《糖代谢本科》PPT课件.ppt

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1、第二篇 物质代谢及其调节,糖代谢脂类代谢生物氧化氨基酸代谢核苷酸代谢各代谢的联系与调节,高血脂、脂肪肝,短跑，面、大米在体内的转化,能量的生成,牛奶在体内的转化,嘌呤、嘧啶的合成,生命现象的基本特征：新陈代谢,新陈代谢的目的：保持内环境相对稳定,物质代谢特点：合成代谢与分解代谢处于动态平衡 伴有能量改变 各物质代谢紧密联系 严密的调节机制,注意掌握：基本反应途径、关键酶与主要调节环节、重要生理意义、各物质代谢相互联系、代 谢异常与疾病,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 四 章,糖类：四种生物大分子之一,糖类广泛存在于自然界：干重占植物：85%95%干重占细

2、菌：10%30%干重占动物：小于2%（但能量主要来源于糖）,糖类是地球上数量最多的一类有机化合物 地球生物量干重的50%以上是葡萄糖的聚合物,糖类的根本来源：绿色细胞进行的光合作用,生命的起源：三个关键过程 1.无机物到有机小分子：米勒 1953年，黑烟囱 2.有机小分子到有机大分子：原始海洋 3.生物大分子到原始单细胞:?,无机物好像一个垃圾堆，里面什么都有，塑料瓶子、废弃金属、油，而生命，一个单细胞，就像一辆精美的奔驰车，一阵台风过后，这些垃圾组装成了一个奔驰车。,1953年，美国芝加哥大学的学者米勒及其助手在实验室内首次模拟原始地球在雷呜闪电下将原始大气合成小分子有机物的过程。米勒等人设

3、计的火花放电装置如图所示。他首先把200毫升水加入到500毫升的烧瓶中，抽出空气，然后模拟原始大气成分通入甲烷、氨、氢等混合气体。将入口玻璃管熔化封闭，然后把烧瓶内的水煮沸，使水蒸气驱动混合气体在玻璃管内流动，进入容积为5升的烧瓶中，并在其中连续进行火花放电7天，模拟原始地球条件下的闪电现象，再经冷凝器冷却后，产生的物质沉积在U型管中，结果得到20种小分子有机化合物，其中有11种氨基酸。这11种氨基酸中，有4种氨基酸甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸，是天然蛋白质中所含有的。,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

4、念,葡萄糖(glucose)已醛糖,果糖(fructose)已酮糖,（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/mnuskraid/)寡糖(oligosacchride/liguskraid/)多糖(polysacchride)结合糖(glycoconjugate/glaikkndugeit/),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/m:ltus/)

5、葡萄糖 葡萄糖,蔗 糖(sucrose/sju:krus/)葡萄糖 果糖,乳 糖(lactose/lktus/)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/st:t/),糖 原(glycogen/glikuden/),纤维素(cellulose/seljulus/),淀粉 是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒,天然淀粉组分：直链淀粉（20%25%）支链淀粉（75%80%）,遇碘变蓝：碘分子进入螺旋中心空道 直链淀粉：蓝色 支链淀粉：紫色、紫红色,糊精：淀粉逐步降解过程中，生成分子大小不一

6、的中间物。糊精依分子质量的递减，与碘作用呈现由蓝紫色、紫色、红色到无色。,糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式,目 录,贮存场所：肝 肌肉,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,糖蛋白中糖链的作用：,影响新生肽链的折叠和缔合；影响糖蛋白的分泌和稳定；参与分子识别和细胞识别：1.血浆中老蛋白的清除；2.精卵识别；3.细胞粘着：胞外基质（ECM)影响酶活性；影响激素活性；影响IgG活性；决定血型。,第 一 节 概 述,Introduction,一、

7、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,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。,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

8、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,（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,

