生理学 糖代谢课件

1、第五章 糖代谢第一节 概 述糖类（carbohydrates) 即碳水化物，从化学结构上来讲是一类多羟基的醛或酮及其衍生物。一、糖类的概念4、单糖的衍生物 (derivates of monosaccharide)* 分类：1、单糖 (monosaccharide)2、双糖 (disaccharide)3、多糖 (polysaccharide) 二、糖的生理功能1、氧化供能： 这是糖的主要功能。2、机体的重要碳源： 糖可转变成氨基酸、脂肪、核苷等。3、组织结构的重要成分： 如糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂。4、形成生理活性物质： 如 NAD+ 、 FAD 、 ATP等2、糖的吸收：GNa+GNa+泵N

2、a+K+K+小肠粘膜细胞 肠腔门静脉Na+GGNa+G Na+ G 四、糖代谢的概况葡萄糖酵解途径丙酮酸有氧无氧H2O及CO2乳酸糖异生途径乳酸、氨基酸、甘油糖原糖原分解糖原合成 磷酸戊糖途径 核糖 +NADPH+H+ 食物消化与吸收糖的无氧分解 指在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸（lactate）的过程，又称为糖酵解（glycolysis)。* 部位：胞液 一、糖酵解的反应过程* 第一阶段： 由葡萄糖分解成丙酮酸（ pyruvate ) 的过程，称之为糖酵解途径 （ glycolytic pathway )* 第二阶段： 由丙酮酸转变成乳酸。（一）、酵解途径1、葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖 (

3、glucose-6-phosphate , G-6-P ) OCH2HOHOHOHHOHHOHHH葡萄糖ATPADPMg2+己糖激酶 OHOHOHHOHHOHHOCH2H6-磷酸葡萄糖PP* 肝中的己糖激酶也称为葡萄糖激酶 3、 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖 （1,6-fructose-biphosphate )ATPADPMg2+6-磷酸果糖激酶-1HOHHOHOHHOCH2CH2O1,6-双磷酸果糖O OPPHOHHOHOHHOCH2OHCH2O6-磷酸果糖 OP4、一分子磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛+CCH2OHCH2OOPPCHOHCH2OCHOPP

4、醛缩酶HO1,6-双磷酸果糖CCCCCH2OCH2OHOHOHHHPPPP6、3-磷酸甘油醛氧化为 1,3-二磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸Pi、 NAD+NADH+H+3-磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛CHOHCH2OCHOPPCHOHCH2OC O=OPP7、1、3-二磷酸甘油酸 转变为 3-磷酸甘油酸1,3 - 二磷酸甘油酸CHOHCH2OCO=OPPADPATP磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油酸CHOHCH2OCOOHP 如上反应中，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 phosphorylatio

5、n )8、3-磷酸甘油酸 转变为 2-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸 CHOHCH2OCOOHPCHOHCH2OCOOHP磷酸甘油酸变位酶9、2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 ( phosphoenolpyruvate , PEP )磷酸烯醇式丙酮酸+ H2O2-磷酸甘油酸CHOHCH2OCOOHPCCH2OCOOHP烯醇化酶10、磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸C=OCH3丙酮酸COOHADPATPK+ Mg+丙酮酸激酶CCH2OCOOHP磷酸烯醇式丙酮酸E1:己糖激酶E2: 6-磷酸果糖激酶-1E3: 丙酮酸激酶糖酵解GluG-6-PF-6-P1,6 PFATPADPATPADP乳

6、 酸NAD+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E2E1E3NADH+H+ 三、糖酵解的调节：关键酶 己糖激酶 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶调节方式 别构调节 共价修饰调节+AMP_柠檬酸2, 6-双磷酸果糖的合成和分解* 2, 6-双磷酸果糖是该酶最强的变构激活剂PiH2O果糖双磷酸酶-26-磷酸果糖2, 6-双磷酸果糖ATPADP6-磷酸果糖激酶-2（磷酸酶活性）6-磷酸果糖激酶-26 - 磷酸果糖激酶 - 2胰高血糖素CAMPATPADPP i磷蛋白磷酸酶(激酶活性)PKAP

