第四章糖代谢ppt课件.ppt

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1、第 四 章,糖 代 谢Metabolism of Carbohydrates,糖的化学,（一）糖的概念糖(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。,淀粉 植物中养分的储存形式,目 录,糖原 动物体内葡萄糖的储存形式,目 录,纤维素 植物的骨架,第 一 节,概 述Introduction,一、糖的生理功能,氧化供能储存能量，维持血糖。为合成体内其他物质提供碳源，如某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷酸等的原料。参与构造组织细胞、糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。其他功能 免疫球蛋白、血型物质、某些激素、凝血因子等。,二、糖的消化吸收,淀粉,麦芽糖异麦

2、芽糖麦芽寡糖-临界糊精,葡萄糖,糖的消化 主要部位：可从口腔开始，但小肠为主。,糖的吸收部位：小肠黏膜上皮细胞形式：主动转运（耗能、载体、逆浓度梯度）,三、糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖+NADPH+H+,淀粉,第 二 节,糖的分解代谢Catabolism of carbohydrates,一、糖的无氧酵解,（一）糖酵解(glycolysis)的定义 在缺氧情况下，葡萄糖或糖原分解生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。（二）糖酵解的反应部位 胞质（三）糖酵解反应过程,（一）葡萄糖分解成磷酸丙糖,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖 己糖激酶是

3、限速酶，反应不可逆,6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,磷酸己糖异构酶醛酮异构，反应可逆,6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,磷酸果糖激酶-1是重要的限速酶，反应不可逆,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,醛缩酶催化，反应可逆,第一阶段反应,耗能：2次磷酸化，消耗2分子ATP分解：裂解为2分子磷酸丙糖 在磷酸丙糖异构酶作用下互变无氧化,（二）磷酸丙糖氧化成丙酮酸并生成ATP,（1）3-磷酸甘油醛氧化 3-磷酸甘油醛脱氢酶催化，反应可逆 生成高能磷酸键，NAD+为受氢体,（2）3-磷酸甘油酸的生成,磷酸甘油酸激酶催化，反应可逆底物磷酸化生成ATP,（3）3-磷酸甘油酸的变位反应,磷酸甘油变位酶催化，

4、反应可逆,(4)2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶催化，反应可逆生成高能磷酸键,（5）磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸,丙酮酸激酶是限速酶，反应不可逆底物磷酸化生成ATP,第二阶段反应,氧化：3-磷酸甘油脱氢（NAD+NADH+H+）产能：2次底物磷酸化（2ATP）无分解,糖酵解一、二阶段反应过程示意图,3.丙酮酸在无氧条件下加氢生成乳酸,乳酸脱氢酶催化 反应中的2H来自于第二阶段3-磷酸甘油醛的氧化,糖酵解反应全过程,Glu,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,丙 酮 酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,NAD+,NADH+H

5、+,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,NAD+,乳 酸,NADH+H+,（四）糖酵解特点,1.糖酵解无氧参与，乳酸是糖酵解必然产物2.1 mol葡萄糖净生成 2 mol ATP；1 mol糖原净生成 3 mol ATP 3.反应全过程中有3步不可逆的反应,（五）糖酵解的生理意义,是机体在缺氧情况下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：红细胞增殖活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞、肿瘤细胞等糖有氧氧化的准备阶段其逆反应为糖异生提供途径,二、糖的有氧氧化,（一）概念 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H

6、2O和CO2，并释放大量能量的过程。是机体主要供能方式。（二）部位 胞液及线粒体,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）,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体,（三）有氧氧化的反应过程,1.葡萄糖生成丙酮酸（同酵解一、二阶段）2.丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA(acetyl CoA)。,由丙酮酸脱氢酶复合体催化，反应不可逆,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸脱氢酶复合体：丙酮酸脱氢酶(PDH)二氢硫辛酰转乙酰基酶(TA)二氢硫辛酸脱氢酶(DLD)反应需要5种辅酶：作为底物的辅酶

7、：辅酶A、NAD作为中间物的辅基：FAD、TPP、硫辛酸,反应机制,E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶 E3：二氢硫辛酸脱氢酶,葡萄糖乙酰辅酶A,3.三羧酸循环,概述三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle,TAC)也称为柠檬酸循环，因为循环反应是由含三个羧基的柠檬酸为起始物。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，它由一连串反应组成。反应部位所有的反应均在线粒体中进行。,三羧酸循环,1.三羧酸循环在有氧条件下进行，彻底氧化1分子乙酰CoA2.是机体产能的主要途径经4次脱氢：生成1分子FADH2，3分子NADH+H+2次脱羧：2分

8、子CO21次底物水平磷酸化：1分子GTP 共生产10分子ATP,（三）三羧酸循环的特点,三羧酸循环的特点,3.整个循环为为单向反应，不可逆反应关键酶有：柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体4.循环需不断补充中间产物。由其他物质转变为三羧酸循环中间产物的反应称为回补反应(anaplerotic reaction)。,（四）三羧酸循环的生理意义,是机体获得能量的主要方式（30-32mol ATP）是三大营养物质氧化分解的共同途径；是三大营养物质代谢联系的枢纽；高效产能、共同熔炉、互通有无,*获得ATP的数量取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制。,三、磷酸戊糖途径,（一）概念 磷酸戊糖途径

9、（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。,（二）细胞定位 胞液（三）磷酸戊糖途径的反应过程 可分为2个阶段第一阶段 氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2第二阶段 非氧化反应 包括一系列基团转移,1.磷酸戊糖生成,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶关键酶。2次脱氢均由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。,每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-

