第六章糖代谢.docx

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第六章糖代谢

糖代谢

学习目标：

糖是一类化学本质为多羟醛或多羟酮及其衍生物的有机化合物。

在人体内糖的主要形式是葡萄糖（glucose，Glc）及糖原（glycogen，Gn）。

葡萄糖是糖在血液中的运输形式，在机体糖代谢中占据主要地位；糖原是葡萄糖的多聚体,包括肝糖原、肌糖原和肾糖原等，是糖在体内的储存形式。

葡萄糖与糖原都能在体内氧化提供能量。

食物中的糖是机体中糖的主要来源，被人体摄入经消化成单糖吸收后，经血液运输到各组织细胞进行合成代谢和分解代谢。

机体内糖的代谢途径主要有葡萄糖的无氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途径、糖原合成与糖原分解、糖异生以及其他己糖代谢等。

糖代谢的概况：

病例女性，67岁，多饮、多食、多尿、消瘦半年。

患者于半年前开始自觉口渴，多饮，每日饮水量达4000ml，多尿，每日10余次伴尿量增多，主食由6两/日增至1斤/日，体重在三个月前开始下降，近3个月下降8kg，既往体健，无高血压、药物过敏史。

查体：

T36.5℃，P78次/分，R20次/分，BP120/80mmHg，一般状态尚可，神志清楚，消瘦体质，皮肤弹性佳，浅表淋巴结未触及，颈软，甲状腺未触及，心肺无异常，腹平软，肝脾未触及，双下肢无水肿。

化验：

空腹血糖13mmoL/L,血常规正常，尿糖（+++）。

请问：

1、糖尿病典型症状的机制是什么？

2、目前糖尿病的诊断标准是什么？

第一节血糖

血液中的葡萄糖，称为血糖（bloodsugar）。

体内血糖浓度是反映机体内糖代谢状况的一项重要指标。

正常情况下，血糖浓度是相对恒定的。

正常人空腹血浆葡萄糖糖浓度为3.9～6.1mmol／L（葡萄糖氧化酶法）。

空腹血浆葡萄糖浓度高于7．0mmol／L称为高血糖，低于3．9mmol／L称为低血糖。

要维持血糖浓度的相对恒定，必须保持血糖的来源和去路的动态平衡。

一、血糖的主要来源及去路

血糖的来源：

①食物中的糖是血糖的主要来源；②肝糖原分解是空腹时血糖的直接来源；③非糖物质如甘油、乳酸及生糖氨基酸通过糖异生作用生成葡萄糖，在长期饥饿时作为血糖的来源。

血糖的去路：

①在各组织中氧化分解提供能量，这是血糖的主要去路；②在肝脏、肌肉等组织进行糖原合成；③转变为其他糖及其衍生物，如核糖、氨基糖和糖醛酸等；④转变为非糖物质，如脂肪、非必需氨基酸等；⑤血糖浓度过高时，由尿液排出。

血糖浓度大于8．88～9.99mmol／L，超过肾小管重吸收能力，出现糖尿。

将出现糖尿时的血糖浓度称为肾糖阈。

糖尿在病理情况下出现，常见于糖尿病患者。

二、血糖浓度的调节

正常人体血糖浓度维持在一个相对恒定的水平，这对保证人体各组织器官的利用非常重要，特别是脑组织,几乎完全依靠葡萄糖供能进行神经活动，血糖供应不足会使神经功能受损，因此血糖浓度维持在相对稳定的正常水平是极为重要的。

正常人体内存在着精细的调节血糖来源和去路动态平衡的机制，保持血糖浓度的相对恒定是神经系统、激素及组织器官共同调节的结果。

神经系统对血糖浓度的调节主要通过下丘脑和自主神经系统调节相关激素的分泌。

激素对血糖浓度的调节，主要是通过胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素及甲状腺激素之间相互协同、相互拮抗以维持血糖浓度的恒定。

其中，胰岛素是体内唯一降低血糖的激素，胰高血糖素是体内主要的升高血糖的激素。

肝脏是调节血糖浓度的最主要器官。

血糖浓度过高时，肝脏通过合成肝糖原或将血糖转变成脂肪降低血糖；当血糖浓度偏低时，肝脏通过肝糖原分解及糖异生升高血糖浓度。

从体外实验了解机体对血糖浓度的调节能力，可以通过葡萄糖耐量试验（glucosetolerancetest，GTT）获得。

正常人由于存在精细的调节机制，空腹时正常血糖浓度是3.8-6.1mmol／L，在口服或静脉注射葡萄糖2小时后血糖浓度＜7.8mmol／L。

糖耐量减退病人，一般空腹血糖浓度＜7.0mmol／L，口服或静脉注射葡萄糖0.5-1小时后最高浓度＜11.1mmol／L，2小时血糖浓度≥7.8mmol／L，称为亚临床或无症状的糖尿病，糖耐量试验在这种病人的早期诊断上颇具意义。

