《生物化学》教学课件-第八章 糖代谢

第八章糖代谢,Metabolismofcarbohydrates,导学,掌握糖在体内的代谢途径、主要过程和生理意义；血糖的来源和去路。熟悉糖的生理功能；血糖浓度的调节；糖尿病的生化机制；糖耐量试验。了解糖的消化吸收；糖代谢调节及其代谢紊乱；中医药对糖尿病治疗作用的研究，高血糖与糖尿病案例分析。,教学内容,第一节概述第二节糖的氧化分解第三节糖原的合成与分解第四节糖异生第五节血糖及其调节第六节糖代谢紊乱,物质代谢,构成机体的成分,（小分子合成大分子）合成代谢-需要能量,物质代谢,分解代谢-释放能量(大分子分解为小分子),能量代谢,满足生命活动需要,物质代谢过程,消化吸收,排泄,1.氧化供能（主要功能）2.提供合成体内其他物质的原料3.组成人体组织结构的重要成分4.参与组成特殊功能的糖蛋白5.形成许多重要的生物活性物质,一、糖的生理功能,第一节概述,二、糖的消化与吸收（一）糖的消化,消化部位,淀粉,麦芽糖+麦芽寡糖,葡萄糖,-淀粉酶（唾液、胰液）,麦芽糖酶-糊精酶,消化过程,-糊精,蔗糖葡萄糖+果糖乳糖葡萄糖+半乳糖纤维素：人体缺乏纤维素酶,蔗糖酶,乳糖酶,（二）糖的吸收,吸收部位小肠上段,吸收形式单糖,主动转运：载体、逆浓度梯度、耗能,葡萄糖吸收途径,小肠肠腔,肠黏膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,各种组织细胞,淀粉,葡萄糖,糖原合成,糖原,肝糖原分解,丙酮酸,乳酸,无氧酵解,H2O+CO2,有氧氧化,磷酸戊糖途径,核糖+NADPH,乳酸、氨基酸、甘油,二、糖代谢概况,糖异生途径,消化吸收,第二节糖的氧化分解,糖分解代谢的主要途径,一、糖酵解(glycolysis)二、糖的有氧氧化(aerobicoxidation)三、磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway),一、糖酵解(glycolysis),概念：无氧，葡萄糖（糖原）乳酸(lactate),反应部位：细胞质(cytoplasm),（一）糖酵解过程的4个阶段,1.葡萄糖果糖-1，6-二磷酸2.果糖-1，6-二磷酸2分子磷酸丙糖3.甘油醛-3-磷酸丙酮酸4.丙酮酸乳酸,1.葡萄糖果糖-1，6-二磷酸,(glucose),(fructose-1,6-bisphosphate),己糖激酶葡萄糖激酶（肝）,反应不可逆,果糖磷酸激酶-1,2.果糖-1，6-二磷酸2分子磷酸丙糖,fructose-1,6-bisphosphate,triosephosphate,3.甘油醛-3-磷酸丙酮酸,glyceraldehydes3-phosphate,pyruvate,糖酵解过程中惟一的脱氢反应,底物水平磷酸化生成ATP（substratelevelphosphorylation),底物水平磷酸化产生ATP,丙酮酸激酶,反应不可逆,4.乳酸的生成,丙酮酸在无氧条件下还原为乳酸，有氧则进入线粒体氧化。,来自甘油醛-3-磷酸脱氢,果糖-1，6-二磷酸,糖酵解小结,反应部位在胞质不需氧的产能过程（底物水平磷酸化）1G2ATP，Gn（G）3ATP3.终产物乳酸：释放入血，进入肝脏代谢分解利用乳酸循环,4.有3步不可逆反应：GG-6-PF-6-PF-1,6-BPPEP丙酮酸,ATPADP,ATPADP,ADPATP,己糖激酶,磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,糖酵解小结,（二）糖酵解的调节,关键酶,调节代谢途径中关键酶的活性而影响代谢速度,（三）糖酵解生理意义,是机体相对缺氧时补充能量的一种有效方式某些组织在有氧时也通过糖酵解供能,二、糖的有氧氧化,概念：有氧，葡萄糖（糖原）CO2+H2O+ATP,有氧氧化的概况,葡萄糖丙酮酸,NADH+H+,乳酸,细胞质,线粒体,丙酮酸,?,CO2,丙酮酸,二碳化合物,?,Dr.H.A.Krebs的实验(1937)：,实验材料：鸽子胸肌匀浆,三羧酸循环的发现,(19001981),H.A.Krebs,36,Dr.H.A.Krebs的实验(1937)：,实验1：方法：在鸽子胸肌匀浆中加入丙酮酸，37C保温一段时间。用化学方法检测匀浆中所含物质。