生物化学教程王镜岩朱圣庚徐长法糖代谢.ppt

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1、第 二 篇 物质代谢及其调节,主讲人：马晓磊,E-mail：,biochemistry,1,本篇包括以下几章内容：,第六章 糖代谢 第七章 脂质代谢第八章 生物氧化 第九章 氨基酸代谢第十章 核苷酸代谢第十一章 非营养物质的代谢 第十二章 物质代谢的整合与调节,2,重点掌握代谢过程的关键环节、关键酶、主要产物、主要调节环节、重要生理意义；注意理清各种物质代谢的相互关系；注意物质代谢异常与疾病的关系。,本篇内容的学习方法建议：,3,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 六 章,4,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

2、物或多聚物。,糖的概念,5,糖的分类及其结构,单糖(monosacchride)寡糖(oligosacchride)多糖(polysacchride)结合糖(glycoconjugate),6,单 糖,葡萄糖(glucose)果糖(fructose)半乳糖(galactose)核糖(ribose),不能再水解的糖。,7,葡萄糖(glucose)已醛糖,果糖(fructose)已酮糖,半乳糖(galactose)已醛糖,核糖(ribose)戊醛糖,寡 糖,常见的几种二糖:,麦芽糖(maltose):葡萄糖葡萄糖,蔗 糖(sucrose):葡萄糖果糖,乳 糖(lactose):葡萄糖半乳糖,能水解

3、生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。,10,多 糖 能水解生成多个分子单糖的糖。,淀 粉(starch),糖 原(glycogen),纤维素(cellulose),11,淀粉 是植物中多糖的储存形式,淀粉颗粒,-1,4-糖苷键,-1,6-糖苷键,糖原 是动物体内多糖的储存形式,纤维素 作为植物的骨架,-1,4-糖苷键,糖与非糖物质的结合物（糖复合物）。,糖脂(glycolipid)：是糖与脂类的结合物。糖蛋白(glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。蛋白聚糖(proteoglycan)：是糖与蛋白质的结合物。,结 合 糖,15,糖的生理功能,1.氧化供能,糖可提供合

4、成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷酸等物质的原料。,3.作为机体组织细胞的组成成分,糖的主要功能。人体5070能量来自糖。,2.提供合成体内其他物质的原料,糖是构成糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的成分。,16,糖代谢的概况分解、储存、合成,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 一 节 糖的消化吸收与转运,18,一、糖消化后以单体形式吸收,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。,19,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）,-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%

5、）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消 化 过 程,肠粘膜上皮细胞,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,20,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。,22,糖的吸收,1.吸收部位：小肠上段,2.吸收形式：单糖（主要是葡萄糖）,吸收机制：通过Na+依赖型葡萄糖转运体SGLT(Na+-dependent glucose transporter)主动耗能吸收。,23,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,葡萄糖吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体SGLT,刷状缘,细胞内膜,ADP+Pi,24,二、细胞

6、摄取葡萄糖需要转运蛋白,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：葡萄糖转运体(glucose transporter),25,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,26,第 二 节糖的无氧氧化,anaerobic oxidation,27,糖酵解(glycolysis)的概念,一分子葡萄糖在胞质中可裂解为两分子丙酮酸，是葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径，称为糖酵解(glycolysis)。,28,在不能利用氧或氧供应不足时，人体将丙酮酸在胞液中还原生成乳酸，称为乳酸发

7、酵（lactic acid fermentation）。在某些植物和微生物中，丙酮酸可转变为乙醇和二氧化碳，称为乙醇发酵（ethanol fermentation）。,缺氧,29,有氧,氧供充足时，丙酮酸主要进入线粒体彻底氧化成水和二氧化碳，并释放出大量ATP,进行有氧氧化。,30,一、糖的无氧氧化分为糖酵解和乳酸生成两个阶段,第一阶段：糖酵解，此阶段10步反应第二阶段：乳酸生成，此阶段1步反应糖无氧氧化的反应部位：胞液,31,1.葡萄糖磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸,G,G-6-P,（一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸,o,o,关键酶1：己糖激酶(hexokinase),哺乳类动物体内已发现有

