部分能,量。,成熟红细胞：,视网膜、神经、白细胞、骨,髓、肿瘤细胞等:,无线粒体，无法通过氧化磷酸化获得能量，只能通过糖酵解获得能量。,某些病理状态与,糖酵解供能,某些病理情况下机体主要通过糖酵解获得能量,严重贫血,大量失血,呼吸障碍,肺及心血管等疾病,丙酮酸的去路,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,柠檬酸/三羧酸循环,（有氧或无氧）,（有氧）,（无氧）,胞液,线粒体,CO,2,H,2,O,ATP,COOH,C=O,CH,3,生成乳酸,+,NAD,H,+,H,+,乳酸脱氢酶,COOH,C,H,O,H,CH,3,+,NAD,+,Pyr,Lac,在前面反应的,甘油醛-3-磷酸脱氢时,NAD,+,被还原成NADH+H,+,；在此反应中，,NADH+H,+,重新被氧化,，以保证辅酶的周转；即在,无氧,条件下，,NAD,+,的再生,是由,乳酸脱氢酶催化丙酮酸转变成乳酸的反应,来完成的,糖的无氧降解及厌氧发酵总图,生成乙醇,COO,H,C=O,CH,3,丙酮酸脱羧酶,CHO,CH,3,+,CO,2,C,H,2,O,H,CH,3,+,NAD,H,+,H,+,乙醇脱氢酶,CHO,CH,3,+,NAD,+,丙酮酸的氧化脱羧乙酰,CoA,的生成,糖酵解生成的Pyr可穿过线粒体膜进入线粒体基质，在丙酮酸脱氢酶系催化下，生成乙酰辅酶A,细胞呼吸最早释放的CO,2,丙酮酸脱氢酶复合体:位于线粒体内膜上，原核细胞则在胞液中,丙酮酸脱氢酶复合体包括,3,种酶和,6,种辅因子,E.coli丙酮酸脱氢酶系/复合体：,分子量：4.5106，直径45nm，比核糖体稍大。,酶 辅酶 每个复合物亚基数,丙酮酸脱氢酶（E1） TPP 24,二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2） 硫辛酸、CoA 24,二氢硫辛酸脱氢酶（E3） FAD、NAD,+,12,此外，还需要Mg,2+,作为辅因子,丙酮酸脱氢酶,二氢硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,丙酮酸脱氢酶复合物的活性调节,（1）产物抑制：,丙酮酸氧化脱羧的二个产物,乙酰CoA（抑制E2）,和,NADH（抑制E3）,都作为底物的竞争性抑制剂，竞争抑制丙酮酸脱氢酶复合物的活性。,（2）核苷酸的反馈调节：,丙酮酸脱氢酶复合物的活性受细胞的能量负荷（能荷）控制,一般来说,高的能荷抑制产生ATP的途径,，,ATP水平高,时丙酮酸脱氢酶复合物活性,，丙酮酸氧化脱羧减慢，特别是,E,1,（丙酮酸脱氢酶）受GTP抑制，被AMP活化,（3）可逆磷酸化作用的共价调节,细胞内,、 、,的比值增高时，激活了激酶，丙酮酸脱氢酶活性，丙酮酸氧化脱羧。,而丙酮酸抑制了激酶，使丙酮酸脱氢酶活性，丙酮酸氧化脱羧。,Ca,2+,激活磷酸酶使丙酮酸脱氢酶脱磷酸而活化,。,丙酮酸脱氢酶3ATP,丙酮酸脱氢酶-,3P,3ADP,磷酸酶,（,有活性,）,（,无活性,）,激酶,糖的无氧氧化与有氧氧化的关系,葡萄糖,（或糖原、淀粉）,丙酮酸,乳酸,乙酰辅酶A,三羧酸循环,CO,2,+H,2,O,线粒体内膜,线粒体基质,细胞液,柠檬酸循环有氧氧化,.TCA概念与反应过程,.TCA作用特点、意义与调控,.TCA作用的能量计算,柠檬酸/三羧酸循环:反应从,乙酰辅酶A,与草酰乙酸缩合成含有,三个羧基,的,柠檬酸,开始，所以,称为柠檬酸循环，又称为TCA循环或Krebs循环,O,CH,3,-C-SCoA,CoASH,NADH,+,CO,2,FADH,2,H,2,O,NADH,+,CO,2,NADH,GTP,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,+,柠檬酸/,三羧酸循环TCA,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,柠檬酸合酶,乌头酸酶,CH,3,CSCoA,+,O,O,CCOOH,CH,2,COOH,柠檬酸合成酶,HO,CCOOH,CH,2,COOH,CH,2,COOH,HSCoA,H,2,O,柠檬酸合酶,乙酰CoA,草酰乙酸,柠檬酸,HSCoA,（1）缩 合 反 应,H,2,O,柠檬酸合酶,是TCA的,第一个调节酶,。