糖代谢-(演示).ppt

糖代谢 MetabolismofCarbohydrates初晓夏 第三章 提供能量 学习要求 1 糖的代谢分解 糖酵解的基本途径 关键酶和生理意义 糖有氧氧化的基本途径 关键酶和生理意义 三羧酸循环的生理意义 2 磷酸戊糖途径 关键酶和重要的产物 意义 3 糖原的合成与分解 肝糖原的合成与分解 4 糖异生 糖异生的基本途径和关键酶 糖异生的生理意义 乳酸循环 5 血糖及其调节 血糖浓度 胰岛素的调节 胰高血糖素的调节 糖皮质激素的调节 二 糖的分类及其结构 根据其水解产物的情况 糖主要可分为以下四大类 单糖 寡糖 多糖 结合糖 糖 其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物 一 糖的概念 糖的化学 碳原子数目 丙糖 丁糖 戊糖 已糖 庚糖等 糖原是动物体内葡萄糖的储存形式 目录 1 葡萄糖单元以 1 4 糖苷键形成长链 2 约10个葡萄糖单元处形成分枝 分枝处葡萄糖以 1 6 糖苷键连接 分支增加 溶解度增加 3 每条链都终止于一个非还原端 非还原端增多 以利于其被酶分解 淀粉是植物中养分的储存形式 淀粉颗粒 目录 淀粉根据结构可分为直链淀粉和支链淀粉 直链淀粉由D Glc通过 1 4键连接而成 支链淀粉大约每25 30个 1 4键连接的葡萄糖处有一个 1 6连接的葡萄糖分支 支链淀粉与糖原结构类似 但糖原分支程度更高 糖原 直链淀粉 支链淀粉的 1 4连接导致几千个葡萄糖残基组成的多聚体紧密盘绕为螺旋结构 形成动植物细胞中致密的颗粒 糖原和淀粉的高级结构 几丁质 1 4连接的N 乙酰葡萄糖胺 离子交换色谱用 烟过滤嘴用 脱色 接着力强的涂料 染料 色增艳 照相材料 制纸 印刷 吸收性外科缝线 医药 农药的缓释 包衣 乳化 吸湿 保水 化妆品 生物活性 细胞免疫的激性 肝素代用 降胆固醇 促进创伤愈合 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 纤维素作为植物的骨架 目录 第二节糖的分解代谢 掌握三羧酸循环反应的亚细胞部位 反应过程 限速酶 特点及生理意义 了解其调节 本节的要求 掌握糖酵解的概念 反应的亚细胞部位 反应过程 ATP生成 限速酶及其生理意义 熟悉糖酵解调节 糖的生理功能 1 氧化供能 如糖可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 这是糖的主要功能 2 提供合成体内其他物质的原料 如糖是糖蛋白 蛋白聚糖 糖脂等的组成成分 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 一 糖酵解的反应过程 糖酵解 glycolysis 的定义 EMP 机体在无氧状态下 葡萄糖经过一系列的酶促反应生成丙酮酸进而还原生成乳酸的过程 也称为糖的无氧氧化 糖酵解是动物 植物和微生物葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径 糖酵解共由十个酶促反应组成 糖酵解的反应部位 胞浆 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 1 磷酸化阶段 活化耗能阶段 酵解中的第一个不可逆反应 激酶 能把ATP上磷酸基团转移到其他受体上的酶在糖酵解过程中 第1 3 7 10步反应都是由激酶催化完成的 这步反应不可逆 6 磷酸葡萄糖转变为6 磷酸果糖 磷酸葡萄糖异构酶 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 酵解中的第二个不可逆反应 6 磷酸果糖 1 6 双磷酸果糖 1 6 fructose biphosphate F 1 6 2P 再磷酸化 1 6 双磷酸果糖 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 2 裂解阶段 磷酸丙糖的同分异构化 如果缺少此酶 发生磷酸二羟丙酮的堆积 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 这是糖酵解中唯一的一次氧化还原反应 生成NADH 3 磷酸甘油醛 1 3 二磷酸甘油酸是第一个高能化合物 3 氧化放能阶段 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 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 2 磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸是第二个高能化合物 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 第二步底物水平磷酸化 第三步不可逆反应 糖酵解的代谢途径 E2 E1 E3 E2 磷酸果糖激酶 E3 丙酮酸激酶 第一次底物水平磷酸化 第二次底物水平磷酸化 糖酵解小结 反应部位 胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应 