8、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)。,葡萄糖激酶的特点：对葡萄糖的亲和力很低受激素调控,？,33,它这些特性使葡萄糖激酶对于肝维持血糖稳定至关重要，只有当血糖显著升高时，肝才会加快对葡萄糖的利用，起到缓冲血糖水平的调节作用。,34,2.葡萄糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸,G-6-P,F-6-P,o,3.果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸,关键酶2：磷酸果糖激酶-1(phosphfructokinase-1,PFK-1),F-6-P,F-1,6-2P,F-1,6-2P,4.果糖-1,6-二磷酸裂解成2分子磷酸丙糖,5.磷酸二羟丙

9、酮转变为3-磷酸甘油醛,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,6.3-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,H,7.1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)。,底物水平磷酸化,41,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)。,42,8.3-磷酸甘油酸转变为2

10、-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,9.2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,+H2O,磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）,H,10.磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸基转移给ADP生成ATP和丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,关键酶3：丙酮酸激酶(pyruvate kinase),第二次底物水平磷酸化,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O,由葡萄糖分解为两分子丙酮酸的总反应式,(二)丙酮酸被还原为乳酸,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。,乳酸脱氢酶(LDH),NADH+H+,NAD+

11、,47,糖酵解的代谢途径,G,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,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+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,Pi,48,图 糖的无氧氧化,1.反应部位：胞浆2.糖酵解为一个不需氧的产能过程3.反应过程中有三步不可逆的反应,4.产能方式和数量：底物水平磷酸化 22-2=2ATP,糖酵解小结,50,二、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,51,（一）磷酸果糖激酶-1对调节糖酵解速率最重要,变构激

12、活剂：AMP，ADP，F-1,6-2P，F-2,6-2P,变构抑制剂：柠檬酸，ATP（高浓度）,6-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解速度最重要的酶。其活性可受变构调节与化学修饰调节（间接）。,52,磷酸果糖激酶-1有二个结合ATP的部位：,活性中心与ATP亲和力高,调节中心与ATP亲和力低,53,F-2,6-2P是最强的变构激活剂，由6-磷酸果糖激酶-2(PFK-2)催化F-6-P磷酸化生成，其可由果糖二磷酸酶-2（FBP-2）催化再生成F-6-P，上两种酶实为一体，受胰高血糖素、胰岛素通过cAMP而进行化学修饰调节。,54,F-2,6-2P,F-6-P,磷酸果糖激酶-2(PFK-2),果糖二磷酸

13、酶-2（FBP-2）,F-2,6-2P是PFK-1最强的变构激活剂。,胰岛素,胰高血糖素,55,PFK-2:6-磷酸果糖激酶-2,FBP-2:果糖二磷酸酶-2,F-6-P,F-2,6-2P,+,PFK-1,F-1,6-2P,胰岛素,56,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,目 录,57,（二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点,1.变构调节,变构抑制剂：ATP，丙氨酸,变构激活剂：1,6-二磷酸果糖,58,2.化学修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,胰高血糖素,Ca2+-CaM激酶,（Ca

14、M：钙调蛋白）,cAMP,PKA,59,(三)己糖激酶受到反馈抑制调节,己糖激酶：受6-磷酸葡萄糖反馈抑制（变构抑制）。（肝葡萄糖激酶不受其抑制）,肝葡萄糖激酶：受长链脂肪酰CoA变构抑制；胰岛素可诱导该酶的合成。,60,总之，糖酵解受本途径代谢物、细胞内能量状况、激素的调节，通过调节既可保持本途径代谢的相对稳定，又可适应细胞和机体的能量需求变化。,61,三、糖无氧氧化的生理意义,1.是机体在缺氧情况下快速获取能量的方式。,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,62,四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物,果糖 半乳糖

