第7章_糖代谢

第7章糖代谢CarbohydrateMetabolism 吴健 代谢概论与糖代谢概况葡萄糖的分解代谢糖异生作用糖原的分解和合成 本章主要内容 重点 糖酵解 三羧酸循环 磷酸戊糖途径 糖原的合成与分解 糖异生途径及生理意义难点 糖的分解代谢各代谢途径之间的关系 第1节代谢概论与糖代谢概况 1 代谢的概念指生物活体与外界环境不断进行的物质 包括气体 液体和固体 和能量的交换过程 其本质是活细胞中发生一系列化学变化 每一变化均由酶催化 包括 分解代谢 合成代谢 生物体内新陈代谢 合成代谢 同化作用 分解代谢 异化作用 小分子合成大分子 需要能量 释放能量 大分子分解成小分子 能量代谢 物质代谢 2 分解代谢和合成代谢 TAC循环 G 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH H FADH2 H2O O ATP ADP Gn 分解代谢 catabolism 合成代谢 anabolism 合成代谢 合成代谢是一个集合过程 convergentprocess 由小分子 如氨基酸等 生成大分子 如蛋白质 的过程合成代谢一般不是分解代谢简单的逆向反应 而是由不同酶催化的 通常需要消耗ATP 还原供氢体多为NADPH 3 代谢途径 机体内的化学反应是在酶的催化下完成的 在细胞内这些反应不是相互独立的 而是相互联系的 一个反应的产物可能就是下一个反应的底物 这样构成一连串的反应 称之为代谢途径 由依次连接的反应步骤组成 从某些关键中间产物开始 一直到产生特定的终产物 三个共同点 代谢途径是不可逆的 分解代谢释放能量 合成代谢消耗能量 代谢途径受多种因素调控 代谢途径的分区 代谢产物 酶 分子或代谢系统在细胞内的不均一分布 多酶体系的区域化分布 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 还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细胞通讯与信号传导 免疫调节 4 糖代谢概况 糖的生理功能 消化吸收饲料与食物淀粉 异生作用非糖物质的转变 糖原分解肝糖原 氧化供能ATP CO2和H2O 贮存肝糖原 肌糖原 转变成其他物质脂类 氨基酸等 糖的来源和去路 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 糖代谢 生物体内糖类的合成 分解和转变过程 动物体内糖代谢分为消化 转运 储存 分解和合成五个部分 血糖 bloodsugar 血糖 血液中所含的葡萄糖 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 血糖 食物糖 消化 葡萄糖 吸收 肝糖原 合成 分解 乳酸 糖异生 血液 肌糖原 合成 有氧氧化 CO2 H2O ATP 糖酵解 乳酸 ATP 血乳酸 转变为其他物质 大量 少量 正常血糖浓度 65 100 调节血糖浓度的激素有 胰岛素下调 肾上腺素 胰高血糖素和糖皮质激素上调 糖尿病 血糖水平相对恒定 超过肾糖阈值 葡萄糖随尿排出 糖尿病存在胰岛素依赖型 型 和非胰岛素依赖型 型 血糖的调节及糖尿病 糖酵解糖的有氧氧化磷酸戊糖途径 第2节葡萄糖的分解代谢 在无氧情况下 细胞液中葡萄糖降解为乳酸并伴随着少量ATP生成的一系列反应称为糖的无氧分解 因与酵母菌使糖生醇发酵 脱羧还原 的过程相似 因而又称为糖酵解 由葡萄糖分解成丙酮酸 称之为糖酵解途径 glycolyticpathway 又称为Embden Meyerhof Pathway途径 EMP途径 在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸 有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环 生成CO2和H2O 一糖酵解 glycolysis 2个阶段 10步反应 1葡萄糖 6个C 2分子3 磷酸甘油醛 3个C 3 磷酸甘油醛丙酮酸 3个C 