《糖代谢生物化学》PPT课件.ppt

第二篇,Department of Biochemistry Hangzhou Medical College Guyisheng,物质代谢及其调节,生物化学 Biochemistry,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,代谢（Metabolism）,活细胞中的所有化学变化。 物质代谢 物质分解（catabolic）物质合成(anabolic) 能量代谢 能量释放， 能量存储,第五章 糖代谢,Department of Biochemistry Hangzhou Medical College Guyisheng,(Carbohydrate metabolism),2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,概述： 一、糖化学回顾：,单糖：葡萄糖（Glucose） （体内糖的运输形式血糖） 果糖（Fructose） 半乳糖 核糖 脱氧核糖（戊糖） 双糖：麦芽糖（2分子葡萄糖） 蔗糖（葡萄糖果糖） 乳糖（半乳糖葡萄糖）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,多糖： 淀粉（食物中的主要糖类） 直链淀粉（1，4糖苷键） 支链淀粉（1，4糖苷键： 分支处为1，6糖苷键） 纤维素（1，4糖苷键） 糖原（动物淀粉 体内糖的贮存形式，分子量比淀粉更大） （1，4糖苷键，分支处为1，6糖苷键）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,二、糖的生理功用：,1、提供生命活动所需的能量 60左右（5070） 2、组成人体的重要组成成分 （结构成分、特殊生理功能） 如：核糖（核苷酸核酸、NAD+、ATP） 蛋白多糖（软骨、结缔组织的基质） 糖脂（生物膜的成分） 糖蛋白（多种生物学功能） 3、提供碳源（转变为氨基酸、脂肪等）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,三、糖的消化吸收,消化的部位：口腔 小肠（为主） 吸收的部位：小肠 吸收的形式：单糖 吸收的方式：主动转运为主 需要特殊的载体（SGLT），与Na+偶联，钠泵参与，ATP供能,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,四、糖代谢的概况,有五种葡萄糖转运载体(glucose transporter)（GLUT 15 代谢途径 分解代谢：有氧氧化、糖酵解、磷酸戊糖途径 糖原的合成与分解 糖异生作用 转变为糖的衍生物和非糖物质（脂类、氨基酸）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,第一节 葡萄糖的分解代谢,糖在体内分解代谢的途径有三种方式： 糖酵解（糖的无氧分解） 乳酸(Lactate)，ATP 糖的有氧氧化 CO2，H2O，ATP （正常情况下糖分解代谢的主要途径） 磷酸戊糖途径 NADPH，戊糖,氧化,戊糖,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,一、糖酵解（glycolysis）,概念：在缺氧情况下，体内组织中的葡萄糖或糖原分解为乳酸的过程。 细胞定位：细胞液 反应过程：两个阶段 1、葡萄糖丙酮酸（酵解途径 2、丙酮酸乳酸,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,示意图,糖酵解途径,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（一）糖酵解的反应过程 糖酵解途径（glycolytic pathway）,1、己糖磷酸酯的生成与转变（耗能阶段） （1）葡萄糖6-磷酸葡萄糖 （GG6P Glucose-6-phosphate ）,总图,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,己糖激酶和葡萄糖激酶,己糖激酶 (Hexokinase)是限速酶之一 （肝中为葡萄糖激酶 Glucokinase） 不可逆反应 消耗ATP,需要Mg2+（若糖原开始不消耗ATP） （GnG1PG6P）,比较,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（2）6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖 （G6PF6P fructose-6-phosphate ） 可逆反应 磷酸己糖异构酶催化 （3）6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖 （F6PF1,6BP） 磷酸果糖激酶-1催化(F-6-P kinase)糖酵解途径主要的限速酶 不可逆反应 消耗ATP,需要Mg2+,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖酵解途径（2）,2、磷酸丙糖生成与同分异构化（裂解阶段） 磷酸二羟丙酮 Dihydroxyacetone Phosphate 3磷酸甘油醛 Glyceraldehyde-3-Phosphate,分别由醛缩酶、异构酶催化 为可逆反应，体内生理条件下倾向于裂解 1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛而代谢,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖酵解途径（3）,3、丙酮酸生成（产能阶段） (1)3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸（1,3-Bisphosphoglycerate ） 3-磷酸甘油醛脱氢酶催化，脱下2H （NAD+NADH+H+） 1,3-二磷酸甘油酸是高能化合物 （含高能磷酸键）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,(2)1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶催化， ADPATP 是糖酵解途径中的第一次底物水平磷酸化 (3)3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶催化，磷酸基团转移位置 需要 Mg2 参与,(3-Phosphoglycerate),（2-Phosphoglycerate）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) 烯醇化酶催化 可逆反应 PEP是高能化合物（含高能磷酸键） 磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸(pyruvate) 丙酮酸激酶催化 第三个限速酶 生理条件下为不可逆反应 ADP ATP 糖酵解的第二次底物水平磷酸化,（phosphoenolpyruvate）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖酵解途径总结：,总反应式： C6H12O6+2NAD+2ADP+2H3PO4 2C3H4O3+2NADH+2H+2ATP+2H2O,葡萄糖,丙酮酸,三个限速酶： 己糖激酶、磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶 生成ATP数：2分子（净生成） 3分子（糖原开始）,ATP,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,丙酮酸还原为乳酸,NADH来自3-磷酸甘油醛脱氢，使糖酵解顺利进行 LDH有五种同工酶 糖酵解全过程的总反应式为： C6H12O6+2ADP+2H3PO42C3H6O3+2ATP+2H2O,在缺氧条件下进行，由乳酸脱氢酶催化，为可逆反应。,(lactate),2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（二）糖酵解的生理意义,1、迅速提供能量，供机体急需，对骨骼肌收缩尤为重要。 2、少数组织，即使有氧，糖酵解仍然旺盛，如皮肤、视网膜、睾丸、癌瘤组织等；特别是成熟红细胞以糖酵解作为基本能源。 3、某些病理情况（如呼吸、循环障碍），糖酵解增强，使机体缺氧时获得ATP供应。,ATP,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,1、成熟红细胞存在2,3-BPG支路，调节带氧能力。 2、乳酸运输到心、肝等，继续供能（有氧条件），或糖异生为糖。 3、酵解中间产物（丙酮酸、磷酸二羟丙酮）是氨基酸、脂类合成前体 酵解还是彻底有氧氧化的前奏，准备 阶段 注意：糖酵解过量，乳酸酸中毒。,生理意义的其他方面：,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（三）糖酵解的调节,磷酸果糖激酶-1（最重要）： 变构抑制剂：ATP、柠檬酸 变构激活剂：AMP、2,6-双磷酸果糖 已糖激酶： 变构抑制剂：6-磷酸葡萄糖等 （但肝脏中的葡萄糖激酶则不受此影响） 丙酮酸激酶： 变构抑制剂：ATP、丙氨酸,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,无氧酵解的要点,概念： 部位：胞浆 原料：Glucose/Glycogen 产物：乳酸(lactate) 能量：2/3个ATP 关键酶： Hexokinase/Glucokinase (HK/GK) F-6-P kinase Pyruvatekinase(PK),生理意义： 机体在无氧或缺氧条件下获得能量的一种有效方式，也是机体在应激状态下产生能量，以满足机体生理需要的重要途径。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,二糖的有氧氧化,概念：在有氧条件下，葡萄糖或糖原彻底氧化成CO2和H2O，并释放大量能量，这一过程称为糖的有氧氧化(aerobic oxidation)。 细胞定位：细胞液、线粒体,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（一） 有氧氧化的反应过程,细胞液反应阶段糖酵解途径 葡萄糖丙酮酸（与无氧酵解时相似） 区别点：生成的NADH进入线粒体，经电子传递链生成能量。 线粒体内反应阶段 （1）丙酮酸乙酰辅酶A(Acetyl CoA) （2）乙酰辅酶A进入三羧酸循环，生成CO2、H2O。 糖的有氧氧化的总反应式为： C6H12O6+6O66CO2+6H2O,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,丙酮酸的氧化脱羧基作用 （丙酮酸乙酰辅酶A）,丙酮酸经特异载体，进入线粒体。 经丙酮酸脱氢酶复合体催化，丙酮酸经氧化、脱羧，生成乙酰辅酶A。,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,包括三种酶： 丙酮酸脱氢酶（脱羧酶） 二氢硫辛酰胺转乙酰酶 二氢硫辛酰胺脱氢酶,5种辅助因子： TPP（含VitB1）HSCoA（含泛酸）硫辛酸 FAD（含VitB2） NAD+（含VitPP）,丙酮酸脱氢酶复合体 （PDH complex）,缺乏VitB1，引起脚气病，多发性神经炎等 乙酰辅酶A有多条代谢途径,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,乙酰CoA的氧化三羧酸循环 （tricarboxylic acid cycle,TAC）,由草酰乙酸和乙酰CoA缩合成柠檬酸开始，经多个中间步骤，又重新生成草酰乙酸的循环过程。 