糖代谢PPT医学课件.ppt

糖代谢,一、糖的化学糖的概念：即碳水化合物，是指多羟基醛或多羟基酮及其衍生物或多聚物。糖的分类：根据水解产物的情况，主要分为单糖、寡糖、多糖、结合糖。单糖：葡萄糖、果糖、核糖等,寡糖：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)多糖：淀粉(starch)，糖原(glycogen)，纤维素(cellulose),第一节概述,一、糖的生理功能,（一）氧化分解，供应能量糖类所供给的能量是机体生命活动主要的能量来源。正常情况下机体所需总能量的5070%来自糖的氧化分解。1mol葡萄糖在体内完全氧化可释放2840kJ的能量。,（二）储存能量，维持血糖,糖在体内可以糖原形式储存，当机体需要时，糖原分解，释放入血，有效地维持正常血糖浓度。,（三）提供原料，合成其他物质,糖可转变为脂肪酸和甘油，进而合成脂肪；可转变为某些氨基酸以供机体合成蛋白质所需；可转变为葡萄糖酸，参与机体生物转化反应等。,1.核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分；2.糖与脂类或蛋白质结合形成糖脂、糖蛋白或蛋白聚糖（统称糖复合物）。糖复合物不仅是细胞的结构分子，而且是信息分子。3.体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖蛋白，如抗体、许多酶类和凝血因子等。,（四）参与构造组织细胞,（五）其它功能,参与构成体内一些具有生理功能的物质，如免疫球蛋白、血型物质及部分激素等。,二、糖代谢概况,体内糖的来源主要来自植物，从动物性食物中摄入的糖量很少。糖的消化经消化道水解酶的作用分解为单糖（主要是G）。糖的吸收经小肠黏膜吸收入血成为血糖。,糖代谢概况,第二节糖原的合成与分解,糖原是由若干葡萄糖单位组成的具有多分支结构的大分子化合物。,糖原,支链末端为非还原端，分支越多，非还原端越多，糖原的溶解度越高。,糖原由-葡萄糖聚合而成。由-1,4糖苷键连接为直链结构，由-1,6糖苷键连接为分支结构。,糖原,肝糖原含量可达肝重的5%(总量为90-100g),肌糖原含量为肌肉重量的12%(总量为200-400g),糖原的分布,一、糖原合成,（一）概念由单糖合成糖原的过程称为糖原的合成(glycogenesis)。单糖:葡萄糖(主要)、果糖、半乳糖等部位：肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中,1葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖反应由已糖激酶催化，ATP提供磷酸基。,（二）糖原合成过程,己糖激酶,已糖激酶是酵解途径的限速酶之一，Mg2+是其必需激活剂。现已发现，哺乳动物体内已糖激酶同工酶有四种：、。、型主要存在于肝外组织1.专一性不强，对多种已糖起作用2.Km较低，在0.1mmol/L左右，对葡萄糖有较强的亲和力3.保证大脑等重要组织器官在血糖浓度较低时仍能利用葡萄糖供能型存在于肝细胞中，也称葡萄糖激酶1.专一性较强，只对葡萄糖起作用2.Km较高，在10mmol/L左右，对葡萄糖的亲和力较低，只有在血糖浓度较高时才能发挥作用3.在维持血糖水平中起重要作用,21-磷酸葡萄糖的生成反应由磷酸葡萄糖变位酶催化。,3尿苷二磷酸葡萄糖的生成在尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的催化下，尿苷三磷酸（UTP）与1-磷酸葡萄糖反应生成尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）。,4从UDPG合成糖原在糖原合酶的催化下，UDPG的葡萄糖基转移到糖原引物的非还原末端，通过-1,4糖苷键相连形成糖原。,（三）糖原合成的特点,1、糖原合成需要引物2、糖原合酶是糖原合成的关键酶3、糖原支链结构的形成需要分支酶的作用4、糖原合成是消耗能量的过程,糖原合成的限速酶,1218G,二、糖原分解,（一）概念肝糖原分解为葡萄糖的过程。,(二）糖原分解反应过程,1.糖原分解为1-磷酸葡萄糖从糖原分子的非还原端开始，由磷酸化酶的催化-1,4糖苷键断裂，逐个生成1-磷酸葡萄糖。,2.脱支酶的作用,磷酸化酶只作用于-1,4糖苷键，对-1,6糖苷键不起作用。当磷酸解反应进行到距分支点约4个葡萄糖基时，脱支酶开始发挥作用，它首先将3个葡萄糖基转移到邻近糖链的非还原末端，以-1,4糖苷键相连；然后将剩下的以-1,6糖苷键连接的葡萄糖基直接水解为游离葡萄糖。