糖代謝 04

1、糖 代 謝,Metabolism of Carbohydrates,第 4 章,糖的化學(xué),糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化學(xué)本質(zhì)為多羥醛或多羥酮類及其衍生物或多聚物。,糖的概念,糖的分類及其結(jié)構(gòu),根據(jù)其水解產(chǎn)物的情況，糖主要可分為以下四大類:,單糖 (monosacchride)寡糖 (oligosacchride)多糖 (polysacchride)結(jié)合糖 (glycoconjugate),葡萄糖(glucos

2、e)（已醛糖）,果糖(fructose)（已酮糖）,單糖——不能再水解的糖,半乳糖(galactose)（已醛糖）,核糖(ribose) （戊醛糖）,寡糖,常見的幾種二糖有：,麥芽糖 (maltose)：葡萄糖 — 葡萄糖,蔗 糖 (sucrose)：葡萄糖 — 果糖,乳 糖 (lactose)：葡萄糖 — 半乳糖,能水解生成幾分子單糖的糖，各單糖之間借脫水縮合的糖苷鍵相連。,多糖——能水解生成多個(gè)分子單糖的糖。,常

3、見的多糖有：,淀粉 (starch),糖原 (glycogen),纖維素 (cellulose),淀粉——是植物中養(yǎng)分的儲存形式。,,,,淀粉顆粒,,糖原——是動物體內(nèi)葡萄糖的儲存形式。,纖維素——作為植物的骨架。,,,,β-1,4-糖苷鍵,,結(jié)合糖——糖與非糖物質(zhì)的結(jié)合物。,糖脂 (glycolipid)：是糖與脂類的結(jié)合物。糖蛋白 (glycoprotein)：是糖與蛋白質(zhì)的結(jié)合物。,常見的結(jié)合糖有：,第一節(jié) 概　述,Int

4、roduction,一、糖的主要生理功能是氧化供能,糖在生命活動中的主要作用是提供碳源和能源。,如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、膽固醇、核苷等物質(zhì)的原料。,作為機(jī)體組織細(xì)胞的組成成分。,提供合成體內(nèi)其他物質(zhì)的原料。,如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的組成成分。,二、糖的消化吸收主要是在小腸進(jìn)行,,糖的消化,人類食物中的糖主要有植物淀粉、動物糖原以及麥芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉為主。,消化部位： 主要在小腸，少量在口腔。,淀粉,

5、麥芽糖+麥芽三糖 （40%） （25%）,α-臨界糊精+異麥芽糖 （30%） （5%）,葡萄糖,唾液中的α-淀粉酶,,α-葡萄糖苷酶,,α-臨界糊精酶,消化過程：,腸粘膜上皮細(xì)胞刷狀緣,口腔,,,,腸腔,,胰液中的α-淀粉酶,,食物中含有的大量纖維素，因人體內(nèi)無?-糖苷酶而不能對其分解利用，但卻具有刺激腸蠕動等作用，也是維持健康所必需。,糖的吸收,吸收部位：小腸上段,吸收形式：單糖,ADP+Pi,ATP,G,Na+,

6、,,,,,K+,,小腸粘膜細(xì)胞,腸腔,門靜脈,,吸收機(jī)制：,Na+依賴型葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體(Na+-dependent glucose transporter, SGLT),刷狀緣,細(xì)胞內(nèi)膜,,葡萄糖,,酵解途徑,丙酮酸,,有氧,,無氧,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,,磷酸戊糖途徑,核糖+NADPH+H+,淀粉,第二節(jié)糖的無氧分解,Glycolysis,在機(jī)體缺氧條件下，葡萄糖經(jīng)一系列酶促反應(yīng)生成丙酮酸進(jìn)而還原生成乳

7、酸的過程稱為糖酵解(glycolysis)，亦稱糖的無氧氧化(anaerobic oxidation)。 糖酵解的反應(yīng)部位：胞漿,一、糖無氧氧化反應(yīng)過程分為糖酵解途徑和乳酸生成兩個(gè)階段,第一階段：由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，稱之為糖酵解途徑(glycolytic pathway)。第二階段：由丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸。,糖酵解分為兩個(gè)階段：,,葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖,,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-ph

8、osphate, G-6-P),（一）葡萄糖經(jīng)酵解途徑分解為兩分子丙酮酸,哺乳類動物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有4種己糖激酶同工酶，分別稱為Ⅰ至Ⅳ型。肝細(xì)胞中存在的是Ⅳ型，稱為葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特點(diǎn)是：①對葡萄糖的親和力很低；②受激素調(diào)控。這些特性使葡萄糖激酶在維持血糖水平和糖代謝中起著重要的生理作用。,,6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?6-磷酸果糖,,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate,

9、F-6-P),,6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?,6-雙磷酸果糖,,,,ATP ADP,Mg2+,6-磷酸果糖激酶-1,,6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1),6-磷酸果糖,1,6-雙磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P),1,6-雙磷酸果糖,,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,,,磷酸丙糖的同分異構(gòu)化,,,3-磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸,,3-磷酸

10、甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸,,1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸,,底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，直接轉(zhuǎn)移給ADP或GDP生成ATP或GTP的過程，稱為底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,,3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸,,,2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖?,2-磷酸甘油酸,,,磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸， 并通過底

