糖代谢.ppt

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1、糖 代 谢 Metabolism of Carbohydrates,The biochemistry and molecular biology department of CMU,第 四 章,糖的概念,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

2、糖 不能再水解的糖,半乳糖(galactose) 已醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖,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), 淀粉植物中养分的储存形式,淀粉颗粒, 糖原动物体内葡萄糖的储存形式, 纤维素作为植物的骨架,4.结合糖 糖与非糖物质的结合物。,糖脂 (glyc

3、olipid)：是糖与脂类的结合物。 糖蛋白 (glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。 蛋白聚糖 (proteoglycan)：也称蛋白多糖。,常见的结合糖有,葡萄糖（glucose）结构,醛糖酮糖互变异构,第 一 节 概 述,Introduction,一、糖的主要生理功能是氧化供能,肠粘膜上皮细胞刷状缘,二、糖的消化吸收,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。,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,吸收机制,Na+依赖型葡萄

4、糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT),刷状缘,细胞内膜,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,葡萄糖转运体（Glucose transporters，GLUT）,糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,磷酸核糖 + NADPH+H+,淀粉,第 二 节 糖的无氧氧化,Glycolysis,糖酵解(glycolysis),在机体缺氧情况下，

5、葡萄糖经一系列酶促反应生成丙酮酸进而还原生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解，亦称无氧氧化。,一、糖无氧氧化反应过程分为酵解途径和乳酸生成两个阶段,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,糖酵解途径,反应部位：胞质,第一阶段,第二阶段,大体过程：,（一）葡萄糖分解成丙酮酸,1. 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate, G-6-P),磷酸化使葡萄糖不能自由逸出细胞； 己糖激酶 (hexokinase, HK) 同工酶有四型，肝中为葡萄糖激酶 (glucokinase, GK)； 反应不可逆。,己糖激酶 葡萄糖激酶 存在部位 肝外组织 肝 Km 值 0.1mmol/L 10m

6、mol/L 底物 G, 果糖, 甘露糖 G 调节 G-6-P反馈抑制 胰岛素诱导,己糖激酶和葡萄糖激酶的比较,2. 6-磷酸葡萄糖异构为6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P),3. 6-磷酸果糖转变成1,6-二磷酸果糖 (1,6-fructose-biphosphate, F-1,6-BP),是第二个磷酸化反应，反应不可逆。 6-磷酸果糖激酶-1 (phosphofructo-kinase-1, PFK-1)是糖酵解的限速酶。,6-,-1,4. 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,反应可逆, 由醛缩酶(aldolase)催化,5. 磷酸丙糖同分异构化,磷酸丙糖异构酶

7、（triose phosphate isomerase) G2分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。,6. 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,醛基氧化成羧基，并加入一分子磷酸，形成 混合酸酐。脱下的氢由NAD+接受。,7. 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,此步为底物水平磷酸化 在以上反应中，直接将底物分子中的能量转移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）的反应过程，称为底物水平磷酸化. 反应可逆,8. 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,9. 2-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),反应引起分子内电子重排和能量重新分布， 形成高能磷酸键。,10. PEP转变成丙

8、酮酸（pyruvate),第二个底物水平磷酸化，反应不可逆。 反应最初生成烯醇式丙酮酸，经非酶促反应立即自发转变为酮式。,K+ Mg+,（二）丙酮酸转变成乳酸(lactate),此为还原反应，NADH+H+来自于3-磷酸甘 油醛脱氢。 乳酸是糖酵解的终产物。,(LDH),糖酵解的全过程,糖酵解时，先要消耗2分子ATP,糖酵解时，1mol葡萄糖共生成4molATP，净生成 2molATP, 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,糖酵解小结, 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= 3

9、ATP 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）,糖酵解小结,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。,关键酶,调节方式,二、糖酵解的调控,变构调节,变构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-BP; F-2,6-BP,变构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度）,（一）6-磷酸果糖激酶-1（PFK-1）对调节酵解途径的流量最重要,(最强),F-2,6-BP的作用是与AMP一起取消ATP、柠檬酸对6-磷酸果糖激酶-1的变构抑制作用。 PFK-2是一种双功能酶，磷酸化后激酶活性下降，磷酸酶活性升高。,F-2,6-BP的生成,F-6-P,F-1,6

