第五章糖代谢第五八节课件.pptx
,作者:赵晶,单位:空军军医大学,第五章,糖代谢-2,Metabolism of Carbohydrates,作者:赵晶单位:空军军医大学第五章 糖代谢-2M,第五节 糖原的合成与分解,第六节 糖异生,第七节 葡萄糖的其他代谢途径,第八节 血糖及其调节,第五节 糖原的合成与分解第六节 糖异生第七节 葡萄糖的,重点难点,糖原合成与分解的主要步骤、关键酶和生理意义;糖异生的原料、重要中间产物、关键酶和生理意义,糖原合成与分解关键酶的调节;糖异生与糖酵解的底物循环调节;乳酸循环的概念和生理意义;血糖调节激素及其作用机制,糖原累积症的发病机制;糖醛酸途径、多元醇途径的概念和生理意义;血糖的来源和去路;糖代谢异常所致疾病,重点难点熟悉了解掌握糖原合成与分解的主要步骤、关键酶和生理意,糖原的合成与分解,第五节,Glycogenesis and Glycogenolysis,糖原的合成与分解第五节Glycogenesis and Gl,糖原(glycogen)的概念:,种类和功能:,动物体内的葡萄糖多聚体,是可迅速动用的能量储备,肌糖原:180 300g,主要为肌收缩供能,肝糖原:70 100g,维持血糖水平,糖原(glycogen)的概念:种类和功能:动物体内的葡萄糖,糖原的结构特点:,糖原的代谢概况:,多分支状,一个还原性末端和多个非还原性末端主要以-1,4-糖苷键连接,分支处为-1,6-糖苷键葡萄糖单元的增减发生于多个非还原端,效率高,葡糖-6-磷酸,葡糖-1-磷酸,葡萄糖,肝糖原肌糖原,UDPG,糖原合成,糖原分解,乳酸,肝糖原分解,肌糖原分解,糖原的结构特点:糖原的代谢概况:多分支状,一个还原性末端和多,一、糖原合成(glycogenesis),肝、肌的细胞质中,耗能将葡萄糖连接形成分支状多聚体,概念:,(一)葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖,一、糖原合成(glycogenesis)肝、肌的细胞质中,耗,“活性葡萄糖”,+,PPi,UDPG焦磷酸化酶,2Pi+能量,葡糖-1-磷酸,尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphosphate glucose,UDPG),“活性葡萄糖”+UTP尿苷 PPPPPiUDPG焦磷酸化,(二)糖原合成的起始需要引物,(三)UDPG中的葡萄糖基连接形成直链和支链,引物(-1,4-糖苷键),糖原蛋白(自身糖基化酶),+,耗能:糖原分子每延长1个葡萄糖基,需消耗 2 个ATP,-1,4-糖苷键,-1,6-糖苷键,(二)糖原合成的起始需要引物(三)UDPG中的葡萄糖基连接形,分支酶的作用,分支酶的作用 分支酶(branching enzyme),二、糖原分解(glycogenolysis),糖原分子从非还原性末端进行磷酸解而被机体快速利用,概念:,(一)糖原磷酸化酶分解-1,4-糖苷键释出葡糖-1-磷酸,分解产物主要为葡糖-1-磷酸,少量为游离葡萄糖,二、糖原分解(glycogenolysis)糖原分子从非还原,(二)脱支酶分解-1,6-糖苷键释出游离葡萄糖,脱支酶具有两种酶活性,(二)脱支酶分解-1,6-糖苷键释出游离葡萄糖脱支酶(,(三)肝利用葡糖-6-磷酸生成葡萄糖而肌不能,肝糖原分解为葡萄糖,补充血糖肌糖原分解为乳酸,为肌收缩供能,(三)肝利用葡糖-6-磷酸生成葡萄糖而肌不能葡糖-1-磷酸葡,糖原的合成与分解全过程,糖原的合成与分解全过程UDPG焦磷酸化酶 G-1-P,三、糖原合成与分解的调节彼此相反,(一)磷酸化修饰对两个关键酶进行反向调节,1.磷酸化的糖原磷酸化酶是活性形式,2.去磷酸化的糖原合酶是活性形式,多种激酶,磷蛋白磷酸酶-1,磷蛋白磷酸酶-1,三、糖原合成与分解的调节彼此相反(一)磷酸化修饰对两个关键酶,(二)激素反向调节糖原的合成与分解,1.肝糖原分解主要受胰高血糖素调节;肌糖原分解主要受肾上腺素调节,(二)激素反向调节糖原的合成与分解1.