其活性受ATP、NADH、琥珀酰CoA的抑制；草酰乙酸和乙酰CoA的浓度较高时，可激活该酶的活性。,氟乙酸氟乙酰CoA草酰乙酸氟柠檬酸杀虫剂,乙酰CoA,和,草酰乙酸,缩合,然后再,水解,成一分子,柠檬酸,（2）柠檬酸异构化为异柠檬酸,HO,CCOOH,CHCOOH,CH,2,COOH,H,CCOOH,CHCOOH,CHCOOH,CHCOOH,CH,2,COOH,CH,2,COOH,HO,H,2,O,H,2,O,乌头酸酶,乌头酸酶,HO,H,H,2,O,HO,H,H,2,O,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,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,琥珀酸硫激酶,HO,H,（3）异柠檬酸氧化生成-酮戊二酸,CHCOOH,CHCOOH,CH,2,COOH,CCOOH,CHCOOH,CH,2,COOH,H,O,异柠檬酸,H,O,CH,2,CHCOOH,CH,2,COOH,O,H,COO,NAD,+,NADH+H,+,异柠檬酸脱氢酶,CO,2,CO,2,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,异柠檬酸脱氢酶,是,第二个调节酶,这是三羧酸循环的,第一次氧化脱羧,反应，产生,NADH和CO,2,。,此次反应是TCA的一,分界点,，在此之前都是三羧酸的转化，在此之后则是二羧酸的转化。,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,H,H,（4）-酮戊二酸氧化脱羧反应,CH,2,CCOOH,CH,2,COOH,O,-酮戊二酸,CH,2,CH,2,COOH,+,HSCoA,CO,SCoA,琥珀酰CoA,NAD,+,NADH+H,+,CO,2,-酮戊二酸脱氢酶复合体,-酮戊二酸脱氢酶复合体,COO,CO,2,H,H,H,H,-酮戊二酸氧化脱羧酶反应机制与丙酮 酸氧化脱羧相同，组成类似，含三个酶及六个辅助因子：,-酮戊二酸,脱羧酶,二氢硫辛酸转琥珀酰基酶,二氢硫辛酸脱氢酶,辅酶A、FAD、NAD,+,、,镁离子、硫辛酸、TPP,三个酶,六个辅助因子,-酮戊二酸脱氢酶（复合体）系,是TCA途径中的,第三个调节酶,，需TPP、硫辛酸、FAD、Mg,2+,参加，与丙酮酸脱氢酶系相似；,此反应,不可逆,，氧化释放的能量既可驱使NAD,+,还原，又可产生,高能化合物琥珀酰辅酶A,，是TCA途径中的,第二次氧化脱羧,，又产生,NADH和CO,2,；,-酮戊二酸,的,前后,各脱下一分子,CO,2,。,（5）琥珀酸的生成,CH,2,CH,2,COOH,CO,SCoA,琥珀酰CoA,GDP+Pi,+,GTP,CoASH,CH,2,COOH,CH,2,COOH,琥珀酸,琥珀酰CoA合成酶,GTP,+,ADP,ATP,GTP,琥珀酰CoA在琥珀酰CoA合成酶催化下，转移其,硫酯键,至,GDP,生成,GTP,，需Mg,2+,；所以此反应是TCA途径中,唯一直接产生ATP,的反应,底物水平磷酸化。