9、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 anaerobic/neirbik/oxidation,糖酵解：Glycolysis/glaiklisis/由葡萄糖生成乳酸的过程,乙醇发酵：Ethanol/nl/fermentation 由葡萄糖生成乙醇的过程,糖酵解 概念 反应部位 反应过程 关键酶 产能的方式和数量 调节 生理意义,本节主要内容,ATP生成：1.葡萄糖彻底氧化，释放大量ATP;2.无氧条件下葡萄糖生成乳酸，2ATP。,糖酵解被认为是生物最古老、最原始获取能量的方式之一。也是最早阐明的酶促系统,糖酵解研究历史：和发酵密切相

10、关巴斯德认为发酵是由微生物引起的；1897年，毕希纳兄弟发现没有活细胞参加的酒精 发酵现象；19世纪40年代研究清楚。,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/pairuveit/)，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）葡萄糖分解成两分子丙酮

11、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-1,6-2P),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(triose

12、 phosphate 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-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase),3-磷酸甘油酸转变为

13、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。,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从Gn开始 22-1

14、=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、糖酵解的调控是对3个关键酶 活性的调节,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,（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

15、(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,初到高原与糖酵解供能：,人初到高原，高原大气压低，易缺氧,机体加强糖酵解以适应高原缺氧环境,海拔 5000米,背景：,结论：,某些组织细胞与糖酵解供能：,代谢极为活跃，即使不缺氧,也常由糖酵解提供部分能量。,成熟红细胞：,视网

16、膜、神经、白细胞、骨髓、肿瘤细胞等:,无线粒体，无法通过氧化磷酸化获得能量，只能通过糖酵解获得能量。,某些病理状态 与糖酵解供能：,某些病理情况下机体主要通过糖酵解获得能量.,第 三 节糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,本节主要内容,有氧氧化：概念、反应部位 反应阶段、关键酶 产能的方式和数量 三羧酸循环的生理意义 有氧氧化生理意义 调节 巴斯德效应,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,

17、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/setil/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,/ldihaid/乙醛,/haidrksieil/,/aimi:n/,/pairufsfeit/,(yellow),(colorless),NAD+：R为 H,NADP+：R为,尼克酰胺,CO2,CoASH,N

18、AD+,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,丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程,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FAD

19、H2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。,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,1937年Crebs提出。又称柠檬酸循环或Crebs循环。,三羧酸循环：以乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸（含3个羧基）的反应为起始，对乙酰基团进行氧化脱羧再生成草酰乙酸的单向循环反应。,GTP,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊

20、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,C6,C6,C6,C5,C4,C4,C4,C4,C4,（1）柠檬酸生成：,柠檬酸合成酶活性很低，只能催化单向反应，故反应不可逆，柠檬酸合成酶属于TAC的限速酶。,1.TCA循环由8步代谢反应组成,（2）柠檬酸转变成异柠檬酸,（3）异柠檬酸脱氢脱羧生成-酮戊二酸,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶属于TAC的限速酶。,（4）-酮戊二酸脱羧生成琥珀酰CoA,-酮戊二酸脱氢酶系,-酮戊二酸脱氢酶复合体,-酮戊二酸脱氢酶（TPP）琥珀酰基转移酶（硫辛酸、辅酶A）二氢硫辛酰胺脱氢酶（FAD、NAD+）,（5）琥珀酰CoA转

21、变成琥珀酸,此反应中生成了一分子的高能化合物 GTP，这种生成方式属于底物水平磷酸化。这也是 TAC中唯一进行底物水平磷酸化的反应。,ADP,ATP,GDP,（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸,琥珀酸脱氢酶,（7）延胡索酸水化生成苹果酸,延胡索酸酶,（8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶,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

22、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。TCA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，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

23、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，TCA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TCA循环运转 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TCA 循环氧化分解。,*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.TCA循环受底物、产物和关键酶活性的调节,TCA循环的速率和流量主要受3种因素调控：底物的供应量 关键酶的反馈别构抑制 产物堆积,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,Ca

