第3章糖代谢.ppt

糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 三 章,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。,糖的化学,（一）糖的概念,（二）糖的分类及其结构,根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。,单糖(monosacchride)寡糖(oligosacchride)多糖(polysacchride)结合糖(glycoconjugate),葡萄糖(glucose)已醛糖,果糖(fructose)已酮糖,1.单糖 不能再水解的糖。,目 录,半乳糖(galactose)已醛糖,核糖(ribose)戊醛糖,目 录,2.寡糖,常见的几种二糖有,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。,3.多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。,常见的多糖有,淀 粉(starch),糖 原(glycogen),纤维素(cellulose),淀粉 是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒,目 录,糖原(动物淀粉)是动物体内葡萄糖的储存形式,目 录,纤维素 作为植物的骨架,目 录,4.结合糖 糖与非糖物质的结合物。,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。,常见的结合糖有,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,G进入细胞后首先的反应是磷酸化Mg2+作用:激活剂已糖激酶:是二聚体结构,含二个亚基同工酶:已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为至型型:主要分布于脑和肾中型:主要存在于骨骼肌和心肌中型:主要存在于肝脏和肺脏中型:只存在于肝脏中,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(km很高)受激素调控(受胰岛素的诱导),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),该反应是可逆反应G第一位的羰基移到了第二个C异构反应需要以开链形式进行,异构化以后重新闭环,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-1,6-2P),Mg 2+-ATP复合物 6-磷酸果糖激酶-1是一种变构酶,该酶由4个亚基组成,是一个四聚体该酶的催化效率很低,糖酵解的速率严格地依赖该酶的活力水平,所以它是调节糖酵解途径的最重要的关键酶发现有三种同工酶,分别称为A,B,C.同工酶A存在于心肌和骨骼肌中,同工酶B存在于肝和红细胞中,同工酶C存在于脑中.,1,6-双磷酸果糖,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,醛缩酶有二种不同的类型:主要分布于高等动植物,酶分子中的SH是酶的必需基团.:主要存在于细菌、真菌、酵母以及藻类中.,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,小结:前述的五步反应完成了糖酵解的准备阶段.准备阶段包括了2个磷酸化反应,以及由六碳糖裂解为2分子的三碳糖,最后都转变成为3-磷酸甘油醛在这一阶段,并没有获得任何能量,反而消耗了2个ATP,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,-SH,该酶含有4个相同的亚基,每个亚基由330个氨基酸残基组成的,活性部分含有-SH(亲核性)该酶可被一些重金属离子和烷化剂所抑制.,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-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase),1.磷酸甘油酸激酶的结构和已糖激酶的结构很相似,含有二个结构域2.Mg 2+是种必需激活剂,和ADP结合成Mg 2+-ADP复合物3.ADP上的位磷酸基团向1.3-BPG上的磷原子发动亲核攻击,从而形成ATP和3-磷酸甘油酸.,3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,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,催化此反应的酶是烯醇化酶，它在结合底物前必须先结合2价阳离子如Mg2+、Mn2+，形成复合物，才能表现出活性。该酶的相对分子量为85000，氟化物是该酶强烈的抑制剂，原因是氟无机磷酸结合形成一个复合物，取代了酶分子上Mg2+的位置，从而使酶失活。,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,丙酮酸激酶是由4个亚基构成的四聚体，是酵解途径中的一个重要的变构酶，其催化活性需要2价阳离子参与，如Mg2+、Mn2+；果糖-1,6-二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用；而ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸对该酶有抑制作用。,(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。,*乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),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 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）,除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。,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,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,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,1.能够迅速提供能量,这对肌肉收缩尤为重要,第 三 节糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,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,脚气病:当VitB1缺乏时,体内TPP不足,则会影响丙酮酸脱氢酶的活性,使丙酮酸脱羧受阻,以致NS,心肌能量供应不足,并伴随丙酮酸和乳酸在NS,心肌里堆积,影响其代谢和功能,引起脚气病.主要表现为肢端感觉减退、异常，深反射减退或消失等多发性神经炎的症状，常伴有下肢浮肿、食欲减退、胃肠功能紊乱。