,哺乳动物生成GTP而植物微生物直接生成ATP,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,H,H,（6）延胡索酸的生成,CHCOOH,CHCOOH,琥珀酸,+,FAD,CHCOOH,CHCOOH,H,H,H,H,+,FADH,2,H,2,延胡索酸,琥珀酸脱氢酶,是TCA途径中的,第三次氧化,，产生,FADH,2,。,丙二酸是琥珀酸脱氢酶的强抑制剂。,HO,H,H,2,O,（7）苹果酸的生成,CHCOOH,CHCOOH,延胡索酸,H,2,O,CHCOOH,CHCOOH,HO,H,延胡索酸酶,苹果酸,+,这是一个加水反应，该酶具有严格的立体专一性，只产生L苹果酸,（8）草酰乙酸的再生,CHCOOH,CCOOH,苹果酸,O,CCOOH,CH,2,COOH,草酰乙酸,NAD,+,NADH+H,+,H,HO,H,苹果酸脱氢酶,H,O,H,H,H,此反应是TCA途径中的,第四次氧化,，产生,NADH,和,H,+,至此，又重新生成,了,草酰乙酸,；因此，TCA循环完成一周。,柠檬 酸,草酰乙酸,乙酰CoA,CoA,H,2,O,柠檬酸合成酶,琥珀酰CoA,异柠檬酸,异柠檬酸脱氢酶,NAD,+,NADH+H,+,CO,2,-酮戊二酸脱氢酶复合体,柠檬酸合成酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,延胡索酸,苹果酸,FAD,FADH,2,H,2,O,CO,2,NAD,+,NADH+H,+,三羧酸循环,琥珀酸,GDP,GTP,ATP,NADH+H,+,NAD,+,-,酮戊二 酸,CO,2,CO,2,H,H,H,H,H,2,H,H,ATP,TCA的总反应式：,CH,3,COSCoA + 2H,2,O + 3NAD,+,+ FAD + ADP + Pi,2CO,2,+ 3NADH + 3H,+,+ FADH,2,+ CoASH + ATP,TCA的特点：,TCA一周，,消耗一分子乙酰CoA（2C化合物）,；其中的三羧酸，二羧酸并不因参加循环而有所增减；因此，在理论上，这些羧酸只要微量，就可不息地循环，促使乙酰CoA氧化；,但实际上需要不断补充,：,TCA的多个反应是可逆的，但由于,柠檬酸的合成,及,-酮戊二酸的氧化脱羧,是,不可逆,的，故此循环是,单方向进行,的，在细胞的,线粒体内,进行；,TCA中有,1次底物磷酸化,产生,ATP,。,TCA的特点,TCA的,双重作用,（分解代谢和合成代谢）p110。,丙酮酸,所含的3个C被,氧化,成,3CO,2,：,第一个CO,2,是在,形成乙酰CoA,时产生的；,第2个CO,2,是在,生成,-酮戊二酸,时产生的；,第3个CO,2,是在生成,琥珀酰CoA,时产生的；但,第2及第3个CO,2,的碳原子来自于草酰乙酸而不是乙酰CoA。,丙酮酸氧化脱羧,形成乙酰CoA,时产生,1次NADH和H,+,；,TCA中,产生,3次NADH和H,+,和,1次FADH,2,；它们分别经,呼吸链,交给,氧,而生成,水,同时,产生ATP,；,三羧酸循环的生理意义,（1）氧化供能(,线粒体内/外NADH、FADH,2,),（2）为生物合成提供了中间物,是三大营养素相互转变的联系,枢纽,TCA不仅是糖代谢的重要途径，而且也是脂类化合物和蛋白质最终氧化成CO,2,和H,2,O重要途径,是三大营养素分解的,最终代谢通路,（3）TCA 也是,CO,2,的重要来源之一,三羧酸循环的调节酶及其调节,酶 的 名 