课件：生物化学课件第章糖代谢.ppt

第5章 糖 代 谢,1.掌握糖在体内氧化的三种主要途径及其生理意义；掌握糖异生作用的主要过程及生理意义；掌握血糖的来源、去路。 2.熟悉糖酵解，糖的有氧氧化，糖原合成与分解的关键酶；熟悉血糖浓度的调节。 3.了解糖酵解，糖的有氧氧化的调节；糖原合成与分解的基本过程，调节及生理意义；糖异生的原料和调节；乳酸循环；糖蛋白和蛋白聚糖。,糖是一大类有机化合物,其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物. 可分为 单糖（葡萄糖、果糖） 双糖（蔗糖、乳糖、麦芽糖） 多糖（淀粉、纤维素、糖原）,第一节 概述,HO-CH2,O,H OH,H HO,OH H,H,OH,葡萄糖(Glucose, G),1,2,3,4,5,6,H-C-OH H-C-OH HO-C-H O H-C-OH H-C CH2OH,1,2,3,4,5,6,1.供能 2.机体的重要碳源 3.组织结构的重要成分 4.信息传递 5.特殊功能物质 6.糖的磷酸衍生物,一、糖的生理功能,二、糖的消化吸收和转运,消化：双、多 单，主要消化部位在小肠,淀粉,-淀粉酶,麦芽糖和麦芽三糖（65%）,异麦芽糖和-临界糊精（35%）,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,葡萄糖(glucose),小肠,(蔗糖酶.乳糖酶),人体内因无糖苷酶故不能消化食物中的纤维素。纤维素能促进肠蠕动，起通便排毒作用。 小肠粘膜刷状缘存在的蔗糖酶和乳糖酶等分别水解蔗糖和乳糖。(缺乏乳糖酶：乳糖不耐症),二、葡萄糖的吸收,Na+依赖型葡萄糖转运体（主动吸收）,三、糖的代谢概况,第二节 糖的无氧分解,在缺氧情况下,葡萄糖或糖原生成乳酸和产生少量能量的过程,称之为糖的无氧分解或糖酵解(glycolysis).,一、糖酵解途径可分为两个阶段 第一阶段：丙酮酸生成阶段 第二阶段：丙酮酸转变成乳酸,胞浆,（一）丙酮酸生成阶段,P-O-CH2,O,H OH,H HO,OH H,H,OH,ADP,Mg2+,己糖激酶,（肝内为葡萄糖激酶）,6-磷酸葡萄糖 G-6-P,ATP,ATP,HO-CH2,O,H OH,H HO,OH H,H,OH,葡萄糖G,6,P-O-CH2,O,H OH,H HO,OH H,H,OH,6-磷酸葡萄糖 G-6-P,6,1,ADP,磷酸果糖激酶-1,Mg2+,ATP,ATP,6-磷酸果糖 F-6-P,1,6,O,H OH,HO H,CH2OH OH,P-O-CH2 H,1,6-二磷酸果糖 F-1,6-2P,O,H OH,HO H,CH2O-P OH,P-O-CH2 H,CH2-O- P C O CH2OH H-CO H-C-OH CH2O- P,磷酸二 羟丙酮,3-磷酸 甘油醛,2,1,6-二磷酸果糖 F-1,6-2P,O,H OH,HO H,CH2O-P OH,P-O-CH2 H,底物氧化过程中产生的能量直接将ADP（或GDP）磷酸化生成ATP（或GTP）的过程，称之为底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）,3-磷酸甘油醛,COOH CHOH CH2O- P,3-磷酸甘油酸,2,3,1,K+、Mg2+,CH2 CHOH COOH,乳酸脱氢酶LDH,乳酸,CH2 C O COOH,丙酮酸,(二)丙酮酸转变成乳酸,保证糖酵解继续进行,二、糖酵解的反应特点： 1、 1分子葡萄糖经糖酵解产生2分子乳酸,反应在胞浆进行 2、在缺氧的情况下，3-磷酸甘油醛转变为1,3-二磷酸甘油酸时生成的NADH+H+为丙酮酸转变成乳酸时提供氢 3、耗能：2ATP。2次底物水平磷酸化（2个反应过程、2个含高能磷酸键的化合物）产能：4ATP。净生成2ATP 4、三步不可逆反应（关键酶 ）： 己糖激酶（葡萄糖激酶） 6-磷酸果糖激酶1 丙酮酸激酶,对关键酶的调节 1.激素（诱导、共价修饰） 2.