其第一个中间产物是一个含三个羧酸的柠檬酸（citrate），是由Kreb正式提出的，所以又称柠檬酸循环或Krebs循环 以乙酰CoA 为起点，多种生物大分子（糖，脂，氨基酸）的共同最终代谢途径。,结构图,反应式,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,三羧酸循环的反应过程,第一阶段：柠檬酸的生成 乙酰CoA草酰乙酸 柠檬酸CoA-SH,此步为三羧酸循环的第一个限速步骤 柠檬酸合酶为三羧酸循环的第一个关键酶,(Oxaloacetate),(Citrate),(Acetyl CoA),结构图,反应式,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,第二阶段：异构化及氧化脱羧,（1）异柠檬酸的形成,结构图,反应式,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（2） 第一次氧化脱羧,异柠檬酸 草酰琥珀酸 -酮戊二酸 NAD NADH+H+ CO2,此步反应是三羧酸循环中的第二步限速步骤，异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环中的第二个关键酶。 产生1分子 NADH、1分子 CO2,(Alpha-ketoglutarate),(Isocitrate dehydrogenase) 异柠檬酸脱氢酶,结构图,反应式,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（3）第二次氧化脱羧,-酮戊二酸CoA-SH 琥珀酰CoA NAD NADH+H CO2,此酶系是三羧酸循环中的第三个关键酶 其反应同丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧类似，由三种酶和五种辅助因子组成:-酮戊二酸脱氢酶、二氢硫辛酰胺转琥珀酰基酶、二氢硫辛酰胺脱氢酶、FAD、TPP、CoASH、NAD 、硫辛酸 产生1 分子NADH、1分子 CO2,(Succinyl-CoA),(-ketoglutarate),结构图,反应式,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（4）底物水平磷酸化反应,琥珀酰CoA 琥珀酸CoA-SH GDP+Pi GTP GTP+ADP GDP+ATP 这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化 琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶的催化下高能硫酯键被水解生成琥珀酸，并使GDP磷酸化形成GTP， 即产生分子1分子 ATP,(Succinate),结构图,反应式,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,第三阶段：草酰乙酸的再生,琥珀酸 延胡索酸 FAD FADH2 即产生1分子 FADH2,延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 H2O NAD NADH+H+ 即产生1 分子NADH,(Cis-Fumarate),结构图,反应式,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+2H+FADH2+CoA+GTP,中间产物起着催化剂的作用，本身并无量的变化,三羧酸循环总反应式,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,Introduction of TAC,部位：线粒体 关键酶： 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶 原料：乙酰CoA 产物： CO2，H2O 产能：12 ATP,生理意义： 三羧酸循环不仅是糖的分解代谢的途径，同时也是脂肪和蛋白质在细胞内氧化供能的最终共同途径。 三羧酸循环还是糖、脂肪和蛋白质的互变枢纽。 为一些物质的合成提供前体,结构图,反应式,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,1次底物水平磷酸化（琥珀酰CoA琥珀酸） 2次脱羧反应 3步关键反应（关键酶） 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 4次脱氢（3 次NAD+及1次FAD+）,三羧酸循环的要点,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,三羧酸循环中的脱氢反应,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（二）糖有氧氧化过程中ATP的生成,第一阶段：脱氢3（2）26（4） 底物水平磷酸化 第二阶段：脱氢 326 第三阶段： 12224 合计： 38（36）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖有氧氧化过程中ATP的生成,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（三） 有氧氧化的调节,根据机体的能量需要,调节代谢速率（如ATP过多时，一系列限速酶的活性降低）。 