糖代谢生物化学课件 ppt 143页

第二篇 Department of Biochemistry Hangzhou Medical College Guyisheng 物质代谢及其调节物质代谢及其调节 生物化学 Biochemistry 代谢（Metabolism） l活细胞中的所有化学变化。 物质代谢 l物质分解（catabolic）物质合成 (anabolic) 能量代谢 l能量释放， 能量存储 Date2 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第五章 糖代谢 Department of Biochemistry Hangzhou Medical College Guyisheng ( (Carbohydrate metabolism)Carbohydrate metabolism) 概述： 一、糖化学回顾： l单糖：葡萄糖葡萄糖（Glucose） （体内糖的运输形式血糖 ） l 果糖（Fructose） 半乳糖 l 核糖 脱氧核糖（戊糖） l双糖：麦芽糖（2分子葡萄糖） l 蔗糖（葡萄糖果糖） l 乳糖（半乳糖葡萄糖） Date4 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College l多糖： 淀粉（食物中的主要糖类） 直链淀粉（1，4糖苷键） 支链淀粉（1，4糖苷键： 分支处为1，6糖苷键） 纤维素（1，4糖苷键） 糖原糖原（动物淀粉 体内糖的贮存形式，分子量比淀粉更大 ） （1，4糖苷键，分支处为1，6糖苷键） Date5 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 二、糖的生理功用： 1、提供生命活动所需的能量 60左右（5070） 2、组成人体的重要组成成分 （结构成分、特殊生理功能） 如：核糖（核苷酸核酸、NAD+、ATP ） 蛋白多糖（软骨、结缔组织的基质） 糖脂（生物膜的成分） 糖蛋白（多种生物学功能） 3、提供碳源（转变为氨基酸、脂肪等） Date6 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三、糖的消化吸收 l消化的部位：口腔 小肠（为主） l吸收的部位：小肠 l吸收的形式：单糖 l吸收的方式：主动转运为主 需要特殊的载体（SGLT），与Na+ 偶联，钠泵参与，ATP供能 Date7 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 四、糖代谢的概况 l有五种葡萄糖转运载体(glucose transporter) （GLUT 15 l代谢途径 分解代谢：有氧氧化、糖酵解、磷酸戊糖途径 糖原的合成与分解 糖异生作用 转变为糖的衍生物和非糖物质（脂类、氨基酸 ） Date8 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第一节 葡萄糖的分解代谢 糖在体内分解代谢的途径有三种方式： l糖酵解（糖的无氧分解） 乳酸(Lactate)，ATP l糖的有氧氧化 CO2，H2O，ATP （正常情况下糖分解代谢的主要途径 ） l磷酸戊糖途径 NADPH，戊糖 氧化戊糖 Date9 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 一、糖酵解（glycolysis） l概念：在缺氧情况下，体内组织中的 葡萄糖或糖原分解为乳酸的过程。 l细胞定位：细胞液 l反应过程：两个阶段 1、葡萄糖丙酮酸（酵解途径 2、丙酮酸乳酸 Date10 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 示意图 乙醛 乙醇（ 酵母） 乙酰CoA CO2,H2O,ATP （有氧氧化） G G-6-P 丙酮酸 G-1-P 糖原 乳酸（酵解） 糖酵解途径 Date11 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一）糖酵解的反应过程 糖酵解途径（glycolytic pathway） l1、己糖磷酸酯的生成与转变（耗能阶段） （1）葡萄糖6-磷酸葡萄糖 （GG6P Glucose-6-phosphate ） 总图图示 Date12 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 己糖激酶和葡萄糖激酶 己糖激酶 (Hexokinase)是限速酶之一 （肝中为葡萄糖激酶 Glucokinase） 不可逆反应 消耗ATP,需要Mg2+（若糖原开始不消耗 ATP） （GnG1PG6P） 比较 Date13 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （2）6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖 （G6PF6P fructose-6-phosphate ） l 可逆反应 磷酸己糖异构酶催化 （3）6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖 （F6PF1,6BP） l磷酸果糖激酶-1催化(F-6-P kinase)糖酵解途 径主要的限速酶 l不可逆反应 l消耗ATP,需要Mg2+图示 Date14 