糖代谢.ppt

第二篇 物质代谢及其调节,中南大学生化教研室 龙 苏,代谢途径（metabolic pathway）： 有严格顺序的一系列生化反应。,广义的新陈代谢：物质的消化、吸收，在细 胞内的化学变化和代谢产物的排泄等等。,狭义的新陈代谢（中间代谢）：指物质吸收 到细胞后，在细胞内的化学变化的过程。,物质代谢及其调节,糖代谢 脂类代谢 氨基酸代谢 核苷酸代谢 生物氧化 代谢相互联系和调节,结构篇章：组成、结构、理化性质,代谢篇章：具体的代谢途径 器官或部位、合成原料或终产物、关键酶、能量的情况、生理意义等等,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 四 章,糖即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。 Cn(H2O)n,糖的化学,（一）糖的概念,（二）糖的分类及其结构,根据水解产物情况，糖可分为四大类,单糖:凡不能被水解成更小分子的糖 寡糖：凡能水解成少数（26）单糖分子的糖 多糖：凡是能水解成多个单糖分子的糖 结合糖：与非糖物质结合的糖,*单糖,葡萄糖(Glc),果糖(Fru),半缩醛羟基,核糖(ribose) 戊醛糖,蔗糖： 葡萄糖 果糖,麦芽糖,乳糖：葡萄糖 半乳糖,*寡糖,常见的几种二糖有,Glc1-2Fru,*多糖,常见的多糖有,淀 粉 (starch),糖 原 (glycogen),纤维素 (cellulose),第 一 节 概 述,Introduction,一、糖的生理功能,氧化供能 作为人体主要碳源 重要组成成分,磷酸戊糖途径,淀粉（少量二糖 蔗糖、乳糖）,小肠 胰淀粉酶 （作用1，4糖苷键）,线性和分支的寡糖（极限糊精）,小肠粘膜细胞刷状缘 各种酶如麦芽糖酶、糊精酶、蔗糖酶、乳糖酶,单糖（主要是葡萄糖）,小肠上段吸收 通过门静脉,肝脏,合成肝糖原,通过肝静脉进入体循环 血中的单糖,二、消化吸收,血糖（blood suger）：指血中的葡萄糖 （血中的单糖，主要指葡萄糖） 血糖浓度： 正常值3.96.1 mmol/L 恒定的意义： 保证脑组织的能量供应 来源与去路：,三、糖代谢的概括,血糖,饱食、空腹、饥饿 不同状态下，维持血糖浓度恒定,肝Gn：90100g 肌Gn： 200400g,3.96.1 mmol/L,四、本章内容,糖的分解代谢 糖原的合成与分解 糖异生,无氧分解 有氧氧化 磷酸戊糖途径,第 二 节 糖的无氧分解(糖酵解),在缺氧情况下，Glc生成丙酮酸进而还原成乳酸的过程。,糖酵解：（glycolysis） (Embden-Meyerhof Pathway EMP),一、糖酵解的反应过程,反应部位： 胞液（胞浆） 反应流程：,10步,己糖激酶,磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,6-磷酸果糖,1.6-双磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,3-磷酸甘油醛,1.3-二磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸二羟丙酮,底物水平磷酸化,磷酸化,水解,能量,ATP的生成,底物水平磷酸化 氧化磷酸化,直接将底物分子中能量 转移ADP(GDP)，生成 ATP(GTP)的过程。,呼吸链电子传递过程中释放 的能量，使ADP磷酸化生成 ATP的过程,能量,乳酸,丙酮酸,乳酸脱氢酶,NAD+必须不断再生 有氧时进入线粒体通过氧化磷酸化再生 无氧时胞液中通过使丙酮酸还原再生,乳酸 NAD 丙酮酸 NADH,LDH,准备阶段,放能阶段,1分子Glc 经糖酵解 产生：2 分子ATP,E1:己糖激酶,E2: 6-磷酸果糖激酶-1,E3: 丙酮酸激酶,NAD+,糖酵解的代谢途径,Glc,G-6-P,F-6-P,F-1, 6-2P,-ATP,-ATP,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+,+ATP,+ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,NADH+H+,二、糖酵解的调节,关键酶（限速酶）,整条通路中活性最低的酶 常常催化单向反应（不可逆） 受多种效应剂调节,种类 HK GK 分布 各组织 肝 专一性 不高(各种己糖) 高（G） Km（mmol/L） 0.1 10 产物G-6-P 抑制 无,1. 己糖激酶 HK,糖酵解中最关键的酶(限速酶)， 是一个变构酶，受变构调节,2. 磷酸果糖激酶1 （ PFK1）,变构抑制剂： ATP、柠檬酸 变构激活剂： AMP、ADP、F-2,6-2P,PFK最强的激活剂,3. 丙酮酸激酶（PK）,变构酶 激活剂 F1,62P 抑制剂 ATP、Ala,当细胞内ATPAla,PFK-1 PK ,F-1,6- 2P PK F-6-P、G-6-P HK,糖酵解,三、糖酵解生理意义,1.机体缺氧下快速供能主要方式 2.