关键酶的活性受效应物的变构调节，由ATP/ADP、ATP/AMP、NADH/NAD+ 、CH3CO-SCoA/CoASH 的比值所决定 。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,丙酮酸脱氢酶复合体的调节,变构调节：乙酰CoA、NADH 、ATP可反馈抑制丙酮酸脱氢酶复合体的活性。 共价修饰：丙酮酸脱氢酶激酶使丙酮酸脱氢酶复合体磷酸化，活性消失。磷酸酶作用相反。 1、ATP/ADP、ATP/AMP、NADH/NAD+ 、CH3CO-SCoA/CoASH 的比值升高，激酶被激活，丙酮酸脱氢酶活性降低，有氧氧化被抑制。 2、胰岛素可激活磷酸酶，促进有氧氧化。,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,三羧酸循环的调节,主要调节点： 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 ATP/ADP、NADH/NAD+ 比值，上述酶活性 Ca2+,上述酶活性 抑制氧化磷酸化的各因素，均可阻断三羧酸循环,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（四巴斯德效应,有氧氧化抑制无氧酵解的现象称为巴斯德效应（Pasteur effect） 有氧：NADH、丙酮酸进入线粒体被氧化，不生成乳酸 缺氧： NADH不能被氧化，使丙酮酸生成乳酸 氧化磷酸化受阻，ATP生成，ADP/ATP比值，磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶活性，糖酵解,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖有氧氧化的要点,部位：胞浆，线粒体 关键酶：丙酮酸脱氢酶等 原料/产物：G/ CO2，H2O 能量：36/38 ATP 生理意义： 1. 人体活动所需要的能量主要来自糖的有氧氧化 2. 三羧酸循环的重要性 3. 多种中间产物也可参与其它代谢途径,整个反应过程可分以下三个阶段 ： 1. 葡萄糖 丙酮酸 2.丙酮酸 乙酰CoA 3.乙酰CoA CO2+ H2O,糖酵解途径,丙酮酸脱氢酶复合体,TAC,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,三磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway,PPP） (hexose monophosphate shunt, HMS),器官：肝、泌乳期乳腺、红细胞、脂肪组织、肾上腺皮质等合成代谢旺盛的组织 细胞定位：细胞液 关键酶：G-6-P脱氢酶，G-6-P酸脱氢酶 原料： G-6-P 重要产物：NADPH，磷酸核糖,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（一）磷酸戊糖途径的反应过程,1、氧化阶段：6-磷酸葡萄糖5-磷酸戊糖 （1）2次脱氢，受氢体为NADP+ （2）脱羧， 磷酸戊糖的互变 （1）5-磷酸核酮糖5-磷酸核糖 （2）5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖 2、非氧化阶段：基团转移反应 （1）转酮基、转醛基 （2）最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，进入糖酵解途径,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,磷酸戊糖途径简图,糖酵解途径,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（二）磷酸戊糖途径的生理意义,特点：产生5-磷酸核糖和NADPH 意义： 1、产生5-磷酸核糖 参与核苷酸、核酸的合成（提供原料） 2、产生NADPH 主要作为供氢体（三方面）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,1、参与脂肪酸、胆固醇、类固醇激素等的合成 2、加单氧酶体系的辅酶，参与生物转化作用(药物、毒物和一些激素的生物转化有关) 3、谷胱甘肽还原酶的辅酶，维持G-SH的正常含量，维持红细胞膜的稳定性和完整性，保护巯基酶和含巯基蛋白质 （如：遗传性6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷，蚕豆病、伯氨奎宁性溶血）,NADPH的作用,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,第二节 糖原的合成与分解,糖原(glycogen)：糖的贮存形式 肝糖原和肌糖原 糖原结构：葡萄糖以糖苷键连结而成的、带有分支的多糖 （两种糖苷键，还原端和非还原端）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖原的说明,糖原是动物体内糖的储存形式 能源储存 大部分 脂肪 脂肪组织 小部分 糖原 急需时分解成葡萄糖 生理意义 肝糖原 维持血糖水平 脑、红细胞 肌糖原 肌肉收缩能量之需 酵解,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,一糖原合成(glycogenesis),概念：单糖（主要为葡萄糖）合成糖原的过程 细胞定位：细胞液 反应过程：四步反应 消耗ATP和UTP,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖原合成过程,1、葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖 （GG-6-PG-1-P）（回顾糖酵解途径） 第一步反应：生成 