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖酵解途径（2） l2、磷酸丙糖生成与同分异构化（裂解阶 段） l磷酸二羟丙酮 Dihydroxyacetone Phosphate l3磷酸甘油醛 Glyceraldehyde-3- Phosphate 分别由醛缩酶、异构酶催化 为可逆反应，体内生理条件下倾向于裂解 1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛而代谢 1,6-二磷酸果糖 （6 C） 3-磷酸甘油醛 (3C) 磷酸二羟丙酮 (3C) Date15 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖酵解途径（3） l3、丙酮酸生成（产能阶段） (1)3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸 甘油酸（1,3-Bisphosphoglycerate ） l3-磷酸甘油醛脱氢酶催化，脱下2H （NAD+NADH+H+） l1,3-二磷酸甘油酸是高能化合物 （含高能磷酸键） Date16 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College (2)1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油 酸 l磷酸甘油酸激酶催化， ADPATP l是糖酵解途径中的第一次底物水平磷酸化 (3)3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸 l磷酸甘油酸变位酶催化，磷酸基团转移位 置 l需要 Mg2 参与 (3-Phosphoglycerate) （2-Phosphoglycerate） Date17 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP) l烯醇化酶催化 可逆反应 lPEP是高能化合物（含高能磷酸键） 磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸(pyruvate) l丙酮酸激酶催化 第三个限速酶 l生理条件下为不可逆反应 lADP ATP 糖酵解的第二次底物水平磷 酸化 （phosphoenolpyruvate） Date18 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖酵解途径总结： l总反应式： C6H12O6+2NAD+2ADP+2H3PO4 2C3H4O3+2NADH+2H+2ATP+2H2 O 葡萄糖 丙酮酸 三个限速酶： 己糖激酶、磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶 生成ATP数：2分子（净生成） 3分子（糖原开始） ATP Date19 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College +NADH+H+NAD+ 乳酸脱氢酶 丙酮酸还原为乳酸 NADH来自3-磷酸甘油醛脱氢，使糖酵解顺利进 行 LDH有五种同工酶 l糖酵解全过程的总反应式为： C6H12O6+2ADP+2H3PO42C3H6O3+2ATP+2H2O 在缺氧条件下进行，由乳酸脱氢酶催化 ，为可逆反应。 (lactate) Date20 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二）糖酵解的生理意义 1、迅速提供能量，供机体急需，对骨骼 肌收缩尤为重要。 2、少数组织，即使有氧，糖酵解仍然旺 盛，如皮肤、视网膜、睾丸、癌瘤组 织等；特别是成熟红细胞以糖酵解作 为基本能源。 3、某些病理情况（如呼吸、循环障碍） ，糖酵解增强，使机体缺氧时获得ATP 供应。 ATP Date21 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 1、成熟红细胞存在2,3-BPG支路，调节带 氧能力。 2、乳酸运输到心、肝等，继续供能（有 氧条件），或糖异生为糖。 3、酵解中间产物（丙酮酸、磷酸二羟丙 酮）是氨基酸、脂类合成前体 酵解还是彻底有氧氧化的前奏，准备 阶 段 注意：糖酵解过量，乳酸酸中毒。 生理意义的其他方面： Date22 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （三）糖酵解的调节 磷酸果糖激酶-1（最重要）： l变构抑制剂：ATP、柠檬酸 l变构激活剂：AMP、2,6-双磷酸果糖 已糖激酶： l变构抑制剂：6-磷酸葡萄糖等 l（但肝脏中的葡萄糖激酶则不受此影响 ） 丙酮酸激酶： l变构抑制剂：ATP、丙氨酸 图示 Date23 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 无氧酵解的要点 概念： 部位：胞浆 原料：Glucose/Glycogen 产物：乳酸(lactate) 能量：2/3个ATP 关键酶： lHexokinase/Glucokinas e (HK/GK) lF-6-P kinase lPyruvatekinase(PK) 生理意义： l机体在无氧或缺 氧条件下获得能 量的一种有效方 式，也是机体在 应激状态下产生 能量，以满足机 体生理需要的重 要途径。 