糖酵解途径分为2个阶段 1 第一阶段 葡萄糖磷酸化为6 磷酸葡萄糖 葡萄糖 6 磷酸葡萄糖 glucose 6 phosphate G 6 P 消耗1分子ATP 己糖激酶 hexokinase HK 能催化葡萄糖 甘露糖 氨基葡萄糖 果糖的磷酸化反应 是糖氧化反应过程的限速酶或称关键酶 它有同工酶 型 型主要存在于肝外组织 型主要存在于肝脏 特称葡萄糖激酶 glucokinase GK 催化ATP上的磷酸基团向不同的己糖转移 己糖激酶 2 6 磷酸葡萄糖异构化为6 磷酸果糖 磷酸葡萄糖异构酶 phosphohexoseisomerase 催化6 磷酸葡萄糖转变为6 磷酸果糖 fructose6 phosphate F 6 P 的过程 羰基C由C1移至C2 反应是可逆的 3 6 磷酸果糖磷酸化为1 6 二磷酸果糖 6 磷酸果糖 1 6 二磷酸果糖 1 6 fructose biphosphate F 1 6 2P 消耗1分子ATP 4 1 6 二磷酸果糖裂解 1 6 二磷酸果糖 5 磷酸二羟丙酮的同分异构化 3 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 到此 1分子葡萄糖生成2分子3 磷酸甘油醛 通过两次磷酸化作用消耗2分子ATP 2 第二阶段 6 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 既是氧化反应又是磷酸化反应 7 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 代谢物在氧化分解过程中通过脱氢 脱水等作用使底物分子内部能量重新分布 能量集中生成高能键 然后使ADP磷酸化生成ATP的过程 称为底物水平磷酸化 生成2分子ATP 8 3 磷酸甘油酸转变为2 磷酸甘油酸 3 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 phosphoglyceratemutase 催化3 磷酸甘油酸C3位上的磷酸基转变到C2位上生成2 磷酸甘油酸 此反应是可逆 9 2 磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶 2 磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 PEP 丙酮酸激酶 pyruvatekinase PK 催化下 磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至ADP生成ATP 这是又一次底物水平磷酸化过程 此反应是不可逆的 10 磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 葡萄糖 6 磷酸果糖 6 磷酸葡萄糖 ATP ADP 1 6 二磷酸果糖 3 磷酸甘油醛 磷酸二羟基丙酮 1 3 二磷酸甘油酸 ATP ADP 丙酮酸 3 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸 烯醇式丙酮酸 葡萄糖 2ADP 2Pi 2NAD 2丙酮酸 2ATP 2NADH 2H 2H2O 无论是否存在氧 从葡萄糖到丙酮酸的过程都不会发生变化 但丙酮酸的去路却取决于机体组织是否有氧 有氧条件下 丙酮酸脱氢酶复合体系催化丙酮酸生成乙酰辅酶A 然后进入三羧酸循环 电子传递体系通过氧来完成对NADH的氧化 3 糖酵解 终产物 产能和调控 1 无氧状态与有氧状态 无氧环境下 丙酮酸转变成乳酸 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 骨骼肌 血液 肝脏 肌糖原 6 磷酸葡萄糖 肌乳酸 糖酵解 葡萄糖 肝糖原 6 磷酸葡萄糖 丙酮酸 乳酸 血糖 血乳酸 2 科里循环 CoriCycle 糖异生 3 丙酮酸的去路 乙醇发酵 厌氧有机体 如酵母或其他微生物 把酵解生成的NADH中的氢交给丙酮酸脱羧生成的乙醛 使之形成乙醇 酒精发酵 4 