第七章糖代谢

糖代谢第七章

概述糖的存在和来源糖即碳水化合物，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（一）糖的概念大多数糖类物质只由C、H、O三种元素组成鼠李糖C6H12O5甲醛CH2O脱氧核糖C5H10O4乳酸C3H6O3

乙酸C2H4O2

糖类/碳水化合物m词源：糖类根据其水解产物分类寡糖多糖同多糖杂多糖结合糖单糖（二）糖的分类及其结构葡萄糖

——己醛糖果糖——己酮糖

1.

单糖不能被水解的糖目录半乳糖——己醛糖

核糖

——戊醛糖

目录葡萄糖结构2.

寡糖常见的几种二糖有麦芽糖

葡萄糖—葡萄糖蔗糖

葡萄糖—果糖乳糖

葡萄糖—半乳糖由2~20个单糖通过糖苷键连接而成的糖类3.多糖

由20个以上的单糖通过糖苷键连接而成的糖类常见的多糖有淀粉糖原纤维素

①淀粉

是植物中养分的储存形式淀粉颗粒目录②糖原

是动物体内葡萄糖的储存形式目录③纤维素

作为植物的骨架β-1,4-糖苷键目录4.结合糖

糖与非糖物质的结合物。糖脂：是糖与脂类的结合物。糖蛋白：是糖与蛋白质的结合物。

常见的结合糖有

二、糖的生理功能1.

氧化供能如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。3.作为机体组织细胞的组成成分这是糖的主要功能。2.

提供合成体内其他物质的原料如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。4.作为细胞识别的信息分子三、糖的消化与吸收（一）糖的消化人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。消化部位：

主要在小肠，少量在口腔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。β-1,4-糖苷键淀粉麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）α-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%）葡萄糖唾液中的α-淀粉酶α-葡萄糖苷酶α-临界糊精酶消化过程

肠粘膜上皮细胞刷状缘胃口腔肠腔胰液中的α-淀粉酶（二）糖的吸收1.吸收部位

小肠上段

2.吸收形式

单糖

ADP+PiATPGNa+K+Na+泵小肠粘膜细胞肠腔门静脉3.吸收机制Na+依赖型葡萄糖转运体刷状缘细胞内膜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GLUTGLUT：葡萄糖转运体，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT1～5)。糖代谢是指葡萄糖在体内的复杂化学反应葡萄糖吸收入血后，依赖葡萄糖转运体而进入细胞内代谢。

四、糖代谢的概况

第一节

糖原代谢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。肌肉：肌糖原，180~300g，主要供肌肉收缩所需肝脏：肝糖原，70~100g，维持血糖水平糖原糖原储存的主要器官及其生理意义1.葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键形成长链。2.

约10个葡萄糖单元处形成分支，分支处葡萄糖以α-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。3.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。糖原的结构特点及其意义

糖原的合成与分解都由非还原性末端开始。还原性末端非还原性末端非还原性末端α-1,4-糖苷键α-1,6-糖苷键一、糖原的合成（二）合成部位（一）定义糖原的合成指由葡萄糖合成糖原的过程。组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆1.

葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖葡萄糖6-磷酸葡萄糖ATPADP己糖激酶;葡萄糖激酶（肝）（三）糖原合成途径1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖这步反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成α-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。*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。+UTP尿苷

PPPPPiUDPG焦磷酸化酶3.

1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸（UDPG）葡萄糖2Pi+能量1-磷酸葡萄糖

尿苷二磷酸葡萄糖糖原（葡萄糖n

）+UDPG

（葡萄糖n+1

）+UDP

糖原合酶

UDPUTPADPATP核苷二磷酸激酶4.α-1,4-糖苷键式结合*糖原n为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物，作为UDPG上葡萄糖基的接受体。糖原（葡萄糖n

）+UDPG

（葡萄糖n+1

）+UDP

糖原合酶

5.糖原分支的形成

分支酶

(branchingenzyme)α-1,6-糖苷键α-1,4-糖苷键分支的形成不仅可增加糖原的水溶性，更重要的是可增加非还原端数目，以便磷酸化酶能迅速分解糖原。从葡萄糖合成糖原是耗能的过程。

葡萄糖6-葡萄糖ATP1-磷酸葡糖UDPGUTPPPi

二、糖原的分解*定义*亚细胞定位：胞浆

*肝糖原的分解

糖原n

糖原n-1+1-磷酸葡萄糖

磷酸化酶1.糖原的磷酸解（1-磷酸葡萄糖的生成）糖原分解习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。脱支酶

(debranchingenzyme)2.脱支酶的作用①转移葡萄糖残基②水解-1,6-糖苷键

磷酸化酶转移酶活性α-1,6糖苷酶活性1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶3.

