第五章 糖酵解.ppt

1、第五章 糖代谢,一、概述 二、糖的分解代谢 三、糖原合成与分解 四、糖异生 五、血糖及其调节,第一节 概 述,（一）糖的生理功能 1、氧化功能（最主要，16.7kJ/g） 能量供应顺序：糖类 脂肪 蛋白质 2、构成机体组织细胞 3、参与构成生物活性物质,（二）、糖的消化吸收,（少量）,（主要）,（三）糖代谢的概况,第二节 糖的分解代谢,一、糖酵解 1 、概念：葡萄糖或糖原在无氧条件下分解成 乳酸的过程，成为糖的无氧氧化。此过程与酵母菌的生醇发酵过程相似，又称为糖酵解。 2、过程： 、葡萄糖分解成丙酮酸并伴随着ATP的生成（糖酵解途径-EMP）（十步反应） 、丙酮酸转变成乳酸(乳酸发酵), 葡萄

2、糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,己糖激酶 (hexokinase),（一）、糖酵解的途径,己糖激酶能催化一切己糖(如D-果糖、D-甘露糖等，但对葡萄糖亲和力较大)，存在于细菌、酵母及多种动植物中； 葡萄糖激酶只能催化葡萄糖转变为6-磷酸-葡萄糖，只存在于肝脏，肌肉中没有。肝脏中的葡萄糖激酶量比己糖激酶量高。,己糖激酶与葡萄糖激酶的区别：, 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,磷酸己糖异构酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P), 6-磷酸果糖转变为1,6-二磷酸果糖,磷酸果糖激酶-1,磷酸果糖激酶-1(phosphfructokinase-1，PF

3、K-1),ATP ADP,Mg2+,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖 F-1,6-2P),1）需要二价金属离子Mg2+或Mn2+作为辅助因子； 2）别构酶：ATP是其别构抑制剂，柠檬酸、脂肪酸可增强其抑制作用，ADP、AMP、无机磷是其别构激活剂； 3）限速酶：糖酵解中最重要的限速酶。,磷酸果糖激酶-1（PFK-1）特性：,1,6-二磷酸果糖, 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,+,磷酸丙糖异构酶,磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮, 磷酸丙糖的同分异构化, 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷

4、酸甘油醛脱氢酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase), 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,ADP ATP,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase),化学反应过程中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程.,底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation),高能化合物类型,1,3-二磷酸 甘油酸, 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸 变位酶,磷酸甘油酸变位酶 (pho

5、sphoglycerate mutase), 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,+ H2O,磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP),高能化合物类型,丙酮酸激酶 (pyruvate kinase), 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 并通过底物水平磷酸化生成ATP,b,-,-,-,-,磷酸己糖异构酶,己糖激酶,磷酸果糖激酶,磷酸丙糖异构酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油醛激酶,变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,糖酵解小结, 反应部位：胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应,1mol 葡萄糖酵解过程中所产生的ATP mol数

6、,反应,ATP mol数,葡萄糖葡萄糖-6-磷酸,-1,果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸,-1,甘油酸-1，3-二磷酸甘油酸-3-磷酸,+12,烯醇式丙酮酸磷酸丙酮酸,+12,净产生ATP mol数,+2,（二）、糖酵解的调节,关键酶,调节方式, 别构调节, 共价修饰调节,(一) 己糖激酶或葡萄糖激酶,6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。,长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。,（二） 6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1),* 别构调节,别构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P,别构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度）,（三）丙酮酸激酶,1

7、. 别构调节,别构抑制剂：ATP, 丙氨酸,别构激活剂：1,6-二磷酸果糖,2. 共价修饰调节,（三）、糖酵解的生理意义,1. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。,2. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。, 无线粒体的细胞，如：红细胞, 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞,O2,O2,G,6-磷酸葡萄糖 丙酮酸,丙酮酸 乙酰CoA,三羧酸循环,H+ + e,O2,H2O,CO2,胞液 线粒体,葡萄糖有氧氧化概况,二、葡萄糖的有氧氧化 糖在有氧的条件下，彻底分解成H2O和CO2，同时释放出能量的过程。,(1),(2),(3),有氧氧化反应过程 （一）葡萄糖分解成丙酮酸 （二）丙酮

