课件：生化糖代谢.ppt

糖的代谢,第五章,贾竹青 中心楼905 电话：82805735 ,2,糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,糖的概念,3,第 一 节 概 述,4,一、糖的生理功能,1. 氧化供能,提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。,3. 作为机体组织细胞的组成成分,糖的主要功能，人体5070能量供应,2. 提供合成体内其他物质的原料,是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。构成细胞膜，基质,5,血糖：指血液中存在的还原性糖。 临床上所称血糖指血中的葡萄糖。,血糖水平：即血糖浓度。 正常血糖浓度 ：3.896.11mmol/L,血糖,6,血糖,三、 血糖的来源与去路,其他己糖,7,二、糖的消化与吸收,（一）糖的消化,人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。,消化部位： 主要在小肠，少量在口腔,8,1、口腔消化 次要,9,2、小肠内消化 主要,小肠粘膜刷状缘各种水解酶,各种单糖 葡萄糖，果糖，半乳糖,10,乳糖不耐受：,奶中乳糖,乳糖酶,半乳糖,小肠吸收,乳糖不耐症,11,食物中含有的大量纤维素，因人体内无-糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。,多食纤维素食品,麦麸：31% 笋干的纤维素含量达到30-40%，辣椒40%,松蘑50% 坚果：3-14% 谷物：4-10% 大麦、玉米、荞麦面、薏米面、高粱米、黑米,12,（二）糖的吸收,1. 吸收部位 小肠上段,2. 吸收形式 单 糖 （葡萄糖，半乳糖，果糖，甘露糖，木酮糖 ）,13,肠粘膜细胞主动吸收单糖,Na+依赖型葡萄糖转运体,根皮苷抑制糖的主动吸收，治疗糖尿病；抗肿瘤；抗氧化；增强记忆力 苹果、多穗柯甜茶,14,血糖,其他己糖,15,第 二 节 糖的分解代谢,16,体内糖分解代谢途径4条,1 有氧氧化：供能的主要途径(重点）,2 糖酵解：有氧氧化的第一步，红细胞供能，紧急供能（重点）,3 磷酸戊糖通路：磷酸核糖RNA和DNA；NADPH（掌握生理意义）,4 糖醛酸途径：UDP葡萄糖醛酸（生物转化） （不讲）,17,需要掌握的知识点： 1 反应的关键酶：限速酶 2 生成多少ATP 3 不要求化学式 4 生理意义 5 画出途径大致流程,18,一、 糖酵解,糖酵解(glycolysis)的定义,在缺氧情况下，葡萄糖或糖原生成乳酸和ATP的过程,称之为糖酵解。,19,第一阶段,第二阶段,糖酵解分为两个阶段,糖酵解的反应部位：胞浆,由葡萄糖分解为丙酮酸,由丙酮酸转变成乳酸。,(一)、糖酵解的反应过程 (11步),20, 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,(关键酶1）：催化不可逆反应的酶,21, 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,己糖异构酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,22, 6-磷酸果糖转变为1,6-二磷酸果糖,ATP ADP,Mg2+,磷酸果糖激酶-1,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,(关键酶2）,(限速酶）：催化反应速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度,23,1,6-二磷酸果糖, 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,+,24,（5）磷酸丙糖的同分异构化,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,25,（6） 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,Pi、NAD+ NADH+H+,3-磷酸甘油醛脱氢酶,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸 甘油酸,高能磷酸键,26,（7） 