生物化学糖类化合物代谢.ppt

,第七章 糖代谢 Metabolism of Carbohydrates,一、新陈代谢,（物质代谢和能量代谢）,物质 代谢,大分子分解为小分子,释放能量,需要能量,小分子合成为大分子,二、新陈代谢的特征,2、代谢途径的区域化,3、代谢途径的单向性 (代谢中的限速酶),1、代谢途径的多样性、复杂性,4、代谢途径的可调节性,新 陈 代 谢 概 述,第一节 概 述,第二节 糖的分解代谢,第三节 糖原合成和分解,第四节 糖异生,第五节 血 糖,第一节 概 述,一、糖的分类及其结构,根据其水解产物的情况，糖主要可分为:,单糖 (monosacchride) 寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride) 结合糖 (glycoconjugate),葡萄糖(glucose) 已醛糖,果糖(fructose) 已酮糖,1. 单糖 不能再水解的糖。,半乳糖(galactose) 已醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖,2. 寡糖,常见的几种二糖有：,麦芽糖 (maltose) 葡萄糖 葡萄糖,蔗 糖 (sucrose) 葡萄糖 果糖,乳 糖 (lactose) 葡萄糖 半乳糖,能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。,3. 多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。,同 多 糖 (homopolysaccharide),淀 粉 (starch),糖 原 (glycogen),纤维素 (cellulose),杂多糖 (heteroglycan),果 胶 质 (pectin),半纤维素 (hemicellulose),琼 脂 (agar), 淀粉 是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒, 糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式,4. 结合糖 糖与非糖物质的结合物。,糖脂 (glycolipid)：是糖与脂类的结合物。 糖蛋白 (glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。,常见的结合糖有,淀粉,消化过程,胃,口腔,肠腔,麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）,-临界糊精+异麦芽糖 （30%） （5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胰液中的-淀粉酶,二、糖的消化与吸收,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,吸收,Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT),糖的主要生理功能 -,氧化产能（第一能源物质）,体内糖代谢概况,无氧酵解,有氧氧化,磷酸戊糖途经,分解代谢,糖原合成和分解,糖异生,血糖 糖在体内的利用、运输形式。,生物膜组分（糖脂/糖蛋白）,组成活性物质（抗体/凝血因子）,第二节 糖的分解代谢 Catabolism of Glucose,一、无氧酵解（Glycolysis）,（一）基本概念,（二）基本反应阶段,无 O2 胞 液,3、 3-P-甘油醛 丙 酮 酸,（四要素）,G2ADP 2Pi 2乳酸2ATP,（三）反应方程式,ATP的生成,（一）氧化磷酸化,（二）底物水平磷酸化,通过代谢，在底物分子上形成一个高能键， 然后再直接转交给其它二磷酸核苷(ADP)， 生成相应的三磷酸核苷(ATP)的过程。,1、概念：,2、实例（三个） 3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 3-二磷酸甘油酸 2-二磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 -酮戊二酸 琥珀酰CoA 琥珀酸,A, ATP生成的主要方式, ATP生成的次要方式,能量产生及关键酶,E1,E2,E3,-1 ATP,-1 ATP,己糖激酶,丙酮酸激酶,无 氧 酵 解基本反应途径,6-磷酸果糖激酶-1,净生成2ATP,（三）糖酵解生理意义 1、迅速供能，对肌收缩尤为重要 2、为某些组织细胞提供能量(RBC) 3、为代谢活跃的神经、白细胞、骨髓等提供 部分能量,糖酵解小结：, 反应部位：胞浆 不需氧 有三步不可逆反应, 产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量：从G开始 22-2= 2ATP 从Gn开始 22-1= 3ATP 终产物乳酸的去路 释放入血，进入肝脏再进一步代谢。 分解利用 乳酸循环（糖异生）,（四）糖酵解的调节,关键酶,调节方式,1. 