第九章糖代谢

1、1第九章第九章糖代谢糖代谢 生化教研室生化教研室 程莉娟程莉娟2 新陈代谢新陈代谢又称物质代谢，即生物体在其生存期间与又称物质代谢，即生物体在其生存期间与周围环境不断地进行物质交换的过程。周围环境不断地进行物质交换的过程。消化吸收消化吸收 中间代谢中间代谢 排泄排泄31.1. 人体主要的供能物质人体主要的供能物质 供给供给70%70%以上所需能量以上所需能量 氧化氧化 17KJ/g17KJ/g葡萄糖葡萄糖第一节第一节 糖的生理功能糖的生理功能42.2.组成人体的重要成分之一（人体干重组成人体的重要成分之一（人体干重2%2%）糖脂糖脂 糖与脂类形成，糖与脂类形成， 组成神经组织、细胞膜组织成分组

2、成神经组织、细胞膜组织成分糖蛋白糖蛋白 糖与蛋白形成，糖与蛋白形成， 抗体、酶、激素和膜受体抗体、酶、激素和膜受体蛋白多糖蛋白多糖 糖胺聚糖与蛋白形成，糖胺聚糖与蛋白形成， 构成结缔组织基质构成结缔组织基质核糖、脱氧核糖核糖、脱氧核糖 遗传物质遗传物质糖的磷酸衍生物糖的磷酸衍生物 CoASHCoASH、ATPATP、FADFAD、NADNAD+ +5第二节第二节 糖的消化吸收糖的消化吸收 一、糖的消化一、糖的消化 多糖多糖 单糖单糖 主要部位：小肠主要部位：小肠6 二、糖的吸收二、糖的吸收 单糖单糖 部位：小肠部位：小肠7第三节第三节 血糖血糖一、概念一、概念 通过各种途径进入血液的葡萄糖。通

3、过各种途径进入血液的葡萄糖。q空腹血糖空腹血糖4.46.7mmol/LFolin-吴法吴法3.96.4mmol/L邻甲苯胺法邻甲苯胺法3.96.1mmol/L葡萄糖氧化酶法葡萄糖氧化酶法8二、来源与去路二、来源与去路食物糖食物糖氧化供能氧化供能肝糖原肝糖原糖原合成糖原合成非糖物质非糖物质8.9 8.9 - - 1010mmol/Lmmol/L转化为脂肪、核糖、转化为脂肪、核糖、氨基酸等氨基酸等消化吸收消化吸收分解分解糖异生糖异生3.9 3.9 6.1mmol/L6.1mmol/L9三、血糖的调节三、血糖的调节1.肝脏调节肝脏调节是调节血糖浓度的最主要器官是调节血糖浓度的最主要器官糖原合成与分解

4、糖原合成与分解2.肾脏调节肾脏调节肾糖阈（肾糖阈（renalthresholdofsugar）肾对糖的重吸收以血糖浓度肾对糖的重吸收以血糖浓度8.910.0mmol/L来表示来表示10第四节第四节 糖的氧化分解糖的氧化分解途途径径1.糖酵解：糖酵解：缺氧条件下，缺氧条件下，G乳酸，乳酸，释放少量能量释放少量能量2.有氧氧化：氧充足时，有氧氧化：氧充足时，GCOCO2 2+H+H2 2O O， 供能主要途径供能主要途径3.磷酸戊糖途径：产生磷酸核糖，磷酸戊糖途径：产生磷酸核糖，NADPH4.糖醛酸途径：产生葡糖醛酸糖醛酸途径：产生葡糖醛酸各途径产物可相互转化各途径产物可相互转化11一、糖酵解（一

