物质代谢-糖代谢

第二篇物质代谢,第五章糖代谢,Metabolism,活细胞中的所有化学变化。物质分解（anabolic）物质合成(catabolic)能量释放，能量存储,灰姑娘的马车已经来了寻觅医学上的甜蜜之点,糖类是自然界的一大类有机化合物，它广布于所有生物体内。,戊糖：核糖，脱氧核糖单糖：葡萄糖（Glucose），果糖（Fructose）二糖：麦芽糖，乳糖，蔗糖多糖：淀粉，糖原，葡聚糖,动物体内的糖,血液：血糖（Glucose）肝脏/肌肉：糖原乳汁：乳糖细胞：核糖，脱氧核糖,糖的生理功能,氧化供能：人体维持正常生理活动所需能量的70%以上是由糖氧化供给能量贮存：植物淀粉，动物糖原结构成分：纤维素，粘多糖，糖胺聚糖,糖的消化,人类食物中的糖有淀粉、糖原、蔗糖、乳糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖及纤维素等，纤维素不被消化，但纤维素能促进肠管蠕动，其余的糖被消化道中水解酶类分解为单糖后才被吸收唾液中含有唾液淀粉酶，胃液中不含水解糖类的酶类，小肠是糖消化的主要场所，肠液中有胰腺分泌的胰淀粉酶,糖的吸收,消化所生成的单糖主要在小肠上段被吸收扩散入血，循门静脉入肝，并输送到全身各组织器官中利用。目前认为单糖至少有两种吸收转运系统：1）Na+单糖共转运系统，依赖钠泵并消耗ATP，对葡萄糖和半乳糖有高特异性；2）不依赖Na+的单糖转运系统，对果糖有高特异性。两种吸收转运系统都有特异性载体蛋白参与。,糖的分解代谢,（1）在无氧情况下进行的无氧酵解；乳酸(Lactate)，ATP（2）在有氧情况下进行的有氧氧化；CO2，H2O，ATP（3）磷酸戊糖途径；NADPH，戊糖,第二节糖的无氧酵解,机体在缺氧情况下，葡萄糖或糖原在胞液中经一系列酶促反应分解为乳酸的过程，称为糖的无氧分解。此反应过程和酵母的发酵过程基本相似，故又称为糖酵解途径（glycolyticpathway）。Glycolysis:Glykos-甜/Lysis-溶解,无氧酵解,糖原乙醛乙醇，CO2（酵母）G-1-PGG-6-P丙酮酸乳酸（酵解）乙酰CoACO2，H2O，ATP（有氧氧化）,无氧酵解,部位：胞浆关键酶：Hexokinase/Glucokinase(HK/GK)F-6-PkinasePyruvatekinase(PK)原料：Glucose/Glycogen产物：乳酸能量：2/3个ATP（能量货币）,生理意义：机体在无氧或缺氧条件下获得能量的一种有效方式，也是机体在应激状态下产生能量，以满足机体生理需要的重要途径。,1葡萄糖或糖原的磷酸化,己糖激酶/葡萄糖激酶葡萄糖6-磷酸葡萄糖（G）ATPMg2+ADP（G-6-P）糖酵解反应第一个关键酶：己糖激酶（hexokinase）分布较广，葡萄糖激酶(glucokinase)只存在于肝脏。这是一步耗能的不可逆反应，为酵解的第一步限速反应,单糖是多羟基醛或多羟基酮类化合物,六碳水溶液中环状半缩醛形式型,GlucoseGlucose-6-phosphate,糖原开始,磷酸化酶，脱枝酶变位酶糖原（Gn）糖原（Gn-1）+1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖Pi（Glycogen）G-1-PG-6-P,6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P),异构酶磷酸果糖激酶6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖(F-6-P)ATPADP（F-1，6-BP）这是糖酵解的第二个限速反应，并消耗ATP。磷酸果糖激酶是糖酵解反应第二个关键酶。