结果：发现丙酮酸含量下降，匀浆中出现了苹果酸、草酰乙酸、琥珀酸、延胡索酸、-酮戊二酸、柠檬酸、异柠檬酸等。,分析：四碳化合物：苹果酸、草酰乙酸、琥珀酸、延胡索酸五碳化合物：-酮戊二酸六碳化合物：柠檬酸、异柠檬酸,异柠檬酸,柠檬酸,-酮戊二酸,延胡索酸,琥珀酸,草酰乙酸,苹果酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,苹果酸,柠檬酸,延胡索酸,琥珀酸,草酰乙酸,异柠檬酸,四碳化合物,五碳化合物,六碳化合物,CO2,CO2,-酮戊二酸,苹果酸,琥珀酸,草酰乙酸,延胡索酸,Dr.H.A.Krebs的实验(1937)：,推测：各有机酸之间在体内转化以一种循环方式进行。,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,二碳化合物,CO2,CO2,琥珀酸脱氢酶,2H,CH2,COOH,CH,COOH,琥珀酸,延胡索酸,（）,Dr.H.A.Krebs的实验(1937)：,实验2：方法：在鸽子胸肌匀浆中加入丙二酸后再加丙酮酸，37C保温一段时间，再进行检测。结果：苹果酸、草酰乙酸、延胡索酸含量下降，而琥珀酸、-酮戊二酸、柠檬酸、异柠檬酸含量上升。,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,二碳化合物,H2O,2HCO2,CO2,2H,2H,2H,丙二酸,（-）,Dr.H.A.Krebs的实验(1937)：,结论：二碳化合物在体内脱羧以一种循环方式进行。,publishedinEnzymologia（1937.6）,Nobelprize（1953）,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,二碳化合物,H2O,2HCO2,CO2,2H,2H,2H,Krebscycle,柠檬酸循环,三羧酸循环,三羧酸循环,鸟氨酸循环,Krebsbicycle,第一阶段：葡萄糖丙酮酸（胞液）第二阶段：丙酮酸乙酰CoA（线粒体）第三阶段：乙酰CoACO2+H2O+ATP（三羧酸循环）（线粒体）,（一）有氧氧化的反应过程,Glu,2CH3COCOOH,2NADH+2H+,呼吸链(respiratorychain),H2O+22.5ATP（21.5ATP）,1.葡萄糖氧化分解为丙酮酸,同糖酵解途径，反应在细胞液进行,2.丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA,反应不可逆,丙酮酸脱氢酶,二氢硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,TPP（VitB1）,HSCoA（泛酸）硫辛酸,FAD（VitB2）NAD+（VitPP）,酶,辅酶（维生素）,丙酮酸脱氢酶系的组成,丙酮酸氧化脱羧反应过程,三羧酸循环(TricarboxylicacidCycle,TCAC)指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸的重复循环反应的过程。,3.三羧酸循环,柠檬酸循环,Krebs循环,所有的反应均在线粒体中进行,TCAC,CH3COSCOA（C2）,草酰乙酸（C4）,柠檬酸（C6）,-酮戊二酸（C5）,HSCoA,（1）反应过程:,反应不可逆,反应不可逆,反应不可逆,底物水平磷酸化生成ATP,三羧酸循环,三羧酸循环的总反应式：,H2O+ATP,电子传递链,循环一周氧化1分子乙酰CoA脱氢4次(2H)3（NADH+H+）、1（FADH2）2次脱羧（2CO2）,（2）三羧酸循环的反应特点,关键酶：柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系,（2）三羧酸循环的反应特点,循环的中间产物：-起催化剂作用，本身无量的变化-不能直接通过循环氧化为CO2和H2O-可参与其他代谢反应，为保证循环而需补充,草酰乙酸的补充,（二）糖的有氧氧化的调节,调节点：第一阶段：见糖酵解第二阶段：丙酮酸脱氢酶系第三阶段：柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系,1.