生物化学第04章糖代谢课件.ppt

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1、糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 四 章,第 一 节 概 述,Introduction,一、糖的生理功能,1.氧化供能,如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。,3.作为机体组织细胞的组成成分,这是糖的主要功能。,2.提供合成体内其他物质的原料,如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。,二、糖的消化与吸收,（一）糖的消化,人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。,消化部位：主要在小肠，少量在口腔,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）,-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%）,葡萄糖,唾

2、液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,食物中含有的大量纤维素，因人体内无-糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。,（二）糖的吸收,1.吸收部位 小肠上段,2.吸收形式 单 糖,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,3.吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter,SGLT),刷状缘,细胞内膜,4.吸收途径,小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,GLUT：葡萄糖

3、转运体(glucose transporter)，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 15)。,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 节糖的无氧分解 Glycolysis,一、糖酵解的反应过程,第一阶段,第二阶段,*糖酵解(glycolysis)的定义,*糖酵解分为两个阶段,*糖酵解的反应部位：胞浆,在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。,由丙酮酸转变成乳酸。,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡

4、萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P),（一）葡萄糖分解成丙酮酸,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,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-双磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2

5、P),1,6-双磷酸果糖,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶(phosphotriose isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),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

6、-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase),3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase),3-磷酸甘油酸,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)丙酮酸转变成乳酸,丙酮酸,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

7、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从Gn开始 22-1=3ATP 终产物乳酸的去路释放入血，进入肝脏再进一步代谢。分解利用 乳酸循环（糖异生）,二、糖酵解的调节,关键酶,调节方式,（一）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）,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,目 录,（二）丙酮酸激酶,1.别构调节,别构抑制剂：ATP,丙氨酸,别构激活剂：1,6-双磷酸果糖,2.共价修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶

8、,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,PKA：蛋白激酶A(protein kinase A),CaM：钙调蛋白,(三)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。,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,第 三 节糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在

9、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、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）,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体,（一）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)。,总反应式:,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶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,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程,1.丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。2.由二氢

10、硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。3.二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA,同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。4.二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。5.在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5.NADH+H+的生成,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,4.硫辛酰胺的生成,目 录,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle,TAC)也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的

11、第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。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。,所有的反应均在线粒体中进行。,（二）三羧酸循环,*概述,*反应部位,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,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,目 录,小 结,三羧酸循环的概念：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。TAC过程的

12、反应部位是线粒体。,三羧酸循环的要点 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。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,整个循环反应为不可逆反应,三羧酸循环的中间产物三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。,2.三羧酸循环的生理意义,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；为其它物质代谢提供小分子前

13、体；为呼吸链提供H+e。,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。,二、有氧氧化生成的ATP,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,此表按传统方式计算ATP。目前有新的理论，在此不作详述,有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,简言之，即“供能”,四、巴斯德效应,*概念,巴斯德效应(Pastuer effect)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,磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及

14、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 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途径的反应过程,*反应过程可分为二个阶段,第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。,二、磷酸戊糖途径的生理意义,（一）为核苷酸的生成提供核糖,（二）提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,1.NADPH是体内许多合成代谢的供氢体,2.NADPH参与体内的羟化反应，与生物合成或生物转化有关,3.NADPH可维持GSH的还原性,2G-SH G-S-S-G,NADP+NADPH+H+,A AH2,第 五 节 糖原的合成与分解

15、Glycogenesis and Glycogenolysis,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(glycogen),糖原储存的主要器官及其生理意义,一、糖原的合成代谢,（二）合成部位,（一）定义,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,（三）糖原合成途径,2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,+,3.1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖(uri

16、dine diphosphate glucose,UDPG),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。,（四）糖原分枝的形成,目 录,二、糖原的分解代谢,*定义,*亚细胞定位：胞 浆,*肝糖元的分解,1.糖原的磷酸解,糖原分解(glycogenolysis)习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,2.脱枝酶的作用,转移葡萄糖残基水解-1,6-糖苷键,转移酶活性,目 录,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,*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

17、生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中不存在葡萄糖-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。,第 六 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。,*部位,*原料,*概念,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸,一、糖异生途径,*定义,*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(glucon

18、eogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。,1.丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),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）,糖异生途径所需NADH+H+的来源,糖异生途径中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛时，需要NADH+H+。,由氨基酸为原料进行糖异生时，NADH+H+则由线粒体内NADH+H+提供，它们来自于脂酸的-氧化或三羧酸循环，NADH+H+转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。,2.1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖

19、,3.6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,三、糖异生的生理意义,（一）维持血糖浓度恒定,（二）补充肝糖原,三碳途径：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的过程。,（三）调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）,八、乳酸循环(lactose cycle)（Cori 循环）,循环过程,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸,乳酸,丙酮酸,血液,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,2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP。,第 七 节 血糖及其调节Blood Glucose and The Regulation of Blood Glucose Concentration,*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：3.896.11mmol/L,血糖及血糖水平的概念,血糖水平恒定的生理意义,保证重要组织器官的能量供应，特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。,脑组织不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡萄糖供能；红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获能；骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。,血糖,一、血糖来源和去路,二、血糖水平的调节,*主要依靠激素的调节,