糖代谢医学知识专家讲座

第一节新陈代谢普通概念一、新陈代谢概念生物活体与外界不停进行物质交换和能量交换过程；二、物质代谢和能量代谢三、分解代谢和合成代谢生物小分子合成生物大分子合成代谢需要能量生物体新陈代谢能量代谢

物质代谢释放能量分解代谢生物大分子分解为生物小分子糖代谢医学知识专家讲座第1页四、代谢路径e1e2e3e4e5SABCDP糖代谢医学知识专家讲座第2页五、代谢发展过程（一）分解代谢普通过程第一阶段是生物大分子降解阶段；第二阶段是单体分子初步分解阶段；第三阶段是乙酰基完全分解阶段；第四阶段是氢燃烧阶段；（二）合成代谢普通过程原料准备阶段；单分子合成阶段；生物大分子合成阶段。糖代谢医学知识专家讲座第3页六、新陈代谢特点1、酶催化，反应条件温和，效率高；2、严格次序性；3、灵活自我调整；糖代谢医学知识专家讲座第4页Section2Introduction第二节糖及代谢概述糖代谢医学知识专家讲座第5页一、糖化学糖(carbohydrates)即碳水化合物，是指多羟基醛或多羟基酮及其衍生物或多聚物。依据其水解产物情况，糖主要可分为以下四大类。单糖(monosacchride)寡糖(oligosacchride)多糖(polysacchride)结合糖(glycoconjugate)糖代谢医学知识专家讲座第6页单糖葡萄糖(glucose)——已醛糖果糖(fructose)——已酮糖糖代谢医学知识专家讲座第7页半乳糖(galactose)——已醛糖

核糖(ribose)——戊醛糖

糖代谢医学知识专家讲座第8页寡糖麦芽糖(maltose)

葡萄糖—葡萄糖蔗糖(sucrose)

葡萄糖—果糖乳糖(lactose)

葡萄糖—半乳糖糖代谢医学知识专家讲座第9页多糖淀粉(starch)糖原(glycogen)纤维素(cellulose)糖代谢医学知识专家讲座第10页淀粉分子结构-1,4-糖苷键-1,6-糖苷键淀粉颗粒糖代谢医学知识专家讲座第11页-1,4-糖苷键-1,6-糖苷键糖原分子结构糖代谢医学知识专家讲座第12页β-1,4-糖苷键纤维素分子结构糖代谢医学知识专家讲座第13页糖与非糖物质结合物。结合糖

糖脂(glycolipid)：是糖与脂类结合物。糖蛋白(glycoprotein)：是糖与蛋白质结合物。

糖代谢医学知识专家讲座第14页糖类在生物体生理功效主要有：①氧化供能：糖类占人体全部供能量70%。②作为结组成份：如生物膜、神经组织等组分。③作为核酸类化合物成份：组成核苷酸，DNA，RNA等。④转变为其它物质：转变为脂肪或氨基酸等化合物。二、糖生理功效糖代谢医学知识专家讲座第15页人类食物中糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，以淀粉为主。消化部位：主要在小肠，少许在口腔。（一）糖消化三、糖消化吸收糖代谢医学知识专家讲座第16页（二）糖吸收主要在小肠上段以单糖形式吸收。糖代谢医学知识专家讲座第17页