丙酮酸脱氢酶系的调节,变构调节,乙酰CoA;NADH;ATP,AMP;ADP;NAD+,丙酮酸脱氢酶系,变构抑制,变构激活,乙酰CoA/HSCoA、NADH/NAD+,抑制,能量充足,丙酮酸脱氢酶系,共价修饰调节,丙酮酸脱氢酶,丙酮酸脱氢酶,P,丙酮酸脱氢酶激酶,ATPADP,丙酮酸脱氢酶磷酸酶,有活性,无活性,2.三羧酸循环的调节,异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系,ATP/ADP、ATP/AMP、NADH/NAD+,抑制,氧化磷酸化速率影响三羧酸循环速率,细胞内能量水平,有氧氧化中的关键酶被激活抑制,有氧氧化加速减慢,有氧氧化调节特点：,（三）有氧氧化的生理意义,有氧氧化是机体获得能量的主要方式,三羧酸循环是体内糖、脂肪和蛋白质三大营养物质分解代谢的最终代谢通路,三羧酸循环是三大物质代谢相互联系的枢纽,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,葡萄糖葡萄糖-磷酸-1,第一阶段：葡萄糖丙酮酸,果糖-磷酸果糖-1,6-二磷酸-1,2*甘油醛-3-磷酸2*甘油酸-1,3-二磷酸NAD+2*2.5或2*1.5,2*甘油酸-1,3-二磷酸2*甘油酸-3-磷酸2*1,2*烯醇式丙酮酸磷酸2*丙酮酸2*1,辅酶ATP,7或5ATP,第二阶段：,2*丙酮酸2*乙酰CoANAD+2*2.5,辅酶ATP,5ATP,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,第三阶段：三羧酸循环,2*异柠檬酸2*-酮戊二酸NAD+2*2.52*-酮戊二酸2*琥珀酰CoANAD+2*2.52*琥珀酰CoA2*琥珀酸2*12*琥珀酸2*延胡索酸FAD2*1.52*苹果酸2*草酰乙酸NAD+2*2.5,辅酶ATP,20ATP,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,糖原脂肪蛋白质,葡萄糖脂肪酸氨基酸甘油,乙酰辅酶A,营养物质氧化分解的共同通路,物质代谢联系的枢纽,糖酵解与有氧氧化的异同点,葡萄糖,2丙酮酸+2NADH+2H+,相同点：,不同点糖酵解有氧氧化,部位：细胞液细胞液、线粒体需氧情况：不需需氧终产物：乳酸CO2+H2O+ATP产能：2ATP32或30molATP,糖酵解与有氧氧化的异同点,糖酵解与有氧氧化的异同点,不同点糖酵解有氧氧化,关键酶：己糖激酶糖酵解3个关键酶果糖磷酸激酶丙酮酸脱氢酶系丙酮酸激酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系甘油醛-3还原丙酮酸进入线粒体氧化成水-磷酸脱下的2H,三、戊糖磷酸途径（胞质）,葡萄糖-6-磷酸核糖-5-磷酸+NADPH过程：第一阶段：氧化反应葡萄糖-6-磷酸脱氢、脱羧生成NADPH、CO2第二阶段：非氧化阶段一系列基团的转移关键酶：葡糖-6-磷酸脱氢酶,戊糖磷酸途径,(三)戊糖磷酸途径的生理意义,产生核糖-5-磷酸，为核酸合成提供磷酸核糖产生NADPH+H+作为供氢体参与脂肪酸及胆固醇等合成是谷胱甘肽还原酶的辅酶作为羟化酶系的辅酶，参与生物转化,还原型谷胱甘肽(GSH)的重要作用,（1）保护含巯基的蛋白质或酶免受氧化剂、尤其是过氧化物的损害。（2）保护红细胞膜结构的完整性。（3）缺乏葡萄糖-6-磷酸脱氢酶NADPHGSH红细胞破坏溶血,第三节糖原的合成与分解GlycogenesisandGlycogenolysis,糖原(glycogen),是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。,糖原储存的主要器官及其生理意义,肌肉：肌糖原，180300g，主要供肌肉收缩所需肝脏：肝糖原，70100g，维持血糖水平,糖原结构,分支多，水溶性大非还原端多，分解快糖原的合成与分解从非还原端开始,糖原结构,一、糖原的合成,合成部位：组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞液,定义：由葡萄糖合成糖原的过程,GnGG-6-PG-1-PUDPGGn+1关键酶：糖原合酶葡萄糖的供体：UDPG，需小分子糖原作引物消耗的能量：2分子ATP,（一）反应过程,ATP,ADP,己糖激酶;葡萄糖激酶（肝）,葡萄糖,葡糖-6-磷酸,1.