糖酵解能量的生成 糖酵解途径汇总 由1分子G在无氧条件下氧化分解 最终产生2分子ATP 如果从糖原开始 则可得到3分子ATP 注意酵解途径中的3个关键酶催化的不可逆反应 己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶 5 巴斯德效应和克雷布特里效应 巴斯德效应 氧抑制糖酵解的现象 酵母细胞暴露在有氧环境时 葡萄糖的消耗量和乙醇的生产量就会急剧减少 氧越多抑制作用就越强 克雷布特里效应 增加葡萄糖的浓度会抑制氧的消耗 TAC循环 G 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH H FADH2 H2O O ATP ADP Gn 葡萄糖的分解代谢 产生少量ATP 无氧环境 有氧环境 巴斯德效应 氧抑制酵解 氧越多 抑制作用越强 分子基础是ATP抑制磷酸果糖激酶 克雷布特里效应 葡萄糖的浓度越高 三羧酸循环 电子传递体系的活性就越低 对氧消耗的抑制作用就越强 6 糖酵解的调节 糖酵解途径有双重作用 一是使葡萄糖降解产生ATP 二是为合成反应提供碳单元 为适应细胞的代谢需求 葡萄糖转化为乳酸的速率是受到严格调节的 关键酶 调节方式 6 磷酸果糖激酶 PFK 别构调节 别构激活剂 AMP ADP F 2 6 2P 别构抑制剂 柠檬酸 ATP 高浓度 NADH 丙酮酸激酶 别构调节别构激活剂 1 6 二磷酸果糖别构抑制剂 ATP 丙氨酸 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 糖酵解是一个不需氧的产能过程 整个糖酵解过程在胞液中进行 反应全过程中有三步不可逆的反应 为关键步骤 7 糖酵解小结 1克分子葡萄糖经第一阶段共5步反应 生成3 磷酸甘油醛 消耗2分子ATP 为耗能过程 第二阶段6步反应生成4分子ATP 为释能过程 1分子葡萄糖至乳酸的全过程净生成2分子ATP 产能的方式为底物水平磷酸化 整个途径的关键酶是己糖激酶 磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶 糖酵解的代谢途径 E2 E1 E3 是生物体内糖分解代谢的普遍途径 动物 植物 微生物 尤其厌氧菌 都利用酵解途径供能 是机体的应急供能方式动物机体主要靠有氧氧化供能 但当供氧不足时 即转为主要依靠糖酵解途径供能 如剧烈运动 心肺疾患等 红细胞没有线粒体 只能以糖酵解途径作为唯一的供能途径 8 糖酵解的生理意义 糖酵解途径中形成的许多中间产物 可作为合成其他物质的原料 如磷酸二羟丙酮可转变为甘油 丙酮酸可转变为丙氨酸或乙酰CoA 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 4 其他糖类的代谢 除葡萄糖外 其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径 二糖的有氧氧化 aerobicoxidation 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 葡萄糖转变为丙酮酸 丙酮酸氧化 乙酰辅酶A 乙酰辅酶A 三羧酸循环 胞液 线粒体 1 维生素与辅酶 三羧酸循环的辅酶 维生素 Vitamin 机体维持正常生命活动所必需 人和动物不能合成或合成量极少 必需由食物供给的一类小分子有机物质 不是机体的能量来源 也不是结构成分 大多数以辅酶 辅基的形式参与调节代谢活动 脂溶性 直接参与代谢的调节作用A视黄醇D钙化醇E生育酚K凝血维生素水溶性 转变成辅酶对代谢起调节作用B族维生素C族维生素 水溶性维生素与辅酶 1 烟酸和烟酰胺 维生素B5 PP 辅酶形式 辅酶I NAD 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 辅酶II NADP 烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸 能维持神经组织的健康 缺乏时表现出神经营养障碍 