5、、糖酵解（glycolysis）1.1.概念概念 缺氧缺氧的条件下，高等动物体内葡萄糖分解的条件下，高等动物体内葡萄糖分解为为乳酸乳酸，同时释放，同时释放少量的能量少量的能量，反应过程类似，反应过程类似酵母生醇发酵。酵母生醇发酵。2.反应部位反应部位胞液胞液3.3.基本过程基本过程（4 4个阶段）个阶段）121)1)葡萄糖变成葡萄糖变成1 1，6 6二磷酸果糖并消耗二磷酸果糖并消耗2 2分子分子ATPATP* * 耗能过程耗能过程* * 2 2个不可逆反应个不可逆反应己糖激酶己糖激酶葡萄糖激酶（肝）葡萄糖激酶（肝）磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶1 1132)2)1 1，6 6二磷酸果糖分解为二磷酸果

6、糖分解为2 2分子分子3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛143)3)3-3-磷酸甘油转化为丙酮酸磷酸甘油转化为丙酮酸* * 糖酵解途径中唯一的脱氢反应糖酵解途径中唯一的脱氢反应* * 1 1个不可逆反应个不可逆反应* * 每每1 1分子分子3-3-磷酸甘油醛共产生磷酸甘油醛共产生2 2分子分子ATPATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶154)4)乳酸的生成乳酸的生成* * 乳酸是糖酵解的最终产物乳酸是糖酵解的最终产物16 17总反应式：总反应式：葡萄糖葡萄糖+2Pi+2ADP 2+2Pi+2ADP 2乳酸乳酸+2ATP+2H+2ATP+2H2 2O O关键酶关键酶己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶1主要

7、限速酶主要限速酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶184.4.生理意义生理意义v 是机体相对缺氧时补充能量的一种有效方式是机体相对缺氧时补充能量的一种有效方式v 有些组织在有氧时也以此途径供能有些组织在有氧时也以此途径供能 红细胞、皮肤、睾丸、视网膜、大脑等红细胞、皮肤、睾丸、视网膜、大脑等v 糖酵解的中间产物是其他物质的合成原料糖酵解的中间产物是其他物质的合成原料 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 甘油甘油 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丝氨酸、甘氨酸、半胱氨酸丝氨酸、甘氨酸、半胱氨酸 丙酮酸丙酮酸 丙氨酸、草酰乙酸丙氨酸、草酰乙酸q 病理情况、恶性肿瘤病理情况、恶性肿瘤 糖酵解增强糖酵解增强 19二、糖的有氧氧

8、化（二、糖的有氧氧化（aerobic oxidationaerobic oxidation）1.1.概念概念 糖在糖在有氧有氧的条件下，的条件下，彻底氧化彻底氧化成水和二氧成水和二氧化碳并产生大量能量的过程。化碳并产生大量能量的过程。进入生进入生物氧化物氧化202.2.反应过程反应过程（3 3个阶段）个阶段） GlcGlc 丙酮酸丙酮酸 * * 反应过程类似酵解反应过程类似酵解 * * 能量变化能量变化-直接进入生物氧化直接进入生物氧化21* * 为不可逆反应过程为不可逆反应过程 ， 是连接糖酵解和三羧酸循环的重要环节是连接糖酵解和三羧酸循环的重要环节 * * 生成乙酰辅酶生成乙酰辅酶A A，

9、 产生一分子产生一分子COCO2 2和一对和一对NADH+HNADH+H+ +丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A A22* * 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系- -多酶复合体多酶复合体2324 三羧酸循环三羧酸循环（tricarboxylictricarboxylic acid cycle acid cycle）概念概念: : 乙酰辅酶乙酰辅酶A A和草酰乙酸和草酰乙酸缩合缩合，生成带有，生成带有三个羧基的三个羧基的柠檬酸柠檬酸，再经过一系列的反应重，再经过一系列的反应重新生成新生成草酰乙酸草酰乙酸完成一个循环，也称柠檬酸完成一个循环，也称柠檬酸循环。循环。25 过程过程 乙

