生物化学 第九章 糖代谢

第九章糖代谢 糖的生理功能糖的吸收血糖糖的氧化分解糖原代谢和糖异生其他单糖代谢 糖的主要生物学作用 糖是人和动物的主要能源物质通过氧化而放出大量的能量 以满足生命活动的需要 如淀粉 糖原糖类还具有结构功能植物秸杆中的纤维素 细胞间质中的粘多糖糖类具有复杂的多方面的生物活性与功能糖具有复杂的多方面的生物活性与功能 如1 6 二磷酸多糖可治疗急性心肌缺血性休克 第一节糖的生理功能 第二节糖的消化和吸收 一 糖的消化淀粉 starch 口腔 amylase 少量作用 胃 几乎不作用 小肠 胰 amylase 主要的消化场所麦芽糖 糊精 蔗糖 乳糖等 食物中所混入 麦芽糖酶 糊精酶 蔗糖酶 乳糖酶等葡萄糖 为主 二 糖的吸收葡萄糖 肠黏膜细胞 肠壁毛细血管 门静脉 血液 组织 细胞小肠黏膜摄入葡萄糖需要Na 依赖型葡萄糖转运体 SGLT 三 糖代谢的概况葡萄糖在体内的一系列复杂的化学反应 糖代谢 分解代谢 合成代谢 无氧分解 有氧氧化 磷酸戊糖途径糖醛酸途径 糖原合成 糖异生 第三节血糖 一 血糖的来源和去路二 血糖水平的调节三 血糖水平异常 血糖的来源 食物糖的消化肝糖原的分解 在肝脏中 肝中糖异生 甘油 乳酸 氨基酸等 在肝脏中 1 各组织 细胞内氧化2 转变为肝糖元 肌糖元储备3 转变为非糖物质或其他糖4 过高时 糖尿排出 血糖去路 血糖 指血液中的葡萄糖 血糖的来源与去路 血糖 3 89 6 11mmol L 血糖 8 9mmol L 血糖水平的调节 正常情况 来路 去路 维持动态平衡1 肝脏调节 血糖 正常水平 肝糖元 Glc Glc 糖异生作用加强 血糖 正常水平 Glc 肝糖元 Glc 糖异生作用减弱2 肾脏调节肾糖阈 肾脏所能保持的最高 Glc 在160 180mg dl 3 神经系统的调节4 激素调节1 胰岛素 2 胰高血糖素 3 糖皮质激素 4 肾上腺素 胰岛素和胰高血糖素对血糖浓度的调节示意图 糖代谢紊乱 只有血糖水平持续异常或耐糖曲线异常才可以确定为糖代谢紊乱 一 低血糖与低血糖昏迷低血糖 空腹血糖浓度低于3 92mmol L原因 1 糖摄入不足或吸收不良 2 严重肝脏疾病 3 胰岛素对抗激素分泌不足 4 胰岛 细胞增生或癌变低血糖昏迷 血糖浓度低于2 52mmol L 二 高血糖和糖尿定义 空腹血糖浓度超过7 28mmol L称为高血糖 血糖超过肾糖阈时出现糖尿生理性高血糖 饮食性糖尿 情感性糖尿 肾性糖尿病理性高血糖 常见于内分泌机能失调 如糖尿病 胰岛 细胞功能低下 肾上腺皮质功能抗进等 三 糖尿病定义 持续高血糖和糖尿病因 胰岛 细胞功能减退 胰岛素分泌量不足 或其靶细胞膜上胰岛素受体数量不足 亲和力减弱 或胰高血糖素分泌过量等 分类 型 胰岛素依赖型 型 胰岛素非依赖型 症状 三多一少 多食 多饮 多尿 体重减轻 四 糖耐量试验葡萄糖耐量 人体处理所给予葡萄糖的能力 又称为耐糖现象 耐糖曲线 先测定受试者清晨空腹血糖浓度 然后一次性进食大量葡萄糖 在其后一段时间取血 测定血糖浓度 以时间为横坐标 血糖浓度为纵坐标绘制的曲线称为耐糖曲线 第四节糖的氧化代谢 一 糖的无氧分解二 糖的有氧氧化三 磷酸戊糖途径四 糖醛酸途径 一 糖的无氧分解 一 糖酵解途径 二 糖酵解的调节 三 糖酵解的生理意义 一 糖酵解途径 糖酵解的代谢过程分为两个阶段 酵解途径由葡萄糖分解为丙酮酸的过程 有10步反应丙酮酸变为乳酸的过程 糖酵解途径 1 葡萄糖的磷酸化作用 ATP ADP Mg2 己糖激酶 6 磷酸葡萄糖 葡萄糖 2 6 磷酸葡萄糖的异构作用 磷酸己糖异构酶 6 磷酸果糖 6 磷酸葡萄糖 Mg2 3 磷酸果糖的磷酸化作用 磷酸果糖激酶1 1 6 二磷酸果糖 6 磷酸果糖 