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1、基础医学院 杨成君,1,休息一下！,课间休息,2023/3/27,第六章 糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,主讲 杨成君,第一节 概 述,一、糖的概念及分类,基础医学院 杨成君,4,并非所有符合实验式的都是糖（乳酸、甲醛）并非所有糖都符合实验式（脱氧核糖、鼠李糖）,2023/3/27,糖的分类,根据糖水解产物的情况主要分为四大类：,糖与非糖物质结合，糖脂、糖蛋白、蛋白聚糖,基础医学院 杨成君,5,2023/3/27,1、常见的单糖,不能再水解的糖,自然界中的单糖多为醛糖,己糖最普遍和重要，戊糖次之,己糖（6C）中葡萄糖最重要,基础医学院 杨成君,6,2023/
2、3/27,己醛糖,己醛糖中以葡萄糖分布最广，是构成淀粉、糖原、纤维素及其他许多糖类物质的基本单位。天然的葡萄糖，无论是游离的或是结合的均属D构型，在水溶液中主要以吡喃式构形存在，为和两种构型的衡态混合物,-D-葡萄糖,H,OH,吡喃型（1:5氧桥6元环）,呋喃型（1:4氧桥5元环）,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,-D-葡萄糖C1上的羟基在环的上方则为-D-葡萄糖,吡喃型已糖稳定存在，且常与少量呋喃型己糖成平衡状态,基础医学院 杨成君,7,2023/3/27,CH2OH,H,H,H,H,HO,HO,OH,CH2OH,H,H,H,H,HO,HO,OH,吡喃葡萄糖椅式构型,1,2,
3、3,4,5,6,半乳糖,甘露糖,基础医学院 杨成君,8,2023/3/27,己酮糖,基础医学院 杨成君,9,2023/3/27,2、常见寡糖,2023/3/27,基础医学院 杨成君,10,纤维二糖是纤维素单位,3、常见多糖,基础医学院 杨成君,11,2023/3/27,是植物中养分的储存形式，是人类食物中的主要成分。直链淀粉（几百个G单位）、支链淀粉（几千G单位）G分子间多是(14)糖苷键，分支点则是(16)糖苷键。能被酸或-淀粉酶所水解。,淀粉颗粒,淀粉,基础医学院 杨成君,12,2023/3/27,糖原是动物体内葡萄糖的储存形式（动物淀粉），动物组织中储存的养分。分子量较淀粉的略大，分支较
4、支链淀粉略多，性质与淀粉的大致相似。,还原性末端,-1，6-糖苷键,-1，4-糖苷键,糖原,1,6,非还原性末端,非还原性末端,基础医学院 杨成君,13,2023/3/27,纤维素,纤维素：作为植物的骨架是构成植物躯干的主要成分，由-D-葡萄糖分子通过-14-糖苷键缩合生成。,基础医学院 杨成君,14,2023/3/27,二、糖的生理功能,基础医学院 杨成君,15,2023/3/27,主要,唾液中的-淀粉酶,胰液中的-淀粉酶,麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）,-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%）,-临界糊精酶异麦芽糖酶,-葡萄糖苷酶麦芽糖酶,葡萄糖,肠粘膜细胞刷状缘,肠腔,胃,口腔,少量
5、乳糖和蔗糖分别在乳糖酶和蔗糖酶作用下分解为单糖,三、糖的消化,人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原、麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖,胃液中失活,基础医学院 杨成君,16,2023/3/27,无分支,有分支,小肠中参与糖消化的酶,小肠消化糖类的主要场所,基础医学院 杨成君,17,2023/3/27,四、糖的吸收与运输,基础医学院 杨成君,18,血液中的葡萄糖进入全身组织细胞需要葡萄糖转运蛋白(glucose transporter，GLUT),2023/3/27,肠腔中的葡萄糖进入小肠粘膜细胞需要钠依赖性葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter,SGLT),
6、ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,肠腔,门静脉,小肠粘膜细胞,间质,Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter,SGLT),G,G,Na+,Na+,G,G,G,细胞膜,刷状缘,糖的吸收机制(钠依赖主动吸收),2023/3/27,基础医学院 杨成君,19,五、细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白,血中的葡萄糖在体内代谢需进入细胞葡糖转运蛋白（glucose transporter，GLUT）现已发现12种GLUT：GLUT15功能明确,2023/3/27,基础医学院 杨成君,20,葡萄糖摄取障碍可以诱发高血糖正常情况下：高糖饮食血糖迅速升高胰岛素分泌