11、物水平磷酸化生成ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,（二）丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸,反應(yīng)中的NADH+H+ 來自于上述第6步反應(yīng)中的 3-磷酸甘油醛脫氫反應(yīng)。,糖酵解的代謝途徑,E2,E1,E3,產(chǎn)能的方式和數(shù)量方式：底物水平磷酸化凈生成ATP數(shù)量：從G開始 2×2-2= 2ATP*從Gn開始 2×2-1= 3ATP終產(chǎn)物乳酸的去路釋放入血，進(jìn)入肝臟再進(jìn)一步代謝：分解利用 乳酸循環(huán)（糖異生）,二、糖

12、酵解的調(diào)控是對3個(gè)關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié),關(guān)鍵酶,調(diào)節(jié)方式,（一）6-磷酸果糖激酶-1對調(diào)節(jié)酵解途徑的流量最重要,變構(gòu)調(diào)節(jié),別構(gòu)激活劑：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P別構(gòu)抑制劑：檸檬酸; ATP（高濃度）,2,6-雙磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-1最強(qiáng)的變構(gòu)激活劑；其作用是與AMP一起取消ATP、檸檬酸對6-磷酸果糖激酶-1的變構(gòu)抑制作用。,2,6-雙磷酸果糖對6-磷酸果糖激酶-1的調(diào)節(jié)：,（二）丙酮酸激酶是糖酵

13、解的第二個(gè)重要的調(diào)節(jié)點(diǎn),別構(gòu)調(diào)節(jié),別構(gòu)抑制劑：ATP, 丙氨酸,別構(gòu)激活劑：1,6-雙磷酸果糖,（三）己糖激酶受到反饋抑制調(diào)節(jié),6-磷酸葡萄糖可反饋抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。長鏈脂肪酰CoA可別構(gòu)抑制肝葡萄糖激酶。胰島素可誘導(dǎo)葡萄糖激酶基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)酶的合成。,三、糖酵解的主要生理意義是在機(jī)體缺氧的情況下快速供能,是機(jī)體在缺氧情況下獲取能量的有效方式。是某些細(xì)胞在氧供應(yīng)正常情況下的重要供能途徑。,① 無線粒體的細(xì)胞

14、，如：紅細(xì)胞,② 代謝活躍的細(xì)胞，如：白細(xì)胞、骨髓細(xì)胞,第三節(jié)糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在機(jī)體氧供充足時(shí)，葡萄糖徹底氧化成H2O和CO2，并釋放出能量的過程。是機(jī)體主要供能方式。,部位：胞液及線粒體,概念,一、糖有氧氧化的反應(yīng)過程包括糖酵解途徑、丙酮酸氧化脫羧、三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化,第一階段：酵解途徑,第二階段：丙酮酸的

15、氧化脫羧,第三階段：三羧酸循環(huán),G（Gn）,第四階段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,,,,,,,H2O,[O],,ATP,ADP,TAC循環(huán),胞液,線粒體,（一）葡萄糖循糖酵解途徑分解為丙酮酸,總反應(yīng)式:,（二）丙酮酸進(jìn)入線粒體氧化脫羧生成乙酰CoA,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體：這一多酶復(fù)合體位于線粒體內(nèi)膜上，原核細(xì)胞則在胞液中,E1：丙酮酸脫氫酶E2：二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶E3：二氫硫辛酰胺脫氫酶,TPP 硫辛酸（

16、 )HSCoAFAD, NAD+ Mg 2 +,酶,輔酶,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的反應(yīng)過程：,1. 丙酮酸脫羧形成羥乙基-TPP，由丙酮酸脫氫酶催化(E1)。 2. 由二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。3. 二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同時(shí)使硫辛酰胺上的二硫鍵還原為2個(gè)巰基。4. 二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3)使還原的二氫硫辛酰胺脫氫，同時(shí)將氫傳遞給FAD。5. 在二氫硫辛酰胺脫

17、氫酶(E3)催化下，將FADH2上的H轉(zhuǎn)移給NAD+，形成NADH+H+。,,,,,,,CO2,,CoASH,,NAD+,NADH+H+,5. NADH+H+的生成,1. ?-羥乙基-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,,三羧酸循環(huán)(Tricarboxylic Acid Cycle, TAC)也稱為檸檬酸循環(huán)，這是因?yàn)檠h(huán)反應(yīng)中的第一個(gè)中間產(chǎn)物是一個(gè)含三個(gè)羧基的檸檬酸。由于Krebs正式提出

18、了三羧酸循環(huán)的學(xué)說，故此循環(huán)又稱為Krebs循環(huán)，它由一連串反應(yīng)組成。,二、三羧酸循環(huán)是以形成檸檬酸為起始物的循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng),概述,反應(yīng)部位：線粒體,（一）TCA循環(huán)由8步代謝反應(yīng)組成,乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸 檸檬酸經(jīng)順烏頭酸轉(zhuǎn)變?yōu)楫悪幟仕?異檸檬酸氧化脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮戊二酸 α-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反應(yīng) 琥珀酸脫氫生成延胡索酸 延胡索酸加水生成蘋果酸 蘋果酸脫氫生

19、成草酰乙酸,,,,,,,,,NADH+H+,NAD+,,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,,FADH2,NADH+H+,NAD+,,⑧,①,②,③,④,⑤,⑥,⑦,②,,,,,,,,,,,①檸檬酸合酶,②順烏頭酸梅,③異檸檬酸脫氫酶,④α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,⑤琥珀酰CoA合成酶,⑥琥珀酸脫氫酶,⑦延胡索酸酶,⑧蘋果酸脫氫酶,小 結(jié)：,三羧酸循環(huán)的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸縮合生成含三個(gè)羧基的檸檬酸，反復(fù)的進(jìn)行