10、酰辅酶乙酰辅酶A A与草酰乙酸缩合成柠檬酸与草酰乙酸缩合成柠檬酸 * * 为不可逆反应过程为不可逆反应过程 * * 柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶 -循环中的第一个循环中的第一个限速酶限速酶，重要调节点，重要调节点26（2 2）柠檬酸转变成异柠檬酸）柠檬酸转变成异柠檬酸* *顺乌头酸酶顺乌头酸酶27（3 3）异柠檬酸氧化脱羧）异柠檬酸氧化脱羧 * * 不可逆反应不可逆反应 * * 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 是是TCA TCA 循环中的第二个循环中的第二个限速酶限速酶28(4)-酮戊二酸氧化脱羧成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧成琥珀酰CoACoA* * 为不可逆反应为不可逆反应 29酶酶辅酶辅酶维生素维生

11、素-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶 TPP TPP vitB vitB1 1 琥珀酰硫辛酸转移酶琥珀酰硫辛酸转移酶 硫辛酸硫辛酸 辅酶辅酶A A 硫辛酸硫辛酸 泛酸泛酸 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶 FAD FAD NAD NAD+ + vitBvitB2 2 vitPP vitPP * *-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 为一多酶复合体，组成与丙酮酸脱氢酶为一多酶复合体，组成与丙酮酸脱氢酶系类似，是系类似，是TCA TCA 循环中的第三个循环中的第三个限速酶限速酶30* * 琥珀酸硫激酶催化琥珀酸硫激酶催化* * TCATCA循环中的唯一底物水平磷酸化反应循环中的唯一底物水平磷酸化反应(

12、5)琥珀酰琥珀酰CoACoA转变成琥珀酸转变成琥珀酸31(6)(6)草酰乙酸的再生草酰乙酸的再生脱氢脱氢 加水加水 再脱氢再脱氢经呼吸链，经呼吸链，氧化磷酸化产生氧化磷酸化产生2 2个个ATPATP32经呼吸链，经呼吸链，氧化磷酸化产生氧化磷酸化产生3 3个个ATPATP333个个ATP3个个ATP3个个ATP2个个ATP1个个ATP34三羧酸反应特点三羧酸反应特点: :(1)(1)每每1 1循环消耗循环消耗1 1个乙酰基个乙酰基一次底物水平磷酸化一次底物水平磷酸化 （1 ATP1 ATP） 一个循环一个循环 二次脱羧二次脱羧 产生产生1212个个ATPATP四次脱氢（四次脱氢（11 ATP1

13、1 ATP）35(3)(3)中间产物总量不变中间产物总量不变 数量不变，但在循环中是不断更新的数量不变，但在循环中是不断更新的(2)3(2)3个限速酶个限速酶 柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 三羧酸循环最重要调节酶三羧酸循环最重要调节酶 -酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系36 三羧酸循环的生理意义三羧酸循环的生理意义(1)(1)释放大量能量释放大量能量37(2)(2)是三大物质分解代谢的共同途径。是三大物质分解代谢的共同途径。(3)(3)是糖、脂肪和氨基酸的联系通路。是糖、脂肪和氨基酸的联系通路。386.6.糖的有氧氧化总结糖的有氧氧化总结 糖的有氧氧化是在胞浆与线粒体

14、中进行糖的有氧氧化是在胞浆与线粒体中进行 反应分为三个阶段反应分为三个阶段 有氧氧化的关键酶有氧氧化的关键酶: :(1)(1)己糖激酶、磷酸果糖激酶己糖激酶、磷酸果糖激酶1 1、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶 (2)(2)丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系(3)(3)柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、 -酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系39 每进行一次三羧酸循环每进行一次三羧酸循环: :消耗消耗1mol1mol乙酰基，产生乙酰基，产生COCO2 2，H H2 2O O和和1212个个ATPATP 糖的有氧氧化能量的计算糖的有氧氧化能量的计算: : 1mol 1mol葡萄糖彻底氧化产

