[基础医学]糖代谢.ppt

糖 代 谢 (METABOLISM OF CARBOHYDRATE) 学习要求 掌握糖的生理功能；糖酵解、糖的有 氧氧化和磷酸戊糖途径的代谢特点和 生理意义；血糖的来源与去路及调节 作用。 熟悉糖酵解、糖的有氧氧化的代谢调 节；糖原合成与分解、糖异生的代谢 特点及生理意义；成熟红细胞代谢特 点；糖代谢与疾病的关系。 了解其他内容 糖糖 代代 谢谢 第一节 糖的无氧分解 第二节 糖的有氧氧化 第三节 磷酸戊糖途经 第四节 糖原的合成与分解 第五节 糖异生作用 第六节 血糖 第七节 糖复合物 概述 : 糖的生理功能 : 糖的消化吸收 : 糖代谢的概况 糖 的 基 本 知 识 多羟基的醛或多羟基的酮 即为糖。 有许多 分类：单糖、双糖、寡糖、多糖 概念： 结构：有3种形式，即: 直立式、环式、椅式 异构体： 1. 糖的基本知识-醛糖与酮糖 醛 糖 Aldose 酮 糖 Ketose 6-磷酸葡萄糖 (glucose 6-phosphate) 6-磷酸果糖 (fructose 6-phostpate) D-葡萄糖(D-glucose) 1 2 3 4 5 6 D-果糖(D-fructose) 1 2 3 4 5 6 1. 糖的基本知识-醛糖与酮糖 3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde 3- phosphate) 醛 糖 Aldose 酮 糖 Ketose 磷酸二羟丙酮 (dihydroxyacetone phosphate) 二羟丙酮 (dihydroxyacetone) 1 2 3 甘油醛 (glycerose) 1 2 3 1. 糖的基本知识-醛糖与酮糖 醛 糖 Aldose 酮 糖 Ketose 5-磷酸核酮糖 (ribulose 5-phosphate) 5-磷酸核糖 (ribose 5-phosphate) 核酮糖 (ribulose) 3 2 1 4 5 核糖 (ribose) 3 2 1 4 5 2. 常见糖的结构 单糖: 不能被水解成更简单形式的糖称为单糖。 单糖的种类： 根据所含碳原子的多少，分为： 三碳糖（甘油醛、二羟丙酮等） 四碳糖（赤藓糖等） 五碳糖（核糖、核酮糖、木酮糖等） 六碳糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等） 七碳糖（景天糖等） 常见的单糖-葡萄糖(D-glucose) 环状 (Haworth projection) D-葡萄糖 (D-glucose) 1 2 3 4 5 6 椅式 (chair form) -D-吡喃葡萄糖 (-D-glucopyranose) 6 1 2 3 4 5 6 -D-吡喃葡萄糖 (-D-glucopyranose) 1 23 4 5 6 开链(straight chain) 葡萄糖在体内的作用 葡萄糖是体内糖代谢的中心 （1）葡萄糖是食物中糖(如淀粉)的消化产物； （2）葡萄糖在生物体内可转变成其它的糖， 如核糖、果糖、半乳糖、糖原等； （3）葡萄糖是哺乳动物及胎儿的主要供能物质； （4）葡萄糖可转变为氨基酸和脂肪酸的碳骨架。 2. 常见糖的结构 双糖：由两个相同或不同的单糖组 成,常见的有乳糖、蔗糖、麦芽糖等. 麦芽糖(maltose) 1 4 -D-葡萄糖苷-（14）-D-葡萄糖 2. 常 见 的 双 糖 蔗糖(sucrose) 1 1 2 -D-葡萄糖苷-（12）-D-果糖 乳糖(lactose)14 -D-半乳糖苷-（14）-D-葡萄糖 3. 常见的多糖-淀粉(starch) 直链淀粉 (amylose) 支链淀粉 (amylopectin) 蓝色: -1,4-糖苷键 红色: -1,6-糖苷键 糖原分支处结构图 在书写糖原的反应时，常用Gn、 Gn+1 或 Gn-1表示糖原分子 糖原在体内的作用 糖原是体内糖的贮存形式 糖原贮存的主要器官是肝脏和肌肉组织 肝糖原： 含量可达肝重的5%(总量为90-100g) 肌糖原： 含量为肌肉重量的1-2%(总量为200-400g) 人体内糖原的贮存量有限， 一般不超过500g. 一、糖的主要生理功能 氧化功能 1g葡萄糖在体内完全氧化可释 放16.7kJ的能量。 糖类所供给的能量是机体生命 活动主要的能量来源（正常情况 下约占机体所需总能量的50 70%）。 三、糖的主要生理功能 构成组织细胞的基本成分 1、核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分； 2、糖与脂类或蛋白质结合形成糖脂或糖蛋白/ 蛋白聚糖（统称糖复合物）。 糖复合物不仅是 细胞的结构分子，而且是信息分子。 3、体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖蛋 白，如抗体、许多酶类和凝血因子等。 