中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件

1、第六章 糖代谢一 糖的生理功能 1 机体的组成成分 核糖 糖脂 2 提供能量和碳源 70% 二 糖代谢的概况 （一）糖的来源 1 由消化道吸收（单胃动物） 2 由非糖物质转化而来（反刍兽） 第六章 糖代谢（二）动物体内糖的主要代谢途径 1 分解供能 酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途径、糖原分解 2 贮存 糖异生、合成糖原或转变成脂肪（三）血糖 人 80-120mg/100ml 4.4-6.7mmol/L（二）动物体内糖的主要代谢途径血糖的来源和去路血糖的来源和去路中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学

2、本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件第一节糖的分解代谢(catabolism of carbohydrate) 动物组织均能对糖进行分解代谢，主要的分解途径有三条： (1)无氧条件下进行糖酵解途径； (2)有氧条件下进行有氧氧化； (3)生成磷酸戊糖-磷酸戊糖通路。 第一节糖的分解代谢 一、糖酵解途径(glycolytic pathway) 糖酵解途径

3、是指细胞在胞浆中分解葡萄糖生成丙酮酸(pyruvate)的过程，此过程中伴有少量ATP的生成。在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸(lactate)称为糖酵解。有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环，生成CO2和H2O。一、糖酵解途径(glycolytic pathway) 中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件-1ATP 葡萄糖（glucoseG） 6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phophate, G6P) 己糖激酶(hexokinase,HK)。 葡萄糖激酶(glucokinase,GK)-1ATP 葡萄 6磷酸葡萄糖是HK的反馈抑制物，此酶是糖氧化反应过程的限速

4、酶(rate limiting enzyme)或称关键酶(key enzyme)。它有同工酶-型，、型主要存在于肝外组织，其对葡萄糖Km值为10-510-6M。 型主要存在于肝脏，特称葡萄糖激酶(glucokinase,GK)，对葡萄糖的Km值110-2M，正常血糖浓度为5mmol/L，当血糖浓度升高时，GK活性增加，促进合成糖原， 6-磷酸葡萄糖对此酶无抑制作用。 6磷酸葡萄糖是HK的反馈抑制物，此酶是糖氧化反应过中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件磷酸己糖异构酶(phosphohexose isomerase) 6-磷酸葡萄糖(醛糖aldos

5、e sugar) 6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P) 磷酸己糖异构酶(phosphohexose isomeras-1ATP 磷酸果糖激酶1(phosphofructokinase l, PFK1)果糖1，6二磷酸（fructose1,6-biophosphate） -1ATP 磷酸果糖激酶1(phosphofructokin醛缩酶(aldolase)磷酸二羟丙酮（dihydroxyacetone phosphate) 3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde-3-phosphate) 磷酸丙糖异构酶(triose phosphate isomerase

6、) 醛缩酶(aldolase)磷酸丙糖异构酶(triose ph中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件3-磷酸甘油醛脱氢酶 (glyceraldehyde 3phosphatedehydrogenase) 1，3二磷酸甘油酸（1，3 biphosphoglycerate） 2(NADH+H+)3-磷酸甘油醛脱氢酶 (glyceraldehyde 3p中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件+2ATP 磷酸甘油酸激酶(phosphaglycerate kinase,PGK) 3-磷酸甘油酸(3-phosph

7、oglycerate) +2ATP 磷酸甘油酸激酶(phosphaglycerate磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase) 磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate muta烯醇化酶(enolase) 磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate PEP) 烯醇化酶(enolase) 丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK) +2ATP丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK) +2AT中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件酵解途径第一阶段总的结果：葡萄糖 + 2Pi + 2NAD+ + 2ADP 2丙酮酸 + 2ATP

8、+ 2NADH + 2H+ + 2H2O 酵解途径第一阶段总的结果：中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件总结果：葡萄糖 + 2Pi + 2ADP 2乳酸 + 2ATP + 2H2O总结果：糖酵解及其生理意义 糖酵解是生物界普遍存在的供能途径，但其释放的能量不多，少数组织细胞，如视网膜、睾丸、肾髓质和

