糖代谢2011.ppt

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1、糖（carbohydrate ） 姬晓南 ,糖的定义：多羟基醛，多羟基酮或其衍生物，或水解能产生这类化合物的物质 生物学功能：生物体的结构成分；主要能源物质；其他物质前体；细胞识别的信息分子。 按聚合度分类：单糖（monosaccharide） 寡糖(oligosaccharide） 多糖(polysaccharide)。,单糖：不能被水解为更小分子的糖。 重要单糖：a.三碳糖：甘油醛，二羟丙酮 b.戊糖：核糖，脱氧核糖 c.己糖：D-葡萄糖（glucose）， D-果糖(fructose)，D-半乳糖, L-山梨糖 d.糖醇：山梨醇,寡糖：由2-6个单糖分子缩合的短链结构的糖。,常见二糖：蔗

2、糖(sucrose)、乳糖、麦芽糖 常见三糖：棉子糖=葡萄糖+半乳糖+果糖,多糖：由很多单糖单位构成的糖类物质,多糖的分类： a.来源：植物多糖、动物多糖、微生物多糖、海洋生物多糖、人工合成多糖 b.生理功能 ：贮存多糖、结构多糖 c.构成成分：单纯多糖、复合多糖、黏多糖,重要多糖的结构和功能,1.淀粉(starch)：直链淀粉，由单个葡萄糖以（14）糖苷键缩合，卷曲成螺旋状。 b.支链淀粉，以（14）糖苷键构成糖链以外，在支点处存在（16）糖苷键。 c.淀粉的消化，淀粉糊精寡糖葡萄糖，相应的淀粉酶有： -淀粉酶， -淀粉酶，葡萄糖淀粉酶， -1,6-糖苷酶,2.糖原(glycogen)：动物

3、的一种能源储存形式。主要存在于肝脏，骨骼肌中。 3.葡聚糖（右旋糖酐）(dextran) 4.纤维素(cellulose) 5.琼脂 6.几丁质 7.透明质酸 8.肝素,结合糖：糖与非糖物质的共价结合，有糖蛋白，糖脂，蛋白聚糖。,生物学功能： 1.对于细胞识别和信号传递具有关键意义。 2.是细胞膜的组成成分。 3.对于外来组织的细胞识别有一定作用。 4.对于自体免疫系统具有重要意义。,糖类,寡糖,多糖,同多糖,杂多糖,复合糖,单糖,糖的消化,糖的来源包括植物淀粉、动物糖原、乳糖、麦芽糖等。淀粉经- 淀粉酶（唾液和胰液中）降解 1，4糖苷键，得到麦芽糖，麦芽三糖（由-葡萄糖苷酶进一步水解），异麦

4、芽糖和-临界糊精（由-临界糊精酶进一步水解），最后终产物为葡萄糖。,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）,-极限糊精+异麦芽糖 （30%） （5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡糖苷酶,-极限糊精酶,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,糖的吸收,糖以单糖形式（D-葡萄糖，D-果糖，D-半乳糖）在小肠被吸收，经由小肠腔上表皮细胞膜内的Na+ -单糖协同转运系统（ D-葡萄糖， D-半乳糖）和易化扩散系统（ D-果糖）转运入细胞。经门静脉进入肝，一部分变为肝糖原，另一部分葡萄糖经肝静脉进入血液循环运送到全身组织，血液中的葡萄糖称为血糖，是糖在体内的运输形式。,ADP

5、+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,各种组织细胞,代谢(metabolism)的概述,代谢:营养物质在生物体内所经历的一切化学变化总称为新陈代谢. 代谢是高度协调高度整合的网络。 包括分解代谢（catabolism）和合成代谢(anabolism)。 分解代谢=大分子小分子+能量释放。 合成代谢=小分子大分子+能量消耗,葡萄糖,丙酮酸,H2O + CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、

6、甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,淀粉,葡萄糖代谢概况,糖的分解代谢,糖酵解在细胞胞液中进行（无氧条件），是葡萄糖经过酶催化作用降解成丙酮酸，并伴随生成ATP的过程。它是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径。 三羧酸循环在线粒体中进行（有氧条件）。在有氧条件下，糖酵解生成的丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环被氧化成CO2和H2O。酵解过程中产生的NADH，则经呼吸链氧化产生ATP和H2O。 所以，糖酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。如果供氧不足，NADH不进入呼吸链，而是把丙酮酸还原成乳酸。,葡萄糖+ATP,6-磷酸-葡萄糖+ADP,6-磷酸-果糖+ATP,1，6-二磷酸-果糖