某些正常组织获能方式 （红细胞、视网膜等）, 反应部位 对氧的需求： 三个不可逆反应，三个关键酶,四、糖酵解小结, 产能的方式、数量、部位 方式：底物水平磷酸化 数量： 从Glc开始 22-2= 2ATP 从Gn开始 22-1= 3ATP 终产物：乳酸,己糖激酶,磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,Gn,G1P,6-磷酸果糖,1.6-双磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,3-磷酸甘油醛,1.3-二磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸二羟丙酮,第 三 节 糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,乳酸,丙酮酸,概念： 体内Glc或Gn在有氧条件下彻底分解成CO2、 H2O的过程。,总反应式： C6H12O66O2 6H2O6CO2686Kcal(30或32ATP),一、有氧氧化的反应过程,酵解途径,丙酮酸氧化脱羧,三羧酸循环及氧化磷酸化,胞液途径,线粒体途径,丙酮酸,乙酰CoA,（二）丙酮酸氧化脱羧（三）TCA和氧化磷酸化,总反应式:,（二）丙酮酸的氧化脱羧生成乙酰CoA,24,12,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶 E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶,含有VB1、VB2、VPP、硫辛酸、泛酸,(tricarboxylic acid cycle TCAC),Hans Krebs,（三）乙酰CoA进入三羧酸循环以及氧化磷酸化,从乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成含有3个羧基的柠檬酸开始，通过一系列代谢反应，乙酰基彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程。,三羧酸循环，柠檬酸循环，Krebs循环,反应过程 共有8步反应,单向,脱氢、脱羧、单向,NADH,NADH,FADH2,NADH,琥珀酰CoA 琥珀酸,底物水平磷酸化,1,3-二磷酸甘油酸+ADP 3-磷酸甘油酸+ATP 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 丙酮酸+ATP 琥珀酰CoA+GDP 琥珀酸+GTP,细胞内三个底物水平磷酸化反应,磷酸甘油酸激酶,丙酮酸激酶,琥珀酰CoA合成酶,胞液,胞液,线粒体,琥珀酸 延胡索酸,*琥珀酸脱氢酶 辅基FAD TCA中唯一在内膜上,琥珀酸脱氢酶,二、 TCAC 小结,1. 反应部位：,2. TCAC每循环一次,脱羧二次 产生2 CO2 脱氢四次 产生3 NADH1 FADH2 底物水平磷酸化一次 产生1 GTP1 ATP,3. ATP的情况,氧化磷酸化、底物水平磷酸化,3 NADHFADH2ATP 2.531.51110ATP,方式： 数目：,*1分子乙酰CoA经TCAC彻底氧化： 产生10 分子ATP,1分子丙酮酸彻底分解产生多少ATP？,*线粒体中1分子NADH，FADH2与ATP关系,*胞液中1分子NADH与ATP关系1.52.5ATP,4. TCAC是一个不可逆的过程,5. 草酰乙酸起催化剂的作用,6. 关键酶： 柠檬酸合酶、IDH、-KG脱氢酶复合体,TCAC最关键的酶,7. TCAC的生理意义,是三大营养素彻底分解的最终代谢通路,脂肪,碳水化合物,糖,葡萄糖,蛋白质,氨基酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,脂肪酸,甘油,TCA,是三大物质联系的枢纽,三、有氧氧化生成的ATP,*线粒体中1分子NADH，FADH2与ATP关系,*胞液中1分子NADH与ATP关系1.5or2.5ATP,胞液阶段： 2ATP + 2NADH2+3or557ATP,线粒体阶段： 2NADH + (3NADH+FADH2+ GTP）2（12.5）25ATP,总计3032ATP,1分子葡萄糖有氧氧化产生ATP的情况,将所有与能量有关的步骤总结,糖酵解,丙酮酸氧化脱羧,三羧酸循环,总反应式： C6H12O66O2 6H2O6CO2686Kcal(30或32ATP),方式：氧化磷酸化、底物水平磷酸化 数目：1分子Glc彻底分解产生30或32分子ATP,五、巴士德效应(Pasteur effect),概念： 指糖的有氧氧化对糖酵解的抑制作用,第 四 节 葡萄糖的其他代谢途径,一、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖 Pentose Phosphate Pathway PPP途径,1、反应过程,反应部位： 胞液,氧化阶段,非氧化阶段,2、生理意义 产生了 5磷酸核糖和NADPH, 为核酸的生物合成提供核糖, 提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,NADPH是体内许多合成代谢的供氢体，如脂肪酸 NADPH参与体内羟化反应，如生物转化,3. NADPH能维持谷胱甘肽的还原状态,第 五 节 糖原的合成与分解 Glycogenesis and Glycogenolysis,占7,占93,糖原分子中的两种连接键,糖原（glycogen）,非还原端,一、糖原合成(glycogenesis),1. 概念： 由单糖合成糖原的过程 2. 主要器官： 肝、肌 3. 反应部位： 胞液 4.反应过程： 包括Glc数目增加、分支点增加 5. 