氧化功能 三、糖的主要生理功能 转变为体内的其它成分 1、糖是合成脂类(脂肪酸、脂肪) 的重要前体； 2、糖在体内可转变成非必须氨基 酸的碳骨架。 氧化功能 构成组织细胞的基本成分 二、糖的消化吸收 (Digestion and Adsorption of Carbohydrate) 体内糖的来源 糖的消化 糖的吸收 糖吸收后的去向 1. 糖的消化 1、口腔消化 (次要) 淀粉 麦芽糖 + 麦芽三糖 + 少量含有4-9个葡萄糖基的寡糖 唾液淀粉酶 1. 糖的消化 淀粉 麦芽糖+麦芽寡糖(65%) +异麦芽糖 +-极限糊精(35%) 胰淀粉酶 1、口腔消化 次要 2、小肠内消化 主要 小肠粘膜刷状缘各种水解酶 各种单糖 小肠中各种糖类水解酶的作用 线形寡糖 n 葡萄糖 肠粘膜上皮细胞刷状缘 -葡萄糖苷酶 蔗 糖 葡萄糖 + 果糖 肠粘膜上皮细胞刷状缘 蔗 糖 酶 麦芽糖 2 葡萄糖 肠粘膜上皮细胞刷状缘 麦 芽 糖 酶 乳 糖 葡萄糖 + 半乳糖 肠粘膜上皮细胞刷状缘 乳 糖 酶 异麦芽糖 -极限/临界糊精 n 葡萄糖 肠粘膜上皮细胞刷状缘 异麦芽糖酶 -极限/临界糊精酶 淀粉 麦芽糖+麦芽寡糖(65%) +异麦芽糖 +-极限糊精(35%) 胰淀粉酶 2. 糖的吸收 部位： 小肠上部 方式： 主动吸收 单纯扩散 易化扩散 （SGLT与GLUT） 2. 糖的吸收 方式： 主动吸收 单纯扩散 易化扩散 （SGLT与 GLUT） 2. 糖的吸收-单纯扩散 实验证明：以葡萄糖的吸收速度为 100计，各种单糖的吸收速度为： D-半乳糖(110) D-葡萄糖(100) D-果糖(43) D-甘露糖(19) L-木酮糖(15) L-阿拉伯糖(9) 结论：各种单糖的吸收速度不同 2. 糖的吸收-主动吸收 结论：葡萄糖的吸收是耗能的过程。 Na+ G 钠泵 特异载体 Na+ G Na+ G G Na+ G Na+ G Na+ K+ K+ ATP ADP+Pi 3. 糖吸收后的去向 糖类物质 单糖 口腔、小肠 消化 门静脉 肝脏 单糖 在肝脏中 进行代谢 肝静脉 血液循环 单糖 在肝外组织 进行代谢 反应过程 反应特点 生理意义 三个关键 关键物 关键酶 关键步骤 反应部位与条件 始终枢 氧化还原状况 : 递H 动态生化学习要点 NAD+ FAD 能量投入产出: ATP 磷酸化 氧化 底物 第一节 糖的无氧分解 糖酵解的反应过程 成熟红细胞的糖酵解 糖酵解的生理意义 糖酵解的调节 糖的无氧分解 糖酵解 glycolysis 葡萄糖或糖原在胞浆中分解成 乳酸和少量ATP的过程。 糖的无氧分解是指： 体内组织在无氧或缺氧情况下， E：Embden；M: Meyerhof；P: Parnas 糖的无氧分解途径， 亦称为糖酵解途径 糖的无氧分解途径 亦称为EMP途径 CO2+H2O 乳酸 丙酮酸 葡萄糖 乙醇 Meyerhof E：Embden；M: Meyerhof；P: Parmas 一、糖酵解反应过程 11个酶催化的12步反应 第一阶段： 磷酸已糖的生成(活化) 四 个 阶 段 第二阶段： 磷酸丙糖的生成(裂解) 第三阶段： 3-磷酸甘油醛转变 为丙酮酸并释放能量 (氧化产能) 第四阶段： 丙酮酸还原为乳酸(还原) 葡萄糖转变为乳酸 糖酵解过程 葡萄糖 6-磷酸果糖 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 2 2-磷酸甘油酸 2丙酮酸 6-磷酸葡萄糖 ADPATP 1,6-二磷酸果糖 ADPATP 21,3-二磷酸甘油酸 2Pi2NADH+ 2H+ 2NAD+ 2 3-磷酸甘油酸 2ADP 2ATP 2磷酸烯醇式丙酮酸 2H2O 2烯醇式丙酮酸 2ADP 2ATP 2乳酸 已糖激酶（HK）磷酸果糖激酶（FPK） 丙酮酸激酶 （PK） LDH 葡萄糖磷酸化 生成6-磷酸葡萄糖 糖酵解过程 ATPADP glucose(G) glucose-6- phosphate (G-6-P） 已糖激酶 Mg2+ 糖酵解过程的第一个限速酶 Hexokinase Glucose Induced fit Irreversible in cells 葡萄糖磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖的意义 1、葡萄糖磷酸化后容易参与反应 2、磷酸化后的葡萄糖不能透过 细胞膜，是细胞的一种保糖 机制 已糖激酶(hexokinase) 已糖激酶有4种同功酶，即型 已糖激酶的分型 型 型 中文名称 已糖激酶(HK) 葡萄糖激酶 (GK) 英 文 hexokinase glucokinase 存在范围 在组织细胞中 仅在肝脏和胰腺 广泛存在 细胞存在 与葡萄糖亲和力 高 低 Km: 0.01mmol/L Km: 10100mmol/L 产物反馈抑制 有 无 激素调控 受激素调控 6-磷酸果糖再磷酸化 