24、2+,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,关键酶的调节,TCA循环与上游和下游反应相协调,上游反应：糖酵解途径,下游反应：氧化磷酸化,糖酵解途径产生的丙酮酸与TCA利用的多少相协调；TCA产生的还原性氢与氧化磷酸化利用的多少相协调,3.三羧酸循环的生理意义,是三大营养物质的最终代谢通路；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体；为呼吸链提供H+e。,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,

25、乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T C A,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、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,三羧酸 循环一次共生成 10ATP,丙酮酸开始共生成 12.5ATP,葡萄糖分解后共生成 30或32ATP,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”,三、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求,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

26、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,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

27、需要多少乙酰CoA，则酵解途径产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,体内ATP浓度是AMP的50倍，经上述反应后，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。,ATP/ADP或ATP/AMP比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。ATP/AMP效果更显著。,*另外,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。,Crabtree效应：,Crabtree效应（亦称反Pasteur作用）：一些组织细胞给予葡萄糖时，无论供氧充足与否，均呈现很强的酵解反应，而糖的有氧氧化受抑制，这种作用称为Crabtree效应。实验现象：在癌细胞中有

28、Crabtree现象，后发现某些正常组织细胞(如视网膜、睾丸、小肠粘膜、颗粒性白细胞、肾髓质、成熟红细胞等)亦有此现象。解释：此类细胞糖酵解酶系较强，而线粒体中某些氧化酶系如细胞色素氧化酶活性较低，争夺氧化磷酸化底物处劣势。,第 四 节 葡萄糖的其他代谢途径Other Metabolism Pathways of Glucose,本节主要内容,磷酸戊糖途径：概念 反应部位 过程 关键酶 生理意义 调节,磷酸戊糖途径（Pentose Phosphate Pathway）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。,一、磷酸戊糖途径生成NA

29、DPH和磷酸戊糖,*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。,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,5-磷酸核酮糖,CH,2,OH,C=O,C,C,CH,2,O,OH,OH,H,H,P,P,6-磷酸葡萄糖酸,NADPH+H+,NADP+,NADP+CO2,NADPH+H+,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸内酯,1.磷酸戊糖的生成,5-磷酸核糖,6-磷酸葡萄糖,C,C,C,C,C,CH,2,O,H,OH,OH,O,H,H,H,HO,H,H,O,P,P,6-

30、磷酸葡萄糖脱氢酶,异构酶,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

31、核糖 C5,5-磷酸木酮糖 C5,5-磷酸木酮糖 C5,7-磷酸景天糖 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 C3,差向异构酶,异构酶,差向异构酶,转酮醇酶与转醛醇酶：,转酮醇酶就是催化含有一个酮基、一个醇基的二碳基团转移的酶。其接受体是醛，辅酶是TPP。,转醛醇酶是催化含有一个酮基、二个醇基的三碳基团转移的酶。其接受体是亦是醛，但不需要TPP。,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,(1)脱氢反应以NADP+为受氢体，生成 NADPH+H+

32、。(2)反应生成了重要的中间代谢物 5-磷酸核糖。,(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,1.为核苷酸的生成提供核糖,核糖,生成方式：,1.葡萄糖经第一阶段产生磷酸核糖,2.经基团转移反应产生磷酸核糖：如肌肉,(1)NADPH是体内许多合成代谢的供氢体,2.提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,1分子胆固醇,18乙酰CoA+36ATP+16(NADP

33、H+H+),葡萄糖有氧氧化,磷酸戊糖途径,eg：,软脂酸合成的总反应:,CH3COSCoA+7 HOOCH2COSCoA+14NADPH+H+,CH3(CH2)14COOH+7 CO2+6H2O+8HSCoA+14NADP+,(2)NADPH参与体内的羟化反应，与生物合成或生物转化有关,苯胺,对氨基苯酚,(3)NADPH可维持GSH的还原性,2G-SH G-S-S-G,NADP+NADPH+H+,A AH2,蚕豆病,这种病多见于儿童，男性患者约占90%以上。,大多食蚕豆后1至2天发病,早期症状有厌食、疲劳、低热、恶心、不定性的腹痛，接着因溶血而发生眼角黄染及全身黄疸，出现酱油色尿和贫血症状,杜