关键酶： 糖原合酶 6.Glc活性形式（Glc供体）：UDPG,1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,糖原合成途径,glucokinase,2. 6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,3. 尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）生成,* UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,G(33.5 KJ/mol),焦磷酸,组成单位 合成原料（底物） 糖原合成 UDPG DNA 合成 RNA 合成 protein 合成,4. -1,4-糖苷键式结合,糖原合酶不能起始糖原的从头合成,5. 糖原分枝的形成,糖原引物,糖原合酶,至少11个葡萄糖残基,67 个 葡萄糖残基,4 个葡萄糖残基远,(淀粉1,4 1,6转葡糖基酶),分支酶,糖原,糖原的合成,二、糖原分解(glycogenolysis),概念：肝糖原分解成为葡萄糖的过程 反应部位：胞液 反应过程：包括Glc数目减少、分支点减少 关键酶：磷酸化酶,1.糖原磷酸化酶,2.糖原脱支酶,脱支酶,游离葡萄糖,G-1-P: 85% ,主要产物 游离葡萄糖 : 15%,3.磷酸葡萄糖变位酶,4.葡萄糖-6-磷酸酶,肌肉中没有,糖原的分解,G-1-P,糖原n+1,G-6-P,G,糖酵解,肌,糖原的合成与分解,肌肉中没有,三、糖原合成、分解的生理意义,肝糖原：作为糖的储备， 维持血糖浓度恒定 肌糖原：作为一种燃料用于产生ATP,四、糖原合成与分解的调节 糖原合酶、磷酸化酶 受变构、共价化学修饰 双重调节。,1. 共价调节,腺苷酸环化酶 （无活性）,腺苷酸环化酶（有活性）,胰高血糖素+ 受体,PKA (无活性),磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,PKA (有活性),磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷酸化酶b激酶-P,糖原分解加强,糖原合成抑制,G蛋白,+,第 六 节 糖 异 生 Gluconeogenesis,概念： 肝中由非糖物质（如有机酸、甘油、 生糖氨基酸）转变为Glc或Gn的过程,主要器官： 肝、 肾（饥饿、酸中毒）,一、糖异生途径,酵解途径中有3个由关键酶催化的不可逆反应。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。,糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；,Glc,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,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,能障1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,PEP, 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体）, 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (PEPCK) （反应在线粒体、胞液）,丙酮酸,线粒体,胞液,能障1+膜障,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,PEPCK,PK,PC,+ATP,-ATP,-GTP,丙酮酸羧化支路,能障2. 1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖,果糖双磷酸酶 （肝、肾）,能障3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,Pi,葡萄糖-6-磷酸酶 （肝、肾）,糖原,糖异生,非糖物质进入糖异生的途径,糖异生的原料首先转变成糖代谢的中间产物,关键酶：,二、糖异生的调节,作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环(substrate cycle),6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-1,果糖双磷酸酶-1,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶,己糖激酶,PEP,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,PEPCK,乙酰CoA,三、糖异生的生理意义,1. 空腹和饥饿下维持血糖浓度恒定,正常人，空腹安静时，需Glc 200g （大脑 125g、骨骼肌50g、视网膜 RBC 等40g） ,肝Gn仅能提供100150g，有25来自糖异生。,2. 补充肝糖原,3. 调节酸碱平衡,酸中毒时 H 肾小管上皮细胞PEPCK 糖异生 -KG Gln、Glu脱氨 NH3泌入肾小管腔中和原尿中的H NH4帮助 机体排H,八、乳酸循环(lactose cycle)（Cori 循环）,循环过程,葡萄糖,葡萄糖,葡