葡萄糖

酵解路径丙酮酸有氧乙醇H2O及CO2乳酸糖异生路径

乳酸、氨基酸、甘油糖原肝糖原分解

糖原合成

核糖

+NADPH+H+磷酸戊糖路径

淀粉消化与吸收

四、糖代谢概况无氧糖代谢医学知识专家讲座第18页第三节糖分解代谢路径糖代谢医学知识专家讲座第19页一、糖酵解路径(EMP路径)--糖无氧分解二、三羧酸循环(TCA)--糖有氧分解三、单磷酸己糖支路(HMP路径)四、磷酸解酮酶路径(PK路径)五、脱氧酮糖酸路径(ED路径)糖代谢医学知识专家讲座第20页（一）糖酵解（EMP)生物化学过程（二）丙酮酸无氧降解（三）EMP路径能量产生（四）糖酵解生理意义一、糖酵解路径--糖无氧分解糖代谢医学知识专家讲座第21页What’sglycolysis?糖无氧酵解（glycolysis）是指葡萄糖在无氧条件下分解生成乳酸并释放出能量过程。糖酵解全部反应过程在细胞液(cytoplasm)中进行，共10步，终产物是丙酮酸。无氧酵解代谢终产物是乳酸（lactate），一分子葡萄糖经无氧酵解可净生成2分子ATP。(一)糖酵解生物化学过程糖代谢医学知识专家讲座第22页无氧酵解反应过程可分为活化、裂解、放能和还原四个阶段。其中，活化、裂解、放能三个阶段又可合称为糖酵解路径（glycolyticpathway)。糖代谢医学知识专家讲座第23页1.活化(activation)——己糖磷酸酯生成：活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异构反应生成1,6-双磷酸果糖（F-1,6-BP，FDP）。活化阶段由3步化学反应组成。糖代谢医学知识专家讲座第24页⑴

葡萄糖(glucose)

磷酸化⑵

6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,

G-6-P)

异构⑶

6-磷酸果糖（fructose-6-phosphate,

F-6-P）

磷酸化

1,6-双磷酸果糖（fructose-1,6-bisphosphate,F-1,6-BP）糖代谢医学知识专家讲座第25页无氧酵解活化阶段glucose

(1)己糖激酶/葡萄糖激酶ATPADP*glucose-6-phosphate

磷酸己糖异构酶(2)fructose-6-phosphate

磷酸果糖激酶-1ATPADP*(3)fructose-1,6-bisphosphate

消耗1ATP；己糖激酶，Mg2+；反应不可逆，第一个限速（关键）步骤；

消耗1ATP；反应不可逆，第二个限速（关键）步骤；糖代谢医学知识专家讲座第26页⑴

葡萄糖(glucose)

磷酸化(-1ATP)⑵6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P)

异构⑶

6-磷酸果糖（fructose-6-phosphate,F-6-P）

磷酸化(-1ATP)1,6-双磷酸果糖（fructose-1,6-bisphosphate,F-1,6-BP）

糖酵解第一阶段是耗能，1G消耗2ATP糖代谢医学知识专家讲座第27页2.裂解（lysis)——磷酸丙糖生成：

一分子F-1,6-BP裂解为两分子能够互变磷酸丙糖（triosephosphate)，包含两步反应：(4)1,6-双磷酸果糖(F-1,6-BP)裂解3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮(glyceraldehyde-3-phosphate)(dihydroxy-acetonephosphate)(5)异构糖代谢医学知识专家讲座第28页fructose-1,6-bisphosphate

糖酵解裂解阶段磷酸丙糖异构酶(5)醛缩酶(4)dihydroxyacetonephosphate

glyceraldehyde-3-phosphate

糖代谢医学知识专家讲座第29页3.放能(releasingenergy)——丙酮酸生成：3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸;包含5步反应。糖代谢医学知识专家讲座第30页⑹

3-磷酸甘油醛

脱氢并磷酸化⑺

1,3-二磷酸甘油酸（glycerate-1,3-diphosphate)；

脱磷酸，将其交给ADP生成ATP⑻

3-磷酸甘油酸(glycerate-3-phosphate)

异构⑼

2-磷酸甘油酸(glycerate-2-phosphate)

脱水⑽

磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)

将高能磷酸基交给ADP生成ATP

丙酮酸糖代谢医学知识专家讲座第31页glyceraldehyde-3-phosphate

(6)3-磷酸甘油醛脱氢酶NAD++PiNADH+H+glycerate-1,3-diphosphate

(7)ATPADP磷酸甘油酸激酶glycerate-3-phosphate

(8)磷酸甘油酸变位酶glycerate-2-phosphate

糖酵解放能阶段1G形成2个NADH21G形成2个ATP;

底物水平磷酸化.糖代谢医学知识专家讲座第32页glycerate-2-phosphate

烯醇化酶⑼H2Ophosphoenolpyruvate丙酮酸激酶⑽*ATPADPpyruvate

生成1个高能磷酸键1G形成2个ATP;

不可逆,EMP路径第三个限速步骤.糖代谢医学知识专家讲座第33页（二）丙酮酸无氧降解

1.

