生物化学 第八章 糖类代谢课件

1、物质代谢（合成代谢、分解代谢）能量代谢（耗能、产能）代谢调节（平衡、失衡）代谢无机物代谢：水平衡、无机盐代谢 （见病理生理）有机物代谢：酶学、糖代谢、脂类代谢、 氨基酸代谢、核苷酸代谢 (含氮小分子的代谢) 生物氧化、代谢调节第二篇 物质代谢及其调节代谢途径 组织定位 细胞内定位限速酶 能量（ATP）变构调节共价修饰调节概念基本过程特点调节生理意义底物 中间产物终产物酶辅助因子能量消耗或生成第8章 糖类物质的代谢Carbohydrate Metabolism本章主要内容 糖在生物体内的一般概况 糖的分解供能 磷酸戊糖途径 葡萄糖异生途径 糖原的分解与合成 糖代谢各途径之间的关系 纤维素结构：-

2、1,4 - 糖苷键淀粉：-1,4(6)-糖苷键糖原： -1,4(6)-糖苷键机体主要的能源和碳源 氧化供能70%，神经系统、胎儿和乳的合成消耗更多的葡萄糖; 为机体重要碳源,提供合成氨基酸和脂肪C的来源构成人体组织细胞的结构成分 核酸中的核糖，结缔组织中的蛋白多糖， 细胞膜上的糖脂和糖蛋白等形成重要生物活性物质 如激素、酶、糖的磷酸衍生物：ATP、FAD、NAD+等其他方面功能： 信号传导、免疫识别、免疫球蛋白等免疫机能-糖蛋白1. 糖在生物体内的一般概况1.1 糖的生理功能 意义 反映机体的能量水平，糖分解和利用的动态平衡，对大脑、胎儿尤为重要. 空腹血糖正常值： 3.89-6.11 mmo

3、l/L,70-110 mg/dL- 化学法 激素的调节作用 胰岛素下调(促进肌肉、脂肪组织细胞摄取葡萄糖;增强磷酸二酯酶活性，促进糖原合成、抑制糖原分解;激活丙酮酸脱氢酶系，加速糖分解代谢;抑制肝内糖异生;减少脂肪动员，加速葡萄糖的利用。) 胰高血糖素上调(抑制糖原合酶、从而抑制糖原合成；激活糖原磷酸化酶、加速肝糖原分解;抑制6-磷酸果糖激酶-2、激活果糖双磷酸酶-2，从而抑制糖酵解，加速糖异生;激活磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，加速糖异生。增加脂肪动员，从而减少葡萄糖的利用。) 肾上腺素上调(激活磷酸化酶，增加肝、肌糖原分解。常见于应急情况下血糖升高) 糖皮质激素上调(促进肌肉蛋白质分解，增加磷酸

4、烯醇式丙酮酸羧激酶活性，从而加速糖异生;抑制肝外组织对葡萄糖的利用;协同其它激素，促进脂肪动员。)1.3 血糖（Blood sugar， BS）：指血液中的还原糖，主要指葡萄糖。高血糖和糖尿症 A、高血糖：空腹血糖7.22-7.78mM。 B、肾糖阈：血糖8.89-10.00mM，出现尿糖 C、生理性高血糖或尿糖多见于：饱食、应急、 输入葡萄糖过多等情况下。 D、病理性高血糖或尿糖多见于：糖尿病、肾 性尿糖。低血糖（Hypoglycemia） A、低血糖：空腹血糖3.33-3.89mM。 B、后果：低血糖休克。 C、原因： 胰性（胰岛-细胞瘤） 肝性（肝功能不全） 内分泌异常（垂体和肾上腺皮质

5、功能低下） 肿瘤 饥饿或不能进食 1.4 血糖水平的异常 葡萄糖耐量（Glucose tolerence） 正常人体内存在一整套精细调节糖代谢的机制，在一次性食入大量葡萄糖后，血糖水平不会出现大的波动和持续升高，这种人体对摄入的葡萄糖具有很大耐受能力的现象称为葡萄糖耐量，又称耐糖现象。它可用于临床上对糖代谢障碍相关疾病的诊断。 糖尿 血糖水平相对恒定，超过肾糖阈值，葡萄糖随尿排出GNa+GNa+泵Na+K+K+小肠粘膜细胞 肠腔Na+GGNa+ Na+ GNa+ 依赖型葡萄糖转运体 Na+ -dependent glucose transporter (SGLT)吸收：部位：小肠粘膜上皮细胞方