典型的糖尿病人糖耐量试验为：

空腹血糖浓度在≥7.0mmol／L，口服或静脉注射葡萄糖2小时后血糖浓度≥11.1mmol／L，说明病人调节血糖浓度能力

低。

目前临床上建议检测空腹血糖浓度和2小时餐后血糖浓度，简化糖耐量试验过程。

病例分析

（一）、诊断：

糖尿病2型。

（二）、诊断依据：

1、有典型糖尿病症状：

多饮、多食、多尿和消瘦。

2、空腹血糖≧7.0mmoL/L。

（三）、鉴别诊断：

1、糖尿病1型。

2、肾性糖尿。

（四）、进一步检查：

1、糖化血红蛋白及胰岛素和C肽释放试验。

2、肝肾功能检查、血脂检查。

3、眼科检查。

4、B超和超声心动图检查。

5、24小时尿糖。

（五）、治疗原则：

1、积极糖尿病：

控制饮食、选择合适降糖药物、适量运动。

请问：

1、糖尿病典型症状的机制是什么？

答：

多尿是因为血糖升高，经肾小球滤出的葡萄糖不能完全被肾小管重吸收，形成渗透性利尿，尿糖越高，尿量越多。

多饮是由于多尿导致水分丢失过多，导致细胞脱水刺激口渴中枢，引起口渴而多饮。

多食目前多认为是机体对葡萄糖的利用率低下所致。

机体对葡萄糖的利用率下降尽管食量增加但是体重反而下降是由于机体不能充分利用葡萄糖获得能量导致体内脂肪和蛋白质的分解加强而导致消瘦。

2、目前糖尿病的诊断标准是什么？

答：

随机血糖≧11.1mmoL/L或空腹血糖≧7.0mmoL/L或者糖耐量试验2小时血糖≧11.1mmoL/L，上述试验应连续监测2日即可诊断。

第二节糖的无氧分解

当机体处于相对缺氧情况（如剧烈运动）时，葡萄糖或糖原分解生成乳酸，并产生能量的过程称之为糖的无氧酵解。

这个代谢过程常见于运动时的骨骼肌，因与酵母的生醇发酵非常相似，故又称为糖酵解。

一、糖酵解的反应过程

反应部位：

胞浆

大体过程：

糖酵解的全过程

1、总反应：

C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2O

2、ATP的生成：

糖酵解时，1mol葡萄糖共生成4molATP，净生成2molATP

3、关键酶：

己糖激酶、6-磷酸果糖激酶1和丙酮酸激酶，其中，6-磷酸果糖激酶1是糖酵解过程的主要限速酶,是糖酵解过程中的主要调节点。

4、糖酵解反应过程的特点：

（1）、一次脱氢（3-P-甘油醛脱氢）。

（2）、两次底物水平磷酸化（3）、三次不可逆反应。

二、糖酵解的生理意义

（一）主要的生理功能是在缺氧时迅速提供能量。

（二）正常情况下为一些细胞提供部分能量。

如红细胞、肿瘤细胞、某些神经细胞等。

（三）糖酵解是糖有氧氧化的前段过程，其一些中间代谢物是脂类、氨基酸等合成的前体。

第三节糖的有氧氧化

有氧氧化（aerobicoxidation）是指葡萄糖生成丙酮酸后，在有氧条件下，进一步氧化生成乙酰辅酶A，经三羧酸循环彻底氧化成水、二氧化碳及能量的过程。

这是糖氧化的主要方式，是机体获得能量的主要途径。

一、有氧氧化的反应过程

分为三个阶段：

（一）葡萄糖氧化生成丙酮酸；

这一阶段和糖酵解过程相似，在细胞质中进行。

在缺氧的条件下丙酮酸生成乳酸。

在有氧的条件下丙酮酸进入线粒体生成乙酰辅酶A，再进入三羧酸循环。

（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A

在有氧条件下，丙酮酸从细胞质进入线粒体。

在丙酮酸脱氢酶复合体（pyruvatedehydrogenasecomplex）的催化下进行氧化脱羧反应，该反反应不可逆。

丙酮酸脱氢酶复合体是由三种酶组成的多酶复合体，它包括丙酮酸脱氢酶，二氢硫辛酸乙酰转移酶及二氢硫辛酸脱氢酶。

以二氢硫辛酸乙酰转移酶为核心，周围排列着丙酮酸脱氢酶及二氢硫辛酸脱氢酶。

参与的辅酶有TPP，硫辛酸，FAD，NAD+，辅酶A。

在多酶复合体中进行着紧密相连的连锁反应过程，反应迅速完成，催化效率高，使丙酮酸脱羧和脱氢生成乙酰辅酶A及NADH+H+。

丙酮酸脱氢酶复合体结构：

丙酮酸脱氢酶E1二氢硫辛酰胺转乙酰酶E2　二氢硫辛酰胺脱氢酶E3

（三）三羧酸循环