生成1,6-二磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖 (fructose-1,6-diphosphate) 糖酵解过程 ATPADP 磷酸果糖激酶-1 （FPK-1） Mg2+ 糖酵解过程的第二个限速酶 (F-6-P） One subunit of the tetrameric phosphofructokinase-1 (PFK-1) Regulatory ADP The committing step 磷酸果糖激酶-1 (phosphofructokinase-1) 磷酸果糖激酶-1是糖酵解三个 限速酶中催化效率最低的酶,因此被 认为是糖酵解作用最重要的限速酶。 变构激活剂：AMP、ADP、1,6-二磷酸果糖 、 2,6-二磷酸果糖 变构抑制剂：ATP、柠檬酸、 长链脂肪酸 Phosphofructokinase-1 (PFK-1) is regulated by many negative and positive effectors Fructose 1,6- bisphosphate ADP 磷酸烯醇式丙酮酸转变为 烯醇式丙酮酸 ADPATP 糖酵解过程 丙酮酸激酶 (PK ) 磷酸烯醇式 丙酮酸 (phosphoenolpyruvate) 烯醇式丙酮酸 (enolpyruvate) 糖酵解过程的第三个限速酶 也是第二次底物水平磷酸化反应 Mg2+, K+ 1,3-二磷酸甘油酸 转变为3-磷酸甘油酸 糖酵解过程 3-磷酸甘油酸激酶 3-磷酸甘油酸 (3-phosphoglycerate) 这是糖酵解 中第一次 底物水平 磷酸化反应 1,3-二磷酸甘油酸 (1,3- diphosphoglycerat e) (1,3-DPG) OPO 3 2- ADPATP 丙酮酸还原为乳酸 糖酵解过程 丙酮酸 (pyruvate)NADH+H+ 3-磷酸甘油醛 3-磷酸甘油醛脱氢酶 Pi 1,3-二磷酸甘油酸 乳酸 (lactate) 乳酸脱氢酶 NAD + 糖酵解与发酵的比较 糖酵解过程小结 C6H12O6 2CH3COCOOH 葡萄糖 丙酮酸 2NAD+ 2(NADH+H+ ) 2(NADH+H+) 2NAD+ 2CH3CH(OH)COOH(乳酸) 2NAD+ 2(NADH+H+ ) 人与动物 2CH3CH2OH(乙醇) 2CO2 2CH3CHO(乙醛) 植物与酵母 二、成熟红细胞的代谢特点 葡萄糖是红细胞唯一能源。糖酵解是其 获取能量的唯一方式。 特殊代谢过程：2，3 BPG 支路 3-磷酸甘油酸 ADP ATP 1,3-二磷酸甘油酸 2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG） 二磷酸甘油酸变位酶 2,3-BPG磷酸酶 15%50% 糖酵解的特点： 1.代谢部位与条件：细胞液；无需氧 2.三关键： 终产物 乳酸 关键酶 已糖激酶（HK）、 磷酸果糖激酶（FPK）、 丙酮酸激酶（PK） 3. 氧化还原： 1 NADH 4. 能量生成： 净 2 ATP （底物磷酸化） 糖酵解过程中ATP的生成 2 糖酵解过程小结 葡 萄 糖 6-磷酸葡萄糖 6 - 磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖 1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙 酮 酸 -1 1 反 应 ATP -1 2 1 1 mol 葡萄糖 2 mol 乳酸 + ？mol ATP 糖原中的1mol葡萄糖2mol 乳酸 +？mol ATP 2 mol ATP 3 mol ATP 糖酵解过程的限速酶 糖酵解过程小结 酶 的 名 称 已糖激酶 葡萄糖激酶(肝) *磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶 变构激活剂 Mg2+, Mn2+ Mg2+, Mn2+ Mg2+, AMP, ADP, F-1,6-2P, F-2,6-2P Mg2+, K+, F-1,6-2P 变构抑制剂 G-6-P - ATP，柠檬酸， 长链脂肪酸 ATP 三、糖酵解的生理意义 1、在无氧条件下迅速提供能量,供机体需要 如：肌肉收缩、人到高原 2、是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源 3、是某些病理情况下机体获得能量的方式 4、若糖酵解过度，可因乳酸生成过多而导 致乳酸酸中毒 如：成熟红细胞 无线粒体， 无法通过氧化磷酸化获得能量 糖酵解意义 代谢极为活跃，即使 不缺氧,也常由糖酵解提供 部分能量。 