6、式：以“单糖”形式吸收. 戊糖： 被动扩散; 己糖（葡萄糖）：主动转运1.6 糖在体内的动态分布小肠肝脏 A、合成肝糖原 （逆过程：肝糖原分解） B、转变为非糖物质 （逆过程：糖异生） C、氧化分解 D、释放入血肝脏 组织细胞 A、氧化分解 B、合成肌糖原 （不能分解为葡萄糖） C、转变为非糖物质 (大多数组织不能异生)葡萄糖进入细胞：葡萄糖转运体（Glucose Transporter GLUT1-5） 糖原肝糖原分解糖原合成 糖酵解途径糖异生途径糖酵解糖异生糖异生糖的有氧氧化 磷酸戊糖途径ABDCEF丙氨酸葡萄糖丙酮酸乙酰辅酶A乳酸CO2+H2O1.7 糖代谢的概况第一阶段 葡萄糖（6C）

7、断裂变为2个磷酸丙糖（3C）注意，这个过程消耗了2分子ATP个不可逆反应a、己糖激酶，I-IV型，肝细胞为IV型，又称葡萄糖激酶。 区别：前者Km值小、特异性差。 意义：在Glc浓度较低时，肝细胞不能利用Glc。b、激酶（-ATP,Mg+）。c、不可逆、为关键酶（限速酶），受激素调控。d、磷酸化后的葡萄糖不能透过细胞膜而逸出细胞。不可逆反应反应倾向生成磷酸甘油醛,往下以2分子甘油醛-3-P作为底物进行接着，烯醇化酶催化的可逆反应使分子内部基团重排,能量重新分布，形成了第二个高能磷酸键，为下一步反应做准备,又可生成2个ATP分子。不可逆反应a、丙酮酸激酶，需Mg+，K+ b、不可逆，限速酶；c、

8、第二次底物水平磷酸化，产能1*2ATP。在无氧的条件下，丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下，加氢还原生成乳酸，所需的NADH 来自第二阶段的反应。糖酵解途径 葡萄糖 丙酮酸 10步反应、10个酶催化，有氧、缺氧均进行。丙酮酸还原为乳酸 丙酮酸 乳酸 在缺氧时进行，有氧时丙酮酸进入线粒体氧化。第三阶段 丙酮酸还原成乳酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1,3- 二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸二羟丙酮乙醛乳酸乙醇己糖激酶磷酸己糖异构酶磷酸果糖激酶醛缩酶脱氢酶磷酸甘油酸激酶变位酶烯醇化酶丙酮酸激酶乳酸脱氢酶-ATP-ATP+ATP+ATP糖原

9、1-P-G糖酵解途径汇总由1分子G在无氧条件下氧化分解，最终产生2分子ATP。如果从糖原开始，则可得到3分子ATP(见下一节)注意酵解途径中的3个关键酶催化的不可逆反应.他们是:己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶糖酵解的调节关键酶 己糖激酶 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶调节方式 别构调节 共价修饰调节糖酵解的特点A、细胞内定位：胞液B、限速酶：3个C、能量生成：净生成2个ATP分子。葡萄糖中能量并未 完全释放，乳酸还可通过“乳酸循环”再利用（见后）。D、不需氧。 E、糖酵解可从葡萄糖开始，也可从糖原的葡萄糖单位开始， 还可从果糖、半乳糖开始。 是机体在无氧或供氧不充分的情况下通过分解葡萄糖或糖

10、原获得部分能量的重要方式。如高原缺氧、心肺功能不全时缺氧。 运动和使役的肌肉，一些供氧不足的组织，如视网膜、皮肤、睾丸以及肿瘤等组织通过这个迅速供能途径获得部分能量。 有些组织即使不缺氧时也由糖酵解提供全部或部分能量：如成熟红细胞、神经、白细胞、骨髓。 酵解途径与糖的有氧氧化途径、磷酸戊糖途径以及异生途径都有密切联系。能量利用率高。 糖酵解的生理意义2.2 有氧氧化（aerobic oxidation） 有氧条件下,葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O,并伴有大量能量释放的过程称为糖的有氧氧化。C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量过程分三阶段,第一阶段在胞液(同酵解阶段)，

