生物化学-第04章-糖代谢.ppt

《生物化学-第04章-糖代谢.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学-第04章-糖代谢.ppt（184页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、,第二篇 物质代谢及其调节,第九章 物质代谢的联系与调节,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 四 章,主讲教师:王平,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。糖广泛分布于所有生物体，植物含量最多。糖的主要作用是在生命活动中提供碳源和能源。是人体的主要能源物质。人体所需能量的50%70%都来自于糖。,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(

2、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

3、 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,在体内的糖代谢中，葡萄糖居于主要地位。,第三节 糖的有氧氧化,第六节 糖异生,第一节 概述,第二节 糖的无氧氧化,第五节 糖原的合成与分解,第四节 磷酸戊糖途径,第八节 血糖及其调节,第七节 其他单糖的代谢（了解）,第 一 节 概 述,Introduction,一、糖的生理功能（了解）,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

4、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（碳源）,*核糖 构成核酸*糖蛋白 凝血因子、免疫球蛋白等*糖脂 生物膜成分,二、糖的消化与吸收（了解）,（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：,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,肠粘膜上皮细胞刷状缘,纤维素：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

5、有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。,乳糖不耐症:一些成年人由于缺乏乳糖酶导致在饮用牛奶后，牛奶中的乳糖不能被水解而在肠中积聚，经细菌作用后产生H2、CH4和乳酸等，引起腹胀、腹泻等症状,此时可饮用酸奶防止其发生。,（二）糖的吸收,1.吸收形式：消化水解后的单糖，主要是葡萄糖。2.吸收部位：小肠上段，肠粘膜上皮细胞。,3.吸收机制：耗能的主动转运过程。需要特定的Na+依赖性葡萄糖转运体（SGLT)。主要存在于肠粘膜上皮细胞和肾小管上皮细胞。,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,3.吸收机制：主动吸收,Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent gl

6、ucose 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（Na依赖型G转运体）,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（熟悉）,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,*糖酵解的反应部位：胞浆,*糖的无氧酵解（glycolysis）概念:在机体缺氧条件下，葡萄糖经一系列酶促反应生成丙酮酸进而还原生成乳酸的过程称为糖酵解(gly

7、colysis)，亦称糖的无氧氧化(anaerobic oxidation)。,一、糖无氧氧化反应过程,第一阶段：由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。第二阶段：由丙酮酸转变成乳酸。,糖酵解分为两个阶段：,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,反应不可逆,（一）葡萄糖分解成2分子丙酮酸,己糖激酶是糖酵解的第一个关键酶，该酶在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,这些特性使葡萄糖激酶在维持血糖水

8、平和糖代谢中起着重要的生理作用。,6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖,磷酸己糖异构酶,6-磷酸葡萄糖,（一）葡萄糖分解成2分子丙酮酸,6-磷酸果糖,6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,反应不可逆,（一）葡萄糖分解成2分子丙酮酸,1,6-双磷酸果糖,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,+,磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,以上五步反应是糖酵解的耗能阶段，从1分子葡萄糖到生成2分子3-磷酸甘油醛 共消耗2分子ATP,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,(6),3-

9、磷酸甘油醛脱氢酶,NAD+Pi,NADH+H+,糖酵解中唯一的脱氢反应,1,3-二磷酸甘油酸的高能磷酸键水解时G0=-61.9kJ/mol，可将能量转给ADP，生成ATP。,H,1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,这是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反应,这是酵解过程中第一次产生ATP的反应，将底物的高能磷酸键直接转移给ADP生成ATP，这种ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应称为底物水平磷酸化(substrate-level phosphorylation)。,底物水平磷酸化,3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,3-磷酸

10、甘油酸,磷酸甘油酸变位酶,2-磷酸甘油酸,（一）葡萄糖分解成2分子丙酮酸,9.2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,由于脱水引起分子内部电子重排和能量重新分布，形成了一个高能磷酸键。,H2O,ADP,ATP,K+Mg2+,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,丙酮酸激酶,*,丙酮酸,反应不可逆,糖酵解过程的第三个限速酶,也是第二次底物水平磷酸化反应,由于底物的脱氢、脱水反应，使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，这种ATP的产生方式称为底物水平磷酸化。,糖酵解过程中ATP的消耗和产生,(二)丙酮酸转变成乳酸,