肝糖原分解主要受胰高,2.肝糖原和肌糖原的合成主要受胰岛素调节,激活磷蛋白磷酸酶-1,催化广泛的去磷酸反应,抑制糖原合酶激酶,避免糖原合酶磷酸化,维持活化,使糖原合酶去磷酸而活化使糖原磷酸化酶b激酶、糖原磷酸化酶去磷酸而失活,磷蛋白磷酸酶-1受负调节,2.肝糖原和肌糖原的合成主要受胰岛素调节激活磷蛋白磷酸酶-,(三)肝糖原和肌糖原分解受不同的别构剂调节,1.肝糖原和肌糖原的合成受相同的别构剂调节,2.肝糖原和肌糖原的分解受不同的别构剂调节,肝糖原磷酸化酶主要受葡萄糖的别构抑制,肌糖原分解主要受能量和Ca2+的别构调节,能量调节磷酸化酶:受AMP激活;受ATP和葡糖-6-磷酸抑制肌收缩Ca2+升高,别构激活磷酸化酶b激酶,(三)肝糖原和肌糖原分解受不同的别构剂调节1.肝糖原和肌糖,四糖原累积症(glycogen storage diseases),遗传性代谢病,先天性酶缺陷导致某些组织堆积糖原,糖原累积症分型,四糖原累积症(glycogen storage disea,糖异生,第六节,Gluconeogenesis,糖异生第六节Gluconeogenesis,糖异生的概念:,在肝、肾细胞的胞质及线粒体,由非糖化合物(乳酸、甘油、生糖氨基酸等)转变为葡萄糖或糖原的过程,一、糖异生不完全是糖酵解的逆反应,糖酵解的3个关键酶反应不可逆,糖异生需由另外的酶催化,糖异生与糖酵解的大多数反应可逆,糖异生的概念:在肝、肾细胞的胞质及线粒体,由,(一)丙酮酸经丙酮酸羧化支路生成磷酸烯醇式丙酮酸,1.丙酮酸羧化支路包括两步反应,丙酮酸,草酰乙酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase),辅因子为生物素(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),(一)丙酮酸经丙酮酸羧化支路生成磷酸烯醇式丙酮酸1.丙酮酸,2.将草酰乙酸运出线粒体有两种方式,苹果酸转运:有NADH运出天冬氨酸转运:无NADH运出,NADH+H+,NAD+,2.将草酰乙酸运出线粒体有两种方式丙酮酸丙酮酸草酰乙酸,糖异生所需 NADH+H+的来源,糖异生所需 NADH+H+的来源氨基酸糖异生脂肪酸,(二)果糖-1,6-二磷酸水解为果糖-6-磷酸,(三)葡糖-6-磷酸水解为葡萄糖,(二)果糖-1,6-二磷酸水解为果糖-6-磷酸(三)葡糖-6,糖异生原料的入口一览图,NADH,葡萄糖 丙酮酸 果糖-1,6-二磷酸 3-磷,二、糖异生和糖酵解主要调节两个底物循环,底物循环(substrate cycle):由不同的酶催化底物和产物的互变反应,两酶活性不等:代谢向活性强的一方推进两酶活性相等:不能向任一方向推进,二、糖异生和糖酵解主要调节两个底物循环 底物循环(subs,(一)第一个底物循环调节果糖-6-磷酸与果糖-1,6-二磷酸的互变,(一)第一个底物循环调节果糖-6-磷酸与果糖-1,6-二磷酸,(二)第二个底物循环调节磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸的互变,(二)第二个底物循环调节磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸的互变磷酸烯,(三)两个底物循环的调节相互联系和协调,通过中间代谢物协调两个底物循环,通过激素协调两个底物循环,果糖-1,6-二磷酸,第一个底物循环的磷酸果糖激酶-1,第二个底物循环的丙酮酸激酶,抑制第二个底物循环中丙酮酸激酶,胰高血糖素,减少第一个底物循环中果糖-2,6-二磷酸的生成,(三)两个底物循环的调节相互联系和协调通过中间代谢物协调两个,三、糖异生的主要生理意义是维持血糖恒定,(一)维持血糖恒定是肝糖异生最重要的生理作用,肝内糖异生的主要原料为乳酸、生糖氨基酸和甘油,运动时,乳酸来自肌糖原分解饥饿时,氨基酸和甘油来自蛋白质和脂肪分解,三、糖异生的主要生理意义是维持血糖恒定(一)维持血糖恒定是肝,(二)糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径,(三)肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡,三碳途径: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,长期饥饿时,体液pH降低,促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成,导致-酮戊二酸因异生成糖而减少,从而促进谷氨酰胺两次脱氨,调节pH,(二)糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径(三)肾糖异生增,四、乳酸循环(Cori cycle),乳酸再利用,防止酸中毒,四、乳酸循环(Cori cycle)糖异生活跃肝肌葡萄糖葡萄,葡萄糖的其他代谢途径,第七节,Other Metabolic Pathways of Glucose,葡萄糖的其他代谢途径第七节Other Metabolic P,一、糖醛酸途径(glucuronate pathway)生成葡糖醛酸,活化的葡糖醛酸,一、糖醛酸途径(glucuronate pathway)生成,二、多元醇途径(polyol pathway)生成少量多元醇,葡萄糖代谢可生成一些多元醇,如木糖醇(xylitol)、山梨醇(sorbitol)此途径局限于某些组织,在葡萄糖代谢中所占比例极小多元醇本身无毒,不易通过细胞膜对肝、脑、肾上腺、眼等具有重要的生理病理意义,二、多元醇途径(polyol pathway)生成少量多元醇,血糖及其调节,第八节,Blood Glucose and its Regulation,血糖及其调节第八节Blood Glucose and its,血糖(blood sugar,blood glucose)的概念:,指血中的葡萄糖正常血糖浓度始终稳定在 3.96.0 mmol/L肝是调节血糖的主要器官(肝糖原、糖异生)保证重要组织器官的供能(如脑、红细胞),血糖(blood sugar,blood glucose)的,一、血糖水平保持恒定,是血糖来源和去路相对平衡的结果,一、血糖水平保持恒定是血糖来源和去路相对平衡的结果食物糖,二、血糖稳态主要受激素调节,调节血糖的主要激素,激素调节的整合作用,二、血糖稳态主要受激素调节降低血糖:胰岛素(insulin,(一)胰岛素是降低血糖的主要激素,血糖升高时分泌增多,促进肌、脂肪组织等通过GLUT4摄取葡萄糖激活磷酸二酯酶而降低cAMP水平,使糖原合酶活化、磷酸化酶抑制激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶,使丙酮酸脱氢酶活化抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成,同时因肌蛋白质合成加速而使糖异生原料减少,抑制肝内糖异生糖分解产生乙酰CoA和NADPH增多,促进合成脂肪酸,促进糖原、脂肪、蛋白质合成,特点:,机制:,(一)胰岛素是降低血糖的主要激素血糖升高时分泌增多促进肌、脂,(二)体内有多种升高血糖的激素,1.胰高血糖素是升高血糖的主要激素,血糖降低或血中氨基酸升高时,分泌增多,抑制糖原合酶而激活磷酸化酶,加速肝糖原分解抑制磷酸果糖激酶-2、激活果糖二磷酸酶-2,减少果糖-2,6-二磷酸的合成,抑制糖酵解、促进糖异生抑制肝内丙酮酸激酶,抑制糖酵解,同时促进磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成,促进糖异生激活脂肪组织内激素敏感性脂肪酶,促进脂肪分解供能,促进肝糖原分解和糖异生,促进脂类供能,特点:,机制:,(二)体内有多种升高血糖的激素1.