出现皮炎 NAD 和NADP 的分子结构 有氧化型 NAD NADP 和还原型 NADH H NADPH H 两种形式 作为脱氢酶的辅酶 在酶促反应中起递氢体的作用 2 核黄素 维生素B2 缺乏时组织呼吸减弱 代谢强度降低 主要症状为口腔发炎 舌炎 角膜炎 皮炎等 辅酶形式 FAD 黄素腺嘌呤二核苷酸 FMN 黄素单核苷酸 维生素B2 FMN FAD 维生素B2 FMN的作用机制 功能 在脱氢酶催化的氧化 还原反应中 起电子和质子的传递体作用 3 硫胺素 维生素B1 辅酶形式 焦磷酸硫胺素 TPP 缺乏时表现出多发性神经炎 皮肤麻木 心力衰竭 四肢无力 下肢水肿 脚气病 功能 脱羧酶的辅酶 催化丙酮酸 酮戊二酸的脱羧反应 TPP的分子结构 硫胺素VB1经焦磷酸化转变为TPP 4 泛酸 维生素B3 辅酶形式 辅酶A CoA CoA SH活性位点 SH 泛酸 巯基乙胺 3 磷酸 ADP CoA是酰化酶的辅酶 功能 CoA中的巯基可与酰基以高能硫酯键结合 在糖 脂 蛋白质代谢中起传递酰基的作用 CH3C S CoA O 5 硫辛酸 硫辛酸 含硫脂肪酸 其巯基有氧化和还原两种形式 丙酮酸和 酮戊二酸脱氢酶的辅酶 在氧化脱羧过程中既可以传递氢和电子 又能转移酰基 6 吡哆素 维生素B6 吡哆素 包括吡哆醇 吡哆醛和吡哆胺 磷酸吡多素是是氨基酸转氨酶 脱羧酶等的辅酶 7 叶酸 维生素B11 最重要的形式是四氢叶酸 是一碳基团转移酶的辅酶 一碳单位 某些氨基酸 Gly Ser Thr His 在分解代谢过程中可以产生含有一个碳原子的基团 如甲基 CH3 甲烯基 CH2 甲酰基 CHO 羟甲基 CH2OH 等 四氢叶酸的分子结构 5 6 7 8 四氢叶酸 2 氨基 4 羟基 6 甲基 5 6 7 8 四氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸 谷氨酸 8 生物素 维生素B7 维生素H 生物素是羧化酶的辅酶 CO2的载体 在生物合成中起传递和固定CO2的作用 9 钴胺素 维生素B12 维生素B12分子中心钴原子结合5 脱氧腺苷基称辅酶B12 功能 变位酶和甲基转移酶的辅酶 10 抗坏血酸 维生素C 在体内参与氧化还原反应 羟化反应 防止贫血和治疗感染 11 辅酶Q CoQ 又称为泛醌 存在于动物和细菌的线粒体中 为线粒体呼吸链氧化 还原酶的辅酶 在酶与底物分子之间传递电子 2 丙酮酸氧化 线粒体中进行 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 注意 产物为2分子乙酰CoA 丙酮酸脱羧酶 二氢硫辛酸脱氢酶 TPP VitB1 二氢硫辛酸乙酰转移酶 HSCoA 泛酸 硫辛酸 FAD VitB2 NAD VitPP 酶 辅酶 维生素 丙酮酸脱氢酶复合体 丙酮酸脱氢酶复合体 pyruvatedehydrogenasecomplex PDC 催化的反应 3 三羧酸循环 tricarboxylicacidcycle 在有氧的情况下 葡萄糖酵解产生的丙酮酸在线粒体中氧化脱羧形成乙酰CoA 乙酰CoA经一系列氧化 脱羧 最终生成C2O和H2O并产生能量的过程 称为柠檬酸循环 亦称为三羧酸循环 简称TCA循环 由乙酰辅酶A 2碳 和草酰乙酸 4碳 缩合开始 经过8步连续反应 使一分子乙酰基完全氧化 再生成草酰乙酸而完成一个循环 1937年Krebs提出 也称Krebs循环 TCA循环的过程 乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸 柠檬酸异构化生成异柠檬酸 异柠檬酸氧化脱羧生成a 酮戊二酸 酮戊二酸氧化成为草酰琥珀酸 脱羧成为琥珀酰辅酶A 琥珀酰CoA转化成琥珀酸 并产生GTP 琥珀酸脱氢生成延胡索酸 延胡索酸被水化生成苹果酸 苹果酸脱氢生成草酰乙酸 1 乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸 单向不可逆 可调控的限速步骤 ATP NADH和琥珀酰CoA是抑制剂氟乙酰CoA导致致死合成常作为杀虫药 