脱支酶有两种酶活性：葡聚糖转移酶和-1,6葡萄糖苷酶。除去分支后，磷酸化酶则继续发挥作用。因此在磷酸化酶与脱支酶的共同作用下，糖原的分支越来越少，分子不断变小。,脱支酶具有:-1,4-葡聚糖转移酶-1,6-葡聚糖转移酶的双重作用,3.1-磷酸葡萄糖在变位酶作用下转变为6-磷酸葡萄糖,4.6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,葡萄糖6-磷酸酶主要存在于肝细胞，肌肉组织中不含此酶，因此肌糖原不能分解为葡萄糖。,糖原合成与分解,葡萄糖,糖原,G-1-P,G-6-P,UDPG,三、糖原合成与分解的意义,对维持血糖浓度的相对恒定和肌肉组织对能量的需要起重要作用。激素介导对糖原合成与分解的调节在生物体内具有普遍的意义。,四、糖原合成与分解的调节,（一）共价修饰调节（二）变构调节,糖原合酶的共价修饰调节,糖原代谢的共价修饰调节,第三节糖的分解代谢,糖的无氧氧化（糖酵解）糖的有氧氧化磷酸戊糖途径,糖的氧化分解方式根据反应条件和反应途径的不同分为三种,一、糖的无氧氧化,（一）无氧氧化的概念,葡萄糖或糖原在无氧或缺氧情况下，分解成乳酸和少量ATP的过程。,（二）糖酵解反应过程,全过程在细胞液中进行反应分三个阶段第一阶段：葡萄糖裂解为2分子磷酸丙糖（利用ATP阶段）第二阶段：磷酸丙糖转变为丙酮酸（生成ATP阶段）第三阶段：丙酮酸还原为乳酸,1.葡萄糖裂解为2分子磷酸丙糖,（1）葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖,消耗ATP的不可逆反应，由已糖激酶催化，Mg2+是其必需激活剂，该酶是酵解途径的限速酶之一。,（2）6-磷酸葡萄糖转化为6-磷酸果糖,为磷酸已糖异构酶催化的可逆反应，需Mg2参与。,（3）6-磷酸果糖生成1,6二磷酸果糖,磷酸果糖激酶-1是糖酵解途径中最重要的限速酶。胰岛素可诱导其生成。,（4）磷酸丙糖的生成,磷酸丙糖异构化,2.磷酸丙糖氧化为丙酮酸产生ATP,（1）3-磷酸甘油醛氧化,在3-磷酸甘油醛脱氢酶催化下，3-磷酸甘油醛的醛基脱氢氧化再磷酸化生成含有一个高能磷酸键的1，3-二磷酸甘油酸。反应脱下的氢由NAD接受生成NADHH。,在磷酸甘油酸激酶的催化下，1，3-二磷酸甘油酸将高能磷酸基转移给ADP生成ATP，自身则转变为3-磷酸甘油酸。这是糖酵解过程中第一次产生ATP的反应。这种直接将底物分子中的高能磷酸键转移给ADP生成ATP的方式，称为底物水平磷酸化作用。,（2）1，3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸,（3）3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸,反应由磷酸甘油酸变位酶催化,（4）磷酸烯醇式丙酮酸的生成,在烯醇化酶的催化下，2-磷酸甘油酸脱水，分子内部能量重新分布形成了一个高能磷酸键，产生了高能磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸。,在丙酮酸激酶的催化下，磷酸烯醇式丙酮酸转变为烯醇式丙酮酸，后者自发地转变为丙酮酸。这是酵解途径中第二次底物水平磷酸化反应。,（5）丙酮酸的生成,丙酮酸激酶为第三个限速酶,3.乳酸的生成,缺氧情况下，乳酸脱氢酶催化丙酮酸还原成乳酸。所需的NADH+H+提供来自3-磷酸甘油醛的脱氢反应。,葡萄糖,糖酵解反应全过程,(三）糖酵解小结总反应式：C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2O反应条件：无氧或缺氧反应部位：细胞浆反应底物：葡萄糖/糖原反应产物：乳酸、ATP三个关键酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶催化三步不可逆反应。其中以磷酸果糖激酶活性最低，是最重要的限速酶。主要反应及重要中间产物：一次脱氢反应，一个加氢反应；二次耗能反应(以G为底物)，两次产能反应(产生ATP的方式是底物水平磷酸化),2,3-二磷酸甘油酸支路,红细胞中含有较高浓度的2,3-二磷酸甘油酸，与血红蛋白结合，降低血红蛋白与氧的亲和力，促进氧合血红蛋白释放氧，保证组织细胞对氧的需要。