10、-BP,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,（二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点,变构调节：F-1,6-BP为变构激活剂； ATP和肝内Ala为变构抑制剂。 共价修饰调节：胰高血糖素通过cAMP和PKA使其磷酸化而抑制其活性。,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),PKA：蛋白激酶A (protein kinase A),CaM：钙调蛋白,（三）己糖激酶受到反馈抑制调节,G-6-P 可反馈抑制己糖激酶，但是对葡萄糖激酶没有抑制作用。 长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。 胰岛素可诱导葡萄糖激酶的合成。,是机体

11、缺氧时的主要供能方式。 能迅速提供能量，这对肌收缩更为重要。 是机体供氧充足情况下少数组织的能量来源 成熟红细胞无线粒体，完全由糖酵解供能 神经C、骨髓C、白C、肿瘤C代谢活跃，部分由糖酵解供能 另外，肝脏酵解途径的主要功能是为其他代谢提供合成原料。,三、糖酵解的主要生理意义是在机体缺氧的情况下快速供能,Aerobic Oxidation of Glucose,第三节 糖的有氧氧化,葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化成水和CO2，并释放出能量的过程称为有氧氧化，这是糖氧化的主要方式，也是机体主要供能方式。,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：三羧酸循环及

12、氧化磷酸化,G（Gn）,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA,胞液,线粒体,GTP,丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA,经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰CoA，这是不可逆反应。,丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸脱氢酶(E1) 三种酶 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2) 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3) TPP HSCoA 五种辅酶 硫辛酸 FAD NAD+,VB1 泛酸 硫辛酸 核黄素(VB2) 尼克酰胺(Vpp),HSCoA,NAD+,丙酮酸脱氢酶复合体的结构 在哺乳动物细胞中，酶复合体由60个转乙酰酶(TA, 粉色)组成核心，周围排列着12个丙酮酸脱氢酶 (PDH, 黄色)和6个二氢硫辛酰胺

13、脱氢酶 (DLD, 蓝色) 。,TPP(硫胺素焦磷酸酯),+2H,-2H,SH,辅酶A结构,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+。,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5. NADH+H+的生成,1. -羟乙基-T

14、PP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,三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle，TCA循环 ) 由乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，经反复脱氢、脱羧再生成草酰乙酸的循环反应过程。又称柠檬酸循环和Krebs循环。 部位：线粒体基质,二、三羧酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统,（一）TCA循环由8步代谢反应组成,乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸 异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸 -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应 琥珀酸脱氢生成延胡索酸 延胡索酸加水

15、生成苹果酸 苹果酸脱氢生成草酰乙酸,1、柠檬酸的形成,草酰乙酸,柠檬酸合酶,反应不可逆 TCA循环的第一个关键酶,2、异柠檬酸的形成,顺乌头酸酶,3、第一次氧化脱羧,异柠檬酸脱氢酶,NAD+,NADH+H+,反应不可逆 第一次氧化脱羧 TCA循环的第二个关键酶限速酶,4、第二次氧化脱羧,-酮戊二酸酸脱氢酶复合体,NAD+,NADH+H+,反应不可逆 第二次氧化脱羧 TCA循环的第三个关键酶 作用机制类似于丙酮酸脱氢酶复合体,CoASH,H,5、底物水平磷酸化反应,琥珀酰CoA合成酶,GDP+Pi,GTP,琥珀酰CoA合成酶(琥珀酸硫激酶) 唯一的底物水平磷酸化反应，直接生成GTP,+HSCoA

16、,6、琥珀酸脱氢生成延胡索酸,琥珀酸脱氢酶,琥珀酸脱氢酶是TCA中唯一与线粒体内膜结合的酶，受氢体是FAD,7、延胡索酸加水生成苹果酸,延胡索酸酶,8、苹果酸脱氢生成草酰乙酸,草酰乙酸,苹果酸脱氢酶,NAD+,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,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,NADH+H+, 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。

17、TCA循环过程的反应部位是线粒体。,三羧酸循环小结, 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。 是体内CO2的主要来源； 关键酶有：柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体,三羧酸循环小结, 整个循环反应为不可逆,CH3COSCoA + 3NAD+ +FAD + GDP + Pi + 2H2O 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + HSCoA + GTP,TCA循环总反应式：, 在有氧条件下进行，产生的还原当量经氧化磷酸化可产生ATP，是产生A