9、红细胞等，即使在有氧的条件下，仍需从糖酵解获得能量。 糖酵解的特殊生理意义。例如剧烈运动时，能量需求增加，糖分解加速，此时即使呼吸和循环加快以增加氧的供应量，仍不能满足体内糖完全氧化所需的能量，这时肌肉处于相对缺氧状态，必须通过糖酵解过程，以补充所需的能量。在剧烈运动后，可见血中乳酸浓度成倍地升高，这是糖酵解加强的结果。 糖酵解及其生理意义 中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件二、糖的有氧氧化 葡萄糖在有氧条件下，氧化分解生成二氧化碳和水的过程称为糖的有氧氧化(aerobicoxidation)。有氧氧化是糖分解代谢的主要方式。 丙酮酸脱氢酶系(

10、pyruvate dehydrogenase system)1 丙酮酸脱羧酶，辅酶是TPP，2 二氢硫辛酸乙酰转移酶，辅酶是二氢硫辛酸和辅酶A，3 二氢硫辛酸脱氢酶，辅酶是FAD及NAD+ 二、糖的有氧氧化 丙酮酸脱氢酶系(pyruvate deh中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科

11、生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件糖有氧氧化的生理意义 1.三羧酸循环是机体获取能量的主要方式。1个分子葡萄糖经无氧酵解仅净生成2个分子ATP，而有氧氧化可净生成32（30）个ATP。2.三羧酸循环是糖、脂肪和蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径。 乙酰CoA

12、 + 3NAD+ FAD + GDP + Pi + 2H2O 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + HSCoA 糖有氧氧化的生理意义乙酰CoA + 3NAD+ FAD Pasteur在研究酵母发酵时，发现在供氧充足的条件下，细胞内糖酵解作用受到抑制。葡萄糖消耗和乳酸生成减少，这种有氧氧化对糖酵解的抑制作用称为巴斯德效应(Pasteur effect)。 Pasteur在研究酵母发酵时，发现在供氧充足的条件 氟乙酰胺在酰胺酶作用下生成氟乙酸，后者可进一步生成氟乙酰CoA。FCH2CONH2 FCH2COOH FCH2COSCoA 解氟灵(乙酰胺) CH3CONH2

13、 CH3COOH CH3CO SCoA 二者竞争性地与酰胺酶结合，以此解毒。 氟乙酰胺在酰胺酶作用下生成氟乙酸，后者可进一步生成氟三、磷酸戊糖途径 磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway) 此途径由6-磷酸葡萄糖开始生成具有重要生理功能的NADPH和5-磷酸核糖。全过程中无ATP生成，因此此过程不是机体产能的方式。其主要发生在肝脏、脂肪组织、哺乳期的乳腺、肾上腺皮质、性腺、骨髓和红细胞等。 磷酸戊糖途径在细胞液中进行，全过程分为不可逆的氧化阶段和可逆的非氧化阶段。 三、磷酸戊糖途径 在氧化阶段，3个分子6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶等催化

14、下经氧化脱羧生成6个分子NADPH+H+，3个分子CO2和3个分子5-磷酸核酮糖； 在非氧化阶段，5-磷酸核酮糖在转酮基酶(TPP为辅酶)和转硫基酶催化下使部分碳链进行相互转换，经三碳、四碳、七碳和磷酸酯等，最终生成2分子6-磷酸果糖和1分子3-磷酸甘油，它们可转变为6-磷酸葡萄糖继续进行磷酸戊糖途径，也可以进入糖有氧氧化或糖酵解途径。 在氧化阶段，3个分子6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脱氢C5 + C5 C3 + C7 C3 + C7 C4 + C6 C5 + C4 C3 + C6总反应 3C5 2C6 + C3 非氧化分支反应示意图C5 + C5 C3 + C7总反应 3C5 2C6中农动

15、物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件生理意义 1. 5-磷酸核糖的生成，此途径是葡萄糖在体内生成5-磷酸核糖的唯一途径，故命名为磷酸戊糖通路，5-磷酸核糖是合成核苷酸辅酶及核酸的主要原料，故损伤后修复、再生的组织(如梗塞的心肌、部分切除后的肝脏)，此代谢途径都比较活跃。生理意义2.NADPH+H+与NADH不同，它携带的氢不是通过呼吸链氧化磷酸化生成ATP，而是作为供氢体参与许多代谢反应，具有多种不同的生理意义。(1)作为供氢体，参与体内多种生物合成反应，例如脂肪酸、胆