7、* 共价修饰调节（二）、丙酮酸激酶：1、别构调节别构抑制剂：ATP , 丙氨酸别构激活剂：1,6-双磷酸果糖2、共价修饰调节：丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATPADPPi磷蛋白磷酸酶（无活性）（有活性）胰高血糖素PKA,CaM激酶P (三) 、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 四、糖酵解的生理意义1、为机体迅速提供能量，对肌肉收缩尤其重要。2、为某些细胞提供能量： 无线粒体的细胞，如：红细胞 代谢活跃的细胞，如：白细胞、神经元、 骨髓细胞糖的有氧氧化第三节 葡萄糖在有氧情况下，彻底氧化成水和CO2的过程。

8、 有氧氧化是机体主要供能方式。* 部位：胞液及线粒体糖的有氧氧化 ( aerobic oxidation )葡萄糖有氧氧化概况：葡萄糖6-磷酸葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA三羧酸循环H+ + e-O2O2O2H2OCO2胞 液线粒体 一、有氧氧化的过程第一阶段：酵解途径（同前）第二阶段：丙酮酸氧化生成乙酰CoA第三阶段：三羧酸循环和氧化磷酸化胞液线粒体（一）丙酮酸的氧化脱羧* 丙酮酸进入线粒体丙酮酸乙酰CoANAD+，HSCoACO2，NADH + H+丙酮酸脱氢酶复合体* 丙酮酸转变为乙酰CoA ( acetyl CoA )丙酮酸脱氢酶复合体： 组 成 丙酮酸脱氢酶(E1)二氢硫辛酰胺转乙酰酶

9、(E2) 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3) 辅 酶 TPP 硫辛酸、HSCoA FAD、 NAD+重新扫图（二）三羧酸循环 （Tricarboxylic acid Cycle）三羧酸循环也称为柠檬酸循环，因Krebs正式提出了此学说，故又称为Krebs循环。该循环由一连串反应组成。所有的反应均在线粒体中进行。（1） 柠檬酸的合成 乙酰辅酶A（acetyl CoA）与草酰乙酸（oxaloacetate）缩合成柠檬酸（citrate） 反应由柠檬酸合酶（citrate synthase）催化1、反应过程Citrate synthase（2） 异柠檬酸的形成 此反应是由顺乌头酸酶催化的异构反应 由两步反应

10、构成 （1）：脱水反应 （2）：水合反应（3） 第一次氧化脱羧 异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶（Isocitrate dehydrogenase）作用下，氧化脱羧而转变成 -酮戊二酸（ - Ketoglutarate）（4） 第二次氧化脱羧在-酮戊二酸脱氢酶复合体催化下，-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA；该复合体的组成及催化机理与丙酮酸脱氢酶复合体类似。（5） 底物水平磷酸化在琥珀酰CoA合成酶催化下，琥珀酰CoA高能硫酯键水解与GDP磷酸化偶联，生成琥珀酸、GTP和辅酶A。这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。（6） 琥珀酸脱氢生成延胡索酸此反应由琥珀酸脱氢酶催化，其辅酶是FAD，是三羧

11、酸循环中唯一与内膜结合的酶。（7） 延胡索酸加水生成苹果酸（8） 苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢酶催化此反应，辅酶是NAD+2、小 结 三羧酸循环的要点： 一次三羧酸循环 ： 消耗 一分子乙酰CoA，经四次脱氢，二次脱羧， 一次底物水平磷酸化； 生成 1分子FADH2 ，3分子NADH+H+，2分子CO2，1分子GTP。 什么是三羧酸循环？ 中间产物需要补充。 三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰-CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物；同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2和H2O。 整个循环反应为不可逆反应。为什么？异柠檬酸脱氢酶