15、 甘露糖,63,果糖,果糖-6-磷酸,己糖激酶,循糖酵解途径分解,合成糖原（肌）,果糖在普通组织（除肝外）的代谢：,（一）果糖被磷酸化后进入糖酵解,64,果糖在肝中的代谢,果糖,1-磷酸果糖,果糖激酶,1-磷酸果糖醛缩酶,磷酸二羟丙酮,甘油醛,丙糖激酶,3-磷酸甘油醛,循糖酵解途径分解或合成糖原,果糖不耐症,65,果糖不耐症（fructose intolerance）是一种遗传病。其病因为缺乏B型醛缩酶，进食果糖会引起1-磷酸果糖堆积，大量消耗肝中磷酸的储备，进而使ATP浓度下降，从而加速糖无氧氧化，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。,66,（二）半乳糖转变

16、为葡萄-1-磷酸进入糖酵解,半乳糖的代谢,半乳糖血症,67,半乳糖血症（galactosemia）是一种遗传性疾病，表现为半乳糖不能转变成葡萄糖。其原因是缺乏半乳糖-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）。,68,四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物,69,第三节 糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,机体利用氧将葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2的反应过程，称为糖的有氧氧化

17、(aerobic oxidation)。是体内糖分解供能的主要方式。,细胞部位：胞液及线粒体,概念：,70,葡萄糖有氧氧化概况,71,一、糖的有氧氧化分为三个阶段,第一阶段：糖酵解,第二阶段：丙酮酸氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环 氧化磷酸化,G（Gn）,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC,胞液,线粒体,72,（一）葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸(略),糖有氧氧化的糖酵解途径与糖酵解中所述相同，代谢过程共10步反应，产物为丙酮酸。,73,（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA,丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA(acetyl CoA)。,丙酮酸,乙酰CoA,NAD+,HS

18、CoA CO2,NADH+H+,丙酮酸脱氢酶复合体,（此反应不可逆）,COOHC=OCH3,O,CH3-C SCOA,74,丙酮酸脱氢酶复合体,酶 辅 酶E1：丙酮酸脱氢酶 TPP(VitB1)E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 硫辛酸,HSCoA(泛酸)E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶 FAD(VitB2),NAD+(VitPP),75,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,（三）乙酰CoA进入柠檬酸循环以及氧化磷酸化生成ATP,三羧酸循环见下详述；氧化磷酸化见第六章 生物氧化,7

19、7,概念：三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle,TAC)又称柠檬酸循环。由Krebs正式提出，又称Krebs循环。是乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成柠檬酸，经4次脱氢、2次脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。,二、柠檬酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统,细胞部位：线粒体,Hans Krebs,78,乙酰CoA,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,缩合,脱水,水合,氧化脱羧,水合,脱氢,底物水平磷酸化,氧化脱羧,脱氢,CO2+NADH,CO2+NADH,GTP,FADH2,NADH,（一）柠檬酸循环由八步反

20、应组成,要点总结,79,草酰乙酸,乙酰CoA,柠檬酸,柠檬酸合酶,H2O,1、乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸,HSCoA,80,第一个限速步骤,顺乌头酸,柠檬酸,H2O,2、柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸,异柠檬酸,H2O,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶,81,3、异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸,异柠檬酸,NAD+,异柠檬酸脱氢酶,NADH+H+,CO2,-酮戊二酸,82,第二个限速步骤，TAC中最重要的酶,4、-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA,琥珀酰CoA,NAD+HSCoA,NADH+H+,CO2,-酮戊二酸,-酮戊二酸脱氢酶复合体,83,第三个限速步骤，该复合体的组成与丙酮酸脱氢酶复合体类

21、似,5、琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应,琥珀酰CoA,GDP+Pi,GTP,HSCoA,琥珀酸,琥珀酰CoA合成酶,84,6、琥珀酸脱氢生成延胡索酸,FAD,FADH2,琥珀酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸,85,7、延胡索酸加水生成苹果酸,H2O,延胡索酸酶,延胡索酸,苹果酸,86,8、苹果酸脱氢生成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶,苹果酸,NAD+,NADH+H+,草酰乙酸,87,最后生成的草酰乙酸仍然是原来的草酰乙酸吗？,乙酰COA,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰COA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,缩合,脱水,水合,氧化脱羧,水合,脱氢,底物水平磷酸化,氧化脱羧,脱氢,