Date24 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 二糖的有氧氧化 l概念：在有氧条件下，葡萄糖或糖原 彻底氧化成CO2和H2O，并释放大量 能量，这一过程称为糖的有氧氧化 (aerobic oxidation)。 l细胞定位：细胞液、线粒体 Date25 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一） 有氧氧化的反应过程 l l 细胞液反应阶段细胞液反应阶段糖酵解途径 葡萄糖丙酮酸（与无氧酵解时相似） 区别点：生成的NADH进入线粒体，经电子传 递链生成能量。 l l 线粒体内反应阶段线粒体内反应阶段 （1）丙酮酸乙酰辅酶A(Acetyl CoA) （2）乙酰辅酶A进入三羧酸循环，生成CO2 、H2O。 l糖的有氧氧化的总反应式为： C6H12O6+6O66CO2+6H2O Date26 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 丙酮酸的氧化脱羧基作用 （丙酮酸乙酰辅酶A） l丙酮酸经特异载体，进入线粒体。 l经丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体催化，丙酮 酸经氧化、脱羧，生成乙酰辅酶A。 CH3COCOOH + HSCoACH3COCoA NAD+ NADH + H+CO2 丙酮酸脱氢酶复合体 （TPP、硫辛酸、FAD等） 图示 Date27 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College l包括三种酶： l丙酮酸脱氢酶（脱羧 酶） l二氢硫辛酰胺转乙酰 酶 l二氢硫辛酰胺脱氢酶 5种辅助因子： TPP（含VitB1） HSCoA（含泛酸 ）硫辛酸 FAD（含VitB2） NAD+（含VitPP） 丙酮酸脱氢酶复合体 （PDH complex） 缺乏VitB1，引起脚气病，多发性神经炎等 乙酰辅酶A有多条代谢途径 图示 Date28 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 乙酰CoA的氧化三羧酸循环 （tricarboxylic acid cycle,TAC） l由草酰乙酸和乙酰CoA缩合成柠檬酸开始 ，经多个中间步骤，又重新生成草酰乙酸 的循环过程。 l其第一个中间产物是一个含三个羧酸的柠 檬酸（citrate），是由Kreb正式提出的， 所以又称柠檬酸循环或Krebs循环 l以乙酰CoA 为起点，多种生物大分子（ 糖，脂，氨基酸）的共同最终代谢途径。 结构图反应式 Date29 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三羧酸循环的反应过程 l第一阶段：柠檬酸的生成 l l乙酰CoA草酰乙酸 柠檬酸CoA- SH l此步为三羧酸循环的第一个限速步骤 l柠檬酸合酶为三羧酸循环的第一个关键酶 柠檬酸合酶 Citrate synthase H2O (Oxaloacetate)(Citrate)(Acetyl CoA) 结构图反应式 Date30 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第二阶段：异构化及氧化脱羧 l（1）异柠檬酸的形 成 顺乌头酸酶 柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸 顺乌头酸酶 H2OH2O (Isocitrate)(Aconite)(Citrate) 结构图反应式 Date31 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （2） 第一次氧化脱羧 异柠檬酸 草酰琥珀酸 -酮戊二酸 NAD NADH+H+ CO2 此步反应是三羧酸循环中的第二步限速 步骤，异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环中的 第二个关键酶。 产生1分子 NADH、1分子 CO2 (Alpha-ketoglutarate) (Isocitrate dehydrogenase) 异柠檬酸脱氢酶 结构图反应式 Date32 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （3）第二次氧化脱羧 -酮戊二酸CoA-SH 琥珀酰CoA NAD NADH+H CO2 -酮戊二酸脱氢酶系 此酶系是三羧酸循环中的第三个关键酶 其反应同丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧类似， 由三种酶和五种辅助因子组成:-酮戊二酸脱氢酶 、二氢硫辛酰胺转琥珀酰基酶、二氢硫辛酰胺脱 氢酶、FAD、TPP、CoASH、NAD 、硫辛酸 产生1 分子NADH、1分子 CO2 (Succinyl-CoA)(-ketoglutarate) 结构图反应式 Date33 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （4）底物水平磷酸化反应 l琥珀酰CoA 琥珀酸CoA- SH l GDP+Pi GTP l GTP+ADP