20、脫氫脫羧，又生成草酰乙酸，再重復(fù)循環(huán)反應(yīng)的過程。TAC過程的反應(yīng)部位是線粒體。,經(jīng)過一次三羧酸循環(huán)，消耗一分子乙酰CoA；經(jīng)四次脫氫，二次脫羧，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；關(guān)鍵酶有：檸檬酸合酶，α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體， 異檸檬酸脫氫酶。,整個(gè)循環(huán)反應(yīng)為不可逆反應(yīng)。,三羧酸循環(huán)的要點(diǎn)：,三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物起催化劑的作用，本身無量的變化，不可能通過三羧酸循

21、環(huán)直接從乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循環(huán)中其他產(chǎn)物，同樣中間產(chǎn)物也不能直接在三羧酸循環(huán)中被氧化為CO2及H2O。,,三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物：,三羧酸循環(huán)的特點(diǎn)：,①循環(huán)反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行，為不可逆反應(yīng)。②每完成一次循環(huán)，氧化分解掉一分子乙?；?，可生成10分子ATP。③循環(huán)的中間產(chǎn)物既不能通過此循環(huán)反應(yīng)生成，也不被此循環(huán)反應(yīng)所消耗。④循環(huán)中有兩次脫羧反應(yīng)，生成兩分子CO2。⑤循環(huán)中有四次脫氫反應(yīng)，生成三分子NADH＋H+和一分子F

22、ADH2。⑥循環(huán)中有一次直接產(chǎn)能反應(yīng)，生成一分子GTP。⑦三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵酶是檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,（二）TCA循環(huán)受底物、產(chǎn)物和關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié),TCA循環(huán)的速率和流量主要受3種因素的調(diào)控：底物的供應(yīng)量，催化循環(huán)最初幾步反應(yīng)酶的反饋別構(gòu)抑制，產(chǎn)物堆積的抑制作用。,1．TCA循環(huán)中有3個(gè)關(guān)鍵酶,檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶α-酮戊二酸脫氫酶,異檸檬酸 脫氫酶,檸檬酸合酶,α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,

23、檸檬酸,Ca2+,① ATP、ADP的影響,② 產(chǎn)物堆積引起抑制,③循環(huán)中后續(xù)反應(yīng)中間產(chǎn)物別位反饋抑制前面反應(yīng)中的酶,④其他，如Ca2+可激活許多酶,（三）TCA循環(huán)在3大營養(yǎng)物質(zhì)代謝中具有重要生理意義,①TCA循環(huán)是三大營養(yǎng)素徹底氧化的最終共同代謝通路。 ②TCA循環(huán)是三大營養(yǎng)素代謝聯(lián)系的樞紐③TCA循環(huán)為其他合成代謝提供小分子前體④TCA循環(huán)為氧化磷酸化提供還原當(dāng)量,H+ + e 進(jìn)入呼吸鏈徹底氧化生成H2O 的同時(shí)ADP偶聯(lián)

24、磷酸化生成ATP-----氧化磷酸化,三、糖有氧氧化是機(jī)體獲得ATP的主要方式,糖的有氧氧化是機(jī)體 產(chǎn)能最主要的途徑。它不僅產(chǎn)能效率高，而且由于產(chǎn)生的能量逐步分次釋放，相當(dāng)一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,四、糖有氧氧化的調(diào)節(jié)是基于能量的需求,關(guān)鍵酶,,① 酵解途徑：,② 丙酮酸的氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體,③ 三羧酸循環(huán)：,己糖激酶丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1,檸檬酸合酶α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體異檸檬酸脫氫酶,丙酮

25、酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)節(jié),別構(gòu)調(diào)節(jié),別構(gòu)抑制劑：乙酰CoA；NADH；ATP別構(gòu)激活劑：AMP；ADP；NAD+,乙酰CoA / HSCoA?或 NADH / NAD+?時(shí)，其活性也受到抑制。這兩種情況見于饑餓、大量脂酸被動員利用時(shí)，這時(shí)糖的有氧氧化被抑制，大多數(shù)組織器官利用脂酸作為能量來源以確保腦等重要組織對葡萄糖的需要。,共價(jià)修飾調(diào)節(jié),異檸檬酸 脫氫酶,檸檬酸合酶,α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,檸檬酸,Ca2+,① ATP、ADP的影

26、響,② 產(chǎn)物堆積引起抑制,③循環(huán)中后續(xù)反應(yīng)中間產(chǎn)物別位反饋抑制前面反應(yīng)中的酶,④其他，如Ca2+可激活許多酶,三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié),有氧氧化的調(diào)節(jié)特點(diǎn),⑴ 有氧氧化的調(diào)節(jié)通過對其關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。⑵ ATP/ADP或ATP/AMP比值全程調(diào)節(jié)。該比值升高，所有關(guān)鍵酶均被抑制。⑶ 氧化磷酸化速率影響三羧酸循環(huán)。前者速率降低，則后者速率也減慢。⑷ 三羧酸循環(huán)與酵解途徑互相協(xié)調(diào)。三羧酸循環(huán)需要多少乙酰CoA，則酵解途徑相應(yīng)產(chǎn)生多少丙