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,1分子ATP,高能磷酸键,27,底物分子内部原子重新排列，能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化,底物水平磷酸化,28,（8） 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸 变位酶,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,29,（9）2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,2-磷酸甘油酸,+ H2O,磷酸烯醇式丙酮酸,COO C H O CH2 OH,烯醇化酶,COO C O CH2,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,+ H2O,高能磷酸键,30,ADP,ATP,K+ Mg2+,丙酮酸激酶,（10）磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 并通过底物水平磷酸化生成ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,关键酶3,ATP 2：底物水平的磷酸化,31,丙酮酸,乳酸,反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。,乳酸脱氢酶(LDH),NADH + H+,NAD+,（11）丙酮酸还原为乳酸,NAD+,乳 酸,糖酵解的代谢途径,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1, 6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,丙 酮 酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,NAD+,NADH+H+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,33,1 反应部位：胞液 2 关键酶： 己糖激酶, 磷酸果糖激酶-1, 丙酮酸激酶 3 能量的净生成：2ATP,糖酵解过程总结,34,糖酵解途径的简式,葡萄糖,己糖激酶,6磷酸葡萄糖,ATP,ADP,1,6二磷酸果糖,磷酸果糖激酶1,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,丙酮酸激酶,2ATP,ATP,ADP,2ATP,ADP,乳酸,35,（二）糖酵解的调节,关键酶,调节方式,限速酶,36,磷酸果糖激酶-1 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 ADP ATP AMP 柠檬酸 2，6-二磷酸果糖,+,-,+,（变构激活剂）,（变构激活剂）,（变构抑制剂）,（正反馈）,6-磷酸果糖激酶-1,别构调节,胰高血糖素,37,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸激酶,丙氨酸 ATP,丙酮酸,1.6-二磷酸果糖,+,丙酮酸激酶,别构调节,胰高血糖素,38,己糖激酶,葡萄糖,己糖激酶,6-磷酸葡萄糖,长链脂酰CoA,别构调节,葡萄糖糖激酶（肝脏）,糖原、磷酸核糖,胰岛素,+,39,(三) 糖酵解的生理意义,1. 迅速提供能量，剧烈运动，心肺疾患等，是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。,无氧运动：100米跑，100米、200米 游泳、 500米速滑等。增进肌力、爆发力和速度。 有氧运动：马拉松，慢跑。增进心肺功能、肌耐力及减重,40,2. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。, 无线粒体的细胞，如：红细胞, 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞, 视网膜细胞，肾髓质细胞，皮肤,3. 逆行途径是糖异生途径。,肿瘤细胞：PETCT-18F-FDG,41,二、糖的有氧氧化,概念： 糖在有氧的条件下，彻底分解成H2O 和 CO2，同时释放出能量的过程。