22、CO2+NADH,CO2+NADH,GTP,FADH2,NADH,四次脱氢反应,88,一次三羧酸循环，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。再经氧化磷酸化后，总能量生成10分子ATP。,三羧酸循环小结：,89,循环共8步反应，有三步不可逆反应，关键酶是：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶复合体，整个循环反应为不可逆。,三羧酸循环小结：,90,记忆方法,乙酰草酰成柠檬，柠檬又成-酮，琥酰琥酸延胡索，苹果落在草丛中。,91,（二）柠檬酸循环在三大营养物质代谢中具有重要生理意义,是三大营养物质

23、氧化分解的共同途径；是三大营养物质代谢联系的枢纽；,92,三、糖有氧氧化是糖分解生成ATP的主要方式,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。,93,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,94,四、糖有氧氧化的调节,关键酶,糖酵解：己糖激酶,丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环：柠檬酸合酶,丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1,异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体,95,（一）丙酮酸脱氢酶复合体调节,变构抑制剂：乙酰CoA;NADH;ATP,变构激活剂：AMP;NAD+,共价修饰,变构调节,磷酸化和去磷酸化,96,丙酮酸脱氢酶复合体调节,（略讲）,乙酰CoA,柠檬酸,草

24、酰乙酸,琥珀酰CoA,-酮戊二酸,异柠檬酸,苹果酸,NADH,GTP,ATP,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,柠檬酸,ATP,琥珀酰CoA,NADH,Ca2+,ATP、ADP的影响,产物引起抑制,其他，如Ca2+可激活许多酶,（二）柠檬酸循环的调节,98,有氧氧化的调节特点,有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。氧化磷酸化速率影响柠檬酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。柠檬酸循环与酵解途径互相协调。柠檬酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,99,体内ATP

25、浓度是AMP的50倍，经上述反应后，ATP/AMP变动比ATP变动大，有信号放大作用，从而发挥有效的调节作用。,有氧氧化全过程中许多酶的活性都受细胞内ATP/ADP或ATP/AMP比率的影响，因而能得以协调。,100,五、糖有氧氧化可抑制糖无氧氧化,概念,机制,有氧时，糖酵解过程第6步生成的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，表现为抑制糖酵解。,巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制生醇发酵（或无氧氧化）的现象。,101,第 四 节磷酸戊糖途径pentose phosphate pathway,102,磷酸戊糖途径,磷酸戊糖途径（pento

26、se phosphate pathway）是指从糖酵解的中间产物6-磷酸-葡萄糖开始形成旁路，通过氧化、基团转移两个阶段生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛，从而返回糖酵解的代谢途径，亦称为磷酸戊糖旁路（pentose phosphate shunt）。主要意义：生成NADPH和磷酸核糖。,103,细胞定位：胞液,第一阶段：氧化反应，生成磷酸核糖、NADPH+H+及CO2；,反应过程可分为二个阶段,第二阶段：非氧化反应，包括一系列基团转移反应，过剩的磷酸核糖生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。,一、磷酸戊糖途径的分为两个反应阶段,104,NADPH+H+,NADP+,H2O,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,

27、6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,（一）第一阶段是氧化反应,105,5-磷酸核糖,5-磷酸核酮糖,NADP+,NADPH+H+,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,CO2,6-磷酸葡萄糖酸,-,106,当磷酸核糖过剩时，每3分子6-磷酸葡萄糖参与反应，生成的磷酸核糖在基团转移反应中（2碳或3碳基团转移），通过3C、4C、5C、6C、7C等演变阶段，最终生成1分子3-磷酸甘油醛和2分子6-磷酸果糖。后两者可进入糖酵解途径代谢。,（二）第二阶段是一系列基团转移反应,107,5-磷酸核酮糖(C5)3,5-磷酸核糖 C5,108,磷酸戊糖途径,第二阶段,5-磷酸木酮糖 C5,5-磷酸木酮糖 C5,7-磷酸景天