严重者可引起心衰，影响心肌功能等。,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,TCA简图,C4+C2 C6 C6 C6 C6 C5 C4 C4 C4 C4完成一次循环,三、生化历程 1、乙酰CoA与草酰乙酸及H2O缩合生成柠檬酸，放出HSCoA。不可逆,2、柠檬酸脱水生成顺乌头酸-H2O 可逆,3、顺乌头酸与H2O加成，生成异柠檬酸 异构化反应+H2O 可逆,通过23步，将柠檬酸异构化为异柠檬酸。实质是将前者的OH从C3变到了后者的C2，成为仲醇（由叔醇变为仲醇），更易氧化。,45、异柠檬酸氧化脱羧生成酮戊二酸 第一次脱氢脱羧 可逆 消耗1NAD，生成1NADHH，1CO2,该酶是别构酶，激活剂是ADP，抑制剂是NADH、ATP。有两种同工酶：以NAD为电子受体，存在于线粒体中，需Mg2。以NADP为电子受体，存在于胞液中，需Mn2。,6、酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 第二次脱氢脱羧 不可逆 消耗1NAD，生成1NADHH，1CO2,生成一个高能键“”，此步类似于丙酮酸的氧化脱羧。酮戊二酸脱氢酶系包括：E1:酮戊二酸脱氢酶:TPP E2:二氢硫辛酸转琥珀酰基酶:硫辛酸,CoA E3:二氢硫辛酸脱氢酶:NAD+,FAD+,7、琥珀酸的生成,是TCA中唯一直接产生ATP的反应，属于底物磷酸化,ATP的生成,底物水平磷酸化,通过代谢，在底物分子上形成一个高能键，然后再直接转交给其它二磷酸核苷(ADP)，生成相应的三磷酸核苷(ATP)的过程。,实例（三个）3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 3-二磷酸甘油酸 2-二磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸-酮戊二酸 琥珀酰CoA 琥珀酸,A,ATP生成的次要方式,能量产生及关键酶,GTP在生物合成中有其特殊的作用1)在蛋白质的合成以及磷酸的合成中起着重要的载体作用;2)GTP还可参加细胞内信号的传导;3)GTP+ADP,8、琥珀酸氧化生成延胡索酸,第三次脱氢（FAD脱氢）可逆,生成1FADH2,1)该酶是唯一结合在线粒体内膜上的酶,是线粒体内膜的一个重要组成部分，而其它酶都大多位于基质中.2)丙二酸是竞争性抑制剂,9、延胡索酸水化生成苹果酸 水化作用 可逆 消耗1H2O,此酶的专一性很强,只能作用反式构型的延胡索酸,10、苹果酸脱氢氧化生成草酰乙酸 第四次脱氢 可逆 消耗1NAD，生成1NADHH,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。,表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，,例如：,机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。,机体糖供不足时，可能引起TAC运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解。,*所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。,草酰乙酸,其来源如下：,2.三羧酸循环的生理意义,TCA循环是生物体获能的主要途径，远比无氧分解产生的能量多。TCA是三大营养物质的最终代谢通路，糖、脂肪、氨基酸的彻底分解都需通过TCA途径TCA又是三大营养物质代谢联系的枢纽，许多中间产物如草酰乙酸、酮戊二酸、琥珀酰CoA等又是合成糖、氨基酸等的原料。,-酮戊二酸,草酰乙酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,柠檬酸,乙酰CoA,磷酸烯醇式丙酮酸,甘油三酯,葡萄糖或糖原,丙酮酸,糖、脂、氨基酸代谢的联系,三羧酸循环 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。,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,三、有氧氧化的调节,关键酶,酵解途径：己糖激酶,丙酮酸的氧化脱羧：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,-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶,1.丙酮酸脱氢酶复合体,别构调节,共价修饰调节,目 录,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,Ca2+,ATP、ADP的影响,产物堆积引起抑制,循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶,其他，如Ca2+可激活许多酶,2.三羧酸循环的调节,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三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧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。,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。,(1)6-磷酸葡萄糖 转变为 6-磷酸葡萄糖酸内酯,NADP+,NADPH+H+,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PD),限速酶，对NADP+有高度特异性,(2)6-磷酸葡萄糖酸内酯 转变为6-磷酸葡萄糖酸,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,H2O,内酯酶,CO2,(3)6-磷酸葡萄糖酸转变为 5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖酸,NADP+,NADPH+H+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,5-磷酸核酮糖,5-磷酸核糖,异构酶,2.异构化反应,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,1.磷酸戊糖生成,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由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。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,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-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,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,总反应式,36-磷酸葡萄糖+6 NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2,磷酸戊糖途径的特点,脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。