课件：第四章糖代谢.ppt

第四章 糖代谢,第一节 概述,一.糖的生理功用 1.氧化产能 2.是机体的重要组成成分之一 3.参与形成具有特殊生理功用的糖蛋白：如激素、受体等 4.参与形成重要的生物活性物质，如ATP、NAD+、DNA等 二.糖代谢概况,第二节 糖的无氧氧化,一.糖酵解（glycolysis)概念 机体在缺O2情况下，葡萄糖（glucose .G）经一系列酶促反应过程生成丙酮酸，再进一步还原生成乳酸的过程。 并生成少量能量ATP,整个反应过程在细胞 液中进行。,二.反应过程： 分二阶段：（一）G分解产生丙酮酸常称糖酵解途径 见P91 图4-1 （二）丙酮酸还原生成乳酸：乳酸是缺O2时G分解的必然产物。 反应过程小结： 1.整个糖酵解过程，基本是可逆的，但有三步反应不可逆，分别由己糖激酶(hexokinase)、6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphofructokinase-1. PFK-1）及丙酮酸激酶(pyruvate kinase)催化。这三个酶的活性高低控制着整个糖酵解过程的速度，称它们为糖酵解过程的限速酶。 其中最主要的是： 6-磷酸果糖激酶-1,2.有二个底物水平磷酸化（在反应过程直接由ADP磷酸化成ATP） (1)1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 （2）磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 (phosphoenolpyruvate.PEP),ADP,ATP,磷酸甘油酸激酶,ADP,ATP,丙酮酸激酶,3.一分子G经糖酵解反应后净生成2分子ATP（共生成4分子，反应过程中消耗2分子） 4.有一次脱H反应，生成NADH+H+,在缺O2时，使丙酮酸还原生成乳酸，因此，乳酸是糖无O2分解时的必然产物 5.生醇发酵,三.调节（主要的） 糖酵解有三个限速酶，其中主要是6-磷酸果糖激酶-1 1. 6-磷酸果糖激酶-1，它是变构酶 F-6-P F-1,6-BP ATP AMP、ADP 柠檬酸 F-1,6-BP、F-2,6-BP,6- P 果糖激酶-1,_,+,2.丙酮酸激酶 PEP 丙酮酸 ATP F-1,6-BP E- P（失活）,丙酮酸激酶,磷酸化,脱磷酸化,_,+,3.己糖激酶 G G-6-P,己糖激酶,_,四.生理意义 糖酵解的主要生理意义是在缺O2时迅速产生能量供机体需要，一分子G经糖酵解反应后净生2分子ATP，其供能作用表现在： 1.机体特殊急性生理缺O2情况下，机体获得能量的重要方式。如短跑运动员腿部肌肉收缩所需的能量 2.某些组织即使在供O2充足的情况下，也仍然依靠糖酵解获得能量，如RBC、WBC、视网膜、神经细胞等 3.某些病理情况下如循环衰竭、呼吸衰竭时，组织缺O2，机体所需能量主要来自糖酵解。此时产生大量乳酸，产生乳酸酸中毒。,第三节 糖的有氧氧化 （aerobic oxidation）,一.概念 机体内糖在有氧情况下彻底氧化分解产生CO2、H2O及大量能量ATP的过程。整个反应主要在线粒体内进行。糖的有氧氧化是生理情况下机体获得能量的主要方式,二.反应过程：分三阶段 （一）由G 丙酮酸：即糖酵解途径（前述） （二）丙酮酸从细胞液进入线粒体内，经氧化脱羧反应生成乙酰coA 丙酮酸+HS-coA 乙酰coA,NAD+,NADH+H+,CO2,丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸脱氢酶复合体：包括三种酶及五种辅酶： 三种酶：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） 五种辅酶：TPP(含B1)、硫辛酸、FAD(含B2)、NAD+(含PP)、oA(含泛酸) 这三种酶及五种辅酶催化丙酮酸 乙酰oA的分子机制是（P94.图4-4）,（三）乙酰oA经三羧酸循环彻底氧化： 1.三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle. TAC）的概念 由草酰乙酸与乙酰CoA缩合成柠檬酸开始，在一系列酶的催化下，经四次脱氢，两次脱羧等反应过程。