18、TP的主要途径。,三羧酸循环小结, 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CO2及H2O。,三羧酸循环小结,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。实际上：,例如：,.机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TCA循环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。,三羧酸循环小结,.机体糖供不足时，可能引起TCA循环运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再

19、进一步生成乙酰CoA进入TCA循环氧化分解。,所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。,三羧酸循环小结,草酰乙酸的来源：,三羧酸循环小结,三羧酸循环小结,TCA循环中间产物的氧化：,（二）TCA循环在3大营养物质代谢中具有重要生理意义,1. TCA循环是3大营养素的最终代谢通路,2. TCA循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽,三、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化,G（Gn）,2丙酮酸 2(NADH+H+),2乙酰CoA,H2O,O,18ATP,18ADP,TCA,胞液,线粒体,2GTP,2(NADH+H+ ),四

20、、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求,关键酶,酵解途径：,丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环：,己糖激酶 丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1,柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶(限速酶) -酮戊二酸脱氢酶复合体,1. 丙酮酸脱氢酶复合体,变构调节： 共价修饰调节： 磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其去磷酸化 使其活性增加。,异柠檬酸 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. TCA的调节, TCA循环与上游和下游反应协调,在正常情况下，（

21、糖）酵解途径和TCA循环的速度是相协调的。这种协调不仅通过高浓度的ATP及NADH的抑制作用，亦通过柠檬酸对磷酸果糖激酶-1的别构抑制作用而实现 氧化磷酸化的速率对TCA循环的运转也起着非常重要的作用：氧化磷酸化促进TCA循环。,2. TCA的调节,总之， 糖有氧氧化的调节是基于能量的需求： ATP/ADP，抑制TAC，氧化磷酸化； ATP/ADP，促进TAC，氧化磷酸化。,有氧氧化调节的特点： 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

22、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。,五、巴斯德效应,概念,机制,有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙 酮酸进入线粒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（生醇发酵）的现象。,第 四 节 葡萄糖的其他代谢途径 Other Metabolism Pathways of Glucose,细胞定位：胞液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖、NADPH+H+及CO2,反应过程可分为二个阶段,第二阶段则：非氧化反应

23、 包括一系列基团转移。,一、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,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,5-磷酸核糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,1. 氧化反应,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡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，共生成2分子NADPH + H+。 反应生成的磷酸核糖是非常重要的中间产物，用于合成核苷酸。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,1. 氧化反应,5-磷酸核酮糖(C5) 3,5-磷酸核糖 C5,2. 基团转移反应,这些基团转移反应

24、可分为两类： 转酮醇酶反应：转移1个酮基、1个醇基的2碳基团，反应需要TPP作为辅酶并需Mg2+参与接受体都是醛糖。 转醛醇酶反应：转移3碳单位；接受体都是醛糖。 通过一系列基团转移反应，将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入酵解途径。因此磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路。,2. 基团转移反应,二、 磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADP+的调节,6-磷酸葡萄糖脱氢酶为限速酶。NADPH/NADP+，此途径抑制； NADPH/NADP+，此途径激活。 如先天缺乏，可患蚕豆病。,三、磷酸戊糖途径的生理意义在于生成NADPH和5-磷酸核糖,1为核酸的生物合成提供核糖。 2提供NADPH作为供氢

25、体参与多种代谢反应。 NADPH是体内许多合成代谢的供氢体； NADPH参与体内羟化反应； NADPH用于维持谷胱甘肽的还原状态。,第五节 糖原的合成与分解,Glycogen synthesis and catabolism,糖原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。,主要部位： 肝：肝糖原维持血糖水平 肌肉：肌糖原主要供肌肉收缩所需,1. 葡萄糖单位以-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。,（二）合成部位,（一）定义,糖原的

26、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,一、 糖原的合成代谢,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 (