27、酮酸以生成乙酰CoA。,體內(nèi)ATP濃度是AMP的50倍，經(jīng)上述反應(yīng)后，ATP/AMP變動比ATP變動大，有信號放大作用，從而發(fā)揮有效的調(diào)節(jié)作用。,有氧氧化全過程中許多酶的活性都受細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP或ATP/AMP比率的影響，因而能得以協(xié)調(diào)。,五、巴斯德效應(yīng)是指糖有氧氧化抑制糖酵解的現(xiàn)象,概念,機(jī)制,有氧時(shí)，NADH+H+進(jìn)入線粒體內(nèi)氧化，丙酮酸進(jìn)入線粒體進(jìn)一步氧化而不生成乳酸; 缺氧時(shí)，酵解途徑加強(qiáng)，NADH+H+在胞

28、漿濃度升高，丙酮酸作為氫接受體生成乳酸。,巴斯德效應(yīng)(Pastuer effect) 指有氧氧化抑制糖酵解的現(xiàn)象。,第 四 節(jié) 葡萄糖的其他代謝途徑Other Metabolism Pathways of Glucose,概念,磷酸戊糖途徑(pentose phosphate pathway)是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應(yīng)過程。,一、磷酸戊糖途徑生成ADPH和磷酸

29、戊糖,細(xì)胞定位：胞液,第一階段：氧化反應(yīng),（一）磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程分為兩個(gè)階段,反應(yīng)過程可分為二個(gè)階段:,第二階段：非氧化反應(yīng),生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2。,包括一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,,6-磷酸葡萄糖脫氫酶,6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯,1．6-磷酸葡萄糖在氧化階段生成磷酸戊糖和NADPH,5-磷酸核糖,催化第一步脫氫反應(yīng)的6-磷酸葡萄糖脫氫酶是此代謝途徑的關(guān)

30、鍵酶。兩次脫氫脫下的氫均由NADP+接受生成NADPH + H+。反應(yīng)生成的磷酸核糖是一個(gè)非常重要的中間產(chǎn)物。,G-6-P,,,,5-磷酸核糖,,,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,,CO2,,第二階段反應(yīng)的意義就在于通過一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將核糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而進(jìn)入酵解途徑。因此磷酸戊糖途徑也稱磷酸戊糖旁路（pentose phosphate shunt）。,2．經(jīng)過基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)進(jìn)入糖

31、酵解途徑,5-磷酸核酮糖(C5) ×3,5-磷酸核糖C5,,磷酸戊糖途徑,第一階段,第二階段,總反應(yīng)式:,磷酸戊糖途徑的特點(diǎn):,脫氫反應(yīng)以NADP+為受氫體，生成NADPH+H+。 反應(yīng)過程中進(jìn)行了一系列酮基和醛基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，經(jīng)過了3、4、5、6、7碳糖的演變過程。反應(yīng)中生成了重要的中間代謝物——5-磷酸核糖。一分子G-6-P經(jīng)過反應(yīng)，只能發(fā)生一次脫羧和二次脫氫反應(yīng)，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。,（二）磷酸

32、戊糖途徑主要受NADPH/NADP+比值的調(diào)節(jié),6-磷酸葡萄糖脫氫酶此酶為磷酸戊糖途徑的關(guān)鍵酶，其活性的高低決定6-磷酸葡萄糖進(jìn)入磷酸戊糖途徑的流量。此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影響，比值升高則被抑制，降低則被激活。另外NADPH對該酶有強(qiáng)烈抑制作用。因此，磷酸戊糖途徑的流量主要取決于NADPH的需求。,（三）磷酸戊糖途徑的生理意義在于生成NADPH和5-磷酸核糖,2．提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應(yīng),1．為核

33、酸的生物合成提供核糖,（1）NADPH是體內(nèi)許多合成代謝的供氫體；（2）NADPH參與體內(nèi)羥化反應(yīng)；（3）NADPH還用于維持谷胱甘肽(glutathione，GSH)的還原狀態(tài)。,氧化型谷胱甘肽,還原型谷胱甘肽,,還原型谷胱甘肽是體內(nèi)重要的抗氧化劑，可以保護(hù)一些含-SH基的蛋白質(zhì)或酶免受氧化劑尤其是過氧化物的損害。在紅細(xì)胞中還原型谷胱甘肽更具有重要作用。它可以保護(hù)紅細(xì)胞膜蛋白的完整性。缺乏6-p葡萄糖脫氫酶，引起蠶豆病。,二、

34、糖醛酸途徑可生成葡萄糖醛酸,反應(yīng)過程：,對人類而言，糖醛酸途徑的主要生理意義在于生成活化的葡萄糖醛酸，即UDPGA。葡萄糖醛酸是組成蛋白聚糖的糖胺聚糖，如透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、肝素等的組成成分。葡萄糖醛酸在生物轉(zhuǎn)化過程中參與很多結(jié)合反應(yīng)。,生理意義：,三、多元醇途徑可生成木糖醇、山梨醇等,葡萄糖代謝過程中可生成一些多元醇，如木糖醇(xylitol)、山梨醇(sorbitol)等，所以被稱為多元醇途徑(polyol pathway)。