代谢物（变构调节） 底物促进，产物抑制,三、糖酵解途径的调节,四、糖酵解的生理意义,1、是机体缺氧、剧烈运动肌肉局部缺血迅速获得能量的方式。 2、红细胞、白细胞、神经和骨髓等代谢通常由糖酵解提供能量。 3、某些病理情况下供能的方式,第三节 糖的有氧氧化,定义：葡萄糖或糖原在有氧条件下彻底氧化生成H2O、CO2，并释放大量能量的过程，称糖的有氧氧化（aerobic oxidation）。,1、糖酵解途径=糖酵解过程的丙酮酸生成阶段 丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧成乙酰CoA 三羧酸循环及氧化磷酸化,2、,胞浆,线粒体,3、,一、反应过程分三个阶段,（一）G丙酮酸,C C O CH3,（二）丙酮酸氧化脱羧为乙酰CoA,+ HSCoA + CO2,NAD+ NADH+H+,丙酮酸脱氢 酶复合体,丙酮酸,OO,H,乙酰CoA,CH3,CO SCoA,线粒体内,丙酮酸脱氢酶复合体,2、含六种辅助因子: 硫胺素焦磷酸(TPP) 硫辛酸 FAD NAD+ HSCoA Mg2+,1 、三种酶: 丙酮酸脱氢酶 二氢硫辛酰胺转乙酰酶 二氢硫辛酰胺脱氢酶,组成,O CH3-CS SH,L,HS HS,L,FAD,二氢硫辛酰 胺脱氢酶,FADH2,丙酮酸脱氢酶,TPP,OH CH3-C-H TPP,O CH3-C-COOH,丙酮酸氧化脱羧反应的机理,NADH+H+,NAD+,(1),(2),S S,L,(3),O CH3-C SCoA,HSCoA,Mg2,CO2,二氢硫辛酰 胺转乙酰化酶,（三）三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle) 亦称柠檬酸循环或 krebs循环。,C2,C6,C4,C4,C5,NADH+H+,NADH+H+,FADH2,NADH+H+,三羧酸循环的概况,H2O,H2O,H2O,H2O,O COOH,C CH2 COOH,CH2 COOH HO-C-COOH CH2 COOH,草酰乙酸,柠檬酸,辅酶A,HSCoA,柠檬酸合成酶,H2O,1.三羧酸循环的反应过程,异柠檬酸,CH2COOH HO-C-COOH CH2 COOH,柠檬酸,顺乌头酸酶,CHOHCOOH CHCOOH CH2COOH,异柠檬酸脱氢酶,CH2COOH CH2 COCOOH,-酮戊二酸,NADH+H+ NAD+ CO2,H COO,H,琥珀酰CoA,NAD+ NADH+H+,HSCoA CO2,CH2COOH CH2 COCOOH,-酮戊二酸,CH2COOH CH2 CO SCoA,-酮戊二酸脱氢酶复合体,CH2COOH CH2COOH,琥珀酰CoA,琥珀酸,+ HSCoA,GDP GTP,琥珀酰硫激酶,底物水平磷酸化,Pi +,CH2COOH CH2 CO SCoA,CHCOOH CHCOOH,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,FAD FADH2,琥珀酸脱氢酶,H2O,延胡索酸酶,CH2COOH CH2COOH,CHCOOH CH2COOH,HO,草酰乙酸,NADH+H+,苹果酸脱氢酶,NAD+,苹果酸,CHCOOH CH2COOH,HO,COCOOH CH2COOH,NADH+H+进入呼吸链生成H2O产生 2.5(3)ATP FADH2进入呼吸链生成H2O产生1.5 (2) ATP,H2O,H2O,H2O,H2O,线粒体内,+HSCoA,三羧酸循环的基本特点,1、循环中有2次脱羧生成CO2 （体内的CO2 是由有机酸脱羧生成的），4次脱氢（其中3次交给了NAD+，1次交给了FAD），1次底物水平磷酸化 2、中间代谢物，包括草酰乙酸在内，在循环中本身无量的变化，只是使乙酰CoA彻底氧化生成H2O、CO2和 ATP（10或12）,3、三步不可逆反应（关键酶）：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、 -酮戊二酸脱氢酶复合体 