第4章糖代谢.ppt

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1、第二篇 物质代谢及其调节,水和无机盐 糖 类 脂 类 蛋 白 质 核 酸,什么是新陈代谢? 1. 新陈代谢生命的源泉 合成代谢：简单 复杂 耗能 2. 物质代谢 分解代谢：复杂 简单 释能,能量代谢,3.代谢的特点 (1) 它包含的化学反应不是一步完成的，而是通 过一系列有一定顺序性的中间化学反应完成； (2) 反应都在比较温和的条件下进行(PH中性、体温)，绝大部分由酶催化； (3) 具有灵敏的自动调节。,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 四 章,糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,糖的化学,（

2、一）糖的概念,（二）糖的分类及其结构,根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。,单糖 (monosacchride) 寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride) 结合糖 (glycoconjugate),葡萄糖(glucose) 已醛糖,果糖(fructose) 已酮糖,1. 单糖 不能再水解的糖。,目 录,半乳糖(galactose) 已醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖,目 录,2. 寡糖,常见的几种二糖有,麦芽糖 (maltose) 葡萄糖 葡萄糖,蔗 糖 (sucrose) 葡萄糖 果糖,乳 糖 (lactose) 葡萄糖 半乳糖,能水解生成几分

3、子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。,3. 多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。,常见的多糖有,淀 粉 (starch),糖 原 (glycogen),纤维素 (cellulose), 淀粉 是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒,目 录, 糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式,目 录, 纤维素 作为植物的骨架,目 录,4. 结合糖 糖与非糖物质的结合物。,糖脂 (glycolipid)：是糖与脂类的结合物。 糖蛋白 (glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。,常见的结合糖有,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

4、、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

5、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+,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 15)。,三、糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基

6、酸、甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,淀粉,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。,Glc 丙酮酸,供氧充足 有氧氧化 CO2+H2O,缺氧 无氧酵解 乳酸,糖酵解途径,一、 糖酵解的反应过程 (一) 葡萄糖分解成丙酮酸(糖酵解途径),Glc 2x磷酸丙糖

7、2x丙酮酸 (6C) (3C) (3C),2ATP 2ADP,4ADP 4ATP,ATP：三磷酸腺苷 APPP，能量货币, 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,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,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,6-

8、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, 磷酸丙糖的同分异构化,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,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,在以上反应中，底

9、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 (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,2-磷酸甘油酸, 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,小结：,Glc 2x磷酸丙糖 2x丙酮酸 (6C

10、) (3C) (3C),2ATP 2ADP,4ADP 4ATP, 准备阶段 (1)(5),耗能阶段 (1)(3):两步磷酸化(活化)，消耗2个ATP (4)(5):裂解 每分子Glc产生2分子3磷酸甘油醛，消耗2个ATP, ：产能阶段 (6)(10) (6)(7) 先氧化形成高能磷酸键，再底物 (8)(10) 水平磷酸化形成ATP 2分子3-磷酸甘油醛产生2分子丙酮酸，产生 4分子ATP。,糖酵解途径小结： (1) 发生部位：胞浆 总反应：葡萄糖2Pi2ADP2NAD+ 2丙酮酸2ATP+2NADH+2H+2H2O 十步酶促反应，其中三步不可逆 消耗2个ATP，产生4个ATP，净得2个ATP,

11、(3) 丙酮酸的去向,葡萄糖 丙酮酸,供氧充足：进入Mit，完全氧 化，生成CO2+H2O,缺氧：在胞浆中，被还原， 生成乳酸,(4) NADH+H+的去路,NADH+H+ NAD+,供氧充足：还原O2，生 成H2O,缺氧：还原丙酮酸，生 成乳酸,(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。,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,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, 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

12、-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）,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,调节方式,（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）,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,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,A

13、DP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,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,糖酵解的效率为31%(标准状况下) C6H12O6 CO2+H2O G0=679 C3H6O3 CO2+H2O G0=316x2 ATP AD

14、P+Pi G0=7.3x2=14.6 Kcal/mol,47Kcal/mol,31%,生理条件下， ATP ADP+Pi G0=24.7 所以 50%,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H2O和CO2，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、Glc的有氧氧化途径 Glc 2x丙酮酸 2x乙酰CoA 6CO2+6H2O （ ：氧化磷酸化）,糖酵解 途径,TCA,一、有氧氧化的反应过程,第一阶段：酵解途径,第二阶段

15、：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,H2O,O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体, 糖酵解途径（胞浆） 区别：NADH+H+重新氧化的方式不同, 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)。,总反应式:,丙酮酸脱氢酶复合体 三种酶：丙酮酸脱氢酶(E1)、二氢硫辛酰胺 转乙酰酶(E2)、二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3) 五种辅酶：TPP、硫辛酸、NAD+、FAD、CoA 五步完成,乙酰基(CH3-C-): 丙酮酸 TPP 硫辛酰胺 CoA 电子：丙酮酸 硫辛酰胺 FAD NAD+ NADH+H+

16、,O,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶 E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶,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(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)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(E3)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(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。, 三羧酸循环 定位：Mit 乙酰CoA 2CO2 8步反应 包括：2次脱羧

17、、4次氧化脱氢、1次底物 水平磷酸化,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。,三羧酸循环,* 概述,* 反应部位,O O O H2C-COO- CS-CoA + C-C-O- HO-C-COO- +CoA-SH CH3 H2C-C-O- H2C-COO- O (柠) 酶：柠檬酸合酶(关键酶) 此反应在Mit中不可逆，但在胞液中可逆转，其逆反应由胞液柠檬酸裂解酶催化

