第七章糖代谢.ppt

1、糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 7 章,第一节 概述,Introduction,糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,糖的概念,一、糖的概念及分类,糖的分类及其结构,根据其组成情况，糖主要可分为以下四大类:,单糖 (monosacchride) 寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride) 结合糖 (glycoconjugate),葡萄糖,酵解途径,丙酮酸,有氧,无氧,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,磷酸戊糖途径,核糖 + NADPH+H+,淀粉,四

2、、糖代谢的概况,第二节糖的无氧分解,Glycolysis,在机体缺氧条件下，葡萄糖经一系列酶促反应生成丙酮酸进而还原生成乳酸的过程称为糖的无氧氧化(anaerobic oxidation) ，亦称糖酵解(glycolysis) 。 糖酵解的反应部位：胞浆。,一、反应过程（途径）,第一阶段：由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。 第二阶段：由丙酮酸转变成乳酸。,糖无氧氧化反应过程分为酵解途径和乳酸生成两个阶段,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P),（一）葡萄糖经

3、酵解途径分解为两分子丙酮酸,哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为至型。肝细胞中存在的是型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。 它的特点是：对葡萄糖的亲和力很低；受激素调控。 这些特性使葡萄糖激酶在维持血糖水平和糖代谢中起着重要的生理作用。,6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,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-双磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1),6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P

4、),1,6-二磷酸果糖,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,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-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸 甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,在以上反应中，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，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,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,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,（二）

5、丙酮酸转变成乳酸,反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,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：,产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量：从G开始 22-2= 2ATP 终产物乳酸的去路 分解利用 乳酸循环（糖异生）释放入血，进入肝脏再进一步代谢：,二、糖酵解的调控是对3个关键酶活性的调节,关键酶,调节方式,三、糖酵解的主要生理意义,是机体在缺氧情况下快速获取能量的有效方式。 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

6、, 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞,第三节糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。,部位：胞液及线粒体,概念,一、糖有氧氧化的反应过程,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线粒体,（一）葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸,总反应式:,（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA,丙酮酸脱氢

7、酶复合体的组成,E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶,TPP 硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+,酶,辅酶,三羧酸循环(Tricarboxylic Acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环。,（三）三羧酸循环,概述,反应部位：线粒体,1、TCA循环途径由8步代谢反应组成,乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸 异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸 -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应 琥珀酸脱氢生成延胡索酸

8、延胡索酸加水生成苹果酸 苹果酸脱氢生成草酰乙酸,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,TCA循环小结：,（1）、概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。 （2）、反应部位是线粒体。,（3）、整个循环反应为不可逆反应。 关键酶有：柠檬酸合酶，-酮戊二酸脱氢酶复合体， 异柠檬酸脱氢酶。,NADH+H+,NAD+,NAD+,

9、NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,经过一次三羧酸循环， 消耗一分子乙酰CoA？ 经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化； 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP； 1分子乙酰辅酶A生成ATP数？,（4） 、三羧酸循环途径的要点：,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,

10、-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,二、糖有氧氧化的调节：基于能量的需求,关键酶, 酵解途径：, 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体, 三羧酸循环：,己糖激酶 丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1,柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶,H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。,三、糖有氧氧化的生理意义是机体获得ATP的主要方式,四、巴斯德效应是指糖有氧氧化抑制糖酵解的现象,概念,机制,有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸;,巴斯德效应(Pastuer ef

11、fect) 指有氧氧化抑制糖酵解的现象。,第 四 节 磷酸戊糖途径 pentose phosphate pathway,概念,磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。,细胞定位：胞液,第一阶段：氧化反应,一、磷酸戊糖途径的反应过程,第二阶段：非氧化反应,生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2。,包括一系列基团转移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,16-磷酸葡萄糖在氧化阶段生成磷酸戊

12、糖和NADPH,5-磷酸核糖,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。 两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。 反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,第二阶段反应的意义就在于通过一系列基团转移反应，将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入酵解途径。因此磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路（pentose phosphate shunt）。,2经过基团转移反应进入糖酵解途径,5-磷酸核酮糖(C5) 3,5-磷酸核糖 C5,总反应式:,三、磷酸戊糖途径的生