柠檬酸合酶 2 柠檬酸异构化生成异柠檬酸 顺乌头酸酶 顺乌头酸酶 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸 3 异柠檬酸脱羧生成a 酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶 ATP和NADH是其抑制剂 ADP和NAD 是它的激活剂 TCA中第一次氧化作用 脱羧过程 三羧酸到二羧酸转变 4 酮戊二酸氧化脱羧成琥珀酰辅酶A 酮戊二酸脱氢酶复合体 TCA中第二次氧化作用 脱羧过程 酮戊二酸脱氢酶 琥珀酰转移酶 二氢硫辛酸脱氢酶ATP和NADH是它的抑制剂 ADP和NAD 是它的激活剂 5 琥珀酰CoA转化成琥珀酸 琥珀酰硫激酶 TCA中唯一底物水平磷酸化反应 6 琥珀酸脱氢生成延胡索酸 琥珀酸脱氢酶 TCA中第三次氧化的步骤 开始四碳酸之间的转变丙二酸为该酶的竞争性抑制剂 7 延胡索酸被水化生成苹果酸 延胡索酸酶 8 苹果酸脱氢生成草酰乙酸 苹果酸脱氢酶 TCA中第四次氧化的步骤 三羧循环 一次三羧酸循环彻底氧化一分子乙酰辅酶A 产生12个ATP 三羧循环的调节 关键酶 柠檬酸合成酶异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系 NADH NAD 和ATP ADP的比率 ADP与NAD 浓度 使三羧酸循环 ATP与NADH浓度 使三羧酸循环 回补反应 循环一周氧化1分子乙酰CoA4次脱H 3 NADH H 1 FADH2 2次脱羧 2CO2 关键酶 柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶系 循环过程草酰乙酸量不变 回补反应 三羧循环小结 总反应 乙酰CoA 3NAD FAD GDP Pi 2H2O2CO2 3NADH FADH2 GTP CoA SH 2H 葡萄糖分解产生的总能量 糖酵解 1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸 共消耗了2个ATP 产生了4个ATP 实际上净生成了2个ATP 同时产生2个NADH 丙酮酸氧化脱羧 丙酮酸生成乙酰CoA 生成1个NADH 三羧酸循环 乙酰CoA生成CO2和H2O 产生一个GTP ATP 3个NADH和1FADH2 1分子葡萄糖氧化成CO2 H2O时释放的ATP 糖酵解与有氧氧化的差别 部位 细胞液细胞液 线粒体需氧情况 不需需氧终产物 乳酸CO2 H2O产能 2ATP36或38molATP关键酶 己糖激酶丙酮酸脱氢酶系磷酸果糖激酶柠檬酸合成酶丙酮酸激酶异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶系 不同点 糖酵解有氧氧化 有氧氧化的生理意义 是三大营养物质的最终代谢通路 是糖 脂肪 氨基酸代谢联系的枢纽 是动物体获得能量的最主要方式 糖有氧分解的中间产物 为其它物质合成 嘌呤 嘧啶 尿素的合成 提供原料 三磷酸戊糖途径 磷酸戊糖途径 pentosephosphatePathway PPP 是以磷酸戊糖为主要中间产物的氧化途径 指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH H 前者再进一步转变成3 磷酸甘油醛和6 磷酸果糖的反应过程 又因为是从6 磷酸 葡萄糖开始的 磷酸葡萄糖酸是该途径的早期特征中间物 又称为磷酸己糖支路或磷酸葡萄糖酸氧化途径 HMP 1 磷酸戊糖途径的反应过程 1 氧化阶段 由葡萄糖经脱氢 水解和脱羧等作用生成5 磷酸核酮糖 NADPH H 及CO2 2 非氧化的分子重组阶段 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 1 氧化阶段 包括3步反应 脱氢 水解 脱氢脱羧反应 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 6 磷酸葡萄糖 5 磷酸核酮糖 