15、生葡萄糖彻底氧化产生3636或或3838个个ATPATP。 40三、磷酸戊糖途径（三、磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway）1.1.存在此途径的器官存在此途径的器官 肝、红细胞、肾上腺皮质、脂肪、骨髓等肝、红细胞、肾上腺皮质、脂肪、骨髓等 2.2.特点特点胞液内胞液内不经过三碳糖阶段不经过三碳糖阶段直接进行脱氢和脱羧等反应直接进行脱氢和脱羧等反应生成大量生成大量 NADPH + HNADPH + H+ + 416-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶425.5.生理意义生理意义 1.1.提供生物合成所需的原料提供生物合成所需的

16、原料 a a、5-5-磷酸核糖磷酸核糖- - 合成核酸合成核酸 b b、还原型、还原型NADPH+HNADPH+H+ + 为合成脂肪酸、类固醇物质供氢为合成脂肪酸、类固醇物质供氢 谷胱甘肽还原酶的辅酶，维持体内一定量谷胱甘肽还原酶的辅酶，维持体内一定量的的GSHGSH，保持红细胞的完整性，保护巯基酶，保持红细胞的完整性，保护巯基酶的活性的活性 c c、参与肝内生物转化反应、参与肝内生物转化反应43NADPH+HNADPH+H+ + NADP NADP+ + GS-SG GSHGS-SG GSH（氧化型）（氧化型） （还原型）（还原型） 6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏 - -

17、溶血性贫血（蚕豆病）溶血性贫血（蚕豆病） 44四、糖醛酸途径四、糖醛酸途径葡萄糖葡萄糖 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 UDP-UDP-葡萄糖葡萄糖 UDP-UDP-葡糖醛酸葡糖醛酸+ H+ H2 2O + 2NADO + 2NAD+ +UDP-UDP-葡萄葡萄糖脱氢酶糖脱氢酶意义：活性葡糖醛酸参与生物转化、合成杂多糖意义：活性葡糖醛酸参与生物转化、合成杂多糖45第五节第五节 糖原代谢和糖异生糖原代谢和糖异生46 合成过程（合成过程（4 4步反应）步反应）(1)6-磷酸葡萄糖的生成磷酸葡萄糖的生成 * * 消耗一个高能磷酸键消耗一个高能磷酸键 * * 己糖激酶己糖激

18、酶/ /葡萄糖激酶葡萄糖激酶( (肝肝) )催化催化一、糖原的合成一、糖原的合成 （GlycogenesisGlycogenesis） 概念概念 由单糖合成糖原的过程。由单糖合成糖原的过程。47(2)1-磷酸葡萄糖的生成磷酸葡萄糖的生成 * * 磷酸葡萄糖变位酶催化磷酸葡萄糖变位酶催化48(3)UDP-Glc的生成的生成 * * 消耗一个高能磷酸键消耗一个高能磷酸键 * * UDP-UDP-GlcGlc焦磷酸化酶催化焦磷酸化酶催化49(4)糖原的合成糖原的合成 * * 糖原合成酶催化糖原合成酶催化 * * 需糖原引物需糖原引物( (原有的糖链分子）原有的糖链分子） * * UDP-UDP-Gl

19、cGlc提供活性葡萄糖残基提供活性葡萄糖残基, ,以以-1-1，4 4糖苷键糖苷键加入糖原引物非还原端加入糖原引物非还原端50 糖原的分支糖原的分支 * * 糖链长度糖链长度 1212个个糖残基时糖残基时 * * 分支酶分支酶催化将催化将6-76-7糖残基以糖残基以-1-1，6 6糖苷键连糖苷键连接于临近糖链接于临近糖链 * * 新形成的分支须与原有糖链有新形成的分支须与原有糖链有4 4个糖残基个糖残基距离距离 * * 使糖原分解与合成加速使糖原分解与合成加速, ,并加大糖原溶解度并加大糖原溶解度51-1,6-1,6糖苷键糖苷键52 特点特点肝、肾、肌肉肝、肾、肌肉是合成的主要组织是合成的主要