GDP+ATP l这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化 l琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶的催化下高能硫酯键被 水解生成琥珀酸，并使GDP磷酸化形成GTP， l即产生分子1分子 ATP 琥珀酸硫激酶 (Succinate) 结构图反应式 Date34 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第三阶段：草酰乙酸的再生 琥珀酸 延胡索酸 FAD FADH2 即产生1分子 FADH2 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 H2O NAD NADH+H+ 即产生1 分子NADH 琥珀酸脱氢酶 (Cis-Fumarate) 延胡索酸酶苹果酸脱氢酶 (L-Malate)(Oxaloacetate) 结构图反应式 Date35 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 乙乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+2H+FADH2+CoA+GTP 中间产物起着催化剂的作用，本身并无量的变化 三羧酸循环总反应式 Date36 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College Introduction of TAC 部位：线粒体 关键酶： l柠檬酸合酶 l异柠檬酸脱氢酶 l-酮戊二酸脱氢酶 原料：乙酰CoA 产物： CO2，H2O 产能：12 ATP 生理意义： l三羧酸循环不仅是糖 的分解代谢的途径， 同时也是脂肪和蛋白 质在细胞内氧化供能 的最终共同途径。共同途径。 l三羧酸循环还是糖、 脂肪和蛋白质的互变互变 枢纽枢纽。 l为一些物质的合成提提 供前体供前体 结构图反应式 Date37 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 1次底物水平磷酸化（琥珀酰CoA琥珀酸 ） 2次脱羧反应 3步关键反应（关键酶） 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 4次脱氢（3 次NAD+及1次FAD+） 三羧酸循环的要点 Date38 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三羧酸循环中的脱氢反应 反 应辅酶 氧化时生成ATP 异柠檬酸 酮戊二酸NAD+3 酮戊二酸 琥珀酰CoANAD+3 琥珀酸 延胡索酸FAD 2 苹果酸 草酰乙酸NAD+ 3 Date39 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二）糖有氧氧化过程中ATP的生成 l第一阶段：脱氢 3（2）26（4） 底物水平磷酸化 l第二阶段：脱氢 326 l第三阶段： 12224 l 合计： 38（36） Date40 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖有氧氧化过程中ATP的生成 Date41 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （三） 有氧氧化的调节 l根据机体的能量需要,调节代谢速率（如 ATP过多时，一系列限速酶的活性降低） 。 l关键酶的活性受效应物的变构调节，由 ATP/ADP、ATP/AMP、NADH/NAD+ 、 CH3CO-SCoA/CoASH 的比值所决定 。 Date42 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 丙酮酸脱氢酶复合体的调节 变构调节：乙酰CoA、NADH 、ATP可反馈 抑制丙酮酸脱氢酶复合体的活性。 共价修饰：丙酮酸脱氢酶激酶使丙酮酸脱氢 酶复合体磷酸化，活性消失磷酸化，活性消失。磷酸酶作用相 反。 1、ATP/ADP、ATP/AMP、NADH/NAD+ 、CH3CO -SCoA/CoASH 的比值升高，激酶被激活，丙 酮酸脱氢酶活性降低，有氧氧化被抑制。 2、胰岛素可激活磷酸酶，促进有氧氧化。图示 Date43 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三羧酸循环的调节 l主要调节点： 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 lATP/ADP、NADH/NAD+ 比值，上 述酶活性 lCa2+,上述酶活性 l抑制氧化磷酸化的各因素，均可阻断 三羧酸循环 图示 Date44 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （四巴斯德效应 l有氧氧化抑制无氧酵解的现象称为巴斯 德效应（Pasteur effect） l l 有氧：有氧：NADH、丙酮酸进入线粒体被氧化， 不生成乳酸 l l 缺氧：缺氧： NADH不能被氧化，使丙酮酸生成乳 酸 氧化磷酸化受阻，ATP生成，ADP/ATP比值， 磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶活性，糖酵解 Date45 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖有氧氧化的要点 部位：胞浆，线粒体 关键酶：丙酮酸脱氢酶等 原料/产物：G/ CO2，H2O 能量：36/38 ATP 生理意义： 1. 