G-6-P 己糖激酶（葡萄糖激酶）催化 消耗ATP 第二步反应：生成 G-1-P（磷酸基变位）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,2、尿苷二磷酸葡萄糖的生成 （G-1-PUDPG） UDPG焦磷酸化酶催化 消耗UTP，释放出PPi （PPi水解成2Pi，释放能量，使反应不可逆） UDPG作为葡萄糖的供体，可看成是“活性葡萄糖”,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,3、糖原合成 （UDPG+糖原（Gn）UDP+糖原（Gn+1） 糖原合酶催化（限速酶），形成1，4糖苷键 仅是糖原分子的逐步扩大（不形成新的糖原） 4、形成分支 转移一段糖链（67）个葡萄糖单位 分支酶催化，分支处为1，6 糖苷键 注意：糖原合成中，每增加1个葡萄糖单位，消耗1分子ATP,1分子UTP,即相当于2分子ATP,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖原合成概述,限速酶：糖原合酶 原料：G，UTP，ATP 产物：Gn 耗能：2 ATP 生理意义：储存能量,肝脏：70-100g（血糖） 肌肉：180-200g（肌肉收缩） 人体24hr所需 （脂肪：10天-2个月）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,二糖原分解(glycogenolysis),概念：肝糖原分解为葡萄糖的过程 （即：肌糖原不能直接分解为葡萄糖）,原料：Gn 产物：G 生理意义： 维持血糖浓度,细胞定位：细胞液 反应过程：三步反应 限速酶：糖原磷酸化酶,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖原分解过程,1、糖原分解为1-磷酸葡萄糖 糖原（Gn+1）H3PO4糖原（Gn）G-1-P 仅仅是糖原分子的逐步缩小 磷酸化酶催化（限速酶），1，4糖苷键加磷酸分解 当分支处约4个葡萄糖单位时，脱支酶催化 转移一段糖链（3个葡萄糖单位） 水解分支处的1，6糖苷键，脱下葡萄糖,脱支酶,图示,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,2、1-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖（G-1-PG-6-P） 可逆反应 （回顾糖原合成与糖酵解途径） 3、6-磷酸葡萄糖转变为葡萄糖 （G-6-PG） 葡萄糖6磷酸酶催化，仅存在肝、肾 （亦与糖异生作用有关） 补充血糖的重要方式,注：肌肉中葡萄糖-6-磷酸酶活性很低，故肌糖原分解的G-6-P只能通过酵解途径分解产能供肌肉活动的需要。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,三、糖原合成与分解的调节,糖原合成与分解是由不同酶催化的逆向反应。 调节主要是改变两个过程关键酶的活性，即改变糖原合酶及糖原磷酸化酶的活性。 受共价修饰调节（磷酸化和去磷酸化）和变构调节。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（一）磷酸化酶,共价修饰 糖原磷酸化酶有磷酸化和去磷酸化两种形式（磷酸化后有活性） 依次受蛋白激酶A、磷酸化酶b激酶催化（使酶蛋白磷酸化，而磷蛋白磷酸酶催化脱磷酸） 胰高血糖素使蛋白激酶A活性升高，最终促进糖原分解，抑制糖原合成,图示,激素,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,磷酸化酶的变构调节,磷酸化酶： AMP变构激活剂 ATP、G-6-P变构抑制剂 葡萄糖是磷酸化酶（a）的变构抑制剂（肝脏，血糖升高时发挥作用） Ca2+是磷酸化酶b激酶的变构激活剂（肌肉，可促进糖原分解，供肌肉收缩需要）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（二）糖原合酶,蛋白激酶A催化酶蛋白磷酸化（糖原合酶b，无活性），磷蛋白磷酸酶催化脱磷酸 糖原代谢中的两种关键酶受磷酸化和去磷酸化共价修饰调节效果不同： 糖原磷酸化酶磷酸化有活性， 糖原合酶去磷酸化有活性。,激素,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,激素调节,糖原合成与分解的生理性调节因素 胰岛素：促进糖原合成，抑制糖原分解 胰高血糖素：使蛋白激酶A活性升高，最终促进糖原分解，抑制糖原合成（肝） 肾上腺素：促进糖原分解、抑制糖原合成（肌肉,注：激素作用中存在级联放大系统、“瀑布效应,激素,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,第三节 糖异生（gluconeogenesis）,概念：非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程 器官：肝脏（生理情况的主要器官） 肾脏（长期饥饿时作用增强） 原料：丙酮酸、乳酸等有机酸，甘油，生糖氨基酸等 产物：G（或糖原）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖异生概况,部位：胞浆、线粒体（肝脏） 关键酶：G-6-P酶；F-1,6-BP酶； 丙酮酸羧化酶/PEP羧激酶 生理意义： 1、维持血糖浓度的相对稳定。 2、补充肝糖原（恢复糖原储备）。 3、调节酸碱平衡 。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,一、糖异生途径,反应部位：线粒体，胞液 消耗1分子ATP与1分子GTP。,图示,1. 