还原——乳酸生成利用丙酮酸接收酵解代谢过程中产生NADH，使NADH重新氧化为NAD+，以确保反应继续进行。

糖代谢医学知识专家讲座第34页无氧酵解还原阶段乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+⑾pyruvatelactate糖代谢医学知识专家讲座第35页糖无氧酵解路径糖代谢医学知识专家讲座第36页糖无氧酵解代谢路径可将一分子葡萄糖分解为两分子乳酸。1、3、10为关键反应，不可逆,三个关键酶，己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶。

ATP改变：1、3各-1ATP；

7、10各+1ATP；NADH改变：6产生NADH2；1G净生成2ATP；1G净生成2NADH2；糖代谢医学知识专家讲座第37页

2.还原——乙醇生成酒精发酵--丙酮酸还原转变为乙醇；反应式（1）丙酮酸脱羧（2）乙醛还原G+2Pi+2ADP2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O糖代谢医学知识专家讲座第38页

酒精发酵—丙酮酸转变为乙醇

总反应式：G+2Pi+2ADP2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O2*2ATP

2CO2

2ATP3-磷酸甘油醛

2丙酮酸2乙醛

2乙醇

2PiG1，6-二磷酸果糖

EMP路径磷酸二羟丙酮

2*2H糖代谢医学知识专家讲座第39页

葡萄糖

1ATP

己糖激酶

ADP6-磷酸葡萄糖磷酸己糖异构酶26-磷酸果糖

3ATP

磷酸果糖激酶

ADP1，6-二磷酸果糖

醛缩酶4

磷酸丙糖异构酶523-磷酸甘油醛

磷酸二羟丙酮2乙醇

磷酸甘油醛

2NAD+2NAD+脱氢酶

62NADH+H+2NADH+H+21，3-二磷酸甘油酸

乙醇脱氢酶磷酸甘油

2ADP丙酮酸脱羧酶酸激酶

72ATP2丙酮酸

2乙醛

23-磷酸甘油酸

9

丙酮酸激酶

2ATP磷酸甘油酸变位酶

8

烯醇化酶

H20102ADP22-磷酸甘油酸

2磷酸烯醇式丙酮酸糖代谢医学知识专家讲座第40页3.参加无氧酵解酶1.糖原磷酸化酶,葡聚糖转移酶,脱枝酶;己糖激酶或葡萄糖激酶2.磷酸葡萄糖变位酶3.磷酸己糖异构酶4.磷酸果糖激酶(变构酶)5.醛缩酶9.磷酸甘油酸变位酶6.磷酸丙糖异构酶10.烯醇化酶7.3-磷酸甘油醛脱氢酶11.丙酮酸激酶8.磷酸甘油酸激酶12.乳酸脱氢酶糖代谢医学知识专家讲座第41页（三）EMP路径能量产生1、无氧糖酵解产生ATP；2、有氧酵解产生ATP；糖代谢医学知识专家讲座第42页1、无氧糖酵解产生ATP

产生或消耗ATP反应ATP数增减1．葡萄糖6-P-葡萄糖-13．6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖-17．2*1，3-二磷酸甘油酸2*3-磷酸甘油酸+210．2*磷酸烯醇式丙酮酸2*丙酮酸+2

净生成2

糖原分解能量产生？糖代谢医学知识专家讲座第43页（四）糖酵解生理意义1、单糖分解代谢一条最主要基本路径；2、组织和细胞在无氧情况下取得有限能量；3、酵解路径逆过程是合成葡萄糖路径;糖代谢医学知识专家讲座第44页初到高原与糖酵解供能：人初到高原，高原大气压低，易缺氧机体加强糖酵解以适应高原缺氧环境海拔5000米背景：结论：糖酵解路径糖代谢医学知识专家讲座第45页二、三羧酸循环(TCA)--糖有氧氧化分解（一）糖有氧氧化概念是指体内组织在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化分解生成CO2和H2O过程。

