动物生物化学课件8糖代谢.ppt

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1、,第八章 糖代谢,Carbohydrate Metabolism,本章主要内容：,糖在动物体内的一般概况 糖原的分解与合成代谢 葡萄糖的分解代谢 糖异生,磷酸戊糖途径,糖代谢各途径之间的关系,动物机体主要的能源和碳源,提供70%的能量；神经系统、胎儿和乳的合成消耗更多的葡萄糖；为氨基酸和脂肪合成提供C的来源,构成组织细胞的成分,核酸中的核糖，结缔组织中的蛋白多糖，细胞膜,上的糖脂和糖蛋白等,其他方面,如信号传导，免疫机能,1.糖在动物体内的一般概况,1.1 糖的生理功能,1.糖在动物体内的一般概况,1.2 糖的代谢概况,动物体内糖的来源,非反刍动物,反刍动物,动物体内糖的代谢,消化吸收,异生作

2、用糖原分解,氧化供能,贮 存转变成其他物质,葡萄糖血糖的来源和去路,1.糖在动物体内的一般概况1.3 血糖概念：血液中所含的葡萄糖。,1.糖在动物体内的一般概况,1.3 血糖,意义,反映机体的能量水平，糖的分解和利用的动,态平衡，对大脑、胎儿尤为重要糖尿,血糖水平相对恒定，超过肾糖阈值，葡萄糖,随尿排出,激素的调节作用,胰岛素下调；,胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素上调,糖原(g lyco g e n)，又称动物淀粉，支链，分子量数百万以上。主要由葡萄糖以（1，4）糖苷键相连（93%），以少量（1，6）糖苷键（7%）形成分支。有肝糖原和肌糖原。,2.糖原的分解与合成,2.1 糖原结构,1,HO

3、H,H,CH 2 OHOHOH HH OH,4,1,H,H,CH 2 OHOHOH HH OH,O,4,1,H,H,CH 2 OHOHOH HH OH,O,O,4,1,H,HO,CH 2OHOHOH HH OH,OO P OO,1,HOH,H,CH 2 OHOHOH HH OH,4,1,H,H,CH2 OHOHOH HH OH,O,4,H,CH 2 OHOHOH HH OH,O,HO,4,1,HOH,H,CH 2OHOHOH HH OH,OHO P OO,2.糖原的分解与合成2.2 糖原分解断键部位,+,1+,糖 原的非 还原末 端磷酸 化酶,细胞内糖原在磷酸化酶催化下形成大量葡萄糖-1-磷酸

4、,糖原磷酸化酶,转移酶,-1，6糖苷酶,Pi,脱支酶,OH,OH,OH,HOH,CH2OHOHHH OH,HOPO32-,HOH,CH2 OPO 32-O HHHOHH OH,HOH,HOH,CH2 OHOHHH OH,+Pi,磷酸葡萄糖变位酶,葡萄糖-6-磷酸酶,葡萄糖-1-磷酸,葡萄 糖-6-磷酸,葡萄 糖,葡萄糖-1-磷酸在磷酸葡萄糖变位酶的作用下转变成葡萄糖-6-磷酸，最终又在葡萄糖-6-磷酸酶的催化下水解成葡萄糖。,葡萄糖 ATP 2+葡萄糖-6-磷酸 ADP,2.糖原的分解与合成2.3 糖原合成每个葡萄糖分子都须磷酸化成为6-P-葡萄糖，再异构成为1-P-葡萄糖，然后进一步活化为U

5、DPG。在糖原引物的非还原端逐个加上葡萄糖基，同时释放出UDP，糖原合成酶是这个反应的关键酶。由分支酶催化糖链的分支。,己糖激酶Mg,A：,UDPG+糖原（Gn）UDP 糖原（Gn+1）,C：D：,UDP-葡萄糖,焦磷酸化酶葡萄糖-1-磷酸 UTP UDP-葡萄糖 PPi无机焦磷酸酶PPi 2Pi糖原合酶,HOH,OH,OH,H,CH 2OH,HOH,HOPO 3 2-,HOH,HOH,OH,OH,H,CH 2O PO 3 2-,HOH,磷 酸葡萄糖变位酶,葡萄糖-1-磷酸,葡萄糖-6-磷酸,B：,E：,1897年，Buchner兄弟由蔗糖发酵成乙醇的实验中发现。,酵解是在无氧或缺氧的条件下，