丙酮酸羧化支路,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,21，6-双磷酸果糖到6-磷酸果糖的转变,果糖-1,6-双磷酸酶-1 1，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖 H2O Pi,与6-磷酸果糖激酶-1(糖酵解)催化的反应 相对应,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,36-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 H2O Pi,葡萄糖-6-磷酸酶（肝脏）与己糖激酶/葡萄糖激酶（酵解）催化的相对应,图示,底物循环（substrate cycle）：作用物的互变反应 分别由不同的酶催化其单项反应，这种互变循环 称为底物循环。（又称无效循环）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,二、糖异生的调节,主要通过对底物循环（substrate cycle）调节，协调糖酵解途径和糖异生途径这两条方向相反的代谢途径。 这两个底物循环之间是通过 1,6-双磷酸果糖 联系和协调的。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,第一个底物循环：6-磷酸果糖和1,6-二磷酸果糖之间,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,2,6-二磷酸果糖 是肝内调节糖酵解和糖异生反应方向的主要信号，受到激素的调节。,（一）代谢物的调节作用,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间,第二个底物循环：,作用,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（二）激素的调节作用,2,6-二磷酸果糖 是肝内调节糖酵解和糖异生反应方向的主要信号。 胰高血糖素通过化学修饰，使2,6-二磷酸果糖生成下降，促进糖异生；胰岛素作用相反。 胰高血糖素诱导磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶合成，促进糖异生；胰岛素作用相反。,作用,机制,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,三、糖异生的生理意义,1、维持血糖浓度恒定 保证大脑、神经组织的正常功能 2、补充肝糖原 糖异生是肝糖原补充或恢复肝糖原储备的主要途径，是糖原合成间接途径（丙酮酸、乳酸等三碳化合物异生成糖原，又称三碳途径） 3、调节酸碱平衡 长期饥饿，肾糖异生作用增强有利于酸碱平衡，有利于排氢保钠作用，防止机体酸中毒。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,四、乳酸循环,肌糖原酵解产生大量乳酸，大部分则经血液运到肝脏，通过糖异生作用合成肝糖原或葡萄糖以补充血糖，血糖再被肌肉利用，如此形成乳酸循环（Cori循环）。,生理意义: 回收乳酸能量 防止乳酸中毒 更新肝糖原 补充肌肉消耗的糖,图示,乳酸循环是一个耗能过程，2分子乳酸异生成1分子葡萄糖要消耗6分子ATP。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,第四节 血糖及其调节,血糖（blood sugar）是指血液中的葡萄糖。（glucose,G） 血糖浓度：3.896.11mmol/L （安静、空腹、停食1214小时） 血糖浓度相对恒定对于保证组织器官特别是大脑组织的正常活动有重要意义。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,一、血糖的来源和去路,去 路,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,二、血糖浓度的调节,机制：严格控制血糖的来源和去路 血糖浓度的动态平衡是 肝、肌肉、肾等器官组织代谢协调的结果 神经、激素调节的结果 糖、脂肪、氨基酸代谢调节的结果 酶水平的调节是最基本的调节方式和基础,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（一）肝脏调节,肝脏是调节血糖浓度的主要器官 具有参于糖代谢的各种酶 肝糖原合成 肝糖原分解 糖异生,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（二）激素的调节,血糖浓度及糖代谢的调节最重要的因素。 降低血糖的激素：胰岛素 升高血糖的激素：胰高血糖素 肾上腺素 肾上腺皮质激素 生长素 甲状腺素,说明,互相协调 互相制约,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,激素的调节,说明,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,三、血糖水平异常,空腹血糖浓度高于7.227.78mmol/L称为高血糖（hyperglycemia） 。 空腹血糖浓度低于3.333.89mmol/L称为低血糖。 (hypoglycemia),2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（一）生理性高血糖与糖尿,在生理情况下，血糖超过肾糖阈(血糖浓度高于（8.8910.00mmol/L）时出现的糖尿，属生理性糖尿(glucosuria) 。 如：情感性糖尿 饮食性糖尿,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（二）病理性高血糖及糖尿病,糖尿病(diabetes)是一组病因和发病机理尚未完全阐明的内分泌代谢性疾病，以高血糖为其主要标志。 