第五章 糖代谢.ppt

糖代谢 MetabolismofCarbohydrates 第五章 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 根据其水解产物的情况 糖主要可分为以下四大类 单糖 monosacchride 如葡萄糖寡糖 oligosacchride 如乳糖多糖 polysacchride 如淀粉结合糖 glycoconjugate 如糖蛋白 糖的生理功能 1 氧化供能 为某些氨基酸 脂肪 胆固醇 核苷的原料 3 作为细胞的结构成分 这是糖的主要功能 2 提供合成体内其他物质的碳架 如糖是糖蛋白 蛋白聚糖 糖脂等的组成成分 4 参与细胞间的分子识别与信号传导 第一节糖的消化与吸收 DigestionandAbsorptionofSaccharide 一 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 淀粉 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 消化过程 肠粘膜上皮细胞刷状缘 胃 口腔 肠腔 胰液中的 淀粉酶 人体内无 糖苷酶不能分解利用纤维素 但却具有刺激肠蠕动等作用 也是维持健康所必需 淀粉 1 4 糖苷键 纤维素 1 4 糖苷键 二 糖的吸收 2 吸收部位小肠上段 1 吸收形式单糖 ADP Pi ATP G Na K 小肠粘膜细胞 肠腔 门静脉 3 吸收机制 Na 依赖型葡萄糖转运体 主动运输 Na dependentglucosetransporter SGLT 刷状缘 细胞内膜 2008 破解SGLT蛋白结构 2012 礼来公司推出SGLT 2抑制剂 4 吸收途径 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 glucosetransporter 被动运输 易化扩散 2014 阐明GLUT蛋白结构 前景 糖尿病 癌症 二 糖代谢的概况 葡萄糖 丙酮酸 H2O及CO2 乳酸 乳酸 氨基酸 甘油 糖原 核糖 NADPH H 淀粉 第二节糖的无氧分解Glycolysis 一 糖酵解的反应过程 第一阶段 第二阶段 糖酵解 glycolysis 的定义 糖酵解分为两个阶段 糖酵解的反应部位 胞浆 在缺氧情况下 葡萄糖生成乳酸 lactate 的过程称之为糖酵解 由葡萄糖分解成丙酮酸 pyruvate 称之为糖酵解途径 glycolyticpathway 由丙酮酸转变成乳酸 乳酸 活化阶段 投资 产能阶段 回报 葡萄糖磷酸化为6 磷酸葡萄糖 葡萄糖 6 磷酸葡萄糖 glucose 6 phosphate G 6 P 一 葡萄糖分解成丙酮酸 哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶 分别称为 至 型 肝细胞中存在的是 型 称为葡萄糖激酶 glucokinase 它的特点是 对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控 6 磷酸葡萄糖转变为6 磷酸果糖 6 磷酸葡萄糖 6 磷酸果糖 fructose 6 phosphate F 6 P 6 磷酸果糖转变为1 6 双磷酸果糖 6 磷酸果糖激酶 1 6 phosphfructokinase 1 6 磷酸果糖 1 6 双磷酸果糖 1 6 fructose biphosphate F 1 6 2P 1 6 双磷酸果糖 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 磷酸丙糖的同分异构化 磷酸丙糖异构酶 phosphotrioseisomerase 3 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 3 磷酸甘油醛氧化为1 3 二磷酸甘油酸 3 磷酸甘油醛脱氢酶 glyceraldehyde 3 phosphatedehydrogenase 3 磷酸甘油醛 1 3 二磷酸甘油酸 1 3 二磷酸甘油酸转变成3 磷酸甘油酸 在以上反应中 底物分子内部能量重新分布 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 substratelevelphosphorylation 1 3 二磷酸甘油酸 3 磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶 phosphoglyceratekinase 3 磷酸甘油酸转变为2 磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 phosphoglyceratemutase 3 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 2 磷酸甘油酸 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 二 丙酮酸转变成乳酸 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 糖酵解的代谢途径 E2 E1 E3 糖酵解小结 1 反应部位 胞浆2 糖酵解是一个不需氧的产能过程 乳酸 活化阶段 投资 产能阶段 回报 糖酵解小结 1 反应部位 胞浆2 糖酵解是一个不需氧的产能过程3 全过程有三步不可逆反应 糖酵解小结 4 产能的方式和数量方式 底物水平磷酸化净生成ATP数量 2 2 2 2ATP 5 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 糖酵解小结 糖酵解的生理意义 1 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式 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 二 糖酵解的调节 关键酶 调节方式 一 6 磷酸果糖激酶 1 PFK 1 别构调节 激活剂 通常是反应的底物 抑制剂 通常是反应的 终 产物 共价修饰 激素间接调节 磷酸化失活 乳酸 6 磷酸果糖激酶 1 激活剂 AMPADPF 1 6 2PF 2 6 2P 抑制剂 柠檬酸ATP 2 F 2 6 2P 无关的价值 1 F 1 6 2P 反馈激活剂 消除柠檬酸和ATP对F 1 6 2P的抑制 