6、葡萄糖或糖原分解成乳酸并,且有能量（ATP）释放的过程。,G.Embden和O.Meyerhof揭示了其途径。酵解途径的酶系存,在于胞液中。,3.糖的分解代谢,3.1 糖酵解糖的无氧氧化,注意，这个过程消耗了ATP，反应不可逆。,酵解的反应过程：,第一阶段 葡萄糖生成丙酮酸,注意，这个过程消耗了ATP，反应不可逆。,第一个高能磷酸键形成,当底物发生脱氢或脱水时，使其分子内部能量重新分布而形成高能磷酸键（或高能硫酯键），然后将高能键转移给ADP（或GDP）生成ATP（或GTP）的过程，称为底物水平磷酸化。,第二次底物水平磷酸化生成ATP,第二阶段 丙酮酸还原成乳酸,磷酸果糖激酶,NADH+H+,

7、丙酮酸激酶,葡萄糖,磷酸二羟丙酮,乙醇,3-磷酸甘油醛脱氢酶1,3-二磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,3-磷酸甘油酸变位酶2-磷酸甘油酸烯醇化酶,己糖激酶-ATP6-磷酸葡萄糖磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖-ATP1，6-二磷酸果糖醛缩酶,磷酸烯醇式丙酮酸+ATP乳酸脱氢酶乙醛 丙酮酸 乳酸,+ATP,糖原,1-P-G,糖酵解途径,糖酵解的特点,A、细胞内定位：胞液B、限速酶：3个,C、能量生成：净生成2个ATP分子。若从糖原开始，可净生成3分子ATP。D、不需氧。,E、糖酵解可从葡萄糖开始，也可从糖原的葡萄,糖单位开始。,糖酵解的生理意义,是动物机体在无氧或供氧不充分的情况下通过分,解葡萄糖或糖原获

8、得部分能量的重要方式。,运动和使役的动物肌肉，一些供氧不足的组织，,如视网膜、皮肤、睾丸以及肿瘤等组织通过这个途径获得部分能量。,酵解途径与糖的有氧氧化途径、磷酸戊糖途径以,及异生途径都有密切联系。,3.糖的分解代谢,3.2 有氧氧化（aerobic oxidation）,概念：有氧条件下,葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O,并伴,有能量释放的过程。,四个阶段,葡萄糖降解为丙酮酸,丙酮酸氧化,三羧酸循环,呼吸链氧化,葡萄糖有氧氧化概况,葡萄,糖,6-磷酸葡萄糖,丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,三羧酸,循环,H+e,O2,O2,O2,H2O,CO2,胞,液,线粒体,同EMP途径,第一阶段 由葡萄糖第二

9、阶段,丙酮酸丙酮酸氧化,丙酮酸（3C）转变为乙酰CoA（2C），在线粒体中进行，由丙酮酸脱氢酶系催化，为不可逆反应，它包含有三个酶。总反应如下：,乙酰CoA,OH 3C C SCoA+CO2,丙酮酸脱氢酶复合体,NAD+,NADH+H+,OH3C C COOH+HSCoA,丙酮酸,丙酮酸脱氢酶复合体,B、辅酶,a）TPP（E1、维生素B1）b）FAD（E3、维生素B2）c）NAD+（E3、维生素PP）d）CoA（泛酸）e）硫辛酸（E2）,A、酶,a）丙脱酸脱氢酶（E1）,b）二氢硫辛酸转乙酰酶（E2）c）二氢硫辛酸脱氢酶（E3）,丙酮酸氧化脱羧的特点：A、脱2H（NAD+）,B、脱羧（C3,C

10、2）,C、限速酶，不可逆D、产生高能硫酯键,第三阶段,三羧酸循,环（tricarboxylic acid cycle,TCA)概念：以乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸的反应为起始，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序列。1937年Crebs提出，又称柠檬酸循环或Krebs循环。,oxaloacetate acetyl CoA,citrate,HSCoA,三羧酸循环的反应过程A、柠檬酸的形成柠檬酸合成酶,要点：,A、柠檬酸合成酶（citrate synthase），关键酶,B、反应不可逆。,C、C2+C4 C6（实际进入TAC的是乙酰基）。,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶（Aconita

11、se），可逆。,顺乌头酸酶citrate,isocitrate,B、异柠檬酸的形成,isocitrate,a-ketoglutarate,C、第一次氧化脱羧异柠檬酸脱氢酶,要点：,A、异柠檬酸脱氢酶是关键酶,B、第一次脱氢（NAD+NADH+H+）C、第一次脱羧（C6 C5+CO2）。,D、不可逆，需Mn+、Mg+。,a-ketoglutarate,succinyl-CoA,D、第二次氧化脱羧-酮戊二酸脱氢酶复合体,要点：,A、-酮戊二酸脱氢酶复合体,关键酶，不可逆，类似丙酮酸脱氢酶复合体。,B、第二次脱氢（NAD+NADH+H+）C、第二次脱羧（C5 C4+CO2）。,D、产生高能硫酯键，为

