《糖代谢1药学》PPT课件.ppt

1、第二篇物质代谢与能量转换,Metabolism and Energy Conversion,南方医科大学基因工程研究所 生物化学与分子生物学教研室 朱利娜 ,第二篇内容概要,生物氧化 糖代谢 脂类代谢 蛋白质的分解代谢 核酸与核苷酸代谢 代谢与代谢调控总论,糖 脂类 蛋白质,简单物质,复杂物质,简单物质,废物,排泄,物质代谢,合成 分解 转变 调节,生成 贮存 释放 转化,生命现象,能量代谢,水 无机盐 维生素 纤维素,乙酰CoA,CO2,NADH+H+ FADH2,H2O,氧化磷酸化,第九章糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,内容提纲,糖的消化吸收 糖的分解代

2、谢 糖的无氧分解 糖的有氧氧化 磷酸戊糖途径 糖原的合成与分解 糖异生 血糖水平的调节,糖 代 谢 概 况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸 及甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,食物糖,分解代谢： 无氧氧化葡萄糖在缺氧时生成乳酸 有氧氧化葡萄糖彻底氧化成CO2和H2O 磷酸戊糖途径提供核糖、NADPH 合成代谢： 糖原的合成贮存 转化： 糖异生非糖物质转变成葡萄糖或糖原,第一节 糖的消化与吸收,Digestion and Absorption of Carbohydrates,一、糖的消化,淀粉,-淀粉酶（唾液、胰液）,麦芽糖 + 麦芽三糖,-葡萄糖苷酶 （包括麦芽糖酶

3、）,葡萄糖,-临界糊精+异麦芽糖,葡萄糖,-临界糊精酶 （包括异麦芽糖酶）,消化产物还有少量半乳糖、果糖等单糖,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，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。,1. 吸收部位：小肠上段,2. 吸收形式：单 糖,二、糖的吸收,吸收机制： 依赖特定载体转运，主动耗能 在吸收过程中同时伴有Na+转运 （Na+依赖型葡萄糖转运体，SGLT）,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,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 1

4、5)。,第二节 糖的分解代谢,Catabolism of Glucose,糖的无氧分解 糖的有氧氧化 磷酸戊糖途径,一、糖的无氧分解,概念 在缺氧的情况下，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的无氧氧化（anaerobic oxidation），亦称糖酵解（glycolysis）。,糖无氧分解的总反应式：,葡萄糖 + 2Pi + 2ADP,2乳酸 + 2ATP + 2H2O,（一）糖无氧分解的反应过程 第一阶段：葡萄糖分解为丙酮酸 糖酵解途径 第二阶段：丙酮酸还原为乳酸,* 糖酵解的反应部位：胞浆,乳酸,糖酵解过程,+,丙酮酸,裂解,脱氢,异构,产能,脱水,异构, 葡萄

5、糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,己糖激酶 (hexokinase),葡萄糖,6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P),第一阶段： 葡萄糖分解成2分子丙酮酸,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, 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P), 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1),6-磷酸果糖,

6、1,6-双磷酸果糖 (1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P),1,6-双磷酸果糖, 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖, 磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮, 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛脱氢酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸 甘油酸, 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,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate ki

7、nase),在以上反应中，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的过程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。, 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase),3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸, 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,丙酮酸激酶 (pyruvate kinase), 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,第二阶段：丙酮酸转变成乳酸,NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸

8、甘油醛脱氢反应。,乳酸,糖酵解过程,一次脱氢,二次底物 水平磷酸化,已糖激酶,6-磷酸果糖 激酶-1,丙酮酸激酶,三个关键酶,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,糖酵解的要点,一次脱氢（NADH） 二个底物水平磷酸化反应 三次不可逆反应 关键酶有：己糖激酶或葡萄糖激酶 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶 产能：生成4个ATP，消耗2个ATP， 净生成2个ATP,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。,关键酶,调节方式,（二）糖酵解的调节,1. 6-磷酸果糖激酶-1,变构调节： 激活剂 AMP、ADP 1，6-二磷酸果糖 （正反馈） 2，6-二磷酸果糖 抑制剂 柠檬酸、 ATP（高

9、浓度）,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,Pi,6-磷酸果糖 激酶-1的调节,2. 丙酮酸激酶,变构调节：激活剂 1，6-二磷酸果糖 抑制剂 ATP、丙氨酸 共价修饰调节：丙酮酸激酶被磷酸化后 即失活,胰高血糖素,PKA, CaM激酶,丙酮酸激酶的共价修饰调节,3. 葡萄糖激酶或己糖激酶,* 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基因的表达，促进酶蛋白的合成。,迅速提供能量 机体在缺氧情况下获取能量的有效方式 某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。,