,（四）糖酵解的生理意义,糖酵解是机体在缺氧情况下供应能量的重要方式生理性缺氧情况：剧烈运动时病理性缺氧情况：呼吸或循环机能障碍、严重贫血或失血等糖酵解是红细胞供能的主要方式成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧氧化某些组织细胞如视网膜、睾丸、白细胞、肿瘤细胞等，即使在有氧条件下仍以糖酵解为其主要功能方式,海拔5000米,（五）糖酵解的调节,激素的调节作用胰岛素可诱导糖酵解反应中的三个关键酶代谢物对限速酶的变构调节1,6-二磷酸果糖、ADP、AMP等是磷酸果糖激酶-1的变构激活剂；柠檬酸、ATP、长链脂肪酸等是磷酸果糖激酶-1的变构抑制剂。,糖酵解的调节主要通过调节三个关键酶的活性来实现,二、糖的有氧氧化,（一）有氧氧化的概念葡萄糖在有氧条件下彻底分解生成CO2和H20并释放大量能量的过程。（二）有氧氧化的反应过程分三个阶段1.葡萄糖生成丙酮酸2.丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A3.乙酰辅酶A进入三羧酸循环彻底氧化为H2O和CO2并释放较多能量,1.葡萄糖生成丙酮酸,葡萄糖经糖酵解途径生成丙酮酸，此过程在胞液中进行。无氧条件下，丙酮酸还原成乳酸，称为无氧氧化。有氧条件下，丙酮酸转运入线粒体，进行有氧氧化。,2.丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A,丙酮酸脱氢酶复合体由丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰胺转乙酰酶和二氢硫辛酰胺脱氢酶三种酶组成的多酶复合体。有5种辅酶，即TPP、硫辛酸、FAD、NAD和HSCoA，分别含有B1、硫辛酸、B2、PP、泛酸等维生素。当这些维生素缺乏将导致糖代谢障碍。,3.三羧酸循环,概念：三羧酸循环是指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成柠檬酸，经过一系列脱氢、脱羧反应，再生成草酰乙酸的循环过程。由于此循环是从生成含有三个羧基的柠檬酸开始的，故得名三羧酸循环，也称柠檬酸循环。,该循环是由德国科学家HansKrebs于1937年首先提出，又称Krebs循环。,三羧酸循环的反应过程,（1）柠檬酸的生成：在柠檬酸合酶催化下，乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠檬酸。,（2）柠檬酸异构为异柠檬酸：是由顺乌头酸酶催化的可逆反应，经过中间产物顺乌头酸，将柠檬酸C3上的羟基转移到C2上。,（3）第一次氧化脱羧：在异柠檬酸脱氢酶的催化下，异柠檬酸脱氢、脱羧转变为-酮戊二酸，此为不可逆反应。脱下的氢由NAD接受，异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环的限速酶。,（4）第二次氧化脱羧：-酮戊二酸氧化脱羧生成含有高能硫酯键的琥珀酰CoA。这是三羧酸循环的第三步不可逆反应，由-酮戊二酸脱氢酶复合体催化。-酮戊二酸脱氢酶复合体的组成及催化反应过程与丙酮酸脱氢酶复合体类似，所需辅助因子相同，氢最终也由NAD接受还原为NADHH。,（5）底物水平磷酸化反应：在琥珀酸硫激酶的催化下，琥珀酰CoA转变为琥珀酸的同时，释放的能量使GDP磷酸化为GTP。这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。,（6）琥珀酸脱氢氧化成延胡索酸：琥珀酸脱氢酶催化该反应，其辅基是FAD，它接受琥珀酸脱下的氢还原为FADH2。,（7）延胡索酸加水生成苹果酸：延胡索酸酶催化此可逆反应。,（8）草酰乙酸再生：在苹果酸脱氢酶的催化下，苹果酸脱氢生成草酰乙酸，脱下的氢由NAD接受。再生的草酰乙酸可再次与乙酰CoA结合生成柠檬酸。,草酰乙酸,CH2COSoA(乙酰辅酶A),三羧酸循环,2H,2H,三羧酸循环总反应式:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP,三羧酸循环的特点,三羧酸循环必须在有氧条件下进行一次三羧酸循环生成10分子ATP四次脱氢生成3分子NADHH1分子FADH2氧化磷酸化9分子ATP底物水平磷酸化1分子ATP三羧酸循环是单向反应体系三个不可逆反应分别由柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶复合体催化三羧酸循环必须不断补充中间产物,2.5=7.5,1.5=1.5,（四）糖有氧氧化的生理意义,有氧氧化是机体获得能量的主要方式。