35、但這些代謝過程局限于某些組織，對整個(gè)葡萄糖代謝所占比重極少。,第 五 節(jié) 糖原的合成與分解Glycogenesis and Glycogenolysis,糖 原 (glycogen)是動物體內(nèi)糖的儲存形式之一，是機(jī)體能迅速動用的能量儲備。,糖原的定義：,糖原儲存的主要器官及其生理意義：,1. 葡萄糖單元以α-1,4-糖苷鍵形成長鏈。2. 約10個(gè)葡萄糖單元處形成分枝，分枝處葡萄糖以α-1,6-糖苷鍵連接，分支增加，溶解度增加。

36、3. 每條鏈都終止于一個(gè)非還原端.非還原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其意義：,一、糖原的合成代謝主要在肝和肌組織中進(jìn)行,合成部位：,糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的過程。,組織定位：主要在肝臟、肌肉細(xì)胞定位：胞漿,1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,糖原合成途徑：,2.6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成1-磷酸葡萄糖,此反應(yīng)中磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的意義在于：由于延長形成α-1,4-糖苷鍵，

37、所以葡萄糖分子C1上的半縮醛羥基必須活化，才利于與原來的糖原分子末端葡萄糖的游離C4羥基縮合。半縮醛羥基與磷酸基之間形成的O-P鍵具有較高的能量。,UDPG 可看作“活性葡萄糖”，在體內(nèi)充作葡萄糖供體。,3.1-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成尿苷二磷酸葡萄糖,,4.α-1,4-糖苷鍵式結(jié)合,糖原n 為原有的細(xì)胞內(nèi)的較小糖原分子，稱為糖原引物(primer)， 作為UDPG 上葡萄糖基的接受體。,５.糖原分枝的形成,,,近來人們在糖原分子的核心發(fā)現(xiàn)了一

38、種名為glycogenin的蛋白質(zhì)。Glycogenin可對其自身進(jìn)行共價(jià)修飾，將UDP-葡萄糖分子的C1結(jié)合到其酶分子的酪氨酸殘基上，從而使它糖基化。這個(gè)結(jié)合上去的葡萄糖分子即成為糖原合成時(shí)的引物。,？糖原合成過程中作為引物的第一個(gè)糖原分子從何而來,,糖原合酶催化的反應(yīng)需要引物（多聚葡萄糖） ( glycogen synthase) ( primer)分枝酶形成

39、分枝 (bronching enzyme)糖原合酶是關(guān)鍵酶(key enzyme)UDPG是葡萄糖的供體（葡萄糖的活性形式）每增加一個(gè)葡萄糖，消耗 2 ~Pi,糖原合成特點(diǎn),二、肝糖原分解產(chǎn)物——葡萄糖可補(bǔ)充血糖,亞細(xì)胞定位：胞漿,肝糖原的分解過程：,1.糖原的磷酸解,糖原分解 (glycogenolysis )習(xí)慣上指肝糖原分解成為葡萄糖的過程。,2.脫枝酶的作用,①轉(zhuǎn)移葡萄糖殘基②水解?-1,6-糖苷鍵,,脫枝酶

40、,(debranching enzyme),,,磷酸化酶,,,,轉(zhuǎn)移酶活性,α-1,6糖苷酶活性,,,,在幾個(gè)酶的共同作用下，最終產(chǎn)物中約85%為1-磷酸葡萄糖，15%為游離葡萄糖。,3. 1-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸葡萄糖,4. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、腎中，而不存在于肌中。所以只有肝和腎可補(bǔ)充血糖；而肌糖原不能分解成葡萄糖，只能進(jìn)行糖酵解或有氧氧化。,肌糖原的分解,肌糖原分解的前三步反應(yīng)與肝糖原分

41、解過程相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉組織中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能轉(zhuǎn)變成葡萄糖釋放入血，提供血糖，而只能進(jìn)入酵解途徑進(jìn)一步代謝。肌糖原的分解與合成與乳酸循環(huán)有關(guān)。,磷酸化酶只作用于α-1，4 糖苷鍵磷酸化酶催化至距α-1，6糖苷鍵 4個(gè)葡萄糖單位時(shí)作 用停止脫支酶轉(zhuǎn)移3個(gè)葡萄糖基至鄰近糖鏈末端， 并水解α-1，6糖苷鍵 生成游離葡萄糖磷酸化酶是關(guān)鍵酶(key enzym

42、e)肌糖原不能分解為葡萄糖,糖原分解的特點(diǎn),G-6-P的代謝去路：,G（補(bǔ)充血糖）,G-6-P,F-6-P（進(jìn)入酵解途徑）,G-1-P,Gn（合成糖原）,UDPG,6-磷酸葡萄糖內(nèi)酯（進(jìn)入磷酸戊糖途徑）,葡萄糖醛酸（進(jìn)入葡萄糖醛酸途徑）,,,,,,,,小　結(jié),糖原的合成與分解總圖,糖原的合成與分解是分別通過兩條不同途徑進(jìn)行的。這種合成與分解循兩條不同途徑進(jìn)行的現(xiàn)象，是生物體內(nèi)的普遍規(guī)律。這樣才能進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)。當(dāng)糖原合成途徑活

43、躍時(shí)，分解途徑則被抑制，才能有效地合成糖原；反之亦然。,三、糖原合成與分解受到彼此相反的調(diào)節(jié),它們的快速調(diào)節(jié)有共價(jià)修飾和變構(gòu)調(diào)節(jié)二種方式。它們都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉(zhuǎn)變。,這兩種關(guān)鍵酶調(diào)節(jié)的重要特點(diǎn)：,（一）糖原磷酸化酶是糖原分解的關(guān)鍵酶,糖原磷酸化酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié),磷酸化酶二種構(gòu)像——緊密型(T)和疏松型(R)，其中T型的14位Ser暴露，便于接受前述的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)。,葡萄糖是磷