12、-酮戊二酸脱氢酶系柠檬酸合酶3、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； 是三大营养物质代谢联系的通路； 为呼吸链提供还原当量H+ + e-； 为其它物质代谢提供小分子前体。* 草酰乙酸的来源：草酰乙酸 丙酮酸丙酮酸羧化酶天冬氨酸谷草转氨酶 柠檬酸柠檬酸裂解酶苹果酸苹果酸脱氢酶（四）、氧化磷酸化 还原当量 H+ + e- 进入呼吸链彻底氧化成H2O , 并生成ATP。 二、有氧氧化生成的ATP反 应辅 酶A T P第一阶段葡萄糖 6-磷酸葡萄糖-16-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖-123-磷酸甘油醛 21,3-二磷酸甘油酸 NAD+ 2 3或2 2*21,3-二磷酸甘油酸 23

13、-磷酸甘油酸2 12 磷酸烯醇式丙酮酸 2丙酮酸2 1第二阶段2 丙酮酸 2乙酰CoA2 3第三阶段2异柠檬酸 2-酮戊二酸2 32-酮戊二酸 2琥珀酰CoA2 32琥珀酰CoA 2琥珀酸2 12琥珀酸 2延胡索酸FAD2 22苹果酸 2草酰乙酸NAD+2 3净生成38(或36)ATP NAD+ 三、有氧氧化的调节关键酶 酵解途径： 己糖激酶 丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环：柠檬酸合成酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶1、丙酮酸脱氢酶复合体别构抑制剂：乙酰CoA NADH ATP别构激活剂： AMP ADP NAD+ * 乙酰CoA /

14、 HSCoA或 NADH / NAD+ 时， 其活性也受到抑制。 别构调节 共价修饰调节2Pi2H2O磷酸酶2ATP2ADP蛋 白 激 酶ADP，NAD+乙酰CoA，NADH- +Ca2+ 胰岛素TPPTPPCH2OHCH2OH有活性TPPTPPCH2OCH2O无活性PP2、TAC的调节：调节点异柠檬酸 脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体激 活抑 制NADH/NAD+ ATP/ADP NADH/NAD+ ATP/ADP ADPNAD+琥珀酰CoACa2+ i Ca2+ i * 当氧化磷酸化的速率低时，NADH和FADH2保持还原状态，TAC无法进行脱氢反应，从而受到抑制。2ADPATP+AMP腺苷酸

15、激酶 体内ATP浓度是AMP的50倍，经上述反应后，ATP/AMP变动比ATP变动大，有信号放大作用，从而发挥有效的调节作用。 ATP/ADP或ATP/AMP比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。 ATP/AMP效果更显著。* 另外：四、巴斯德效应(Pastuer effect) 指有氧氧化抑制糖酵解的现象。机 制： 有氧时，NADH+H+可进入线粒体内氧化，丙酮酸进一步氧化而不生成乳酸; 缺氧时，NADH+H+不能氧化，丙酮酸作为氢接受体而转变成乳酸。并且酵解途径加强。磷酸戊糖途径第四节* 磷酸戊糖途径 一、亚细胞定位：胞液 二、反应过程：( Pentose phosphate path

16、way )第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH及CO2第二阶段：基团转移反应 磷酸戊糖途径第一阶段5-磷酸木酮糖5-磷酸木酮糖7-磷酸景天糖3-磷酸甘油醛4-磷酸赤藓糖6-磷酸果糖6-磷酸果糖3-磷酸甘油醛第二阶段6-磷酸葡萄糖36-磷酸葡萄糖酸内酯36-磷酸葡萄糖酸35-磷酸核酮糖 35-磷酸核糖3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶3CO2 三、磷酸戊糖途径的调节* 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。 此酶活性主要受NADPH/NADP+比例的影响，