16、固醇和类固醇激素的生物合成，都需要大量的NADPH+H+。(2)是谷胱甘肽还原酶的辅酶，对维持还原型谷胱甘肽(GSH)的正常含量，有重要作用，GSH能保护某些蛋白质中的巯基。(3)参与肝脏生物转化反应，肝细胞内质网含有以NADPH+H+为供氢体的加单氧酶体系，参与激素、药物、毒物的生物转化过程。2.NADPH+H+与NADH不同，它携带的氢不是通过呼吸链 调控方式 1 幼年时期，需核糖多于NADPH，反应为 5C6 6C5 2 成年正常时，需二者相等，正常氧化 C6 + 2NADP+ + H2O C5 + 2NADPH + 2H+ + CO2 3 成年肥胖时，需NADPH多于5-磷酸核糖 C6

17、 + 12NADP+ + 6H2O 6CO2 + 12NADPH + 12H+ + Pi 4 需能时，6-磷酸葡萄糖则彻底氧化分解 调控方式中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件第二节糖异生 非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生(gluconeogenesis)。非糖物质主要有生糖氨基酸(Gly、Ala、Thr、Ser、Asp、Glu、Cys、Pro、Arg、His等)、有机酸(乳酸、丙酮酸及三羧酸循环中各种羧酸等)和甘油等。 糖异生途径基本上是糖酵解或糖有氧氧化的逆过程，糖酵解通路中大多数的酶促反应是可逆的，但是糖酵解途径中己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶三个限速酶催化的三个反应

18、过程都有相当大的能量变化，是不可逆的。第二节糖异生 首先由丙酮酸羧化酶催化，将丙酮酸转变为草酰乙酸，然后再由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，由草酰乙酸生成磷酸烯醇式丙酮酸。1. 首先由丙酮酸羧化酶催化，将丙酮酸转变为草酰乙酸，然后中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件 2. 催化G-6-P水解生成葡萄糖的酶为葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase) G-6-P + H2O G + Pi 2. 催化1，6-二磷酸果糖水解生成F-6-P的酶是果糖二磷酸酶(fructose diphosphatase) F-1,6-P2 + H2O

19、F-6-P + Pi3. 催化1，6-二磷酸果糖水解生成F-6-P的酶是果糖中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件糖异生可总结为：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+6H2O 葡萄糖+2NAD+ + 4ADP+2GDP+6Pi+6H+糖异生可总结为：中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件糖异生的生理意义 (一)糖异生作用的主要生理意义 保证在饥饿情况下，血糖浓度的相对恒定。 (二)糖异生作用与乳酸的作用密切关系 在激烈运动时，肌肉糖酵解生成大量乳酸，后者经血液运到肝脏可再合成肝糖原和葡萄糖，

20、因而使不能直接产生葡萄糖的肌糖原间接变成血糖，并且有利于回收乳酸分子中的能量，更新肌糖原，防止乳酸酸中毒的发生。 糖异生的生理意义 Cori循环 Cori循环 第三节糖原的合成与分解 糖原是由多个葡萄糖组成且带有分枝的大分子多糖，分子量一般在106-107u，是体内糖的贮存形式，分子中葡萄糖主要以-1，4-糖苷键相连形成直链，其中部分以-1，6-糖苷键相连构成支链，糖原主要贮存在肌肉和肝脏中，肌肉中糖原约占肌肉总重量的1%-2%，约为400克，肝脏中糖原占总量6%-8%，约为100克。肌糖原分解为肌肉自身收缩供给能量，肝糖原分解主要维持血糖浓度。 第三节糖原的合成与分解中农动物医学本科生物化学