11、后两个阶段在线粒体中进行2 丙酮酸第一阶段 由葡萄糖第二阶段 丙酮酸的氧化 丙酮酸（3C）转变为乙酰CoA（2C），在线粒体中进行，由丙酮酸脱氢酶系催化，为不可逆反应，它包含有三个酶 。 总反应如下：与无氧酵解相同, 在胞液中进行注意 产物为2分子乙酰CoA丙酮酸脱氢酶复合体三个酶分别是: E1 丙酮酸脱氢酶E2 二氢硫辛酸乙酰转移酶E3 二氢硫辛酸脱氢酶还有6种辅助因子TPP、硫辛酸、CoA、 FAD、 NAD+和Mg2+丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvate dehydrogenasecomplex, PDC) 催化的反应 三 羧 酸 循 环 反 应三羧酸循环的产物 乙酰CoA（2C）经过三

12、羧酸循环完全分解释放2个CO2，同时生成3个NADH2，1个FADH2，1个GTP（或ATP）。 NADH2 和 FADH2 所携带的H原子来自循环中代谢中间物的脱氢。 在有氧条件下，每2个H原子可以通过呼吸链（电子传递系统）传递给1/2O2，生成H2O，并且有能量释放用以合成ATP。 1分子NADH2 经呼吸链生成1分子H2O和2.5个ATP 1分子FADH2 经呼吸链生成1分子H2O和1.5个ATPA、细胞内定位：线粒体B、限速酶：3个C、整个过程不可逆D、需氧参与，共消耗 4 个氧原子E、TAC一周：4次脱氢 2次脱羧共生成：10（12）个ATP分子F、草酰乙酸经丙酮酸羧化或苹果酸脱氢回

13、补以1分子的葡萄糖完全氧化为例进行能量计算第一阶段（胞液）：生成2ATP 生成2NADH2 计7（5）ATP第二阶段（线粒体）：2NADH2 2CO2 计5ATP第三阶段（线粒体） ：6NADH2 4CO2 2FADH2 2GTP（或2ATP） 计20ATP 共计 32（30）ATP和6CO2 糖酵解和糖有氧氧化的比较32（30） 糖的有氧氧化是动物获得能量的主要方式。 糖的有氧氧化第三阶段三羧酸循环是糖、脂和氨基酸等营养物质分解代谢的共同归宿。 糖的有氧氧化第三阶段三羧酸循环也是糖、脂和氨基酸等营养物质互相转变和联系的共同枢纽。 糖的有氧氧化第三阶段三羧酸循环途径为嘌呤、嘧啶、尿素的合成提供

14、二氧化碳，也是大自然碳循环的重要组成部分。TAC的生理意义A、是三大营养物质的最终代谢通路及彻底分解过程中产能最多的阶段。B、为氧化磷酸化提供还原当量。（ NADH + H+和 FADH2）C、为其它合成代谢提供小分子前体。（如草酰乙酸、a-酮戊二酸合成非必需氨基酸，乙酰辅酶A参与合成胆固醇、脂肪酸，琥珀酰辅酶A参与合成血红素等）D、是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽。有氧氧化的生理意义 指6-磷酸葡萄糖经氧化反应首先生成NADPH、CO2和5-磷酸核糖，再经基团转移反应生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入糖酵解途径的过程称为磷酸戊糖途径。其主要功能不是生成ATP，而是生成5-磷酸核糖和NAD

15、PH。又称为“磷酸戊糖旁路”。不依赖于有氧或无氧的葡萄糖分解途径，约有30%的葡萄糖经过这条途径代谢，在胞液中进行，尤其在合成代谢旺盛的组织中活跃。 从6-P-葡萄糖开始，经过两个阶段： 1. 氧化阶段 产生NADPH2、CO2和5-P-核酮糖；磷酸戊糖的生成（氧化反应） 6-磷酸葡萄糖5-磷酸核糖+2NADPH+CO2) 2. 非氧化阶段 通过基团的交换和分子内部的重组，5-P-核酮糖又转变为磷酸己糖。将多余的5-磷酸核糖通过一系列基团的转移反应生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而重新进入糖酵解途径。2.3 磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway）磷酸戊糖途径注意:

16、途径的氧化阶段生成NADPH的和释放CO2 非氧化阶段中基团交换和重组的结果生成磷酸果糖和3-磷酸甘油醛，后者又可以转变成磷酸果糖。氧 化 阶 段非 氧 化 阶 段 途径生成的NADPH用于还原性生物合成，提供NADPH作为供氢体参与代谢，如脂肪酸、胆固醇、脱氧核苷酸、谷胱甘肽等的合成，维持细胞的还原性，也可以氧化供能 途径生成的磷酸核糖是合成核苷酸的原料 与糖的酵解途径和有氧氧化途径相联系，也是其他单糖代谢和转变的途径 与植物的光合过程有密切联系 总反应: 6 X 葡萄糖-6-P 5 X 葡萄糖-6-P+ 12 NADPH2+ 6 CO2+Pi磷酸戊糖途径的生理意义体内5-磷酸核糖的来源有：

