《糖代谢78学时》PPT课件.ppt

病 例,陈某 男性 55岁 工人 增城人 主诉：全身无力，头晕，手麻，走路障碍. 病史：近几年来感全身疲乏，经常头晕，食欲好，食量大，易饿，喝水多，尿多但体重由110多斤减到80多斤。最近，忽感到心前区痛，右侧手发麻，右下肢走路障碍。,临床检验,血糖：28mmol/L (3.8-6.1) 尿糖：22mmol/L （无） 尿酮体：1.5mmol/L (低于0.2) 糖化血红蛋白：20（4.7-8.1) 血脂.甘油三脂.HDL.LDL都明显高于正常。 诊断：糖尿病型伴脑血栓。,考虑问题,1.这是一种什么病？是如何引起的？ 2.为什么会出现“三多一少”症状？生化机理如何？,第四章 糖代谢,第一节 糖代谢概述 (了解） 第二节 糖的无氧分解（掌握） 第三节 糖的有氧氧化 （掌握） 第四节 磷酸戊糖途径（掌握生理意义 ） 第五节 糖原的合成与分解（掌握） 第六节 糖异生（掌握） 第七节 血糖及其调节（熟悉）,第一节 概述,一、糖的生理功能 二、糖的消化和吸收 三、糖代谢的概况,一。糖的生理功能,1。氧化供能。 2。糖是机体重要的碳源。糖可转变成其他的含碳化合物，如氨基酸、脂肪酸、核苷等。 3。糖是组成人体组织结构的重要成分。 4。糖还有其他的一些特殊功能.体内还有一些具有特殊生理功能的糖蛋白.,二、糖的消化吸收,糖的吸收部位 ： 小肠上段。 各种单糖的吸收速率： 葡萄糖 100 D-半乳糖 110 D-果糖 43 D-甘露糖 19 吸收原理 ： 葡萄糖的吸收主要是载体参与的 需 Na+ 和耗能的主动转运过程。,图 淀粉 的消化,血糖,三、糖代谢概况,食物糖,消 化,葡萄糖,吸收,(肝脏),葡萄糖,肝糖原,合成,分解,乳酸,糖异生,(血液),肌糖原,葡萄糖,合 成,有氧氧化,CO2+H2O+ATP,糖酵解,乳酸+ATP,血乳酸,(肌肉),转变为 其他物质,(大量),(少量),学习技巧,1。概念； 2。反应过程：反应阶段、起始物 终产物 限速酶、 重要的脱氢反应（NAD+、FAD递氢体）产能与耗能反应； 3。反应部位：器官，细胞内定位； 4。生理意义：如生成ATP的数量； 5。代谢调节：主要调节点，主要变构抑制剂、变构激活剂。,第二节 糖酵解(glycolytic pathway),定义 ： 葡萄糖和糖原在不需氧的条件下分解生成乳酸和ATP的过程称为糖的无氧分 解。由于此过程与酵母菌生醇发酵的过程基本相似，故又称为糖酵解。 反应部位 ： 胞液 反应过程关键酶（限速酶） 己糖激酶 磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶,一、糖酵解的反应过程,糖酵解的代谢反应过程分为两个阶段： 第一阶段:由葡萄糖分解成丙酮酸的过程 第二阶段:丙酮酸转变成乳酸的过程 (一)葡萄糖分解成丙酮酸 1葡萄糖磷酸化成为6磷酸葡萄糖,己糖激酶,己糖激酶是限速酶,肝细胞存在的是型同工酶，称为葡萄糖激酶。 两者有三点不同。 26-磷酸葡萄糖转变为6磷酸果糖,磷酸己糖异构酶,36-磷酸果糖转变为1，6-双磷酸果糖,由6-磷酸果糖激酶-1催化， 6-磷酸果糖激酶-1是限速酶,4磷酸己糖裂解成2个磷酸丙糖,醛缩酶,5磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶,63-磷酸甘油醛氧化为1，3-二磷酸甘油酸,71，3二-磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,糖酵解过程中第一个产生ATP的反应。 底物水平磷酸化：将底物的高能磷酸基直接转移给ADP生成ATP.（这种ADP或其它核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，被称为底物水平磷酸化作用。）,83磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,92-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,10磷酸烯醇式丙酮酸转变成ATP和丙酮酸,反应由丙酮酸激酶催化，这是糖酵解途径中第二次底物水平磷酸化。 丙酮酸激酶是限速酶,丙酮酸激酶,（二）丙酮酸转变成乳酸,丙酮酸还原成乳酸所需的氢原子由NADH+H+提供，来自上述第6步反应中的3-磷酸甘油醛的脱氢反应。在缺氧情况下，这对氢用于还原丙酮酸生成乳酸，NADH+H+重新转变成NAD+，糖酵解才能继续进行。