7、+ADP,磷酸二羟丙酮,3-磷酸-甘油醛+NAD,第一阶段,1，3-二磷酸甘油酸+NADH,3-磷酸甘油酸+ATP,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸+ADP,丙酮酸+ATP,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,糖酵解的生理意义,是机体相对缺氧时生理获得能量的主要途径。 是某些组织在有氧时获得能量的有效方式。 是肌肉即使在有氧条件下进行收缩时迅速获得能量的主要途径。 为合成某些物质提供前体。,糖酵解的调节机制,已糖激酶的调节（重要调节位点）：受6磷酸葡萄糖的别构抑制，葡萄糖激酶受胰岛

8、素诱导合成。 （激酶：从高能供体分子（如ATP）转移磷酸基团到特定靶分子（底物）的酶。） 丙酮酸激酶的调节： 1，6二磷酸果糖别构激活，ATP、丙氨酸别构抑制，胰高血糖素的磷酸化修饰抑制。,糖酵解的调节机制,磷酸果糖激酶-1的调节（主要调节位点）： 调节机制：可逆变构调节，酶的共价修饰调节。 抑制剂：ATP，柠檬酸，脂肪酸抑制,H+； 激活剂：2，6二磷酸果糖， 6-磷酸果糖 2，6二磷酸果糖（磷酸果糖激酶-2,去磷酸化） 2，6二磷酸果糖 6-磷酸果糖（果糖二磷酸酶，磷酸化） 磷酸果糖激酶-2 果糖二磷酸酶 胰高血糖素和胰岛素主导的共价修饰调节 激活剂：1，6二磷酸果糖,AMP激活。,蛋白激

9、酶,蛋白磷酸酶,糖酵解的总反应式和ATP的产生,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O 无氧条件下酵解产生2分子ATP,有氧条件下NADH进入呼吸链氧化，因此一分子葡萄糖酵解共产生6-8分子ATP。 生理意义：迅速提供能量。,丙酮酸的去路,1.变成乙酰CoA,有氧条件下丙酮酸进入线粒体变成乙酰CoA参加三羧酸循环，最终氧化成CO2和H2O 2.生成乳酸，无氧条件下，丙酮酸接受3-磷酸甘油醛脱氢酶形成的NADH上的氢，在乳酸脱氢酶催化下形成乳酸。 丙酮酸+NADH+ H+乳酸+NAD+ 总反应式：葡萄糖+2Pi+2ADP2乳酸+2ATP+2H2O,3.

10、生成乙醇： 总反应式：葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+ 2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O,丙酮酸的有氧氧化-三羧酸循环,葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，在有氧条件下，将进入三羧酸循环进行完全氧化，生成H2O 和CO2，并释放出大量能量。丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段： 第一 阶段：丙酮酸的氧化脱羧（丙酮酸 乙酰辅酶A，简写为乙酰CoA） 第二阶段：三羧酸循环（乙酰CoA H2O 和CO2，释放出能量）,（1）丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。 丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下，脱羧形成乙酰CoA。丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂

11、的多酶体系，主要包括：三种不同的酶（丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酸乙酰转移酶E2和二氢硫辛酸脱氢酶E3），和6种辅因子（TTP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和Mg2+）。 丙酮酸+HS-CoA+NAD 乙酰CoA+CO2+NADH+H+,丙酮酸脱氢酶系,酶系调节机制,产物反馈抑制：乙酰辅酶A和NADH 核苷酸反馈调节：ATP/ADP或AMP 可逆磷酸化共价调节 激素调节：胰高血糖素/胰岛素,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

12、）,-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）,NAD（P）H,CO2,NADH,CO2,GTP,FADH2,NADH,H2O,H2O,H2O,H2O,柠檬酸代谢的生物意义,柠檬酸循环具有分解代谢和合成代谢双重作用，既大量产能，也可以为其他物质的合成提供碳骨架。,柠檬酸循环的调控,关键酶：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，a-酮戊二酸脱氢酶。 1.生成产物的浓度抑制，即乙酰辅酶A，柠檬酸，NADH。 2.ATP,ADP和Ca 2+对柠檬酸循环的调节。 巴斯德效应，反巴斯德效应,TCA循环的回补反应,1