34、顺德,二、糖醛酸途径可生成葡萄糖醛酸,反应过程：,对人类而言，糖醛酸途径的主要生理意义在于生成活化的葡萄糖醛酸，即UDPGA。葡萄糖醛酸是组成蛋白聚糖的糖胺聚糖，如透明质酸、硫酸软骨素、肝素等的组成成分。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：,三、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(xylitol/zailitl/)、山梨醇(sorbitol/s:bitl/)等，所以被称为多元醇途径(polyol/plil/pathway)。但这些代谢过程局限于某些组织，对整个葡萄糖代谢所占比重极少。,1,2,3,4,5五羟基戊烷,味凉、甜度相当于蔗

35、糖。,木糖醇仅仅能被缓慢吸收或部分被利用，热量低。,木糖醇做糖尿病人的甜味剂、营养补充剂和辅助治疗剂：,木糖醇的防龋齿功能：不被细菌发酵，促进唾液 分泌。,胰岛素就像一把钥匙，开启葡萄糖进入细胞的大门,木糖醇,山梨醇,利尿脱水药,治疗脑水肿及青光眼,食品工业：无糖概念,日化工业：牙膏,可保持膏体润滑，色泽、口感好,医药工业：,化学工业,机体如何应对能量的变动？,长期：脂肪短期：糖原,糖原的优点：迅速动员；可无氧分解；可转变为葡萄糖维持 恒定水平的血糖,第 五 节 糖原的合成与分解 Glycogenesis/glaikudenisis/and Glycogenolysis/glaikudenli

36、sis/,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/glikuden/),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812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,-1,6-糖苷键,-1,4-糖苷键,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,ATP,ADP,己糖激酶;

37、葡萄糖激酶（肝）,2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,（三）糖原合成途径,1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-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(uridine diphosphate glucose,UDPG),糖原n+UDPG,糖原n+1+UDP,糖原合酶,4.-1,4-糖苷键式结合（糖原延长）,*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。,UDPG,葡萄糖引物,糖原合成酶,(Gn+1),UDP,（四）糖

38、原分枝的形成,目 录,糖原分枝的形成,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UDP-葡萄糖分子的C1结合到其酶分子的酪氨酸残基上，从而使它糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原合成时的引物。,糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？,二、糖原的分解代谢,*定义,*亚细胞定位：胞 浆,*肝糖原的分解,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。,为什么不是水解,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,3.1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡

39、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,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（

40、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。,这两种关键酶的重要特点：,三、糖原合成与分解受到彼此相反的调节,（一）糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶,糖原磷酸化酶的共价修饰调节,磷酸化酶二种构像紧密型(T)和疏松型(R)，其中T型的14位Ser暴露，便于接受去磷酸而失活。,葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。,糖原磷酸化酶的变构调节,（二）糖原合酶是糖原合成的关键酶,糖原合酶a,糖原合酶-,糖原合酶的共价修饰调节,b,有活性,无活性,磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,+,+,+,+,+,肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖

41、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。,四、糖原累积症,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/glu:kuniudenisis/,人体葡萄糖每日需要量 160g（大脑120g）,人体葡萄糖每日提供量 体液中20g+糖原190g,饥饿、剧烈运动；肾髓质、睾丸、晶状体；

42、,糖异生，维持血糖,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

43、）,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）,目 录,草酰乙酸转运出线粒体,出线粒体,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,草酰乙酸,天冬氨酸,出线粒体,天冬氨酸,草酰乙酸,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,3.6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,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