,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,糖原,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,1,3-二磷酸甘油酸2,磷酸烯醇式丙酮酸2,烯醇式丙酮酸2,丙酮酸2,乳酸2,(胞液),己糖激酶,磷酸果糖激酶,3-磷酸甘油酸2,2-磷酸甘油酸2,2ADP,2ATP,丙酮酸激酶,NAD+,NADH+H+,NADH+H+,ADP,ATP,ADP,ATP,脱氢酶,2ATP,2ADP,糖酵解,NADH+H+,NAD+,（三）糖酵解反应特点,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 22-1= 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）,二、糖酵解调节,通过别构剂和激素对糖酵解的三个不可逆反应的限速酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶的活性进行调节，使糖酵解的速率与机体的能量需求相适应。,(一)-磷酸果糖激酶-1（最重要）： 1）变构调节： 变构抑制剂：ATP、柠檬酸 变构激活剂：AMP、ADP 、 1,6-双磷酸果糖、 2,6-双磷酸果糖（最强） 2）共价修饰调节： cAMP-蛋白激酶途径： 激素受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP激活依赖cAMP蛋白激酶靶蛋白磷酸化,（二）丙酮酸激酶 1）变构调节 变构抑制剂：ATP、丙氨酸（肝） 变构激活剂：1,6-双磷酸果糖 2）共价修饰调节 激素：依赖cAMP蛋白激酶（胰高血糖素） 依赖Ca+-钙调蛋白的蛋白激酶 丙酮酸激酶磷酸化而失活,（三）己糖激酶、葡萄糖激酶 己糖激酶：变构抑制剂：6-磷酸葡萄糖 萄糖激酶：变构抑制剂：长链脂酰CoA 胰岛素可诱导合成 调节小结 细胞内：ATPATP/AMP(ADP) 变构调节 （能量调控） 细胞外：血糖激素 共价修饰调节 （维持血糖水平） 组织：ATP/AMP比例影响活性 -磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶,肝：血糖： 胰高血糖素分泌2,6-双磷酸糖合成糖酵解乙酰CoA 脂酸合成 胰岛素分泌葡萄糖激酶合成糖原合成,三、糖 酵 解的生理意义,1.缺氧条件下,能迅速为生命活动提供能量. 1mol G 经糖酵解可净生成2mol ATP 1mol G n的G单位经糖酵解可净生成3mol ATP 2.是机体某些组织获能或主要获能的方式。 如： 视网膜、神经、等的重要获能方式； 成熟红细胞几乎完全依赖糖酵解供应能量。 3.乳酸的利用。 可通过乳酸循环在肝脏异生为糖。,第三节 糖的有氧氧化,定义 ：葡萄糖或糖原在有氧条件彻底氧化成二氧化碳和水，并产生大量ATP的过程称为糖的有氧氧化。 反应部位 胞液和线粒体。 生理意义 ： 1. 一般状况下人体大多数组织获能的主要方式。 2. 是糖、脂肪和氨基酸在体内氧化功能的共同通路，也是它们的互变枢扭。,糖原或 葡萄糖,丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,三羧酸循环,CO2+H2O+ATP,有氧氧化,(胞液),(线粒体),乳酸,糖酵解,糖的有氧氧化概况,一、有氧氧化的反应过程 糖的有氧氧化大致可分为三个阶段 第一阶段：葡萄糖循糖酵解途径分解成丙酮酸。 第二阶段：丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧生成乙酰CoA。 第三阶段：三羧酸循环 第四阶段：氧化磷酸化,(一)丙酮酸的氧化脱羧,总反应式为： 丙酮酸+NAD+HSCoA 乙酰CoA+NADH+H+CO2 丙酮酸脱氢酶复合体： 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) 辅酶：TPP、硫辛酸、FAD、NAD+及CoA,丙酮酸脱氢酶系 丙酮酸+COA 乙酰COA+CO2 NAD+ NADH+H+,2,丙酮酸脱氢酶复合体的组成和作用,蛋白酶 辅酶 含维生素 作用 E1 TPP 硫胺素(B1) 结合羟乙基 产生CO2 E2 硫辛酸 转移乙酰基 HSCoA 泛酸 转移乙酰基 生成乙酰CoA E3 FAD 核黄素(B2) 传递氢 NAD+ 尼克酰胺(PP) 传递氢,CO2,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,丙酮酸,（二）三羧酸循环,概念：从乙酰CoA与草酰乙酸缩合成含三个羧基的柠檬酸开始，通过一系列代谢反应，乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程。 部位：线粒体 限速酶：柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体,1三羧酸循环的反应过程 (1)柠檬酸的形成：乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸。反应由柠檬酸合酶催化,柠檬酸合酶是限速酶,（2） 异柠檬酸的形成：柠檬酸与异柠檬酸的异构化可逆互变反应 酶：顺乌头酸酶,第一次氧化脱羧： 生成 1 NADH+H+,异柠檬酸脱氢酶是限速酶,第二次氧化脱羧： 生成一高能硫酯键和 2 NADH+H+,-酮戊二酸脱氢酶复合体是限速酶,(5) 底物水平磷酸化反应： 酶：琥珀酰CoA合成酶。 