17、 a、由6-磷酸葡萄糖氧化脱羧生成。 b、由6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛通过基团转移反应生成。NADPH的生理功能： a、作为体内合成代谢的供氢体，如胆固醇、脂肪酸的合成。 b、参与体内羟化反应：如胆固醇、类固醇激素和胆汁酸的合成，以及生物转化中的羟化反应。 c、维持谷胱甘肽的还原状态。谷胱甘肽 Glu-Cys-Gly构成的三肽 G-SH G-S-S-G （还原型） （氧化型） GSH的抗氧化作用： 保护巯基蛋白或巯基酶不受过氧化物的损害，保护红细胞膜的稳定性。 “伯胺喹啉型药物溶血性贫血” “蚕豆病” 非糖物质可以通过糖代谢途径中的某个代谢中间产物沿着糖的分解途径逆转转变成葡萄糖或糖原。但是

18、这种转变不是糖分解代谢的简单逆转，必须克服那些由关键酶所催化的不可逆反应造成的“能障”。主要有三个酶催化的反应, 异生过程必须设法“绕过”这三个反应. 己糖激酶（葡萄糖激酶，肝）: 葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 磷酸果糖激酶: 果糖-6-磷酸 果糖-1,6-二磷酸 丙酮酸激酶: 磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇式丙酮酸 +ATP 烯醇式丙酮酸 丙酮酸 3. 糖的异生作用3.1 概述ATPATPADP(1)(2)(3)3.2 糖异生的反应过程要克服糖分解代谢途径中的三个障碍(不可逆反应)第一个反应的逆向反应是：第二个反应的逆向反应是：肝脏第三个反应的逆转通过以下反应进行:A：反应在线粒体中进行, 该酶需要生物

19、素作辅酶B：反应在胞液中进行，草酰乙酸通过苹果酸转运到胞液苹果酸在转运草酰乙酸时发挥了载体的作用线粒体中进行胞液中进行非糖物质(甘油、乳酸和某些生糖氨基酸)的异生途径非糖物质的异生作用在肝脏和肾脏中进行丙酮酸羧化支路：草酰乙酸在线粒体中生成，通过苹果酸转运到胞液，在胞液中草酰乙酸又转变为磷酸烯醇式丙酮酸线粒体膜3.3 糖异生的特点A、组织定位：肝（90%）、肾（10%） B、细胞内定位：胞液、线粒体 C、限速酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙 酮酸羧激酶、果糖双磷酸酶-1、 葡萄糖-6-磷酸酶 D、原料：甘油、乳酸、生糖氨基酸（丙氨 酸、天冬氨酸、谷氨酸等）底物循环作用物的互变反应分别由不同的酶催

20、化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环（Substrate cycle）；若两种酶活性相等，则不能将代谢物推向前进，结果仅是ATP分解释放能量，因而该循环又称为无效循环（Futile cycle）。3.4 糖异生的调节机体对糖酵解途径和糖异生途径的调节主要在两个底物循环之间进行： 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 NH3+H+ NH4+ 随尿排出 Gln Glu -酮戊二酸 Glucose3.5 糖异生的生理意义1、由非糖物质合成糖以维持血糖浓度的恒定，如饥饿、禁食等情况下，异生作用是维持机体血糖水平的重要手段，对神经组织、大脑、胎儿尤其重要。可理解为： A、在糖的

21、来源不足，如空腹或饥饿时糖异生原料主要来自于甘油和氨基酸；运动时糖异生原料主要来自于乳酸； B、反刍动物50%葡萄糖的来源通过丙酸的异生作用(见脂代谢)。2、糖异生作用有利于乳酸的利用。安静时不明显；生理或病理时，防止因乳酸堆积而造成的酸中毒（调节酸碱平衡），且避免乳酸的损失。3、通过糖异生作用可协助氨基酸代谢，使氨基酸转变为糖。摄入蛋白，肝糖原增加；禁食、营养低下时糖异生活跃。补充肝糖原：三碳途径：葡萄糖先分解成丙酮酸、乳酸等三碳化合物，再运至肝脏异生成糖原的过程。3.6 乳酸的利用 在肌肉中葡萄糖经糖酵解生成乳酸，乳酸经血液运到肝脏，肝脏将乳酸异生成葡萄糖。葡萄糖释入血液后又被肌肉摄取，这

