北京大学生物化学课件06

糖代谢Metabolismofcarbohydrate刘新文北京大学医学部生化与分子生物学系 本章要求掌握糖酵解的过程、部位、关键酶和意义掌握糖有氧氧化的过程、部位、关键酶和意义掌握磷酸戊糖途径的意义掌握糖原合成和分解的过程和关键酶掌握糖异生的过程、部位、关键酶和意义掌握血糖正常值、来源、去路和意义 一、糖的生理功能1.主要生理功能：氧化供能4千卡/g.2.是细胞的组成成分：糖脂----构成神经组织和生物膜的成分氨基多糖及其与蛋白质的结合物----结缔组织的基本成分核糖及脱氧核糖----分别是RNA及DNA的结构成分糖蛋白----细胞膜成分,血浆球蛋白(包括抗体)几乎都是糖蛋白;某些激素,酶和凝血因子也是糖蛋白第一节概述 二、糖的消化吸收淀粉口腔a-淀粉酶胃小肠胰a-淀粉酶a-糊精酶糖淀粉酶麦芽糖酶葡萄糖主动吸收或易化扩散血液三、糖代谢的概况葡萄糖无氧酵解有氧氧化糖原合成糖原分解磷酸戊糖途径糖异生血糖 第二节.葡萄糖的分解代谢一、葡萄糖的无氧分解（糖酵解）1.概念:糖在无氧条件下,分解成乳酸的过程。2.过程：（1）葡萄糖分解成丙酮酸（糖酵解途径）关键酶：己糖激酶或葡萄糖激酶（肝）磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶 己糖激酶/葡萄糖激酶（肝）反应不可逆 6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸己糖异构酶 6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖磷酸果糖激酶-1反应不可逆 磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶 3-磷酸甘油醛1.3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛脱氢酶 1.3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶 3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶 烯醇化酶2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶反应不可逆 丙酮酸乳酸NAD+（2）丙酮酸转变成乳酸乳酸脱氢酶 葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1.6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮3磷酸甘油醛1.3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乳酸 3.特点：（1）反应部位：胞液（2）关键酶：己糖激酶,6-磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶（3）能量的净生成：2ATP消耗ATP的步骤:GATP6-磷酸G6-磷酸果糖ATP1,6-二磷酸果糖生成ATP的步骤：1,3-二磷酸甘油酸ATP3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸ATP丙酮酸 （4）中间化合物：G磷酸二羟丙酮a-磷酸甘油甘油（5）高能化合物：1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇式丙酮酸。4.糖无氧分解的调节： 二、糖酵解的调节6-磷酸果糖激酶-16-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖ADPATPAMP柠檬酸2，6-二磷酸果糖+-+ 6-磷酸果糖2，6-二磷酸果糖6-磷酸果糖激酶-2果糖二磷酸酶-2图5-22，6-二磷酸果糖的合成与分解 磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶长链脂肪酸ATP丙酮酸1.6-二磷酸果糖+ 5.意义：紧急供能：剧烈运动时。生理供能：红细胞、视网膜、睾丸和骨髓病理供能：严重贫血、呼吸功能障碍和循环功能障碍。G己糖激酶6-磷酸葡萄糖 O2O2G6-磷酸葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA三羧酸循环H++eO2H2OCO2胞液线粒体图5-3葡萄糖有氧氧化概况第三节葡萄糖的有氧分解概念：糖在有氧的条件下，彻底分解成H2o和CO2，同时释放出能量的过程。 