称,柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶系,变构激活剂,乙酰CoA,ADP,AMP,变构抑制剂,ATP,NADH,ATP、NADH、,琥珀酰,CoA,-酮戊二酸,草酰乙酸,延胡索酸,柠檬酸,琥珀酰CoA,Tyr,Gln,His,Pro,Glu,Ile,Met,Ser,Thr,Val,Phe,Tyr,葡萄糖,磷酸烯醇型丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,Asn,Asp,脂肪酸,酮体,三羧酸循环,糖类、蛋白质、脂类通过TCA的联系示意图,柠檬酸,异柠檬酸,(顺乌头酸),-酮戊二酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,乙酰CoA,H,2,O,SHCoA,H,2,O,H,2,O,NADH,+ H,+,CO,2,GDP + Pi,GTP,琥珀酸,NADH,+ H,+,CO,2,SHCoA,SHCoA,FADH,2,H,2,O,NADH,+ H,+,三羧酸循环,三羧酸循环特点能量,一次底物水平磷酸化,二次脱羧,三个调节限速酶/不可逆反应,四次氧化脱氢,1234,1 mol乙酰,CoA,经三羧酸循环彻,底氧化净生成,10 molATP,。,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,三羧酸循环的能量计量,葡萄糖彻底氧化生成ATP的数目-p142表24-5,葡萄糖的有氧氧化包括,四个,阶段：,糖酵解产生丙酮酸,（2丙酮酸、 2ATP、2NADH）,丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA、NADH,三羧酸循环,（CO,2,、H,2,O、GTP、NADH、FADH,2,）,呼吸链氧化磷酸化,（NADH、FADH,2,-ATP）,原核生物：阶段在胞质中,真核生物：在胞质中，,在线粒体中,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 /1.5,2 ATP,2,(2.5/1.5ATP ),三羧酸循环：,2,1,GTP,2,3 NADH,2,1,FADH,2,2,1,ATP,2,7.5ATP,2,1.5ATP,兑换率 1：2.5,兑换率 1：1.5,丙酮酸氧化：,2,1NADH,兑换率 1：2.5,2,2.5ATP,总计：,32ATP,或,30ATP,糖有氧分解的能量变化：,C,6,H,12,O,6,+ 6H,2,O + 10NAD,+,+ 2FAD + 4ADP + 4Pi,6CO,2,+ 10NADH + 10H,+,+ 2FADH,2,+ 4ATP,1molG, CO,2,+ H,2,O 产生,？,molATP,32/30mol,1molGn, CO,2,+ H,2,O 产生,？,mol,ATP,33/31mol,戊糖磷酸途径,糖代谢的第,2,条重要途径,.戊糖磷酸途径的概念,.戊糖磷酸途径的反应过程,.,戊糖磷酸途径特点与生物学意义,戊糖磷酸途径（PPP）/己糖单磷酸途径（HMP）,概念：从,葡萄糖-6-磷酸,开始，不经糖酵解和柠檬酸循环，直接将其脱氢脱羧分解为,磷酸戊糖,，磷酸戊糖分子再经重排最终又生成,6磷酸葡萄糖,的过程(简称,HMP,途径)。由于此途径是以葡糖-6-磷酸,（G-6-P）,开始的，故又称为,己糖磷酸途径,；作用部位在,细胞质,。,可分为两个阶段 第一阶段,氧化阶段,： 由,葡萄糖-6-磷酸,直接,脱氢 脱羧,生成,磷酸戊糖,;第二阶段,非氧化阶段,：,磷酸戊糖,分子再经重排最终 又生成,葡萄糖-6-磷酸,。