成熟红细胞： 视网膜、神经、白细胞、 骨髓、肿瘤细胞等: 视网膜 某些组织细胞与糖酵解供能 糖酵解中能量利用的效率 糖酵解过程小结 糖酵解中能量的利用率 2 30.5 / 196 = 61/196 = 31(%) 2 51.6 / 196 = 103.2/196 = 52.6(%) 1mol葡萄糖 2mol 乳酸 + 能量 G0= 196kJ ATP: G0= 30.5kJ/mol(体外标准状态下) G0= 51.6kJ/mol(体内生理状态下 ) 能量 第二节 糖的有氧氧化 (aerobic oxidation) 葡萄糖 彻底氧化分解生成CO2和H2O的过程。 糖的有氧氧化是指： 体内组织在有氧条件下， 有氧氧化是糖氧化的主要方式， 绝大多数组织细胞都通过有氧氧化 获得能量。 C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 3638 ATP 糖有氧氧化概况 葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA CO2+H2O+ATP 三羧酸循环 糖的有氧氧化 乳酸 糖酵解 线粒体内 胞浆 糖的有氧氧化与糖酵解 细胞 胞浆 线粒体 葡萄糖丙酮酸乳酸(糖酵解)葡萄糖丙酮酸 CO2+H2O+ATP (糖的有氧氧化） 丙酮酸 Mitochondria is the major site for fuel oxidation to generate ATP. 二、糖有氧氧化的过程 第一阶段： 丙酮酸的生成（胞浆） 第二阶段： 丙酮酸氧化脱羧生成 乙酰CoA（线粒体） 第三阶段： 乙酰CoA进入三羧酸循环 彻底氧化（线粒体） 三 个 阶 段 丙酮酸的生成（胞浆） 葡萄糖 + NAD+ + 2ADP +2Pi 2（丙酮酸+ ATP + NADH+ H+ ） 2丙酮酸进入线粒体进一步氧化 2(NADH+ H+ )2H2O + 6/8 ATP 线粒体内膜上特异载体 穿梭系统 氧化呼吸链 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A NAD+ NADH+H+ 丙酮酸 乙酰CoA + CoA-SH 辅酶A SCoA + C O2 COO 丙酮酸+ CoA-SH+ NAD+ 乙酰CoA + C O2 + NADH+H+ 丙酮酸 脱氢酶系 The oxidative decarboxylation of pyruvate in mitochondria: producing acetyl-CoA and CO2. E1：丙酮酸脱氢（羧）酶； E2：二氢硫辛酰胺（酸）转乙酰酶； E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶 丙酮酸脱氢酶复合体 3 种 酶： 丙酮酸脱羧酶(TPP、Mg2+) 二氢硫辛酸乙酰基转移酶(硫辛酸、辅酶A) 二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+) 6种辅助因子： TPP+ 、辅酶A、FAD、NAD+、硫辛酸、 Mg2+、 （含B1、 泛酸、 B2 、 PP四种维生素） Electron micrograph of pyruvate dehydrogenase complexes from E. coli A model of the E. coli pyruvate dehydrognase pyruvate dehydrognase complexcomplex showing the three kinds of enzymes and the flexible lipoamide arms covalently attached to E2 E2 (dihydrolipoyl transacetylase): consisting the core, 24 subunits; E1 (pyruvate dehydrogenase): bound to the E2 core, 24 subunits; E3 (dihydrolipoyl dehydrogenase): bound to the E2 core, 12 subunits. (a protein kinase and phosphoprotein phosphatase, not shown here, are also part of the complex) pyruvate E2 E3 hydroxyethyl-TPP CO2 acetyl-CoA X-ray structure of the E2 transacetylase core: Only four out of eight trimers are shown here. The E2 core (a total of 24 subunits) forms a hollow cube. The oxidative decarboxylation