18、，且需消耗1分子ATP,H2O,(1),H2C-COO-,HO-C-COO-,H2C-COO-,H2C-COO-,HC-COO-,HO-C-COO-,H,(异),酶：顺乌头酸酶 柠檬酸本身不易氧化，而异柠檬酸易氧化,(2),H2C-COO-,HC-COO-,HO-C-COO-,H,+ NAD+,H2C-COO-,CH2,O=C-COO-,+,NADH+H+CO2,酶：异柠檬酸脱氢酶(关键酶) 脱羧：第一处CO2 脱氢：醇 酮,(3),H2C-COO-,CH2,O=C-COO-H+,+NAD+CoA-SH,H2C-COO-,CH2,O=CS-CoA,NADH+H+CO2,+,(4),酶：-酮戊二

19、酸脱氢酶复合体(关键酶),-酮戊二酸脱氢酶复合体 脱羧：第二处CO2 脱氢：NADH+H+ 形成高能硫酯键：琥珀酸单酰CoA,-酮戊二酸脱氢酶复合体 三种酶： -酮戊二酸脱氢酶、琥珀酰转移酶二氢硫辛酰胺脱氢酶 六种辅酶：TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+、Mg2+ 反应步骤与丙酮酸脱氢酶复合体类似。 琥珀酰： -酮戊二酸 TPP 硫辛酰胺 CoA 电子： -酮戊二酸 硫辛酰胺 FAD NAD+ NADHH+,H2C-COO-,CH2,O=CS-CoA,(5) 底物水平磷酸化,GDPPi,H2C-COO-,CH2,O=CO-,+,GTP+CoASH,酶：琥珀酰-CoA合成酶 细菌和高等植物

20、中为ATP,HCH-COO-,HCH-COO-,FAD,HCCOO- -OOCCH,FADH2,酶：琥珀酸脱氢酶,(6),HCCOO- -OOCCH,H2O,HO-CH-COO- CH2-COO-,(7),酶：延胡索酸酶,HO-CH-COO- CH2-COO-,NAD+,OC-COO- CH2-COO-,NADH+H+,酶：苹果酸脱氢酶,(8),TAC的反应式： 乙酰CoA3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO23NADH3H+FADH2CoAGTP,每进行一次TAC可产生的能量为12ATP ： 3NADH3H+ H2O 3x39 1FADH2 H2O 1x22 GTP ATP 1,

21、12ATP,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FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 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

22、物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。,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：, 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。,* 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。,草酰乙酸,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

23、提供小分子前体； 为呼吸链提供H+ + e。,反应式： C6H12O6+6H2O+10NAD+FAD+4ADP+4Pi 6CO2+10NADH+10H+2FADH2+4ATP, 氧化磷酸化 NADH+H+1/2O2 NAD+H2O 3ATPx10=30 FADH2+1/2O2 FAD+H2O 2ATPx2=4,Glc有氧氧化总反应式： C6H12O6+38ADP+38Pi+6O2 6CO2+44H2O+38ATP C6H12O6 +6O2 6CO2+6H2O G=679Kcal/mol ATP+H2O ADP+Pi G=7.3x38=277Kcal /mol,=40%,H+ + e 进入呼吸链

24、彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。,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, 共价修饰调节,目 录,异柠檬酸

25、脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸 脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+, 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Ca2+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。,体内ATP浓度是AMP的50倍，经上述反应后，ATP/AMP变动比AT

26、P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,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CO2,一、磷酸戊糖途径的反应过程,* 反应过程可分为二个阶

27、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,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,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+,CO2,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

28、-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(C5) 3,5-磷酸核糖 C5,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,总反应式,36-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2,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

29、应，生成一分子CO2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

30、+H+,A AH2,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。,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

31、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,（三）糖原合成途径,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C1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C4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。,+,3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖,1- 磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖 ( uridine diphosphate glucose , UDPG ),4

32、. -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。,（四）糖原分枝的形成,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C1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,1. 糖原的磷酸解,糖原分解 (glycogenolysis )习惯

33、上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,2. 脱枝酶的作用,转移葡萄糖残基 水解-1,6-糖苷键,转移酶活性,目 录,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,* 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

34、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,三、糖原合成与分解的调节,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,磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,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S

35、er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。,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。,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

36、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。,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。,

37、糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；,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, 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,丙酮酸,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+。, 由氨基酸为原料进行糖异生时， NADH+H+则由线粒体内NADH+H+提供，

38、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。,2. 1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖,3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,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, 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)。,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

39、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-1,1. 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,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）,八、乳酸循环(lactose cycle) （Cori 循环

40、）, 循环过程,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸,乳酸,丙酮酸,血液, 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 ：3.896.11mmol/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。,

41、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,一、血糖来源和去路,二、血糖水平的调节,* 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

42、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

43、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

44、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7.227.78mmol/L称为高血糖。,当血糖浓度高于8.8910.00mmol/L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:,

45、(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3.333.89mmol/L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,关键酶：,糖酵解途径： 丙酮酸脱氢： TCA： 磷酸戊糖途径： 糖原合成： 糖原分解： 糖异生：,能量：,糖酵解途径：2ATP TCA：12ATP 有氧氧化：38或36ATP 糖原合成：2ATP/+1个Glc 糖原单位进入糖酵解：3ATP 2分子乳酸异生成Glc：6ATP,1.糖酵解的生理意义、调节； 2.有氧氧化各步细胞定位； 3.三羧酸循环生理意义； 4.巴斯德效应； 5.磷酸戊糖途径生理意义；,小 结,6.糖原合成与分解的调节； 7.糖异生定义及生理意义； 8.乳酸循环； 9.血糖的来源及去路处于动态平衡； 10.葡萄糖耐量。,