6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1),* 别构调节,别构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; *F-2,6-2P,别构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度）,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）,2. 丙酮酸激酶,别构调节,别构抑制剂：ATP, 丙氨酸,别构激活剂：1,6-双磷酸果糖,3. 己糖激酶或葡萄糖激酶,哺乳类动物己糖激酶同工酶有4种（至型）。肝细胞中存在的是型：葡萄糖激酶。 对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控,二、有氧氧化(Aerobic Oxidation),O2 线粒体,3、乙酰CoA的氧化,(一) 基本概念,（二）基本反应阶段, 三羧酸循环,（四要素）,返回,丙酮酸脱氢酶复合体 丙酮酸 + NAD+ + HSCoA 乙酰CoA + NADH + H+ + CO2,丙酮酸脱氢酶 二氢硫辛酰胺转乙酰酶 二氢硫辛酰胺脱氢酶 辅酶：TPP 硫辛酸 CoA FAD NAD+,三羧酸 (Tricarboxylic acid cycle,TCA)循环,（一） 概 念,（二） 途 径,两次脱羧 2 CO2,四次脱氢 ,2H / FADH2,一次底物磷酸化产能 1 GTP （1 ATP） 一次三羧酸循环彻底氧化一分子乙酰辅酶A，产生12个ATP。,（三） 生理意义,3(2H)/ 3NADH,是三大营养物质氧化分解的共同途径，代谢联系的枢纽； 为其它物质代谢提供小分子前体； 为呼吸链提供H+ + e。,柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶,关键酶：,TCA循环 小结, 三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。 反应部位：线粒体。, 三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环， 消耗一分子乙酰CoA。 四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2 ， 1分子GTP。与呼吸链偶联共产生12分子ATP。 关键酶有：柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶, 三羧酸循环的中间产物 三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化， 但TCA循环要顺利进行，中间代谢物需要及时补充。 不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物。 中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。,（三） 有氧氧化生理意义 为生命活动提供大量的能量； 其中三羧酸循环是三大物质代谢的枢纽。,有氧氧化和无氧酵解的比较,无氧酵解,有氧氧化,起 始 物 终 产 物 对O2 的需求 细 胞 部 位 产 能 数 量 产 能 方 式,G或 Gn G或 Gn,乳 酸 CO2 H2 O,无O2 有O2,胞 液 胞 液、线 粒 体,少 (2 ) 多 (3638 ),底物磷酸化 氧化磷酸化、底物磷酸化,G（6C）,-2 ATP,1ATP,第一阶段,产能,第二阶段,脱氢产能：2NADH 23ATP= 6ATP,第三阶段,一次TCA循环彻底氧化1分子乙酰CoA,第三阶段产能计算： (9+2+1) 2=24 1分子葡萄糖彻底氧化可产生3638个ATP,葡萄糖有氧氧化能量计算,巴斯德效应(Pastuer effect) 有氧氧化抑制生醇发酵（糖酵解）的现象。 机制： 有氧时NADH被氧化，丙酮酸不能生成乳酸， 而进行有氧氧化。,（四）有氧氧化的调节,关键酶, 酵解途径：己糖激酶, 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体, 三羧酸循环：柠檬酸合酶,丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1,-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶, ATP/ADP NADH/NAD+, 产物堆积引起抑制: 乙酰CoA/HSCoA（别构反馈抑制）, 相关代谢物的调节 如脂肪酸,三、磷酸戊糖途经(Pentose phosphate pathway),（一） 概况,起 始 物 关 键 酶 中间产物,- G-6-P,- G6PD,- NADPH、R-5-P,（二） 反应途经,（三） 生理意义,1、 R-5-P - 为核甘酸合成提供戊碳糖,2、NADPH - 作为供氢体参与,胆固醇、脂肪酸的合成,维持RBC膜的稳定和功能完整,肝脏的生物转化作用 