《糖代谢赵春澎》PPT课件.ppt

回顾：,第一篇 生物大分子的结构和功能 第二篇 物质代谢及其调节 第三篇 遗传信息的表达和传递,糖的代谢 脂类代谢 生物氧化 蛋白质代谢 核苷酸代谢,生物化学,糖代谢,Carbohydrate Metabolism,本章主要内容：,糖代谢的概述： 生理功能、消化吸收等 糖的无氧分解： 糖酵解 糖的有氧氧化： 三羧酸循环（TCA） 糖的其他代谢通路：磷酸戊糖途径 糖原的合成与分解：糖的储存形式 糖异生： 血糖及其调节：,第一节 概 述,糖的概念,糖的分类,葡萄糖的结构,糖的消化吸收,糖代谢的概况,糖的主要生理功能,一、糖的概念,糖是一大类有机化合物; 本质是多羟基醛与多羟基酮及其衍生物或多聚物（旧时称为碳水化合物）。 主要是由C、H、O构成的。,葡萄糖苷-（12）果糖,半乳糖苷-（14）-葡萄糖,乳糖,蔗糖,二、糖的分类,根据水解后产生单糖残基的多少分为四大类,单糖 双糖 多糖 结合糖,1、单糖：不能再水解的糖,按碳原子数目：,根据构造：,常见的单糖有：,分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等；,分为醛糖和酮糖。,葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖和脱氧核糖等,1、单糖：,2、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,-D-葡萄糖苷-（14）-D-葡萄糖 -1,4糖苷键,葡萄糖苷-（12）果糖,半乳糖苷-（14）-葡萄糖,乳糖,蔗糖,3、多糖,定义：,能水解生成多个分子单糖的糖,常见的多糖：,淀粉、糖原、纤维素等,寡糖：小于10个单糖残基的多糖。,糖原(glycogen), 纤维素 作为植物的骨架,4、结合糖,糖与非糖物质的结合物 常见的结合糖有： 糖脂：是糖与脂类的结合物 糖蛋白：是糖与蛋白质的结合物,三、葡萄糖的结构,D-glucose,环状（半缩醛）,返回,-D-葡萄糖,- D-葡萄糖,-D-葡萄糖,（吡喃葡萄糖）,1g葡萄糖在体内完全氧化可释放16.7kJ的 能量。,1、氧化供能,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5070%）。,四、糖的主要生理功能,糖是合成脂类(脂肪酸、脂肪)的重要 前体；,2、机体重要的碳源,糖在体内可转变成非必需氨基酸的碳 骨架。,3、构成组织细胞的基本成分,核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分；,糖与蛋白质结合形成糖蛋白/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。,糖与脂类结合形成糖脂；,4、形成各种生理活性物质,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。,1、氧化供能 2、机体重要的碳源 3、构成组织细胞的基本成分 4、形成各种生理活性物质,四、糖的主要生理功能,1、部位:,五、糖的消化,口腔和小肠,2、过程:,(1)口腔中消化 次要,(2)小肠中消化 主要,-单糖的生成,(1)口腔中消化 次要，初步消化,淀粉酶: 水解-1、4糖苷键, 存在于唾液和胰液中。,（最适pH为67）,小肠粘膜 刷状缘各种水解酶,各种单糖,(2)小肠中消化 主要,小肠中各种糖类水解酶的作用,糊精酶、脱支酶,机体若缺乏蔗糖酶或乳糖酶，会导致糖吸 收障碍而引起腹泻和胀气。,人不能通过摄入纤维素获取糖类物质, 因 人体内缺乏水解-1,4-糖苷键的酶,但纤 维素促进肠道蠕动，可防止便秘。,糖的消化与人体健康：,1、部位： 小肠上部,六、糖的吸收,2、吸收形式： 单 糖,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,实验证明：,3、方式：,(1)糖的吸收-单纯扩散,单纯扩散 和 主动吸收,果糖、甘露糖、阿拉伯糖等,伴有Na+的转运，称为Na+依赖型葡萄糖 转运体（SGLT），主要存在于小肠粘膜 和肾小管上皮细胞。,（2）糖的吸收-主动吸收,直接动力：小肠粘膜细胞两侧的Na+浓度梯度 葡萄糖的吸收是间接耗能的过程,主动吸收机制：,小肠粘膜细胞,毛细血管,肠腔,SGLT,粘膜面,浆膜面,小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝 脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,GLUT：葡萄糖转运体，已发现5种。,4、糖吸收后的去向：,肝脏利用 或储存,肝静脉,七、糖的代谢概况,1、掌握 糖的功能。 消化和吸收场所及吸收方式 2、理解糖在体内的消化吸收过程 。 3、了解糖的概念、分类。,概述目的与要求,糖的分解代谢,糖分解代谢主要途径:,糖的无氧分解 糖的有氧氧化 磷酸戊糖途径 其它已糖的代谢,第二节 糖的无氧分解 Glycolysis,内 容 提 要,无氧分解的概念,无氧分解的部位,无氧分解的发现史,糖酵解的调节,糖酵解的生理意义,糖酵解的反应过程,二、部位：胞液,一、概念：,体内组织在无氧或缺氧情况下，葡萄糖或糖原在胞浆中分解产生乳酸（lactate）和少量ATP的过程，称糖的无氧分解。 即糖酵解（glycolysis)。