大学生物化学《糖代谢》课堂讲授课件

糖代谢糖酵解·三羧酸循环·磷酸戊糖途径·糖异生·糖原代谢生物化学课堂讲授课件课程导览01糖代谢总览代谢全景与核心概念02糖酵解无氧分解途径与能量账目03三羧酸循环有氧氧化枢纽与能量产出04磷酸戊糖途径与糖异生旁路代谢与糖的生成05糖原代谢与血糖调控储存动员与血糖稳态06代谢整合与临床联系途径串联与代谢疾病糖代谢总览糖是机体最主要的供能物质从消化吸收到分解供能，建立糖代谢全景认知01糖是机体最主要能源物质糖是机体最主要的能源物质，也是重要的结构组成成分1克葡萄糖彻底氧化约释放16.7千焦能量，是机体最直接的能量来源氧化供能机体最直接的能量来源能源储备以糖原储存于肝和肌肉，肝糖原可补充血糖结构组成参与糖蛋白、糖脂、核酸等重要分子构成代谢枢纽中间产物是脂类、氨基酸代谢的交汇点其他功能提供还原当量，参与细胞识别与信号传导糖类按分子组成分类糖类按水解产物可分为单糖、二糖和多糖体内主要代谢对象葡萄糖是糖代谢的核心底物，其余糖类多需转变为葡萄糖后进入代谢。单糖不能再水解的最简单糖，如葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖。二糖水解后生成两分子单糖，如蔗糖、乳糖、麦芽糖。寡糖水解后生成三至十分子单糖，多与蛋白质结合成糖蛋白。多糖水解后生成多个单糖，如淀粉、糖原、纤维素。糖的消化吸收与转运食物中的糖类需水解为单糖才能被吸收利用01口腔消化唾液淀粉酶初步水解淀粉为糊精和麦芽糖02小肠消化胰淀粉酶水解淀粉，小肠黏膜的麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶水解二糖03吸收部位主要在十二指肠和空肠上段，以单糖形式吸收04吸收机制葡萄糖和半乳糖经钠依赖型葡萄糖转运体主动吸收，果糖以易化扩散吸收05转运入血经门静脉入肝，再经血液转运至全身组织细胞单糖形式吸收糖代谢的整体图景糖代谢包括分解代谢与合成代谢两条主线，互相协调维持糖的平衡🔗从分解供能到合成储存，两条主线共同构成糖代谢的完整图景，后续章节将逐一展开。糖的分解代谢3项糖酵解葡萄糖在无氧或供氧不足时分解为乳酸，净生成少量能量有氧氧化葡萄糖彻底氧化为二氧化碳和水，是机体主要供能途径磷酸戊糖途径产生还原当量和核糖，不以产能为主要目的糖的合成代谢2项糖异生由非糖物质合成葡萄糖，维持空腹血糖稳定糖原合成将葡萄糖合成为糖原，储存于肝和肌肉糖酵解十步反应，净产两分子ATP从葡萄糖到丙酮酸的无氧分解之路02糖酵解概述与两阶段划分糖酵解是葡萄糖在无氧条件下分解为乳酸并释放能量的过程全部反应在细胞质中进行，无需线粒体和氧气参与，是糖代谢的起始环节。定义要点发生部位全部反应在细胞质中进行，无需线粒体和氧气参与起始与终产物以葡萄糖为起点，经十步反应生成两分子丙酮酸无氧终产物缺氧条件下丙酮酸还原为乳酸，故又称乳酸发酵两阶段划分第一阶段·活化耗能葡萄糖经磷酸化、异构化、再磷酸化生成