20、组织动物细胞中糖的主要储存形式动物细胞中糖的主要储存形式 UDP-GUDP-G-糖的活性形式糖的活性形式53 糖原合成酶糖原合成酶-限速酶限速酶 -1-1，4 4糖苷键糖苷键-直链直链 -1-1，6 6糖苷键糖苷键-支链支链 为一耗能过程为一耗能过程 每增加一个葡萄糖单位消耗每增加一个葡萄糖单位消耗2 2分子分子ATPATP54二、糖原的分解（二、糖原的分解（GlycogenolysisGlycogenolysis） 概念概念 糖原分解成葡萄糖的过程。糖原分解成葡萄糖的过程。55特点：特点： 磷酸化酶磷酸化酶-糖原分解的关键酶糖原分解的关键酶 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶主要存在于肝、肾，磷酸

21、酶主要存在于肝、肾， 故肝糖元可直接分解为葡萄糖故肝糖元可直接分解为葡萄糖 56糖原合成与分解的意义糖原合成与分解的意义 维持血糖平衡维持血糖平衡* * 血糖浓度升高血糖浓度升高 生成糖原，储存生成糖原，储存 下降下降 分解糖原，供能分解糖原，供能* * CrioCrio氏循环氏循环57三、糖异生（三、糖异生（glucogluconeoneogenesisgenesis） 1. 1.概念概念 非糖物质非糖物质转变为葡萄糖的过程。转变为葡萄糖的过程。 * *甘油、有机酸（乳酸、丙酮酸等）、生糖氨基酸甘油、有机酸（乳酸、丙酮酸等）、生糖氨基酸 2.2.糖异生的主要器官：糖异生的主要器官：肝、肾上腺

22、皮质肝、肾上腺皮质584.4.反应过程反应过程 基本上是酵解的逆过程基本上是酵解的逆过程 三个能障不可逆行，需另外的酶催化三个能障不可逆行，需另外的酶催化 * * 丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 * * 1,6-1,6-二磷酸果糖变成二磷酸果糖变成6-6-磷酸果糖磷酸果糖 果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸酶二磷酸酶 * * 6-6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶59O(a) 丙酮酸羧化支路糖酵解中糖异生中60糖酵解中糖异生中底物循环底物循环：不同酶催化的单向反应使两个底物

23、通过循环：不同酶催化的单向反应使两个底物通过循环相互转化。相互转化。615.5.生理意义生理意义 空腹或饥饿状态下空腹或饥饿状态下维持血糖浓度的相对恒定维持血糖浓度的相对恒定 有利于乳酸的有利于乳酸的回收利用回收利用 乳酸循环（乳酸循环（coriscoris cycle cycle） 协助氨基酸的转化和储存协助氨基酸的转化和储存 (-(-酮酸酮酸 ) )62第七节第七节 糖代谢紊乱糖代谢紊乱神经系统功能紊乱神经系统功能紊乱内分泌失调内分泌失调先天性某些酶缺陷先天性某些酶缺陷肝、肾功能障碍肝、肾功能障碍糖代谢紊乱糖代谢紊乱低血糖低血糖高血糖及糖尿高血糖及糖尿糖尿病糖尿病糖原累积症糖原累积症63一、低血糖（一、低血糖（hypoglycemia）1.概念概念空腹血糖浓度空腹血糖浓度3.3mmol/L2.2.原因原因 * * 胰岛胰岛 细胞增生细胞增生/ /癌变等导致胰岛素分泌过多癌变等导致胰岛素分泌过多 * * 垂体前叶或肾上腺皮质机能减退使对抗胰岛素的生垂体前叶或肾上腺皮质机能减退使对抗胰岛素的生 长素长素/ /糖皮质激素分泌不足糖皮质激素分泌不足 * * 严重肝肾患者严重肝肾患者 * * 饥饿、持续剧烈体力活动饥饿、持续剧烈体力活动 3