人体活动所需要的能量 主要来自糖的有氧氧化 2. 三羧酸循环的重要性 3. 多种中间产物也可参与 其它代谢途径 l整个反应过程可分以下 三个阶段 ： l l1. 葡萄糖 丙酮酸 l l2.丙酮酸 乙酰CoA l l3.乙酰CoA CO2+ H2O 糖酵解途径 丙酮酸脱氢酶复合体 TAC Date46 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway,PPP） (hexose monophosphate shunt, HMS) l器官：肝、泌乳期乳腺、红细胞、脂肪组织 、肾上腺皮质等合成代谢旺盛的组织 l细胞定位：细胞液 l关键酶：G-6-P脱氢酶，G-6-P酸脱氢酶 l原料： G-6-P l重要产物：NADPH，磷酸核糖 Date47 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一）磷酸戊糖途径的反应过程 1、氧化阶段：6-磷酸葡萄糖5-磷酸戊糖 （1）2次脱氢，受氢体为受氢体为NADPNADP + + （2）脱羧， 磷酸戊糖的互变 （1）5-磷酸核酮糖5-磷酸核糖 （2）5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖 2、非氧化阶段：基团转移反应 （1）转酮基、转醛基 （2）最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，进入 糖酵解途径 生成5-磷酸核酮糖 图示 Date48 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 磷酸戊糖途径简图 糖酵解途径 NADP+ NADPH+H+NADP+ NADPH+H+ 6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖 6-磷酸葡萄糖 脱氢酶 CO2 6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶 5-磷酸核糖 5-磷酸木酮糖 7-磷酸景天糖 4-磷酸赤藓糖 3-磷酸甘油醛 6-磷酸果糖 图示 Date49 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二）磷酸戊糖途径的生理意义 l特点：产生5-磷酸核糖和NADPH l意义： 1、产生5-磷酸核糖 参与核苷酸、核酸 的合成（提供原料） 2、产生NADPH 主要作为供氢体（三方面 ） Date50 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College l1、参与脂肪酸、胆固醇、类固醇激素 等的合成 l2、加单氧酶体系的辅酶，参与生物转 化作用(药物、毒物和一些激素的生物转化 有关) l3、谷胱甘肽还原酶的辅酶，维持G-SH 的正常含量，维持红细胞膜的稳定性和 完整性，保护巯基酶和含巯基蛋白质 （如：遗传性6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷，蚕 豆病、伯氨奎宁性溶血） NADPH的作用 Date51 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第二节 糖原的合成与分解 l糖原(glycogen)：糖的贮存形式 肝糖原和肌糖原 l糖原结构：葡萄糖以糖苷键连结而成的 、带有分支的多糖 （两种糖苷键，还原端和非还原端） Date52 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖原的说明 糖原是动物体内糖的储存形式 能源储存 大部分 脂肪 脂肪组织 小部分 糖原 急需时分解成葡萄糖 生理意义 肝糖原 维持血糖水平 脑、红细胞 肌糖原 肌肉收缩能量之需 酵解 Date53 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 一糖原合成(glycogenesis) l概念：单糖（主要为葡萄糖）合成糖原 的过程 l细胞定位：细胞液 l反应过程：四步反应 消耗ATP和UTP 图示 Date54 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖原合成过程 l1、葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖 （GG-6-PG-1-P）（回顾糖酵解途 径） 第一步反应：生成 G-6-P 己糖激酶（葡萄糖激酶）催化 消耗ATP 第二步反应：生成 G-1-P（磷酸基变位） Date55 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College l2、尿苷二磷酸葡萄糖的生成 （G-1-PUDPG） UDPG焦磷酸化酶催化 消耗UTP，释放出PPi （PPi水解成2Pi，释放能量，使反应不可逆 ） UDPG作为葡萄糖的供体，可看成是“活性 