1,6-二磷酸果糖，消耗两分子ATP第二阶段·裂解产能六碳糖裂解为两分子三碳糖，经氧化和底物水平磷酸化生成

ATP能量特点不消耗氧，产能快但产能量有限糖酵解第一阶段—耗能活化前五步反应为活化准备阶段，消耗两分子ATP一分子葡萄糖消耗

2个ATP，生成

2分子3-磷酸甘油醛第1步步骤一己糖激酶催化磷酸化葡萄糖→6-磷酸葡萄糖，消耗一分子ATP第2步步骤二磷酸己糖异构酶催化6-磷酸葡萄糖→6-磷酸果糖第3步步骤三磷酸果糖激酶-1催化6-磷酸果糖→1,6-二磷酸果糖，再消耗一分子ATP第4步步骤四醛缩酶催化裂解1,6-二磷酸果糖→磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛第5步步骤五磷酸丙糖异构酶催化磷酸二羟丙酮→3-磷酸甘油醛糖酵解第二阶段—产能放能后五步反应释放能量，通过底物水平磷酸化生成ATP2分子ATP产能阶段·底物水平磷酸化步骤六→步骤十步骤六3-磷酸甘油醛脱氢酶催化氧化3-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸，并产生

NADH步骤七磷酸甘油酸激酶催化1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸，并产生

一分子ATP步骤八磷酸甘油酸变位酶催化3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸步骤九烯醇化酶催化脱水2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸步骤十丙酮酸激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸，并产生

一分子ATP无氧转变：缺氧时丙酮酸经乳酸脱氢酶催化还原为乳酸，使

NADH再氧化为NAD加糖酵解的能量账目一分子葡萄糖经糖酵解净生成两分子ATP和两分子NADH糖酵解全程需两次磷酸化消耗能量，随后通过底物水平磷酸化与脱氢反应实现能量回收。糖酵解的调控糖酵解速率受三个关键酶调控，其中

磷酸果糖激酶-1是最重要的调节位点糖酵解速率受三个关键酶调控，其中

磷酸果糖激酶-1

是最重要的调节位点己糖激酶调节第一歩反应受产物

6-磷酸葡萄糖

反馈抑制磷酸果糖激酶-1最重要的限速酶受

ATP、柠檬酸

抑制受

AMP、果糖-2,6-二磷酸

激活丙酮酸激酶调节最后一步反应受

ATP、丙氨酸

抑制受

果糖-1,6-二磷酸

激活激素调节胰岛素

可诱导关键酶合成，增强糖酵解胰高血糖素

作用相反调节意义使糖酵解速率与

细胞能量状态

和

整体代谢需求

相匹配糖酵解的生理意义糖酵解是机体在缺氧条件下获取能量的重要方式糖酵解是机体在缺氧条件下获取能量的重要方式，其生理意义贯穿无氧供能、应急供能与病理诊断等多重场景。义无氧供能机体缺氧时补充能量的主要途径，也是红细胞唯一供能方式应急供能剧烈运动时肌肉依靠糖酵解快速供能病理意义肿瘤细胞即使有氧也倾向糖酵解供能，为影像诊断提供依据后续对接生成的丙酮酸在有氧条件下进入线粒体，进入有氧氧化彻底分解产能局限一分子葡萄糖仅净生成

两分子ATP，远低于有氧氧化三羧酸循环有氧氧化的最终共同通路乙酰CoA彻底氧化，释放大量能量03丙酮酸氧化脱羧与乙酰CoA生成丙酮酸需转变为乙酰辅酶A才能进入三羧酸循环彻底氧化丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A，是糖有氧氧化承上启下的关键枢纽氧化脱羧四步流程第1步转运转运入线粒体糖酵解生成的丙酮酸经转运体进入线粒体基质第2步脱羧氧化脱羧反应丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合体催化下脱羧并脱氢第3步产物反应产物生成乙酰辅酶A、二氧化碳和NADH第4步酶系酶复合体组成由丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰胺转乙酰酶、二氢硫辛酰胺脱氢酶三种酶组成辅因子需求辅酶ANAD+硫辛酸焦磷酸硫胺素调节意义该酶复合体受产物抑制是糖有氧氧化的一个重要调控点三羧酸循环概述三羧酸循环是乙酰辅酶A彻底氧化的共同通路，是有氧氧化的核心环节三羧酸循环以草酰乙酸再生为闭环，是机体产生大量