这一阶段是耗能反应过程，从葡萄糖开始，每分子葡萄糖生成1分子1，6-二磷酸果糖，需消耗2分子ATP，而从糖原开始消耗1分子ATP。耗能阶段（投资）,F-6-PF-1，6-BP,2.磷酸己糖裂解为个磷酸丙糖,磷酸二羟丙酮(90%)1,6-二磷酸果糖醛缩酶异构酶3-磷酸甘油醛,DihydroxyacetonePhosphateGlyceraldehyde-3-Phosphate,3乳酸的生成,3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸NAD+H3PO4NADH+H+ADPATP1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下转变为3-磷酸甘油酸，释放的能量交给ADP生成ATP，由于ADP的磷酸化是与代谢物的氧化反应偶联，称为底物水平磷酸化,1,3-Bisphosphoglycerate3-Phosphoglycerate,丙酮酸(pyruvate)的生成,变位酶烯醇化酶丙酮酸激酶3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸H2OADPATP（phosphoendpyruvate，PEP）(pyruvate)丙酮酸激酶为酵解反应的第三个关键酶，它催化的反应为酵解反应的第三个限速反应,2-PhosphoglyceratePhosphoenoylpruvate,乳酸(lactate)的生成,乳酸脱氢酶(LDH)丙酮酸乳酸NADH+H+NAD+,Pyruvatelactate,糖酵解中ATP的消耗和生成,糖酵解的调节,糖酵解过程有三步反应不可逆，催化这三步反应的酶分别为已糖激酶、磷酸果糖激酶与丙酮酸激酶，它们都是酵解过程的关键酶。磷酸果糖激酶的活性受ATP、柠檬酸等的抑制，而AMP、2，6-二磷酸果糖可激活此酶活性。已糖激酶受反应产物6-磷酸葡萄糖的反馈抑制，但肝脏中的葡萄糖激酶则不受此影响。丙酮酸激酶受ATP的抑制，而肝脏中的丙酮酸激酶受到丙氨酸的抑制，这对肝脏内糖异生有重要作用。,磷酸果糖激酶的激活剂,糖酵解的意义,机体在无氧、缺氧或应急状态下迅速获得能量成熟红细胞、神经、白细胞、骨髓等依赖酵解供能酵解中间产物（丙酮酸、磷酸二羟丙酮）是氨基酸、脂类合成前体酵解还是彻底有氧氧化的前奏，准备阶段,二、糖的有氧氧化,葡萄糖的无氧酵解只是体内获得能量的补充方式，是一种只合成少量ATP的低效率代谢途径。而在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化成CO2和H2O，并释放大量能量，这一过程称为糖的有氧氧化(aerobicoxidation)，它是糖氧化分解的主要方式。,糖有氧氧化(aerobicoxidation),部位：胞浆，线粒体关键酶：丙酮酸脱氢酶原料/产物：G/CO2，H2O能量：36/38ATP生理意义：1.人体活动所需要的能量主要来自糖的有氧氧化2.多种中间产物也可参与其它代谢途径,整个反应过程可分以下三个阶段：糖酵解1.葡萄糖丙酮酸丙酮酸脱氢酶2.丙酮酸乙酰CoATAC3.乙酰CoACO2+H2O+ATP,有氧氧化是在细胞的胞液及线粒体两个部位进行,葡萄糖2丙酮酸2乙酰CoAH2O十CO2胞液线粒体,（一）葡萄糖分解为丙酮酸,从葡萄糖开始，有氧条件下1分子葡萄糖生成2分子丙酮酸，这个阶段的反应与糖酵解反应过程基本相同，在胞液中进行。G2丙酮酸+2ATP+2NADH（胞液）,（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA,丙酮酸脱氢酶系丙酮酸CoA-SH乙酰CoANADNADHHCO2整个反应中无游离的中间产物，是个不可逆的连续过程，丙酮酸脱氢酶系是有氧氧化过程的关键酶。