12、下一步底物水平磷酸化,做准备。,succinyl-CoA,succinate,E、底物水平磷酸化琥珀酰辅酶A合成酶,要点：,A、琥珀酰辅酶A合成酶，反应可逆。,B、底物水平磷酸化，生成1分子ATP。是整个,三羧酸循环过程中唯一一次底物水平磷酸化。,fumarate,succinate注意：A、第三次脱氢（FAD FADH2）,F、琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢酶,fumarate,malate,G、延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸酶,注意：A、第四次脱氢（NAD+NADH+H+）,malate,oxaloacetate,H、苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱,氢酶

13、系,柠檬酸合,成酶,三羧酸循环的特点：,A、细胞内定位：线粒体,B、限速酶：3个,C、整个过程不可逆,D、需氧参与，共消耗 4 个氧原子,E、TAC一周：脱氢4次，其中3次脱氢由NAD+,接受，1次由FAD接受,F、1次底物水平磷酸化，生成1molATP,G、消耗了2mol的水,NADH2 和 FADH2 所携带的H原子来自循环中代谢中间,物的脱氢。在有氧条件下，每2个H原子可以通过呼吸链（电子传递系统）传递给1/2O2，生成H2O，并且有能量释放用以,合成ATP。,1分子NADH2 经呼吸链生成1分子H2O和2.5个ATP1分子FADH2 经呼吸链生成1分子H2O和1.5个ATP,以1分子的

14、葡萄糖完全氧化为例进行能量计算,1 分 子 乙 酰 CoA 通 过 TCA 循 环 脱 下 的 氢 由,NADH及FADH2经呼吸链传递给O2，由此而形成10,分子的ATP,第一阶段（胞液）：生成2ATP生成2NADH2计7（5）ATP,计5ATP,第二阶段（线粒体）：2NADH2第三阶段（线粒体）：6NADH2,2CO24CO2,2FADH22GTP（或2ATP）计20ATP共计 32（30）ATP和6CO2,有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是动物获得能量的主要方式。,糖的有氧氧化是糖、脂和氨基酸等营养物质分解代谢的,共同归宿。,糖的有氧氧化也是糖、脂和氨基酸等营养物质互相转变,和联系的共同

15、枢纽。,糖的有氧氧化途径为嘌呤、嘧啶、尿素的合成提供,二氧化碳，也是大自然碳循环的重要组成部分。,课堂提问1.下列哪一种不是丙酮酸脱氢酶复合体的辅酶（）,A.TPP B.FAD C.NAD+,D.硫辛酸,E.生物素,2.糖原的1个葡萄糖残基经糖酵解可净生成（）个ATPA.1 B.2 C.3 D.43.1分子葡萄糖有氧氧化时共有（）次底物水平磷酸化A.2 B.3 C.4 D.5 E.64.1分子葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解，该反应途径中有（）次脱氢反应A.10 B.12 C.4 D.16 E.185.糖原分解所得到的初产物是（）,A.葡萄糖,B.UDPG C.1-磷酸葡萄糖,D.6-磷酸葡萄糖

16、,E.1-磷酸葡萄糖和葡萄糖,3.糖的异生作用,3.1 概念,由非糖物质转变成葡萄糖,或糖原的过程。,但是这种转变不是糖分解,代谢的简单逆转，必须克服那些由关键酶所催化的不可逆反应造成的“能障”。,糖异生途径的三个能障,丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸,1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖,CO2 COO O,C-O-P-CH 2 O,COOH,丙酮酸,草酰乙酸,磷酸烯醇式丙酮酸,A、丙酮酸ATP,COO CO2C=OOCH3,ADP+Pi,COO GTPC=OCH 2,磷酸烯醇式丙酮酸GDP,注意：,a、消耗2个ATP分子。,b、丙酮酸羧化酶，辅基：生物素,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,均为

17、限速酶。前者仅存在于 线粒体，,后者存在于线粒体和胞液。,B、,1,6-二磷酸果糖,6-磷酸果糖,C、,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖激酶-1,ATP,ADP,果糖1，6二磷酸,H3PO4,己糖激酶,葡萄糖激酶,ATP葡萄糖,ADP,H2O,H3PO4,葡萄糖 6-磷酸酶,H2O 酶果糖双磷酸酶-1：为限速酶,葡萄糖 6-磷酸酶：为限速酶,线粒体,胞液,糖异生的特点,A、组织定位：肝（90%）、肾（10%）,B、细胞内定位：胞液、线粒体,C、限速酶：,丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,果糖1，6二磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶,D、原料：甘油、乳酸、生糖氨基酸（丙氨,酸、天冬氨酸、谷氨酸等）,异