丙酮酸氧化脱羧生成的乙酰辅酶A要彻底进行氧化，这个氧化过程是三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle，TCAcycle）。

三羧酸循环是Krebs于1937年发现的。

故又称Krebs循环。

因为循环中第一个中间产物是柠檬酸，故又称柠檬酸循环（citricacidcycle）。

乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成含有3个羧基的柠檬酸，再经过一系列反应重新变成草酰乙酸完成一轮循环，其中氧化反应脱下的氢经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成ATP；而脱羧反应生成的二氧化碳则通过血液运输到呼吸系统而被排出，是体内二氧化碳的主要来源。

1.三羧酸循环反应过程：

（1）乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成柠檬酸

此反应由柠檬酸合酶（citratesynthase）催化，是三羧酸循环的关键酶，是重要的调节点。

此反应不可逆。

（2）柠檬酸经顺乌头酸生成异柠檬酸

此反应由顺乌头酸酶催化，柠檬酸脱水、加水生成异柠檬酸。

（3）异柠檬酸β-氧化、脱羧生成α-酮戊二酸

此反应在异柠檬酸脱氢酶作用下进行脱氢、脱羧，这是三羧酸循环中第一次氧化脱羧。

异柠檬酸脱氢酶（isocitratedehydrogenase）是三羧酸循环的限速酶，是最主要的调节点，辅酶是NAD+，脱氢生成的NADH+H+经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。

（4）α-酮戊二酸氧化、脱羧生成琥珀酰辅酶A

此反应在α-酮戊二酸脱氢酶复合体（α-ketoglutaratedehydrogenasecomplex）的催化下脱氢、脱羧生成琥珀酰辅酶A，这是三羧酸循环中第二次氧化脱羧。

α-酮戊二酸脱氢酶复合体是三羧酸循环的关键酶，是第三个调节点。

α-酮戊二酸脱氢酶复合体是多酶复合体，其组成及反应方式都与丙酮酸脱氢酶复合体相似。

它所含的三种酶是α-酮戊二酸脱氢酶（需TPP）；硫辛酸琥珀酰基转移酶（需硫辛酸和辅酶A）；二氢硫辛酸脱氢酶（需FAD、NAD+）。

脱氢生成NADH+H+，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。

（5）琥珀酰辅酶A转变为琥珀酸

此反应由琥珀酸硫激酶（琥珀酰辅酶A合成酶）催化，琥珀酰辅酶A中的高能硫酯键释放能量，可以转移给ADP（或GDP），形成ATP（或GTP）。

细胞中有两种同工酶，一种形成ATP，另一种形成GTP。

形成的GTP可在二磷酸核苷激酶催化下，将高能磷酸基团转移给ADP生成ATP。

这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化，生成1分子ATP。

（6）琥珀酸脱氢转变为延胡索酸

此反应由琥珀酸脱氢酶催化，辅酶是FAD，脱氢后生成FADH2，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成2分子ATP。

（7）延胡索酸转变为苹果酸

此反应由延胡索酸酶催化，加水生成苹果酸。

（8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸

此反应由苹果酸脱氢酶催化，辅酶是NAD+，脱氢后生成NADH+H+，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。

2、三羧酸循环的总反应方程式为：

3、三羧酸循环的特点：

（1）三羧酸循环是乙酰辅酶A的彻底氧化过程。

草酰乙酸在反应前后并无量的变化。

三羧酸循环中的草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化。

（2）三羧酸循环是能量的产生过程，1分子乙酰CoA通过TCA经历了4次脱氢（3次脱氢生成NADH+H+，1次脱氢生成FADH2）、2次脱羧生成CO2，1次底物水平磷酸化，共产生12分子ATP。