生成四分子还原当量及二分子CO2,氧化分解掉一分子乙酰CoA，最后生成草酰乙酸，它又可第二次与乙酰CoA缩合成柠檬酸，重复上述过程，不断循环，因为是从含有三个羧基的柠檬酸开始的，故称TAC，也称krebs循环,2.TAC反应过程（P98.图4-5） 小结：（1）每一次TAC经四次脱氢二次脱羧等反应过程，氧化分解掉一分子乙酰CoA （2）一次TAC有四次脱H，其中三次脱H由NAD+接受生成三分子NADH+H+（三分子还原当量），一次脱H由FAD接受，生成一分子FADH2(一分子还原当量)，它们都能经氧化磷酸化生成ATP （后述：一分子NADH+H+ 还原当量经氧化磷酸化生成2.5分子ATP; 一分子FADH2 还原当量经氧化磷酸化生成1.5分子ATP ）,（3）TAC过程，有一次底物水平磷酸化： 琥珀酰coA 琥珀酸 （4）一分子乙酰CoA经TAC彻底氧化分解后，可生成10分子ATP (5)TAC过程有三个限速酶：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶复合体 （6）TAC的中间物能与其它物质经行相互转变，因此，它们能不断地进行更新和补充：如 草酰乙酸 天冬AA -酮戊二酸 谷AA,Pi+GDP,GTP,coA-SH,琥珀酰coA合成酶,三.糖有氧氧化及TAC的生理意义 （一）氧化产能供机体生命活动需要：正常生理情况下，机体主要依靠糖有氧氧化获得ATP，满足机体需要。一分子G经糖有氧氧化彻底氧化后，可净生32或30分子ATP。 （二）糖有氧氧化途径尤其是TAC，它不仅是糖分解代谢的主要途径，也是脂肪、AA、糖三大营养物质氧化分解代谢的共同最终途径。（P223） （三）糖的有氧氧化途径，尤其是TAC，是糖、脂肪、AA（蛋白质）三大物质相互转变、相互代谢联系的共同枢纽。,四.糖有氧氧化的调节 （一）丙酮酸脱氢酶复合体： 它是变构酶，也是修饰酶 1.变构酶 丙酮酸 乙酰CoA 乙酰coA AMP DADH+H+ ATP,丙酮酸脱氢酶复合体,+,_,2.修饰酶 （E1、E2、E3） （E1、E2、E3）- P （有活性 ） ( 无活性) 乙酰coA NADH+H+,ATP,ADP,激 酶,+,（二） 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 （三）巴斯德效应的调节 有氧时，糖有氧氧化对糖酵解的抑制，称巴斯德效应（Pasteur) 缺氧时，糖酵解增强，有氧氧化减弱，称反巴斯德效应,NADH/NAD+,ATP/ADP,第四节 葡萄糖的其它代谢途径,一.磷酸戊糖分解途径(pentose phosphate pathway) （一）反应过程：分二阶段 1.由G-6-P氧化分解产生磷酸戊糖及NADPH+H+（P102） 2.由多个磷酸戊糖经转酮醇基、转醛醇基反应，生成6-磷酸果糖及3-磷酸甘油醛，然后进入糖酵解途径（P103）,反应过程小结： （1）6-磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose -6-phosphate dehydrogenase. G6PD)是磷酸戊糖途径的限速酶 （2）这条途径是体内生成5-磷酸核糖的唯一反应 （3）这条途径是体内生成NADPH的唯一反应,（二）生理意义 磷酸戊糖途径的意义在于产生5-磷酸核糖及NADPH+H+,从而发挥重要功用。 1. 5-磷酸核糖是合成核苷酸（核酸）的原料： 这条代谢途径是体内生成5-磷酸核糖的唯一反应，5-磷酸核糖是合成核苷酸（核酸）的原料，因此，生长、更新快的组织，磷酸戊糖途径进行得也就比较旺盛。如肝、创伤组织恢复期等。,2.这条途径是体内生成NADPH+H+的唯一反应， NADPH+H+具有重要的生理功用，表现在： （1） NADPH+H+是体内合成一些重要物质的供H体。如脂肪酸、胆固醇等的合成过程中，都需要NADPH+H+提供H。 （2） NADPH+H+参与体内的羟化反应，从而表现多种功用： 参与肝脏的生物转化作用 RH+O2+NADPH+H+ ROH+H2O+NADP+ 胆汁酸、类固醇激素的合成等,（3）维持谷胱甘肽在还原状， 从而保护体内的巯基酶、 巯基蛋白及生物膜免遭氧化。当RBC内G6PD缺乏时，NADPH+H+生成减少，RBC膜、Hb易受氧化损伤，在服用蚕豆，某些药物后能诱发急性溶血，称蚕豆病（黄）或者药物性溶血。