28、糖 C7,3-磷酸甘油醛 C3,4-磷酸赤藓糖 C4,6-磷酸果糖 C6,6-磷酸果糖 C6,3-磷酸甘油醛,第一阶段,C3,109,主要调节6-磷酸葡萄糖脱氢酶,该酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性主要受NADPH/NADP+比值的调节，比值升高则被抑制，降低则被激活。,二、磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADP+比值的调节,110,（一）为核苷酸的生成提供5磷酸核糖；,（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；,3.NADPH可维持GSH的还原状态。,2G-SH G-S-S-G,NADP+NADPH+H+,

29、A AH2,三、磷酸戊糖途径的生理意义是生成NADPH和磷酸戊糖,111,蚕豆病,发病机制：体内缺乏6-P-葡萄糖脱氢酶，而蚕豆中含有蚕豆嘧啶、蚕豆嘧啶核苷、多巴、多巴核苷等具有氧化作用物质，可使G-6-PD缺陷患者中的红细胞GSH降低引发溶血。,112,第五节 糖原的合成与分解Glycogenesis and Glycogenolysis,糖原(glycogen),葡萄糖的多聚体，是动物体内糖的储存形式，是机体能迅速动用的能量储备。,糖原储存的主要组织器官及其生理意义,肌肉：肌糖原，180300g，供肌肉收缩所需。,肝脏：肝糖原，70100g，维持血糖水平。,113,葡萄糖单元以-1,4-糖

30、苷键形成长链。2.约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以-1,6-糖苷键连接。,糖原的结构特点,一、糖原合成是由葡萄糖连接成多聚体,合成部位,糖原合成(glycogenesis)指由葡萄糖合成糖原的过程。,组织部位：主要在肝脏、肌肉细胞部位：胞浆,116,（一）葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,ATP,ADP,己糖激酶;葡萄糖激酶（肝）,1-磷酸葡萄糖,磷酸葡萄糖变位酶,PPi,UDPG焦磷酸化酶,尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG),UTP,117,UDPG称“活性葡萄糖”，作为葡萄糖供体。,PPi,UDPG焦磷酸化酶,UTP,1-磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖UDPG,11

31、8,糖原n+UDPG,糖原n+1+UDP,糖原合酶(glycogen synthase),（二）尿苷二磷酸葡萄糖连接形成直链和支链（-1,4-糖苷键形成）,糖原n为原有的较小糖原分子，称为糖原引物，作为UDPG上葡萄糖基的接受体。,119,近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为glycogenin的蛋白质。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，将UDPG的葡萄糖基结合到其分子的酪氨酸残基上，使其糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即可成为糖原合成时的引物。,作为引物的第一个糖原分子从何而来？,120,分支酶(branching enzyme)将一段约67个葡萄糖基的糖链转移到邻近的糖链上，以

32、-1,6-糖苷键相连，形成糖原分支。在各分支末端，糖原合酶又可延长糖链。,（三）分支酶催化形成糖原分支（-1,6-糖苷键形成）,121,糖原分支的形成,-1,4-糖苷键,123,作为引物的第一个糖原分子从何而来？,二、糖原分解从非还原末端进行磷酸解,细胞内定位：胞浆,糖原分解(glycogenolysis)糖原分解成为葡萄糖-6-磷酸或葡萄糖的过程。,125,（二）脱支酶分解-1,6-糖苷键,脱支酶具有两种酶活性：葡聚糖转移酶活性-1,6-葡萄糖苷酶活性,糖原n+1,糖原n+1-磷酸葡萄糖,磷酸化酶,（一）糖原磷酸化酶分解-1,4-糖苷键,Pi,糖原的磷酸解,126,脱支酶的作用,转移葡萄糖残

33、基水解-1,6-糖苷键,磷 酸 化 酶,葡聚糖转移酶活性,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,磷酸葡萄糖变位酶,1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖,（三）1-磷酸葡萄糖继续转变,128,葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、肾中，不存在于肌肉中，故肝、肾糖原分解可补充血糖，肌糖原只能生成6-磷酸葡萄糖进行糖酵解或有氧氧化代谢。,129,糖原的合成和分解,130,糖原合成,G,G-6-P,G-1-P,UDP-G,糖原合成酶,Gn,Gn+1(glycogen),UTP,PPi,glycogen synthase,ATP,key enzyme,131,糖原的分解,Gn,磷酸化酶,G