产能的方式和数量方式 底物水平磷酸化净生成ATP数量 2 1mol葡萄糖可生成4molATP 在葡萄糖和6 磷酸果糖磷酸化时消耗2mol 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 神经细胞 白细胞 骨髓细胞 二 丙酮酸的去路 丙酮酸 无氧或相对缺氧 有氧 酒精发酵 糖酵解 乳酸脱氢酶 丙酮酸乳酸 NADH NAD NADH NAD CO2 三 糖酵解的调节 关键酶 1己糖激酶 6 磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶当6 磷酸葡萄糖过剩时 会抑制糖酵解 而6 磷酸葡萄糖可作为糖原合成的前体 别构调节 26 磷酸果糖激酶 1 PFK 最重要 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 NADH 最强的活性剂 3丙酮酸激酶 别构调节 别构抑制剂 ATP 别构激活剂 1 6 二磷酸果糖磷酸果糖激酶的激活引起丙酮酸激酶的激活 称为前馈激活 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 糖的有氧氧化 葡萄糖有氧氧化的概况 O2 O2 O2 H2O H e CO2 乙酰CoA 丙酮酸 丙酮酸 6 磷酸葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖 线粒体 胞液 第一阶段 第二 三阶段 1 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 二氢硫辛酸转乙酰酶E3 二氢硫辛酸脱氢酶 丙酮酸脱氢酶复合物的活性调节 产物抑制 丙酮酸氧化脱羧的二个产物乙酰CoA和NADH都抑制丙酮酸脱氢酶复合物 细胞内 的比值增高时 丙酮酸脱氢酶活性 丙酮酸氧化脱羧 而丙酮酸使丙酮酸脱氢酶活性 丙酮酸氧化脱羧 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 2 三羧酸循环 概述 反应部位 NADH H NAD NAD NADH H GTP GDP Pi FAD FADH2 NADH H NAD 柠檬酸合成酶 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 草酰乙酸 柠檬酸 异柠檬酸 酮戊二酸 琥珀酰CoA 琥珀酸 延胡索酸 L 苹果酸 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4次脱氢2次脱羧 生成4分子的还原当量和2分子CO2 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 1分子FADH2 3分子NADH H 二次脱羧 2分子CO2 一次底物水平磷酸化 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 乙酰CoA 柠檬酸 异柠檬酸 酮戊二酸 琥珀酰CoA 琥珀酸 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 柠檬酸合成酶 琥珀酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶 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 1有氧氧化生成的ATP 有氧氧化的总结 葡萄糖有氧氧化生成的ATP 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 2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 3 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 异柠檬酸脱氢酶 柠檬酸合酶 酮戊二酸脱氢酶复合体 ADP 柠檬酸 琥珀酰CoA NADH ATP ADP的影响 产物堆积引起抑制 循环中后续反应中间产物反馈抑制前面反应中的酶 4 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 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 概念 磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH H 前者再进一步转变成3 磷酸甘油醛和6 磷酸果糖的反应过程 五 磷酸戊糖途径 细胞定位 胞液 第一阶段 氧化反应生成磷酸戊糖 NADPH H 及CO2 一 磷酸戊糖途径的反应过程 PPP HMP HMS 反应过程可分为二个阶段 第二阶段则是非氧化反应包括一系列基团转移 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 HMP或HMS 2 基团转移反应 6 磷酸葡萄糖酸 5 磷酸核酮糖 6 磷酸葡萄糖脱氢酶 6 