11、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。乳酸是糖酵解的终产物，至此糖酵解结束。,H,H,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,能量计算 消耗能量：2ATP产生能量：4ATP方式：2次底物水平磷酸化 22ATP净生成ATP数量：22-2=2ATP,糖酵解小结,唯一的一次脱氢反应，共产生 2 NADH，去向：在无氧时交给丙酮酸还原乳酸 在有氧时进入线粒体，进行彻底氧化生成水。,(6)终产物乳酸的去路 释放入血，进入肝脏再进一步代谢。1.分解利用 2.乳酸循环（糖异生

12、）,糖酵解小结,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,2.别构激活剂：AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P,1.别构抑制剂：柠檬酸;ATP（高浓度）,此酶有二个结合ATP的部位：活性中心底物结合部位（低浓度时）活性中心外别构调节部位（高浓度时）,F-1,6-2P 正反馈调节该酶,对调节酵解途径的流量最重要,2,6-双磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-1最强的变构激活剂；其作用是与AMP一起取消ATP、柠檬酸对6-磷酸果糖激酶-1的变构抑制作用。,2，6-双磷酸果糖对6-磷酸果糖激酶-1的调节：,6-磷酸果糖激酶-2,果糖二磷酸酶-2,

13、F-6-P,F-2,6-2P,磷酸化,磷酸化,失活,激活,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,目 录,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,（二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点,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。*胰岛素可诱导葡萄糖激酶

14、基因转录，促进酶的合成,（四）ATP 和AMP含量的调节：当细胞内能量缺乏时，ATP/AMP比值降低，PFK-1和PK被激活，糖酵解加强，ATP生成增加；反之，当细胞内能量充足时，ATP/AMP比值升高，PFK-1和PK受抑制，ATP生成减少。,三、糖酵解的生理意义,2.是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。,3.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,在机体应激状态下，迅速提供能量：特别对于肌收缩,海拔 5000米,1、掌握糖酵解的概念、细胞定位、反应过程、关键酶或限速酶；2、熟悉糖酵解的ATP生成及生理意义；3、了解糖

15、酵解的调节。,本节:,第 三 节糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,*部位：胞液及线粒体,*概念,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。,一、有氧氧化的反应过程,第一阶段：糖酵解途径,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）葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸,总反应式:,（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA,丙酮酸脱氢酶复合体

16、的组成,酶E1：丙酮酸脱氢酶（12个）E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶（60个-核心）E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶（6个）,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,*,焦磷酸硫胺素(TPP),目 录,噻唑环,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

17、，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+。,二、三羧酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle,TAC)也称为柠檬酸循环，指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸的循环反应的过程。由于它是由（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环。,1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸,CH2COOH O=C-COOH+H-CH2 HO-C-COOH CH2COOH CH2COOH 草酰乙酸 乙酰CoA 柠檬酸,O=CSCoA,H

18、OH CoASH,柠檬酸合酶,（关键酶）,（一）TCA循环由8步代谢反应组成,高能硫酯键水解GO！-31.4KJ/mol，反应不可逆，柠檬酸合酶是三羧酸循环的第一个关键酶。,2.柠檬酸异构为异柠檬酸,COOH,CH2,HOOCCOH,CH2,COOH,COOH,COOH,COOH,COOH,HOOC,HOOC,CH,C,CH2,CH2,H-C-OH,CH,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶,H2O,H2O,柠檬酸,酶-顺乌头酸复合物,异柠檬酸,第一次氧化脱羧反应不可逆,COOH,HCOH,HOOC-C-OH,CH2,COOH,+,COOH,COOH,C=O,CH2,CH2,异柠檬酸脱氢酶,NAD+,NAD

19、H+H+,CO2,Mg2+,异柠檬酸,-酮戊二酸,（关键酶）,3.异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸,第二次氧化脱羧反应不可逆,COOH,C=O,CH2,CH2,COOH,+,HSCoA,O=CSCoA,CH2,CH2,COOH,-酮戊二酸脱氢酶复合体,NAD+,NADH+H+,CO2,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,-酮戊二酸氧化释出能量形成一个高能硫酯键。,（关键酶）,4.-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoA,E1:-酮戊二酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转琥珀酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,-酮戊二酸脱氢酶复合体的组成和催化反应过程与丙酮酸脱氢酶复合体相似。,5.底物水平磷酸化反