34、n-1,主要存在肝中，肌肉中无此酶,G-1-P,G-6-P,葡萄糖-6-磷酸酶,G,Pi,132,三、糖原的合成与分解受严格调控,关键酶,糖原合成：糖原合酶,糖原分解：磷酸化酶,糖原的合成与分解主要受胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素等激素的调节。,133,1.磷酸化的糖原磷酸化酶是活性形式,糖原磷酸化酶的共价修饰调节,磷酸化酶b激酶,（一）糖原磷酸化酶受化学修饰和别构调节,134,2.糖原磷酸化酶受别构调节,疏松型(R)磷酸化酶a受葡萄糖变构后形成的紧密型(T)，其磷酸化的14位丝氨酸暴露，便于去磷酸化转变为磷酸化酶b。,葡萄糖是磷酸化酶的变构抑制剂。,135,（二）糖原合酶受化学修饰和别构调节,

35、糖原合酶的共价修饰调节,1.去磷酸化的糖原合酶是活性形式,136,腺苷环化酶（无活性）,腺苷环化酶（有活性）,激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体,PKA(无活性),磷酸化酶b激酶,糖原合酶a,糖原合酶b-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,Pi,磷蛋白磷酸酶-1,Pi,Pi,磷蛋白磷酸酶-1,磷蛋白磷酸酶-1,磷蛋白磷酸酶抑制剂,PKA（有活性）,胰岛素可通过激活磷酸二酯酶加速cAMP的分解参与调节,137,2.糖原合酶受别构调节,在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上腺素调节。肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为AMP、ATP及葡糖-6-磷酸。,138,糖原合酶和磷酸

36、化酶都有有活性、无（低）活性二种形式，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,糖原合酶a（有活性，去磷酸化）糖原合酶b（无活性，磷酸化）,磷酸化酶a（有活性，磷酸化）磷酸化酶b（低活性，去磷酸化）,139,磷酸化酶b激酶,糖原合酶a,糖原合酶b-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,140,磷酸化酶b激酶,糖原合酶a,糖原合酶b-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,糖原合成减少,糖原分解增多,141,共价修饰调节,激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体,142,两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；此调节为酶促反应，调节速度快；调节有级联放大作用，效率高；受激素调节。,糖原磷酸化酶和糖原合酶的共价

37、修饰调节特点：,143,四、糖原积累症是由先天性酶缺陷所致,糖原累积症(glycogen storage diseases)是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。,（略讲）,144,糖原积累症分型,145,第六节 糖 异 生,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸等。,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,146,一、糖异生不完全是糖酵解的逆反应,1G-6-PG：,2F-1,6-BP F-6-P：,3丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸：

38、经由丙酮酸羧化支路完成。,（一）丙酮酸经丙酮酸羧化支路生成磷酸烯醇式丙酮酸,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（反应在线粒体和胞液，主要在胞液）,148,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,ATP+CO2,ADP+Pi,苹果酸,NADH+H+,NAD+,天冬氨酸,谷氨酸,-酮戊二酸,草酰乙酸,线粒体,胞液,149,（二）果糖-1,6-二磷酸转变为果糖-6-磷酸,（三）葡糖-6-磷酸水解为葡萄糖,150,甘油、丙酮酸、乳酸等糖异生途径,果糖二磷酸酶1,(线粒体基质),(胞液),线粒体内膜,151,

39、二、糖异生的调控主要是对2个底物循环的调节,在三个反应过程中，作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环(substrate cycle),6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-1,果糖二磷酸酶-1,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶,己糖激酶,PEP,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,152,通过调节使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对前述底物循环中的后2个底物循环进行调节。,153,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,ATP,ADP,6-磷酸果糖激酶-1,Pi,果糖二磷 酸酶-1,2,6-双磷酸果糖,AMP,