5 磷酸核酮糖 6 磷酸葡萄糖酸脱氢酶 6 磷酸葡萄糖酸 6 磷酸葡萄糖脱氢酶 6 磷酸葡萄糖 6 磷酸葡萄糖酸内酯 6 磷酸葡萄糖酸内酯酶 2 非氧化的分子重组阶段 包括异构化 转酮化和转醛醇反应 5 磷酸核酮糖经一系列基团转移及差向异构反应生成3 磷酸甘油醛和6 磷酸果糖此阶段的所有反应均为可逆反应 在此阶段 经由5 磷酸核酮糖的异构可生成5 磷酸核糖 转酮醇反应 转醛醇反应 转酮醇反应 5 磷酸核酮糖 C5 5 磷酸核糖C5 差向异构化 转酮醇 转醛醇 转酮醇 异构化 磷酸戊糖途径 氧化阶段 生成12NADPH和释放6CO2 非氧化阶段 氧化阶段6 6 磷酸葡萄糖 12NADP 6H2O 6 5 磷酸核酮糖 6CO2 12NADPH 12H 非氧化重排阶段6 5 磷酸核糖 4 6 磷酸果糖 2 3 磷酸甘油醛总反应6 6 磷酸葡萄糖 7H2O 12NADP 5 6 磷酸葡萄糖 6CO2 12NADPH 12H 脱氢反应以NADP 为受氢体 生成NADPH H 反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应 经过了3 4 5 6 7碳糖的演变过程 反应中生成了重要的中间代谢物 5 磷酸核糖 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 磷酸戊糖途径的特点 每3分子6 磷酸葡萄糖同时参与反应 在一系列反应中 通过3C 4C 6C 7C等演变阶段 最终生成3 磷酸甘油醛和6 磷酸果糖 3 磷酸甘油醛和6 磷酸果糖 可异生为6 磷酸葡萄糖 也可进入酵解途径 因此 磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路 pentosephosphateshunt 1 为生物合成提供还原力 磷酸戊糖途径的主要作用是产生NADPH H 用于生物合成等 如参与长链脂肪酸 胆固醇 脱氧核苷酸 四氢叶酸等合成 2 在红细胞中保证谷胱甘肽的还原状态 防止膜脂过氧化 维持血红素中的Fe2 2 磷酸戊糖途径的意义 NADP NADPH 磷酸戊糖途径 GSSG GSSG R 2GSH 有害的氧化物 无害的物质 H2O2 GSH P 2H2O MH Fe3 MH Fe2 3 磷酸戊糖途径重要的中间产物为许多物质的合成提供原料 5 磷酸核糖是核酸 核甘酸辅酶合成的原料 4 非氧化重排阶段的中间产物及酶类大多数可实现某些单糖间的互变 5 PPP途径是由葡萄糖直接氧化起始的可单独进行氧化分解的途径 因此可以和EMP TCA相互补充 相互配合 增加机体的适应能力 第3节糖异生作用 葡萄糖异生的基本概念葡萄糖异生的反应途径葡萄糖异生的生物学意义 1 糖异生概念 糖异生作用 gluconegenesis 是由非糖物质合成葡萄糖的过程 非糖物质通过糖代谢途径中的某个代谢中间产物沿着糖的分解途径逆转转变成葡萄糖或糖原 非糖物质主要是 乳酸 氨基酸 丙酮酸 甘油葡萄糖异生主要是在肝进行 肾中亦能进行 葡萄糖 6 P葡萄糖 6 P果糖 1 6 二P果糖 3 磷酸甘油醛 P 二羟丙酮 1 3 二磷酸甘油酸 3 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸 PEP 丙酮酸 大多数氨基酸 乳酸 Cori循环 TCA的中间产物 糖异生途径及其前体 草酰乙酸 反刍动物体内乙酸 丙酸 丁酸 琥珀酰CoA 异生作用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 主要有三个反应 异生过程必须设法 绕过 这三个不可逆的反应 己糖激酶 葡萄糖激酶 肝 葡萄糖葡萄糖 6 磷酸磷酸果糖激酶 果糖 6 磷酸果糖 1 6 二磷酸丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸 ATP ATP ATP ADP 2 糖异生反应过程 要克服糖分解代谢途径中的三个障碍 第一个反应的逆向反应是 肝脏 第二个反应的逆向反应是 关键反应 