胰高血糖素是升高血糖的主,两种激素的分泌彼此相反,体内胰岛素和胰高血糖素的动态关系,使胰岛素分泌的信号(如血糖升高)可抑制胰高血糖素分泌使胰岛素分泌减少的信号可促进胰高血糖素分泌,两种激素的作用相互拮抗,调节三大营养物代谢最主要的两种激素糖、脂肪、氨基酸代谢的变化主要取决于二者的比例,两种激素的分泌彼此相反体内胰岛素和胰高血糖素的动态关系使,2.糖皮质激素可升高血糖,3.肾上腺素是强有力的升高血糖的激素,促进肌蛋白质分解,分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生抑制丙酮酸的氧化脱羧,减少体内葡萄糖的分解利用协同增强其他激素促进脂肪动员的效应,促进利用脂肪酸供能,经肝和肌内依赖cAMP的磷酸化级联激活磷酸化酶,加速糖原分解主要在应激状态下发挥调节作用,2.糖皮质激素可升高血糖3.肾上腺素是强有力的升高血糖的,三、糖代谢障碍导致血糖水平异常,糖耐量试验(glucose tolerance test),结果分析:正常:血糖在0.51h达到高峰,一般不出现糖尿;此后逐渐降低,约2h降至7.8mmol/L以下,约3h回落至接近空腹血糖水平。糖尿病:空腹血糖高于正常值;服糖后血糖急剧升高,出现糖尿;此后缓慢降低,约2h后仍可高于11.1mmol/L。,方法:先测量空腹静脉血糖,饮用75g无水葡萄糖后,分别于 30min、1h、2h测量静脉血糖值,绘制曲线,三、糖代谢障碍导致血糖水平异常糖耐量试验(glucose t,(一)低血糖(hypoglycemia)指血糖浓度低于 2.8 mmol/L,血糖过低影响脑功能,出现头晕、心悸等,严重时昏迷原因:胰性;肝性;内分泌异常;肿瘤;饥饿或不能进食等,(一)低血糖(hypoglycemia)指血糖浓度低于 2.,(二)高血糖(hyperglycemia)指空腹血糖高于 7 mmol/L,遗传性胰岛素受体缺陷,导致高血糖肾对糖重吸收障碍引起高血糖,但血糖及糖耐量曲线均正常情绪激动时肾上腺素分泌增加,使肝糖原大量分解静脉滴注葡萄糖速度过快,使血糖迅速升高,(二)高血糖(hyperglycemia)指空腹血糖高于 7,(三)糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病,特征是持续性高血糖和糖尿部分或完全胰岛素缺失(1型)、胰岛素抵抗(2型)多种并发症,与血糖升高程度、病史长短相关,(三)糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病特征是持续性高血糖和糖尿,四、高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应,不依赖酶的糖化作用(hemoglobin glycation):高糖刺激使细胞生成晚期糖化终产物(advanced glycation end products,AGEs),与体内多种蛋白发生广泛交联,对肾、视网膜、心血管等造成损伤AGEs引起氧化应激:AGEs被其受体识别,激活多条信号通路,产生活性氧而诱发氧化应激,氧化细胞内多种酶类、脂质等而使之失活氧化应激促进AGEs的形成及交联,二者共同参与糖尿病并发症的发生发展,四、高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应不依赖酶的糖化作用(he,糖原主要储存于肝和肌,肝糖原补充血糖,肌糖原为肌收缩供能糖原的合成与分解主要受到糖原合酶和糖原磷酸化酶的磷酸化修饰反向调节糖异生指非糖物质在肝和肾转变为葡萄糖或糖原,调节血糖或补充肝糖原糖异生和糖酵解的调节主要针对两个底物循环,果糖-2,6-二磷酸是主要调节信号乳酸循环指肌内糖无氧氧化和肝内糖异生偶联发生,对乳酸再利用以避免酸中毒正常人血糖相对恒定,其来源和去路的动态平衡主要受激素调节胰岛素降低血糖;胰高血糖素、糖皮质激素、肾上腺素可升高血糖糖代谢紊乱导致高血糖或低血糖,糖尿病最为常见,糖原主要储存于肝和肌,肝糖原补充血糖,肌糖原为肌收缩供能,本章知识点框架,葡萄糖代谢共同起始:糖酵解(胞质中生成丙酮酸)产能少:无氧氧,第五章糖代谢第五八节课件,