8、酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A （三）乙酰辅酶A进入三羧酸循环,丙酮酸的有氧氧化 （一）丙酮酸的氧化脱羧 （二）三羧酸循环的化学途径 （三）葡萄糖氧化分解所产生的能量 （四）三羧酸循环的生物学意义,CH3COCOOH + HS-CoA,丙酮酸脱氢酶系,CH3COSCoA,NAD+,NADH+H+,CO2,（一）丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸脱氢酶系-丙酮酸氧化脱羧酶系 丙酮酸硫辛酸氧化还原酶（ E1） 二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2） 二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）,辅助因子 焦磷酸硫胺素(TPP) 硫辛酸 FAD NAD+ CoA Mg2+,丙酮酸氧化脱羧作用,丙酮酸脱氢酶（E1） 二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）

9、 二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）,丙酮酸氧化脱羧的总反应式：,（二）三羧酸循环化学途径,1.乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,Citrate synthase柠檬酸合酶,单向不可逆 柠檬酸合酶是一个调控酶，是柠檬酸循环中的限速酶,+,柠檬酸,乙酰辅酶A,草先乙酸,2.柠檬酸异构化生成异柠檬酸（顺乌头酸酶催化）,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,3.异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸,TCA中第一次氧化作用、脱羧过程 三羧酸到二羧酸的转变 异柠檬酸脱氢酶为第二个关键酶,异柠檬酸脱氢酶 Isocitrate dehydyogenase,异柠檬酸,4. -酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅酶A,-酮戊二酸脱氢酶系,T

10、CA中第二次氧化作用、脱羧过程 琥珀酰辅酶A为高能磷酸化合物 -酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似 -酮戊二酸脱氢酶-E1 TPP、硫辛酸、NAD+、Mg2+ 琥珀酰转移酶-E2 COA、FAD 二氢硫辛酸脱氢酶-E3,NAD+ NADH+H+ HSCoA CO2,琥珀酰辅酶A,5.琥珀酰COA转化成琥珀酸，并生成GTP,TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化 合物的步骤 GTP+ADP GDP+ATP,6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸,+FAD,+FADH2,琥珀酸脱氢酶,TCA中第三次氧化的步骤 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂 开始四碳酸之间的转变,2H,7.延胡索酸被水化生成苹果酸

11、,延胡索酸酶,8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸,L苹果酸脱氢酶,TCA中第四次氧化的步骤,-,2H,异柠檬酸脱氢酶,柠檬酸合成酶,-酮戊二酸脱氢酶系,TCA循环特点： （1）进行部位：主要是线粒体 （2）关键酶：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶系 （3）三羧酸循环： 4次脱氢（其中三次以NAD+为受氢体,一次以FAD为受氢体） 2次脱羧 3个关键酶 1次底物水平磷酸化 每循环一周产生12个ATP （4）三羧酸循环的中间产物不会因参与循环而被消耗， 但可以参加其他代谢而被消耗, 草酰乙酸,丙酮酸,丙氨酸,CH3,C = O + CO2,COOH,COOH,COOH,CH2,C O,生物素,

12、丙酮酸羧化酶,丙酮酸,草酰乙酸,（三）葡萄糖氧化分解所产生的能量,1、糖酵解： 1分子葡萄糖 2分子丙酮酸，共消耗了2个ATP，产生了4 个ATP， 实际上净生成了2个ATP，同时产生2个NADH相当于6ATP,2、丙酮酸氧化脱羧： 丙酮酸 乙酰CoA，生成1个NADH，生成3ATP x 2 3、三羧酸循环： 乙酰CoA CO2和H2O，产生一个GTP（相当于ATP） 3个NADH和1个FADH2，共生成12ATP x 2,葡萄糖有氧分解共产生38个ATP,1、三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质最终氧化的共同途径 2、三羧酸循环是糖、脂、某些氨基酸代谢联系和互变的枢纽 3、三羧酸循环是体内产生

13、CO2和能量的主要机制之一 一分子葡萄糖经EMP和TCA彻底氧化成H2O、CO2，可生成38个ATP 4、中间产物可以为其他物质的合成提供C骨架,（四）三羧酸循环的生物学意义,三、磷酸戊糖途径,磷酸戊糖途径是糖酵解途径的一条旁路，所以又称磷酸戊糖旁路。 在胞浆中进行。 磷酸戊糖途径反应的主要特点是：6-磷酸葡萄糖直接氧化脱氢和脱羧，脱氢酶的辅酶不是NAD+而是NADP+，产生的NADPH+H+主要作为生物合成的氢供体，而不是将氢传递给O2进行氧化；反应过程中无ATP的产生与消耗。,磷酸戊糖途径概况,磷酸戊糖途径的生理意义,1为核酸的生物合成提供核糖。 2提供NADPH+H作为供氢体参与多种代谢