4、三羧酸循环的生理意义：是糖、脂肪和氨基酸氧化的共同代谢途径,ADP,ATP,葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 - 1 -1 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 - 1 -1 ( 3-磷酸甘油醛脱氢酶反应 NADH) 2 +3(或+5) +4(或+ 6 ) ( 1,3-二磷酸甘油酸 3-二磷酸甘油酸 ) 2 + 2 +2 (磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸)X2 + 2 +2 ( 丙酮酸 乙酰CoA ) 2 + 5 +6 ( 乙酰CoA CO2 + H2O ) 2 + 20 +24 总 计 30（或32） 36（或38）,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,反 应 ATP,二、糖有氧氧化的调节,对关键酶（3+1+3）的调节 产物抑制、底物促进 （通过变构或化学修饰）,三、葡萄糖的有氧氧化生理意义 1、体内供能的主要途径，1分子的葡萄糖可以生成30或32（36或38）分子的ATP 2、是糖、脂肪和氨基酸代谢相互联系的枢纽,四、巴斯德效应(pastuer effect),1、概念：法国科学家巴斯德发现酵母菌在无氧时进行生醇发酵；将其转移至有氧环境生醇发酵即被抑制，这种有氧氧化抑制生醇发酵的现象称为巴斯德效应。 2、此效应也存在人体组织中（例：肌肉组织）。,第四节,磷酸戊糖途径 (pentose phosphate pathway),一、磷酸戊糖途径 主要生成的是:磷酸戊糖、NADPH+H+。在红细胞中占葡萄糖代谢的5-10%,（一）反应过程 可分为两个阶段(胞浆)： 氧化阶段：磷酸戊糖、NADPH+H+的生成 非氧化阶段：基团转移反应,H-C-OH H-C-OH HO-C-H O H-C-OH H-C CH2O- P,C=O H-C-OH HO-C-H O H-C-OH H-C CH2O- P,NADP+ NADPH+H+,6-磷酸葡萄糖 脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,G,C=O H-C-OH HO-C-H O H-C-OH H-C CH2O- P,COOH H-C-OH HO-C-H H-C-OH H-C-OH CH2O- P,H2O,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,COOH H-C-OH HO-C-H H-C-OH H-C-OH CH2O- P,6-磷酸葡萄糖酸,CH2OH C=O H-C-OH H-C-OH CH2O- P,5-磷酸核酮糖,NADP+ NADPH+H+,6-磷酸葡萄糖 酸脱氢酶,CO2,C5,C5,C3,C7,C6,C4,C5,C6,C3,基团转移,基团转移反应,特点： 1.关键酶为6-磷酸葡萄糖脱氢酶 2.两次脱氢均由NADP+接受，一次脱羧； 3.生成5-磷酸核糖，是合成核酸的原料。,二、生理意义,1、提供磷酸核糖 是合成核苷酸(核酸)的原料,2、提供NADPH+H+，参与多种代谢 （1）供氢体：参与脂酸、胆固醇、类固醇激素等的生物合成。 （2）NADPH+H+是加单氧酶的供氢体，与药物、毒物和某些激素等的生物转化有关,（3）NADPH+H+作为谷胱甘肽还原酶的辅酶，对维持细胞中还原型谷胱甘肽（G-SH）的正常含量起重要作用。,GSH保护生物膜的完整性,GSH,谷胱甘肽过氧化物酶,谷胱甘肽还原酶,H2O2,H2O,GSSG,NADP+,NADPH+H+,SH,SH,6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏,对于红细胞来说，磷酸戊糖途径生成的NADPH+H+更重要,（4） NADPH+H+参与体内中性粒细胞和巨噬细胞产生离子态氧的反应，因而有杀菌作用,第六节 糖异生 (gluconeogenesis),非糖化合物（生糖氨基酸、丙酮酸、乳酸和甘油等）转变成葡萄糖或糖原的过程，称糖异生。