2丙酮酸2NADH（线粒体）+2CO2,AcetylCoANADH,丙酮酸脱氢酶系的组分,三种酶和五种辅助因子组成的多酶复合体：丙酮酸脱氢酶（E1）和辅酶焦磷酸硫胺素（TPP）；二氢硫辛酰胺乙酰转移酶（E2）和辅酶硫辛酸；二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）；此外还需辅酶A（CoASH），辅酶I（NAD）,1丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPPTPP为焦磷酸硫胺素，是维生素B1的活性形式。能协助E1使丙酮酸脱羧生成CO2，并形成羟乙基-TPP。2乙酰基转移硫辛酸是一种脂溶性维生素，是含有二硫键的八碳羧酸，其羧基可与E2酶蛋白的赖氨酸残基的-氨基以酰胺键结合，形成硫辛酰胺-E2，使羟乙基-TPP上的羟乙基氧化成乙酰基，并使乙酰基转移到硫辛酰胺的巯基上，进一步作用使乙酰基转移到辅酶A，形成乙酰CoA。3氧化还原反应羟乙基氧化成乙酰基时脱下的氢使硫辛酰胺上二硫键还原成二个巯基，形成二氢硫辛酰胺，在E3的作用下，二氢硫辛酰胺脱氢重新生成硫辛酰胺，以进行下一轮的反应。脱下的氢由FAD接受，形成FADH2。在E3的催化下，FADH2上的氢转移给NAD+，形成NADH+H+。,丙酮酸脱氢酶系的作用机制,特点,不可逆的连续过程，中间产物不离开复合体，保证迅速完成丙酮酸氧化释放的能量以高能硫酯键形式储存进乙酰CoA是重要中间物,三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle,TAC）,其第一个中间产物是一个含三个羧酸的柠檬酸（citrate），是由Kreb正式提出的，所以又称柠檬酸循环或Krebs循环以乙酰CoA为起点，多种生物大分子（糖，脂，氨基酸）的共同最终代谢途径。,tricarboxylicacidcycle,TAC,部位：线粒体关键酶：柠檬酸合成酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶原料/产物：乙酰CoA,CO2，H2O，能量：12ATP,生理意义：三羧酸循环不仅是糖的分解代谢的途径，同时也是脂肪和蛋白质在细胞内氧化供能的最终共同途径。三羧酸循环还是糖、脂肪和蛋白质的互变途径。,第一阶段：柠檬酸的生成,柠檬酸合成酶乙酰CoA草酰乙酸H2O柠檬酸CoA-SH,此步为三羧酸循环的第一个限速步骤，柠檬酸合成酶为三羧酸循环的第一个关键酶,OxaloacetateCitrate,2第二阶段：异构化及氧化脱羧,（1）异柠檬酸的形成,顺乌头酸酶顺乌头酸酶柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸,Isocitrate,（2）第一次氧化脱羧,异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸草酰琥珀酸-酮戊二酸NADNADH+H+CO2此步反应是三羧酸循环中的第二步限速步骤，异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环中的第二个关键酶。1NADH,1CO2,Alpha-ketoglutarate,（3）第二次氧化脱羧,-酮戊二酸脱氢酶系-酮戊二酸CoA-SH琥珀酰CoANADNADH+H+CO2此酶系是三羧酸循环中的第三个关键酶，由三种酶和五种辅助因子组成:-酮戊二酸脱氢酶、二氢硫辛酰胺转琥珀酰基酶、二氢硫辛酰胺脱氢酶、FAD、TPP、CoASH、NAD、硫辛酸，其反应同丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧类似1NADH,1CO2,Succinyl-CoA,（4）底物水平磷酸化反