反应中生成了重要的中间代谢物5-磷酸核糖。一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。,二、磷酸戊糖途径的调节,*6-磷酸葡萄糖脱氢酶,此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。,此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。,三、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(例:RBC),2G-SH G-S-S-G,NADP+NADPH+H+,A AH2,磷酸戊糖途径与溶血性贫血,一些具有氧化作用的外源性物质如蚕豆、抗疟药、磺胺药等,NADPH+H+,一些具有氧化作用的外源性物质如蚕豆、抗疟药、磺胺药等,第 五 节 糖原的合成与分解 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,1.葡萄糖单元以-1,4-糖苷 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，分支增加，溶解度增加。3.每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的结构特点及其意义,目 录,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,这步反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成-1,4-糖苷键，所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合。,半缩醛羟基与磷酸基之间形成的O-P键具有较高的能量。,*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(uridine diphosphate glucose,UDPG),4.-1,4-糖苷键结合,*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,糖原合成的特点:,1.关键酶:糖原合酶;分支酶2.UTP参与UDPG的合成3.需要糖原引物4.能量变化:每合成1分子的Gn需要消耗 2ATP,所以说糖原合成是耗能过程.,二、糖原的分解代谢,*定义,*亚细胞定位：胞 浆,糖原分解(glycogenolysis)习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,糖原的降解主要依赖三种酶:,1.糖原磷酸化酶 2.糖原脱支酶 3.磷酸葡萄糖变位酶,1.糖原的磷酸解,磷酸化酶催化的特点:从糖原分子的非还原端断下一个葡萄糖分子,同时又出现一个新的非还原端末端的葡萄糖分子.这样可以连续地将末端位置的葡萄糖残基一个个地移去,Pi,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,最终产物:85%为1-磷酸葡萄糖,15%为游离G,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。,G-6-P的代谢去路,G（补充血糖）,G-6-P,F-6-P（进入酵解途径）,G-1-P,Gn（合成糖原）,UDPG,6-磷酸葡萄糖内酯（进入磷酸戊糖途径）,葡萄糖醛酸（进入葡萄糖醛酸途径）,小 结,反应部位：胞浆,3.糖原的合成与分解总图,三、糖原合成与分解的调节,这两种关键酶的重要特点：*它们的快速调节有共价修饰和变构调节二种方式。*它们都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,调节有级联放大作用，效率高；,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；,受激素调节。,1.共价修饰调节,磷酸化酶b激酶,糖原合酶 a 有活性,糖原合酶b-P 无活性,磷酸化酶b 无活性,磷酸化酶a-P有活性,磷蛋白磷酸酶抑制剂,抑制糖原合成,促进糖原分解,2.别构调节,磷酸化酶二种构象紧密型(T)和疏松型(R)，其中T型的14位Ser暴露，便于接受前述的共价修饰调节。,*葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。,肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同,*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6-磷酸葡萄糖。,调节小结,双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。,双重调节：别构调节和共价修饰调节。,肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点：如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。,关键酶调节上存在级联效应。,关键酶都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,四、糖原积累症,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。,糖原积累症分型,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(gluconeogenic 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）,丙酮酸羧化酶是存在于线粒体基质的酶，由4个亚基组成的四聚体。每个亚基都与Mg2结合。每个亚基的相对分子质量为120，000.乙酰CoA是该酶强有力的别构激活剂。磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶由一条单一肽链构成的，其相对分子质量为740,000，不同生物该酶在亚细胞内的位置不同，在人类则均匀分布在细胞液中。,草酰乙酸转运出线粒体,丙酮酸,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+。,由乳酸为原料异生糖时，NADH+H+由下述反应提供。