葡萄糖” Date56 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College l3、糖原合成 （UDPG+糖原（Gn）UDP+糖原（Gn+1） ） 糖原合酶催化（限速酶），形成1，4 糖苷键 仅是糖原分子的逐步扩大（不形成新的糖 原） l4、形成分支 转移一段糖链（67）个葡萄糖单位 分支酶催化，分支处为1，6 糖苷键 注意：糖原合成中，每增加1个葡萄糖单位 ，消耗1分子ATP,1分子UTP,即相当于2分子 ATP Date57 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖原合成概述 l限速酶：糖原合酶 l原料：G，UTP， ATP l产物：Gn l耗能：2 ATP l生理意义：储存能 量 l肝脏：70-100g（血糖 ） l肌肉：180-200g（肌 肉收缩） l人体24hr所需 l（脂肪：10天-2个月 ） 糖原（Gn）十 葡萄糖(G) 十 2ATP 糖原（Gn+1）十 2ADP 十 2Pi 总反应式：总反应式： Date58 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 二糖原分解(glycogenolysis) l概念：肝糖原分解为葡萄糖的过程 （即：肌糖原不能直接分解为葡萄糖） 原料：Gn 产物：G 生理意义： 维持血糖浓度 细胞定位：细胞液 反应过程：三步反应 限速酶：糖原磷酸化酶 图示 Date59 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖原分解过程 l1、糖原分解为1-磷酸葡萄糖 糖原（Gn+1）H3PO4糖原（Gn）G-1- P 仅仅是糖原分子的逐步缩小 磷酸化酶催化（限速酶），1，4糖苷 键加磷酸分解 当分支处约4个葡萄糖单位时，脱支酶催 化 转移一段糖链（3个葡萄糖单位） 水解分支处的1，6糖苷键，脱下葡萄糖 脱支酶图示 Date60 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College l2、1-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖 （G-1-PG-6-P） 可逆反应 （回顾糖原合成与糖酵解途径） l3、6-磷酸葡萄糖转变为葡萄糖 （G-6-PG） 葡萄糖6磷酸酶催化，仅存在肝、肾 （亦与糖异生作用有关） 补充血糖的重要方式 注：注：肌肉中葡萄糖-6-磷酸酶活性很低，故肌糖原分解 的G-6-P只能通过酵解途径分解产能供肌肉活动的需要 。 Date61 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三、糖原合成与分解的调节 糖原合成与分解是由不同酶催化的逆 向反应。 调节主要是改变两个过程关键酶的活 性，即改变糖原合酶糖原合酶及糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 的活性。 受共价修饰调节（磷酸化和去磷酸化 ）和变构调节。 Date62 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一）磷酸化酶 共价修饰共价修饰 l糖原磷酸化酶有磷酸化和去磷酸化两种 形式（磷酸化后有活性） l依次受蛋白激酶A、磷酸化酶b激酶催 化（使酶蛋白磷酸化，而磷蛋白磷酸酶 催化脱磷酸） l胰高血糖素使蛋白激酶A活性升高，最 终促进糖原分解，抑制糖原合成 图示激素 Date63 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 磷酸化酶的变构调节 l磷酸化酶： AMP变构激活剂 ATP、G-6-P变构抑制剂 l l 葡萄糖是葡萄糖是磷酸化酶（a）的变构抑制剂变构抑制剂（ 肝脏，血糖升高时发挥作用） lCa2+是磷酸化酶b激酶的变构激活剂（肌 肉，可促进糖原分解，供肌肉收缩需要 ） Date64 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二）糖原合酶 l蛋白激酶A催化酶蛋白磷酸化磷酸化（糖原合（糖原合 酶酶b b，无活性）无活性），磷蛋白磷酸酶催化脱 磷酸 l糖原代谢中的两种关键酶受磷酸化和去 磷酸化共价修饰调节效果不同： 糖原磷酸化酶磷酸化有活性， 糖原合酶去磷酸化有活性。 激素 Date65 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 激素调节 糖原合成与分解的生理性调节因素 l胰岛素：促进糖原合成，抑制糖原分解 l胰高血糖素：使蛋白激酶A活性升高， 最终促进糖原分解，抑制糖原合成（肝 ） l肾上腺素：促进糖原分解、抑制糖原合 成（肌肉 注注：激素作用中存在级联放大系统、“瀑布效应 激素 Date66 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第三节 糖异生（ gluconeogenesis） 概念：非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过 程 器官：肝脏肝脏（生理情况的主要器官） 肾脏（长期饥饿时作用增强） 原料：丙酮酸、乳酸等有机酸，甘油， 生糖氨基酸等 产物：G（或糖原） Date67 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖异生概况 部位：胞浆、线粒体（肝脏） 关键酶：G-6-P酶；F-1,6-BP酶； 丙酮酸羧化酶/PEP羧激酶 生理意义： l1、维持血糖浓度的相对稳定。 