44、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,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(substrate cycle)。,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,(一)6-磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间,2，6双磷酸果糖是肝内调节糖的分解或糖异生反应方向的主要信号。,胰岛素增加 2，6双磷酸果糖升高胰高血糖素增加 2，6双

45、磷酸果糖降低,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,一、维持血糖浓度恒定：,红细胞、骨髓,肾髓质、神经,视网膜,消耗100-150g葡萄糖/天,消耗40g葡萄糖/天,人体储存的可供全身利用的糖仅150g左右（不到12小时全部耗尽）,正常情况下血糖浓度：3.96.1mmo/L,禁食数周时血糖浓度：3.9mmo/L,在饥饿情况下糖异生对保证血糖浓度的相对恒定具有重要的意义,大脑,三、糖异生的生理意义,糖异生是肝补充或恢复糖原储备的重要途径。,（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

46、化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。,（三）调节酸碱平衡长期饥饿，肾糖异生增强：长期饥饿代谢性酸中毒pH肾磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶合成 糖异生糖异生肾-酮戊二酸 谷氨酰胺、谷氨酸脱氨 NH3 肾小管泌NH3、泌H+。,四、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,肌肉中乳酸的利用：,血乳酸,肝脏,肌肉,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 节其它单糖的代谢Metabolism of Other

47、Monose,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。,一、果糖被磷酸化后进入糖酵解途径,果糖是膳食中一个重要的燃料来源。果糖的代谢一部分在肝，一部分被周围组织主要为肌和脂肪组织摄取。但这两部分代谢的途径不同。,果糖在肌和脂肪组织中的代谢,果糖,6-磷酸果糖,己糖激酶,循糖酵解途径分解,合成糖原（肌）,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,果糖不耐受性(fructose intolerance)是一种遗传病，这种病因为缺乏B型醛缩酶，吃果糖也会造成1-磷酸果糖堆积，大量消耗肝

48、中磷酸的储备，进而使ATP浓度下降，从而加速乳酸酵解，造成乳酸酸中毒和餐后低血糖。这种病症常表现为自我限制，即果糖不耐受的人很快发展成强烈的对任何甜食的厌恶感。,二、半乳糖可转变为1-磷酸葡萄糖成为糖 酵解的中间代谢产物,半乳糖血症(galactosemia),一种遗传性疾病，不能将半乳糖转变为葡萄糖，原因为缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶。导致有毒副产物的堆积。白内障的形成,三、甘露糖可转变为6-磷酸果糖进入糖 酵解途径,第 八 节 血糖及其调节Blood Glucose and The Regulation of Blood Glucose Concentration,*血糖，指血液中的葡

49、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,（一）胰岛素,促进葡萄糖转运进入肝外细胞；,加速糖原合成，抑制糖原分解；,加快糖的有氧氧化；,抑制肝内糖异生；,减少脂肪动员。,体内唯一降低血糖水平的激素,胰岛素的作用机制:,胰岛素就像一把钥匙，开启葡萄糖进入

50、细胞的大门,1921年 从狗的胰脏提取了胰岛素并用于临床,为纪念四位科学家为糖尿病治疗做出的贡献将班丁（Banting）医生的生日（11月14日）定为世界糖尿病日,高压无针注射仪,胰岛素泵,非注射用胰岛素,正在研究中的其它非注射胰岛素给药途径包括:口腔喷雾 鼻腔给药 直肠栓剂给药 均还在研究阶段 滴眼剂 透皮或口腔粘膜给药,胰高血糖素的作用机制：,（二）胰高血糖素,体内升高血糖水平的主要激素,促进肝糖原分解，抑制糖原合成；,抑制酵解途径，促进糖异生；,促进脂肪动员。,胰岛素和胰高血糖素是调节血糖，实际上也是调节三大营养物代谢最主要的两种激素。机体内糖、脂肪、氨基酸代谢的变化主要取决于这两种激素