17、比例升高则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。 四、磷酸戊糖途径的生理意义1、为核酸、核苷酸的生成提供 核 糖2、提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应 NADPH是体内许多合成代谢的供氢体 NADPH参与体内的羟化反应 NADPH可维持GSH的还原性糖原的合成与分解第五节 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。糖原的种类及其生理意义：肌糖原：180 300g ， 主要供肌肉收缩所需肝糖原：70 100g ， 维持血糖平衡糖 原 (glycogen)一、糖原的合成代谢 组织定位： 主要在肝脏、肌肉 亚细胞定位： 胞浆 葡萄糖的活化葡萄糖6-磷酸葡萄糖A

18、TPADPa1-磷酸葡萄糖ba：在肌肉为己糖激酶; 在肝为葡萄糖激酶b：磷酸葡萄糖变位酶反应过程： 尿苷二磷酸葡萄糖( uridine diphosphate glucose , UDPG )* UDPG是Glu的活化形式，作为合成糖原时Glu的供体+UTP尿苷PPP OHOHOHHOHHOHCH2 OHH1- 磷酸葡萄糖P OHOHOHHOHHOHCH2OHH尿苷PPPPiUDPG焦磷酸化酶 糖原的合成糖原n + UDPG糖原n+1 + UDP 糖 原 合 酶( glycogen synthase ) * 糖原n 为肝内的较小糖原分子，称为 糖原引物(primer)， 作 为UDPG 上葡萄

19、糖基的接受体。 * 引物以其非还原端接受糖基，二者以 -1,4糖苷键连接。 糖原分枝的形成 -1,4-糖苷键 分 支 酶(branching enzyme)-1,6-糖苷键 二、糖原的分解代谢1、 糖原分解 ( glycogenolysis ) 习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。2、亚细胞定位： 胞 浆3、反应过程：糖原n+1糖原n + 1-磷酸葡萄糖糖原磷酸化酶磷 酸 化 酶葡聚糖转移酶-1,6- 糖苷酶 脱枝酶 (debranching enzyme) 经以上酶的共同作用，最终产物中约85%为1 - 磷酸葡萄糖， 15%为游离葡萄糖。1 - 磷酸葡萄糖6 - 磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶

20、葡萄糖（肝，肾）糖原的合成与分解Pi 磷酸化酶葡萄糖-6-磷酸酶（肝）UDPG焦磷酸化酶G-1-PUTPUDPGPPi糖原 n+1UDPG-6-PGlu糖原合酶磷酸葡萄糖变位酶己糖(葡萄糖)激酶 三、糖原合成与分解的调节关键酶 糖原合成：糖原合酶 糖原分解：糖原磷酸化酶调节有级联放大作用，效率很高；1、共价修饰调节两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；此调节为酶促反应，调节速度快；受激素调节。腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（有活性）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体 ATPcAMPA激酶(无活性)A激酶(有活性)磷酸化酶b激酶磷酸化酶b激酶-Pi糖原合酶糖原合酶-Pi磷酸化酶b磷酸化酶a

21、Pi磷蛋白磷酸酶-1PiPi磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶抑制剂-Pi磷蛋白磷酸酶抑制剂A激酶（活性）2、别构调节 磷酸化酶由二种构像，紧密型(T)和疏松型(R) ，其中T型的14位Ser暴露，便于接受共价修饰调节。* 磷酸化酶还受别构调节，葡萄糖是其别构抑制剂磷酸化酶 a (R)磷酸化酶 a (T)Glu3、调节小结： 双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行调节如：加强合成则减弱分解，或反之。 双重调节：别构调节和共价修饰调节 肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点： 如：肝糖原的分解激素主要为胰高血糖素， 肌糖原的分解激素主要为肾上腺素。 四、糖原积累症 (glycogen stor