肝是糖异生的主要器官。 糖异生的基本途径： 丙酮酸葡萄糖 类似糖酵解途径的逆反应,G,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,NAD+ NADH+H+,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,-ATP,-ATP,+2ATP,+2ATP,2,一、糖异生的基本途径（越三能障） 丙酮酸葡萄糖 1、丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸 2、1,6-二磷酸果糖转变成6-磷酸果糖 3、6-磷酸葡萄糖转变成葡萄糖,COOH C O CH2COOH,COOH C O CH3,丙酮酸,COOH C-O P CH2,CO2 ATP ADP + Pi,草酰乙酸,磷酸烯醇 式丙酮酸,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,GTP GDP CO2,(生物素),1、丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸烯醇 式丙酮酸,丙酮酸的羧化支路,丙酮酸,丙酮酸激酶,线粒体内,胞浆和线粒体内,胞浆,丙酮酸,丙酮酸,磷酸烯醇 式丙酮酸,草酰乙酸,胞浆,线粒体,丙酮酸羧化酶,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,ATP,ADP,6-磷酸果糖激酶-1,2. 1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖,葡萄糖,6-磷酸葡 萄糖,ATP,ADP,己糖激酶 （葡萄糖激酶）,3. 6-磷酸葡萄糖葡萄糖,G,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,NAD+ NADH+H+,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,+2ATP,2,底物循环 以上三对逆向反应中，一种酶催化某一方向反应的产物成为另一种酶催化相反方向反应的底物，这种由不同酶催化底物互变的反应称为底物循环。,A B,E1,E2,ATP ADP,PPi+热能,每经过一个循环，就有一分子的ATP水解放能，如果两种酶活性相当，就会使得底物循环增加，ATP不断分解产生热能，引起恶性高热。而正常情况下不会出现恶性高热，因为两种酶活性不同，它使代谢朝着一个方向进行。,葡萄糖,ATP,ADP,葡萄糖-6-磷酸酶（肝、肾）,热能+Pi,6-磷酸葡 萄糖,己糖激酶 （葡萄糖激酶）,非糖物质必须首先转变成糖异生途径中的中间产物，才能进行糖异生：,1、乳酸可脱氢生成丙酮酸进入糖异生途径； 2、甘油可先磷酸化为-磷酸甘油，再脱氢生成磷酸二羟丙酮进入糖异生途径； 3、其他生糖氨基酸可通过联合脱氨基作用等生成丙酮酸进入糖异生途径；或生成三羧酸循环的中间产物，转变成苹果酸后出线粒体脱氢为草酰乙酸进入糖异生途径；,图 3-18 糖异生途径,二、糖异生的调节,（一）保证血糖浓度的相对恒定 空腹或饥饿时，肝糖原分解产生葡萄糖仅能维持正常血糖浓度812h，此后机体主要依靠糖异生来维持血糖浓度的恒定。（脑组织、红细胞、骨髓及神经等）,三、糖异生的生理意义,（二）协助氨基酸代谢,补充肝糖原（肝摄取葡萄糖能力低）,（三）调节酸碱平衡,乳酸的利用（乳酸循环） 肾糖异生作用,剧烈运动时，骨骼肌氧供相对不足，糖酵解供能并产生许多乳酸，这些乳酸入血到肝细胞后转变为丙酮酸异生成葡萄糖，生成的葡萄糖又入血，供骨骼肌利用，其中一部分葡萄糖又进行糖酵解生成乳酸，此过程称为乳酸循环或Cori循环。