,1897年 Buchner兄弟 蔗糖发酵成乙醇 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。,三、发现史:,G. Embden 和 Meyerhof揭示了其代谢途径。,糖酵解又称为Embden Meyerhof过程, 简称EMP,11个酶催化的12步反应,第一阶段：,糖酵解,第二阶段：,丙酮酸的生成及能量的释放 (氧化、转能),丙酮酸还原为乳酸(还原),四、糖酵解的反应过程,葡萄糖的磷酸化(活化),磷酸己糖的裂解(裂解),（糖酵解途径）,4th,1st,2nd,3rd,四个阶段,（乳酸的生成）,（一）糖酵解途径糖酵解过程第一阶段,糖酵解过程,指葡萄糖分解生成丙酮酸的过程。,、葡萄糖的磷酸化 (活化),、磷酸己糖的裂解 (裂解),、丙酮酸的生成及能量的释放 (氧化、转能), 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(G-6-P）,、葡萄糖的磷酸化 步反应，次磷酸化, G-6-P异构化转变为6-磷酸果糖 (F-6-P）, F-6-P再磷酸化生成1,6-二磷酸果糖 (F-1,6-2P）,糖酵解过程,(G),已糖激酶, 葡萄糖磷酸化生成G-6-P,糖酵解过程,不可逆反应,起始反应,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,起始反应。,2、磷酸化后的葡萄糖带负电荷，不能透 过细胞质膜，因此是细胞的一种保糖机制。,哺乳动物体内有四类（型） 型存在于肝细胞（葡萄糖激酶）,第一个关键酶- -已糖激酶:,已糖激酶的分型 型 型(葡萄糖激酶),英 文 HK GK 底 物 己糖 葡萄糖(专一),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值 0.01mmol/L 10100mmol/L,产物反馈抑制 有 无,激素调控 Mg+ 受激素调控,酶特点：,?,(G),已糖激酶, 葡萄糖磷酸化生成G-6-P,糖酵解过程,不可逆反应,起始反应,(F-6-P）,(G-6-P）,糖酵解过程, G-6-P异构化转变为6-磷酸果糖,可逆反应, F-6-P再磷酸化生成1,6-二磷酸果糖,(F-1,6-2P）,磷酸果糖激酶,糖酵解过程的第二个关键酶 亦为酵解途径限速酶,(F-6-P）,不可逆反应,作为糖酵解途径的第一个阶段： 经历步反应，包含次磷酸化（不可逆），消耗个ATP。 个不可逆反应由己糖激酶和磷酸果糖激酶（限速酶）催化，为糖酵解的关键酶。,糖酵解过程,(F-1,6-2P）,、磷酸己糖的裂解 步反应，分子内裂解,糖酵解过程,磷酸丙糖的生成,磷酸丙糖的互换,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,(F-1,6-2P）,醛缩酶,+,磷酸丙糖的生成,糖酵解过程,(3)有两种底物F-6-P(FIP) 和F-1,6-2P(FDP) 亲和力FDP/FIP A(50/1)、B(1/1)、C(10/1),醛缩酶：,(1)典型的裂合酶类。,ALD A (肌肉组织) (2)三种同工酶 ALD B (肝脏) ALD C (肾、肠粘膜、红细胞等) 活性 A C B,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,(F-1,6-2P）,醛缩酶,+,磷酸丙糖的生成,糖酵解过程,C3H7O6-P,磷酸二羟丙酮 (dihydroxyacetone phosphate),3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde 3-phosphate),磷酸丙糖的互换,糖酵解过程,作为糖酵解途径的第二个阶段： 经历步反应，均为可逆反应，无能量的变化。 其结果是将碳糖转变为个碳化合物。,糖酵解过程, 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,、丙酮酸的生成及能量的释放 步个反应、能量产生阶段 次底物水平磷酸化反应，次脱氢,糖酵解过程, 1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸, 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸, 2-磷酸甘油酸脱水形成磷酸烯醇式丙酮酸, 磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸,1,3-二磷酸甘油酸 (1,3-diphosphoglycerate),3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde 3-phosphate),糖酵解 中唯一的 脱氢反应,3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,糖酵解过程,1.5or2.5ATP,可逆反应,-OH,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,糖酵解过程, 1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸,可逆反应,这种直接利用代谢底物氧化释放的能量产生ATP的磷酸化反应称为底物水平磷酸化。 ATP的形成直接与一个代谢底物（1,3-二磷酸甘油酸）上的磷酸基团的转移相偶联。,这一步反应是糖酵解过程的第7步反应，也是糖酵解过程开始收获的阶段。