40、（一）第一个底物循环在果糖-6-磷酸与果糖-1,6-二磷酸之间进行,+,胰高血糖素和胰岛素可影响2,6-二磷酸果糖（前者降，后者升）来调节糖酵解和糖异生。,154,（二）第二个底物循环在磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间进行,PEP,丙酮酸,ATP,ADP,丙酮酸激酶,1,6-二磷酸果糖,丙氨酸,乙酰CoA,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,丙酮酸脱氢酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,胰高血糖素诱导磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶合成，降低丙酮酸激酶活性；胰岛素可降低磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶活性。,155,三、糖异生的主要生理意义是维持血糖恒定,（一）维持血糖恒定是糖异生最重要的生理作用,（二）补充肝糖原储备,三碳途径：指进食

41、后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为丙酮酸或乳酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。,（三）肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡,乳酸异生为糖，糖异生促进肾泌氨泌H+,156,肌肉,四、骨骼肌中的乳酸在肝中糖异生形成乳酸循环,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,糖酵解,丙酮酸,乳酸,NADH,NAD+,乳酸,乳酸,NAD+,NADH,丙酮酸,异生途径,血液,157,肌收缩（尤其是供氧不足时）通过糖酵解生成乳酸。乳酸通过细胞膜弥散进入血液后，再入肝，在肝内异生为葡萄糖。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。,Cori循环,158,生理意义,乳酸再利用，避免

42、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。,159,第七节 葡萄糖的其他代谢产物,糖醛酸途径,多元醇途径,2,3-二磷酸甘油酸旁路,160,一、糖醛酸途径生成葡萄糖醛酸,反应过程：,6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖UDPGUDPGA1-磷酸葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸,L-古洛糖酸L-木酮糖木糖醇D-木酮糖5-磷酸木酮糖磷酸戊糖途径,161,UDPGA（尿苷二磷酸葡萄糖醛酸)是葡萄糖醛酸基的供体。,2NADH+2H+,UDPG脱氢酶,H2O,162,1.主要生理意义在于生成活化的葡萄糖醛酸，即UDPGA。葡萄糖醛酸是组成糖胺聚糖（蛋白

43、聚糖成分）的组成成分，糖胺聚糖如透明质酸、硫酸软骨素、肝素等。2.葡萄糖醛酸在生物转化过程中参与很多结合反应。,生理意义：,163,二、多元醇途径可生成木糖醇、山梨醇等,葡萄糖代谢过程中可生成一些多元醇，如木糖醇、山梨醇等，故称为多元醇途径(polyol pathway)。但这些代谢过程局限于某些组织，在整个葡萄糖代谢所占比重极少。,164,三、2,3-二磷酸甘油酸旁路调节血红蛋白运氧,部位：红细胞,165,2,3-BPG旁路的主要生理功能是调节血红蛋白运氧,2,3-BPG是一个负电性较高的分子，可与血红蛋白结合，结合部位在Hb分子4个亚基的对称中心孔穴内。2,3-BPG的负电荷基团与组成孔穴

44、侧壁的2个亚基的带正电荷基团形成盐键，从而使Hb分子的T构象更趋稳定，降低与O2的亲和力。当血液通过氧分压较高的肺部时，2,3-BPG的影响不大；而当血液流过氧分压较低的组织时，2,3-BPG则显著增加O2释放，以供组织需要。,166,2,3-二磷酸甘油酸与血红蛋白的结合,2,3-二磷酸甘油酸可降低血红蛋白和氧气的亲和力。,167,第八节 血糖及其调节,正常空腹血糖浓度：3.896.11mmol/L。,血糖：指血液中的葡萄糖。,血糖水平恒定有重要生理意义。,168,血糖,一、血糖的来源和去路相对平衡,169,二、血糖水平的平衡主要受激素调节,1降低血糖浓度的激素胰岛素。2升高血糖浓度的激素胰高

45、血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素、甲状腺激素。,170,促进葡萄糖转运进入肝外细胞；,加快糖的有氧氧化；,加速糖原合成，抑制糖原分解；,抑制肝内糖异生；,减少脂肪动员。,胰岛素的作用机制:,（一）胰岛素是唯一降低血糖的激素,171,促进肝糖原分解，抑制糖原合成；,抑制糖酵解，促进糖异生；,促进脂肪动员。,*此外，糖皮质激素和肾上腺素也可升高血糖，肾上腺素主要在应激状态下发挥作用。,胰高血糖素的作用机制：,（二）体内有多种升高血糖的激素,1胰高血糖素(glucagon)是升高血糖的主要激素,172,糖皮质激素的作用机制可能有两方面：促进肌肉蛋白质分解，分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生。抑