一、过程：CH3COCOOH+HS-CoA丙酮酸脱氢酶系CH3CO~SCoANAD+NADH+H+CO2（一）丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶（E1）二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3） 丙酮酸脱氢酶复合体作用机理： 草酰乙酸乙酰CoA柠檬酸辅酶A（二）三羧酸循环1.反应过程柠檬酸合酶 柠檬酸[酶-顺乌头酸]复合物异柠檬酸顺乌头酸酶顺乌头酸酶 异柠檬酸α–酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶 α–酮戊二酸琥珀酰CoAα–酮戊二酸脱氢酶系 琥珀酰CoA琥珀酸～琥珀酰CoA合成酶 琥珀酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶 延胡索酸苹果酸延胡索酸酶 苹果酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶 2、注意点：（1）进行部位：线粒体（2）关键酶：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶复合体（3）三羧酸循环：4次脱氢（其中三次以NAD+为受氢体,一次以FAD为受氢体）2次脱羧每循环一周产生12个ATP（4）三羧酸循环的中间产物不会因参与循环而被消耗，但可以参加其他代谢而被消耗。草酰乙酸天冬氨酸-酮戊二酸谷氨酸 草酰乙酸丙酮酸丙氨酸CH3C=O+CO2COOHCOOHCOOHCH2CO生物素丙酮酸羧化酶丙酮酸草酰乙酸 三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质最终氧化的共同途径。三羧酸循环是糖、脂、某些氨基酸代谢联系和互变的枢纽。三羧酸循环是体内产生CO2和能量的主要机制之一。3.生理意义 二、有氧氧化生成的ATP 三、有氧氧化的调节 4糖有氧氧化的调节： 四、糖酵解和有氧氧化之间的互相调节。巴斯德效应：有氧氧化抑制糖酵解的现象。反巴斯德效应：有些正常组织细胞如视网膜,小肠粘膜,粒细胞及多种癌细胞，在充分供给葡萄糖时，不论有氧与否，都进行很强的酵解反应。而有氧氧化反而相应降低。 第四节磷酸戊糖途径一、过程反应部位：胞液1.磷酸戊糖的生成 6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖5-磷酸核糖 注意点：（1）限速酶：6磷酸葡萄糖脱氢酶。（2）此途径的两种脱氢酶—6磷酸葡萄糖脱氢酶和6磷酸葡萄糖酸脱氢酶都以NADP+(辅酶II)为辅酶，生成大量NADPH+H+。（3）此途径并非生物体葡萄糖氧化供能的重要途径。2.基团转移反应通过基团转移反应，将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入糖酵解途径 5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖7-磷酸景天糖3-磷酸甘油醛 7-磷酸景天糖3-磷酸甘油醛4-磷酸赤藓糖6-磷酸果糖 4-磷酸赤藓糖5-磷酸木酮糖6-磷酸果糖3-磷酸甘油醛 C5C3C6C5C7C4C5C3C6 6-磷酸葡萄糖X36-磷酸葡萄糖酸内酯X36-磷酸葡萄糖酸X35-磷酸核酮糖X35-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5磷酸木酮糖7-磷酸景天糖3-磷酸甘油醛4-磷酸赤藓糖6-磷酸果糖6-磷酸果糖3-磷酸甘油醛图5-8磷酸戊糖途径 3调节：NADPH能强烈抑制6磷酸葡萄糖脱氢酶的活性。 4生理意义：（1）磷酸戊糖途径是体内利用葡萄糖生成5-磷酸核糖的唯一途径。为体内核酸的合成提供了原料。（2）NADPH的生成及其功用：磷酸戊糖途径的另一主要生理意义是提供细胞代谢所需的NADPH。NADPH的功用：在脂肪酸及胆固醇等物质的生物合成中提供氧，作为供氧体。NADPH作为谷胱甘肽还原酶的辅酶，对于维持细胞中还原型谷胱甘肽（G-SH）的正常含量，从而对维持细胞特别是红细胞的完整性有重要作用。NADPH参与肝脏内的生理转化反应。（3）通过磷酸戊糖途径中的转酮醇基及转醛醇基反应，使丙糖，丁糖，戊糖，己糖，庚糖在体内得以互相转变。 第五节糖原的合成与分解1主要部位：肝脏，肌肉。