应,琥珀酸硫激酶琥珀酰CoA琥珀酸CoA-SHGDP+PiGTPGTP+ADPGDP+ATP琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶的催化下高能硫酯键被水解生成琥珀酸，并使GDP磷酸化形成GTP，这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化1ATP,Succinate,3第三阶段：草酰乙酸的再生,琥珀酸脱氢酶琥珀酸延胡索酸FADFADH21FADH2,延胡索酸酶苹果酸脱氢酶延胡索酸苹果酸草酰乙酸H2ONADNADH+H+1NADH,Cis-FumarateL-Malate,三羧酸循环,草酰乙酸,琥珀酰辅酶A,柠檬酸,琥珀酸,异柠檬酸,延胡索酸,-酮戊二酸,苹果酸,三羧酸循环反应过程,第一阶段：草酰乙酸柠檬酸,第二阶段：异构、氧化脱羧,第三阶段：草酰乙酸的再生,异柠檬酸-酮戊二酸,-酮戊二酸琥珀酰辅酶A,琥珀酰辅酶A琥珀酸,柠檬酸异柠檬酸,琥珀酸的氧化苹果酸的生成苹果酸草酰乙酸,缩合反应,反应总过程,乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+2H+FADH2+CoA+GTP,中间产物起着催化剂的作用，本身并无量的变化,三羧酸循环的总反应,三个关键酶催化了三步不可逆反应，酶活性受效应物的变构调节，由ATP/ADP、ATP/AMP、NADH/NAD+、CH3CO-SCoA/CoASH的相对浓度所决定。三羧酸循环运转一周，实质上是氧化了一分子乙酰CoA，生成3分子的NADH+H+和1分子的FADH2，底物水平磷酸化形成的1分子ATP,要点,1次底物水平磷酸化（琥珀酰CoA琥珀酸）2次脱羧反应3步关键反应柠檬酸合成酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶4次脱氢（3次NAD+及1次FAD+）,三羧酸循环中的脱氢反应,生物氧化物质氧化分解中生成的还原性辅酶NADH/FADH2重新氧化,SH2NAD+,SNADH+H+1/2O2NAD+H2O+3ATP,NADH氧化呼吸链（电子传递链）,琥珀酸FAD,延胡索酸FADH2+1/2O2FAD+H2O+2ATP,琥珀酸氧化呼吸链（电子传递链）,（四）糖有氧氧化过程中ATP的生成,C6H12O66O236/38ADP36/38Pi6CO242H2O36/38ATP1分子NADH+H+在胞液中转运到线粒体氧化，经不同的转运方式，可生成2或3分子ATP线粒体内每分子NADH+H+经电子传递体系可生成3分子ATP，每分子FADH2可生成2分子的ATP,有氧氧化的调节,丙酮酸脱氢酶系：乙酰CoA，NADH可反馈抑制三羧酸循环的调节,丙酮酸脱氢酶的调节,三羧酸循环的调节,巴斯德效应,有氧氧化抑制无氧酵解的现象称为巴斯德效应（Pastuereffect）缺氧：氧化磷酸化受阻ATP少NADH不能被氧化有氧：NADH、丙酮酸进入线粒体被氧化,第四节、磷酸戊糖途径,糖酵解和有氧氧化是机体内葡萄糖分解代谢的主要途径，但在肝脏、脂肪、乳腺、肾上腺皮质和骨髓等组织还存在着磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway,PPP）or(hexosemonophosphateshunt,HMS),磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway,PPP）,部位：胞浆（肝脏、乳腺、脂肪）关键酶：G-6-P脱氢酶，G-6-P酸脱氢酶原料/产物：G-6-P/NADPH，戊糖磷酸戊糖途径的反应过程：1.氧化阶段：磷酸戊糖，NADPH，CO22.