4 1 6 二磷酸果糖一分为二 1 6 二磷酸果糖醛缩酶 OH 1 6 二磷酸果糖 磷酸二羟丙酮 3 磷酸甘油醛 5 磷酸二羟丙酮的异构作用 磷酸丙糖异构酶 CH2O P C O CH2OH 磷酸二羟丙酮 3 磷酸甘油醛 6 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 3 磷酸甘油醛 NADH H 1 3 二磷酸甘油酸 7 1 3 磷酸甘油酸的磷酸转移 1 3 二磷酸甘油酸 3 磷酸甘油酸 8 3 磷酸甘油酸转变为2 磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 3 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸 9 2 磷酸甘油酸脱水成为磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶 2 磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 H2O 10 磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移 丙酮酸激酶 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸转变为乳酸 乳酸脱氢酶 丙酮酸 乳酸 NAD NADH H P O CH2 O H OH H OH H H H OH OH O OH OH OH P O CH2 H H H CH2OH O OH OH OH P O CH2 H H H CH2O P OP O C O CH CH2 O H COOH C O CH3 1 2 3 4 6 7 8 P 9 10 5 糖酵解代谢途径 二 糖酵解的调节 三个调节点 6 磷酸果糖激酶ATP和柠檬酸是此酶的变构抑制剂 AMP ADP 1 6 双磷酸果糖和2 6 双磷酸果糖是此酶的变构激活剂 丙酮酸激酶ATP和丙氨酸具有抑制作用 1 6 双磷酸果糖是变构激活剂葡萄糖激酶或己糖激酶己糖激酶受6 磷酸葡萄糖的反馈抑制 三 糖酵解的生理意义 其主要的生理意义在于迅速提供能量这对肌收缩更为重要 无氧条件下糖的降解过程 糖经一系列的酶促反应变成丙酮酸 并生成ATP 是一切生物细胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径 1mol葡萄糖酵解净得2molATP某些组织在有氧时也通过糖酵解供能糖酵解的中间产物是其它物质的合成原料 二 糖的有氧氧化 一 有氧氧化的反应过程 二 糖有氧氧化的生理意义 三 糖有氧氧化调节 O2 O2 O2 葡萄糖 丙酮酸 乙酰CoA Krebs循环 H e H2O CO2 胞液 线粒体 6 磷酸葡萄糖 丙酮酸 一 有氧氧化的反应过程 葡萄糖循糖酵解途径分解成丙酮酸丙酮酸氧化脱羧成为乙酰CoA 1 丙酮酸脱氢复合体 2 该复合体可分为五步反应3 三羧酸循环及氧化磷酸化 1 三羧酸循环反应过程 2 三羧酸循环的小结 3 三羧酸循环的生理意义 丙酮酸脱氢酶复合物催化的整个反应 1 丙酮酸脱氢复合体 由丙酮酸脱氢酶 E1 二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E2 和二氢硫辛酰胺脱氢酶 E3 组成 参与反应的辅酶有硫胺素焦磷酸酯 TPP 硫辛酸 FAD NAD 及CoA 丙酮酸脱氢酶的辅基是TPP二氢硫辛酰胺脱氢酶的辅酶是FAD NAD 丙酮酸脱氢酶系 NAD H 丙酮酸脱羧酶 FAD 硫辛酸乙酰转移酶 二氢硫辛酸脱氢酶 CO2 乙酰硫辛酸 