20、应,O=CSCoA,COOH,CH2,CH2,CH2,CH2,COOH,COOH,+HSCoA,GDP+Pi,GTP,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酰CoA,琥珀酸,+HOH,这是三羧循环中唯一的一次底物水平磷酸化。,6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸,COOH,COOH,C H,CH2,CH2,H CH,COOH,COOH,FAD,FADH2,琥珀酸脱氢酶,琥珀酸,延胡索酸,第三次脱氢,脱下的H，经FAD直接传给电子传递链，生成1.5分子ATP。,（7）延胡羧酸加水生成苹果酸,COOH,COOH,C-H,HO-C-H,H-C-H,COOH,H-C,COOH,+HOH,延胡索酸酶,苹果酸,延胡索酸,(8)苹

21、果酸脱氢生成草酰乙酸,第四次脱氢,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,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,三羧酸循环的特点（4321）三羧酸循环每循环一次，氧化一分子乙酰CoA。经历二次脱羧，使乙酰基氧化为2分子CO2。经四次脱氢，生成3分子

22、NADH+H+,1分子FADH2，一次底物水平磷酸化，生成 1分子GTP。三个关键酶有：柠檬酸合酶；异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体*ATP生成：3分子NADH+H+2.5ATP3=7.5ATP 1分子FADH2 1.5ATP1=1.5ATP 底物水平磷酸化生成 1ATP 共计 10ATP,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（质发生了改变），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。,整个循环反应为不可逆反应,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

23、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：,2009年考研西医综合试题,29、草酰乙酸不能直接转变生成的物质是 AA 乙酰乙酸B 柠檬酸C 天冬氨酸D 苹果酸,（三）TCA循环在3大营养物质代谢中具有重要生理意义,TCA循环是3大营养素的最终代谢通路,其作用在于通过4次脱氢，为氧化磷

24、酸化反应生成ATP提供还原当量。TCA循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽。,糖有氧氧化生成的ATP主要是经氧化磷酸化方式，其次是底物水平磷酸化方式。三羧循环中4次脱氢生成的NADH+H+和FADH2 以及其它代谢途径中生成的 NADH+H+和FADH2 都要进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。,三、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式,呼吸链,第三阶段（线粒体基质）2异柠檬酸2-酮戊二酸 2NADH 52-酮戊二酸2琥珀酰CoA 2NADH 52琥珀酰CoA2琥珀酸 22琥珀酸2延胡索酸 2FADH2 32苹果酸2草酰乙酸 2NADH 5,第二阶段（线粒体基质）2

25、丙酮酸2乙酰CoA 2NADH 5,第一阶段（胞浆）葡糖糖6-磷酸葡糖糖-16-磷酸果糖1,6-二磷酸果-1 23-磷酸甘油醛21,3-二磷酸甘油酸 2NADH 3或5*21,3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸 22磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸 2,30或32,由一个葡糖糖彻底氧化分解净生成,最终获得ATP,辅 酶,反 应,三、葡萄糖有氧氧化生成的ATP,在细胞浆中产生的NADH+H+可经过两个穿梭系统进入线粒体，再经氧化磷酸化产生ATP：（1）-磷酸甘油穿梭系统：1.5个ATP（2）苹果酸穿梭系统：2.5个ATP,1分子葡萄糖彻底氧化分解通过底物水平磷酸化可以产生ATP通过氧化磷酸化可以产生-AT

26、P,26或28,6,四、糖有氧氧化的调节,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,是基于能量的需求,1.丙酮酸脱氢酶复合体,别构调节,产物反馈抑制，底物别构激活,共价修饰调节,目 录,共价修饰调节,（二）TCA循环受底物、产物和关键酶活性的调节,TCA循环主要受其底物、产物、关键酶活性3种因素的调控。TCA循环的速率和流量主要受3种因素的调控：底物的供应量，催化循环最初几步反应酶的反馈别构抑制，产物堆积的抑制作用。,1TCA循环中有3个关键酶,柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二

