糖代谢2013(1).ppt

糖：化学本质是由C、H、O组成的多羟基的醛或酮。可用Cn(H2O)n表示，因此亦称为碳水化合物（carbohydrate）,第一节概述,1、糖的生理功能：（1）提供能量,能量的5070来自于糖。（2）提供碳源，糖代谢的中间产物能转变成其它含碳化合物如：氨基酸、脂肪酸、核苷等，（3）组成人体组织结构的重要成分。（4）其磷酸衍生物可以形成许多重要的生物活性物质，如：NAD+、FAD、DNA、RNA、ATP等。（5）糖的代谢中间产物可以为其它代谢途径提供必需的物质，如NADPH、磷酸核糖等。,2、糖的分类（根据分子大小及组成）：,单糖：自身不能被水解成更简单的糖类物质（葡萄糖、半乳糖、丙糖）。寡糖：由几个单糖分子缩合而成（蔗糖、乳糖、棉子糖、麦芽糖）。多糖：由许多单糖分子脱水缩合而成（淀粉、糖原、壳多糖、果胶类、葡聚糖、琼脂糖）。,3、糖的消化吸收,食物糖：单糖：葡萄糖、果糖寡糖：麦芽糖、蔗糖、乳糖多糖：植物淀粉、动物糖原、纤维素,消化：口腔、小肠-淀粉酶、-葡萄糖苷酶、蔗糖酶、乳糖酶等,吸收：小肠Na+依赖型葡萄糖转运体,4、糖代谢,糖代谢主要是指葡萄糖在体内的复杂代谢过程。,分解：糖酵解；有氧氧化；磷酸戊糖途径；糖原分解合成：糖原合成；糖异生,第二节糖的无氧分解,糖酵解（glycolysis）：在无氧条件下，葡萄糖经一系列酶促反应生成丙酮酸进而还原成乳酸的过程。整个过程在胞浆中进行，可以分为两个阶段。,相对缺氧，不需要氧的参与,1、丙酮酸的生成糖酵解途径,2、丙酮酸还原为乳酸,一、糖酵解的反应过程,两个阶段：,（1）丙酮酸的生成,己糖激酶,磷酸果糖激酶-1,己糖异构酶,Mg2+,醛缩酶,异构酶,磷酸甘油,脂肪和甘油磷脂,磷酸二羟丙酮,丙酮酸,PEP,丙酮酸激酶,脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,变位酶,烯醇化酶,底物水平磷酸化,直接将代谢物分子中的能量转移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）的过程，称为底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)。底物水平磷酸化是体内生成ATP的次要方式，主要存在与糖代谢中。,（二）丙酮酸还原为乳酸,葡萄糖,乳酸脱氢酶,酵母菌无氧呼吸（无氧分解）作用产生乙醇，称为发酵。,己糖激酶,6-磷酸果糖激酶1,丙酮酸激酶,NADH+H+,C6H12O6+2ADP+2Pi2C3H6O3+2ATP+2H2O,1、胞液、起始葡萄糖、产物乳酸。2、无需氧，脱下的氢内部消化。3、净生成2ATP，能量少。4、三个关键酶，最重要的是第二个。,二、糖酵解的反应特点,a己糖激酶：产物G-6-P、长链脂酰辅酶A变构抑制；胰岛素诱导表达；,b磷酸果糖激酶：活性最低，真正限速；ATP、柠檬酸变构抑制；AMP、ADP、F-1，6-DP、F-2，6-DP变构激活；胰岛素诱导表达；,C丙酮酸激酶：ATP变构抑制，ADP变构激活；胰岛素诱导表达；共价修饰；,糖酵解调节,三、生物学意义,A供能代谢不需要氧，因此是病理或者生理缺氧时细胞应急供能的主要方式；B糖酵解是特殊组织供能代谢的主要方式：如视网膜、白细胞、睾丸等；成熟红细胞没有线粒体，不能进行氧化磷酸化而只能进行底物水平磷酸化；,有关糖酵解途径的生理意义叙述中错误的是A.成熟红细胞ATP是由糖酵解提供B.缺氧性疾病，由于酵解减少，易产生代谢性碱中毒C.神经细胞，骨髓等糖酵解旺盛D.糖酵解可迅速提供ATPE.