,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,1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖,Pi,果糖双磷酸酶,上述反应的意义就在于避开了糖酵解过程中不可能进行的直接逆反应，即生成一个ATP分子和6-磷酸果糖 的吸能反应，而将其改变为释放无机磷酸的放能反应,1,6-二磷酸果糖转变为6-磷酸果糖,糖的异生作用,果糖二磷酸酶-1,3.6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶是一种结合在光面内质网的一种酶，它的活性需有一种Ca2+结合的稳定蛋白协同作用,非糖物质进入糖异生的途径,糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物,上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原,目 录,二、糖异生的调节,在前面的三个反应过程中，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(substratecycle)。,因此，有必要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。,当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而称之为无效循环(futile cycle)。,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,ATP,ADP,6-磷酸果糖激酶-1,Pi,果糖双磷 酸酶-1,1.6-磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间,cAMP,2.磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间,PEP,丙 酮 酸,ATP,ADP,丙酮酸激酶,乙 酰 CoA,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,-,丙酮酸脱氢酶,胰高血糖素,-,cAMP,-,2,6-双磷酸果糖,-,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,八、乳酸循环(lactose cycle)（Cori 循环）,概念,指肌收缩(尤其是氧供应不足时),通过糖酵解生成乳酸.肌内糖异生活性低,所以乳酸通过细胞膜弥散入血液后,再入肝,在肝内异生成葡萄糖,葡萄糖再释入血液后,又可以被肌肉摄取,这样就构成一个循环.,乳酸循环(Cori Cycle),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。促进肝糖原的不断更新,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。,总结：6-磷酸葡萄糖参与的反应,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。,血糖的来源与去路,血糖（3.896.11mmol/L）,血糖 8.9mmol/L,来三去四,二、血糖水平的调节,*主要依靠激素的调节,（一）胰岛素,体内唯一降低血糖水平的激素也是唯一能够同时促进糖原、蛋白质和脂肪合成的激素,胰岛素是由胰腺细胞分泌的，它是由A,B二条链借二硫键连接而成的。,（1）促进肌肉、脂肪组织等的细胞膜葡萄糖 载体将葡萄糖转运入细胞内。,（2）使糖原合酶活性增强，加速糖原合成；使 磷酸化酶活性降低，抑制糖原分解。,（3）激活丙酮脱氢酶，加快糖的有氧氧化。,（4）抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶合成及减少 肝糖异生的原料，抑制肝内糖异生,（5）抑制脂肪动员，从而促进糖的利用。,胰岛素的作用机制:,（二）胰高血糖素,体内升高血糖水平的主要激素,它是由胰岛的细胞分泌的，在 细胞内先合成一个分子较大的前体，分泌时再从前体分解下由29个AA组成的胰高血糖素。血糖降低或血内AA升高都会刺激其分泌。,胰高血糖素对血糖浓度的调节机制,（1）抑制糖原合酶、激活磷酸化酶，促进糖 原分解。,（2）减少2，6-双磷酸果糖的合成，抑制糖 酵解。,（3）促进磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，增强糖异生。,（4）促进脂肪动员，减少糖果的利用，间接 升高血糖果水平。,（三）糖皮质激素,引起血糖升高，肝糖原增加,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。抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，间接升高血糖,*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。,（四）肾上腺素,强有力的升高血糖的激素,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。此外还可以抑制糖酵解，增强糖异生作用。,*葡萄糖耐量(glucose tolerence),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动和持续升高。,指人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象。,糖耐量试验(glucose tolerance test,GTT),目的：临床上用来诊断病人有无糖代谢异常。,口服糖耐量试验的方法,被试者清晨空腹静脉采血测定血糖浓度，然后一次服用100g葡萄糖，服糖后的1/2、1、2h（必要时可在3h）各测血糖一次。以测定血糖的时间为横坐标（空腹时为0h），血糖浓度为纵坐标，绘制糖耐量曲线。,糖耐量曲线,正常人：服糖后1/21h达到高峰，然后逐渐降低，一般2h左右恢复正常值。,糖尿病患者：空腹血糖高于正常值，服糖后血糖浓度急剧升高，2h后仍可高于正常。,三、血糖水平异常,（一）高血糖及糖尿症,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。,原因：生理性高血糖 情绪激动时交感神经兴奋、一次性大量摄入葡萄糖,病理性高血糖 常见于内分泌机能失调，如糖尿病。如胰岛-细胞功能低下、肾上腺皮质功能抗进等。,高血糖与糖尿,生理性糖尿：情感性糖尿 饮食性糖尿病理性糖尿：如糖尿病。,当血糖浓度超过肾糖阈时则出现糖尿。,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。,高血糖及糖尿的病理和生理原因,持续性高血糖和糖尿，主要见于糖尿病(diabetes mellitus,DM)。,型（胰岛素依赖型）型（非胰岛素依赖型）,糖尿病可分为二型:,(二）低血糖,1.低血糖(hypoglycemia)的定义,2.低血糖的影响,空腹血糖浓度低于3.333.89mmol/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。,3.低血糖的病因,糖摄入不足或吸收不良 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）临床治疗时胰岛素使用过量胰性（胰岛-细胞功能亢进、胰岛-细胞功能低下等）,