,戊糖磷酸途径反应过程,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,+,6NADPH 6 NADP,+,6NADPH,6,CO,2,6,H,2,O,6,G-6-P,+ 12NADP,+,+7 H,2,O,5,G-6-P,+,6,CO,2,+,12,NADPH,+12H,+,葡糖-6-磷酸,葡糖-6-磷酸脱氢酶,葡糖-6-磷酸内酯,内酯酶,葡糖酸-6-磷酸,葡糖酸-6-磷酸脱氢酶,（脱羧氧化）,核酮糖-5-磷酸,氧,化,阶,段,核糖-5-磷酸,木酮糖-5-磷酸,限速反应，调速酶,戊糖磷酸途径的调节,葡萄糖-6-磷酸脱氢酶,是,HMP,限速酶,，其活性决定葡萄糖-6-磷酸进入此途径的流量，此酶活性主要受,NADP,+,/NADPH,比例,的调节，,NADP,+,浓度稍高于NADPH,即激活,此途径，此酶尤其受,NADPH,强烈抑制，,只有,NADPH,被生物合成消耗后，才能解除抑制,蚕豆病,蚕 豆 病,红细胞葡,萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PD）,有遗传缺陷者，在食用新鲜蚕豆或接触蚕豆花粉后皆会发生,急性溶血性贫血症,蚕豆病，,因G-6-PD的缺陷不能提供足够的NADPH以维持GSH的还原性（抗氧化作用）,蚕豆更诱发了红细胞膜被氧化，红细胞膜上的磷脂分子中的不饱和脂肪酸氧化生成过氧化脂质，损害细胞膜。G-6-PD有保护正常红细胞免遭氧化破坏的作用，新鲜蚕豆是很强的氧化剂，当G-6-PD缺乏时则红细胞被破坏而致病。,蚕 豆 病,这种病多见于儿童，男性患者约占90%以上。大多食蚕豆后1至2天发病，早期症状有厌食、疲劳、低热、恶心、不定性的腹痛，接着因溶血而发生眼角黄染及全身黄疸，出现酱油色尿和贫血症状。严重时有休克、心功能和肾功能衰竭，重度缺氧时还可见双眼固定性偏斜。此时如不及时抢救可于一至二天内死亡。,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,核酮糖,核酮糖,核酮糖,核酮糖,核酮糖,核酮糖,木酮糖,核糖,木酮糖,木酮糖,木酮糖,核糖,C,3,P,C,7,P,C,2,C,4,P,C,3,C,6,P,C,2,C,3,P,C,6,P,C,3,P,C,6,P,C,7,P,C,4,P,C,6,P,C,2,C,3,P,C,6,P,C,2,C,3,非氧化阶段：,戊糖磷酸分子重排产生,葡萄糖-6-磷酸,和,甘油醛-3-磷酸,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,（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）,异构酶,G-6-P,戊糖磷酸途径的主要特点：,1、是葡萄糖-6-磷酸,直接脱氢脱羧,不必经过EMP,也不必经过TCA；2、在整个反应中,脱氢酶的辅酶为,NADP,+,而不是NAD,+,；3、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，重新生成己糖-6-磷酸。,HMP的生物学意义：,HMP途径的酶类已在许多动植物材料中发现，说明此途径也是,普遍存在,的糖代谢方式，在不同的组织或器官中它所占的比重不同；,：最重要的是HMP途径进行糖分解生成,还原辅酶,（NADPH），,可以供给组织中,合成代谢,的需要，如,脂肪酸长链,的生物合成，固醇类化合物的生物合成；,：,HMP途径产生的,核糖-5-磷酸,，是,核酸生物合成,的必需原料，并且核酸中,核糖的分解代谢,也可通过此途径进行；,：,HMP途径产生的,甘油醛-3-磷酸,是糖分解的三种途径,（EMP、TCA、HMP）的枢纽点,；从甘油醛-3-磷酸可进入不同的糖分解途径，这种多样性可以认为是从物质代谢上表现生物对环境的适应性。,（一）定义：由,非糖物质,转变为,葡萄糖或糖原,的过程,称为(葡)糖异生作用。,（二）(葡)糖异生的部位：主要在,肝脏,，其次是肾脏,主要在肝、肾细胞的线粒体及胞浆,（三）葡糖异生的历程：,大部分/非全部,是,糖酵解,的逆过程。