肌肉剧烈运动时，其能量由糖酵解供给,小结,1、糖酵解概念、反应部位2、反应过程、关键酶3、ATP的生成4、糖酵解的生理意义5、了解糖酵解调节,第三节糖的有氧氧化,葡萄糖(glucose)在有氧条件下彻底氧化成水和二氧化碳的反应过程称为有氧氧化（aerobicoxidation），是糖氧化的主要方式。,葡萄糖,丙酮酸,乙酰CoA,胞浆,线粒体,丙酮酸,可以分为三个阶段,一、有氧氧化的反应过程,生物氧化,胞液,线粒体,丙酮酸脱氢酶系,（一）生成丙酮酸,（二）生成乙酰辅酶A,丙酮酸脱氢酶系（线粒体）,Hansadolfkrebs1953nobelprise,(三)三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle）柠檬酸循环（citricacidcycle）Krebs循环,草酰乙酸,CoASH,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,1、三羧酸循环反应过程,GDPPi,GTP,异柠檬酸脱氢酶,酮戊二酸脱氢酶,琥珀酰CoA合酶,NAD+,NADH+H+,草酰乙酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,2、三羧酸循环总结,1次底物水平磷酸化2次脱羧3个关键酶4次脱氢,糖、脂肪和蛋白质再体内彻底氧化的共同通路。三羧酸循环是三大营养物质的最终代谢通路，也是糖、氨基酸和脂肪代谢联系的枢纽。三羧酸循环为生物合成提供前体物质,3、三羧酸循环的生理意义,酵解阶段：2ATP21NADH,2ATP,2(2.5ATP或1.5ATP),三羧酸循环：21GTP23NADH21FADH2,21ATP,27.5ATP,21.5ATP,丙酮酸氧化：21NADH,22.5ATP,总计：32ATP或30ATP,二、有氧氧化生成的ATP,三、有氧氧化的生物学意义,是有机体获得生命活动所需能量的主要途径是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽。,巴斯德效应（Pasteureffect）：供氧充足时，细胞内糖有氧氧化对酵解的抑制作用。,四、有氧氧化的调节,糖酵解途径的调节丙酮酸脱氢酶系的调节TCA循环的调节,1）产物抑制：乙酰CoA;NADH,2）核苷酸反馈调节：ATP/AMP,3）酶蛋白的化学修饰：蛋白激酶、磷酸酶,三步不可逆反应关键酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶调节方式：产物反馈变构抑制（ATP/ADPNAD+/NADH),小结,1、糖有氧氧化概念、反应部位2、有氧氧化的主要反应过程及关键酶3、ATP的生成4、TAC及有氧氧化的生理意义5、了解有氧氧化的调节,第四节磷酸戊糖途径,磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway),由6-磷酸葡萄糖生成NADPH和5-磷酸核糖。,细胞内定位：在细胞的胞液中进行；不依赖于线粒体。,磷酸戊糖途径的作用：不产能；提供还原氢和核糖。,一、磷酸戊糖途径的反应过程,（一）第一阶段,NADPH+H+,NADP+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,CO2,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,（二）第二阶段,5-磷酸核酮糖,5-磷酸核糖,5-磷酸木酮糖,3-磷酸甘油醛,7-磷酸景天酮糖,4-磷酸赤藓丁糖,6-磷酸果糖,5-磷酸木酮糖,3-磷酸甘油醛,6-磷酸果糖,转醛醇酶,异构酶,转酮醇酶,转酮醇酶,差向酶,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；NADPH参与肝脏生物转化反应；NADPH参与产生离子态氧的反应，杀菌；NADPH还用于维持谷胱甘肽的还原状态；,例:红细胞缺乏6-磷酸葡萄糖脱氢酶NADPH少维持谷胱甘肽的还原状态难以维持红细胞膜蛋白容易被氧化而破坏容易破裂溶血性黄疸。