46、制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。,*此外，在糖皮质激素存在时，其他促进脂肪动员的激素才能发挥最大的效果，间接抑制周围组织摄取葡萄糖。,2糖皮质激素可升高血糖,173,肾上腺素的作用机制,通过肝和肌肉的细胞膜受体、cAMP、蛋白激酶级联激活磷酸化酶，加速糖原分解。主要在应激状态下发挥调节作用。,3肾上腺素是强有力的升高血糖的激素,（二）体内有多种升高血糖的激素,174,人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象称为葡萄糖耐量(glucose tolerence)。,三、糖代谢障碍导致血糖水平异常,临床上因糖代谢障碍可发生血糖水平紊乱，常见有以下两种类型：,低血糖(hypog

47、lycemia)高血糖(hyperglycemia),175,1.低血糖(hypoglycemia)的定义,2.低血糖的影响,空腹血糖浓度低于2.8mmol/L时称为低血糖。,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。,（一）低血糖是指血糖浓度低于2.8mmol/L,176,3.低血糖的病因,胰性（胰岛-细胞功能亢进、胰岛-细胞功能低下等）肝性（肝癌、糖原积累病等）内分泌异常（垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等）肿瘤（胃癌等）饥饿或不能进食,177,1.高血糖(hyperglycemia)的定义,2.肾糖阈的定义,临床上将空腹血糖浓

48、度高于7.1mmol/L 称为高血糖。,血糖浓度高于8.96mmol/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）高血糖是指空腹血糖高于7.1mol/L,178,持续性高血糖和糖尿，主要见于糖尿病(diabetes mellitus,DM)。,糖尿病是由于遗传和环境因素相互作用，引起胰岛素绝对或相对分泌不足以及靶组织细胞对胰岛素敏感性降低，引起蛋白质、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱综合征。,（三）糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病,“三多一少”,179,临床上将糖尿病分为二型:,型（胰岛素依赖型）型（非胰岛素依赖型）,多发生于青少年，主要与遗传有关，是自身免疫病

49、。,和肥胖关系密切，可能是由细胞膜上胰岛素受体丢失所致。,180,型（胰岛素依赖型）型（非胰岛素依赖型）,血糖正常而出现糖尿，见于慢性肾炎、肾病综合征等引起肾对糖的吸收障碍（肾性糖尿）。,生理性高血糖和糖尿可因情绪激动而出现。,糖尿病可分为二型:,181,常用降糖药物,胰岛素，治疗型糖尿病的唯一药物。磺酰脲类，刺激机体胰岛素的分泌。双胍类，用于轻型糖尿病患者。中药类，复合降糖作用。,182,四、高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应,183,小 结,糖的生理功能主要：氧化供能。,糖的分解代谢：糖的无氧分解、糖的有氧氧化、磷酸戊糖途径 限速酶、生成ATP的数量及方式、比较、磷酸戊糖途径的生理意义三羧酸

50、循环的特点及生理意义糖异生：概念、限速酶、甘油及乳酸等异生为糖血糖、来源与去路、调节血糖的激素,184,（131135）A.糖酵解 B.糖有氧氧化途径C.磷酸戊糖途径 D.糖异生途径E.糖原合成途径131人体所需能量主要来源于：132无氧时葡萄糖氧化分解生成丙酮酸的过程是：133为体内多种物质合成提供NADPH的是：134需将葡萄糖活化成UDPG才能进行的是：135将乳酸、甘油、氨基酸转变为糖的途径是：,B,A,C,E,D,习题,185,（141144）A.2分子 B.4分子 C.6分子 D.10分子 分子1411分子乙酰CoA彻底氧化可生成ATP：1421分子葡萄糖无氧时分解可生成ATP：1