l2、补充肝糖原（恢复糖原储备）。 l3、调节酸碱平衡 。 Date68 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 一、糖异生途径 反应部位：线粒体，胞液 消耗1分子ATP与1分子GTP。 丙酮酸 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 PEPCK 丙酮酸羧化酶(PAC) 生物素、Mg2+ GTP GDP+Pi CO2CO2 ATP ADP+Pi Phosphoenolpyruvate PyruvateOxaloacetate 图示 1. 1. 丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路 Date69 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 21，6-双磷酸果糖到6-磷酸果糖的转变 果糖-1,6-双磷酸酶-1 1，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖 H2O Pi 与6-磷酸果糖激酶-1(糖酵解)催化的反应 相对应 Date70 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 36-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 6-磷酸葡萄糖 葡萄 糖 H2O Pi 葡萄糖-6-磷酸酶（肝脏）与己糖激酶/葡萄糖激 酶（酵解）催化的相对应 图示 底物循环底物循环（substrate cycle）：作用物的互变反应 分别由不同的酶催化其单项反应，这种互变循环 称为底物循环。（又称无效循环） Date71 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 二、糖异生的调节 l主要通过对底物循环底物循环（substrate cycle） 调节，协调糖酵解途径和糖异生途径这 两条方向相反的代谢途径。 l这两个底物循环之间是通过 1,6-1,6-双磷酸双磷酸 果糖果糖 联系和协调的。 Date72 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第一个底物循环：6-磷酸果糖和1,6-二磷酸果糖之间 6-磷酸果糖 2,6-二磷酸果糖 AMP 1,6-二磷酸果糖 2,6-二磷酸果糖 是肝内调节糖 酵解和糖异生 反应方向的主 要信号，受到 激素的调节。 _ +FBPase Pi 糖异生 PFKI ATP ADP 糖酵解 （一）代谢物的调节作用 Date73 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间第二个底物循环： 丙酮酸 羧化酶 磷酸烯醇 式丙酮酸 羧激酶 丙酮酸脱氢酶 丙酮酸激酶 （活性） 作用 Date74 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二）激素的调节作用 l2,6-二磷酸果糖 是肝内调节糖酵解和糖 异生反应方向的主要信号。 l胰高血糖素通过化学修饰，使2,6-二磷 酸果糖生成下降，促进糖异生；胰岛素 作用相反。 l胰高血糖素诱导磷酸烯醇式丙酮酸羧激 酶合成，促进糖异生；胰岛素作用相反 。 作用机制 Date75 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三、糖异生的生理意义 1、维持血糖浓度恒定 保证大脑、神经组织的正常功能 2、补充肝糖原 糖异生是肝糖原补充或恢复肝糖原储备的 主要途径，是糖原合成间接途径（丙酮酸 、乳酸等三碳化合物异生成糖原，又称三三 碳途径碳途径） 3、调节酸碱平衡 长期饥饿，肾糖异生作用增强有利于酸碱 平衡，有利于排氢保钠作用，防止机体酸 中毒。 Date76 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 四、乳酸循环 l肌糖原酵解产生大量乳酸，大部分则经血液 运到肝脏，通过糖异生作用合成肝糖原或葡 萄糖以补充血糖，血糖再被肌肉利用，如此 形成乳酸循环（Cori循环）。 生理意义生理意义: : 回收乳酸能量 防止乳酸中毒 更新肝糖原 补充肌肉消耗的糖 图示 乳酸循环是一个耗能过程，2分子乳酸异 生成1分子葡萄糖要消耗6分子ATP。 Date77 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 第四节 血糖及其调节 l血糖（blood sugar）是指血液中的葡 萄糖。（glucose,G） l血糖浓度：3.896.11mmol/L （安静 、空腹、停食1214小时） l血糖浓度相对恒定对于保证组织器官 特别是大脑组织的正常活动有重要意 义。 