二氢硫辛酸 NADH H TPP 硫辛酸 CoASH NAD PydHE复合物的调节 Py CH3CO ScoA是一个重要的反应步骤 处于代谢的分支点 受到严密的调节作用 1 产物乙酰CoA和NADH都抑制PydHE复合物 抑制作用为相应的反应物CoA及NAD 所逆转 2 核苷酸反馈调节 整个酶体系的活性由细胞的能荷水平所调控 体系受GTP ATP 抑制 为AMP所活化 3 可逆磷酸化作用的共价调节 ATP存在时 Py脱氢酶分子上的Ser OH被磷酸激酶催化磷酸化而没有活性 一旦磷酸基团被磷酸酯酶催化水解 去磷酸化 可恢复活性 柠檬酸 三羧酸 循环 TAC Krebscycle乙酰CoA经一系列 8步 的氧化 脱羧 最终生成CO2和H2O 并产生能量的过程 即乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠檬酸 再经一系列的氧化 脱羧 循环后再生草酰乙酸 其中生成2CO2 3 NADH H 1GTP ATP 1FADH2 CH3COSCoA 3NAD FAD GDP Pi 2H2O 2CO2 CoASH 3NADH 3H FADH2 GTP 1 三羧酸循环反应过程 反应1 柠檬酸形成反应2 顺乌头酸水合酶作用于柠檬酸生成异柠檬酸反应3 酮戊二酸的生成反应4 琥珀酸辅酶A的生成反应5 底物水平磷酸化反应6 琥珀酸脱氢生成延胡索酸反应7 延胡索酸加水生成苹果酸反应8 苹果酸氧化生成草酰乙酸 反应1 柠檬酸 Citricacid 形成 草酰乙酸 反应2 顺乌头酸水合酶作用于柠檬酸生成异柠檬酸 反应3 酮戊二酸的生成 反应4 琥珀酰辅酶A的生成 反应5 底物水平磷酸化 琥珀酰CoA转变为琥珀酸 产生1GTP 由琥珀酰CoA合成酶催化 生成的GTP可在二磷酸核苷激酶催化下 将磷酸根转移给ADP而生成ATP与GDP 需要Mg2 参与 反应6 琥珀酸脱氢生成延胡索酸 由琥珀酸dHE催化琥珀酸生成延胡索酸 H受体是FAD 琥珀酸dHE是TCA中唯一一个掺入线粒体内膜的酶 真核生物 原核生物参入质膜 直接与呼吸链相连 丙二酸 malonate 是酶的竞争性抑制剂 反应7 延胡索酸加水生成苹果酸 H2O 延胡索酸酶 COO HOCH CH2 COO 延胡索酸 苹果酸 反应8 苹果酸氧化生成草酰乙酸 乙酰 CoA 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸 草酰琥珀酸 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 缩合 异柠檬酸脱氢酶 氧化脱羧 顺乌头酸酶 脱水 顺乌头酸酶 水化 酮戊二酸脱氢酶系 氧化脱羧 琥珀酰 CoA合成酶 底物水平磷酸化 琥珀酸脱氢酶 氧化 延胡索酸酶 加水 苹果酸脱氢酶 氧化 NADH CO2 NADH CO2 GTP FADH2 NADH H2O H2O H2O H2O TAC循环总图 TAC小结 1 循环从C4物与乙酰CoA缩合生成C6物开始2 每一次循环经历两次脱羧 放出2CO23 每一循环经历四次脱氢 其中3次以NAD 为氢受体 1次以FAD为氢受体 4 每循环一次 底物水平磷酸化一次生成1GTP ATP 5 循环一次结束以C4物 草酰乙酸 重新生成为标志 6 总反应 CH3COSCoA 3NAD FAD GDP Pi 2H2O 2CO2 CoASH 3NADH 3H FADH2 GTP 7 三羧酸循环是不可逆的8 三羧酸循环本身不会改变其中间产物的总量 但其它代谢会消耗其中间产物 需要及时补充 2 三羧酸循环的生理意义 三羧酸循环是三大营养素的最终代谢通路 糖 脂肪 氨基酸在体内进行生物氧化都将产生乙酰CoA 