,乳酸循环,葡萄糖,乳酸,丙酮酸,糖酵解途径,乳酸循环,第七节 糖原的合成与分解,糖原是人体内糖的储存形式，主要存在于肝和肌肉中。糖原是以葡萄糖为基本单位聚合而成的多糖。在糖原分子中，葡萄糖之间以1，4糖苷键相连形成1214个葡糖单位组成的直链，两直链间以1.6糖苷键相连形成分支 。,1,4,4,6,6,1,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,一、糖原的合成 由葡萄糖合成糖原的过程称为糖原合成（glycogenesis）。（肝、肌肉） 反应过程（胞液）,P,O,O OH,H HO,OH H,O,CH2OH,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,磷酸葡萄糖变位酶,G,H,H,CH2OH,O,O- P,+,P,P,P,尿苷,UTP,G-1-P,糖原合酶,4,1,UDPG,糖原引物,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,糖原 （n+1）,UDP,UDPG,G-1-P,PPi,UTP,G-6-P,G,ADP ATP,糖原合酶,糖原n,（分支酶）,特点： 1.UDPG是葡萄糖供体 2.关键酶：糖原合酶 3. 耗能过程,糖原（n+1） + Pi 糖原n + G-1-P,磷酸化酶,二、糖原的分解glycogenolysis,(-1,4糖苷键),即糖原分解为葡萄糖,一般指肝糖原分解为葡萄糖,反应过程（胞液）,肌,1 2 3,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,糖原 （n+1）,UDP,UDPG,G-1-P,PPi,UTP,G-6-P,G,ADP ATP,糖原合酶,糖原n,（分支酶）,（脱支酶）,特点：酶,糖原G-1-P G-6-P,糖酵解,糖有氧氧化,糖原的一个葡萄糖单位经糖酵解可净生成3ATP,经有氧氧化可净生成31或33ATP（37或39ATP）,糖原供能:,三、糖原合成与分解的生理意义,1.糖原合成（肝、肌）：G的储存形式 2.糖原分解：肝（维持血糖8-12h） 肌（分解供能）,四、糖原合成与分解的调节,对关键酶的调节（通过变构或化学修饰） 激素调节 代谢物调节（产物抑制、底物促进）,图4-16 糖原代谢的共价修饰调节,糖原累积症（glycogen storage disease）是一类遗传性代谢病，其特点是体内某些组织器官中蓄积了大量结构正常或异常的糖原。此病是由于某些催化糖原合成和分解的酶缺陷所致。主要累及肝，其次是心和肌肉。,五、糖原累积症,例： 型:葡萄糖-6-磷酸酶缺乏导致肝糖原不能分解为葡萄糖,不能维持血糖浓度低血糖、酮症等 型:溶酶体内缺乏-1,4-糖苷酶,-1,6-糖苷酶,导致糖原蓄积,第 八 节,血糖的调节及糖代谢障碍,血糖指血中的葡萄糖，正常人血糖浓度餐后可升高，禁食会降低，但均可保持在一定范围内3.896.11mmol/L ，血糖浓度之所以能维持较为恒定的水平，主要是因为血液中葡萄糖的来源和去路不断的保持着平衡：,3.89 6.11 mmol/L,血 糖,来源 去路,一、血糖的来源与去路,二、血糖水平的调节,血糖浓度可依靠器官（神经系统、肝脏）进行调节，也可依靠激素进行调节。 激素主要通过调节糖代谢各途径的关键酶的活性以维持血糖的相对恒定。 原则：降血糖：减少来源，增加去路 升血糖：增加来源，减少去路,（一）胰岛素降血糖的机理,胰岛素（insulin）是胰岛B细胞分泌的激素，也是人体内唯一降低血糖浓度的激素，同时也是唯一促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。,将肌肉、脂肪组织细胞内的GLUT4转移到细胞膜上，增加细胞膜上GLUT4，加速葡萄糖进入细胞 激活磷蛋白磷酸酶，使糖原合酶去磷酸化后活性增强，糖原合成增加；糖原磷酸化酶去磷酸化后活性降低，糖原分解减少； 诱导果糖磷酸激酶1和丙酮酸激酶的表达，激活丙酮酸脱氢酶复合体，加速葡萄糖分解代