有氧氧化是糖氧化主要方式，绝大多数组织细胞都经过有氧氧化取得能量。C6H12O6+6O26CO2+6H2O+30/32ATP糖代谢医学知识专家讲座第46页葡萄糖→→丙酮酸→丙酮酸→乙酰CoACO2+H2O+ATP三羧酸循环糖有氧氧化乳酸糖酵解线粒体内胞浆糖有氧氧化概况糖有氧氧化糖代谢医学知识专家讲座第47页糖有氧氧化与糖酵解：细胞胞浆线粒体葡萄糖→→……→→丙酮酸→乳酸（糖酵解)CO2+H2O+ATP(糖有氧氧化）丙酮酸糖代谢医学知识专家讲座第48页糖有氧氧化过程：第一阶段：丙酮酸生成（胞浆）第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA

（线粒体）第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化

（线粒体）三个阶段糖代谢医学知识专家讲座第49页(一)从葡萄糖丙酮酸(同糖酵解路径);(二)丙酮酸乙酰辅酶A;丙酮酸脱羧酶系：含有3种酶(丙酮酸脱羧酶,硫辛酰转乙酰基酶,二氢硫氢酸脱氢酶)和6种辅助因子(TPP,辅酶A,FAD,NAD+,硫辛酸和Mg2+)。反应地点：线粒体基质；(三)乙酰辅酶A氧化--三羧酸循环路径;糖代谢医学知识专家讲座第50页(三)乙酰辅酶A氧化--TCATCA循环在线粒体中进行，包含以下10步反应：1、乙酰CoA与草酰乙酸结合成柠檬酸;反应式柠檬酸合成酶催化；不可逆，TCA循环第一个限速酶；2、柠檬酸脱水成顺乌头酸；反应式3、顺乌头酸加水生成异柠檬酸;4、异柠檬酸脱氢生成草酰琥珀酸；反应式TCA循环中第二个主要调整酶；产生1NADH；糖代谢医学知识专家讲座第51页(三)乙酰辅酶A氧化--TCA5、草酰琥珀酸脱羧生成-酮戊二酸；异柠檬酸脱氢酶，脱羧反应需要Mn2+；6、-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰辅酶A；反应不可逆，是TCA循环第三个限速步骤；产生1NADH；反应式7、琥珀酰辅酶A生成琥珀酸；反应式TCA循环中唯一底物水平磷酸化，1GTP1ATP；8、琥珀酸氧化生成延胡索酸；产生1FADH2；糖代谢医学知识专家讲座第52页(三)乙酰辅酶A氧化--TCA9、延胡索酸经水化作用生成苹果酸；反应式10、苹果酸脱氢生成草酰乙酸；产生1NADH；每循环一次,经历两次脱羧反应,使一分子乙酰CoA氧化成CO2和H2O.糖代谢医学知识专家讲座第53页三羧酸循环总图:草酰乙酸CH2CO～SoA(乙酰辅酶A)苹果酸琥珀酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸异柠檬酸柠檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸2H2HH糖代谢医学知识专家讲座第54页(三)乙酰辅酶A氧化--TCA参加酶类：(1)柠檬酸合成酶(2)顺乌头酸酶(3)异柠檬酸脱氢酶

NADHH+(4)-酮戊二酸脱羧酶系

NADHH+(5)琥珀酰辅酶A硫激酶

GTP(6)琥珀酸脱氢酶

FADH2(7)延胡索酸酶(8)苹果酸脱氢酶

NADHH+

糖代谢医学知识专家讲座第55页TCA循环能量计算无氧分解阶段：产生或消耗ATP反应ATP数增减1．葡萄糖6-P-葡萄糖-13．6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖-16．3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸2NADH2

+57．2*1，3-二磷酸甘油酸2*3-磷酸甘油酸+210．2*磷酸烯醇式丙酮酸2*丙酮酸+2

净生成7个

2*丙酮酸

2*乙酰CoA2NADH2

+5TCA循环阶段：4．异柠檬酸草酰琥珀酸2NADH2

+56．-酮戊二酸琥珀酰CoA2NADH2

+57．琥珀酰CoA琥珀酸2GTP+28．琥珀酸延胡索酸2FADH2

+310．苹果酸草酰乙酸2NADH2

+5

净生成

+32糖代谢医学知识专家讲座第56页

TCA循环生物学意义1、为机体提供能量；2、物质代谢总枢纽；示意图3、为生物合成提供碳链；4、有机酸积累--发酵工业；糖代谢医学知识专家讲座第57页葡萄糖降解简图：G

