糖代谢物质代谢及其调节

第二篇物质代谢及其调节,中南大学生化教研室龙苏,代谢途径（metabolicpathway）：有严格顺序的一系列生化反应。,广义的新陈代谢：物质的消化、吸收，在细胞内的化学变化和代谢产物的排泄等等。,狭义的新陈代谢（中间代谢）：指物质吸收到细胞后，在细胞内的化学变化的过程。,物质代谢及其调节,糖代谢脂类代谢氨基酸代谢核苷酸代谢生物氧化代谢相互联系和调节,结构篇章：组成、结构、理化性质,代谢篇章：具体的代谢途径器官或部位、合成原料或终产物、关键酶、能量的情况、生理意义等等,糖代谢,MetabolismofCarbohydrates,第四章,糖即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。Cn(H2O)n,糖的化学,（一）糖的概念,（二）糖的分类及其结构,根据水解产物情况，糖可分为四大类,单糖:凡不能被水解成更小分子的糖寡糖：凡能水解成少数（26）单糖分子的糖多糖：凡是能水解成多个单糖分子的糖结合糖：与非糖物质结合的糖,*单糖,葡萄糖(Glc),果糖(Fru),半缩醛羟基,核糖(ribose)戊醛糖,蔗糖：葡萄糖果糖,麦芽糖,乳糖：葡萄糖半乳糖,*寡糖,常见的几种二糖有,Glc1-2Fru,*多糖,常见的多糖有,淀粉(starch),糖原(glycogen),纤维素(cellulose),第一节概述,Introduction,一、糖的生理功能,氧化供能作为人体主要碳源重要组成成分,磷酸戊糖途径,淀粉（少量二糖蔗糖、乳糖）,小肠胰淀粉酶（作用1，4糖苷键）,线性和分支的寡糖（极限糊精）,小肠粘膜细胞刷状缘各种酶如麦芽糖酶、糊精酶、蔗糖酶、乳糖酶,单糖（主要是葡萄糖）,小肠上段吸收通过门静脉,肝脏,合成肝糖原,通过肝静脉进入体循环血中的单糖,二、消化吸收,血糖（bloodsuger）：指血中的葡萄糖（血中的单糖，主要指葡萄糖）血糖浓度：正常值3.96.1mmol/L恒定的意义：保证脑组织的能量供应来源与去路：,三、糖代谢的概括,血糖,饱食、空腹、饥饿不同状态下，维持血糖浓度恒定,肝Gn：90100g肌Gn：200400g,3.96.1mmol/L,四、本章内容,糖的分解代谢糖原的合成与分解糖异生,无氧分解有氧氧化磷酸戊糖途径,第二节糖的无氧分解(糖酵解),在缺氧情况下，Glc生成丙酮酸进而还原成乳酸的过程。,糖酵解：（glycolysis）(Embden-MeyerhofPathwayEMP),一、糖酵解的反应过程,反应部位：胞液（胞浆）反应流程：,10步,己糖激酶,磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,6-磷酸果糖,1.6-双磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,3-磷酸甘油醛,1.3-二磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸二羟丙酮,底物水平磷酸化,磷酸化,水解,能量,ATP的生成,底物水平磷酸化氧化磷酸化,直接将底物分子中能量转移ADP(GDP)，生成ATP(GTP)的过程。,呼吸链电子传递过程中释放的能量，使ADP磷酸化生成ATP的过程,能量,乳酸,丙酮酸,乳酸脱氢酶,NAD+必须不断再生有氧时进入线粒体通过氧化磷酸化再生无氧时胞液中通过使丙酮酸还原再生,乳酸NAD丙酮酸NADH,LDH,准备阶段,放能阶段,1分子Glc经糖酵解产生：2分子ATP,E1:己糖激酶,E2:6-磷酸果糖激酶-1,E3:丙酮酸激酶,NAD+,乳酸,糖酵解的代谢途径,Glc,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,-ATP,-ATP,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,NAD+,NADH+H+,+ATP,+ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,NADH+H+,二、糖酵解的调节,关键酶（限速酶）,整条通路中活性最低的酶常常催化单向反应（不可逆）受多种效应剂调节,种类HKGK分布各组织肝专一性不高(各种己糖)高（G）Km（mmol/L）0.110产物G-6-P抑制无,1.己糖激酶HK,糖酵解中最关键的酶(限速酶)，是一个变构酶，受变构调节,2.磷酸果糖激酶1（PFK1）,变构抑制剂：ATP、柠檬酸变构激活剂：AMP、ADP、F-2,6-2P,PFK最强的激活剂,3.丙酮酸激酶（PK）,变构酶激活剂F1,62P抑制剂ATP、Ala,当细胞内ATPAla,PFK-1PK,F-1,6-2PPKF-6-P、G-6-PHK,糖酵解,三、糖酵解生理意义,1.机体缺氧下快速供能主要方式2.