of pyruvate is catalyzed by a multiezyme complex: pyruvate dehydrogenase complex. Pyruvate is decarboyxlated With the help of TPP, a coenzyme of pyruvate decarboxylase during ethanol fermentation 丙酮酸脱氢酶系 催化的反应 FAD FADH2 NAD+ NADH+H+ HSCoA CH3COSCoA TPP CO2 丙酮酸脱羧酶 Mg2+ 二氢硫辛酸 脱氢酶 硫辛酸乙酰 转移酶 乙酰辅酶A进入三羧酸循环 三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle，TAC) 又称柠檬酸循环(citric acid cycle)/ Krebs 循环(Krebs cycle)。 乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成含3个羧 基的柠檬酸开始，经过一系列代谢反应， 乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以再生的 过程称为三羧酸循环。 草酰乙酸 P CH2COSoA ( 乙酰辅酶A) 苹果酸 琥珀酸 琥珀酰CoA -酮戊二酸 异柠檬酸 柠檬酸 CO2 2H CO22H GTP 延胡索酸 三羧酸循环总图 2H 2H 三羧酸循环特点 P v 一次底物水平磷酸化 v 二次脱羧 v 三个不可逆反应 v 四次脱氢 1分子乙酰CoA经三羧酸循 环彻底氧化净生成12ATP。 糖有氧氧化过程中ATP的生成 第一阶段：葡萄糖 2丙酮酸 第二阶段：2丙酮酸 2乙酰CoA 第三阶段：2乙酰CoA2CO2+4H2O 2ATP 糖 的 有 氧 氧 化 底物磷酸化 氧化磷酸化 23ATP 211ATP 葡萄糖 6 CO2+ 6H2O + ？mol ATP 糖原中的1mol葡萄糖 6 CO2+ 6H2O + ？mol ATP 36/38 ATP 37/39 ATP 22/3ATP 2ATP 三羧酸循环的限速酶及其调节 酶 的 名 称 柠檬酸合酶 *异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶系 变构激活剂 ADP 变构抑制剂 ATP NADH ATP、NADH、 琥珀酰CoA TCA循环的调节 P 丙酮酸氧化 和 三羧酸循环 的调节 琥珀酰CoA 草酰乙酸 苹果酸 琥珀酸 -酮戊二酸 异柠檬酸 柠檬酸 延胡索酸 乙酰辅酶A 丙酮酸 乙酰CoA、NADH、ATP ATP NADH 琥珀酰CoA、 NADH、ATP 巴斯德效应： 指有氧氧化抑制生醇发酵的现象称为 巴斯德效应（pastuer effect,法国） 反巴斯德效应（克奈特瑞效应Crabtree) 指在充分供给葡萄糖时，不论有氧或无氧， 都有很强的糖酵解作用，而有氧氧化反而相 应减低。 糖有氧氧化的生理意义 p 糖有氧氧化的基本生理功能是氧化供能。 p 糖有氧氧化是体内三大营养物质代谢 的最终通路。 p 糖有氧氧化途径与体内其他代谢途径 有着密切的联系（互变枢纽）。 三、 磷酸戊糖途径 以6-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物的 过程，称为磷酸戊糖途径。 36-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+ 2 6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+ ) 磷酸戊糖途径(phosphopentose pathway) 又称磷酸已糖旁路(hexose monophosphate shunt,HMS)或Warburg-Dickens途径。 Otto warburg 磷酸戊糖途径的过程 第一阶段： 氧化反应 生成NADPH和CO2 第二阶段： 非氧化反应 一系列基团转移反应 (生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖) 磷酸戊糖途径二个阶段的反应式 6-磷酸葡萄糖 + 2 NADP+ 5-磷酸核糖 + 2(NADPH+H+) + CO2 35-磷酸核糖 26-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛 36-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+ 2 6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+ ) + 3CO2 (1)6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸葡萄糖酸内酯 NADP+ NADPH+H+ 6-磷酸葡萄糖 glucose 6-phosphate 6-磷酸葡萄糖酸内酯 6-phosphoglucono-lactone 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 glucose 6-phosphate dehydrogenase(G6PD) 限速酶，对 NADP+有高 度特异性 磷酸戊糖途径 糖酵解途径 36-磷 酸葡萄糖 5-磷酸 木酮糖 5-磷酸 核糖 5-磷酸 木酮糖 7-磷酸 景天糖 3-磷酸 甘油醛 4-磷酸 赤藓糖 6-磷酸 果糖 3-磷酸 甘油醛 6-磷酸 果糖 36-磷酸葡 萄糖酸内酯 3NADPH 36-磷酸 葡萄糖酸 3H2O 35-磷 酸核酮糖 3NADPH 3CO2 磷酸戊糖途径小结 x 反应部位： 胞浆 x 反应底物： 6-磷酸葡萄糖 x 重要反应产物： NADPH、5-磷酸核糖 x 限 速 酶： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD) 磷酸戊糖途径的意义 1、产生5-磷酸核糖 2、产生NADPH 5-磷酸核糖 5-磷酸核糖参与 各种核苷酸辅酶及核苷酸的合成 DNA、RNA合成原料 (1)NAD(P)+ (2)FAD (3)HSCoA 各种核苷酸辅酶 (1) NTP (2)dNTP (3)cAMP/cGMP 核苷酸 (3)cAMP/cGMP 第二信使 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 -对维持细胞中还原型谷胱甘肽的正 常含量起重要作用 3、作为加单氧酶的辅酶 -参与肝脏对激素、药物和毒物的生 物转化作用 4、清除自由基的作用 NADPH作为体内多种物质 生物合成的供氢体 脂肪酸、胆固醇和类固醇化合物 的生物合成，均需要大量的NADPH 。 NADPH + H+ R-C=C-R R-CH2-CH2-R H H R-CH2-C-R R-CH2-CH-R 0= OH NADP+ 谷胱甘肽的功能 (1) 解毒功能 (2) 保护巯基酶/蛋白质 (3) 可消除自由基 (4) 协肋氨基酸的吸收 谷 胱 甘 肽 的 抗 氧 化 作 用 NADPH作为羟化酶的辅酶 羟化反应： (1)与某些生物合成(胆固醇、胆汁酸、类固醇激素 等)有关； (2)与肝脏的生物转化(激素、药物、毒物的生物转 化)有关。 RH +NADPH+H + ROH+NADP+ H2O 羟化酶 第五节 糖的贮存与动员 肝糖原： 含量可达肝重的 5%(总量为90-100g) 肌糖原： 含量为肌肉重量的1 2%(总量为200-400g) 部位： 肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中 一、糖原合成 定义： 由单糖合成糖原的过程称为 糖原的合成(glycogenesis)。 单糖: 葡萄糖(主要)、果糖、半乳糖等 (3)尿苷二磷酸葡萄糖的生成 1-磷酸葡萄糖 (glucose-1-phosphate) UTP 尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG) (uridine diposphate glucose) PPi UDPG焦磷酸化酶 UTP+1-磷酸葡萄糖 UDPG+ PPi H2O 2Pi 糖原合成图 消耗能量 需要引物 非还原端 葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 糖原(14和16葡萄糖单位) 6-磷酸葡萄糖 ATP ADP UDPG UTP PPi 糖原(14葡萄糖单位) 糖原引物 UDP 糖原合成酶 非还原端 还原端 3. 常见的多糖-糖原(glycogen) 糖原分支处结构图 在书写糖原的反应时，常用Gn、 Gn+1 或 Gn-1表示糖原分子 二、糖原分解 / 部位 肝脏 / 产物 葡萄糖 / 糖原分解 是指糖原分解为葡萄糖的过程。 