,(,葡,),糖 异 生 作 用,糖原（或淀粉）,葡萄糖,-,1-磷酸,果糖-6-磷酸,果糖-1，6-二磷酸,甘油醛,-,3,-磷酸二羟丙酮磷酸,2,磷酸烯醇式丙酮酸,2,丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,果糖激酶,果糖-1,6-二磷酸(磷酸酯)酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,葡萄糖-6-磷酸(磷酸酯)酶,葡萄糖-6-磷酸,2,草酰乙酸,PEP羧激酶,糖酵解与糖异生的关系图,糖异生途径关键反应之一,PEP羧激酶,（胞液）,ATP,+H,2,O,ADP+Pi,丙酮酸羧化酶,（辅酶生物素）,（线粒体基质）,P,磷酸烯醇式丙酮酸（,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,果糖-1,6-二磷酸酶,+,H,2,O,+,Pi,果糖-1,6-二磷酸,P,P,O,H,2,CO,H,2,CO,HO,OH,H,OH,H,H,H,H,2,CO,OH,果糖-6-磷酸,P,O,H,2,CO,HO,OH,H,H,H,糖异生途径关键反应之三,+,H,2,O,+,Pi,葡萄糖6-磷酸酶,P,葡萄糖-6-磷酸,H,葡萄糖,脑和肌肉中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，因此脑和肌肉细胞不能利用葡萄糖-6-磷酸形成葡萄糖。,糖异生的生理意义,肝、肠,和,肾细胞,由,葡萄糖-6-磷酸形成葡萄糖,进入血液，对保证在饥饿状态下大脑血糖浓度的相对恒定具有重要意义,是补充或恢复肝糖原储备的重要途径,糖异生的调节,糖异生和糖酵解这两个途径的,调节酶，,如,胰高血糖素,和,胰岛素，胰高血糖素,/,胰岛素比例高可诱导促进糖异生,代谢物,对糖异生的调节：,糖异生主要原料,（,甘油、乳酸、氨基酸,）,浓度增加促进糖异生；,乙酰CoA,决定Pyr的代谢方向，其浓度增加可加速Pyr进行糖异生,乙醛酸途径/循环（GAC）,TCA的支路,.乙醛酸途径的概念,.乙醛酸途径的反应过程,.,乙醛酸途径特点与生物学意义,许多,微生物,与,植物,能够利用,乙酸（乙酰CoA）,作为唯一的碳源，并能利用它建造自己的机体；此途径以,乙醛酸,为中间代谢物，故称乙醛酸循环，并能和TCA循环相联系,。,乙醛酸途径/循环的概念,CoASH,柠檬酸合酶,乌头酸酶,NAD,+,NADH,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,O,CH,3,-CSCoA,CoASH,O,CH,3,-CSCoA,COO,-,CH2,CH2,COO,-,琥珀酸,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合酶,O,O,H-C-C OH,乙醛酸,NAD,+,草酰乙酸,乙醛酸循环反应历程,乙醛酸循环中的两个特殊的酶：,异柠檬酸裂解酶：,异柠檬酸,琥珀酸+,乙醛酸,苹果酸合酶：,乙醛酸+乙酰CoA+H,2,O,苹果酸+,HS-CoA,O,CH,3,-C-SCoA,CoASH,乙 醛 酸 循 环 和 三 羧 酸 循 环 反 应 历 程 的 比 较,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,草酰乙酸,苹果酸,O,O,H-C-C OH,乙醛酸,O,CH,3,-C-SCoA,TCA循环,乙醛酸循环,乙醛酸循环的的特点,只存在于植物（种子）和微生物中；,其实质是使,乙酰CoA,转变为,草酰乙酸,，,从而进入TCA,或,异生成葡萄糖,；,关键酶是,异柠檬酸裂解酶,和,苹果酸合酶。,乙醛酸循环的生物学意义,植物种子萌发时将贮存的,三酰甘油/脂肪,通过,乙酰CoA,转变为,葡萄糖,而供能！