第8章糖代谢

第第 8章章 糖代谢糖代谢Carbohydrate Metabolism本章主要内容4 糖在动物体内的一般概况4 糖的分解供能4 磷酸戊糖途径 4 葡萄糖异生途径4 糖原的分解与合成4 糖代谢各途径之间的关系 动物机体主要的能源和碳源提供 70% 的能量，神经系统、胎儿和乳的合成消耗更多的葡萄糖，还为氨基酸和脂肪合成提供 C的来源构成组织细胞的成分核酸中的核糖，结缔组织中的蛋白多糖， 细胞膜上的糖脂和糖蛋白等其他方面 如细胞通讯与信号传导，免疫调节1.糖在动物体内的一般概况1.1 糖的生理功能1.2 糖的来源和去路葡萄糖消化吸收饲料与食物淀粉异生作用非糖物质的转变糖原分解肝糖原氧化供能ATP、 CO2和 H2O贮 存肝糖原、肌糖原转变成其他物质脂类、氨基酸等意义反映机体的能量水平，糖的分解和利用的动态平衡，对大脑、胎儿尤为重要激素的调节作用 胰岛素下调、胰高血糖素上调、肾上腺素上调、糖皮质激素上调糖尿 血糖水平相对恒定，超过肾糖阈值，葡萄糖随尿排出1.3 血糖1897年， Buchner兄弟在从蔗糖发酵乙醇的实验中发现酵解 是在无氧或缺氧的条件下，葡萄糖或糖原分解成乳酸并且有能量（ ATP） 释放的过程。总反应为 : 葡萄糖 2 乳酸 + 能量G. Embden 和 Meyerhof揭示了其途径，酵解途径的酶系存在于胞液中。2.糖的分解代谢2.1 糖酵解 (Glycolysis) 糖的无氧氧化第一阶段 葡萄糖（ 6C） 断裂变为 2个磷酸丙糖（ 3C）注意，这个过程消耗了 2个 ATP分子不可逆反应不可逆反应反应倾向生成磷酸甘油醛 ,往下以 2分子甘油醛 -3-P作为底物进行磷酸二羟基丙酮 甘油醛 -3-磷酸磷酸丙糖异构酶第二阶段 生成丙酮酸在这个阶段发生了氧化反应（生成 NADH） 和第一次形成了高能键，共产生了 2个 ATP分子接着，烯醇化酶催化的反应使分子内部基团重排能量重新分布，形成了第二个高能键，共生成 2个 ATP分子不可逆反应第三阶段 丙酮酸还原成乳酸在无氧的条件下，丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下，加氢还原生成乳酸，所需的 NADH 来自第二阶段的反应。葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1， 6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1,3- 二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸二羟丙酮乙醛 乳酸乙醇己糖激酶磷酸葡萄糖异构酶磷酸果糖激酶醛缩酶脱氢酶磷酸甘油酸激酶变位酶烯醇化酶丙酮酸激酶 乳酸脱氢酶-ATP-ATP+ATP+ATP糖原1-P-G糖酵解途径汇总由 1分子 G在无氧条件下氧化分解，最终产生 2分子 ATP。 如果从糖原开始，则可得到 3分子 ATP(见下一节 )注意酵解途径中的 3个关键酶催化的不可逆反应 .它们是 :1. 己糖激酶2. 磷酸果糖激酶3. 丙酮酸激酶糖酵解的生理意义是动物机体在无氧或供氧不充分的情况下通过分解葡萄糖或糖原获得部分能量的重要方式。运动和使役的动物肌肉，一些供氧不足的组织，如视网膜、皮肤、睾丸以及肿瘤等组织通过这个途径获得部分能量。酵解途径与糖的有氧氧化途径、磷酸戊糖途径以及异生途径都有密切联系。2.2 有氧氧化（ aerobic oxidation）有氧条件下 ,葡萄糖彻底氧化生成 CO2和 H2O,并伴有能量释放的过程C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量过程分三阶段 ,第一阶段在胞液 (同酵解 )，后两个阶段在线粒体中进行2 丙酮酸第一阶段 由葡萄糖第二阶段 丙酮酸的氧化丙酮酸（ 3C） 转变为乙酰 CoA（ 2C），在线粒体中进行，由丙酮酸脱氢酶系催化， 为不可逆反应 ，它包含有三个酶 。