非氧化阶段：基团转移反应,一、氧化阶段,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5-磷酸核酮糖NADPNADPH+HNADPNADPH+HCO26-磷酸葡萄糖开始，经过脱氢、脱羧反应生成5-磷酸核酮糖。同时生成2分子NADPH+H+及1分子CO2。6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性决定G-6-P进入磷酸戊糖途径的流量，为限速酶,二、非氧化阶段：,5-磷酸核糖5-磷酸核酮糖异构酶差向异构酶6-磷酸葡萄糖5-磷酸木酮糖,以上三种戊糖经过一系列基团转移反应，产生三碳、四碳、五碳、六碳及七碳糖的中间产物，最终生成6-磷酸果糖（6-磷酸果糖可转变成6-磷酸葡萄糖）和3-磷酸甘油醛，都可参与到糖酵解途径中,磷酸戊糖途径的总反应式,6G-6-P12NADP+7H205G-6-P12NADPH12H+6CO2Pi,磷酸戊糖途径生理意义,1.提供5-磷酸核糖，用于核苷酸和核酸的生物合成。2.提供NADPH形式的还原力:参与多种生物合成的还原反应,如合成脂肪、胆固醇及类固醇激素。NADPH是谷胱甘肽还原酶的辅酶,能维持细胞中谷胱甘肽的还原状态，还原型谷胱甘肽（GSH）能保护含琉基的蛋白质或酶免受氧化剂的毒害，从而维持红细胞的正常结构和功能。NADPH参与体内羟化反应为加单氧酶系的供氢体，因而与肝脏中药物、毒物和一些激素的生物转化有关。,磷酸戊糖途径的调节,6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性决定G-6-P进入磷酸戊糖途径的流量，为限速酶。此酶的活性主要受NADPH/NADP比例的影响，当比例升高时磷酸戊糖途径受抑制，反之则被激活。磷酸戊糖途径的流量取决于对NADPH的需求。,第五节糖原的代谢,糖原（glycogen）是由若干个葡萄糖聚合而成的具有分支结构的大分子多糖。糖原分子中的葡萄糖有93通过-1,4-糖苷键相连，余下的7位于分支点上以-1,6-糖苷键相连。糖原的分枝多，溶解度大。每个糖原分子中心还存在一个还原端，外周是多个非还原端，糖原的合成与分解均从非还原端开始。,一、糖原的合成,葡萄糖等单糖合成糖原的过程称为糖原的合成。糖原是葡萄糖在体内的贮存形式。肝脏和肌肉是糖原合成的主要部位，糖原合成是在糖原分子（引物约46个葡萄糖残基）基础上经酶系作用逐个加上葡萄糖，并形成分支。,糖原的合成,部位：胞浆（肌肉/肝脏）关键酶：糖原合成酶原料：G，UDP，ATP产物：Gn耗能：2ATP,生理意义：储存能量肝脏：70-100g（血糖）肌肉：180-200g（肌肉收缩）人体24hr所需（脂肪：10天-2个月）,（一）葡萄糖的磷酸化,葡萄糖6-磷酸葡萄糖,己糖激酶/葡萄糖激酶,ATP,ADP,（G）,（G-6-P）,（二）1-磷酸葡萄糖的生成,变位酶6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖（G-6-P）（G-1-P）,G-1-P,（三）尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）的生成,1-磷酸葡萄糖十UTPUDP-葡萄糖十PPi,UDPG焦磷酸化酶,（焦磷酸）,（UDPG）,UDP-Glucose,（四）糖原的生成,UDPG十糖原（Gn）糖原（Gn+1）十UDP（引物）UDP+ATPUTP+ADPUDPG是葡萄糖的活性形式，是参与合成反应的葡萄糖的活性供体。糖原合成酶是糖原生物合成过程的关键酶。,糖原合成酶,糖原合成酶只能催化形成-1,4-糖苷键，当糖链长度达到1218个葡萄糖残基时，由分枝酶使末端含67个葡萄糖的糖链转移，以-1,6-糖苷键连接，形成分枝。