10、 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,（三）糖酵解的生理意义,糖的无氧氧化小结,事件：糖酵解 地点：胞浆 条件：缺氧 目的：快速产能 领衔主演：葡萄糖（G） 联合主演：己糖激酶 磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶 后事如何？,产能的方式：底物水平磷酸化 产能的数量：从G开始 22 - 2= 2 ATP 从Gn开始 22 - 1= 3 ATP, 终产物乳酸的去路 释放入血，进入肝脏再进一步代谢。 分解利用 乳酸循环（糖异生）,（一）有氧氧化的反应过程 1. 葡萄糖分解成丙酮酸 2. 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 3. 三羧酸循环及氧化磷酸化 （二）有氧氧化的生理意义 （

11、三）有氧氧化的调节,二、糖的有氧氧化,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。,* 部位：胞液及线粒体,* 概念,糖的有氧氧化概况,胞液,线粒体,丙酮酸,（一）有氧氧化的反应过程,第一阶段：糖酵解途径（胞液）,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧（线粒体）,第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化 （线粒体）,1.丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。,总反应式:,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,FAD, NAD+,E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶,E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶,T

12、PP,E1：丙酮酸脱氢酶,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，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+。,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

13、辛酰胺的生成,（二）三羧酸循环,乙酰CoA进入由一连串反应构成的循环体系，被氧化生成CO2和还原当量。由于这个循环反应开始于乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成含有三个羧基的柠檬酸，因此称之为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle，TAC)或柠檬酸循环。,三羧酸循环的反应过程,草酰乙酸 + 乙酰CoA,柠檬酸,柠檬酸合酶,异柠檬酸,HSCoA,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸,CO2,琥珀酰CoA,-酮戊二酸 脱氢酶复合体,三羧酸循环的反应过程,琥珀酸,延胡索酸,底物水平磷酸化,HSCoA,苹果酸,草酰乙酸,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FA

14、D,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,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,总反应方程式,乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O,2CO2 +3NADH +3H+ +FADH2 +GTP +HSCoA,三羧酸循环的要点,一次底物水平磷酸化（1分子GTP） 二次脱羧（2分子CO2） 三次不可逆反应 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 四次脱氢 (1分子FADH2，3分子NADH+H+ ),三羧酸循环的生理意义,是三大营养物质氧化分解的共同途径；

15、是三大营养物质代谢联系的枢纽； 为其它物质代谢提供小分子前体； 为呼吸链提供H+ + e。,（二）有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。,有氧氧化生成的ATP,有氧氧化生成的ATP,合 计,第三阶段,第二阶段,第一阶段,30或32,ATP产生,辅酶,反 应,糖酵解与有氧氧化的储能效率,糖酵解： 1G +2ADP+2Pi 2乳酸 +2ATP+2H2O G0 - 47kcal/mol （每mol ATP储能7

16、.3kcal） 储能效率=2 7.3 / 47= 31%,提问：其余能量何处去？ 答案：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。,有氧氧化：C6H12O6 + 3032ADP + 3032Pi6O2 3032ATP + 6CO244 H2O G0 -679kcal/mol 储能效率=32 (30)7.3/679= 34.4%（32.3%) 比世界上任何一部热机的效率都高！,（三）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,异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体,1.丙酮酸脱氢酶复合体的调节,变

17、构调节： 抑制剂 ：乙酰CoA、 ATP、 NADH 激活剂 ：AMP、ADP、NAD+,* 乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+时，其活性会受到抑制。,共价修饰调节,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+, ATP、ADP的影响, 产物堆积引起抑制, 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶, 其他，如Ca2+可激活许多酶,2. 三羧酸循环的调节,三羧酸循环的调节,三羧酸循环与上游和下游反应相协调 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； 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环，前者速率

18、降低，则后者速率也减慢。,有氧氧化的调节特点, 有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对能量的需要 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现 ATP/ADP或ATP/AMP比值全程影响有氧氧化的速率,巴斯德效应,有氧氧化抑制生醇发酵（或糖酵解）的现象称为巴斯德效应（Pastuer effect）。,糖的有氧氧化与糖酵解的区别,机体产能的主要方式,生理意义,糖酵解关键酶加上丙酮酸脱氢酶复合体，柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶复合体,关键酶,1mol葡萄糖净生成 3032molATP,产能,糖原、葡萄糖H2O+CO2,底物产物,有氧,需氧条件,胞液，线粒体,反应部位,有氧氧化,* 概念,磷酸

19、戊糖途径是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。,三、磷酸戊糖途径,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,* 反应过程可分为二个阶段,第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,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,6-磷酸葡萄糖酸内酯,1. 磷酸戊糖生成,5-磷酸核糖,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+。 反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,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