21、第六章-糖代谢课件一、糖原的合成 由葡萄糖(包括少量果糖和半乳糖)合成糖原的过程称为糖原合成，反应在细胞质中进行，需要消耗ATP和UTP。 一、糖原的合成1-磷酸葡萄糖+UTPUDPG+PPi(焦磷酸) UDPG+糖原(Gn)UDP+糖原(Gn+1)1-磷酸葡萄糖+UTPUDPG+PPi(焦磷酸) UDPG+ 糖原合成酶催化的糖原合成反应不能从头开始合成第一个糖分子，需要至少含4个葡萄糖残基的-1，4-多聚葡萄糖作为引物(primer)，在其非还原性末端与UDPG反应，UDPG上的葡萄糖基C1与糖原分子非还原末端C4形成-1，4-糖苷链，使糖原增加一个葡萄糖单位，UDPG是活泼葡萄糖基的供体，

22、其生成过程中消耗UTP，故糖原合成是耗能过程，糖原合成酶只能促成-1，4-糖苷键。 糖原合成酶催化的糖原合成反应不能从头开始合成第一个糖中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件 糖原分枝链的生成需分枝酶(branching enzyme)催化，将7-8个葡萄糖残基寡糖直链转到另一糖原子上以-1.6-糖苷键相连，生成分枝糖链，在其非还原性末端可继续由糖原合成酶催化进行糖链的延长。多分枝增加糖原水溶性有利于其贮存，同时在糖原分解时可从多个非还原性末端同时开始，提高分解速度

23、。 糖原分枝链的生成需分枝酶(bra中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件二 糖原的分解 糖原分解不是糖原合成的逆反应，除磷酸葡萄糖变位酶外，其它酶均不一样。 Gn糖原 + PiG-1-P + G(n-1)G-1-PG-6-PG-6-P+H2OG+Pi二 糖原的分解Gn糖原 + PiG-1-P + G(n-1 磷酸化酶只作用于糖原上的(14)糖苷键，并且催化至距(16)糖苷键4个葡萄糖残基时就不再起作用，这时就要有脱枝酶(debranching enzyme)的参与才可将糖原完全分解。 磷酸化酶只作用于糖原上的(14)糖苷键，并且催化 脱枝酶是一种双功能酶，它催化糖原脱枝的两个反应，第一种

24、功能是4-葡聚糖基转移酶(4-D-glucanotrnsferase)活性，即将糖原上四葡聚糖分枝链上的三葡聚糖基转移到酶蛋白上，然后再交给同一糖原分子或相邻糖原分子末端具自由4-羟基的葡萄糖残基上，生成(14)糖苷键，结果直链延长3个葡萄糖，而(16)分枝处只留下1个葡萄糖残基，在脱枝酶的另一功能，即1，6-葡萄糖苷酶活性催化下，这个葡萄糖基被水解脱下，为游离的葡萄糖，在磷酸化酶与脱枝酶的协同和反复的作用下，糖原可以完全磷酸化和水解 。 脱枝酶是一种双功能酶，它催化糖原脱枝的两中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-

25、糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件血糖的激素调节 1 胰岛素 2 胰高血糖素 3 肾上腺素素 4 糖皮质激素血糖的激素调节中农动物医学本科生物化学第六章-糖代谢课件高血糖及糖尿病(hyperglycemia and diabetes mellitus) 空腹血糖浓度高于7.227.78mmol/L(folin-吴宪法)称为高血糖，超过肾糖阈时出现糖尿。典型症状是“三多一少”。低血糖(hypoglycemia) 空腹血糖浓度低于3.333.89mmol/

26、L(folin-吴宪法)时称为低血糖。出现头晕、倦怠无力、心悸、手颤、出冷汗、严重时出现昏迷，称为低血糖休克。高血糖及糖尿病(hyperglycemia and diabHypoglycemiaHypoalimentationHypocalcemiaHypomagnesaemiaHypochromatichia毛色素不足Hyponatremia低钠Hypoosmotic低渗Hypoalgesia 痛觉减退Hypogeusia 味觉减退Hyposmia嗅觉减退Hypometropia 近视Hypomnesia 记忆减退Hypophrenia 智能衰退Hypophysis 垂体Hypothalamus下丘脑Hypoproteinemia HypotensionHypothermal低温HyperglycemiaHype