7、原先位于脂肪和肌细胞囊泡中的GLUT4重新分布于细胞膜细胞摄取并利用葡萄糖血糖下降。I型糖尿病：胰岛素分泌不足导致血液糖进入细胞障碍高血糖,葡萄糖,酵解途径,肝糖原分解,糖原合成,糖异生途径,磷酸戊糖途径,丙酮酸,无氧,消化与吸收,有氧,+,+,基础医学院 杨成君,21,六、糖代谢的概况,2023/3/27,血糖的来源与去路,食物糖,肝糖原,非糖物质,血糖3.89-6.11mmol/L,其它糖、脂肪、氨基酸,肝、肌糖原,CO2+H20+ATP,来源,去路,基础医学院 杨成君,22,2023/3/27,第二节 糖无氧氧化,糖酵解反应过程糖酵解调节糖酵解生理意义,一、糖酵解的反应过程,基础医学院
8、杨成君,24,2023/3/27,25,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,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,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,磷酸二羟丙酮,2-磷酸甘油酸,6-磷酸果糖,ATP,ADP,ATP,ADP,ATP,ADP,+Pi,ATP,ADP,己糖激酶（HK）,磷酸己糖异构酶,磷酸果糖激酶-1（PFK-1）,醛缩酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸丙糖异构酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶（PK）,(一)糖酵解途径,基础医学院 杨成君,2Pi+2NAD+,2NADH+2H+,2H2O,2ATP,2ADP,2023/3/27,磷酸化后的葡萄糖
9、即不能自由透过细胞膜而逸出细胞反应不可逆，耗能（-16.8kJ/mol）,葡萄糖Glucose,6-磷酸葡萄糖 glucose-6-phosphate,G-6-P,己糖激酶(hexokinase),ATP,ADP,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,Mg2+与ATP形成的复合物才是酶的真正底物Mg2+是激活剂,HK分子量52000，以6碳糖为底物，专一性差，还作用于D-果糖和D-甘露糖,基础医学院 杨成君,26,2023/3/27,GK是诱导酶，受激素的调控，被胰岛素诱导合成,葡萄糖Glucose,6-磷酸葡萄糖 glucose-6-phosphate,G-6-P,葡萄糖激酶(glucokinase
10、),ATP,ADP,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,GK对葡萄糖的亲和力较低Km=10mmol/L（其它HK在0.1mmol/L左右）,GK是肝细胞中HK的同工酶对D-葡萄糖有特异性，不被G-6-P抑制,基础医学院 杨成君,27,2023/3/27,ATP与Mg2+的结合模式,ATP,基础医学院 杨成君,28,2023/3/27,6-磷酸葡萄糖 glucose-6-phosphate,G-6-P,6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,己糖异构酶,6-磷酸果糖fructose-6-phosphate,F-6-P,磷酸己糖异构酶催化的醛糖与酮糖互变，分子中的羰基由第1位碳移位至第2位碳标准自由能变化甚
11、小（+1.7kJmol），反应方向随着作用物及产物浓度的变化,基础医学院 杨成君,29,2023/3/27,6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖fructose-6-phosphate,F-6-P,6-磷酸果糖激酶-16-phosphfructokinase-1,1,6-双磷酸果糖1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P,ATP,ADP,此酶活力决定酵解的速度，因此是酵解中的最关键的酶，也是限速酶,分子量为3400的四聚体别构酶，ATP对酶有抑制效应，在有柠檬酸和脂肪酸时加强抑制；AMP、ADP或Pi可消除抑制,基础医学院 杨成君,30,2023/3/2
12、7,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,反应可逆且有利于磷酸己糖合成。故催化此反应的酶称为醛缩酶。磷酸丙糖互变由磷酸丙糖异构酶催化，利于磷酸二羟丙酮的生成；平衡时占96%由于3-磷酸甘油醛不断移去，最终磷酸二羟丙酮全部转变为3-磷酸甘油醛。,1,6-双磷酸果糖1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P,醛缩酶(aldolase),磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶phosphotriose isomerase,基础医学院 杨成君,31,2023/3/27,3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛,3-磷酸甘油醛脱氢酶glycer