病因：胰岛素分泌不足等（胰岛细胞损害） 分型：胰岛素依赖型（I型） 非胰岛素依赖型（II型）,说明,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,（三）低血糖,常见病因： 饥饿、不能进食等 胰岛素-细胞机能亢进、胰岛素分泌过多 内分泌功能紊乱 肝脏疾病等引起的肝功能不良 对机体的影响： 影响脑的正常功能（血糖是大脑的主要能源） 出现头昏、心悸、饥饿感及出冷汗等 严重时患者出现昏迷，称为低血糖休克 如不及时补充血糖可导致死亡,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖的结构式（1）,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖的结构式（2）,糖原结构,功用,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖原模式图,糖原,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖类消化图解,注： -淀粉酶、-葡萄糖苷酶能水解1，4糖苷键 -极限糊精酶则水解1，6糖苷键,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖类消化图解（2）,说明：1、糖的吸收形式主要是葡萄糖。 2、己糖的吸收是消耗ATP的主动吸收过程，而戊糖靠被动扩散吸收。 3、糖的贮存形式是糖原（肝、肌糖原共约400g）；而脂肪也可视为糖的另一种贮存形式。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,消化吸收补充说明,人类食物中的糖有淀粉、糖原、蔗糖、乳糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖及纤维素等 ，纤维素不被消化，但纤维素能促进肠管蠕动 ，其余的糖被消化道中水解酶类分解为单糖后才被吸收 唾液中含有唾液淀粉酶 ，胃液中不含水解糖类的酶类，小肠是糖消化的主要场所，肠液中有胰腺分泌的胰淀粉酶,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,消化所生成的单糖主要在小肠上段被吸收扩散入血，循门静脉入肝，并输送到全身各组织器官中利用。 目前认为单糖至少有两种吸收转运系统： 1）Na+单糖共转运系统，依赖钠泵并消耗ATP，对葡萄糖和半乳糖有高特异性； 2）不依赖Na+ 的单糖转运系统，对果糖有高特异性。两种吸收转运系统都有特异性载体蛋白参与。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,己糖激酶与葡萄糖激酶的比较,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖酵解全过程,乳酸脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖酵解反应式（1） (己糖磷酸酯生成),注意： 1、消耗2分子ATP 2、限速步骤与限速酶,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖酵解反应式（2）(磷酸丙糖生成),2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖酵解反应式（3） (丙酮酸生成),2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,糖酵解中ATP的消耗和生成,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,F-2,6-BP,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,丙酮酸脱氢酶系的作用机制,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,1 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP TPP为焦磷酸硫胺素，是维生素B1的活性形式。能协助E1使丙酮酸脱羧生成CO2，并形成羟乙基-TPP。 2 乙酰基转移 硫辛酸是一种脂溶性维生素，是含有二硫键的八碳羧酸，其羧基可与E2酶蛋白的赖氨酸残基的-氨基以酰胺键结合，形成硫辛酰胺-E2，使羟乙基-TPP上的羟乙基氧化成乙酰基，并使乙酰基转移到硫辛酰胺的巯基上，进一步作用使乙酰基转移到辅酶A，形成乙酰CoA。,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,3 氧化还原反应 羟乙基氧化成乙酰基时脱下的氢使硫辛酰胺上二硫键还原成二个巯基，形成二氢硫辛酰胺，在E3的作用下，二氢硫辛酰胺脱氢重新生成硫辛酰胺，以进行下一轮的反应。脱下的氢由FAD接受，形成FADH2。在E3的催化下，FADH2上的氢转移给NAD+，形成NADH+H+。,全过程是不可逆的连续反应，中间产物不离开复合体，保证迅速完成 丙酮酸氧化释放的能量以高能硫酯键形式储存进入乙酰CoA，是重要中间物,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,三羧酸循环全过程,概要,2019/5/20,Department of Biochemistry, Hangzhou Medical College,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,琥珀酰辅酶A,三羧酸循环,概要,2019/5/20,Depar