EMP路径

无氧乳酸丙酮酸

乙醛乙醇

有氧

乙酰CoA

草酰乙酸柠檬酸

TCA循环

CO2

CO2

糖代谢医学知识专家讲座第58页1、化学反应历程及催化酶类特点：氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段2、总反应式和生理意义三戊糖磷酸路径糖代谢医学知识专家讲座第59页Pentosephosphatepathway(戊糖磷酸路径)convertsglucosetospecializedproductsneededbythecells。当糖酵解和有氧氧化路径被停顿后，生物体内仍有一定量糖被彻底氧化为CO2和H2O，所以糖存在另一个氧化路径，即戊糖磷酸路径。因为此路径是从葡萄糖-6-P开始，又称为己糖磷酸支路。糖代谢医学知识专家讲座第60页磷酸戊糖路径主要产生核糖和还原力NADPH。在大多数生化反应中，NADPH和NADH之间有着根本区分，NADH被呼吸链氧化以产生ATP，而NADPH则在还原性生物合成中做氢和电子供体。该路径分为氧化阶段和非氧化阶段。第一阶段为G-6-P脱氢脱羧生成R-5-P。第二阶段戊糖磷酸分子重排，生成不一样碳链长度磷酸单糖。糖代谢医学知识专家讲座第61页磷酸戊糖路径两个阶段

2、非氧化分子重排阶段

6

核酮糖-5-P

5

果糖-6-P5

葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段

6G-6-P6

葡萄糖酸-6-P6

核酮糖-５-P

6NADP+NADPH6NADP+6NADPH6CO26H2O糖代谢医学知识专家讲座第62页磷酸戊糖路径氧化脱羧阶段NADP+NADPH+H+H2ONADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脱氢酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶糖代谢医学知识专家讲座第63页磷酸戊糖路径非氧化分子重排阶段H2OPi65-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖23-磷酸甘油醛27-磷酸景天庚酮糖24-磷酸赤藓丁糖26-磷酸果糖25-磷酸木酮糖23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖16-磷酸果糖转醛酶异构酶转酮酶转酮酶醛缩酶阶段之一阶段之二阶段之三糖代谢医学知识专家讲座第64页磷酸戊糖路径非氧化阶段之一

（5-磷酸核酮糖异构化）

差向异构酶异构酶5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸核酮糖糖代谢医学知识专家讲座第65页磷酸戊糖路径非氧化阶段之二

（基团转移）

+24-磷酸赤藓糖+25-磷酸核糖23-磷酸甘油醛转酮酶转醛酶26-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖糖代谢医学知识专家讲座第66页基团转移（续前）

+24-磷酸赤藓糖+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖转酮酶25-磷酸木酮糖糖代谢医学知识专家讲座第67页H2OPi1,6-二磷酸果糖23-磷酸甘油醛6-磷酸果糖醛缩酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖路径非氧化阶段之三

（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）

异构酶糖代谢医学知识专家讲座第68页磷酸戊糖路径总反应式6G-6-P+12NADP++7H2O5G-6-P+6CO2

+12NADPH+12H+糖代谢医学知识专家讲座第69页其它糖进入单糖分解路径

半乳糖半乳糖-1-PUDP-半乳糖UDP-葡萄糖葡萄糖-1-磷酸糖原或淀粉葡萄糖葡萄糖-6-磷酸果糖葡萄糖果糖-6-磷酸果糖-1、6-磷酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油甘油3-磷酸甘油醛进入糖酵解甘露糖甘露糖-6-磷酸ATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPNADH+H+NAD+PiUTPPPi糖代谢医学知识专家讲座第70页戊糖磷酸路径生物学意义1.生成NADPH，为还原性大分子合成提供氢和电子。2.核糖-5-P是核酸生物合成必需原料，而且核酸中核糖分解代谢也可经过此路径进行。3.戊糖磷酸路径是与糖有氧、无氧分解两种路径相联络。其中间产物如甘油醛磷酸就是糖分解三种路径枢纽点。糖代谢医学知识专家讲座第71页葡萄糖降解路径相互关系

葡萄糖↓

6-磷酸葡萄糖CO2+H2O

EMP路径

↓

HMS路径磷酸丙糖5-磷酸戊糖↓

丙酮酸乙醇、乳酸、

↓丙酮、丁醇等乙酰辅酶A