ATP

的最主要环节发生部位全部反应在线粒体基质中进行命名由来因循环中第一个产物柠檬酸含三个羧基而得名循环特征以乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合为起点，最终重新生成草酰乙酸，循环往复核心地位不仅是糖代谢的枢纽，也是脂肪和蛋白质分解产物氧化的共同通路反应本质每轮循环氧化一分子乙酰基，生成两分子二氧化碳能量产出是机体产生大量ATP的最主要环节三羧酸循环的反应步骤三羧酸循环共八步反应，依次完成缩合、氧化、脱羧与再生缩合乙酰辅酶A与草酰乙酸经柠檬酸合酶催化生成柠檬酸异构柠檬酸经顺乌头酸酶催化转变为异柠檬酸第一次氧化脱羧异柠檬酸经异柠檬酸脱氢酶催化生成α-酮戊二酸，产生

NADH

和二氧化碳第二次氧化脱羧α-酮戊二酸经α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化生成琥珀酰辅酶A，产生

NADH

和二氧化碳底物水平磷酸化琥珀酰辅酶A经琥珀酰辅酶A合成酶催化生成琥珀酸，产生

GTP脱氢琥珀酸经琥珀酸脱氢酶催化生成延胡索酸，产生

FADH2加水与脱氢延胡索酸加水生成苹果酸，苹果酸脱氢生成草酰乙酸，产生

NADH循环再生草酰乙酸重新进入下一轮循环①②③④⑤⑥⑦⑧三羧酸循环能量计算每轮三羧酸循环产物数量与折算ATP能能量当量产物解读NADH每轮循环产生3分子，折算约7.5个ATPFADH2每轮循环产生1分子，折算约1.5个ATPGTP每轮循环产生1分子，折算1个ATP三羧酸循环的调控三羧酸循环速率主要受能量状态和底物供应调节能量充足时循环减慢，能量需求增加时循环加快，实现供需匹配三羧酸循环的速率受能量状态与底物供应双重调节关键限速酶3项限速柠檬酸合酶限速异柠檬酸脱氢酶限速alpha-酮戊二酸脱氢酶复合体调控因素3项能量状态ATP、NADH

抑制关键酶，ADP和NAD

激活关键酶底物供应乙酰辅酶A和草酰乙酸的可获得性限制循环速率钙离子可激活异柠檬酸脱氢酶和alpha-酮戊二酸脱氢酶三羧酸循环的生理意义三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大营养物质分解代谢的共同通路三羧酸循环在三大营养物质代谢网络中处于中心枢纽地位，其生理意义可从五个层面理解。三羧酸循环既是分解代谢的终点站，也是合成代谢的起点站。共同通路三大营养物质最终都转变为乙酰辅酶A进入循环彻底氧化。能量核心是机体产生

ATP

最多的环节，为生命活动提供主要能量。物质联系循环中间产物是合成脂肪、氨基酸、卟啉等的原料。双向联系既参与分解代谢，又为多种合成代谢提供前体。回补途径存在丙酮酸羧化等回补反应，补充循环中间产物。循环枢纽分解与合成双向贯通，是代谢网络的中心节点。磷酸戊糖途径与糖异生一条产NADPH，一条造葡萄糖旁路供还原力，异生维持血糖04磷酸戊糖途径概述与特点磷酸戊糖途径是不以产能为目的的糖代谢旁路，主要产生还原当量和核糖磷酸戊糖途径是糖代谢旁路，核心价值在于产生还原当量与核糖，而非产能。基本属性发生部位细胞质中进行，肝、脂肪组织、肾上腺皮质等活跃起始物质以

6-磷酸葡萄糖为起点，无需氧气参与核心产物生成

NADPH

和

核糖-5-磷酸功能与调控阶段划分分为氧化阶段和非氧化阶段两部分主要功能为合成代谢提供还原当量，为核苷酸合成提供核糖关键酶6-磷酸葡萄糖脱氢酶是氧化阶段的限速酶磷酸戊糖途径的产物与生理意义磷酸戊糖途径产生的NADPH和