44、酸化酶的別構(gòu)抑制劑。,糖原磷酸化酶的變構(gòu)調(diào)節(jié),（二）糖原合酶是糖原合成的關(guān)鍵酶,糖原合酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié),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,磷蛋白磷酸酶抑制劑,兩種酶磷酸化或去磷酸化后活性變化相反；此調(diào)節(jié)為酶促反應(yīng)，調(diào)節(jié)速度快；調(diào)節(jié)有級聯(lián)放大作用，效率高；受激素調(diào)節(jié)。,糖原磷酸化酶和糖原合酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)特點(diǎn)：,肌肉內(nèi)糖原代謝的二個(gè)關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)與肝糖原不同：,在糖原分解代謝時(shí)肝主要受胰高血糖素的調(diào)

45、節(jié)，而肌肉主要受腎上腺素調(diào)節(jié)。 肌肉內(nèi)糖原合酶及磷酸化酶的變構(gòu)效應(yīng)物主要為AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。,調(diào)節(jié)小結(jié):,雙向調(diào)控：對合成酶系與分解酶系分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，如加強(qiáng)合成則減弱分解，或反之。,雙重調(diào)節(jié)：別構(gòu)調(diào)節(jié)和共價(jià)修飾調(diào)節(jié)。,肝糖原和肌糖原代謝調(diào)節(jié)各有特點(diǎn)：如分解肝糖原的激素主要為胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要為腎上腺素。,關(guān)鍵酶調(diào)節(jié)上存在級聯(lián)效應(yīng)。,關(guān)鍵酶都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化

46、而相互轉(zhuǎn)變。,四、糖原積累癥是由先天性酶缺陷所致,糖原累積癥(glycogen storage diseases)是一類遺傳性代謝病，其特點(diǎn)為體內(nèi)某些器官組織中有大量糖原堆積。引起糖原累積癥的原因是患者先天性缺乏與糖原代謝有關(guān)的酶類。,糖原積累癥分型,第 六 節(jié) 糖 異 生Gluconeogenesis,糖異生(gluconeogenesis)是指從非糖化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程。,部位：,原料：,概念：,

47、主要在肝、腎細(xì)胞的胞漿及線粒體。,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸。,一、糖異生途徑不完全是糖酵解的逆反應(yīng),過程：,酵解途徑中有3個(gè)由關(guān)鍵酶催化的不可逆反應(yīng)。在糖異生時(shí)，須由另外的反應(yīng)和酶代替。,糖異生途徑與酵解途徑大多數(shù)反應(yīng)是共有的、可逆的；,糖異生途徑(gluconeogenic pathway)指從丙酮酸生成葡萄糖的具體反應(yīng)過程。,（一）丙酮酸經(jīng)丙酮酸羧化支路變?yōu)榱姿嵯┐际奖?丙酮酸,草酰乙酸,PEP,① 丙酮酸羧化酶(pyruv

48、ate carboxylase)，輔酶為生物素（反應(yīng)在線粒體）,② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反應(yīng)在線粒體、胞液）,草酰乙酸轉(zhuǎn)運(yùn)出線粒體：,,,,,丙酮酸,線粒體,胞液,,,糖異生途徑所需NADH+H+的來源：,糖異生途徑中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛時(shí)，需要NADH+H+。,由乳酸為原料異生糖時(shí)， NADH+H+由下述反應(yīng)提供。,乳酸,丙酮酸,,LDH,,,NAD+,NADH+H+,由氨基酸為原料進(jìn)行糖異生時(shí)， NADH+H

49、+則由線粒體內(nèi)NADH+H+提供，它們來自于脂酸的β-氧化或三羧酸循環(huán)，NADH+H+轉(zhuǎn)運(yùn)則通過草酰乙酸與蘋果酸相互轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)運(yùn)。,（二）1,6-雙磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖,（三）6-磷酸葡萄糖水解為葡萄糖,在以上反應(yīng)過程中，作用物的互變反應(yīng)分別由不同的酶催化其單向反應(yīng)，這種互變循環(huán)被稱為底物循環(huán)(substrate cycle)。當(dāng)兩種酶活性相等時(shí)，就不能將代謝向前推進(jìn)，結(jié)果僅是ATP分解釋放出能量，因而又稱為無效循環(huán)(futile

50、cycle)。而在細(xì)胞內(nèi)兩酶活性不完全相等，使代謝反應(yīng)僅向一個(gè)方向進(jìn)行。,非糖物質(zhì)進(jìn)入糖異生的途徑,糖異生的原料轉(zhuǎn)變成糖代謝的中間產(chǎn)物,生糖氨基酸,,α-酮酸,,-NH2,甘油,,α-磷酸甘油,,磷酸二羥丙酮,乳酸,丙酮酸,,,2H,上述糖代謝中間代謝產(chǎn)物進(jìn)入糖異生途徑，異生為葡萄糖或糖原,小 結(jié)1、定義：由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)镚或Gn的過程2、反應(yīng)部位：胞液和線粒體 3、原料：乳酸、甘油、生糖氨基酸4、三個(gè)能障：丙酮酸—磷