某些正常组织获能方式（红细胞、视网膜等）,反应部位对氧的需求：三个不可逆反应，三个关键酶,四、糖酵解小结,产能的方式、数量、部位方式：底物水平磷酸化数量：从Glc开始22-2=2ATP从Gn开始22-1=3ATP终产物：乳酸,己糖激酶,磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,Gn,G1P,6-磷酸果糖,1.6-双磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,3-磷酸甘油醛,1.3-二磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸二羟丙酮,第三节糖的有氧氧化AerobicOxidationofCarbohydrate,乳酸,丙酮酸,概念：体内Glc或Gn在有氧条件下彻底分解成CO2、H2O的过程。,总反应式：C6H12O66O26H2O6CO2686Kcal(30或32ATP),一、有氧氧化的反应过程,酵解途径,丙酮酸氧化脱羧,三羧酸循环及氧化磷酸化,胞液途径,线粒体途径,丙酮酸,乙酰CoA,（二）丙酮酸氧化脱羧（三）TCA和氧化磷酸化,总反应式:,（二）丙酮酸的氧化脱羧生成乙酰CoA,24,12,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,含有VB1、VB2、VPP、硫辛酸、泛酸,(tricarboxylicacidcycleTCAC),HansKrebs,（三）乙酰CoA进入三羧酸循环以及氧化磷酸化,从乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成含有3个羧基的柠檬酸开始，通过一系列代谢反应，乙酰基彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程。,三羧酸循环，柠檬酸循环，Krebs循环,反应过程共有8步反应,单向,脱氢、脱羧、单向,NADH,NADH,FADH2,NADH,琥珀酰CoA琥珀酸,底物水平磷酸化,1,3-二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸+ATP磷酸烯醇式丙酮酸+ADP丙酮酸+ATP琥珀酰CoA+GDP琥珀酸+GTP,细胞内三个底物水平磷酸化反应,磷酸甘油酸激酶,丙酮酸激酶,琥珀酰CoA合成酶,胞液,胞液,线粒体,琥珀酸延胡索酸,*琥珀酸脱氢酶辅基FADTCA中唯一在内膜上,琥珀酸脱氢酶,二、TCAC小结,1.反应部位：,2.TCAC每循环一次,脱羧二次产生2CO2脱氢四次产生3NADH1FADH2底物水平磷酸化一次产生1GTP1ATP,3.ATP的情况,氧化磷酸化、底物水平磷酸化,3NADHFADH2ATP2.531.51110ATP,方式：数目：,*1分子乙酰CoA经TCAC彻底氧化：产生10分子ATP,1分子丙酮酸彻底分解产生多少ATP？,*线粒体中1分子NADH，FADH2与ATP关系,*胞液中1分子NADH与ATP关系1.52.5ATP,4.TCAC是一个不可逆的过程,5.草酰乙酸起催化剂的作用,6.关键酶：柠檬酸合酶、IDH、-KG脱氢酶复合体,TCAC最关键的酶,7.TCAC的生理意义,是三大营养素彻底分解的最终代谢通路,脂肪,碳水化合物,糖,葡萄糖,蛋白质,氨基酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,脂肪酸,甘油,TCA,是三大物质联系的枢纽,三、有氧氧化生成的ATP,*线粒体中1分子NADH，FADH2与ATP关系,*胞液中1分子NADH与ATP关系1.5or2.5ATP,胞液阶段：2ATP+2NADH2+3or557ATP,线粒体阶段：2NADH+(3NADH+FADH2+GTP）2（12.5）25ATP,总计3032ATP,1分子葡萄糖有氧氧化产生ATP的情况,将所有与能量有关的步骤总结,糖酵解,丙酮酸氧化脱羧,三羧酸循环,总反应式：C6H12O66O26H2O6CO2686Kcal(30或32ATP),方式：氧化磷酸化、底物水平磷酸化数目：1分子Glc彻底分解产生30或32分子ATP,五、巴士德效应(Pasteureffect),概念：指糖的有氧氧化对糖酵解的抑制作用,第四节葡萄糖的其他代谢途径,一、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖PentosePhosphatePathwayPPP途径,1、反应过程,反应部位：胞液,氧化阶段,非氧化阶段,2、生理意义产生了5磷酸核糖和NADPH,为核酸的生物合成提供核糖,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，如脂肪酸NADPH参与体内羟化反应，如生物转化,3.NADPH能维持谷胱甘肽的还原状态,第五节糖原的合成与分解GlycogenesisandGlycogenolysis,占7,占93,糖原分子中的两种连接键,糖原（glycogen）,非还原端,一、糖原合成(glycogenesis),1.概念：由单糖合成糖原的过程2.主要器官：肝、肌3.