核糖

在合成代谢中作用关键NADPH与

核糖

双产物，撑起合成代谢与抗氧化两大功能NADPH—还原力供给2项提供还原当量脂肪酸、胆固醇等合成的重要供氢体参与抗氧化维持谷胱甘肽还原状态，保护红细胞膜稳定性核糖—核酸合成原料2项提供核糖核糖-5-磷酸是核苷酸和核酸合成的原料代谢联系非氧化阶段产物可返回糖酵解途径继续代谢临床警示6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷可导致蚕豆病，表现为溶血性贫血糖异生概述与原料糖异生是由非糖物质合成葡萄糖的过程，是维持血糖稳定的重要途径由乳酸、甘油、生糖氨基酸等非糖物质合成葡萄糖的过程发生部位主要在肝脏和肾脏进行以肝脏为主主要原料乳酸甘油生糖氨基酸丙酮酸等与糖酵解关系基本是糖酵解的逆过程需绕过三步不可逆反应能量需求合成一分子葡萄糖需消耗6分子ATP当量能量生理意义空腹和饥饿时维持血糖稳定保证脑和红细胞供能糖异生的反应途径糖异生通过四个关键酶绕开糖酵解的三步不可逆反应1丙酮酸羧化丙酮酸经丙酮酸羧化酶催化生成草酰乙酸，消耗

ATP2草酰乙酸转变草酰乙酸经磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化生成磷酸烯醇式丙酮酸，消耗

GTP3果糖二磷酸转变1,6-二磷酸果糖经果糖二磷酸酶-1催化生成6-磷酸果糖4葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖经葡萄糖-6-磷酸酶催化生成游离葡萄糖关键分布葡萄糖-6-磷酸酶仅存在于肝和肾，是糖异生器官特异性的原因能量跨越结合底物循环，使不可逆反应得以向合成方向进行四个关键酶·绕开不可逆步骤糖异生以四个关键酶催化的反应，绕开糖酵解中三步不可逆反应，使代谢流转向葡萄糖合成。4关键酶3不可逆步骤糖异生的调控与意义糖异生与糖酵解通过激素和关键酶协同互调，维持血糖平衡糖异生与糖酵解通过激素和关键酶协同互调，共同维持血糖平衡激素与关键酶的协同互调，使糖异生成为维持血糖稳定的核心保障调调控机制激素胰高血糖素促进糖异生，胰岛素抑制糖异生关键酶胰高血糖素通过第二信使促进果糖二磷酸酶-1等关键酶活性底物循环糖酵解与糖异生的关键反应构成底物循环，实现双向调节意生理意义血糖空腹时肝糖异生是维持血糖的主要途径糖原糖异生有助于肝糖原的补充酸碱肾脏糖异生有助于调节酸碱平衡糖原代谢与血糖调控血糖稳态是生命活动的保障合成与分解双向调控，维持血糖平衡05糖原结构与代谢概述糖原是葡萄糖在体内的储存形式，由葡萄糖残基聚合而成代谢内容包括糖原合成与糖原分解两个相反过程，分支结构提供更多非还原端，便于快速合成和分解。分子结构葡萄糖残基通过

alpha-1,4-糖苷键

连接，分支处为

alpha-1,6-糖苷键构分子结构与储存部位分子结构葡萄糖残基通过

alpha-1,4-糖苷键

连接，分支处为

alpha-1,6-糖苷键储存部位主要储存于肝脏和骨骼肌，称肝糖原和肌糖原能肝糖原与肌糖原功能对比肝糖原分解为葡萄糖释入血液，维持血糖稳定肌糖原仅供肌肉自身氧化供能，不能直接补充血糖糖原的合成糖原合成由葡萄糖逐步聚合而成，需消耗能量1起始反应葡萄糖经己糖激酶催化生成