51、酸烯醇式丙酮酸；F-1,6-2P—F-6-P；G-6-P—G5、所需NADH+H+的來源：乳酸為原料時(shí)直接來自乳酸脫氫反應(yīng)；其他物質(zhì)為原料時(shí)來自線粒體 中脂肪酸的β-氧化和TAC6、消耗ATP的數(shù)目：每2分子乳酸異生一分子G需要消 耗6個(gè)ATP,二、糖異生的調(diào)節(jié)通過對2個(gè)底物循環(huán)的調(diào)節(jié)與糖酵解調(diào)節(jié)彼此協(xié)調(diào),酵解途徑與糖異生途徑是方向相反的兩條代謝途徑。如從丙酮酸進(jìn)行有效的糖異生，就必須抑制酵解途徑，以防止葡萄糖又重新分解成丙酮酸；反

52、之亦然。這種協(xié)調(diào)主要依賴于對這兩條途徑中的前兩個(gè)底物循環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)。,（一）第一個(gè)底物循環(huán)在6-磷酸果糖與1，6-雙磷酸果糖之間進(jìn)行,（二）在磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之間進(jìn)行第二個(gè)底物循環(huán),PEP,丙酮酸,ATP,ADP,丙酮酸激酶,,,,1,6-雙磷酸果糖,丙氨酸,,,,乙 酰 CoA,草酰乙酸,,,三、糖異生的生理意義主要在于維持血糖水平恒定,（一）維持血糖水平的恒定是糖異生最主要的生理作用,空腹或饑餓時(shí)，依賴氨基酸、甘油等異生成葡

53、萄糖，以維持血糖水平恒定。正常成人的腦組織不能利用脂酸，主要依賴葡萄糖供給能量（120克）；紅細(xì)胞沒有線粒體，完全通過糖酵解獲得能量；骨髓、神經(jīng)等組織由于代謝活躍，經(jīng)常進(jìn)行糖酵解。這樣，即使在非饑餓狀況下，機(jī)體也需消耗一定量的糖，以維持生命活動。此時(shí)這些糖全部依賴糖異生生成。,糖異生的主要原料為乳酸、氨基酸及甘油。,乳酸來自肌糖原分解。這部分糖異生主要與運(yùn)動強(qiáng)度有關(guān)。而在饑餓時(shí)，糖異生的原料主要為氨基酸和甘油（糖異生可以促進(jìn)脂肪氧化

54、分解供應(yīng)能量，當(dāng)體內(nèi)糖供應(yīng)不足時(shí)，機(jī)體會大量動員脂肪分解，此時(shí)會產(chǎn)生過多的酮體（乙酰乙酸、β-羥丁酸、丙酮），而酮體則必須經(jīng)過三羧酸循環(huán)才能徹底氧化，此時(shí)糖異生對維持三羧酸循環(huán)的正常進(jìn)行起主要作用)。 。,（二）糖異生是補(bǔ)充或恢復(fù)肝糖原儲備的重要途徑,三碳途徑： 指進(jìn)食后，大部分葡萄糖先在肝外細(xì)胞中分解為乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再進(jìn)入肝細(xì)胞異生為糖原的過程。,長期饑餓或禁食時(shí)，腎糖異生增強(qiáng)，有利于維持酸堿平衡。發(fā)生這一變化的原因可能

55、是饑餓造成的代謝性酸中毒造成的。此時(shí)體液pH降低，促進(jìn)腎小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，從而使糖異生作用增強(qiáng)。另外，當(dāng)腎中α-酮戊二酸因異生成糖而減少時(shí)，可促進(jìn)谷氨酰胺脫氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脫氨反應(yīng)，腎小管細(xì)胞將NH3分泌入管腔中，與原尿中H+結(jié)合，降低原尿H+的濃度，有利于排氫保鈉作用的進(jìn)行，對于防止酸中毒有重要作用。,（三）腎糖異生增強(qiáng)有利于維持酸堿平衡,四、肌中產(chǎn)生的乳酸運(yùn)輸至肝進(jìn)行糖異生形成乳酸循環(huán),肌收縮（尤其是供氧不

56、足時(shí)）通過糖酵解生成乳酸。肌內(nèi)糖異生活性低，所以乳酸通過細(xì)胞膜彌散進(jìn)入血液后，再入肝，在肝內(nèi)異生為葡萄糖。葡萄糖釋入血液后又可被肌攝取，這就構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)，此循環(huán)稱為乳酸循環(huán)，也稱Cori循環(huán)。乳酸循環(huán)的形成是由于肝和肌組織中酶的特點(diǎn)所致。,糖異生活躍有葡萄糖-6磷酸酶,【,】,循環(huán)過程,,肝,,肌肉,葡萄糖,,葡萄糖,,葡萄糖,,,,,酵解途徑,,丙酮酸,乳酸,,,NADH,,NAD+,,乳酸,,乳酸,,,NAD+,,NADH,丙

57、酮酸,,,,,,糖異生途徑,血液,糖異生低下沒有葡萄糖-6磷酸酶,【,】,生理意義,乳酸再利用，避免了乳酸的損失。,防止乳酸的堆積引起酸中毒。,乳酸循環(huán)是一個(gè)耗能的過程,2分子乳酸異生為1分子葡萄糖需6分子ATP。,6-磷酸葡萄糖的代謝途徑及其在糖代謝中的重要作用,6-磷酸葡萄糖的來源： ①己糖激酶或葡萄糖激酶催化葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄。②糖原分解產(chǎn)生的1-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖。③非糖物質(zhì)經(jīng)糖異生由6-磷酸果糖異構(gòu)為6