总反应如下 ：与无氧酵解相同 , 在胞液中进行注意 产物为 2分子乙酰 CoA丙酮酸脱氢酶复合体包含的三个酶E1 丙酮酸脱氢 (羧 )酶E2 二氢硫辛酸乙酰转移酶E3 二氢硫辛酸脱氢酶还有 6种辅助因子TPP、 硫辛酸、CoA、 FAD、 NAD+和 Mg2+丙酮酸脱氢酶复合体 (pyruvate dehydrogenasecomplex, PDC) 催化的反应 第三阶段 三羧酸循环 1937年 Crebs提出。又称柠檬酸循环 或 Crebs循环。以乙酰 CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸（含 3个羧基）的反应为起始，对乙酰基团进行氧化脱羧再生成草酰乙酸的单向循环反应序列。在线粒体中进行。三羧酸循环反应三羧酸循环的产物乙酰 CoA（ 2C） 经过三羧酸循环完全分解释放 2个 CO2， 同时生成 3个 NADH2， 1个 FADH2， 1个 GTP（或 ATP）。 NADH2 和 FADH2 所携带的 H原子来自循环中代谢中间物的脱氢。在有氧条件下，每 2个 H原子可以通过呼吸链（电子传递系统）传递给 1/2O2， 生成 H2O， 并且有能量释放用以合成 ATP。1分子 NADH2 经呼吸链生成 1分子 H2O和 2.5个 ATP1分子 FADH2 经呼吸链生成 1分子 H2O和 1.5个 ATP以 1分子的葡萄糖完全氧化为例进行能量计算第一阶段（胞液）：生成 2ATP生成 2NADH2 计 7（ 5） ATP第二阶段（线粒体）： 2NADH2 2CO2计 5ATP第三阶段（线粒体） ： 6NADH2 4CO22FADH22GTP（或 2ATP）计 20ATP共计 32（ 30） ATP和 6CO2有氧氧化的生理意义糖的有氧氧化是动物获得能量的主要方式。糖的有氧氧化是糖、脂和氨基酸等营养物质分解代谢的共同归宿。糖的有氧氧化也是糖、脂和氨基酸等营养物质互相转变和联系的共同枢纽。糖的有氧氧化途径为嘌呤、嘧啶、尿素的合成提供二氧化碳，也是大自然碳循环的重要组成部分。不依赖于有氧或无氧的葡萄糖分解途径，约有 30% 的葡萄糖经过这条途径代谢，在胞液中进行，尤其在合成代谢旺盛的组织中活跃。从 6-P-葡萄糖开始，经过两个阶段：1. 氧化阶段 产生 NADPH2、 CO2和 5-P-核酮糖；2. 非氧化阶段 通过基团的交换和分子内部的重组， 5-P-核酮糖又转变为磷酸己糖。2.3 磷酸戊糖途径（ pentose phosphate pathway）磷酸戊糖途径注意 :途径的氧化阶段生成 12NADPH和释放6CO2 非氧化阶段实现基团交换和重组，结果生成磷酸果糖和 3-磷酸甘油醛，后者又可以转变成磷酸果糖。氧化阶段非氧化阶段磷酸戊糖途径的生理意义途径生成的 NADPH用于 还原性生物合成 ，如脂肪酸、胆固醇、脱氧核苷酸、谷胱甘肽等的合成，维持细胞的还原性，也可以氧化供能途径生成的磷酸核糖是 合成核苷酸 的原料与糖的酵解途径和有氧氧化途径相联系，也是其他单糖代谢和转变的途径与植物的光合过程有密切联系总反应 : 6 葡萄糖 -6-P 5 葡萄糖 -6-P+ 12 NADPH2+ 6 CO2+Pi非糖物质可以通过糖代谢途径中的某个代谢中间产物沿着糖的分解途径逆转转变成葡萄糖或糖原，称为 糖的异生作用，发生在 肝脏和肾脏 中。异生作用不是糖分解代谢的简单逆转，必须克服那些由关键酶所催化的不可逆反应造成的 “能障 ”。主要有三个反应 , 异生过程必须设法 “绕过 ”这三个不可逆的反应 .己糖激酶 （葡萄糖激酶，肝） : 葡萄糖 葡萄糖 -6-磷酸磷酸果糖激酶 : 果糖 -6-磷酸 果糖 -1,6-二磷酸丙酮酸激酶 : 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 +ATP3. 糖的异生作用3.1 概述ATPATPADP(1)(2)(3)3.2 糖异生的反应过程要克服糖分解代谢途径中的三个障碍 (不可逆反应 )第一个反应的逆向反应是：第二个反应的逆向反应是：（肝脏）第三个反应的逆转通过以下两步反应进行 :A：反应 A在 线粒体 中进行 , 该酶催化需要 生物素 作辅酶B：反应 B在 胞液 中进行，草酰乙酸通过苹果酸转运到胞液苹果酸在转运草酰乙酸时发挥了载体的作用线粒体胞液非糖物质 (如甘油、乳酸和某些生糖氨基酸 )的异生途径非糖物质的异生作用在 肝脏和肾脏 中进行