6-磷酸葡萄糖2异构反应6-磷酸葡萄糖经磷酸葡萄糖变位酶催化生成

1-磷酸葡萄糖3活化反应1-磷酸葡萄糖与尿苷三磷酸反应生成

尿苷二磷酸葡萄糖，消耗能量4聚合反应在糖原合酶催化下，葡萄糖基转移至糖原引物非还原端5分支形成分支酶催化形成

alpha-1,6-糖苷键，生成糖原分支五步反应流程葡萄糖经五步酶促反应逐步聚合，最终生成糖原分支关键酶糖原合酶是糖原合成的限速酶关键酶：糖原合酶是糖原合成的限速酶糖原的分解糖原分解由糖原磷酸化酶启动，逐步释放葡萄糖四步反应流程糖原在糖原磷酸化酶的催化下启动分解，经磷酸解、脱支、异构与释放四步，逐步生成游离葡萄糖。1磷酸解反应糖原磷酸化酶催化

alpha-1,4-糖苷键磷酸解，生成1-磷酸葡萄糖2脱支反应脱支酶处理分支处的alpha-1,6-糖苷键，释放游离葡萄糖3异构反应1-磷酸葡萄糖经磷酸葡萄糖变位酶催化生成6-磷酸葡萄糖4葡萄糖释放肝中6-磷酸葡萄糖经葡萄糖-6-磷酸酶催化生成游离葡萄糖释入血液肌肉特点肌肉缺乏葡萄糖-6-磷酸酶，6-磷酸葡萄糖进入糖酵解供能关键酶糖原磷酸化酶是糖原分解的限速酶糖原代谢的调控糖原合成与分解受激素通过级联放大机制协调调控激素调节与酶机制调节双向协调，共同维持糖原代谢平衡激素调节胰高血糖素促进糖原分解，抑制糖原合成，升高血糖胰岛素促进糖原合成，抑制糖原分解，降低血糖肾上腺素应激状态下促进糖原分解，快速供能酶与机制调节共价修饰关键酶经磷酸化与去磷酸化转变活性级联放大少量激素即可引起显著代谢效应，灵敏高效双向协调同一信号对合成酶和分解酶作用相反，避免无效循环血糖的来源与去路血糖水平由来源与去路共同决定，处于

动态平衡

之中血糖的来源食物消化吸收血糖的主要来源肝糖原分解空腹时补充血糖糖异生饥饿时维持血糖稳定血糖的去路氧化供能血糖的主要去路合成糖原在肝和肌肉中储存转变为其他物质转变为脂肪、氨基酸等随尿排出血糖超过肾糖阈时出现糖尿血糖的激素调控血糖主要通过胰岛素和胰高血糖素等激素协调调节降糖激素与升糖激素相互拮抗，共同维持血糖恒定胰岛素：唯一降血糖激素促进葡萄糖摄取和利用促进糖原合成升糖激素胰高血糖素主要升血糖激素，促进肝糖原分解和糖异生肾上腺素应激时升高血糖，促进糖原分解糖皮质激素促进糖异生，升高血糖生长激素有升高血糖的作用血糖水平的临床判断血糖参考范围对比各状态血糖参考值空腹血糖3.9至6.1mmol/L餐后2小时小于

7.8mmol/L肾糖阈约

8.9至10.0mmol/L代谢整合与临床联系各途径协同，共筑代谢网络从代谢整合走向临床实践06糖代谢各途径的整合各糖代谢途径相互协调、彼此衔接，共同构成完整的代谢网络糖代谢各途径彼此衔接、协同运作，共同保障机体在不同状态下的能量供应稳定通路衔接糖酵解产物丙酮酸连接有氧氧化，有氧氧化连接三羧酸循环磷酸戊糖途径提供合成所需的还原当量和核糖双向调节糖异生与糖酵解方向相反，互为底物循环糖原合成与分解协同维持血糖稳定整合意义糖代谢是三大营养物质代谢的交汇核心各途径协同保证机体在不同状态下能量供应稳定不同组织器官糖代谢特点不同组织器官的糖代谢各有特点，共同适应机体整体需要不同组织器官的糖代谢各有特点，共同适应机体整体需要肝脏糖代谢的中心，进行糖原合成与分解、糖异生，调节血糖骨骼肌以糖酵解和糖原分解供能，肌糖原不直接补充血糖脑组织主要依靠葡萄糖供能，对血糖依赖性高红细胞缺乏线粒体，只能依靠糖酵解供能脂肪组织利用葡萄糖合成脂肪，活跃进行磷酸戊糖途径肾脏参与糖异生，调节酸碱平衡糖代谢与脂代谢的联系