（3）三羧酸循环中柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体是反应的关键酶，是反应的调节点。

4、三羧酸循环的生理意义

（1）三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的最终代谢通路。

糖、脂和蛋白质在体内代谢都最终生成乙酰辅酶A，然后进入三羧酸循环彻底氧化分解成水、CO2和产生能量。

（2）三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的枢纽。

二、糖的有氧氧化生理意义

糖有氧氧化的主要功能是提供能量，人体内绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化获取能量。

1mol葡萄糖彻底氧化成CO2和H2O，可净生成36或38molATP。

第四节磷酸戊糖途径

病例：

患儿,男,9岁,以"血尿半天"于5月10日夜入院.其父述患儿于5月8日生吃蚕豆后次日出现微热、头昏、倦怠无力、食欲缺乏；于5月10日下午突然出现血尿,初为"黑色",后为"鲜红色",混有血块,伴有腹痛,脐周明显,阵发性,无外伤史,无发热,无咳嗽,无眼睑浮肿等任何其他伴随症状.遂来诊.

入院检查:

尿常规（5月10日）:

白细胞3+,蛋白3+,隐血3+,尿胆元3+,尿红素3+,葡萄糖1+,酮体2+,

5月11日查肝功能,肾功能,电解质,血糖,血沉,血脂,凝血四项均正常

5月11日泌尿系B超示膀胱内有积血,其余无异常.

请问：

蚕豆病的生化机制是什么？

磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway）是葡萄糖氧化分解的另一条重要途径，通过一系列的

氧化和转集团反应产生细胞所需的具有重要生理作用的特殊物质，如NADPH和5-磷酸核糖。

这条途径存在于肝脏、脂肪组织、甲状腺、肾上腺皮质、性腺、红细胞等组织中。

代谢相关的酶存在于细胞质中。

磷酸戊糖途径不是供能的主要途径，它的主要生理作用是提供生物合成所需的一些原料。

（一）提供NADPH+H+

1.NADPH+H+作为供氢体，参与生物合成反应。

如脂肪酸、类固醇激素等生物合成时都需NADPH+H+，所以脂类合成旺盛的组织如肝脏、乳腺、肾上腺皮质、脂肪组织等磷酸戊糖途径比较活跃。

2.NADPH+H+是加单氧酶体系的辅酶之一，参与体内羟化反应，例如一些药物、毒物在肝脏中的生物转化作用等。

3．NADPH+H+是谷胱甘肽还原酶的辅酶，NADPH使氧化型谷胱甘肽变为GSH，对维持红细胞中还原型谷胱甘肽（GSH）的正常含量起重要作用。

GSH能去除红细胞中的H2O2，维护红细胞的完整性：

H2O2在红细胞中的积聚，会加快血红蛋白氧化生成高铁血红蛋白的过程，降低红细胞的寿命；H2O2对脂类的过氧化会导致红细胞膜的破坏，造成溶血。

遗传性G-6-PD缺乏的患者，磷酸戊糖途径不能正常进行，造成NADPH+H+减少，GSH含量低下，红细胞易破坏而发生溶血性贫血。

（二）5-磷酸核糖为核苷酸、核酸的合成提供原料。

病例分析

（一）、诊断：

蚕豆病。

（二）、诊断依据：

1、有生吃蚕豆史；。

2、血红蛋白尿。

（三）、鉴别诊断：

1、过敏性紫癜（腹型、肾型）。

2、肾结核。

（四）、进一步检查：

1、高铁血红蛋白还原试验：

正常人还原率>75%（比色法），蚕豆病患者MHb还原率31%-74%（杂合子遗传者），还原率<30%（纯合子型）；血中含变性珠蛋白小体（赫恩兹小体）可高于5%以上（正常为0-0.28%）。

2、抗核抗体、PPD、嗜酸性杆菌培养。

（五）、治疗原则：

1、大量糖皮质激素。

2、必要时输血；3、碱化尿液；4、对症治疗。

（六）、预防措施：

1、不要连续或一次大量进食蚕豆；2、不宜服用氧化性药物，如伯氨喹啉、磺胺类、呋喃类、维生素K3、K4、非那西丁、氨基比林、砜类等药物及中药珍珠末、腊梅花、川连等。

请问：

蚕豆病的生化机制是什么？

答：

红细胞葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）有遗传缺陷者在食用青鲜蚕豆或接触蚕豆花粉后皆会发生急性溶血性贫血症——蚕豆病，有遗传缺陷的敏感红细胞，因G6PD的缺陷不能提供足够的NADPH以维持还原型谷胱甘肽（GSH）的还原性（抗氧化作用），在进食蚕豆后诱发了红细胞膜被氧化，产生溶血反应。