由糖原合成酶与分枝酶催化的反应不断进行，使作为引物的糖原分子不断延长，并增加新的分支,UDPG加到糖原引物的非还原端形成-1,4糖苷键12-18G分支酶-1,6糖苷键增加水溶性和非还原端数以便分解,总反应式,糖原（Gn）十葡萄糖(G)十2ATP糖原（Gn+1）十2ADP十2Pi,二、糖原的分解,部位：胞浆（肝脏）关键酶：糖原磷酸化酶原料：Gn产物：G,生理意义：维持血糖浓度,基本过程,在糖原磷酸化酶的催化下，从糖原分子非还原未端的-1,4-糖苷键开始，加磷酸分解为1-磷酸葡萄糖。当反应进行到葡萄糖链距分枝处只剩4个葡萄糖单位时，脱枝酶将3个葡萄糖单位转移到其它分枝的非还原未端，以-1,6-糖苷键相连的葡萄糖继续由脱枝酶水解生成游离的葡萄糖。这样在磷酸化酶与脱枝酶的共同催化下，糖原分子不断缩小。,（一）1-磷酸葡萄糖的生成,磷酸化酶糖原（Gn）1-磷酸葡萄糖十糖原（Gn-1）Pi糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶。,（二）6-磷酸葡萄糖的生成,变位酶1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖,（三）6-磷酸葡萄糖的代谢,葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶主要存在于肝脏、肾脏中，特别是在肝脏中此酶的活性很强，所以肝糖原可通过生成G-6-P最终被此酶水解成葡萄糖以补充血糖。肌肉中葡萄糖-6-磷酸酶活性很低，故肌糖原分解的G-6-P只能通过酵解途径分解产能供肌肉活动的需要。,Pi,H2O,糖原的合成与分解,糖原是动物体内糖的储存形式大部分脂肪脂肪组织小部分糖原急需时分解成葡萄糖生理意义肝糖原维持血糖水平脑、红细胞肌糖原肌肉收缩能量之需酵解,三、糖原合成与分解代谢的调节,糖原合成与分解过程是由不同酶催化的逆向反应，属于不同的途径，有利于生物体对其进行调节。调节主要是改变两个过程关键酶的活性，即改变糖原合成酶及糖原磷酸化酶的活性。两种酶活性受磷酸化和去磷酸化的共价修饰调节。,磷酸化酶,糖原磷酸化酶b糖原磷酸化酶a,激酶,磷蛋白磷酸酶,P,无活性,有活性,糖原合成酶,糖原合成酶b糖原合成酶a,激酶,P,磷蛋白磷酸酶,无活性,有活性,激酶受到什么调控？激素,极微量的激素通过一级级放大，最终使糖原分解，使血糖浓度升高。“级联放大系统”“瀑布效应”两种关键酶受磷酸化和去磷酸化共价修饰调节，效果不同，糖原磷酸化酶磷酸化有活性，糖原合成酶去磷酸化有活性。糖原合成活跃时，糖原分解受到抑制，避免浪费，避免产生无效循环。,神经冲动肌肉收缩需要能量,胞液内Ca2+浓度升高,Ca2+在肌糖原分解中的作用糖原磷酸化酶b激酶(4)4亚基钙调蛋白可结合钙离子,和糖原磷酸化酶b激酶结合，使其激活,糖原磷酸化酶a,P,肌糖原分解,葡萄糖酵解产能,第六节糖异生,非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生作用（gluconeogenesis），是体内单糖生物合成的唯一途径。非糖物质主要是指体内代谢的中间产物，如甘油、丙酮酸、乳酸和生糖氨基酸等。生理情况下，肝脏是糖异生的主要器官。长期饥饿时，肾脏的糖异生作用增强。,糖异生,部位：胞浆,线粒体（肝脏）关键酶：G-6-P酶；F-1，6-BP酶；丙酮酸羧化酶/PEP羧激酶原料：甘油/丙酮酸/乳酸/生糖氨基酸产物：G耗能:消耗六个高能磷酸键,生理意义：（一）作为补充血糖的重要来源。（二）补充肝糖原。（三）调节酸碱平衡。,糖异生的途径基本上是酵解的逆向过程，但不是可逆过程。糖酵解途径中大多数反应是可逆的，但己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶三种关键酶催化的反应不可逆，构成所谓“能障”，必须通过另外四种关键酶的催化，方能完成与酵解反向的糖异生过程。