生化糖代谢12018秋

1、第二篇物质代谢及其调节刘安玲生物化学与分子生物学教研室基础医学院 糖 脂质蛋白质消化吸收简单物质合成（同化）复杂物质（异化）分解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分解2糖葡萄糖脂质甘油、脂肪酸蛋白质氨基酸乙酰CoA CO2 NADH+H+FADH2H2O 氧化磷酸化ADP+PiATP三羧酸循环第一阶段第二阶段第三阶段3第二篇 内容概要4u 糖代谢糖代谢u 生物氧化生物氧化u 脂质脂质代谢代谢u 氨基酸代谢氨基酸代谢u 核苷酸代谢核苷酸代谢u 代谢的整合与调节代谢的整合与调节学习“物质代谢”的关键点1. 生理功能或意义2. 反应部位（组织、细胞定位）3. 关

2、键步骤、关键酶（调节酶）4. 能量的代谢5. 代谢调节（关键酶的调节）6. 与其它代谢途径的联系（枢纽物质、物质转变）7. 代谢异常与疾病的关系5第六章糖 代 谢Metabolism of Carbohydrates内容提纲u概述u糖的分解代谢l糖的无氧氧化l糖的有氧氧化l磷酸戊糖途径u 糖原的合成与分解u 糖异生作用u 血糖及其调节7糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。糖的化学8（一）糖的概念（二）糖的分类及其结构根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类：单糖 (monosacchride)寡糖 (oligosacchride)多

3、糖 (polysacchride)结合糖 (glycoconjugate)91. 单糖 不能再水解的糖。OHOHOHOHHHOHHOHOHOHHHOHHOHOOHOOHHHHOHOHHOHHCH2OH葡萄糖(glucose, G) 己醛糖果糖(fructose, F) 己酮糖 OOHOHHOH2CHHOHHCH2OH1011OOHHHOHHOHHOHHCH2OHOHHHHOHOHOHHOH2COHOHOHOHHOHHHOH半乳糖(galactose) 己醛糖 核糖(ribose) 戊醛糖 OHHOHHOHOHOH2. 寡糖常见的几种二糖有麦芽糖 (maltose) 葡萄糖 葡萄糖蔗 糖 (su

4、crose) 葡萄糖 果糖乳 糖 (lactose) 葡萄糖 半乳糖能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。12能水解生成多个分子单糖的糖。常见的多糖有淀 粉 (starch)糖 原 (glycogen)纤维素 (cellulose)133. 多糖 淀粉植物中养分的储存形式14-1,6-糖苷键-1,4-糖苷键 糖原动物体内葡萄糖的储存形式15 纤维素作为植物的骨架-1,4-糖苷键糖苷键16糖与非糖物质的结合物。糖脂 (glycolipid)：糖与脂质的结合物。糖蛋白 (glycoprotein) 蛋白聚糖（proteoglycan） 常见的结合糖有： 糖与蛋白质的结合物17

5、4. 结合糖 糖蛋白 18蛋白聚糖19第一节 概 述Introduction20u 糖的生理功能u 糖的消化u 糖的吸收u 糖代谢概况一、糖的生理功能21u 糖在生命活动中的主要作用是提供能量。 糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。固醇、核苷等物质的原料。u 作为机体组织细胞的组成成分。u 作为碳源，提供合成体内其他物质的原料。以蛋白聚糖、糖蛋白、糖脂的形式参以蛋白聚糖、糖蛋白、糖脂的形式参与结缔组织、骨和软骨基质、生物膜等的与结缔组织、骨和软骨基质、生物膜等的组成。组成。二、糖的消化22淀粉 麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）-临界糊

6、精+异麦芽糖 （30%） （5%）葡萄糖 唾液中的-淀粉酶 -葡萄糖苷酶 -临界糊精酶 肠黏膜上皮细胞刷状缘 口腔 肠腔 胰液中的-淀粉酶 食物中含有的大量纤维素，因人体内食物中含有的大量纤维素，因人体内无无 -糖苷酶糖苷酶而不能对其分解利用，但却而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。所必需。231. 吸收部位：小肠上段小肠上段 2. 吸收形式：单单 糖糖 三、糖的吸收3. 吸收机制： 依赖特定载体转运，主动耗能依赖特定载体转运，主动耗能 在吸收过程中同时伴有在吸收过程中同时伴有Na+转运转运 （Na+依赖型葡萄糖转运体，依赖型葡萄