特别说明 特别说明 此酶有二个结合ATP的部位 活性中心底物结合部位 低浓度时 活性中心外别构调节部位 高浓度时 4 ATP 产物or底物 抑制剂or激活剂 3 柠檬酸 又一个无关者 联系脂代谢 F 6 P F 1 6 2P ATP ADP PFK 1 磷蛋白磷酸酶 PKA 目录 二 丙酮酸激酶 1 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 2 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 PKA 蛋白激酶A proteinkinaseA CaM 钙调蛋白 三 己糖激酶或葡萄糖激酶 6 磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶 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 小结 第三节糖的有氧氧化AerobicOxidationofCarbohydrate 糖的有氧氧化 aerobicoxidation 指在机体氧供充足时 葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2 并释放出能量的过程 是机体主要供能方式 部位 胞液及线粒体 概念 一 有氧氧化的反应过程 第一阶段 酵解途径 第二阶段 丙酮酸的氧化脱羧 第三阶段 三羧酸循环 G Gn 第四阶段 氧化磷酸化 丙酮酸 乙酰CoA H2O O ATP ADP TAC循环 胞液 线粒体 一 丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸进入线粒体 氧化脱羧为乙酰CoA acetylCoA 总反应式 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 三羧酸循环 TricarboxylicacidCycle TAC 也称为柠檬酸循环 这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸 由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说 故此循环又称为Krebs循环 它由一连串反应组成 所有的反应均在线粒体中进行 二 三羧酸循环 概述 反应部位 鸽子胸肌在飞行时有很高的呼吸频率 适合做氧化研究 丙酮酸 有机酸 柠檬酸等 6碳3羧 酮戊二酸 5碳2羧 琥珀酸等 4碳2羧 激活 丙酮酸的氧化 猜想 参与 或必需 猜想 顺序 琥珀酸 丙二酸 抑制剂 反应被抑制 琥珀酸是必须的 部分有机酸堆积 琥珀酸的前体 柠檬酸 6碳3羧 酮戊二酸 5碳2羧 琥珀酸 4碳2羧 一个符合化学逻辑的排列 丙酮酸 A B C D E F CO2 H2O Krebs 1953 诺贝尔生理学或医学奖 第一步 乙酰CoA 草酰乙酸 柠檬酸 柠檬酸合酶 柠檬酸合酶 第二步 柠檬酸 异柠檬酸 顺乌头酸 柠檬酸合酶 顺乌头酸酶 第三步 异柠檬酸 酮戊二酸 柠檬酸合酶 顺乌头酸酶 NAD NADH H 目录 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 目录 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 目录 小结 三羧酸循环 一 过程及产物 乙酰CoA 柠檬酸 草酰乙酸 NADH FADH2 柠檬酸合酶 二 三羧酸循环的中间产物没有量的变化 小结 三羧酸循环 三羧酸循环中间产物起催化剂的作用 本身无量的变化 不可能通过三羧酸循环合成或消耗 那三羧酸循环是孤立的 封闭的一个体系吗 中间产物能走出这个圈吗 实际上 可进可出 联系他途 例如 表面上 不增不减 反复利用 是三大营养物质氧化分解的共同途径 是三大营养物质代谢联系的枢纽 为其它物质代谢提供小分子前体 为呼吸链提供H e 三羧酸循环的生理意义 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 TAC过程的反应部位是线粒体 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 经四次脱氢 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 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 整个循环反应为不可逆反应 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 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 同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O 表面上看来 三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的 它可被反复利用 但是 例如 机体内各种物质代谢之间是彼此联系 相互配合的 TAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质 借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系 机体糖供不足时 可能引起TAC运转障碍 这时苹果酸 草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸 再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解 所以 草酰乙酸必须不断被更新补充 草酰乙酸 其来源如下 2 三羧酸循环的生理意义 是三大营养物质氧化分解的共同途径 是三大营养物质代谢联系的枢纽 为其它物质代谢提供小分子前体 为呼吸链提供H e H e进入呼吸链彻底氧化生成H2O的同时ADP偶联磷酸化生成ATP 二 有氧氧化生成的ATP 葡萄糖有氧氧化生成的ATP 此表按传统方式计算ATP 目前有新的理论 在此不作详述 有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径 它不仅产能效率高 而且由于产生的能量逐步分次释放 相当一部分形成ATP 所以能量的利用率也高 简言之 