常在食用蚕豆后诱发蚕豆病,3、通过转酮醇基及转醛醇基反应，是各种糖相互转换。,三、磷酸戊糖途径的调节限速酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶调节：NADPH/NADP+升，则酶活性降；NADPH/NADP+降，则酶活性升；,小结,1、磷酸戊糖途径的概念、产物和生理意义2、NADPH的功能3、了解磷酸戊糖途径的反应过程和调节,第五节糖异生(gluconeogenesis),从非糖化合物转变为葡萄糖或者糖原的过程称为糖异生,主要器官：肝脏其次肾脏。,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,果糖激酶,果糖双磷酸酶1,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,葡萄糖6-磷酸酶,6-磷酸葡萄糖,2草酰乙酸,PEP羧激酶,一、糖异生的代谢途径,底物循环：不同的酶催化的单向反应，造成两个作用物互变的循环。在底物循环中，如果两种酶活性相等时，不能将代谢向前推进，结果仅是ATP分解释放能量，叫作无效循环。,（一）丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸,PEP羧激酶,丙酮酸羧化酶,丙酮酸,辅酶为生物素,需要ATP、二价阳离子。该酶只存在于线粒体中。乙酰CoA、脂酰CoA变构激活，ATP/ADP升高，促进羧化作用。,（二）1，6-二磷酸果糖生成6-磷酸果糖,果糖二磷酸酶,+H2O,+Pi,该酶受别构调节：AMP、2.6-二磷酸果糖抑制作用ATP、柠檬酸、3-磷酸甘油激活作用,（三）6-磷酸果糖水解成葡萄糖,+H2O,+Pi,葡萄糖-6-磷酸酶,二、主要非糖化合物的糖异生途径1乳酸：经脱氢生成丙酮酸，后者进入糖异生途径。2氨基酸（除生酮氨基酸外）：氨基酸通过脱氨基转变为相应的-酮酸，后者经转变后进入糖异生途径。3甘油：先转变为-磷酸甘油，再转变为磷酸二羟丙酮，后者进入糖异生途径。,三、糖异生的生理意义,（一）维持血糖浓度恒定,饥饿时：氨基酸和甘油,（二）促进乳酸的再利用,主要原料:乳酸,来自肌肉，与运动有关肌肉产生的乳酸，经血液运送到肝，异生为糖后，再经血液运送到肌肉利用，这样构成一个循环称为乳酸循环（Cori循环）意义：避免乳酸的损失;防止酸中毒。,（三）协助氨基酸代谢,（四）调节酸碱平衡,小结,1、糖异生的概念、原料和关键酶及其催化的反应2、糖异生的生理意义3、乳酸循环的概念和生理意义4、熟悉甘油、乳酸和氨基酸进行糖异生的途径5、了解糖异生途径的调节,第六节糖原的生物合成和分解,糖,（大部分）脂肪,（小部分）糖原,肝糖原,肌糖原,补充血糖,肌肉收缩提供能量能,机体急需时迅速分解,己糖激酶,1-磷酸,磷酸葡萄糖变位酶,一、糖原合成,（一）合成过程,+,1-磷酸葡萄糖,UTP,UDPG焦磷酸化酶,PPi,UDPG,“活性葡萄糖”，体内充当葡萄糖供体。其上的葡萄糖基转移糖原引物的末端，形成1，4糖苷键。糖原引物指细胞内的较小的糖原分子，游离葡萄糖不能作为UDPG的葡萄糖基受体。