然后进入三羧酸循环进行降解三羧酸循环又是糖 脂肪 氨基酸代谢联系的枢纽 糖可以转变为脂肪 氨基酸的碳架可以通过草酰乙酸等可转变为葡萄糖 由葡萄糖提供的丙酮酸等可以用于合成某些非必需氨基酸 提供生物合成的前体 二 糖有氧氧化的生理意义 三羧酸循环一次生成生成12个ATP 1mol的葡萄糖彻底氧化生成和CO2和H2O 可净生成36或38molATP 胞质内的NADH不能透过线粒体膜 需要经过 磷酸甘油穿梭和苹果酸 天冬氨酸穿梭作用进入线粒体 38or36 1 16or42 12 12 32 32 32 12 22 3 NAD NAD NAD NAD FADNAD Glu 6 磷酸葡萄糖6 磷酸果糖 1 6 磷酸果糖2 3 磷酸甘油醛 2 1 3 磷酸甘油酸2 1 3 磷酸甘油酸 2 3 磷酸甘油酸2 磷酸烯醇式丙酮酸 2 丙酮酸2 丙酮酸 2 乙酰CoA2 异柠檬酸 2 酮戊二酸2 酮戊二酸 2 琥珀酰CoA2 琥珀酰CoA 2 琥珀酸2 琥珀酸 2 延胡索酸2 苹果酸 2 草酰乙酸 第一阶段第二阶段第三阶段 ATP 辅酶 反应 三 糖有氧氧化调节 糖酵解过程中的三个调节点丙酮酸脱氢酶复合体通过变构效应和共价修饰两种方式进行快速调节三羧酸循环中有三个不可逆反应 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶和 酮戊二酸脱氢酶催化的反应 目前认为异柠檬酸脱氢酶和 酮戊二酸脱氢酶才是三羧酸循环的调节点 Racker 1954 Gunsalus 1955 发现 组织中添加酵解抑制剂 Glc仍可被消耗 即Glc还有其他的代谢支路 整个途径分为两个阶段 1 氧化阶段 Glc经脱氢 脱羧变为磷酸戊糖 2 非氧化阶段 戊糖经几种不同碳数的糖的转化 最终重新合成己糖 三 磷酸戊糖途径 氧化反应 磷酸戊糖途径的两个阶段 2 非氧化分子重排阶段6核酮糖 5 P5果糖 6 P5葡萄糖 6 P 1 氧化脱羧阶段6G 6 P6葡萄糖酸 6 P6核酮糖 P6NADP 6NADPH 6H 6NADP 6NADPH 6H 6CO2 6H2O 二 磷酸戊糖途径的生理意义 1 为核酸的生物合成提供核糖2 提供NADPH H 作为供氢体参与多种代谢反应 1 NADPH H 是体内许多合成代谢的供氢体 如乙酰CoA合成脂酸 胆固醇 2 NADPH H 参与体内羟化反应 3 NADPH H 还用于维持谷胱甘肽的还原状态 蚕豆病的症状是 吃蚕豆几小时或1 2天后 突然感到精神疲倦 头晕 恶心 畏寒发热 全身酸痛 萎靡不振 并伴有黄疸 肝脾肿大 呼吸困难 肾功能衰竭 甚至死亡 血像检查 红细胞明显减少 黄疸指数明显升高 机理 蚕豆中有3种物质 裂解素 锁未尔和多巴胺 前两种使谷胱甘肽氧化 后一种能激发红细胞的自身破坏 遗传性D6PD缺乏者 使红细胞大量溶解而发生蚕豆病 蚕豆病 磷酸戊糖途径与溶血性贫血 G6PD缺乏 GSSH 一些具有氧化作用的外源性物质如蚕豆 抗疟药 磺胺药等 NADPH H 四糖醛酸途径 过程 葡萄糖6 磷酸葡萄糖1 磷酸葡萄糖UDP 葡萄糖UDP 葡糖醛酸生理意义 UDP 葡糖醛酸称为活性葡糖醛酸 参与生物转化 并为合成软骨素和透明质酸等多糖提供葡糖醛酸 第五节糖原代谢和糖异生 一 糖原合成二 糖原分解三 糖异生 糖原 糖原的分布 肝糖原 含量可达肝重的5 总量为90 100g 肌糖原 含量为肌肉重量的1 2 总量为120 400g 一 糖原合成 二 糖原分解 6 磷酸葡萄糖 葡萄糖 1 磷酸葡萄糖 糖原 磷酸葡萄糖变位酶 糖原磷酸化酶 肝脏 葡萄糖 6 磷酸酶 三 糖异生 一 糖异生的概念 二 糖异生途径 三 糖异生的意义 一 糖异生的概念 糖异生 从非糖化合