生物化学基础课件糖代谢.docx

1、生物化学基础课件糖代谢生物化学基础课件-糖代谢 是机体内糖的贮存形式，是以葡萄糖为单位聚合而成的大分子多糖，也称为动物淀粉。 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 glycogen 糖原储存的主要器官及其生理意义 一、糖原的合成代谢 合成部位 定义 糖原的合成 glycogenesis 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 ATP ADP 己糖激酶; 葡萄糖激酶（肝） （一）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

2、糖 2. 6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖 * UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。 3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖 糖原n + UDPG 糖原n+1 + UDP 糖原合酶 4. -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 primer ， 作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。 （二）糖原合成的特点 1糖原合成酶为糖原合成的关键酶，有两种存在形式，其活性主要受胰岛素的影响，胰岛素能使无活性的糖原合成酶转变成有活性的糖原合成酶，促进糖原合成，使血糖降低。 2肝脏和肌肉都可以将葡萄糖合成糖原。 3肝脏除能把葡萄糖合成糖原外，也可以将

3、其它单糖，如果糖、半乳糖等合成糖原。因此，肝糖原的合成原料多于肌糖原。 4糖原合成是耗能反应，其过程中所需的能量由ATP和UTP提供。 二、糖原的分解代谢 * 定义 * 亚细胞定位：胞 浆 * 肝糖元的分解 糖原n+1 糖原n + 1-磷酸葡萄糖 磷酸化酶 1. 糖原的磷酸解 糖原分解 习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。 脱枝酶 debranching enzyme 2. 脱枝酶的作用 转移葡萄糖残基 水解?-1,6-糖苷键 磷 酸 化 酶 转移酶活性 -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

4、成葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 （肝，肾） 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 糖原的合成与分解总图 第 4 节 糖 异 生 Gluconeogenesis 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、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； 糖异生途径指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。 糖异生途径的反应过程 糖异生途径的反应过程 二、糖异生的生理意义 1 维持血糖浓度恒定 2 乳酸的利

5、用 3 协助氨基酸的代谢 第 5 节 血糖及其调节Blood Glucose and The Regulation of Blood Glucose Concentration * 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 ：3.96.1mmol/L 一、血糖及血糖水平的概念 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 血糖来源和去路 二、血糖浓度的调节 主要调节激素 降低血糖：胰岛素 insulin 升高血糖：胰高血糖素 glucago

6、n 、糖皮质激素、肾上腺素 * 主要依靠激素的调节 （一） 胰岛素 促进葡萄糖转运进入肝外细胞 ； 加速糖原合成，抑制糖原分解； 加快糖的有氧氧化； 抑制肝内糖异生； 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: （二）胰高血糖素 促进肝糖原分解，抑制糖原合成； 抑制酵解途径，促进糖异生； 促进脂肪动员。 体内升高血糖水平的主要激素 胰高血糖素的作用机制： （三）糖皮质激素 引起血糖升高，肝糖原增加 糖皮质激素的作用机制可能有两方面： 促进肌肉蛋白质分解，分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生。 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。 （四）肾上腺素 强有力的升

7、高血糖的激素 肾上腺素的作用机制： 通过肝和肌肉的细胞膜受体、cAMP、蛋白激酶级联激活磷酸化酶，加速糖原分解。主要在应激状态下发挥调节作用。 三、糖代谢障碍 （一）高血糖和低血糖 1.高血糖和糖尿病 hyperglycemia and diabetes mellitus 概念：空腹时血糖浓度高于7.2mmol/L 130-140mg/dL 称为高血糖。 引起高血糖和糖尿的原因分为两大类 生理性高血糖 病理性高血糖 2.低血糖 hypoglycemia 概念：空腹时，血糖浓度低于3.3mmol/L称为低血糖。 表现：脑组织主要以葡萄糖作为能源，对低血糖极为敏感，即使轻度低血糖也会出现头昏、倦怠

8、、四肢和口周麻木、记忆减退、心慌、出冷汗等临床症状，当严重低血糖时会导致昏迷。 * 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 底物分子内部能量重新分布，释放高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化。 1,3-二磷酸 甘油酸 3-磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸 变位酶 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶 enolase 2-磷酸甘油酸 + H2O 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP K+ Mg2+ 丙酮酸激酶 pyruvate kinase 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 并通

9、过底物水平磷酸化生成ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 丙酮酸转变成乳酸 丙酮酸 乳酸 反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。 乳酸脱氢酶 LDH NADH + H+ NAD+ 糖酵解的代谢途径 糖酵解小结 反应部位：胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应 G G-6-P ATP ADP 己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶-1 ADP ATP PEP 丙酮酸 丙酮酸激酶 产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量：从G开始 22-2 2ATP 从Gn开始 22-1 3ATP 终产物乳酸

10、的去路 释放入血，进入肝脏再进一步代谢。 分解利用 乳酸循环（糖异生） 无氧氧化的特点 1、全过程中虽有氧化还原反应，但不需要氧的直接参与，故称为无氧氧化。 2、整个过程在细胞浆中进行。 3、全过程中有葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶三种酶催化的反应为不可逆反应。此三种酶为糖无氧氧化的限速酶，调节该酶的活性可影响糖无氧氧化的速度。 （三）乳酸的去路 正常情况下，血液中乳酸的含量很少，但剧烈运动后，血液中乳酸则明显升高，休息后乳酸浓度又趋向正常，说明乳酸有其正常的代谢去路。 1氧供应充足时，可重新脱氢氧化为丙酮酸。 2通过血液循环进入肝脏进行生成葡萄糖。 （四）无氧氧化的生理意义 1供给机体