底物水平磷酸化，是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。,（6） 琥珀酸脱氢生成延胡索酸： 酶：琥珀酸脱氢酶 该酶结合在线粒体内膜上.其辅酶是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：苹果酸脱氢酶 3NADH+H+,柠檬酸合成酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,乙酰CoA,CO2 2H,CO2 2H,2H,2H,GTP,草酰乙酸,三羧酸循环的特点,1。有氧，产物为NADH，FAD,（ATP）CO2，H2O。 2。是主要产能途经，1分子乙酰COA通过四次脱氢一次底物水平磷酸化共产生10分子ATP。 3。为单向不可逆反应，三个限速酶为柠檬酸合成酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶复合体。 4。需不断补充中间物。,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，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。,草酰乙酸的来源如下：,2.三羧酸循环的生理意义,1）是糖、脂肪、氨基酸的最终代谢通路；氧化供能的主要途径 2）是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽,二，三羧酸循环的反应过程总结：,：,脱氢反应共有4次。其中3次脱氢由NAD+接受，1次由FAD接受，三羧酸循环本身每循环一次只能以底物水平磷酸化生成1个高能磷酸键,用14C标记乙酰CoA进行的实验发现，CO2的碳原子来自草酰乙酸而不是乙酰CoA,四、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 -酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶,丙酮酸脱氢酶复合体的调节,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。这两种情况见于饥饿、大量脂酸被动员利用时，这时糖的有氧氧化被抑制，大多数组织器官利用脂酸作为能量来源以确保脑等重要组织对葡萄糖的需要。,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,三羧酸循环的调节,五、巴斯德效应是指糖有氧氧化抑制糖酵解的现象,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的现象。,第四节 磷酸戊糖途径,定义 ：以6-磷酸葡萄糖开始，在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，进而代谢生成磷酸戊糖为中间代谢产物，故将此过程称为磷酸戊糖途径。 反应部位 ： 胞液。 反应过程： 两个阶段： 第一阶段是氧化反应，生成磷酸戊糖、 NADPH及CO2 第二阶段则是非氧化反应，包括一系列基团 转移。,一、磷酸戊糖途径的反应过程,1磷酸戊糖生成,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,酶： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 异构酶 差向异构酶 产物：1分子磷酸戊糖 细胞中合成代谢消耗的 2分子NADPH NADPH远比核糖需要量 1分子CO2 大，因此葡萄糖经此途 径生成了多余的核糖 2基团转移反应 第二阶段反应的意义就在于通过一系列基团转移反应，将核糖转变成6磷酸果糖和3磷酸甘油醛而进入糖酵解途径。,5-磷酸核糖,6-磷酸葡萄糖3,二，生理意义,（一）为核酸的生物合成提供5-磷酸核糖 （二）提供NADPH参与多种代谢反应,NADPH的主要功能,1。作为供氢体参与体内多种生物合成反应 2。是谷胱甘肽还原酶的辅酶 3。参加肝脏生物转化反应 4。参与体内嗜中性粒细胞及巨噬细胞在吞噬细菌后产生超氧阴离子的反应，有杀菌作用。,第五节 糖原的合成与分解,一。糖原的合成 二。糖原分解 三。糖原合成与分解的调节 四。生理意义,糖 原 (glycogen)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。,糖原的定义：,糖原储存的主要器官及其生理意义：,（一）定义 ： 利用单糖（葡萄糖和少量果糖、半乳糖）合成糖原的过程。 器官和部位 ： 肝脏和肌肉是合成糖原的主要器官（胞液） 反应的关键酶 ： 糖原合成酶,一。糖原合成,反应过程,糖原合酶,(二）反应过程,1。G +ATP 6-P-G+ADP 2。 