在此过程中产生了第一个ATP。,底物水平磷酸化反应：,3-磷酸甘油酸 (3-phosphoglycerate),2-磷酸甘油酸 (2-phosphoglycerate), 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,糖酵解过程,2-磷酸甘油酸,氟化物能与Mg2+络合 而抑制此酶活性, 2-磷酸甘油酸脱水形成 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）,糖酵解过程,糖酵解过程的第三个关键酶,也是第二次底物水平磷酸化反应, 磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸,糖酵解过程,不可逆反应,丙酮酸 (pyruvate),作为糖酵解途径的第三个阶段： 经历步个反应，个不可逆反应，由丙酮酸激酶(关键酶)催化。 伴有能量的生成，次脱氢(1.5or2.5ATP)， 次底物水平磷酸化反应（ATP ）。,糖酵解过程,糖酵解过程,、葡萄糖的磷酸化 消耗个ATP 己糖激酶和磷酸果糖激酶,、磷酸己糖的裂解 个碳化合物,、丙酮酸的生成及能量的释放 丙酮酸激酶 3-磷酸甘油醛 ATP NADH+H,糖酵解途径：,2 丙酮酸,+,(二) 丙酮酸转变成乳酸 糖酵解过程第二阶段,NADH+H+ 来自于上一阶段反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应,糖酵解过程,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,糖酵解过程中ATP的消耗和产生,2 1,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,-1,2 1,3 - 磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸,2 NADH+H+,丙 酮 酸 乳 酸,- 2 NADH+H+,葡萄糖+2Pi+2ADP 2乳酸+2ATP+ 2H2O,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP +2(NADH+H+) + 2H2O,(1.5or2.5ATP),糖酵解过程小结：,葡萄糖转变为乳酸：,反应的条件：,无氧或缺氧,反应的部位：,细胞的胞浆,反应的底物：,葡萄糖/糖原,反应的产物：,反应的特点：,乳酸、ATP,一次脱氢、二次底物磷酸化,反应中间物：,在葡萄糖与丙酮酸之间均为磷酸化合物,反应的过程：,两个阶段（糖酵解途径和乳酸的生成）,关键酶：,己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶,（ G-6-P 酵解）,五、糖酵解的调节,调节方式,(一)6-磷酸果糖激酶-1 最重要的调节点（限速酶）,1、催化反应：,F-6-P F-1,6-2P,2、结构：,四聚体,3、调节方式：,、长链脂肪酸,F-1,6-2P产物正反馈调节该酶,2, 6-双磷酸果糖的合成和分解,2, 6-双磷酸果糖是该酶最强的变构激活剂,(F-6-P）,6-磷酸果糖激酶-1,+,（磷酸酶活性）,6-磷酸果糖激酶-2,6 - 磷酸果糖激酶 - 2,ATP,ADP,P i,磷蛋白磷酸酶,(激酶活性),* 共价修饰调节 -磷酸化与脱磷酸化修饰,胰岛素,F-2,6-2P减少,6-磷酸果糖激酶-1,糖酵解减弱,F-2,6-2P增加,糖酵解增强,(A激酶: 依赖CAMP的蛋白激酶),1、催化反应：,磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸,2、调节方式：,别构调节和共价修饰调节,（二）丙酮酸激酶 次重调节点,底物水平磷酸化反应,* 别构调节：,别构抑制剂：ATP , 丙氨酸（肝脏）,别构激活剂：1,6-双磷酸果糖,ATP,6-磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,* 共价修饰调节：,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,胰岛素,(三) 己糖激酶或葡萄糖激酶： 不及前二者,1、催化反应：,葡萄糖 G-6-P,2、分类：,哺乳动物体内有四类（型） 型存在于肝细胞（葡萄糖激酶）,* 己糖激酶受到产物6-磷酸葡萄糖反馈抑制 但肝葡萄糖激酶不受其抑制；,* 长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。,3、调节方式：,* 别构调节：,* 激素调节：,* 胰岛素诱导酶基因转录，促进酶合成。,糖酵解过程的限速/调节酶,酶 的 名 称 已糖激酶 葡萄糖激酶(肝) * 6 -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,1.在无氧条件下迅速提供能量,供机体需要。,如:剧烈运动、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.是糖的有氧氧化的前过程，亦是糖异生作用 大部分逆过程。,6.若糖酵解过度，可因乳酸生成过多而导致乳酸 酸中毒。,5.糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径。,六、糖酵解的生理意义,肌肉收缩与糖酵解供能：,