13、.丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸 2.磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸激酶的催化下形成草酰乙酸 3.转氨作用将天冬氨酸和谷氨酸转变为草酰乙酸和-酮戊二酸。,葡萄糖+ATP,6-磷酸-葡萄糖+ADP,6-磷酸-果糖+ATP,1，6-二磷酸-果糖+ADP,磷酸二羟丙酮,3-磷酸-甘油醛+NAD,第一阶段,1，3-二磷酸甘油酸+NADH,3-磷酸甘油酸+ATP,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸+ADP,丙酮酸+ATP,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,-磷酸甘油穿梭 （gly

14、cerol- -phosphate shuttle） 部位脑、骨骼肌 催化酶磷酸甘油脱氢酶（FAD） 2.苹果酸-天冬氨酸穿梭 （malate-aspartate shuttle） 部位肝、心肌 催化酶苹果酸脱氢酶（NAD+）、谷草转氨酶,糖分解代谢ATP的计算,糖酵解的ATP:第一部分消耗ATP=2个 第二部分生成ATP=2121=4个 净生成ATP=42=2个 产生NADH=2 1，进入呼吸链后得ATP=4-6个 一共得ATP=6-8个 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。 共得ATP= 3个

15、NADH*3+ 1个FADH2*2+ 1个GTP=12个ATP 1分子糖彻底氧化产生12（16）个+12*2个=36（38）个ATP,磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）,磷酸戊糖途径可分为氧化阶段和非氧化阶段。 第一阶段6-磷酸葡萄糖脱氢脱羧生成5-核糖。 第二阶段磷酸戊糖分子重排，产生不同碳链长度的磷酸单糖，进入酵解途径。,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

16、,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,CO2,6,Pi,1,H+,6,H+,6,+,+,非氧化阶段,HO2,6,生理意义： 产生NADP，为生物合成提供还原力。 生成磷酸戊糖进入核酸代谢。 NADPH使红细胞中还原谷胱苷肽再生，对维持红细胞还原性有重要作用。 该途径是植物光合作用中从CO2合成葡萄糖的部分途径。 个别情况下为细胞供能。,糖的异生,糖的异生（gluconeogenesis)即形成“新”糖的意思，指从非糖物质合成葡萄糖的过程。 体内进行糖异生补充血糖的主要器官是肝，肾脏在正常情况下糖异生能力只有肝脏的1

17、/10，在长期饥饿时肾脏糖异生能力可以大为增强。 从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程称为糖异生途径（gluconeogenesis pathway）,糖异生的生理意义,糖的异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。 在饥饿、剧烈运动造成糖原下降后，糖异生使酵解产生的乳酸、脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖，这对维持血糖浓度，满足组织对糖的需要是十分重要的。同时对肝糖原进行补充，以及调节机体酸碱平衡。,丙酮酸,乳酸,氨基酸,草酰乙酸,磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸-甘油酸,3-磷酸-甘油酸,1，3-二磷酸-甘油酸,3-磷酸-甘油醛,磷酸二羟丙酮,甘油,1，6-二磷酸-果糖,6-磷

18、酸-果糖,6-磷酸-葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸 羧化酶,果糖-1，6 二磷酸酶,葡萄糖-6 -磷酸酶,磷酸烯醇式 丙酮酸羧激酶,糖异生作用和酵解作用的代谢协调控制,1.高浓度的6-磷酸葡萄糖抑制已糖激酶，活化葡萄糖6-磷酸酶，从而抑制酵解促进糖异生。 6-磷酸果糖与1，6-二磷酸果糖的转化是酵解与糖异生的控制点。 丙酮酸向磷酸烯醇式丙酮酸的转化在糖异生中由丙酮酸羧化酶调节，酵解中由丙酮酸激酶调节。乙酰CoA和激活前者，抑制后者；ADP激活后者，抑制前者。 激素的调控。,乳酸循环(cori循环),葡萄糖,丙酮酸,乳酸,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸,葡萄糖,NADH,NADH,肝,血液,肌肉,糖异生,糖