,有氧氧化是糖分解的主要方式，是机体供能的主要途径,42,（一）有氧氧化的反应过程,第一阶段：葡萄糖酵解成丙酮酸 胞液 第二阶段：丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧成乙酰CoA 线粒体 第三阶段：三羧酸循环 线粒体,反应部位：细胞液，线粒体,43,过 程 ：,1 糖酵解生成丙酮酸（见前）,糖代谢是进入酵解途径还是进入有氧氧化途径？,是由NADH的去向决定的,44,胞浆,线粒体,葡萄糖丙酮酸乳酸(糖酵解),第一阶段：葡萄糖酵解成丙酮酸,NADH,无氧,有氧,45,第二阶段 丙酮酸生成乙酰辅酶A,丙酮酸的氧化脱羧,CH3COCOOH + HS-CoA,丙酮酸脱氢酶系,CH3COSCoA,NAD+,NADH+H+,CO2,丙酮酸,乙酰辅酶A,丙酮酸脱氢酶系(3种酶和5种辅助因子) 丙酮酸脱氢酶（E1,12） 硫辛酸乙酰基转移酶（E2,60） 二氢硫辛酸脱氢酶（E3,6） TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+,关键酶,46,反应过程,草酰乙酸,乙酰CoA,柠檬酸,（1）柠檬酸的形成,H2O,+,+,HSCoA + H +,柠檬酸合酶,（关键酶1）,（4C）,（2C）,（6C）,第三阶段：三羧酸循环-Krebs循环,47,异柠檬酸脱氢酶,NAD+ NADH + H+,顺乌头酸梅,关键酶2,a-酮戊二酸+CO2,（3）异柠檬酸,异柠檬酸,（2）柠檬酸,限速酶,48,琥珀酰CoA +CO2,a-酮戊二酸脱氢酶复合体,关键酶3,(4) a-酮戊二酸+HSCoA,琥珀酸+ HSCoA,（5）琥珀酰CoA,GDP+Pi GTP,琥珀酸硫激酶,底物水平磷酸化 GTP+ADP GDP+ATP,49,草酰乙酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸水合酶,苹果酸脱氢酶,延胡索酸,（6）琥珀酸,苹果酸,（7）延胡索酸+H2O,（8）苹果酸,50,三羧酸循环,草酰乙酸,乙酰辅酶A,柠檬酸,异柠檬酸,a-酮戊二酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶系,51,O2,H2O,葡萄糖有氧氧化概况,O2,G,6-磷酸葡萄糖,丙酮酸,三羧酸循环,4H+ + e,O2,CO2,胞液,丙酮酸,乙酰CoA,线粒体,H,H,52,三羧酸循环特点： （1）反应部位：线粒体 （2）关键酶：异柠檬酸脱氢酶，柠檬酸合酶， -酮戊二酸脱氢酶系 （3）三羧酸循环： 4次脱氢（其中3次以NAD+为受氢体,1次以FAD为受氢体） 2次脱羧 一分子乙酰辅酶A，循环一周产生10个ATP （4）三羧酸循环的中间产物不会因参与循环而被消耗， 但可以参加其它代谢而被消耗。,53,糖有氧氧化过程中ATP的生成,54,（二）糖有氧氧化的调节,酵解途径： 磷酸果糖激酶1* 丙酮酸激酶 己糖激酶,丙酮酸脱氢酶系：变构调节、化学修饰,三羧酸循环：异柠檬酸脱氢酶 * -酮戊二酸脱氢酶系 柠檬酸合酶,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,长链脂酰辅酶A,56,三羧酸循环与酵解途径互相协调。有氧氧化抑制酵解，酵解也可以抑制有氧氧化。,巴斯德效应,反巴斯德效应/Crabtree效应,57,有氧氧化的生理意义,1 氧化供能体内主要的供能方式。 2 三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质最终氧化的共同途径。,58,葡萄糖、糖原,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,59,3 三羧酸循环是糖、脂、某些氨基酸代谢联系和互变的枢纽。 