22、种代谢循环途径称为乳酸循环，又称Cori 循环；肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸的同时，还可将其转变为葡萄糖或肝糖原，实现对乳酸的再利用, 称为Coris 循环。乳酸循环（Cori 循环）3.7 生理意义A、防止因乳酸堆积而造成的酸中毒。 B、避免乳酸的损失。 糖原( glycogen )，又称动物淀粉，支链，分子量数百万以上。主要由葡萄糖以 （1，4）糖苷键相连（93%），以少量（1，6）糖苷键（7%）形成分支。 有肝糖原和肌糖原。 4. 糖原的分解与合成4.1 糖原结构A、体内糖的运输形式：葡萄糖 体内糖的贮存形式：糖原B、肝糖原：维持血糖水平 肌糖原：提供肌肉能量C、体内能量的主要贮存

23、形式：脂肪D、糖原结构：E、糖原合成和分解的概况糖原磷酸化酶转移酶脱支酶4.2 糖原分解在磷酸化酶催化下糖原被磷酸解生成葡萄糖-1-磷酸,其分支由脱支酶催化水解脱去,生成葡萄糖Pi 葡萄糖-1-磷酸在磷酸葡萄糖变位酶的作用下转变成葡萄糖-6-磷酸，后者或者进入糖的氧化分解途径, 或者在葡萄糖磷酸酶(肝脏)作用下水解成葡萄糖，释放进入血液。 a、糖原磷酸化酶，限速酶b、可逆，但由于细胞内H3PO4 G-1-P，故反应向生成G-1-P的方向进行。c、脱支酶脱去分支，包括：葡聚糖转移酶和 a-1,6葡萄糖苷酶。d、最终产物：1-磷酸葡萄糖（85%）、葡萄糖（15%） 注意: a、葡萄糖-6-磷酸酶只

24、存在于肝、肾中，故肌糖原不能 分解为葡萄糖进入血液，而只能进入糖酵解途径。 b、生成的6-磷酸葡萄糖可分解为葡萄糖进入血液以维持 血糖，还可进入糖酵解途径或磷酸戊糖途径代谢。 通过一系列酶促反应将激素信号放大的连锁反应称为级联放大系统。糖原分解的特点 A、组织定位：肝； B、细胞内定位：胞液； C、限速酶：糖原磷酸化酶 过多摄入的葡萄糖可以通过合成糖原贮存在肝和肌肉中.但是每个葡萄糖分子都首先要磷酸化成为6-P-葡萄糖，再异构成1-P-葡萄糖，后着再进一步活化为尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)。再在糖原引物的非还原端逐个加上葡萄糖基，同时释放出UDP，糖原合成酶是这个反应的关键酶。糖原的分支由分支

25、酶催化形成.4.3 糖 原合成12345UDPG焦磷酸化酶催化G-1-P活化成为UDP-葡萄糖(尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖)糖原引物糖原合成的特点 A、组织定位：肝、肌肉（骨骼肌） B、细胞内定位：胞液 C、限速酶：糖原合（成）酶 d、反应过程中除ATP外，还需要UTP E、糖原分子上每增加一个葡萄糖，消 耗 2 分子ATP。糖原合成与分解的调节 调节对象：限速酶：糖原合酶（糖原合成） 糖原磷酸化酶（糖原分解） 调节方式：共价修饰（磷酸化、去磷酸化） 别（变）构调节4.4 乳糖分解 UDP-半乳糖可以异构成UDP-葡萄糖,再进一步代谢转变5. 糖代谢的调节5.1 糖代谢各途径之间的联系第一个交汇点

26、： 6-磷酸葡萄糖 第二个交汇点： 3-磷酸甘油醛第三个交汇点： 丙酮酸途径的相互影响 细胞能量水平的提高，ATP通过抑制肌肉磷酸己糖激酶的活性降低酵解途径的活性，这种有氧氧化抑制酵解途径称巴斯德效应。 磷酸戊糖途径中的6-P-葡萄糖酸（作为一种竞争性抑制剂）抑制磷酸己糖异构酶，从而抑制酵解和有氧氧化途径。 激素对糖代谢的影响 影响激素主要有胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素和糖皮质激素等5.2 糖代谢的调节细胞能量水平的调节 糖的摄入，除了部分供能以外，糖原的合成增加；而运动使糖分解加快，糖原的合成变慢。缺乏糖的供应，糖异生作用加强。 途径中关键酶的活性在相当程度上受到细胞能量水平（细胞中ATP和ADP、AMP的相对比例）的影响，这些核苷酸常是这些关键酶的变构调节剂。 糖代谢途径中主要关键酶活性调节第8章1.血糖对动物有什么重要意义？机体如何保持