糖 原 分 解 图 糖 原 Gn+1 1-磷酸葡萄糖 Pi Gn 磷酸化酶 6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶 葡萄糖 H2O Pi 葡萄糖-6-磷酸酶 糖分解代谢 葡萄糖与葡萄糖与6-6-磷酸葡萄糖的相磷酸葡萄糖的相 互转换互转换 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 ATP ADP 糖的分解代谢 已糖激酶 H3PO4 H2O 糖原的分解 葡萄糖-6-磷酸酶 肝 糖原的合成与分解图 葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 糖 原 Gn+1 UDPG 糖原引物 Gn UDPG UTP PPi ATPADP 6-磷酸葡萄糖 ATP ADP 糖 原 Gn+1 Pi Gn 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 H2O Pi 肝糖原与肌糖原比较 肝糖原 肌糖原 贮 量 90-100g 200-500g 5% 1-2% 合成原料 单糖/非糖物质 葡萄糖 分解产物 葡萄糖 乳 酸 功 能 维持血糖浓度 满足剧烈运动时 的相对恒定 肌肉对能量的需要 消 耗 餐后12-18h 剧烈运动后 糖原合成与分解的意义 对维持血糖浓度的相对恒定和肌 肉组织对能量的需要起重要作用。 糖原合成与分解是通过两条不同 的代谢途径，说明生化的一个重要原 理。 激素介导对糖原合成与分解的调 节在生物体内具有普遍的意义。 解释了临床上的某些遗传性疾病 糖原合酶的共价修饰调节 A激酶(有活性) ATPADP H2O Pi 磷蛋白磷酸酶-1 糖原合酶a （有活性） 糖原合酶b- （无活性） P A激酶(无活性) cAMP + cAMP对糖原合成与分解的调节 A激酶(有活性)A激酶(无活性) cAMP + A激酶(有活性) + 磷酸化酶b激酶- （有活性） P 磷酸化酶b激酶 (无活性) ATP ADP 磷酸化酶b （无活性） 2ATP2ADP 磷酸化酶a- （高活性） P 糖原合酶a （有活性） 糖原合酶b- （无活性） + P H2O Pi 磷蛋白磷酸酶-1 H2O Pi 磷蛋白磷酸酶-1 胰高血糖素 和肾上腺素 对糖原合成 与分解的 调节 胰高血糖素、肾上腺素 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 + ATP cAMP + 蛋白激酶 蛋白激酶 + 糖原合酶糖原合酶 + 磷酸化酶b激酶 磷酸化酶b激酶 + 磷酸化酶b磷酸化酶a + 糖原分解加强 糖原合成下降 级联放 大效应 The liver glycogen phosphorylase is regulated by allosteric effector AMP in addition to reversible phosphorylation The a form The b form AMP is a positive regulator Glycogen Phosphorylase a (phosphorylated) The a form of glycogen phosphorylase Ser14-P PLP Glucose AMP The reversible phosphorylations of the glycogen phosphorylase isozymes in liver and muscle are regulated by Different hormones The muscle glycogen phosphorylase is negatively regulated by glucose 三、糖异生作用 定义： 由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的 过程称为糖异生作用。 原料： 生糖氨基酸、丙酮酸、乳酸、甘油及 三羧酸循环中的有机酸 部位： 肝脏（主要）及肾脏（饥饿时） 糖异生作用的过程 D 基本上是糖酵解的逆过程 D 跨越三个能障 (energery barrier) D 跨越一个膜障 (membrane barrier) 糖 酵 解 过 程 葡萄糖6-磷酸果糖 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 2 2-磷酸甘油酸 2丙酮酸 6-磷酸葡萄糖 ADPATP 1,6-二磷酸果糖 ADPATP 21,3-二磷酸甘油酸 2Pi2NADH+ 2H+ 2NAD+ 2 3-磷酸甘油酸 2ADP 2ATP 2磷酸烯醇式丙酮酸 2H2O 2烯醇式丙酮酸 2ADP 2ATP 2乳酸 三个不可逆过程 6-磷酸葡萄糖的水解 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 ATP ADP 糖的分解代谢 葡萄糖激酶 (肝) H3PO4 H2O 糖的异生作用 葡萄糖-6-磷酸酶 肝 底物循环 1,6-二磷酸果糖的水解 6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖 ATP ADP 糖的分解代谢 磷酸果糖激酶-1 H3PO4 H2O 糖的异生作用 果糖二磷酸酶-1 底物循环 丙酮酸转变为草酰乙酸 丙酮酸 + CO2 + ATP 草酰乙酸 + ADP + Pi + CO2 +ATP + ADP + Pi 丙酮酸羧化酶 生物素、Mg2+ 