27、 uridine diphosphate glucose , UDPG ),焦磷酸酶,Gn + UDPG,Gn+1 + UDP,糖原合酶,4.-1,4-糖苷键结合,糖原n(Gn) 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)， 作为UDPG 的葡萄糖基的接受体。,UDPG是G的活化形式，是G活性供体。 糖原合成中，每增加一个G单位消耗2个P。 糖原合酶是关键酶。,（四）糖原分支的形成,（四）糖原分支的形成,分支的形成不仅可增加糖原的水溶性，更重要的是可增加非还原端数目，以便磷酸化酶能迅速分解糖原,近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为蛋白-酪氨酸-糖基转移酶(glycogenin

28、)的蛋白质。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，将UDPG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。,糖原引物的第一个糖原分子从何而来？,糖原分解（glycogenolysis）习惯上指肝糖原分解成G。 亚细胞定位：胞浆 磷酸化酶是糖原分解的关键酶 。 肌肉中无葡萄糖-6-磷酸酶 。 糖原的G单位酵解净产生3个ATP。,二、糖原的分解,糖原磷酸化酶,葡萄糖-6-磷酸酶(肝，肾),非还原端,-1,6-糖苷键,糖原磷酸化酶,Glucose,脱支酶的 转移酶活性,脱支酶的作用,脱支酶的 -1,6-糖苷酶活性,脱支酶含有葡聚糖转移酶

29、和-1，6-葡萄糖苷酶两种活性。 在磷酸化酶和脱支酶共同作用下，糖原分解的终产物是G-1-P和葡萄糖。,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-磷酸葡糖之后，由于肌肉组织中不存在葡糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡糖不能转变成葡萄糖释放入血以提供血糖，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。,糖原的合成与分解,G-6-P的代谢,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别构调节二种方式。 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。,1. 糖原磷酸化酶是糖原分

30、解的关键酶,磷蛋白磷酸酶-1,磷蛋白磷酸酶-1,蛋白激酶A,R,R,R： 调节亚基 C： 催化亚基,cAMP,蛋白激酶A,依赖cAMP的蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase, 简称蛋白激酶A，即PKA），其活性受cAMP调节。,cAMP,ATP,AMP,磷酸二酯酶 (phosphodiesterase, PDE),腺苷酸环化酶 (adenylate cyclase, AC),糖原磷酸化酶还受变构调节，葡萄糖是其变构调节剂。,磷酸化酶a二种构象紧密型(T)和疏松型(R)，其中T型的14位Ser暴露，在磷蛋白磷酸酶-1催化下去磷酸而失活。因此，血糖升高时，可降低肝糖

31、原的分解。,2. 糖原合酶是糖原合成的关键酶,磷蛋白磷酸酶-1,蛋白激酶A,糖原合酶a有活性，磷酸化成糖原合酶b后即失去活性。,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,胰高血糖素和肾上腺素升高血糖的机制：通PKA途径抑制糖原合成、促进肝糖原分解，进而升高血糖,糖原合成与分解的生理性调节主要靠胰岛素和胰高血糖素。 胰岛素抑制糖原分解，促进糖原合成，但其机制还未肯定。 胰高血糖素可诱导生成cAMP，促进糖原分解。 肾上腺素也可通过cAMP促进糖原分解，但可能仅在应激状态发挥作用。,肌肉内糖原代谢的调节,在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉

32、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-磷酸葡糖。,Ca2+的升高可引起肌糖原分解增加。,当神经冲动引起细胞内Ca2升高时，Ca2与磷酸化酶b激酶的亚基结合，可以激活磷酸化酶b激酶促进磷酸化酶b磷酸化，加速糖原分解。这样，在神经冲动引起肌肉收缩的同时，即加速糖原分解，以获得肌收缩所需的能量。,小结,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。 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：变构调节和共价修饰调节。 关键酶调节上存在级联效应。 肝糖原和肌糖原代谢调节各有

33、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,四、糖原累积症是由先天性酶缺陷所致,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。,糖原累积症分型,第六节 糖 异 生,gluconeogenesis,概念：由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。 原料：乳酸、甘油、丙酮酸和生糖氨基酸等。 部位：主要在肝脏，其次是肾脏。,一、糖异生途径不完全是糖酵解 的逆反应,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

34、、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。,（一）丙酮酸经丙酮酸羧化支路变为磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,线粒体,胞液,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+。,丙酮酸,苹果酸,NADH + H+,NAD+,天冬氨酸,谷氨酸,-酮戊二酸,草酰乙酸,线粒体,胞液,乳酸,NAD+,NADH + H+, 由丙酮酸或生糖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。,丙酮酸,苹果酸,NADH