22、age disease)由于先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类，使体内某些组织器官中大量糖原堆积的一类遗传代谢病。第六节 糖异生糖异生(gluconeogenesis) 是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。部位：主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体原料：乳酸、甘油、生糖氨基酸一、糖异生途径 （gluconeogenic pathway）1、定义：从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程称 糖异生途径。2、过程： * 酵解途径中有3个不可逆反应，在糖异生时，须由另外的反应和酶代替: * 糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的； 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）丙酮酸草酰乙酸PEPATPADP+

23、PiCO2GTPGDP+PiCO2 丙酮酸羧化酶，辅酶为生物素（线粒体） 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（线粒体、胞液） 草酰乙酸的转运：苹果酸出线粒体苹果酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸 出线粒体天冬氨酸草酰乙酸丙酮酸乳酸丙氨酸丙酮酸草酰乙酸丙酮酸羧化酶ATP + CO2ADP + Pi苹果酸NADH + H+NAD+天冬氨酸谷氨酸- 酮戊二酸天冬氨酸苹果酸草酰乙酸PEP磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶GTPGDP + CO2线粒体三羧酸循环中间产物胞液 1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖1, 6-双磷酸果糖6-磷酸果糖Pi果糖双磷酸酶 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖Pi葡萄糖-6-磷

24、酸酶 还原当量的来源 糖异生途径中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛时，需要NADH+H+。 由乳酸为原料异生糖时，由下述反应提供H+ ：乳酸丙酮酸LDHNAD+NADH+H+ 由氨基酸为原料进行糖异生时，所需H+则由线粒体内NADH+H+提供，它们来自于脂酸的-氧化或TAC，通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运到胞浆。苹果酸线粒体苹果酸草酰乙酸草酰乙酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+胞浆葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸酵解途径1-磷酸葡萄糖糖 原PEP丙酮酸胞 液乳 酸氨基酸糖异生途径丙酮酸草

25、酰乙酸氨基酸草酰乙酸酶酶果糖双磷酸酶-1葡萄糖-6-磷酸酶甘 油3-磷酸甘油ATPADPNAD+NADH+H+ADPATP 二、糖异生的调节 调节的目的是使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对这两条途径中的2个底物循环进行调节：6 - 磷酸果糖 1,6 - 双磷酸果糖ATPADP6-磷酸果糖激酶-1 Pi 果糖双磷酸酶-1 2,6-双磷酸果糖 AMP1. 6-磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间2. 磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间P E P 丙 酮 酸ATPADP丙酮酸激酶 1、6-双磷酸果糖丙氨酸乙 酰 CoA草酰乙酸 三、糖异生的生理意义1、维持血糖浓度恒定2、补充肝糖原 三碳途径： 指进食后

26、，大部分葡萄糖先在体细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。3、调节酸碱平衡肝肌肉 四、乳酸循环（Cori 循环）1、循环过程：葡萄糖葡萄糖葡萄糖酵解途径丙酮酸乳酸NADHNAD+乳酸乳酸NAD+NADH丙酮酸糖异生途径血液2、生理意义： 乳酸再利用，避免了乳酸的损失 防止因乳酸堆积而引起酸中毒3、耗能情况：2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP。血糖及其调节第七节血糖，指血液中的葡萄糖。 正常血糖浓度 ：3.89 6.11mmol/L 血糖食物糖消化，吸收肝糖原分解非糖物质糖异生氧化分解CO2+H2O糖原合成 肝、肌糖原磷酸戊糖途径等其它糖类脂类、氨基酸代谢脂肪、氨基酸 一、血糖来源和去路 二、血糖水平的调节 * 血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果；也是肝、肌肉、脂肪组织等器官组织代谢协调的结果。主要调节激素降血糖：胰岛素升血糖：胰高血糖素、糖皮质激素、 肾上腺素* 主要依靠激素的调节1、胰岛素 ( insulin ): 促进葡萄糖转运进入细胞 ； 加速糖原合成，抑制糖原分