7、糖转运体，SGLT）244. 吸收途径 小肠肠腔小肠肠腔 肠黏膜上皮细胞肠黏膜上皮细胞 门静脉门静脉 肝脏肝脏 体循环体循环SGLT 各种组织细胞各种组织细胞 GLUT GLUT：葡萄糖转运体葡萄糖转运体(glucose transporter)25小肠中葡萄糖的吸收机制26四、糖代谢概况 27 葡萄糖 酵解途径 丙酮酸 有氧 无氧 H2O及CO2 乳酸 糖异生 乳酸、甘油及生糖氨基酸糖原 肝糖原分解 糖原合成 磷酸戊糖途径 核糖 + NADPH+H+食物糖消化与吸收 ATP 01糖的无氧氧化02糖的有氧氧化03磷酸戊糖途径04糖醛酸途径Contents糖的分解代谢28u 概念u 反应过程u

8、调节关键酶u 生理意义29第二节 糖的无氧氧化Anaerobic oxidation概念葡萄糖或糖原在无氧或缺氧情况下分解生成乳酸和ATP的过程，称为糖的无氧氧化(anaerobic oxidation) 。 30全身各组织细胞，尤其肌肉组织、 红细胞、皮肤和肿瘤组织中。组织定位：糖无氧氧化的总反应式：31葡萄糖葡萄糖 + 2Pi + 2ADP2乳酸乳酸 + 2ATP + 2H2O 第一阶段：葡萄糖分解为丙酮酸糖酵解（glycolysis） 第二阶段：丙酮酸还原为乳酸32糖无氧氧化的反应部位：细胞质糖无氧氧化的反应部位：细胞质一、糖无氧氧化的反应过程乳酸糖无氧氧化过程 33 葡萄糖磷酸化生成葡

9、萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 ATP ADPMg2+ 己糖激酶(hexokinase)Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖 O CH2HO H HOOHH OH H OH H H6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P)P P O CH2OH HOOHH OH H OH H H（一）葡萄糖分解为丙酮酸34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

10、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 35己糖激酶、葡萄糖激酶()分布不同组织肝脏底物G、F等G对G的亲和力Km低，亲和力高Km高，亲和力低抑制受G-6-P抑制不受G-6-P抑制用途主要用于糖的分解主要用于糖的合成36两方面意义：l糖经磷酸化后容易参与代谢；l保糖机制：磷酸化糖不能透过细胞质膜。37 6-磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖磷酸果糖 己糖异构酶 6-磷酸葡萄糖 P P O CH2OH HOOHH OH H OH H H6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P)Glu G-6

11、-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸38 6-磷酸果糖磷酸化为磷酸果糖磷酸化为1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphofructokinase-1)6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P)Glu G-6-P F-6-P F-1,6

12、-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸39CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHP PP P1,6-二磷酸果糖 磷酸己糖裂解成磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖分子磷酸丙糖 醛缩酶(aldolase)磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 +CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P POCH2OHCOCH2POCH2P POGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP

13、 ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸40 3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮互相转磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮互相转变变磷酸丙糖异构酶 磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase)3-磷酸甘油醛 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO磷酸二羟丙酮 CH2OHCOCH2POCH2P POGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二

14、磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸41 3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 Pi、NAD+ NADH+H+3-磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)3-磷酸甘油醛 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO1,3-二磷酸甘油酸 O=CCOHCH2POP POP POGlu G-6-P F-6-P F-

15、1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸42 1,3-二磷酸甘油酸转变成二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸 甘油酸O=CCOHCH2POP POP PO3-磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase) Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP

16、ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸43 在以上反应中，底物分子内部能量重在以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成磷酸化生成AT P 的 过 程 ， 称 为的 过 程 ， 称 为 底 物 水 平 磷 酸 化底 物 水 平 磷 酸 化(substrate level phosphorylation) 。 44 3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转

17、变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase)3-磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO2-磷酸甘油酸 COOHCCH2POP POOHOHGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸45 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶(e