6-P-G 1-P-G 3。 1-P-G+UTP UDPG 4.UDPG+Gn UDP+（ Gn+1G） 糖原合成酶,当糖链长度达到12-18个葡萄糖基时，分支酶将一段糖链约67个葡萄糖基转移到邻近的糖链上，以-1，6糖苷键相接，从而形成分支 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，以便磷酸能迅速分解糖原。,（三）糖原的合成反应特点,1。糖原合成是耗能过程，需要糖原引物分子， 2。糖原合成酶只能增加糖链，不能形成分支，需分支酶协助。 3。关键酶 ： 糖原合成酶 4。 UDPG是葡萄糖基的供体。,二。糖原分解,（一）定义 ：肝糖原分解为葡萄糖以补充血糖的过程。 作用器官和部位： 肝糖原可以直接分解补充血糖，肌肉缺乏葡萄糖6-磷酸酶，肌糖原不能分解为葡萄糖，产生的6-磷酸葡萄糖科经糖酵解转变为乳酸。 关键酶 ： 磷酸化酶,（二）反应过程,1。 Gn 1-P-G+ Gn-1 磷酸化酶 2。1-P-G 6-P-G 3。6-P-G G,距离 -1，6-糖苷键分支处有4个葡萄糖残基时磷酸化酶停止作用，由 -1，4-葡聚糖转移酶催化，将 -1，4-糖苷键连接的3个葡萄糖残基转移到主链的非还原端，将分支点暴露出来，被 -1，6-葡萄糖苷酶水解为游离的葡萄糖。除去分支后，磷酸化酶即可继续发挥作用。,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,三、糖原合成与分解的调节,主要是对糖原合成酶与磷酸化酶的快速调节有别构调节和共价修饰两种方式。 别构调节: 糖原合成和分解的两个关键酶糖原合酶和磷酸化酶的别构效应物主要为ATP，AMP及6-磷酸葡萄糖。磷酸化酶激酶的亚基是钙调蛋白，胞液内Ca2+浓度升高可激活磷酸化酶激酶。,(无活性) 磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P (无活性),(无活性) 磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,四、糖原累积症,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。,第六节 糖异生,概念 ：由非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。非糖物质有生糖氨基酸、乳酸和甘油等。 作用部位 ：肝、肾 糖异生途径 ： 从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程称为糖异生途径。,一、糖异生途径,糖异生途径基本上是糖酵解途径的逆过程，但由于糖酵解有三个不可逆反应而构成三个“能障”，因此必须由另外的酶（限速酶）催化才能绕过这三个“能障”实现糖异生。,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,糖原,葡萄糖6-磷酸酶,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,果糖二磷酸酶,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟 丙酮,3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,(线粒体基质),丙酮酸羧化酶,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,乳酸,(胞液),线粒体内膜,甘油,糖异生的关键酶,丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 果糖二磷酸酶 葡萄糖-6-磷酸酶,Gluconeogensis,1丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸,第一个反应的酶：丙酮酸羧化酶 （线粒体） 辅酶：生物素 需消耗ATP 第二个反应的酶：磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 （线粒体和胞液） 反应中消耗一个高能磷酸键 反应共消耗2个ATP,21，6双磷酸果糖转变为6-磷酸果糖 酶：果糖双磷酸酶-1,36-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖 酶：葡萄糖6-磷酸酶,三，糖异生的生理意义,1。空腹或饥饿时、维持血糖浓度的恒定。 2。补充糖原储备。 3。回收和再利用乳酸，调节酸碱平衡。,四、乳酸循环,定义：肌通过糖酵解生成乳酸，乳酸通过细胞膜弥散进入血液后，再人肝，在肝内异生为葡萄糖。葡萄糖释人血液后又可被肌肉摄取，这就构成了一个循环，此循环称为乳酸循环，也叫作Cori循环。 生理意义：避免损失乳酸以及防止因乳酸堆积引起酸中毒。,骨骼肌,血液,肝 脏,肌糖