1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖4.6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖

葡萄糖-6-磷酸酶（肝，肾）葡萄糖6-磷酸葡萄糖*肌糖原的分解肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。肌糖原的分解与合成和乳酸循环有关。⑵G-6-P的代谢去路G（补充血糖）G-6-P

F-6-P（进入酵解途径）G-1-PGn（合成糖原）UDPG

6-磷酸葡萄糖内酯（进入磷酸戊糖途径）

葡萄糖醛酸（进入葡萄糖醛酸途径）小结⑴反应部位：胞浆3.糖原的合成与分解总图UDPG焦磷酸化酶G-1-PUTPUDPGPPi糖原n+1UDPG-6-PG糖原合酶磷酸葡萄糖变位酶己糖(葡萄糖)激酶糖原nPi磷酸化酶葡萄糖-6-磷酸酶（肝）糖原n三、糖原合成与分解的调节关键酶①糖原合成：糖原合酶

②糖原分解：糖原磷酸化酶

这两种关键酶的重要特点：*它们的快速调节有共价修饰和变构调节二种方式。*它们都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。四、糖原积累症糖原累积症是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。

第二节

糖的主要分解途径

葡萄糖的氧化分解方式：一、无氧氧化（糖酵解）

二、糖的有氧氧化三、磷酸戊糖途径一、糖的无氧氧化（一）无氧氧化的概念：葡萄糖或糖原在无氧的条件下，一分子葡萄糖或糖原的葡萄糖单位分解为2分子乳酸的过程称为糖的无氧氧化，因为与酵母菌乙醇发酵大致相同，故又称为糖酵解。全部过程在胞液中进行。1、磷酸己糖的生成与转化

（1）葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖：

（2）6-磷酸葡萄糖转化为6-磷酸果糖（3）6-磷酸果糖生成1,6-二磷酸果糖磷酸果糖激酶-1是糖酵解途径中最重要的限速酶

此酶为变构酶，受多种代谢物的变构调节；胰岛素可诱导其生成2、磷酸丙糖的生成：通过两次磷酸化作用，消耗2分子ATP，葡萄糖转化为1,6-二磷酸果糖，并进而裂解为2分子磷酸丙糖3、丙酮酸生成

这是糖酵解途径中氧化产能的阶段，此阶段共生成4分子ATP。①

3-磷酸甘油醛氧化：（1）3-磷酸甘油酸的生成：②

3-磷酸甘油酸的生成：此反应是糖酵解途径中第一次生成ATP的反应。③

3-磷酸甘油酸的变位反应：④

磷酸烯醇式丙酮酸的生成：⑤丙酮酸的生成：此为不可逆反应，由丙酮酸激酶所催化丙酮酸激酶是糖酵解途径中的又一重要的调节酶，具有变构酶性质4、乳酸的生成

丙酮酸在无氧条件下加氢还原为乳酸E1:己糖激酶E2:6-磷酸果糖激酶-1E3:丙酮酸激酶NAD+乳酸糖酵解的代谢途径GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATP

ADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸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+

ADPATP

ADPATP磷酸烯醇式丙酮酸E2E1E3NADH+H+

糖酵解反应特点1．糖酵解反应的全过程没有氧的参与，乳酸是糖酵解的必然产物。2．糖酵解在无氧条件下进行，只能发生不完全的氧化分解，反应中释放能量较少

3．在糖酵解反应的全过程中，有三步是不可逆的单向反应4．红细胞中的糖酵解存在2,3-二磷酸甘油酸支路

（二）糖的无氧氧化（糖酵解）的调节己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的调节酶，可以调节他们的活性来调节糖的无氧氧化。对磷酸果糖激酶-1活性的调节，是糖酵解途径中最重要的调节点（三）糖无氧分解的生理意义