,三、糖原的分解和生物合成,葡聚糖,(,淀粉和糖原,),的代谢,.糖原的降解,.糖原的生物合成,.淀粉的水解,.淀粉的生物合成,糖 原 的 降 解,定义：糖原分解主要是指,肝糖原,分解为,葡萄糖,的过程,反应部位：胞浆和内质网内腔面,糖原降解过程需要,3种酶,:,磷酸化酶 脱支酶 磷酸葡萄糖变位酶,糖原n,+1,糖原n +葡萄糖,-,1-磷酸,1.,糖原的磷酸解,:,只作用于-1,4糖苷,p178,糖原磷酸化酶,限速酶,脱支酶,(debranching enzyme),2.,脱支酶（,双重功能酶,）的作用,转移葡萄糖残基糖基转移酶,水解,-1,6-糖苷键糖原脱支酶,磷 酸 化 酶,转移酶活性,-1,6糖苷,酶活性,非还原端,+,G-1-P,极限糊精,糖基转移酶,-1,4-糖苷,+,G,H,2,O,脱支酶,+,G-1-P,磷酸化酶,磷酸化酶,Pi,葡萄糖-1-磷酸,葡萄糖-6-磷酸,磷酸葡萄糖变位酶,3.,磷酸葡萄糖,变位酶的作用,葡萄糖-6-磷酸酶,（细胞内质网内腔面）,葡萄糖,葡萄糖-1-,磷酸转变成,葡萄糖-6-,磷酸,（一）定义：,由,葡萄糖,合成,糖原,的过程称为,糖原生成作用,。,（二）合成部位：,组织：主要在肝脏、肌肉,细胞：胞液,（三）糖原生物合成过程,糖原的生物合成,1.葡萄糖磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,ATP,ADP,己糖激酶;,葡萄糖激酶（肝）,2. 葡萄糖-6-磷酸转变成葡萄糖-1-磷酸,葡萄糖-1-磷酸,磷酸葡萄糖变位酶,葡萄糖-6-磷酸,*,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.葡萄糖-1-磷酸转变成尿苷二磷酸葡萄糖,UDPG,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,限速酶,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。,5.糖原分支的形成,分 支 酶,(branching enzyme,),-1,6-糖苷键,-1,4-糖苷键,葡萄糖,ATP,ADP,葡糖-6-磷酸,磷酸葡糖变位酶,葡糖-1-磷酸,UTP,PPi,UDPG,UDPG焦磷酸化酶,葡萄糖激酶,R引物（,非还原端,）,R-,-1,4葡萄糖链,分支酶,糖 原,糖原合酶,限速酶,糖原代谢的调节,糖原合酶,是糖原合成的限速酶,糖原磷酸化酶,是糖原分解的限速酶,两者的活性受,磷酸化和脱磷酸化,的共价修饰及,变构效应,的调节,糖原合酶磷酸化无活性,糖原磷酸化酶磷酸化有活性,糖原代谢的调节,激素调节：,胰岛素促进糖原合成、抑制糖异生降低血糖；,肾上腺素、胰高血糖素、肾上腺皮质激素、生长素促进糖原降解、糖异生升高血糖。,肝对糖代谢的调节,以肝糖原形式贮存葡萄糖，避免葡萄糖过量摄入全身循环而致血糖增高,空腹时肝可将贮存的糖原分解来补充血糖,可将甘油、乳酸、氨基酸等小分子物质通过糖异生转变为葡萄糖以满足机体维持血糖浓度的恒定,肌肉对糖代谢的调节,贮存糖原肌糖原,乳酸循环：,肌糖原分解产生大量乳酸，乳酸经血液循环至肝，经糖异生作用转变为葡萄糖或肝糖原；葡萄糖经血液循环运至肌肉，被肌肉分解利用或合成肌糖原贮存,糖异生活跃,有葡萄糖-6磷酸酶,【,】,肝,肌肉,乳酸循环,（Cori 循环）,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,【,】, 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,糖原贮积症,糖原贮积症：,参与糖原合成或分解多种酶中有一种或几种缺乏,以,异常量或异常类型的糖原在组织中沉积为特征,.,根据缺少酶的不同，目前已知糖原贮积症至少分为10型。