13、理意义,2提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,1为核酸的生物合成提供核糖,（1）NADPH是体内许多合成代谢的供氢体； （2）NADPH还用于维持谷胱甘肽(glutathione，GSH)的还原状态。,还原型谷胱甘肽是体内重要的抗氧化剂，可以保护一些含-SH基的蛋白质或酶免受氧化剂的损害。 在红细胞中还原型谷胱甘肽更具有重要作用。它可以保护红细胞膜蛋白的完整性。,蚕豆病,GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,第 五 节 糖 异 生 Gluconeogenesis,糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。 主要有乳酸、甘油、

14、生糖氨基酸。,部位：,概念：,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体。,一、糖异生途径,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。,糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；,糖异生途径(gluconeogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。,（一）丙酮酸经丙酮酸羧化支路变为磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,PEP, 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体）, 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）,丙酮酸,线粒体,胞液,Pyr羧化酶（生物素）,草酰乙酸,（肝,肾）,乳酸,

15、甘油,P-二羟丙酮,Pyr羧化 支路,PEP羧激酶,糖异生途径,三、糖异生的生理意义,（一）维持血糖水平的恒定是糖异生最主要的生理作用,空腹或饥饿时，依赖氨基酸、甘油等异生成葡萄糖，以维持血糖水平恒定。,（二）糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径,指进食后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原-三碳途径。,长期饥饿或禁食时，肾糖异生增强，有利于维持酸碱平衡。 发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸中毒造成的。,（三）肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡,糖酵解生成乳酸氧化不彻底。肌肉中糖异生活性低，所以乳酸通过细胞膜进入血液后，再入肝，在肝内异生为葡

16、萄糖。葡萄糖释入血液后又可被肌摄取，这就构成了一个循环，此循环称为乳酸循环，也称Cori循环。 乳酸循环的形成是由于肝和肌组织中酶的特点所致。,（四）有利于体内乳酸的再利用,糖异生活跃 有葡萄糖-6磷酸酶,【,】,循环过程,肝,肌肉,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,酵解途径,丙酮酸,乳酸,NADH,NAD+,乳酸,乳酸,NAD+,NADH,丙酮酸,糖异生途径,血液,糖异生低下 没有葡萄糖-6磷酸酶,【,】,生理意义,乳酸再利用，避免了乳酸的损失。,防止乳酸的堆积引起酸中毒。,乳酸循环是一个耗能的过程,第 六 节 糖原的合成与分解Glycogenesis and Glycogenolysis,糖 原 (

17、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。,糖原的定义：,糖原储存的主要器官及其生理意义：,一、糖原的合成代谢,合成部位：,糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。,组织定位：主要在肝脏、肌肉 细胞定位：胞浆,1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,糖原合成途径：,2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,此反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成-1,4-糖苷键，所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合。,UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,3.

18、1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖,4.-1,4-糖苷键式结合,糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)， 作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。,.糖原分枝的形成,二、糖原的分解代谢,亚细胞定位：胞浆,糖原分解 (glycogenolysis )习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,糖原分解过程：,肝糖元的分解过程：,1.糖原的磷酸解,2.脱枝酶的作用,转移葡萄糖残基 水解-1,6-糖苷键,脱枝酶,(debranching enzyme),磷酸化酶,转移酶活性,-1,6糖苷酶活性,在几个酶的共同作用下，最终产物中约85%为1-磷酸葡萄糖，15%为游离葡萄糖。,3. 1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖,4. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、肾中，而不存在于肌中。所以只有肝和肾可补充血糖；而肌糖原不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解或有氧氧化。,糖原的合成与分解总图,两途径受到相反调节，当糖原合成途径活跃时，分解途径则被抑制；反之亦然。,三、糖原合成与分解的调节,调节方式：共价修饰和变构调节,第 七 节 血糖及其调节The Defin