1．少数组织细胞的主要供能方式。2．某些特殊情况下的供能方式。

3．某些病理情况下的供能方式

4．某些组织细胞如视网膜、睾丸、白细胞、肿瘤细胞

等，既使在有氧条件下仍以糖酵解为其主要供能方式。5、为体内其它物质的合成提供原料二、糖的有氧氧化（一）有氧氧化的概念葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成CO2和H2O并释放大量能量的过程，称为糖的有氧氧化。有氧分解是糖氧化分解主要形式。糖的有氧氧化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ATP的过程。是机体主要供能方式。*部位：胞液及线粒体

*概念（一）有氧氧化的反应过程第一阶段：酵解途径葡萄糖→丙酮酸第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第三阶段：三羧酸循环G（Gn）第四阶段：氧化磷酸化丙酮酸乙酰CoACO2NADH+H+FADH2H2O[O]ATPADPTAC循环胞液

线粒体

1、葡萄糖经糖酵解途径分解为丙酮酸2、丙酮酸的氧化脱羧生成乙酰CoA丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA。丙酮酸乙酰CoA

NAD+,HSCoACO2,NADH+H+

丙酮酸脱氢酶复合体

总反应式:

特点：不可逆反应，生成ATP3、乙酰CoA氧化分解生成CO2和H2O（二）、有氧氧化的调节关键酶①

酵解途径：己糖激酶②丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体③

三羧酸循环：柠檬酸合酶丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1α-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶--基于能量的需求影响糖有氧分解的因素代谢产物的反馈抑制ATP及ADP的影响NAD+和NADPH的影响有氧氧化的调节特点⑴有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。⑵ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。⑶氧化磷酸化速率影响三羧酸循环，前者速率降低，则后者速率也减慢。⑷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。（三）有氧氧化的生理意义1．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。简言之，即“供能”

2．三羧酸循环是体内营养物质彻底氧化分解的共同通路

3．三羧酸循环是体内物质代谢相互联系的枢纽*概念磷酸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。磷酸戊糖途径又称戊糖支路、己糖单磷酸途径及磷酸循环等；这些名称强调的是磷酸化的六碳糖形成磷酸化的戊糖。三、磷酸戊糖途径*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：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NADPH+H+NADP+⑴H2ONADP+

CO2

NADPH+H+⑵6-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶

HCOHCH2OHCO6-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+。反应生成的磷酸核酮糖是一个非常重要的中间产物。G-6-P

5-磷酸核酮糖NADP+NADPH+H+NADP+NADPH+H+CO2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。2.

基团转移反应5-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖

C55-磷酸木酮糖

C55-磷酸木酮糖

C57-磷酸景天庚酮糖

C73-磷酸甘油醛

C34-磷酸赤藓糖

C46-磷酸果糖

C66-磷酸果糖

C63-磷酸甘油醛

C33-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentosephosphateshunt)。磷酸戊糖途径第一阶段第二阶段5-磷酸木酮糖

C55-磷酸木酮糖

C57-磷酸景天糖

C73-磷酸甘油醛

C34-磷酸赤藓糖

C46-磷酸果糖

C66-磷酸果糖

C63-磷酸甘油醛

C36-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖

C53NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶CO2总反应式3×6-磷酸葡萄糖+6NADP+

2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+6H++3CO2

6×6-磷酸葡萄糖+12NADP+

5×6-磷酸果糖+12NADPH+12H++6CO2

磷酸戊糖途径的特点⑴脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。⑵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。⑶反应中生成了重要的中间代谢物—5-磷酸核酮糖。⑷非氧化阶段中，全部反应都是可逆反应，保证了细胞能以极大的灵活性对糖代谢中间产物和还原力的需求。1、为核酸的生物合成提供核糖