,2GS,NADPH+H+,2GSH,NADP+,二.糖醛酸循环(glucuronate pathway) （一）反应过程（P104） G-6-P G-1-P UDPG UGPGA 5-磷酸木酮糖 磷酸戊糖途径,UTP,PPi,H2O,2H,（二）意义： 1.生成活性葡萄糖醛酸（UDPGA），其作用： （1）它是蛋白聚糖、透明质酸的重要组成成分 （2）是肝脏生物转化的重要物质 （P417.427） 2.生成UDPG是糖原合成过程所需要的 （P105）,第五节 糖原合成及分解,一，糖原(glycogen)合成 （一）由G转变成糖原(Gn)的过程，称糖原合成。主要部位在肝脏及肌肉组织。糖原合成不是从头产生新的糖原分子，而是使原来已有的小分子糖原的分子增大。 (二)反应过程（P105.图4-10） 1.G-6-P的生成（前述） 2.G-1-P的生成 3.UDPG的生成 4.糖原生成： Gn+UDPG G(n+1)+UDP 5.分支酶的作用,糖原合成酶,小结： （1）糖原合成酶(glycogen synthase)是糖原合成过程的限速酶。其磷酸化后活性降低,脱磷酸化后活性增高。 （2）糖原合成过程需要消耗能量，糖原分子上每增加一个G单位，需消耗2分子ATP。,二.糖原分解（glycogenolysis) （一）概念：由糖原（Gn）分解成G的过程称糖原分解。肝糖原分解时才能产生G，而肌糖原分解时不能产生G (二)反应过程（P105.图4-10） 1.G-1-P的生成 2.G-6-P的生成 3.G的生成 G-6-P+H2O G+H3PO4 4.脱支酶的作用,葡糖糖-6-磷酸酶,小结： （1）磷酸化酶(phosphorylase)是糖原分解的限速酶。其磷酸化后活性升高，脱磷酸化后，活性降低。 （2）葡萄糖-6-磷酸酶，肝脏中丰富，而肌肉中缺乏此酶。因此，肝糖原分解时才产生G，肌糖原分解时不能产生G (3)糖原分解时不消耗能量,第六节 糖异生 (gluconeogenesis),一.概念：由非糖物质如乳酸、丙酮酸、甘油、生糖AA等，转变成G或糖原的过程，称糖异生作用。主要部位在肝脏。 二.反应过程：糖异生过称基本按照糖酵解的逆向经行，但有三步反应不可逆，需由另外的酶催化来绕过这三个不可逆反应:,（一）丙酮酸经丙酮酸羧化支路绕过不可逆反应生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） PEP 草酰乙酸 丙酮酸,G,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶（生物素）,ATP,ADP+Pi,CO2,PEP羧激酶,GTP,GDP,CO2,(二)1，6-二磷酸果糖，由果糖二磷酸酶-1催化来绕过不可逆反应，生成6-磷酸果糖。 F-6-P F-1,6-DP （三）G-6-P，由葡萄糖-6-磷酸酶催化来绕过不可逆反应，生成G G G-6-P,H2O,Pi,果糖二磷酸酶-1,ATP,ADP,6-磷酸果糖激酶-1,Pi,H2O,葡萄糖-6-磷酸酶,ATP,ADP,己糖激酶,因此，糖异生作用时，要绕过三个不可逆反应，需要经四个酶的催化： 丙酮酸羧化酶、 PEP羧激酶、 果糖二磷酸酶-1、 葡萄糖-6-磷酸酶 称这四个酶为糖异生过程的限速酶,三.糖异生的生理意义 1.参与维持空腹或饥饿时血糖浓度的相对恒定。 2.补充恢复糖原的储备，特别在空腹或饥饿时更为重要。 3.参与维持酸碱平衡：酸中毒时【H+】增加,糖异生作用增强，有利于H+的排出。酸中毒时PEP羧激酶活性增加.,第八章 血糖及其调节,一.血糖（blood sugar)的概念 血液中的葡萄糖称之为血糖，正常人空腹血糖浓度为3.96.1mmol/L,二.血糖的的来源及去路 来源：（1）食物消化吸收 （2）肝糖原分解 （3）糖异生作用 去路： （1）彻底氧化分解产生CO2、H2O及ATP （2）糖原合成：合成肝糖原、肌糖原等 （3）转变成脂肪及AA （4）转变成其他糖：经磷酸戊糖途径生成 5- 磷酸核糖、4C、5C、7C糖等 （5）肾排出：血糖浓度大于肾糖阈值时 （8.9mmol/L),三.血糖浓度调节 （一）器官调节：只要是肝脏的调节， 此外，还有肌肉的调节。 （二）激素调节：（1）胰岛素：使血糖 （2）胰高血糖素：使血糖 （3）肾上腺素：使血糖 （4）