27、酸脱氢酶复合体,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+,三羧酸循环的调节,产物和后续反应中间产物反馈抑制前面反应中的关键酶。,Ca2+：Ca2+可与.关键酶结合，降低其Km而激活。,ATP/ADP和NADH/NAD比值：比值升高反馈抑制关键酶。,2TCA循环与上游和下游反应协调,在正常情况下，（糖）酵解途径和TCA循环的速度是相协调的。这种协调不仅通过高浓度的ATP、NADH的抑制作用，亦通过柠檬酸对磷酸果糖激酶-1的别构抑制作用而实现。氧化磷酸化的速率对TCA循环的运转也起着非常重要的作用。,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/

28、ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。氧化磷酸化速率可影响三羧酸循环的进行速度。氧化磷酸速率降低，三羧酸循环速率也减慢。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。,五、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。,G,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,丙 酮 酸,3-磷酸甘油醛,NAD+,NADH+H+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,有氧,进入线粒体氧化,无 氧,无 氧,CO2+H2O,有氧,糖有氧氧化与无氧酵解的比

29、较,有氧氧化,无氧酵解,反应条件,供养不足,有氧情况,部位,胞液、线粒体,胞液,关键酶,七个：柠檬酸合酶；异柠檬酸脱氢酶；-酮戊二酸脱氢酶复合体等,己糖激酶；6-磷酸果糖激酶-1；丙酮酸激酶,产物,CO2、H2O、ATP,乳酸、ATP,能量,30或32ATP,2ATP,生理意义,机体获能的主要方式,迅速供能、某些组织依赖的方式。,本节 1、掌握糖有氧氧化、三羧酸循环的概念、细胞定位、反应过程、关键酶或限速酶；2、熟悉糖有氧氧化的ATP生成及生理意义；3、了解糖有氧氧化的调节及巴斯德效应。,28三羧酸循环中发生底物水平磷酸化的反应是A柠檬酸异柠檬酸B异柠檬酸-酮戊二酸C-酮戊二酸琥珀酰辅酶AD琥

30、珀酰辅酶A琥珀,2008年考研西医综合试题,2007年考研西医综合试题,33三羧酸循环中的不可逆反应是 A 草酰乙酸柠檬酸 B 琥珀酰CoA延胡索酸 C 琥珀酸延胡索酸 D 延胡索酸苹果酸,A、磷酸甘油酸激酶 B、丙酮酸激酶 C、丙酮酸羧化酶 D、异柠檬酸脱氢酶127、糖酵解的关键酶：128、三羧酸循环的关键酶：,2009年考研西医综合试题,第 四 节 葡萄糖的其他代谢途径Other Metabolism Pathways of Glucose,*概念,磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)是指由葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖开始，经代谢产生磷酸戊糖及NADPH+H+，磷

31、酸戊糖再进一步转变成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NADPH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,*反应过程可分为两个阶段,第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。,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,C,C,C,C,C,CH,2,O,H,OH,OH,O,H,H,H,HO,H,H,O,P,P,1.磷酸戊糖生成,限速酶,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

32、的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物，可作为核苷酸的合成原料。,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，最终生成1分子的3-磷酸甘油醛和2个分子的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,异构酶,差向异构酶,差向异构酶,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+6NADP

33、H+H+3CO2,（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 人体所需的磷酸核糖主要来自磷酸戊糖途径，两种方式生成，一是由6-磷酸葡萄糖经磷酸戊糖途径的正反应过程生成（为主）；二是由糖酵解的中间产物3-磷酸甘油醛和6磷酸果糖经磷酸戊糖途径的逆过程，通过基团转移反应生成（肌肉）。,2.提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应（1）作为

34、供氢体参与体内多种合成反应：如：脂肪酸胆固醇.类固醇激素及非必需氨基酸等的合成都需要NADPH供氢。,（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，保护巯基酶和巯基膜蛋白的结构正常和功能完整。,蚕豆病由于缺乏磷酸葡萄糖脱氢酶,磷酸戊糖途径与蚕豆病,一些具有氧化作用的外源性物质如蚕豆、抗疟药、磺胺药等,反应部位:胞液 反应底物:6-磷酸葡萄糖 关键酶:6-磷酸葡萄糖脱氢酶 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+。反应中生成了重要的中间代谢物5-磷酸核糖。,磷酸戊糖途径的小结：,二、