糖异生是耗能的合成过程，反应过程在胞液和线粒体内发生。,1.丙酮酸羧化支路,丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸CO2ATPADP+PiGTP反应部位：线粒体，胞液两步反应共消耗1分子ATP与1分子GTP。,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶PEPCK,丙酮酸羧化酶/生物素、Mg2+PAC,GDP+PiCO2,丙酮酸羧化酶仅存在于线粒体中，故胞液中的丙酮酸必须进入线粒体，才能羧化形成草酰乙酸，但草酰乙酸不能直接透过线粒体膜，需要转化成苹果酸或天冬氨酸才能转运回胞液转运回胞液。磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶线粒体和胞液中都存在。,Pyruvate,Oxaloacetate,Phosphoenoylpruvate,21，6-二磷酸果糖到6-磷酸果糖的转变,果糖二磷酸酶1，6-二磷酸果糖6-磷酸果糖H2OPi与磷酸果糖激酶(糖酵解)对应的酶是果糖二磷酸酶，它催化1，6-二磷酸果糖水解为6-磷酸果糖。,36-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸葡萄糖葡萄糖H2OPi与己糖激酶/葡萄糖激酶（酵解）对应的酶是葡萄糖-6-磷酸酶（肝脏），它催化6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖。,总反应式,2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+2H2O葡萄糖+2NAD+4ADP+2GDP+6Pi,糖异生的调节,丙酮酸,葡萄糖,酵解,异生,精确调节避免无效循环(肝脏),糖异生的调节,糖酵解途径和糖异生途径式是方向相反的两条代谢途径。机体对这两条代谢途径的协调，主要通过对这两条途径中的两个底物循环进行调节。这两个底物循环之间是通过1,6-二磷酸果糖联系和协调的。,第一个底物循环：6-磷酸果糖和1,6-二磷酸果糖之间,6-磷酸果糖,2,6-二磷酸果糖,AMP,1,6-二磷酸果糖,PFKI,FBPase,ATP,ADP,Pi,2,6-二磷酸果糖的水平是肝内调节糖酵解和糖异生反应方向的主要信号，受到激素的调节。,糖异生,糖酵解,胰高血糖素,2,6-二磷酸果糖,PFKI活性,糖异生加强,糖酵解抑制,胰岛素的作用正好相反。,FBPase活性,第二个底物循环：磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间,丙酮酸脱氢酶,1.对丙酮酸激酶的调节：,胰高血糖素,2，6-二磷酸果糖,2，6-二磷酸果糖,cAMP,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶活性降低,糖异生加强糖酵解抑制,肝:丙氨酸,2.对丙酮酸羧化酶的调节：,乙酰CoA,丙酮酸羧化酶,丙酮酸脱氢酶,糖异生加强,胰高血糖素,cAMP,胰岛素,3.对磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的调节：,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶mRNA的表达,肌肉运动，所需能量来不及彻底有氧氧化肌肉中LDH5对丙酮酸亲和力大肌肉中缺乏葡萄糖-6-磷酸酶肌肉中糖异生的酶活性低，乳酸不能异生为糖,酵解丙酮酸乳酸,乳酸循环,乳酸的归途？