Date78 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 血糖 3.89-6.11 mmol/L 一、血糖的来源和去路 CO2、H2O 能量 氧化分解 合 成肝糖原 肌糖原 戊糖途径等 其他糖类 尿糖 8.89 mmol/L （肾糖阈） 去 路来 源 食物中糖 消化吸收 肝糖原 分 解 非糖物质 异生作用 合 成 脂肪、氨基酸 等非糖物质 Date79 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 二、血糖浓度的调节 机制：严格控制血糖的来源和去路 血糖浓度的动态平衡是 l肝、肌肉、肾等器官组织代谢协调的结 果 l神经、激素调节的结果 l糖、脂肪、氨基酸代谢调节的结果 酶水平的调节是最基本的调节方式和基础 Date80 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一）肝脏调节 肝脏是调节血糖浓度的主要器官 l具有参于糖代谢的各种酶 肝糖原合成 肝糖原分解 糖异生 Date81 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二）激素的调节 l血糖浓度及糖代谢的调节最重要的因素。 l降低血糖的激素：胰岛素 l升高血糖的激素：胰高血糖素 l 肾上腺素 l 肾上腺皮质激素 l 生长素 l 甲状腺素 说明 互相协调 互相制约 Date82 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 激素的调节 说明 Date83 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 三、血糖水平异常 l 空腹血糖浓度高于7.227.78mmol/L称 为高血糖（hyperglycemia） 。 l空腹血糖浓度低于3.333.89mmol/L称 为低血糖。 (hypoglycemia) Date84 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （一）生理性高血糖与糖尿 l在生理情况下，血糖超过肾糖阈(血糖 浓度高于（8.8910.00mmol/L）时出 现的糖尿，属生理性糖尿(glucosuria) 。 l如：情感性糖尿 l 饮食性糖尿 Date85 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （二）病理性高血糖及糖尿病 l糖尿病(diabetes)是一组病因和发病机理尚未 完全阐明的内分泌代谢性疾病，以高血糖为 其主要标志。 l病因：胰岛素分泌不足等（胰岛细胞损害 ） l分型：胰岛素依赖型（I型） l 非胰岛素依赖型（II型） 说明 Date86 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College （三）低血糖 常见病因： l饥饿、不能进食等 l胰岛素-细胞机能亢进、胰岛素分泌过多 l内分泌功能紊乱 l肝脏疾病等引起的肝功能不良 对机体的影响： l影响脑的正常功能（血糖是大脑的主要能 源） 出现头昏、心悸、饥饿感及出冷汗等 严重时患者出现昏迷，称为低血糖休克 如不及时补充血糖可导致死亡 Date87 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖的结构式（1） 果糖 O CH2OH CH2OH 6 1 葡萄糖 CH2OH O 1 6 半乳糖 CH2OH O 1 6 Date88 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖的结构式（2） 糖 原 结 构 O CH2OH O 141 O CH2OH 6 O CH2OH O O CH2 O 1 6 O O CH2OH 4 功用 Date89 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖原模式图 糖原 Date90 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖类消化图解 注： -淀粉酶、-葡萄糖苷酶能水解1，4糖苷 键 -极限糊精酶则水解1，6糖苷键 -极限 糊精酶 葡萄糖 （小肠粘膜细胞刷状缘） -葡萄糖 苷酶 葡萄糖 麦芽糖 麦芽三糖 麦芽寡糖 -极限糊精 淀粉 （唾液、胰液） -淀粉酶 Date91 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 糖类消化图解（2） 说明：1、糖的吸收形式主要是葡萄糖。 2、己糖的吸收是消耗ATP的主动吸收过 程，而戊糖靠被动扩散吸收。 3、糖的贮存形式是糖原（肝、肌糖原共 约400g）；而脂肪也可视为糖的另一种贮存 形式。 蔗糖 蔗糖酶 乳糖 乳糖酶 葡萄糖果糖 半乳糖葡萄糖 Date92 Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College 消化吸收补充说明 l人类食物中的糖有淀粉、糖原、蔗糖、 乳糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖及纤维素 等 ，纤维素不被消化，但纤维素能促 进肠管蠕动 ，其余的糖被消化道中水 解酶类分解为单糖后才被吸收 l唾液中含有唾液淀粉酶 ，胃液中不含 水解糖类的酶类，小肠是糖消化的主要 场所，肠液中有胰腺分泌的胰淀粉酶 Date93 Department of Bioche