G-6-PD有保护正常红细胞免遭氧化破坏的作用，新鲜蚕豆是很强的氧化剂，当G-6-PD缺乏时则红细胞被破坏而致病。

第五节糖原的合成与分解

糖原是体内糖的储存形式，主要以肝糖原、肌糖原形式存在。

肝糖原的合成与分解主要是为了维持血糖浓度的相对恒定；肌糖原是肌肉糖酵解的主要来源。

糖原由许多葡萄糖通过α-1，4-糖苷键（直链）及α-1，6-糖苷键（分枝）相连而成的带有分枝的多糖，存在于细胞质中。

糖原合成（glycogenesis）是由葡萄糖合成糖原的过程。

反之，糖原分解（glycogenolysis）则是指肝糖原分解为葡萄糖的过程。

糖原合成及分解反应都是从糖原分支的非还原性末端开始，分别由两组不同的酶催化。

一、糖原的合成代谢

UDPG是G的活化形式，是G活性供体。

糖原合酶是关键酶。

糖原分支的形成：

二、糖原的分解代谢

磷酸化酶是糖原分解的关键酶。

肌肉中无葡萄糖-6-磷酸酶——因此只有肝糖原才能补充血糖。

三、糖原贮积病

糖原贮积病（glycogenstoragedisease）是一类遗传性疾病,表现为异常种类和数量的糖原在组织中沉积,产生不同类型的糖原贮积病,每种类型表现为糖原代谢中的一个特定的酶缺陷或缺失而使糖原贮存由于肝脏和骨骼肌是糖原代谢的重要部位,因此是糖原贮积病的最主要累及部位.肝脏、肌肉。

第六节糖　异　生

糖异生作用（gluconeogenesis）是指非糖物质如生糖氨基酸、乳酸、丙酮酸及甘油等转变为葡萄糖或糖原的过程。

糖异生的最主要器官是肝脏，在长期饥饿时肾脏也参与糖异生作用。

一、糖异生反应过程

糖异生反应过程基本上是糖酵解反应的逆过程。

由于糖酵解过程中由己糖激酶、6-磷酸果糖激酶1及丙酮酸激酶催化的三个反应释放了大量的能量，构成难以逆行的能障，因此这三个反应是不可逆的。

这三个反应可以分别通过相应的、特殊的酶催化，使反应逆行，完成糖异生反应过程。

（一）丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸

丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸的反应包括丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化的两步反应，构成一条所谓“丙酮酸羧化支路”使反应进行。

这个反应是糖酵解过程中丙酮酸激酶催化的磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸的逆过程。

1.丙酮酸羧化生成草酰乙酸

此反应由丙酮酸羧化酶催化，辅酶是生物素，ATP、Mg2+（Mn2+）参与羧化反应，CO2通过生物素使丙酮酸羧化生成草酰乙酸。

此酶存在于线粒体中，故丙酮酸必须进入线粒体才能被羧化为草酰乙酸，这也是体内草酰乙酸的重要来源之一。

2．草酰乙酸脱羧生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）

此反应由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，由GTP提供能量，释放CO2。

（二）1，6-二磷酸果糖转变为6-磷酸果糖

此反应由1，6-二磷酸果糖酶1催化进行。

这个反应是糖酵解过程中1，6-二磷酸果糖酶1催化6-磷酸果糖生成1，6-二磷酸果糖的逆过程。

（三）6-磷酸葡萄糖转变为葡萄糖

此反应由葡萄糖-6-磷酸酶催化进行。

这个反应是糖酵解过程中己糖激酶催化葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖的逆过程。

二、生理意义

1.糖异生最重要的生理意义是在空腹或饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定。

2.乳酸再利用：

乳酸大部分是由肌肉和红细胞中糖酵解生成的，经血液运输到肝脏或肾脏，经糖异生再形成葡萄糖，后者可经血液运输回到各组织中继续氧化提供能量。

这个过程称为是乳酸循环或Cori循环（lactatecycleorCoricycle）。

在安静状态下产生乳酸的量甚少，此途径意义不大。

但在某些生理或病理情况下，如剧烈运动时，肌糖原酵解产生大量乳酸，大部分可经血液运到肝脏，通过糖异生作用合成肝糖原或葡萄糖以补充血糖，而血糖又可供肌肉利用。

乳酸循环可避免损失乳酸以及防止因乳酸堆积引起的酸中毒。

3.糖异生促进肾脏排H+、缓解酸中毒

酸中毒时H+能激活肾小管上皮细胞中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，促进糖异生进行。

由于三羧酸循环中间代谢物进行糖异生，造成α-酮戊二酸含量降低，促使谷氨酸和谷氨酰胺的脱氨生成的α-酮戊二酸补充三羧酸循环，产生的氨则分泌进入肾小管，与原尿中H+结合成NH4+，对H+过多起到缓冲作用，可缓解酸中毒。

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