关于葡萄糖的分解,总反应式,36-磷酸葡萄糖+6NADP+3H2O,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+6H+3CO2,66-磷酸葡萄糖+12 NADP+ +7H2O,56-磷酸葡萄糖+6CO2+12NADPH+12H+7H2O+Pi,或,G,F-1,6-P,3-P-甘油醛,丙 酮 酸,乳酸,乙酰CoA,G-6-P,草酰乙酸,柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,CoA,糖的分解代谢,第三节 糖原的合成与分解 Glycogenesis and Glycogenolysis,一、糖原的合成,肝、肌肉 胞浆,1、概念,2、反应途径,G,G-6-P,G-1-P,UDPG,Gn,糖原合酶,3、生理功能 ,能量的贮存,乳酸,二、糖原的分解,1、概念,Gn,G,乳 酸,肝 肌肉,2、反应途径,3、生理功能 ,能量的释放,肝糖原分解-直接补充血糖 肌糖原分解-间接补充血糖,G6P酶,磷酸化酶,三、糖原合成与分解的调节,磷酸化： +,别构：,* 在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上腺素调节。,四、糖原积累症,糖原累积症(glycogen storage diseases)是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。,糖原积累症分型,第四节 糖异生作用 Gluconeogenesis,一、概念,非糖物质 G 或 Gn,异生原料：,丙 酮 酸、乳酸、甘油、氨基酸,二、异生过程,肝(肾) 胞浆、线粒体,基本上为糖酵解的逆过程，但须绕过三个“能障”(糖酵解的三个关键酶)：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、 果糖双磷酸酶-1、G6P酶,三、生理意义,1、饥饿或空腹状态下维持血糖浓度稳定,2、有效利用乳酸，节约能源，防止酸中毒,3、更新肝糖原，有利于氨基酸分解代谢,注意:（1）非糖物质进入糖异生的途径,（2）无效循环 当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而称之为无效循环(futile cycle)。,乳酸循环肌肉收缩糖酵解产生乳酸，乳酸通过细胞膜弥散进入血液后，再入肝，在肝内异生为葡萄糖，葡萄糖释入血液后又可被肌肉所摄取，从而构成了乳酸循环，又称Cori循环。 意义：避免损失乳酸，以及防止因乳酸堆积引起 的酸中毒。,第五节 血糖Blood Glucose,一、血糖,血中的G，是糖在体内的运输和利用形式。,二、血糖的来源和去路：,血糖 3.9 6.1 mmol / L,食物中糖 肝糖原 甘油、乳酸,氧化产能 合成糖原 转变为非糖物质,尿 糖, 8.9 mmol / L,血糖水平恒定的生理意义,保证重要组织器官的能量供应，特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。,脑组织不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡萄糖供能； 红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获能； 骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。,三、血糖水平的调节,降低血糖：胰岛素(insulin),升高血糖：胰高血糖素(glucagon)、糖皮质激素、肾上腺素,* 主要依靠激素的调节,（一） 胰岛素, 促进葡萄糖转运进入肝外细胞 ；, 加速糖原合成，抑制糖原分解；, 加快糖的有氧氧化；, 抑制肝内糖异生；, 减少脂肪动员。, 体内唯一降低血糖水平的激素,胰岛素的作用机制:,（二）胰高血糖素, 促进肝糖原分解，抑制糖原合成；, 抑制酵解途径，促进糖异生；, 促进脂肪动员。, 体内升高血糖水平的主要激素,胰高血糖素的作用机制：,（三）糖皮质激素,引起血糖升高，肝糖原增加,作用机制可能有两方面： 促进肌肉蛋白质分解，分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生； 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。,* 在糖皮质激素存在时，其他促进脂肪动员的激素才能发挥最大的效果，间接抑制周围组织摄取葡萄糖。,（四）肾上腺素,强有力的升高血糖的激素,肾上腺素的作用机制,通过肝和肌肉的细胞膜受体、cAMP、蛋白激酶及联激活磷酸化酶，加速糖原分解。 主要在应激状态下发挥调节作用。,糖耐量试验 (glucose tolerance test, 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,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。,糖耐量曲线,四、血糖水平异常,（一）高血糖及糖尿症,1. 高血糖(hyperglycemia)的定义,2. 肾糖阈的定义,临床上将空腹血糖浓度高于7.22 7.78mmol/L称为高