以最常见的I型为例，由于肝脏缺少,葡萄糖-6-磷酸酶,，糖原不能释放出葡萄糖来，存在肝脏中的糖原越来越多，肝脏也越来越大，同时出现低血糖的症状。孩子就会总是饥饿、大肚子（大肝）、不长个、容易流鼻血、贫血等症状。长期低血糖会引起体内一系列变化，化验时会发现血中乳酸太多，出现酸中毒；血脂很高；尿酸、转氨酶等也会升高。如不经过治疗患者会出现很多合并症。,糖原贮积症,糖原贮积病目前还没有根治的方法。大部分有,低血糖表现的糖原贮积病,的治疗是以,生玉米淀粉为主的综合治疗,。生玉米淀粉为主的综合治疗不能治愈此病，但可以大大改善病人的临床症状，在根治方法发明之前，必须坚持终生服用。,生玉米淀粉吃进体内后，在肠道内慢慢吸收并慢慢释放出葡萄糖，可以维持6小时左右血糖正常。血糖正常了，由于低血糖而引起的体内一系列病理变化、代谢异常，比如酸中毒、转氨酶升高等都会好转。,糖 代 谢 障 碍,高血糖及糖尿症：空腹血糖浓度高于7.2mmol/L，超过肾糖阈出现糖尿，糖尿病是由于胰岛素缺乏或胰岛素受体异常引起的,低血糖：血糖浓度低于2.8mmol/L，主要影响大脑的正常生理功能,糖耐量试验：诊断有无糖代谢异常,胰岛素（insulin）：,胰岛-细胞,基因表达的产物,，A链21AA，B链30AA。,抑制肝糖元分解，促进肝糖元及肌糖元合成，可降低血糖,低血糖效应,缺乏：血糖升高，尿中有糖，,糖尿病,。过量：血糖过低能量供应不足影响大脑机能,糖尿病（diabetes）是由遗传因素、免疫功能紊乱、微生物感染及其毒素、自由基毒素、精神因素等等各种致病因子作用于机体，导致,胰岛功能减退、胰岛素抵抗,等而引发的糖、蛋白质、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱综合征。临床上以,高血糖,为主要特点，典型病例可出现多尿、多饮、多食、消瘦等表现，即“,三多一少,”症状，糖尿病（血糖）一旦控制不好会引发,并发症,，导致肾、眼、足等部位的衰竭病变，严重者会造成尿毒症。,型,糖尿病多发生于青少年，因,胰岛素分泌缺乏,，依赖外源胰岛素补充以维持生命。,型,糖尿病多见于30岁以后的中老年人，其胰岛素分泌量并不低甚至还偏高，主要是机体对胰岛素不敏感，即,胰岛素抵抗,。,糖尿病：,水解的键 作用位点 产物,-淀粉酶 -1,4糖苷键 任何位置 麦芽糖和葡萄,糖及小分子多糖,-淀粉酶 -1,4糖苷键 非还原性单位 麦芽糖连续单位,-1,6糖苷酶,-1,6糖苷键,分支处 糊精/麦芽糖,淀粉的降解酶促水解,淀粉的生物合成,G,ATP,ADP,G-6-P,G-1-P,(A)UTP,PPi,(A)UDPG焦磷酸化酶,n(A)UDPG,引物(G),m,m2,(A)UDPG转糖苷酶,n(A)UDP,（-1,4-G）,n+m,直链淀粉,Q酶,(-1,6糖苷键),G激酶,葡糖磷酸变位酶,支链淀粉,要 点 回 顾,糖分解代谢：,糖酵解途径,、,三羧酸循环,、戊糖磷酸途径、,葡糖异生作用,、乙醛酸途径,糖原的降解（,糖原磷酸化酶,、脱支酶,）,糖原的生物合成（,糖原合酶,、分支酶,）,经常,不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有,力量,Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will,Be,写,在最后,Thank,You,在别人的演说中思考,，,在自己的故事里成长,Thinking,In Other,PeopleS Speeches,，,Growing,Up In Your Own,Story,讲师,：,XXXXXX,XX,年,XX,月,XX,日,