草酰乙酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸 + GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 + GDP + CO2 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸 GDPGTP CO2 磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶 丙酮酸羧化支路 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 葡萄糖 ADP ATP 丙酮酸激酶 草酰乙酸 ATP ADP CO2 丙酮酸羧化酶 生物素 CO2GTPGDP 磷酸磷醇式丙酮酸 羧激酶 丙酮酸 糖异生作用与膜障 葡萄糖 - 6 - 磷酸酶 果糖二磷酸酶-1 丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 胞浆 胞浆 线粒体 胞浆、线粒体 糖异生作用的酶 存在部位 线粒体内膜不允许草酰乙酸自由 透过，故此草酰乙酸在线粒体与胞浆 之间的交换受阻从而构成“膜障”。 天冬氨酸 苹果酸 天冬氨酸 苹果酸 草酰乙酸 磷酸烯醇式 丙酮酸 丙酮酸 丙酮酸 磷酸烯醇式 丙酮酸 草酰乙酸 线粒体中 草酰乙酸的转运 线粒体内膜 线粒体基质 细胞浆 糖异生 2 丙酮酸 1，6-二磷酸果糖 2 丙酮酸 2 磷酸烯醇式丙酮酸 2 乳酸 乳酸、丙酮酸的 糖异生作用 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 乳酸 2 草酰乙酸 2 丙酮酸 2 磷酸烯醇式丙酮酸 1，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 2 草酰乙酸 2 苹果酸 2 苹果酸 甘油的糖异生作用 1，6-二磷酸果糖 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 2 乳酸 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 甘 油 磷酸甘油 3-磷酸甘油醛 1，6-二磷酸果糖 ATP ADP 甘油激酶 磷酸二羟丙酮 NAD+NADH+H+ 磷酸甘油脱氢酶 6-磷酸果糖 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 三羧酸循环 中的有机酸 1，6-二磷酸果糖 2 丙酮酸 2 磷酸烯醇式丙酮酸 2 乳酸 三羧酸循环中有机 酸的糖异生作用 葡萄糖 2 磷酸烯醇式丙酮酸 1，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖 苹果酸 苹果酸 草酰乙酸 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 糖异生作用的意义 % 在饥饿情况下保证血糖 浓度的相对恒定 % 补充糖原贮备 % 有利于乳酸的利用 红细胞、骨髓 肾髓质、神经 视 网 膜 糖异生与血糖浓度 消耗100-150g 葡萄糖/天 消耗40g 葡萄糖/天 人体储存的可供全身利 用的糖仅150g左右 （不到12小时全部耗尽 ） 正常情况下 血糖浓度：4.56.7mmo/L 禁食数周时 血糖浓度：3.9mmo/L 在饥饿情况下糖异 生对保证血糖浓度的相 对恒定具有重要的意义 即使在饥饿时，机体也需 消耗一定量的葡萄糖 （200g/天) 糖异生与糖原贮备 糖异生是肝补充或恢复糖原储备 的重要途径。 动物从饥饿后摄食数小时后，糖的分代谢应加 速而糖异生途径应被抑制，但此时肝内仍保持较高 的糖异生活性达23小时，以参与糖原的合成。只 有在肝内有一定量的糖原后，摄入的葡萄糖才分解 供能，或提供乙酰CoA。 糖原的合成有另外一条途径，即三碳途径。 乳酸 乳酸的利用 糖原 葡萄糖 丙酮酸 葡萄糖 血糖 血乳酸 糖原 丙酮酸 乳酸 6-磷酸葡萄糖 乳酸循环 (cori cycle) + 定义： + 意义： 防止乳酸堆积引起酸中毒 避免乳酸的浪费 （有利于乳酸的再利用） 促进肝糖原的不断更新 肌糖原 血乳酸 肝糖原 血糖 乳酸循环 Gerty T. R. Cori Carl cori 糖异生调节的小结 ATP/(AMP+ADP)比值的变化对糖异生和糖 酵解的影响： (1)当体内ATP积聚量较多时，可抑制糖的分解 ，促进糖的异生，以积累能源。 (2)当耗能增加时，ATP不足，可促进糖的分解 而抑制糖的异生以产生更多的ATP，以供机体需要。 促进糖异生作用的激素 肾上腺素、胰高血糖素、糖皮质激素 抑制糖的异生作用的激素是 胰岛素 第三节 血糖 血糖的基本知识 血