10、磷酸果糖。3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt)。,2.基团转移反应,5-磷酸核酮糖(C5)3,5-磷酸核糖 C5,36-磷酸葡萄糖+6 NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2,总反应式,（四）磷酸戊糖途径的生理意义,1.为核苷酸的生成提供核糖 2.提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,NADPH是体内许多合成代谢的供氢体NADPH参与体内的羟化反应，与生物转化等有关NADPH可维持GSH的还原性，维持红细胞结构和功能,第 三 节,糖原的合成与分解Glycogenes

11、is and Glycogenolysis,糖 原(glycogen),由若干葡萄糖单位组成的具有分支的大分子多糖，是动物体内糖的储存形式，是机体能迅速动用的能量储备。糖原储存的主要器官及其生理意义肌肉：肌糖原，180300g，主要供肌肉收缩肝脏：肝糖原，70100g，维持血糖水平,目 录,糖原的结构特点及其意义,葡萄糖单元以-1,4-糖苷键连接。分枝以-1,6-糖苷键连接，分支增加溶解度。各链终止于非还原端.非还原端利于酶解。,（一）概念 糖原的合成(glycogenesis)指由单糖（葡萄糖）合成糖原的过程。（二）合成部位组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞质,一、糖原合成,（三）反应过

12、程,1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,+,1-磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖 uridine diphosphate glucose,UDPG,3.尿苷二磷酸葡萄糖的生成,UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体,4.UDPG合成糖原,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。,（四）糖原合成特点,1.糖原合成需要糖原引物 糖原合酶不能催化糖原从头合成，需有一个至少含4个葡萄糖残基的糖原引物。引物：在聚合反应中作为底物而引发产生聚合产物的分子,2.糖原分支需分支酶作用,糖原合酶只能催化糖原

13、延伸，不能形成分支。分支酶(branching enzyme)当糖链长达10-11个葡萄糖残基时，每次转移6-7个葡萄糖单位，以-1,6糖苷键连接。,3.糖原合酶是糖原合成关键酶 受胰岛素调节。4.糖原合成消耗能量 UDPG是葡萄糖参与糖原合成的活性形式。每增加1个葡萄糖单位消耗2个高能磷酸键。,二、糖原的分解代谢,（一）定义糖原分解(glycogenolysis)习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。（二）亚细胞定位：胞浆（三）肝糖原分解过程,2.1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖,1.糖原的磷酸解,3.6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖,（四）反应特点,1.磷酸化酶只作用于直链磷酸化酶只作用于-1

14、,4糖苷键。当水解至距-1,6糖苷键还剩4个葡萄糖残基时，由分支酶继续作用。,目 录,2.分支酶的作用,转移葡萄糖残基，转移3个葡萄糖单位至另一直链的末端。水解-1,6糖苷键,3.磷酸化酶是糖原分解的限速酶4.葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、肾。,肌糖原的分解,肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中无葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。,UDPG焦磷酸化酶,糖原的合成与分解总图,三、糖原合成与分解的生理意义,机体糖供应充足时，合成糖原储存糖缺

15、乏时，糖原分解维持血糖浓度,第 四 节,糖 异 生Gluconeogenesis,概念 糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。部位 主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体 原料 主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸,一、糖异生途径,过程糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；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。,2.6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,1.1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖,3.丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体）

16、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）,丙酮酸羧化支路,二、甘油和乳酸的糖异生途径,1.甘油的糖异生整个途径在胞浆中即可完成,2.乳酸的糖异生途径涉及线粒体和胞浆,乳酸在胞液脱氢生成丙酮酸,丙酮酸进线粒体转变成磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,胞液,线粒体,丙酮酸进线粒体转变成草酰乙酸借助苹果酸出线粒体,丙酮酸,线粒体,胞液,三、糖异生的生理意义,（一）维持血糖浓度（二）调节酸碱平衡（三）有利于乳酸再利用（乳酸循环）（四）协助氨基酸代谢,血乳酸,血葡萄糖,四、乳酸循环(lactose cycle)（Cori 循环）,肝脏,血液,肌肉,糖代谢途

17、径分支节点,G-6-P的代谢去路,第 五 节,血 糖Blood sugar,血糖及血糖水平的概念,血糖 指血液中的葡萄糖血糖水平 即血糖浓度正常血糖浓度 3.89-6.11mmol/L,一、血糖来源和去路,二、血糖水平的调节,（一）肝对血糖的调节 饱食后，肝糖原合成增加 空腹时，肝糖原分解加强 饥饿时，肝糖异生增强,（二）激素对血糖水平的调节,（三）神经系统的调节 通过对各种促激素或激素分泌的调节，到调节血糖作用。（四）代谢物水平的调节 底物或产物通过别构效应对糖代谢关键酶进行调节，达到调节血糖的作用。,正常人体内存在一套精细的调节糖代谢的机制，在一次性食入大量葡萄糖后，血糖水平不会出现大的波

18、动和持续升高。葡萄糖耐量(glucose tolerence)指人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象。,三、糖代谢异常,（一）高血糖与糖尿症1.高血糖(hyperglycemia)的定义临床上将空腹血糖浓度高于7.227.78mmol/L称为高血糖。2.肾糖阈的定义当血糖浓度高于8.8910.00mmol/L时，超过了肾小管的重吸收能力，则可出现糖尿。这一血糖水平称为肾糖阈。,(二）低血糖,1.低血糖(hypoglycemia)的定义 空腹血糖浓度低于3.33-3.89mmol/L时称为 低血糖。2.低血糖的影响 血糖水平过低，会影响脑细胞的功能，从而 出现 头晕、倦怠无力、心悸等症状，严 重时出现昏迷，称为低血糖休克。,谢 谢！,