18、nolase)2-磷酸甘油酸 COOHCCH2POP POOHOH+ H2O磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP)COOHCCH2P POGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸46ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶(pyruvate kinase) 丙酮酸的生成丙酮酸的生成磷酸烯醇式丙酮酸 COOHC

19、CH2P PO丙酮酸 COOHC=OCH3Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸47底物水平磷酸化（二）丙酮酸被还原成乳酸48NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。丙酮酸 乳酸 乳酸脱氢酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 酵母等微生物中的乙醇发酵49乳酸糖无氧氧化过程一次脱氢二次底物水平磷酸化已糖激酶6

20、-磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶三个关键酶 50糖无氧氧化的要点糖无氧氧化的要点 一次脱氢（一次脱氢（NADH） 二个底物水平磷酸化反应二个底物水平磷酸化反应 三次不可逆反应三次不可逆反应 关键酶有：关键酶有：己糖激酶或葡萄糖激酶己糖激酶或葡萄糖激酶 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 产能：生成产能：生成4个个ATP，消耗，消耗2个个ATP， 净生成净生成2个个ATP51二、糖无氧氧化的调节52关键酶关键酶 己糖激酶己糖激酶 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 调节方式调节方式 别构调节别构调节 化学修饰调节化学修饰调节 （一）6-磷酸果糖激酶-153 别

21、构调节：别构调节： 激活剂激活剂 AMP、ADP 1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 （正反馈）（正反馈） 2，6-二磷酸果糖（最强）二磷酸果糖（最强） 抑制剂抑制剂 柠檬酸柠檬酸、 ATP（高浓度）高浓度） 此酶有二个结合此酶有二个结合ATP的部位：的部位： 活性中心底物结合部位（低浓度时）活性中心底物结合部位（低浓度时） 活性中心外别构调节部位（高浓度时）活性中心外别构调节部位（高浓度时） 54F-6-P F-1,6-2P ATP ADP PFK-1磷蛋白磷酸酶 Pi PKA ATP ADP Pi 胰高血糖素胰高血糖素 ATP cAMP 活化活化 F-2,6-2P +/+AMP +柠檬酸柠檬酸

22、AMP +柠檬酸柠檬酸 PFK-2（有活性）有活性）FBP-2（无活性）无活性）6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2 PFK-2（无活性）无活性）FBP-2（有活性）有活性）PP果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶-2 6-磷酸果糖激酶-1的调节（二）丙酮酸激酶55l别构调节：别构调节：激活剂激活剂 1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖抑制剂抑制剂 ATP、丙氨酸丙氨酸 乙酰乙酰CoA、长链脂肪酸、长链脂肪酸l 化学修饰调节：化学修饰调节： 丙酮酸激酶被磷酸化后即失活丙酮酸激酶被磷酸化后即失活ATP ADP Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶 （有活性）（有活性） 胰高血糖素胰高血糖素 PKA, Ca

23、M激酶激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶 （无活性）（无活性） PATP cAMP 丙酮酸激酶的化学修饰调节丙酮酸激酶的化学修饰调节56+（三）己糖激酶或葡萄糖激酶57l 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。但肝葡萄糖激酶不受其抑制。l长链脂酰长链脂酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。可别构抑制肝葡萄糖激酶。l胰岛素胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的表达，可诱导葡萄糖激酶基因的表达，促进酶蛋白的合成。促进酶蛋白的合成。u 骨骼肌及多数组织： 消耗能量多消耗能量多ATP/AMPATP/AMP6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1和丙酮酸激酶活性和丙酮酸激酶活性葡萄糖分解加速；葡萄糖分解加速； ATPATP丰富时则相反丰富时则相反 u 肝脏： 进食后，胰高血糖素进食后，胰高血糖素，胰岛素，胰岛素2 2,6-,6-二二磷酸果糖磷酸果糖加速糖酵解加速糖酵解 饥饿时，胰高血糖素饥饿时，胰高血糖素2 2,6-,6-二磷酸果糖合二磷酸果糖合成成 ，丙酮酸激酶活性，丙酮酸激酶活性抑制糖酵解抑制糖酵解 58三、糖无氧氧化的生理意义591. 迅速提供迅速提供一部分一部分急需急需的的能量能量：缺氧情况下：缺氧情况下2. 红细胞红细胞供能的主要方式：无线粒体供能的主要方式：无线粒体