反应部位：胞液4.反应过程：包括Glc数目增加、分支点增加5.关键酶：糖原合酶6.Glc活性形式（Glc供体）：UDPG,1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,糖原合成途径,glucokinase,2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,3.尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）生成,*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,G(33.5KJ/mol),焦磷酸,组成单位合成原料（底物）糖原合成UDPGDNA合成RNA合成protein合成,4.-1,4-糖苷键式结合,糖原合酶不能起始糖原的从头合成,5.糖原分枝的形成,糖原引物,糖原合酶,至少11个葡萄糖残基,67个葡萄糖残基,4个葡萄糖残基远,(淀粉1,41,6转葡糖基酶),分支酶,糖原,糖原的合成,二、糖原分解(glycogenolysis),概念：肝糖原分解成为葡萄糖的过程反应部位：胞液反应过程：包括Glc数目减少、分支点减少关键酶：磷酸化酶,1.糖原磷酸化酶,2.糖原脱支酶,脱支酶,游离葡萄糖,G-1-P:85%,主要产物游离葡萄糖:15%,3.磷酸葡萄糖变位酶,4.葡萄糖-6-磷酸酶,肌肉中没有,糖原的分解,G-1-P,糖原n+1,G-6-P,G,糖酵解,肌,糖原的合成与分解,肌肉中没有,三、糖原合成、分解的生理意义,肝糖原：作为糖的储备，维持血糖浓度恒定肌糖原：作为一种燃料用于产生ATP,四、糖原合成与分解的调节糖原合酶、磷酸化酶受变构、共价化学修饰双重调节。,1.共价调节,腺苷酸环化酶（无活性）,腺苷酸环化酶（有活性）,胰高血糖素+受体,PKA(无活性),磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,PKA(有活性),磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷酸化酶b激酶-P,糖原分解加强,糖原合成抑制,G蛋白,+,第六节糖异生Gluconeogenesis,概念：肝中由非糖物质（如有机酸、甘油、生糖氨基酸）转变为Glc或Gn的过程,主要器官：肝、肾（饥饿、酸中毒）,一、糖异生途径,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；,Glc,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,丙酮酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,能障1.丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸,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(PEPCK)（反应在线粒体、胞液）,丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,线粒体,胞液,能障1+膜障,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,PEPCK,PK,PC,+ATP,-ATP,-GTP,丙酮酸羧化支路,能障2.1,6-双磷酸果糖转变为6-磷酸果糖,果糖双磷酸酶（肝、肾）,能障3.6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,Pi,葡萄糖-6-磷酸酶（肝、肾）,糖原,糖异生,非糖物质进入糖异生的途径,糖异生的原料首先转变成糖代谢的中间产物,关键酶：,二、糖异生的调节,作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环(substratecycle),6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-1,果糖双磷酸酶-1,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶,己糖激酶,PEP,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,PEPCK,乙酰CoA,三、糖异生的生理意义,1.空腹和饥饿下维持血糖浓度恒定,正常人，空腹安静时，需Glc200g（大脑125g、骨骼肌50g、视网膜RBC等40g）,肝Gn仅能提供100150g，有25来自糖异生。,2.补充肝糖原,3.调节酸碱平衡,酸中毒时H肾小管上皮细胞PEPCK糖异生-KGGln、Glu脱氨NH3泌入肾小管腔中和原尿中的HNH4帮助机体排H,八、乳酸循环(lactosecycle)（Cori循环）,循环过程,葡萄糖,葡萄糖,葡