18、生作用的意义和乳酸的利用,在糖的来源不足时，如饥饿、禁食等情况下，异生作用是维持机体血糖水平的重要手段，对神经组织、大脑、胎儿尤其重要。,反刍动物50%葡萄糖的来源通过丙酸的异生作用。肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸同时，还可将其转变为葡萄糖或肝糖原，实现对乳酸的再利用。见Corris 循环。,乳酸循环,-Lactic acid cycle,定义：,在肌肉中葡萄糖经糖酵解生成乳酸，乳酸经血液运到肝脏，肝脏将乳酸异生成葡萄糖。葡萄糖释入血液后又被肌肉摄取，这种代谢循环途径称为乳酸循环，又称Cori 循环,乳酸循环（Cori循环）,4.糖的分解代谢-磷酸戊糖途径,磷酸戊糖途径（pentose p

19、hosphate pathway）,概念：指6-磷酸葡萄糖经氧化反应首先生成,NADPH、CO2和5-磷酸核糖，再经基团转移反应生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入糖酵解途径的过程称为磷酸戊糖途径。,其主要功能不是生成ATP，而是生成5-磷酸核,糖和NADPH。又称为“磷酸戊糖旁路”。,不依赖于有氧或无氧的葡萄糖分解途径，约有30%的葡萄糖经过这条途径代谢，在胞液中进行，尤其在合成代谢旺盛的组织中活跃。,从6-P-葡萄糖开始，经过两个阶段：,1.氧化阶段 产生NADPH2、CO2和5-P-核酮糖；,2.非氧化阶段，通过基团的交换和分子内部的重组，5-P-,核酮糖又转变为磷酸己糖。,6葡萄糖-

20、6-磷酸NADPH66-磷酸-葡萄糖内酯66-磷酸-葡萄糖酸NADPH CO265-磷酸-核桐糖,25-磷酸-核糖23-磷酸甘油醛2果糖-6-磷酸2果糖-6-磷酸,45-磷酸-木酮糖27-磷酸景天庚糖24-磷酸赤藓糖23-磷酸甘油醛果糖-1.6-二磷酸H2OPi果糖-6-磷酸,磷酸戊糖途径的特点,A、组织定位：肝、泌乳期乳腺、脂肪组,织、肾上腺皮质、红细胞等。,B、细胞内定位：胞液。,C、限速酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶,D、基团转移反应可逆，是 5-磷酸核糖的另,一生成途径。,磷酸戊糖途径的生理意义,途径生成的NADPH是生物合成反应的供氢体。,a、作为体内合成代谢的供氢体，如胆固醇、脂肪酸的合

21、成。b、参与体内羟化反应：如胆固醇、类固醇激素和胆汁酸的合,成，以及生物转化中的羟化反应。,c、维持谷胱甘肽的还原状态。,途径生成的磷酸核糖是合成核苷酸的原料。与糖的酵解途径和有氧氧化途径相联系,5.糖代谢的联系与调节5.1 各途径之间的联系第一个交汇点：,6-第二个交汇点：3-,磷酸葡萄糖磷酸甘油醛,第三个交汇点：丙酮酸,6-P-,葡萄糖酸（作为一种竞争性,抑制剂）抑制磷酸己糖异构酶，从而抑制酵解和有氧氧化途径。,5.糖代谢的联系与调节5.2 糖代谢的调节途径的相互影响细胞能量水平的提高，通过抑制肌肉磷酸己糖激酶的活性降低酵解途径的活性，这种有氧氧化抑制酵解途径称巴斯德效应磷酸戊糖途径中的,

22、细胞能量水平的调节,糖的摄入，除了部分供能以外，糖原,的合成增加；而运动使糖分解加快，糖原的合成变慢。缺乏糖的供应，糖异生作用加强。高能磷酸化合物，如ATP的浓度是细胞能量水平的反映。,途径中关键酶的活性在相当程度上,受到细胞能量水平的影响。,激素的影响,激素对糖代谢的影响主要有胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素和糖皮质激素等,肾上腺素对肌肉糖原分解的调节,受体质膜,G蛋白,ATPPPi,ACcAMP,非活性蛋子激酶 A,活性蛋子激酶 A,（非活性）磷酸化酶 b激酶,ATP（活性）磷酸化酶 b激酶ATP,磷酸化酶b,磷酸化酶a,Pi,糖原,1-P-G,糖代谢途径中主要关键酶活性调节,苹果酸是将草酰乙酸从线粒体转运到胞液的载体,