19、酵解,丙酮酸,线粒体,胞液,糖异生的能量结算,糖异生的总反应式： 2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+4H2O 葡萄糖+2NAD+4ADP+2GDP+6Pi,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(substrate cycle)。,第一个底物循环在6-磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间进行,糖异生的调节与糖酵解的调节彼此协调,在磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间进行第二个底物循环,糖异生途径的前体物质,可生成丙酮酸的物质均可变成葡萄糖。 生糖氨基酸可转变能为丙酮酸、a-酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循环的中间产物进行糖异生。 肌肉剧烈运动后

20、产生的大量乳酸在肝脏被氧化为丙酮酸参加糖异生途径，变成葡萄糖，在进入血液运送到肌肉中，即Cori循环。 奇数脂肪酸可转变为琥珀酰CoA加入糖异生途径。,糖原的合成与分解,糖原是动物体内糖的储藏形式。 糖原作为葡萄糖储备的生物学意义在于当机体需要葡萄糖时可以被迅速动用以被急需。糖原的分解和合成速度直接影响血糖水平。 肝和肌肉是储藏糖原的主要组织器官，肝糖原总量约70100g，肌糖原约为180300g。肌糖原主要供肌收缩时能量的需要，肝糖原则是血糖的重要来源。,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

21、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,糖原的分解,糖原磷酸解为1-磷酸葡萄糖。（磷酸化酶，调节点） （葡萄糖）n+H3PO4 （葡萄糖）n-1 +1-磷酸葡萄糖,脱枝酶（debranching enzyme)催化分支点的1，6糖苷键断裂。 去分支酶是一种双功能酶，即可催化两种反应，第一：4-a葡萄糖转移酶活性；第二：1，6-葡萄糖苷酶活性。,1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 （磷酸葡萄糖变位酶） 6-磷酸葡萄糖+H2O 葡萄糖+Pi （葡萄糖-6-磷酸酶）(肝糖原特有),糖原的合成,葡萄糖的磷酸化：葡萄糖+ATP 6-磷酸葡萄糖+ADP(己糖激

22、酶) 6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖变位酶）,* UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,+,3. 1- 磷酸葡糖转变成尿苷二磷酸葡糖,1- 磷酸葡糖,尿苷二磷酸葡糖 ( uridine diphosphate glucose , UDPG ),4. -1,4-糖苷键式结合,分支链形成：分支酶（branching enzyme)转移约7个葡萄糖基至临近糖链上，以1，6糖苷键连接形成分支。,糖原的合成与分解总图,糖原合成与分解受到彼此相反的调节,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

23、可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,糖原合成酶与糖原磷酸化酶的协调控制,激素通过环状AMP来协调糖原的代谢分解,激素如肾上腺素与靶细胞的质膜上的受体接合，使腺苷酸环化酶活化。 活化的腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP cAMP别构刺激蛋白质激酶的活性 蛋白质激酶使糖原合成酶磷酸化，使之活性降低，同时使磷酸化激酶磷酸化。 磷酸化激酶使糖原磷酸化酶磷酸化，具有活性，加强糖原分解。,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,肝糖原：受血糖浓度控制。 胰高血糖素刺激糖原分解；葡萄糖变构磷酸化酶。 肌糖原：受细胞能荷状态控制。 肾上腺素刺激糖原分解；AMP可

24、变构激活磷酸化酶b，ATP、6-磷酸葡萄糖可变构抑制磷酸化酶a，同时激活糖原合酶。钙离子升高帮助磷酸化酶b转化为磷酸化酶a，刺激糖原分解。,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。,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,血糖的来源和去路是相对平衡的,血糖水平的平衡主要受到激素调节,血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果；也是肝、肌肉、脂肪组织等各器官组织代谢协调的结果. 主要依靠激素的调节，酶水平的调节是最基本的调节方式和基础。,胰岛素是体内唯一降低血糖的激素,胰岛素的分泌受血糖控制，血糖升高立即引起胰岛素分泌；血糖降低，分泌即减少。,胰岛素的作用机制:,机体在不同状态下有相应的升高血糖的激素,血糖降低或血内氨基酸升高刺激胰高血糖素（glucagon）的分泌。,1胰高血糖素是体内主要升高血糖的激素,胰高血糖素的作用机制：,2.肾上腺素是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。,肾上腺素主要在应激状态下发挥调节作用。,