,乳酸循环,在某些生理或病理情况下，如剧烈运动时，肌糖原酵解产生大量乳酸，部分乳酸虽可由尿排出，但大部分则经血液运到肝脏，通过糖异生作用合成肝糖原或葡萄糖以补充血糖，血糖再被肌肉利用，又因缺氧而酵解生成乳酸，如此形成乳酸循环（Cori循环）。,生理意义:回收乳酸能量防止乳酸中毒更新肝糖原补充肌肉消耗的糖,第七节血糖及其调节,通过各种方式吸收的单糖，首先进入血液，血液中的单糖（主要是葡萄糖，glucose，G）称为血糖（bloodsugar）。正常人在安静空腹（停食1214小时）状态下，血糖浓度是较恒定的，一般在3.896.11mmol/L之间，饱食后血糖浓度会暂时升高2小时后即恢复正常水平，长期饥饿时，血糖虽略低，但仍保持3.6-3.8mmol/L。这对于保证组织器官特别是大脑组织的正常活动有重要意义。,一、血糖的来源和去路,血糖,3.89-6.67mmol/L,来源,去路,二、血糖浓度的调节,血糖浓度相当恒定源于机体高效率的调节血糖浓度严格控制血糖的来源和去路血糖浓度的动态平衡是肝、肌肉、脂肪、肾等器官组织代谢协调的结果神经、激素调节的结果糖、脂肪、氨基酸代谢调节的结果酶水平的调节是最基本的调节方式和基础。,（一）组织器官对血糖浓度的调节,肝脏是调节血糖浓度的主要器官。肝脏具有参于糖代谢的各种酶，当血糖浓度因进食而升高时，血中大量的糖进入肝脏合成肝糖原。当血糖浓度降低时，肝糖原又可分解为葡萄糖或通过糖异生合成葡萄糖，以补充血糖,（二）神经系统对血糖浓度的调节,神经系统特别是其高级部位，可直接通过神经末梢释放递质或间接通过支配内分泌腺分泌激素，以影响与调节全身糖的代谢。激动时，中枢神经系统将兴奋传至肝脏，促使肝糖原分解为葡萄糖释放到血中，使血糖浓度升高。,（三）激素对血糖浓度的调节,激素对血糖浓度及糖代谢的调节起着重要作用，多种激素参与血糖浓度的调节。一类是降低血糖的激素即胰岛素；一类升高血糖的激素有胰高血糖素、肾上腺素、肾上腺皮质激素、生长素与甲状腺素。这两类激素作用的途径和效果虽各不相同，但它们互相协调又互相制约，通过改变体内糖代谢方向以调节血糖浓度。,1胰岛素,胰岛素是胰岛细胞分泌的一种蛋白质激素，是体内唯一的降血糖激素。它的分泌受血糖浓度的调节，血糖升高即引起胰岛素的分泌，血糖降低则分泌减少。,其主要调节作用是：1.胰岛素促进肌肉，脂肪组织细胞膜载体转运葡萄糖进入细胞;2.胰岛素诱导糖原合成酶的生成，同时还能抑制糖原磷酸化酶作用，因此它既能促进糖原合成又能减少糖原分解；3.诱导分解利用血糖的关键酶的合成，从而加速糖的利用；4.胰岛素抑制糖异生关键酶的活性，以抑制糖异生；5.抑制脂肪动员。,2胰高血糖素,胰高血糖素是胰岛细胞分泌的一种多肽激素，是升血糖激素。主要作用为：A.促进肝糖原分解，血糖升高；B.抑制糖酵解，促进糖异生，使非糖物质（丙酮酸、乳酸和氨基酸等）迅速异生为糖；C.加速脂肪动员。,3糖皮质激素,糖皮质激素是肾上腺皮质分泌的类固醇激素，可引起血糖升高。主要作用为：1.抑制肝外组织自血液中吸取葡萄糖，并能促进肌肉中蛋白质的分解，产生的氨基酸是糖异生的原料。2.促进糖异生关键酶的合成，从而促进糖异生。,4.肾上腺素,肾上腺素是强有力的升血糖激素，主要在应激状态下发挥作用，对血糖浓度的调节与胰高血糖素相似。可促进肝糖原分解，还促进肌糖原经糖酵解分解成乳酸，乳酸是糖异生的原料，可间接升高血糖。,5生长素,生长素主要表现为对抗胰岛素的作用，使血糖浓度升高。,三、血糖水平异常,空腹血糖浓度高于7.227.78mmol/L称为高血糖（hyperglycemia）。空腹血糖浓度低于3.333.89mmol/L称为低血糖。(hypoglycemia),（一）生理性高血糖与糖尿,在生理情况下，血糖超过肾糖阈(血糖浓度高于（8.8910.00mmol/L）时出现的糖尿，属生理性糖尿(gl