糖代谢生化甲颜冬菁课件.ppt
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1、糖代谢生化甲颜冬菁,第二篇 内容,第六章 糖代谢第七章 脂类代谢第八章 生物氧化第九章 氨基酸代谢第十章 核苷酸代谢第十一章 非营养物质代谢第十二章 物质代谢的整合与调节,亚细胞定位基本代谢途径关键酶、调节方式能量产生生理意义,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 六 章,本章职业医师考试大纲,糖的化学,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。,糖的概念,葡萄糖(glucose)(已醛糖),糖的主要生理功能,1.为生命活动提供能源和碳源,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
2、体组织细胞的组成成分,这是糖的主要生理功能。,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。,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,Digestion,absorption and transportation of Carbohydrates,一、糖消化后以单体形式吸收,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。,食物中含有的大量纤维素,不能消化,但具有刺激肠蠕动
3、等作用。,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,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,乳糖,蔗糖,葡萄糖,果糖,半乳糖,乳糖酶,蔗糖酶,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,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,吸收部位:小肠上段;以单糖形式吸收,葡萄糖转运进入细胞,这一过程依赖于葡萄糖转运体(glucose transporter,GLUT)
4、。,二、细胞摄取葡萄糖需要转运体,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,第二节糖的无氧氧化,Glycolysis,一分子葡萄糖在胞液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)。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)。,一、糖无氧氧化反应过程分为糖酵解和乳酸生
5、成两个阶段,第一阶段:糖酵解第二阶段:乳酸生成糖无氧氧化的反应部位:胞液。,葡萄糖不利用氧的分解过程分为两个阶段:,葡萄糖磷酸化为葡糖-6-磷酸,葡萄糖,葡糖-6-磷酸(glucose-6-phosphate,G-6-P),(一)葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸,不可逆,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,对葡糖-6-磷酸的反馈抑制并不敏感。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。,
6、葡糖-6-磷酸转变为 果糖-6-磷酸,葡糖-6-磷酸,果糖-6-磷酸(fructose-6-phosphate,F-6-P),果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸,果糖-6-磷酸,果糖-1,6-二磷酸(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P),不可逆,果糖-1,6-二磷酸,果糖-1,6-二磷酸裂解成2分子磷酸丙糖,磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛,-磷酸甘油,脂肪代谢,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,NADH?NAD+?,1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,这种ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作
7、用直接相偶联的反应过程,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,3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,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,不可逆,累计生成多少分子ATP?方式?,(二)丙酮酸被还原为乳酸,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。,糖的无氧氧化,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
8、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),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,磷酸化与去磷酸化,(一)磷酸果糖激酶-1对调节糖酵解速率最重要,别构调节,别构激活剂:AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P(最强)别构抑制剂:柠檬酸;ATP(高浓度),ATP对磷酸果糖激酶-1的调节:,一般底物促进,产物抑制;这里例外!,胰高血糖素通过cAMP和依赖cAMP的蛋白激酶,使6-磷酸果糖激酶-2磷酸化而失活,降低肝细胞内 2,6-双磷酸果糖水平,抑制糖酵解;
9、而胰岛素的作用则相反。胰岛素和胰高血糖素作用相反,激素调节,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,(二)丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点,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,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),(三)己糖激酶受到反馈抑制调节,葡糖-6-磷酸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。胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录,促进酶的合成。,三、糖无氧氧化的主要生理意义是机体不利用氧快速供能,糖无氧氧化最
10、主要的生理意义在于迅速提供能量,这对肌收缩更为重要。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,四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物,除葡萄糖外,其他己糖如果糖、半乳糖和甘露糖也都是重要的能源物质,它们可转变成糖酵解的中间产物磷酸己糖而进入糖酵解提供能量。,小结,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(aerobic oxidation)。是体内糖分解供能的主要方式。,部位:胞液及线粒体,概念,第三节糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,葡萄糖有氧氧化
11、概况,1st:糖酵解,2nd:丙酮酸的氧化脱羧,3rd:TAC,4th:氧化磷酸化(第八章 生物氧化),1分子NADH2分子ATP,(一)葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸,总反应式:,(二)丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA,一、糖的有氧氧化分为三个阶段,(三)乙酰CoA进入柠檬酸循环以及氧化磷酸化生成ATP,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,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,TPP 硫辛酸()HSCoAFAD,NAD+,酶,辅酶,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
12、生成,4.硫辛酰胺的生成,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。,二、三羧酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统,概述,反应部位:线粒体,1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸,乙酰辅酶A(acetyl CoA)与草酰乙酸(oxaloacetate)缩合成柠檬酸(citrate)反应由柠檬酸合酶(citrate synthase)催化,(一)柠檬酸循环由八步反应组成,柠檬酸循环中第一个限速步骤
13、,不可逆反应,2.柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸,此反应是由顺乌头酸酶催化的异构化反应由两步反应构成,(1):脱水反应(2):水合反应,3.异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸,异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶(Isocitrate dehydrogenase)作用下,氧化脱羧而转变成-酮戊二酸(-Ketoglutarate),不可逆反应,柠檬酸循环中第二个限速步骤,4.-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA,在-酮戊二酸脱氢酶复合体催化下-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA);该脱氢酶复合体的组成及催化过程与丙酮酸脱氢酶复合体类似。,不可逆反应,柠檬酸循环中第三个限速步骤,5.琥珀酰
14、CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应,在琥珀酰CoA合成酶催化下,琥珀酰CoA的高能硫酯键水解与GDP磷酸化偶联,生成琥珀酸、GTP和辅酶A。这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。,6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸,此步反应由琥珀酸脱氢酶催化,其辅酶是FAD,是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。,7.延胡索酸加水生成苹果酸,苹果酸酶催化此步反应。,8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶催化此步反应,辅酶是NAD+。,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,异柠檬酸脱氢酶,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,经过一次柠檬酸循环,消耗一分子乙酰CoA;经四次脱氢,二
15、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。,柠檬酸循环的要点:,循环的中间产物既不能通过此循环反应生成,也不被此循环反应所消耗。但是机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的。,三羧酸循环中脱羧产生的两个CO2分子来自草酰乙酸,而不是来自乙酰辅酶A。,体内凡是能转变为乙酰CoA的物质,都能进入三羧酸循环而被彻底氧化。,例如:,(三)柠檬酸循环在三大营养物质代谢中具有重要生理意义,柠檬酸循环是三大营养物质分解产能的共同通路。柠檬酸循环是糖、脂肪、氨
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