第三个反应的逆转通过以下两步反应进行 在线粒体中进行 该酶催化需要生物素作辅酶 在胞液中进行 草酰乙酸通过苹果酸转运到胞液 丙酮酸羧化酶 丙酮酸 ATP CO2 草酰乙酸 ADP Pi 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 草酰乙酸 GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 PEP GDP CO2 丙酮酸羧化支路 苹果酸在转运草酰乙酸时发挥了载体的作用 其它非糖物质转变成糖代谢的中间产物 线粒体 胞液 糖异生原料来源 Cori循环 糖异生原料来源 葡萄糖 丙氨酸循环 3 糖异生作用的生物学意义 糖异生作用是动物体内单糖合成的中心途径 葡萄糖来源不足时 对于维持动物血糖的恒定有重要生理意义 协助氨基酸代谢 有利于乳酸的利用 维持酸碱平衡 补充肝糖原 第4节糖原的分解和合成 肌肉 肌糖原 主要供肌肉收缩所需 肝脏 肝糖原 维持血糖水平 糖原储存的主要器官 糖原 glycogen 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 又称为动物多糖 糖原是由葡萄糖残基构成的含许多分支的大分子高聚物 葡萄糖单元以 1 4 糖苷键形成长链 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 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 1 6 糖苷键 1 4 糖苷键 糖原分子只有一个还原性末端 其余都是非还原性末端 糖原的合成与分解都从非还原性末端开始 一糖原的合成 过多摄入的葡萄糖可以在胞液中合成糖原贮存在肝和肌肉中 由葡萄糖合成糖原的反应过程包括3个步骤 尿苷二磷酸葡萄糖UDP G的生成 UDP G中的葡萄糖连接到糖原引物上 分支酶催化糖原不断形成新分支链 葡萄糖磷酸化生成6 磷酸葡萄糖 葡萄糖 6 磷酸葡萄糖 1 葡萄糖活化生成UDP G 6 磷酸葡萄糖转变成1 磷酸葡萄糖 磷酸基团转移的意义 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 1 磷酸葡萄糖生成UDP 葡萄糖 H H O H OH OH HO H H CH 2 OH O 1 磷酸葡萄糖 UDP 葡萄糖焦磷酸化酶 P O O O P O O O P O O O P O O O O 尿苷 H H O H OH OH HO H H CH 2 OH O P O O O P O O O 尿苷 UDP 葡萄糖 PPi UTP 2 UDP G中的葡萄糖连接到糖原引物上 糖原合成酶 当糖链长度达到11个以上葡萄糖基时 糖原分枝酶将约6 7个葡萄糖基组成的一段糖链转移到邻近的糖链上 以 1 6 糖苷键相连而形成新分支 新的分支点与邻近的分支点的距离至少有4个葡萄糖基 3 分支酶催化糖原不断形成新分支链 糖原合成的特点 必须有引物糖原的参与 合成反应在糖原的非还原端进行 合成为一耗能过程 每增加一个葡萄糖残基 需消耗2个ATP UDP葡萄糖作为糖原合成的葡萄糖供体 关键酶是糖原合成酶 二糖原的分解 糖原分解 glycogenlysis 是指由糖原分解为葡萄糖的过程 糖原颗粒存在于细胞浆中 在细胞需要耗用能量时 在代谢糖原酶的参与下 分解成磷酸葡萄糖被利用 1 先在磷酸化酶的催化下糖苷键裂解 从糖原分子非还原性末端逐个移去葡萄糖基 生成1 磷酸葡萄糖 2 到距分支点还剩4个葡萄糖残基时 此酶失去作用 1 4 葡萄糖转移酶 糖基转移酶 将3个为一组葡萄糖残基从外面分枝转移至靠近糖原核心分枝上 3 余下的1个以 1 6 糖苷键连接的葡萄糖 在 1 6 葡萄糖苷酶 与糖基转移酶是同一种酶的两种活性 合称脱枝酶 的催化下 水解生成游离的葡萄糖 4 最后分解为1 磷酸葡萄糖和少量游离葡萄糖 12 1 1 分解步骤 糖原磷酸化酶作用 从非还原性末端只分解 1 4 糖苷键 产生1 磷酸葡萄糖 当糖链分解至分枝点约4个葡萄糖残基时 由于