35、糖醛酸途径可生成葡萄糖醛酸,反应过程：,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)、山梨醇(sorbitol)等，所以被称为多元醇途径(polyol 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。,本节 1、掌握磷酸戊糖途径的特点及生理意义；2、熟悉磷酸戊糖途径的限速酶。3、了解磷酸戊糖途径的反应过程及调节。,134 磷酸戊糖途径的重要生理功能有A 是糖、脂、氨基酸的代谢枢纽B 为脂肪酸合成提供NADPHC 为核酸合成提供原料D 为胆固醇合成提供NADPH,2007年考研西医综合试题,三、X型题：,第 五

36、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。,主要在肝脏、肌肉（胞浆）,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖

37、,（三）糖原合成过程,1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,反应不可逆。,2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,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。,6-磷酸葡萄糖,糖原合成过程,*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,+,UTP,3.1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖,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。糖原n+1为增加一个葡萄糖单位的糖原分子。以上4步反应每进

38、行一次即增加一个葡萄糖基，反复进行，使糖原直链不断延长。,4.-1,4-糖苷键结合,（三）糖原合成过程,（1，41，6转 葡萄糖基酶）,.糖原分枝的形成,分支酶,（12-18）,（6-7）,分支酶的作用,近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为glycogenin的蛋白质(糖原引物蛋白)。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？,糖原合成需要消耗能量，每增加一个葡萄糖基共消耗2个ATP，其中葡萄糖磷酸化1个，焦磷酸水解1个，

39、UDP+ATPUTP+ADP，并无损失高能磷酸键。,1.糖原合成过程的关键酶是糖原合酶；2.葡萄糖供体必须以UDPG形式存在；3.糖原合成不能全新合成，必须在糖原引 物的基础上进行糖链延长;4.葡萄糖合成糖原是耗能的过程,每延长 一个葡萄糖基共消耗2个ATP,糖原合成特点小结,二、糖原的分解代谢,（一）概念：,*亚细胞定位：胞 浆,（二）肝糖原的分解,1.糖原的磷酸解,糖原分解(glycogenolysis)由肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,+H3PO4,2.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,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

40、萄糖,由磷酸化酶和脱支酶配合作用，使糖原分子逐渐变小，其结果生成1-磷酸葡萄糖占85%，G占15%。,（三）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）,糖原合成与分解代谢小结,反应部位：胞浆,3.糖原

41、的合成与分解总图,1分子糖原彻底氧化分解可以产生多少ATP?,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。,（一）糖原磷酸化酶,共价修饰调节,磷酸化酶a,磷酸化酶b,（二）糖原合酶,糖原合酶a,糖原合酶b-P,（有活性）,（无活性）,依赖cAMP的蛋白激酶,磷蛋白磷酸酶,ATP,ADP,H2O,Pi,磷酸化的部位是酶分子中多个丝氨酸残基。,磷酸化酶b激酶,糖原合酶a,糖原合酶b-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,两种酶磷酸化或去磷酸化后活

42、性变化相反；此调节为酶促反应，调节速度快；调节有级联放大作用，效率高；受激素调节。,糖原磷酸化酶合糖原合酶的共价修饰调节特点：,别构调节,磷酸化酶二种构像紧密型(T)和疏松型(R)，其中T型的磷酸化的第14位Ser暴露，然后在磷蛋白磷酸酶-1催化下去磷酸化而失活。,葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。,ATP及6-磷酸葡萄糖是糖原合酶的别构激活剂,磷酸化酶：,糖原合酶：,肌糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同，原因是二者的生理功能不同，肌糖原不能补充血糖，只为肌活动提供能量。,肌糖原代谢的调节,*在糖原分解代谢时肝糖原主要受胰高血糖素的调节，而肌糖原主要受肾上腺素调节。*肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的

43、变构效应物主要为AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。,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。,本节 1、掌握糖原合成与分解的定义、组织和细胞定位、关键酶和生理意义；2、熟悉糖原合成和分解的过程及调节；3、了解糖原累积症；,第 六 节 糖 异 生Gluconeogenesis,糖异生(gluconeogenesis)是指由非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。,*部位：主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体 正常情况下主要在肝脏，肾脏只有肝脏的1/1