2过程：葡萄糖+ATP己糖激酶葡萄糖激酶（肝）6-磷酸G+ADP6-磷酸G变位酶1-磷酸G1-磷酸G+UTPUDPG焦磷酸化酶UDPG+PPi（焦磷酸）UDPG+糖元（Gn）糖原合酶UDP+糖原（Gn+1）当链长度达到12~18个葡萄糖残基时，分枝酶就将链长约为7个葡萄糖残基的糖链移至邻近的糖链上，并以1,6-糖苷键进行连接，从而形成糖原分子的分枝。一、糖原的合成 1-磷酸葡萄糖UDPG尿苷尿苷 糖原n+1 3注意点：（1）耗能过程（2）关键酶：糖原合酶。（3）UDPG是葡萄糖的活性形式。 二糖原分解代谢1过程：糖原糖原磷酸化酶1-磷酸G变位酶6-磷酸GG-6-磷酸酶G脱枝酶：一种双功能酶4-α–葡聚糖基转移酶1，6-葡萄糖苷酶脱枝酶 磷酸化酶转移酶糖苷酶 2注意点：（1）关键酶：糖原磷酸化酶。（2）在肌肉中缺乏葡萄糖-6-磷酸酶活性，因此肌糖原不能分解成葡萄糖。 三、糖原合成与分解的调节（一）磷酸化酶低活性高活性 （二）糖原合酶有活性无活性 四、糖原累计症 第六节糖异生（Gluconeogenesis）概念：非糖物质转变成葡萄糖的过程。CH3C=OCOOHCOOHCOOHCH2CO丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶CH2C–OPO32-COOH丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸（1）一、糖异生途径ATPADP+PiCO2GTPGDP+CO2 （2）CH2OPO32-|C=OHOCHHCOHHCOHCH2OPO32-+H2O果糖二磷酸酶CH2OHC=OHOCHHCOHHCOHCH2OPO32-+Pi2-1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖 (3)OHoOHOHOHCH2OP32-+H2O葡萄糖6磷酸酶OHoOHOHOHCH2OH6-磷酸葡萄糖葡萄糖注意点：关键酶：丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，果糖二磷酸酶，葡萄糖磷酸酶。 二、调节：（1）当肝细胞内甘油，氨基酸，乳酸及丙酮酸等糖异生的原料增高时，糖异生作用增强。（2）丙酮酸羧化酶必须有乙酰CoA存在时才有活性。（3）ATP可抑制磷酸果糖激酶，激活果糖二磷酸酶，而ADP和AMP的作用正好与ATP相反。故ATP能促进糖异生；ADP与AMP则抑制糖异生。 （4）激素调节肾上腺素胰高血糖素诱导肝细胞中磷酸烯醇式丙酮酸的生成。促进脂肪动员脂肪酸分解乙酰CoA激活丙酮酸羧化酶甘油：糖异生原料。糖皮质激素诱导肝脏合成糖异生的四种关键酶，特别是磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶。促进肝外组织蛋白分解促进脂库动员糖异生原料 胰岛素抑制四种关键酶的合成。对抗肾上腺素和胰高血糖素的作用。抑制糖异生三、生理意义（1）维持血糖浓度的恒定。（2）补充肝糖原。（3）调节酸碱平衡。 四、乳酸循环葡萄糖丙酮酸乳酸葡萄糖丙酮酸乳酸乳酸葡萄糖NADHNADH肝血液肌肉糖异生糖酵解 去路来源食物中糖肝糖原非糖物质血糖3.89-6.11mmol/L消化吸收分解糖异生尿糖>8.89mmol/LCO2,H2O,能量氧化分解肝糖原，肌糖原合成其它糖及糖衍生物非糖物质转变第七节血糖及其调节一、血糖的来源与去路 二、血糖水平的调节1.胰岛素：促进肌细胞、脂肪细胞摄取葡萄糖促进糖原合成，抑制糖原分解加快糖有氧氧化抑制糖异生作用减缓脂肪的动员，从而减少脂肪酸对糖氧化的抑制2.胰高血糖素：促进肝糖原分解促进糖异生促进糖异生 3.糖皮质激素：促进糖异生抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖协助促进脂肪的动员4.肾上腺素：加速糖原分解促进肌糖原酵解生成乳酸，加快糖异生 三、血糖水平异常高血糖及糖尿症(hyperglycemiaandglucosuria)空腹血糖>7.22-7.78mmol/L肾糖阈：血糖<8.89-10.00mmol/L常见原因：糖尿病低血糖(hypoglycemia)空腹血糖<3.33-3.89mmol/L常见原因：胰性、肝性、内分泌异常、肿瘤、饥饿 复习题葡萄糖是如何在缺氧状态下转变成乳酸的？有何意义？非糖物质转变成葡萄糖需经过哪些关键反应？各由哪些关键酶催化？一克分子葡萄糖所生成的乙酰CoA进入三羧酸循环可生成多少克分子ATP？叙述血糖的正常含量、来源、去路、调节和意义本章所述代谢中共涉及多少关键酶？它们是哪些？磷酸戊糖途径有何重要意义试述肝脏是如何合成和分解糖原？受什麽因素调节？