13、aldehyde-3-phosphatedehydrogenase,1,3-二磷酸甘油酸,1，3-二磷酸甘油酸又称3-磷酸甘油酸磷酸,基础医学院 杨成君,32,2023/3/27,脱氢反应形成高能磷酸键,1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase),ATP,ADP,3-二磷酸甘油酸,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)。,G0=-14.8千卡/摩尔（-61.9kJ/mol）,基础医
14、学院 杨成君,33,2023/3/27,磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase),3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,3-二磷酸甘油酸,2-二磷酸甘油酸,哺乳动物中至少有二种磷酸甘油酸变位酶（65700），分别存在于成人肌肉和胎儿肌肉，前者对于汞高度敏感G0+4.45kJmol,反应机制：E-P+2-PG E2，3-DPG E-P+3-PG,凡促化分子内化学基团的位置移动的酶都称为变位酶,反应需要2，3-DPG和Mg2+为辅助因子,基础医学院 杨成君,34,2023/3/27,2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-二磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoen
15、olpyruvate,PEP),反应引起分子内电子重排和能量重分布，形成一个高能磷酸键，为下一步底物水平磷酸化作准备。,烯醇化酶(enolase),基础医学院 杨成君,35,2023/3/27,磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸 phosphoenolpyruvate,PEP,ATP,ADP,丙酮酸激酶(pyruvate kinase),丙酮酸pyruvate,糖酵解反应的第二次底物水平磷酸化。反应由丙酮酸激酶催化；需要K+、Mg2+参加；细胞内此反应不可逆,基础医学院 杨成君,36,2023/3/27,丙酮酸的去路,基础医学院 杨成君,37,2023/3/27,基础医学院 杨成君
16、,38,（二）丙酮酸还原成乳酸,乳酸脱氢酶催化的可逆反应：反应方向由供氧情况决定；辅酶是NAD+,NADH+H+来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应,丙酮酸pyruvate,乳酸脱氢酶(LDH),乳酸lactic acid,NAD,NADH+H,2023/3/27,磷酸二羟丙酮（1）,葡萄糖（1）,ATP,6-磷酸葡萄糖（1）,ADP,2ATP,3-磷酸甘油酸（2）,2ADP,2ADP,2 NAD+,乳酸（2）,丙酮酸（2）,2ATP,6-磷酸果糖（1）,ATP,1，6-二磷酸果糖（1）,ADP,3-磷酸甘油醛（1）,糖酵解全过程及小结,1,3-二磷酸甘油酸（2）,2NADH+H+
17、,2 NAD+,2Pi,磷酸烯醇式丙酮酸（2）,H2O,糖原（葡萄糖n）,1-磷酸葡萄糖,Pi,2-磷酸甘油酸（2）,2NADH+H+,基础医学院 杨成君,39,反应部位在胞浆；三步不可逆的反应、三个关键酶不需氧的产能过程，产能的方式是底物水平磷酸化：G:22-2=2ATP 终产物乳酸的去路：释放入血经肝脏再进一步代谢，分解利用、糖异生,2023/3/27,基础医学院 杨成君,40,二、糖酵解的调节,2023/3/27,（一）己糖激酶（葡萄糖激酶）,基础医学院 杨成君,41,葡萄糖,G-6-P,己糖激酶,葡萄糖激酶,反馈抑制,长链脂酰辅酶A,变构抑制,胰岛素,促进酶合成,诱导基因的转录,202
18、3/3/27,ATP,ADP,Pi,PKA,磷蛋白磷酸酶,F-6-P,F-1,6-2P,PFK-1,ATP,ADP,AMP,柠檬酸,ATP,ADP,Pi,作用最强,正反馈,与ATP竞争调节部位,此酶有二个结合ATP的部位：活性中心内底物结合部位（低浓度时）活性中心外别构调节部位（高浓度时）,（二）6-磷酸果糖激酶-1,基础医学院 杨成君,42,2023/3/27,（三）丙酮酸激酶,酶的共价修饰,酶的变构调节,cAMP,胰高血糖素,CaM,低血糖,抑制剂,激活剂,低血糖,基础医学院 杨成君,43,2023/3/27,基础医学院 杨成君,44,三、糖酵解的生理意义,2023/3/27,不需氧的产能