4 三羧酸循环可提供生物合成的前体,60,葡萄糖、糖原,丙酮酸,乙酰CoA,脂肪,草酰乙酸,- 酮戊二酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,61,血糖,其他己糖,62,三 磷酸戊糖途径,反应部位：胞液,6磷酸葡萄糖,5磷酸核糖,+,NADPH,葡糖-6-磷酸脱氢酶,限速酶,63,反应过程,第一阶段：氧化反应过程,第二阶段：基团转移反应,(胞液中进行),生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,包括一系列基团转移：生成3磷酸甘油醛和6磷酸果糖,64,6磷酸葡萄糖,葡糖酸-6磷酸内酯,葡糖-6-磷酸脱氢酶,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,5磷酸核酮糖,5磷酸木酮糖,5磷酸核糖,限速酶,65,5-磷酸核酮糖3,5-磷酸核糖,糖酵解途径,66,磷酸戊糖途径小结,反应部位： 胞浆 反应底物： 6-磷酸葡萄糖 重要反应产物： NADPH、5-磷酸核糖 限速酶： 葡糖-6-磷酸脱氢酶,67,磷酸戊糖途径是机体内核糖产生的唯一场所,磷酸戊糖途径的生理意义,（一）为核酸的生物合成提供核糖,68,（二）提供NADPH作为供氢体，参与多种代谢反应,1、体内许多合成代谢的供氢体（脂肪酸、胆固醇）； 2、参与肝脏内的生物转化作用； 3、维持谷胱甘肽的还原状态（抗氧化剂）。,69,葡糖-6-磷酸脱氢酶缺乏,蚕豆病,磷酸戊糖通路受阻,NADPH生成减少,还原型谷胱甘肽减少,红细胞膜易破裂,溶血性贫血,Hb-SH Hb变性沉淀 变性珠蛋白小体 膜蛋白/酶蛋白-SH 膜脂质改变,70,70,血糖,其他己糖,71,第三节 糖原的合成与分解,糖的贮存,甘油三酯：能量储备,糖原：迅速动用,肝糖原,肌糖原,血糖,肌肉收缩,糖原的结构,180 -300g,70 -100g,-1,4-糖苷键,72,一、糖原的合成代谢,由葡萄糖合成糖原的过程称。,合成部位,组织定位：主要在肝脏、肌肉 细胞定位：胞浆,73,1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖（磷酸化）,ATP,葡萄糖激酶（肝）,Mg2+,葡萄糖,6P-葡萄糖,74,磷酸葡萄糖变位酶,2.1-磷酸葡萄糖的生成（异构）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,3. 尿苷二磷酸葡萄糖的生成,1-磷酸葡萄糖,+ UTP,尿苷二磷酸葡萄糖 (葡萄糖供体） (UDPG ),UDPG焦磷酸化酶,75,4 缩合,限速酶,76,糖原合酶,糖原分枝的形成,77,3、 糖原合成特点：,（1）耗能过程 2个ATP （2）关键酶：糖原合酶 （3）UDPG是葡萄糖的活性形式 （4）合成部位:胞浆,78,二、糖原的分解代谢,（一）定义,（二）亚细胞定位：胞 浆,(三）肝糖元的分解,糖原分解 习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,限速酶,79,80,产物,1-磷酸葡萄糖 85%,游离葡萄糖 15%,G-1-P G-6-P 葡萄糖,磷酸葡萄糖变位酶,葡糖-6-磷酸酶,（肝）,糖酵解或有氧氧化,（肌肉）,肌肉缺乏葡萄糖-6-磷酸酶活性，生成6-磷酸葡萄糖后只能进入酵解途径，肌糖原不能补充血糖,81,糖原,糖原合成,糖原分解,82,三、 糖原合成与分解的调节,糖原分解的关键酶：磷酸化酶 糖原合成的关键酶：糖原合酶,糖原的合成和分解不是简单的可逆反应，而是通过两条途径进行的,化学修饰 别构调节,83,磷酸化酶: 磷酸化酶a（磷酸型）：有活性 磷酸化酶b（去磷酸）：无活性 糖原合酶： 糖原合酶a：去磷酸，有活性 糖原合酶b：磷酸化，无活性。,84,受体,胰高血糖素,腺苷酸环化酶,蛋白激酶,cAMP,85,85,85,血糖,其他己糖,86,第四节 糖异生作用,糖异生(Gluconeogenesis) 非糖物质（乳酸、甘油、生糖氨基酸等）转变为葡萄糖或糖原的过程,主要器官：肝、肾,87,一、糖异生途径 （从丙酮酸生成葡萄糖的具体过程）,糖酵解与糖异生途径的多数反应是共有的， 可逆的，但酵解途径中有3个不可逆反应， 在糖异生途径中须有另外的反应代替。,基本是糖酵解的逆反应过程,88,1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸羧化酶仅存在于线粒体内,草酰乙酸不能直接出线粒体,丙酮酸,草酰乙酸,PEP, 丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,89,丙酮酸,线粒体,胞液,丙酮酸羧化支路,90,2. 