葡萄糖磷酸化生成葡糖-6-磷酸,2.葡糖-6-磷酸转变成葡糖-1-磷酸,活性葡萄糖在体内充作葡萄糖供体,3.葡糖-1-磷酸转变成尿苷二磷酸葡萄糖,糖原n+UDPG,糖原n+1+UDP,糖原合酶(glycogensynthase),4.UDPG参与合成糖原,糖原引物(primer),1.糖原合成酶催化的反应需要引物（多聚葡萄糖）2.糖原合酶是关键酶3.分枝酶形成分枝（见下页）4.每增加一个葡萄糖，消耗2Pi5.UDP-Glc是葡萄糖的供体（葡萄糖的活性形式）6.糖原合成全过程是在细胞质中进行,(二)糖原合成特点,糖原分支的形成,二、糖原的分解,定义：指肝糖原分解成为葡萄糖的过程,亚细胞定位：胞液,(一）肝糖原分解过程,1.糖原分解为葡糖-1-磷酸,关键酶,2.脱枝酶的作用,转移葡萄糖残基水解-1,6-糖苷键,转移酶活性,3.葡糖-1-磷酸转变成葡糖-6-磷酸,4.葡糖-6-磷酸生成葡萄糖,1.磷酸化酶是关键酶，磷酸化酶只作用于-1，4糖苷键，磷酸化酶催化至距-1,6糖苷键4个葡萄糖单位时作用停止2.脱支酶转移3个葡萄糖基至邻近糖链末端，并水解-1,6糖苷键生成游离葡萄糖3.糖原分解全过程在胞液中进行,（二）糖原分解的特点,糖原的合成与分解,三、糖原合成与分解的调节,关键酶,糖原合成：糖原合酶,糖原分解：糖原磷酸化酶,调节关键酶活性：,四、糖原合成与分解的生理意义,维持血糖浓度的相对恒定,第四节糖异生Gluconeogenesis,*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、生糖氨基酸等,从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程,基本上是糖酵解的逆过程酵解途径中有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。,一、糖异生途径(gluconeogenicpathway),1.丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)-丙酮酸羧化支路,2.果糖-1,6-二磷酸转变为果糖-6-磷酸,3.葡糖-6-磷酸水解为葡萄糖,糖异生的关键酶：,丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖-1,6-二磷酸酶葡萄糖-6-磷酸酶,底物循环(substratecycle),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。,葡萄糖葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-1-磷酸糖原,果糖-6-磷酸,果糖-1，6-二磷酸,甘油醛-3-磷酸,磷酸二羟丙酮,甘油-3-磷酸,甘油,甘油酸-1，3-二磷酸,甘油酸-3-磷酸,甘油酸-2-磷酸,磷酸烯醇式丙酮酸,草酰乙酸,苹果酸,丙酮酸,乳酸,丙酮酸,草酰乙酸,苹果酸,磷酸烯醇式丙酮酸,线粒体,甘油和乳酸的糖异生途径,二、糖异生的调节,多种代谢物浓度变化可调节糖异生途径中的4个关键酶活性而改变糖异生速率。,二、糖异生的调节,糖异生原料浓度糖异生作用乙酰CoA别构激活丙酮酸羧化酶糖异生作用抑制丙酮酸脱氢酶ATP别构激活果糖-1,6-二磷酸酶糖异生作用抑制果糖-6-磷酸激酶-1,三、糖异生的生理意义,1.保证饥饿情况下血糖浓度的相对恒定2.糖异生作用有利于乳酸的回收利用3.协助氨基酸的分解代谢4.有助于维持酸碱平衡,肝,肌肉,乳酸循环(lactatecycle)（Cori循环）,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,乳酸,乳酸,乳酸,血液,第五节血糖及其调节,血糖：指血液中的葡萄糖血糖水平：即血糖浓度正常血糖浓度：3.89-6.11mmol/L,血糖及血糖水平的概念,一、血糖的来源和去路,二、血糖的调节,肝脏调节肾脏调节神经调节激素调节,（一）肝脏调节,进食后肝糖原合成不进食肝糖原分解饥饿时糖异生作用,（二）肾脏调节,肾糖阈：肾对糖的重吸收能力(8.899.99mmol/L),（renalthre