58、-磷酸葡萄糖。6-磷酸葡萄糖的去路：①經(jīng)糖酵解生成乳酸。②經(jīng)糖的有氧氧化徹底氧化生成CO2、H2O和ATP。③通過變位酶催化生成1-磷酸葡萄糖，合成糖原。④在6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化下進(jìn)入磷酸戊糖途徑。6-磷酸葡萄糖是糖代謝各個(gè)代謝途徑的交叉點(diǎn)，是各代謝途徑的共同中間產(chǎn)物，上述各條代謝途徑不能順利進(jìn)行。因此，6-磷酸葡萄糖的代謝方向取決于各條代謝途徑中相關(guān)酶的活性大小。,第 八 節(jié) 血糖及其調(diào)節(jié)The Definition,

59、Level and Regulation of Blood Glucose,血糖，指血液中的葡萄糖。,血糖水平，即血糖濃度。,血糖及血糖水平的概念：,正常血糖濃度 ：3.89~6.11mmol/L,血糖水平恒定的生理意義：,保證重要組織器官的能量供應(yīng)，特別是某些依賴葡萄糖供能的組織器官。,腦組織不能利用脂酸，正常情況下主要依賴葡萄糖供能；紅細(xì)胞沒有線粒體，完全通過糖酵解獲能；骨髓及神經(jīng)組織代謝活躍，經(jīng)常利用葡萄糖供能。,血糖,一、血

60、糖的來源和去路是相對平衡的,二、血糖水平的平衡主要是受到激素調(diào)節(jié),血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代謝協(xié)調(diào)的結(jié)果，也是肝、肌、脂肪組織等各器官組織代謝協(xié)調(diào)的結(jié)果。機(jī)體的各種代謝以及各器官之間能這樣精確協(xié)調(diào)，以適應(yīng)能量、燃料供求的變化，主要依靠激素的調(diào)節(jié)。酶水平的調(diào)節(jié)是最基本的調(diào)節(jié)方式和基礎(chǔ)。,主要調(diào)節(jié)激素,,降低血糖：胰島素(insulin),升高血糖：,胰高血糖素(glucagon)糖皮質(zhì)激素腎上腺素,胰島素(Insulin

61、)是體內(nèi)唯一的降低血糖的激素，也是唯一同時(shí)促進(jìn)糖原、脂肪、蛋白質(zhì)合成的激素。胰島素的分泌受血糖控制，血糖升高立即引起胰島素分泌；血糖降低，分泌即減少。,（一）胰島素是體內(nèi)唯一降低血糖的激素,（二）機(jī)體在不同狀態(tài)下有相應(yīng)的升高血糖的激素,1．胰高血糖素(glucagon)是體內(nèi)主要升高血糖的激素,血糖降低或血內(nèi)氨基酸升高刺激胰高血糖素的分泌。,胰島素和胰高血糖素是調(diào)節(jié)血糖，實(shí)際上也是調(diào)節(jié)三大營養(yǎng)物代謝最主要的兩種激素。機(jī)體內(nèi)糖、脂肪、

62、氨基酸代謝的變化主要取決于這兩種激素的比例。不同情況下這兩種激素的分泌是相反的。引起胰島素分泌的信號（如血糖升高）可抑制胰高血糖素分泌。反之，使胰島素分泌減少的信號可促進(jìn)胰高血糖素分泌。,正常人體內(nèi)存在一套精細(xì)的調(diào)節(jié)糖代謝的機(jī)制，在一次性食入大量葡萄糖后，血糖水平不會出現(xiàn)大的波動和持續(xù)升高。,人體對攝入的葡萄糖具有很大的耐受能力的現(xiàn)象稱為葡萄糖耐量(glucose tolerence)。,三、血糖水平異常及糖尿病是最常見的糖代謝紊亂,

63、臨床上因糖代謝障礙可發(fā)生血糖水平紊亂，常見有以下兩種類型：,低血糖 (hypoglycemia) 高血糖 (hyperglycemia),（一）低血糖是指血糖濃度低于3.0mmol/L,低血糖影響腦的正常功能，因?yàn)槟X細(xì)胞所需要的能量主要來自葡萄糖的氧化。當(dāng)血糖水平過低時(shí)，就會影響腦細(xì)胞的功能，從而出現(xiàn)頭暈、倦怠無力、心悸等，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)昏迷，稱為低血糖休克。如不及時(shí)給病人靜脈補(bǔ)充葡萄糖，可導(dǎo)致死亡。,低血糖的危害：,胰性(胰島β-細(xì)胞機(jī)

64、能亢進(jìn)、胰島α-細(xì)胞機(jī)能低下等)；肝性（肝癌、糖原累積病等）；內(nèi)分泌異常（垂體機(jī)能低下、腎上腺皮質(zhì)機(jī)能低下等）；腫瘤（胃癌等）；饑餓或不能進(jìn)食者等。,低血糖的原因：,（二）高血糖是指空腹血糖高于6.9mmol/L,臨床上將空腹血糖濃度高于5.6～6.9mmol/L 稱為高血糖(hyperglycemia)。當(dāng)血糖濃度超過了腎小管的重吸收能力(腎糖閾)，則可出現(xiàn)糖尿。持續(xù)性高血糖和糖尿，特別是空腹血糖和糖耐量曲線高于正常范圍，