磷酸葡萄糖酸脱氢酶 6 磷酸葡萄糖 6 磷酸葡萄糖酸内酯 1 磷酸戊糖生成 5 磷酸核糖 催化第一步脱氢反应的6 磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶 两次脱氢脱下的氢均由NADP 接受生成NADPH H 反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物 G 6 P 5 磷酸核糖 NADP NADPH H NADP NADPH H CO2 5 磷酸核酮糖 C5 3 5 磷酸核糖C5 磷酸戊糖途径 第一阶段 第二阶段 总反应式 3 6 磷酸葡萄糖 6NADP 2 6 磷酸果糖 3 磷酸甘油醛 6NADPH H 3CO2 磷酸戊糖途径的特点 脱氢反应以NADP 为受氢体 生成NADPH H 反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应 经过了3 4 5 6 7碳糖的演变过程 反应中生成了重要的中间代谢物 5 磷酸核糖 一分子G 6 P经过反应 只能发生一次脱羧和二次脱氢反应 生成一分子CO2和2分子NADPH H 三 磷酸戊糖途径的生理意义 2 为核苷酸的生成提供核糖 1 提供NADPH 作为供氢体参与多种代谢反应 如脂肪酸的合成 氨的同化 3 与光合作用关系密切 第三节糖的生物合成 1 葡萄糖磷酸化生成6 磷酸葡萄糖 葡萄糖 6 磷酸葡萄糖 一 糖原合成途径 部位 细胞质 2 6 磷酸葡萄糖转变成1 磷酸葡萄糖 这步反应中磷酸基团转移的意义在于 由于延长形成 1 4 糖苷键 所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化 才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合 半缩醛羟基与磷酸基之间形成的O P键具有较高的能量 UDPG可看作 活性葡萄糖 在体内充作葡萄糖供体 3 UDPG的生成 1 磷酸葡萄糖 尿苷二磷酸葡萄糖 uridinediphosphateglucose UDPG 糖元n为原有的细胞内的较小糖原分子 称为糖原引物 作为UDPG上葡萄糖基的接受体 目录 5 糖原的生成 糖异生 gluconeogenesis 是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程 部位 原料 概念 主要在肝 肾细胞的胞浆及线粒体 主要有乳酸 甘油 生糖氨基酸 二 糖异生 一 糖异生途径 定义 过程 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 糖异生途径 gluconeogenicpathway 指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程 1 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸 PEP 丙酮酸 草酰乙酸 PEP 丙酮酸羧化酶 pyruvatecarboxylase 辅酶为生物素 反应在线粒体 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 反应在线粒体 胞液 草酰乙酸转运出线粒体 丙酮酸 线粒体 胞液 目录 糖异生途径所需NADH H 的来源 糖异生途径中 1 3 二磷酸甘油酸生成3 磷酸甘油醛时 需要NADH H 由氨基酸为原料进行糖异生时 NADH H 则由线粒体内NADH H 提供 它们来自于脂酸的 氧化或三羧酸循环 NADH H 转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运 2 1 6 双磷酸果糖转变为6 磷酸果糖 3 6 磷酸葡萄糖水解为葡萄糖 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 上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径 异生为葡萄糖或糖原 2 糖异生的生理意义 一 在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定 二 回收乳酸分子中的能量 葡萄糖在肌肉组织中经糖的无氧酵解产生的乳酸 可经血循环转运至肝脏 再经糖的异生作用生成自由葡萄糖后转运至肌肉组织加以利用 这一循环过程就称为乳酸循环 3 淀粉的生成 习题 下列关于己糖激酶叙述正确的是 A 己糖激酶又称为葡萄糖激酶B 它催化的反应基本上是可逆的C 使葡萄糖活化以便参加反应D 催化反应生成6 磷酸果酸 磷酸果糖激酶最强的激活剂是 发挥正反馈效应的是 A 1 6 二磷酸果糖B 2 6 二磷酸果糖C ATPD GTP 丙酮酸激酶的变构激活剂是下列哪种物质 A ATPB 柠檬酸C 1 6 二磷酸果糖D 1 3 二磷酸甘油酸 4 不能异生为糖的是 A 甘油B 氨基酸C 脂肪酸D 乳酸答案 CB ACC 习题 下列哪种代谢反应部位既在胞液也在线粒体中进行A 糖酵解B 磷酸戊糖途径C