,UDPG,UDP,糖原（n个G分子）,糖原（n+1）,糖原合酶,-1，6糖苷键,糖原分支酶,（二）糖原合成特点,磷酸化酶,+,1-磷酸葡萄糖,二、糖原的分解,磷酸化酶,脱支酶,脱支酶（释放1个葡萄糖）,G-1-P,G-6-P,G,变位酶,葡萄糖6-磷酸酶,（催化寡聚葡萄糖片段转移）（催化1.6-糖苷键水解断裂）,肌肉中没有，肌糖原不能分解为葡萄糖,磷酸化酶,三、糖原合成与分解的调节,1、关键酶的变构调节和共价修饰,2、激素调节糖原合成与分解的生理性调节主要靠胰岛素和胰高血糖素。胰岛素抑制糖原分解，促进糖原合成胰高血糖素（空腹、饥饿时）促进糖原分解。肾上腺素也可促进糖原分解，但可能仅在应激状态下发挥作用。,糖原合成酶a(有活性),糖原合成酶b(无活性),激素如肾上腺素/胰高血糖素等+受体,磷酸化酶a(有活性),磷酸化酶b(无活性),ATP,cAMP,腺苷酸环化酶(无活性),腺苷酸环化酶(有活性),磷酸化酶b激酶(无活性),磷酸化酶b激酶(有活性),蛋白激酶A(有活性),蛋白激酶A(无活性),P,P,P,小结,1、糖原合成与分解关键酶及其催化的反应2、肌糖原不能分解为葡萄糖的原因3、了解肝糖原合成与分解的调节,第七节血糖及其浓度的调节,血液中的糖称为血糖（bloodsugar）。正常情况，空腹静脉血葡萄糖浓度为3.9-6.1mmol/l。当血糖浓度高于8.8910.00mmol/l,超过肾小管重吸收能力时，出现尿糖现象，该浓度称为肾糖阈。,食物中的糖消化吸收,肝糖原分解,非糖物质异生（甘油、氨基酸、乳酸）,其它的单糖转变（果糖、半乳糖）,转变为核糖、脱氧核糖、氨基已糖,转变为脂肪、氨基酸,合成肝糖原和肌糖原,氧化供能、产生CO2和H2O,血糖,3.96.1mmol/L,一、血糖的来源和去路,二、血糖浓度的调节,（一）神经系统,影响激素的分泌，间接控制血糖,（1）胰岛素(Insulin),唯一能降低血糖的激素唯一能同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。,（2）胰高血糖素(Glucagon)是体内主要升高血糖的激素。其主要作用：激活依赖cAMP的蛋白激酶而抑制糖原合成酶、激活磷酸化酶。抑制糖酵解，加速糖异生。加速脂肪动员。,升高血糖促进肌肉蛋白质的分解，为糖异生提供原料。抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖。协助促进脂肪动员。,（3）糖皮质激素,三、糖代谢障碍,（一）高血糖与糖尿病,高血糖症：空腹血糖高于上限7.1mmol/L，分生理和病理性两种。糖尿病诊断标准：1999年WTO1）具有典型临床症状，FPG7.0mmol/L或任意时间血糖11.1mmol/L或OGTT2h血糖11.1mmol/L2）没有典型临床症状，仅FPG7.0mmol/L或任意时间血糖11.1mmol/L或OGTT2h血糖11.1mmol/L，应再重复一次，仍达以上值者，可确诊。,糖耐量实验（OGTT）：葡萄糖负荷实验，用来了解机体对葡萄糖的调节能力。当血糖浓度在67mmol/l之间而有怀疑为糖尿病时，该实验可以帮助明确诊断。早餐空腹取血(空腹8-14小时后），取血后于5分钟内服完溶于250-300ml水内的无水葡萄糖75克（如用1分子结晶水葡萄糖，则为82.5克）试验过程中不喝任何饮料、不吸咽、不做剧烈运动，无需卧床从口服第一口糖水时计时，于服糖后30分钟、1小时、2小时及3小时取血（用于诊断可仅取空腹及2小时血）如果血糖轻度升高，虽已超过正常范围，但仍未达到糖尿病的诊断标准，如空腹血糖在6.2-7.0mmol/L之间，餐后2小时血糖在7.811.1mmol/L之间时，即为一种过度状态，称之为糖耐量减低