11、暂时急需的能量：是机体缺氧状态下的获能方式，如剧烈运动或紧张劳动时机体内相对缺氧，心、肺功能不全的病人也可通过该途径获得一定的能量。 2某些组织所需能量的主要途径：如视网膜、皮肤、白细胞、成熟的红细胞等，即使在氧供应充足的情况下，也由糖无氧氧化供应能量。 糖的有氧氧化 aerobic oxidation 指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。 * 部位：胞液及线粒体 * 概念 二、糖的有氧氧化 （一）有氧氧化的反应过程 第一阶段：酵解途径 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧 第三阶段：三羧酸循环 （1）丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为

12、乙酰CoA 。 丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体 总反应式: （2）三羧酸循环 三羧酸循环 Tricarboxylic acid Cycle, TAC 也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。 所有的反应均在线粒体中进行。 * 概述 * 反应部位 柠檬酸循环 小 结 三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸反应的过程。因为是从带有三个羧基的柠

13、檬酸开始所以称为三羧酸循环. TAC过程的反应部位是线粒体。 三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环， 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。 关键酶有：柠檬酸合酶、-酮戊二酸脱氢酶复合体、异柠檬酸脱氢酶 整个循环反应为不可逆反应 三羧酸循环的中间产物 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及H2O。 例如： 草酰乙酸 天冬氨酸 -酮戊二酸 谷氨酸 柠檬酸 脂肪酸

14、 琥珀酰CoA 卟啉 机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。 机体糖供不足时，可能引起TAC运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解。 草酰乙酸 草酰乙酸脱羧酶 丙酮酸 CO2 苹果酸 苹果酸酶 丙酮酸 CO2 NAD+ NADH + H+ * 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。 草酰乙酸 柠檬酸 柠檬酸裂解酶 乙酰CoA 丙酮酸 丙酮酸羧化酶 CO2 苹果酸 苹果酸脱氢酶 NADH+H+ NAD+ 天冬氨酸 谷草转氨酶 -酮戊二酸 谷氨酸 其来源如下： 三

15、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枢纽； 为其它物质代谢提供小分子前体； 为呼吸链提供H+ + e。 有氧氧化的生理意义 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。 * 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。 三、磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pathway * 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

16、过程 * 反应过程可分为二个阶段 第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。 1. 磷酸戊糖生成 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+。 G-6-P 5-磷酸核糖 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。 3-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。 2. 基团转移反应 磷酸戊糖途径的特点 脱氢反应以NADP+为受氢

17、体，生成NADPH+H+。 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。 反应中生成了重要的中间代谢物5-磷酸核糖。 一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。 （二）磷酸戊糖途径的生理意义 1 提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应 2 为核苷酸的生成提供核糖 第 3 节 糖原的合成与分解 Glycogenesis and Glycogenolysis 糖 代 谢 Metabolism of Carbohydrates 第 7 章 学习目标 掌握糖酵解、有氧氧化、糖异生的基本反应过程及生理意义。

18、 掌握糖异生的概念及磷酸戊糖通路的生理意义。掌握血糖的正常参考范围。 熟悉糖原的合成和分解过程及其生理意义。熟悉糖异生的限速酶、血糖的来源和去路、血糖浓度的调节。 了解糖在体内的重要生理功能，磷酸戊糖通路的基本过程。 了解糖代谢障碍与临床的关系及临床常见糖代谢障碍性疾病的检查方法。 第 一 节 概 述 Introduction 糖 carbohydrates 即碳水化合物，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。 糖的概念 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 多糖 polysacc

19、hride 结合糖 glycoconjugate 一、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。 2.构成组织细胞的成分 是糖的主要功能。 3.转变为脂肪和氨基酸 如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。 二、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。 淀粉 麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%） -临界糊精+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 消化过程 肠粘膜上皮细胞刷状缘 胃

20、口腔 肠腔 胰液中的-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+Pi ATP G Na+ 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 Na+-dependent glucose transporter, SGLT 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 GLUT GLUT：葡萄糖转运体 glucose transporter ，已发现有5种葡萄糖转运体 GLUT 15 。 三、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

21、 糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油 糖原 肝糖原分解 糖原合成 磷酸戊糖途径 核糖 + NADPH+H+ 淀粉 消化与吸收 ATP 第 2 节糖的分解代谢 一、糖的无氧氧化 第一阶段 第二阶段 * 糖酵解的定义 * 糖酵解分为两个阶段 * 糖酵解的反应部位：胞浆 在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸 lactate 的过程称之为糖酵解。 由葡萄糖分解成丙酮酸 pyruvate 由丙酮酸转变成乳酸。 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖 ATP ADP Mg2+ 己糖激酶 hexokinase 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖分解成丙酮酸 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖 己糖异构酶 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶-1 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 醛缩酶 aldolase 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 + 磷酸丙糖的同分异构化 磷酸丙糖异构酶 3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛氧化为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 1,3-二磷酸 甘油酸 *