即 供能 三 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 1 丙酮酸脱氢酶复合体 别构调节 共价修饰调节 目录 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 2 三羧酸循环的调节 有氧氧化的调节特点 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现 ATP ADP或ATP AMP比值全程调节 该比值升高 所有关键酶均被抑制 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环 前者速率降低 则后者速率也减慢 三羧酸循环与酵解途径互相协调 三羧酸循环需要多少乙酰CoA 则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA 体内ATP浓度是AMP的50倍 经上述反应后 ATP AMP变动比ATP变动大 有信号放大作用 从而发挥有效的调节作用 ATP ADP或ATP AMP比值升高抑制有氧氧化 降低则促进有氧氧化 ATP AMP效果更显著 另外 四 巴斯德效应 概念 巴斯德效应 Pastuereffect 指有氧氧化抑制糖酵解的现象 第四节磷酸戊糖途径PentosePhosphatePathway 磷酸戊糖途径要点 QUESTIONS 1 此途径为什么又叫做磷酸戊糖旁路 每3分子6 磷酸葡萄糖同时参与反应 在一系列反应中 通过3C 4C 6C 7C等演变阶段 最终生成3 磷酸甘油醛和6 磷酸果糖 3 磷酸甘油醛和6 磷酸果糖 可进入酵解途径 因此 磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路 pentosephosphateshunt 磷酸戊糖途径 第一阶段 第二阶段 QUESTIONS 2 此途径最重要的中间产物是什么 缺了它们会有什么影响 1 为核苷酸的生成提供核糖 2 提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应 1 NADPH是体内许多合成代谢的供氢体 2 NADPH参与体内的羟化反应 与生物合成或生物转化有关 3 NADPH可维持GSH的还原性 2G SHG S S G NADP NADPH H AAH2 蚕豆病 因G 6 PD的缺陷不能提供足够的NADPH以维持还原型谷胱甘肽 GSH 的还原性 抗氧化作用 在遇到蚕豆和某种因子 如磺胺药 后更诱发了红细胞膜被氧化 产生溶血反应 QUESTIONS 3 为什么G 6 PD是关键酶 G 6 P还与什么途径相连 第五节糖原的合成与分解GlycogenesisandGlycogenolysis 糖原的合成与分解要点 糖原的合成与分解总图 QUESTIONS 1 糖原的合成途径与其他哪些途径有关联 关联物是什么 F 6 P 进入酵解途径 6 磷酸葡萄糖内酯 磷酸戊糖途径 QUESTIONS 2 糖原合成的关键酶为什么是糖原合酶 不是变位酶或焦磷酸化酶 糖原合酶 UDPG焦磷酸化酶 F 6 P 酵解途径 葡萄糖醛酸 糖醛酸途径 变位酶 6 磷酸葡萄糖内酯 磷酸戊糖途径 QUESTIONS UDPG 体内的活性葡萄糖供体 3 糖原合成时 除了ATP 还消耗了哪种高能物质 QUESTIONS 4 都是葡萄糖多聚体 淀粉与糖原有什么差异 动物体内以糖原的形式存在有何意义 糖原 有更多的非还原端 QUESTIONS 5 肝糖原和肌糖原有不同吗 各自的生理功能是什么 肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同 但是生成6 磷酸葡萄糖之后 由于肌肉组织中不存在葡萄糖 6 磷酸酶 所以生成的6 磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血 提供血糖 而只能进入酵解途径进一步代谢 QUESTIONS 6 肝糖原与肌糖原的功能既然不同 身体怎么调节它们的代谢满足不同的需要 在糖原分解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 肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为AMP ATP及6 磷酸葡萄糖 QUESTIONS 7 如果糖原代谢的酶类有缺陷 会导致什么疾病 糖原累积症是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类 引起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 第六节糖异生Gluconeogenesis 糖异生途径要点 非糖化合物 原料 主要有乳酸 甘油 生糖氨基酸 QUESTIONS 1 糖异生的 异 指什么 非糖物质进入糖异生的途径 QUESTIONS 2 为什么肝脏不直接通过葡萄糖合成肝糖原 而是主要通过所谓的 三碳途径 三碳途径 指进食后 大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物 再进入肝细胞异生为糖原的过程 QUESTIONS 3 你们有什么问题 第七节血糖及其调节BloodGlucoseandTheRegulationofBloodGlucoseConcentration 血糖 指血液中的葡萄糖 血糖水平 即血糖浓度 正常血糖浓度 3 89 6 11mmol L 血糖及血糖水平的概念 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 血糖 一 血糖来源和去路 二 血糖水平的调节 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 此外 糖皮质激素和肾上腺素也可升高血糖 肾上腺素主要在应急状态下发挥作用 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 糖皮质激素的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 此外 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 蛋白激酶级联激活磷酸化酶 加速糖原分解 主要在应激状态下发挥调节作用 葡萄