44、0，长期饥饿时，肾脏糖异生大大加强，成为重要器官。,*原料：主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸,*糖异生的概念：,一、糖异生途径不完全是糖酵解的逆反应,2.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；,指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。,1.定义,3.糖异生途径的关键反应及限速酶,(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，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）,草酰乙酸转运出线粒体进入胞液,草酰乙酸不能自由出线粒体,丙酮酸,线粒体

45、,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,糖异生的特点,1.四个关键酶,丙酮酸羧化酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶 果糖双磷酸酶-1葡萄糖-6-磷酸酶,2.能量消耗,2*3ATP,2丙酮酸 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中间产物,上述糖代谢中间代谢产

46、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，两种作用物的互变，分别是由两种不同的酶催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环。,底物循环,由于糖异生是沿糖酵解的逆过程进行，所以两条途径方向刚好相反。因此，要进行糖异生就必须抑制糖酵解。糖异生的调节点是糖酵解和糖异生途经中的后两个底物循环。,当底物循环中的两种酶活性相等时，反应平衡进行，代谢不能向前推进，结果只有ATP分解释放出能量，因而称之为无效循环(futile cycle)。,（一）第一个底物循环在6-磷酸果糖与1，6-双磷酸果糖之间进行,*胰高血糖素通过cAMP抑制6-磷酸果糖激酶-2，降低2，

47、6-二磷酸果糖的水平，从而促进糖异生抑制糖酵解。,*胰岛素通过磷酸酶激活6-磷酸果糖激酶-2，增加2，6-二磷酸果糖的水平，从而抑制糖异生促进糖酵解。,PEP,丙 酮 酸,ATP,ADP,丙酮酸激酶,乙 酰 CoA,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,（二）在磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间进行第二个底物循环,三、糖异生的生理意义,（二）补充肝糖原,三碳途径：指饥饿进食后，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。(糖原合成的间接途径),饥饿时，糖的来源断绝，主要依靠糖异生作用生成葡萄糖，以维持血糖恒定，保证脑组织的能量供应。,（一）维持血

48、糖水平的恒定是糖异生最主要的生理作用,长期饥饿时，肾脏糖异生加强，有利于维持机体酸碱平衡。肾脏糖异生加强的原因是饥饿引起代谢性酸中毒，体液PH降低，促使肾小管细胞内磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶合成增加，糖异生加强，从而导致肾脏中-酮戊二酸因异生成糖而减少。谷氨酰胺 谷氨酸-酮戊二酸NH3 NH3NH3被分泌入管腔与原尿中H+结合排出，有利排H+保Na+。防止酸中毒。,（三）肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡,四、肌中产生的乳酸运输至肝进行糖异生形成乳酸循环,（1）定义：肌收缩（尤其是供氧不足时）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进入血液后，再入肝，在肝内异生为葡萄糖。葡萄糖释入

49、血液后又可被肌摄取，这就构成了一个循环，此循环称为乳酸循环，也称Cori循环。,（2）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,（4）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。,（3）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。,本节 1、掌握糖异生的概念、原料、关键酶。2、熟悉糖异生的组织和细胞定位、糖异生途径及乳酸循环的过程及其生理意义。3、了解糖异生的调节,2008年考研西医综合试题,29下列酶中，与丙酮酸生成糖无关的是A丙酮酸激酶B丙酮酸羧化酶C果糖双磷酸酶-1D葡萄糖-6-磷酸酶,27在糖酵解和糖异生中均

50、起作用的酶是A 丙酮酸梭化酶 B 磷酸甘油酸激酶C 果糖二磷酸酶 D 丙酮酸激酶,2007年考研西医综合试题,1分子草酰乙酸彻底氧化,可以产生多少分子ATP?,磷酸烯醇式丙酮酸,草酰乙酸,GTP,GDP,丙酮酸,ADP,ATP,NADH,乙酰CoA,TAC循环,10ATP,2.5ATP,12.5ATP,1分子甘油彻底氧化分解,可以产生多少分子ATP?（16.5或18.5）,第 八 节 血糖及其调节Blood Glucose and The Regulation of Blood Glucose Concentration,*血糖，是指血液中的葡萄糖。,*血糖含量，是指正常人空腹血测得的血糖浓度