磷酸核糖用于DNA、RNA的合成；2、提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应体内多种合成代谢的供氢体参与体内羟化反应，与生物合成或生物转化有关维持谷胱甘肽(GSH)的还原状态2G-SHG-S-S-GAAH2NADP+NADPH+H+（二）磷酸戊糖途径的生理意义发病机制：体内缺乏6-P-葡萄糖脱氢酶，而蚕豆中含有蚕豆嘧啶、蚕豆嘧啶核苷、多巴、多巴核苷等具有氧化作用物质，可使G-6-PD缺陷患者中的红细胞谷胱甘肽(GSH)降低引发溶血。流行病学：为X染色体不完全显性遗传，故男：女＝7：1；每后五月为高发季节；两湖两广云贵川较多发病治疗：治疗上输血、输注洗涤红细胞常是抢救的关键，可一次或多次输注蚕豆病病史：半个月内有食新鲜蚕豆史，患病前1～2天内有取新鲜蚕豆或接触蚕豆花粉史。临床表现：（1）早期症状：有全身不适，畏寒，低热，头晕，无力，食欲减低，恶心呕吐，腹泻，发热，一般持续2～3天。（2）严重者可迅速出现高度贫血、巩膜轻度或中度黄染，尿色如浓茶水或酱油色。更重出现全身衰竭、血压下降，烦躁不安，少尿或无尿等急性循环衰竭和急性肾功能衰竭的表现。（3）肝肿大，少数可见脾肿大，面色苍白或苍黄，呼吸急促，重者见抽搐、昏迷，并出现病理反射。临床讨论第三节

糖异生作用糖异生是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。*部位*原料*概念主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体

主要有乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸一、糖异生途径

*定义*过程酵解途径中有3个由关键酶催化的不可逆反应。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；GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸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磷酸烯醇式丙酮酸糖异生途径指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。糖酵解糖异生迂回措施一：

丙酮酸通过草酰乙酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)迂回措施三：葡萄糖-6-磷酸水解形成葡萄糖迂回措施二：果糖-1，6-二磷酸水解形成果糖-6磷酸1.丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)丙酮酸草酰乙酸PEPATPADP+PiCO2①GTPGDPCO2②①丙酮酸羧化酶，辅酶为生物素（反应在线粒体）②磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）※草酰乙酸转运出线粒体出线粒体苹果酸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糖异生途径所需NADH+H+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+。①由乳酸为原料异生糖时，NADH+H+由下述反应提供。乳酸丙酮酸LDHNAD+NADH+H+②由氨基酸为原料进行糖异生时，NADH+H+则由线粒体内NADH+H+提供，它们来自于脂酸的β-氧化或三羧酸循环，NADH+H+转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。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2.1,6-二磷酸果糖转变为6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖Pi果糖二磷酸酶-1

3.6-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-磷酸酶非糖物质进入糖异生的途径⑴糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物生糖氨基酸α-酮酸-NH2甘油

α-磷酸甘油磷酸二羟丙酮乳酸丙酮酸2H⑵上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原二、糖异生的生理意义（一）维持血糖浓度恒定是糖异生最重要的生理作用空腹或饥饿时依赖氨基酸、甘油等异生成葡萄糖，以维持血糖水平恒定。正常成人的脑组织不能利用脂酸，主要依赖氧化葡萄糖供给能量；红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获得能量；骨髓、神经等组织由于代谢活跃，经常进行糖酵解。（二）糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径三碳途径：指进食后，大部分葡萄糖先在肝外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。糖异生是肝补充或恢复糖原储备的重要途径，这在饥饿后进食更为重要。发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸中毒所致。（三）肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡体液pH降低，促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，从而使糖异生作用增强。肾脏中α-酮戊二酸因异生成糖而减少时，可促进谷氨酰胺脱氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脱氨反应，肾小管细胞将NH3分泌入管腔中，与原尿中H+结合，降低原尿H+的浓度，有利于排氢保钠作用的进行，对于防止酸中毒有重要作用。第四节

血

糖

*血糖，指血液中的葡萄糖。*血糖水平，即血糖浓度。

正常血糖浓度：3.89~6.11mmol/L

一、血糖及血糖水平的概念血糖水平恒定的生理意义

保证重要组织器官的能量供应，特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。脑组织不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡萄糖供能；红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获能；骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。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脂类、氨基酸合成代谢脂肪、氨基酸

二、血糖来源和去路

三、血糖水平的调节主要调节激素降低血糖：胰岛素(insulin)升高血糖：胰高血糖素(glucagon)、糖皮质激素、肾上腺素（一）主要依靠激素的调节1、胰岛素

①促进葡萄糖转运进入肝外细胞；②加速糖原合成，抑制糖原分解；③加快糖的有氧氧化；④抑制肝内糖异生；⑤减少脂肪动员。——体内唯一降低血糖水平的激素胰岛素的作用机制:2、胰高血糖素

①促进肝糖原分解，抑制糖原合成；②抑制酵解途径，促进糖异生；③促进脂肪动员。——体内升高血糖水平的主要激素