14、反应。 NADPH+H是体内许多合成代谢的供氢体；如脂肪酸及胆固醇等物质的合成 NADPH+H参与体内羟化反应；药物，毒素等的生物转化。 NADPH+H用于维持谷胱甘肽的还原状态。NADPH作为谷胱甘肽还原酶的辅酶，可以维持细胞中还原型谷胱甘肽（GSH）的正常含量，从而对维持细胞特别是红细胞膜的完整性有重要作用。,第三节糖原的合成与分解,糖原 (glycogen) 是糖的贮存形式。（肝糖原与肌糖原） 性状：树枝状 糖原分子只有一个还原端（1位的羟基是自由的）。糖原的合成分解都是在非还原端（4位的羟基是自由的） 上进行的。,1、主要部位：肝脏，肌肉 2、过程：,葡萄糖 + ATP,己糖激酶,葡萄

15、糖激酶（肝）,6-磷酸G + ADP,6-磷酸G,变位酶,1-磷酸G,1-磷酸G + UTP,UDPG + PPi（焦磷酸）,UDPG + 糖元（Gn）,糖原合酶,UDP + 糖原（Gn+1）,一、糖原的合成,当链长度达到12-18个葡萄糖残基时，分枝酶就将链长约为7个葡萄糖残基的糖链移至邻近的糖链上，并以1,6-糖苷键进行连接，从而形成糖原分子的分枝。,3、特点：,（1）耗能过程，糖原合成中，每增加一个G单位，消耗2个 P。 （2）关键酶：糖原合酶。 （3）UDPG是葡萄糖的活性形式，是葡萄糖基的供体。,二、糖原的分解代谢,糖原分解习惯上指肝糖原分解成G。 磷酸化酶是糖原分解的关键酶。 肌肉

16、中无葡萄糖-6-磷酸酶。,非还原端,-1,6-糖苷键,糖原磷酸化酶,Glucose,脱支酶的 转移酶活性,脱支酶的作用,脱支酶的 -1,6-糖苷酶活性,脱支酶含有葡聚糖转移酶和-1，6-葡萄糖苷酶两种活性。 在磷酸化酶和脱支酶共同作用下，糖原分解的终产物是G-1-P和葡萄糖。,糖原n+1,第四节糖异生,概念：由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。 原料：乳酸、甘油、丙酮酸和生糖氨基酸等。 部位：主要在肝脏，其次是肾脏。,一、糖异生途径,从丙酮酸生成G的具体反应过程称为糖异生途径。基本上是糖酵解的逆过程，但是糖酵解途径的三个关键酶催化的反应是放能的不可逆反应，又叫能障。需要另外的酶催化绕

17、过这三个能障。,葡萄糖,6-P葡萄糖,6-P果糖,1，6-二P果糖,3-磷酸甘油醛,P-二羟丙酮,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,丙酮酸,PEP,大多数氨基酸,TCA的中间产物,草酰乙酸,反刍动物体内乙酸、丙酸 丁酸,琥珀酰C0A,糖异生途径及其前体,COOH,COOH,CH2,C O,丙酮酸 羧化酶,磷酸烯醇式 丙酮酸羧激酶,CH2,C OPO32-,COOH,丙酮酸,草酰乙酸,磷酸烯醇式丙酮酸,（1）,一、糖异生途径,ATP ADP+Pi CO2,GTP GDP+CO2,（2）,+ H2O,果糖二磷酸酶,+ Pi2-,1,6-二磷酸果糖,6-磷酸果糖,(3),OH,o

18、,OH,OH,OH,CH2OP32-,+ H2O,葡萄糖6磷酸酶,OH,o,OH,OH,OH,CH2OH,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,特点：,关键酶：丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶， 果糖二磷酸酶，葡萄糖磷酸酶,二、糖异生的生理意义,（一）维持血糖浓度的相对恒定 （二）有利于乳酸的利用（乳酸循环） （三）调节酸碱平衡,乳酸循环,当肌肉在缺氧或剧烈运动时，肌糖原经酵解产生大量乳酸，通过血液循环运到肝脏，在肝内异生为葡萄糖，葡萄糖可再经血液返回肌肉利用，这个循环称为乳酸循环，也叫Cori循环。 意义：防止酸中毒；利于乳酸再利用。,乳酸循环,第五节 血糖及其调节,一、血糖的来源与去路,二、血糖水平的调节,（一）器官的调节 调节血糖浓度的主要器官是肝。 （二）激素调节 1.胰岛素主要是降低血糖一旦缺乏或不能正常发挥作用，就会产生糖尿病 促进肌细胞、脂肪细胞摄取葡萄糖 促进糖原合成，抑制糖原分解 加快糖有氧氧化 抑制糖异生作用 减缓脂肪的动员，从而