19、过程，产能的方式是底物水平磷酸化：G:22-2=2ATP,四、其它单糖转变为糖酵解的中间产物,半乳糖血症,（一）果糖被磷酸化后进入糖酵解,果糖的一部分周围组织（脂肪、肌肉）,一部分在肝代谢,果糖不耐症（fructose intolerance）是一种遗传病。病因为缺乏B型醛缩酶，进食果糖会引起F1P堆积，大量消耗肝中磷酸储备，使ATP浓度下降，加速糖无氧氧化，导致乳酸酸中毒和餐后低血糖。这种病症常表现为自我限制，强烈地厌恶甜食。,（二）半乳糖转变为葡萄糖-1-磷酸进入糖酵解,半乳糖激酶,磷酸葡糖糖变位酶,半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶,UDP半乳糖-4-差向异构酶,半乳糖血症（galactose
20、mia）是一种遗传性疾病，表现为半乳糖不能转变成葡萄糖。原因是缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶，使1-磷酸半乳糖生成UDP-半乳糖的过程受阻，导致有毒副产物的积累。例如，血液中高浓度的半乳糖使眼睛晶状体中半乳糖含量增加，并还原为半乳糖醇，晶状体中这种糖醇的存在最终导致白内障的形成（晶状体混浊）,（三）甘露糖转变为果糖-6-磷酸进入糖酵解,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,己糖激酶,磷酸甘露糖异构酶,磷酸己糖异构酶,乳酸,CO2+H2O,第三节 糖的有氧氧化,糖有氧氧化过程糖有氧氧化的生理意义能量生成糖有氧氧化的调节巴斯德效应,基础医学院 杨成君,50,糖的有氧氧化,2023/3/27,基础医学院 杨成君
21、,51,糖有氧氧化概况,细胞液,线粒体,呼吸链,葡萄糖,G-6-P,葡萄糖,丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,ATP（GTP）,TAC,ATP,ADP,组织细胞,氧化磷酸化偶联,2023/3/27,基础医学院 杨成君,52,一、有氧氧化的反应过程,细胞液,线粒体,葡萄糖或糖原,丙酮酸,乙酰CoA,丙酮酸,线粒体膜,TAC,呼吸链,ATP（GTP）,2023/3/27,基础医学院 杨成君,53,（一）丙酮酸氧化脱羧,酶：线粒体丙酮酸脱氢酶系（复合体）,12,60,6,HSCoA,E1,E2,E3,焦磷酸硫胺素（TPP）：含有1负碳离子容易和丙酮酸的碳基碳形成中间加合物，其带正电荷的含氮环作为电子阱稳定
22、负电荷的形成，这种作用是脱羧反应所必需的；加合物脱羧后则生成羟乙基-TPP,硫辛酸：具有二硫键的八碳羧酸，通过羧基与转乙酰酶的赖氨酸侧链氨基结合成硫辛酰胺-酶；其硫辛酰胺成为酶的柔性长臂，可将乙酰基从酶复合体的一个活性部位转移到另外一个部位,2023/3/27,C,S,H,硫胺素焦磷酸（TPP）,具有酸性，可以解离成负碳离子,TPP的负碳离子,基础医学院 杨成君,54,2023/3/27,硫辛酸,柔性长臂,硫辛酰胺,酶蛋白部分转乙酰酶（E2）,活性二硫基,硫辛酸及其硫辛酰胺的结构,硫辛酰胺-酶2,基础医学院 杨成君,55,2023/3/27,辅酶A是根据它活化酰基(acyl group)的作用
23、命名的。辅酶A的巯基是功能部分。其余部分提供酶结合位点。在酰化辅酶A中，如乙酰辅酶A，酰基与巯基相连形成硫酯。,辅酶A（HSCoA）和碳的活化,ATPAdenosine 3-phosphate 5-disphosphate,泛酸Pantothenic acid,-巯基乙胺-Mercaptoethylamine,基础医学院 杨成君,56,2023/3/27,酰基,1.-羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,HSCoA,4.硫辛酰胺的生成,丙酮酸氧化过程,2023/3/27,基础医学院 杨成君,57,丙酮酸和TPP的负碳离子加合加合物脱羧生成羟乙基-TPP,丙酮酸脱羧
24、酶组分（E1）,2023/3/27,基础医学院 杨成君,58,羟乙基氧化、转移,二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）,硫辛酰胺-酶（半还原型）,羟乙基-TPP,TPP的负碳离子,羟乙基-TPP-E1中的羟乙基被氧化成乙酰基并立即转移给硫辛酰胺，生成乙酰硫辛酰胺。氧化剂为硫辛酰胺中的二硫基，反应放出的能量形成高能硫酯键,2023/3/27,基础医学院 杨成君,59,乙酰CoA生成,乙酰硫辛酰胺中的乙酰基连同高能硫酯键转移给辅酶A，生成乙酰CoA。催化反应的酶：二氢硫辛酰转乙酰酶（E2）,硫辛酰胺-酶（半还原型）,硫辛酰胺-酶（还原型）,HS-CoA,二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）,2023/3/27,基础医学院 杨成君,60,二氢硫辛酰胺氧化脱氢,还原型二氢硫辛酰胺在E3催化下脱氢，E3之辅基FAD还原成FAD2H；FAD2H将氢原子再转移给NAD+，生成还原型NADH十H+。,二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）,硫辛酰胺-酶（氧化型）,硫辛酰胺-酶（还原型）,FAD,FAD2H,2023/3/27,基础医学院 杨成君,61,THE END,2023/3/27,62,