1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖,磷酸果糖激酶-1,果糖二磷酸酶-1,1,6二磷酸果糖,6磷酸果糖,91,3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,葡糖-6-磷酸酶,己糖激酶,6磷酸葡萄糖,葡萄糖,92,非糖物质进入糖异生的途径,糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物,93,94,糖异生的调节：,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-1 葡糖-6-磷酸酶,对糖异生和糖酵解两个糖代谢途径调节是互为相反的,95,（1）ATP和柠檬酸促进糖异生 （2）乙酰CoA促进糖异生 （3）激素调节 肾上腺素 胰高血糖素 糖皮质激素 生长激素 胰岛素 抑制糖异生,96,肾上腺素 胰高血糖素,糖皮质激素,诱导肝脏合成糖异生的四种关键酶，特别是磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶。, 促进肝外组织蛋白分解，促进脂库动员,糖异生原料,促进肝细胞中磷酸烯醇式羧激酶的活性。,促进脂肪动员,97,胰岛素,抑制糖异生四种关键酶的合成。,对抗肾上腺素和胰高血糖素的作用。,抑制糖异生,四、 生理意义,（1）维持血糖浓度的恒定。 饥饿12小时后，糖异生为主要供能途径。 （2）利用乳酸,更新肝糖原 （3）调节酸碱平衡。,乳酸循环（Cori循环）,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸,葡萄糖,NADH,NADH,肝,血液,肌肉,糖异生,糖酵解,99,第五节 糖代谢紊乱,血糖：指血液中存在的还原性糖。 临床上所称血糖指血中的葡萄糖。,血糖水平：即血糖浓度。 正常血糖浓度 ：3.896.11mmol/L,100,葡萄糖耐量(glucose tolerence),指人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象。,101,糖耐量试验 (GTT),目的：临床上用来诊断病人有无糖代谢异常。,口服糖耐量试验的方法：,被试者清晨空腹静脉采血测定血糖浓度，然后一次服用100g葡萄糖，服糖后的1/2、1、2h（必要时可在3h）各测血糖一次。以测定血糖的时间为横坐标（空腹时为0h），血糖浓度为纵坐标，绘制糖耐量曲线。,102,糖耐量曲线,正常人：服糖后1/2-1h达到高峰，然后逐渐降低， 一般2h左右恢复正常值。,糖尿病患者：空腹血糖高于正常值，服糖后血糖浓度急剧升 高，2h后仍可高于正常。,103,低血糖,1. 低血糖(hypoglycemia),2. 低血糖休克,空腹血糖浓度低于3.30mmol/L时称为低血糖。,血糖水平过低，会影响脑细胞的功能，从而出现 头晕、倦怠无力、心悸等症状，严重时出现昏迷，称为低血糖休克。,104,高血糖及糖尿症,1. 高血糖(hyperglycemia),2.糖尿及肾糖阈,临床上将空腹血糖浓度高于7.22mmol/L称为高血糖。,当血糖浓度高于8.8810.00mmol/L时，超过了肾小管的重吸收能力，则可出现糖尿。这一血糖水平称为肾糖阈。,105,本章重点内容,1.血糖的来源和去路 2.概念：糖酵解，有氧氧化，底物水平磷酸化，糖原合成，糖原分解，糖异生，乳酸循环 3.代谢通路：糖酵解，糖有氧氧化，磷酸戊糖通路，糖原合成和分解，糖异生 关键酶、细胞内部位、生成ATP数目、生理意义,106,1、糖酵解途径最主要的调节酶是 A. 己糖激酶 B. 丙酮酸激酶 C. 磷酸果糖激酶1 D. 磷酸甘油酸激酶 E. 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,2、三羧酸循环最重要的生理意义是 A. 产生CO2供机体生物合成需要 B. 作为糖、脂肪、氨基酸的互变机构 C. 作为糖、脂肪、氨基酸各代谢途径的联络枢纽 D. 消除代谢产生的乙酰辅酶A，防止乙酰辅酶A在体内堆积 E. 使糖、脂肪和氨基酸彻底氧化，通过呼吸链生成能量供机体利用,107,3. 肌肉中葡萄糖酵解的主要产物是： A. 甘油 B. 乳酸 C. 酮体 D. 丙酮酸 E. 甘油酸,4、糖酵解是指 A. 葡萄糖在有氧条件下转变成甘油并释放能量 B. 葡萄糖在缺氧条件下转变成乳酸并释放能量 C. 葡萄糖在有氧条件下转变成丙酮酸并释放能量 D. 葡萄糖在缺氧条件下转变成乙醇并释放能量 E. 葡萄糖在缺氧条件下转变成丙酮酸并释放能量,108,5. 进行糖酵解的主要场所是： A. 线粒体 B. 微粒体 C. 溶酶体 D. 细胞