35、 + H+,NAD+,草酰乙酸,线粒体,胞液,生糖氨基酸,NAD+,NADH + H+,（二）1,6-二磷酸果糖转变为6-磷酸果糖,（三）6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,底物循环：作用物的互变反应分别由不同的酶催化其单向反应，这种互变循环称为底物循环(substrate cycle)。 当两种酶活性相等时，就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)。,各种物质的糖异生,乳酸丙酮酸； Ala 丙酮酸； 生糖氨基酸 TCA循环中的各种羧酸草酰乙酸； 甘油3-磷酸甘油磷酸二羟丙酮。,糖异生要点, 2分子乳酸或丙酮酸异生成G共消耗6个ATP。 糖异生

36、途径的四个关键酶：丙酮酸羧化酶（辅基为生物素）、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖双磷酸酶-1和葡萄糖-6-磷酸酶,二、糖异生的调节通过对2个底物循环的调节与糖酵解调节彼此协调,胰高血糖素通过cAMP和蛋白激酶A，使6-磷酸果糖激酶-2磷酸化而失活，降低肝细胞内2,6-双磷酸果糖的水平，从而促进糖异生而抑制糖的分解；胰岛素的作用相反 2,6-二磷酸果糖的水平是肝内调节糖的分解或糖异生反应方向的主要信号。,胰高血糖素促进糖异生，抑制糖分解。 胰岛素则作用相反。,三、糖异生的生理意义主要在于维持血糖水平恒定,（一）维持血糖水平的恒定是糖异生最主要的生理作用 （二）糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径

37、（三）肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡,发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸中毒所致。,肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡,体液pH降低，促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，从而使糖异生作用增强。 肾脏中-酮戊二酸因异生成糖而减少时，可促进谷氨酰胺脱氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脱氨反应，肾小管细胞将NH3分泌入管腔中，与原尿中H+结合，降低原尿H+的浓度，有利于排氢保钠作用的进行，对于防止酸中毒有重要作用。,四、肌中产生的乳酸运输至肝进行糖异生形成乳酸循环,当肌肉在缺氧或剧烈运动时，肌糖原经酵解产生大量乳酸，通过血液循环运到肝脏，在肝内异生为葡萄糖，葡萄糖可再经血液返回肌肉利用，这个循环称为

38、乳酸循环，也叫Cori循环。 意义：防止酸中毒；利于乳酸再利用。 2分子乳酸异生成G共消耗6个ATP。,乳酸循环,糖异生活跃 有葡萄糖-6磷酸酶,糖异生低下 没有葡萄糖-6磷酸酶,丙酮酸的代谢去路,思考题1： 1mol草酰乙酸彻底氧化净生成多少molATP，阐述计算依据及所经过的代谢途径。,草酰乙酸,PEP,丙酮酸,乙酰CoA,三羧酸循环,GTP,ATP,2.5 ATP,10 ATP,12.5 ATP,思考题2： 1mol谷氨酸(-酮戊二酸)彻底氧化净生成多少molATP，阐述计算依据及所经过的代谢途径。,22.5 ATP,谷氨酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,2.5 A

39、TP,2.5 ATP,+ ATP,1.5 ATP,2.5 ATP,第八节 血糖及其调节,Blood Sugar and Its Regulation,一、血糖的来源和去路是相对平衡的,二、血糖水平的平衡主要是受到激素调节,（一）胰岛素是体内唯一降低血糖的激素 （二）机体在不同状态下有相应的升高血糖的激素 胰高血糖素是体内主要升高血糖的激素 糖皮质激素引起血糖升高 肾上腺素是强有力的升高血糖的激素,三、血糖水平异常及糖尿病是最常见的糖代谢紊乱,（一）低血糖是指空腹血糖浓度低于3.0mmol/L （二）高血糖是指空腹血糖高于6.9mmol/L （三）糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病 空腹葡萄糖受损(IFG) ：空腹血糖在6.27.0mmol/L 糖耐量异常(IGT) ：OGTT试验2小时后7.811.1mmol/L 空腹血糖7.0mmol/L 或者餐后2小时血糖11.1mmol/L,