三羧酸循环是三大营养素彻底氧化分解的共同通路。三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽。,第一阶段：葡萄糖2丙酮酸,第二阶段：2丙酮酸2乙酰CoA,第三阶段：2乙酰CoA2CO2+4H2O,4ATP,糖的有氧氧化底物磷酸化氧化磷酸化,22.5ATP,29ATP,葡萄糖6CO2+6H2O+？molATP,糖原中的1mol葡萄糖6CO2+6H2O+？molATP,30/32ATP,31/33ATP,21.5/2.5ATP,2ATP,糖有氧氧化过程中ATP的生成,注意：糖酵解途径消耗2分子ATP,（五）糖有氧氧化的调节,丙酮酸脱氢酶系的调节变构调节AMP为激活剂乙酰辅酶A、NADH、ATP为抑制剂共价修饰调节磷酸化后失活三羧酸循环的调节ADP为异柠檬酸脱氢酶的变构激活剂NADH/NAD+，ATP/ADP、AMP比值增高反馈抑制关键酶,三、磷酸戊糖途径,由6-磷酸葡萄糖开始，生成具有重要生理功能的5-磷酸核糖和NADPH。在胞浆中进行。此途径主要发生在肝脏、脂肪组织、哺乳期乳腺、肾上腺皮质、性腺、骨髓和红细胞等。,（一）磷酸戊糖途径的反应过程,两个阶段：1.氧化反应阶段6-磷酸葡萄糖首先在6-磷酸葡萄糖脱氢酶的催化下脱氢氧化为6-磷酸葡萄糖酸，再由6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化脱氢脱羧转变为5-磷酸核酮糖，后者在异构酶作用下转变为5-磷酸核糖，或由差向异构酶催化生成5-磷酸木酮糖。反应中两次脱氢均由NADP接受，生成NADPHH，一次脱羧产生了CO2。,2.基团移换反应阶段,（二）磷酸戊糖途径的生理意义,1.5-磷酸核糖的生理作用5-磷酸核糖是合成核苷酸、核酸的原料。磷酸戊糖途径是机体利用葡萄糖生成5-磷酸核糖的唯一途径。核酸合成旺盛的组织，如损伤后处于修复和再生的组织，磷酸戊糖途径非常活跃。,2.NADPH的生理作用,（1）为体内许多合成代谢供氢：如为脂肪酸、胆固醇和类固醇激素等的生物合成提供氢。（2）维持还原型谷胱甘肽的正常含量：NADPH是谷胱甘肽还原酶的辅酶，氧化型谷胱甘肽（GSSG）在酶催化下转变为还原型谷胱甘肽（GSH）时，需要由NADPH供氢。（3）参与体内的羟化反应：如胆固醇转变为胆汁酸、类固醇类激素等生物合成过程中的羟化反应；激素的灭活；药物、毒物等非营养物质的生物转化过程中的羟化反应均需NADPH。,还原型谷胱甘肽的抗氧化作用,1.解毒功能2.保护巯基酶/蛋白质3.可消除自由基4.协肋氨基酸的吸收,蚕豆病的症状：吃蚕豆几小时或12天后，突然感到精神疲倦、头晕、恶心、畏寒发热、全身酸痛、萎靡不振，并伴有黄疸、肝脾肿大、呼吸困难、肾功能衰竭，甚至死亡。血像检查:红细胞明显减少，黄疸指数明显升高。机理:蚕豆中有3种物质：裂解素、锁未尔和多巴胺。前两种使谷胱甘肽氧化，后一种能激发红细胞的自身破坏，遗传性6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏者，使红细胞大量溶解而发生蚕豆病。,蚕豆病,第四节糖异生,一、糖异生作用的概念,由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生作用。,原料：生糖氨基酸、丙酮酸、乳酸、甘油及三羧酸循环中的有机酸,部位：肝脏（主要）及肾脏（饥饿时）,二、糖异生作用的过程,基本上是糖酵解的逆过程跨越三个能障,糖酵解过程,葡萄糖,糖异生途径关键反应之一,糖异生途径关键反应之二,糖异生途径关键反应之三,葡萄糖6-磷酸酶存在于肝、肾细胞，肌肉组织中不含此酶,糖酵解和糖异生途径,三、糖异生作用的意义,在饥饿情况下保证血糖浓度的相对恒定有利于乳酸的利用,乳酸的利用,(1)当体内ATP积聚量较多时，可抑制糖的分解，促进糖的异生，以积累能源。(2)当耗能增加时，ATP不足，可促进糖的分解而抑制糖的异生以产生更多的ATP，以供机体需要。,四、糖异生作用的调节,（一）代谢物的调节作用,ATP/AMP、ADP的调节作用,ATP是丙酮酸羧化酶和果糖1,6-二磷酸酶的变构激活剂，是丙酮酸激酶和磷酸果糖激酶的变构抑制剂,AMP、ADP是丙酮酸羧化酶和果糖1,6-二磷酸酶的变构抑制剂，是丙酮酸激酶和磷酸果糖激酶的变构激活剂,（二）激素的调节作用,促进糖异生作用的激素肾上腺素、胰高血糖素、糖皮质激素抑制糖的异生作用的激素是胰岛素,第五节血糖,血糖是糖在体内的运输形式。,血中的单糖(主要是葡萄糖)称为血糖。,正常人空腹血糖：3.89