复旦生物化学代谢部分课件-糖代谢１

糖代谢(CarbohydrateMetabolism)一．糖的消化吸收二．血糖及其调节三．糖元的合成与分解四．糖的分解代谢五．糖元异生六．糖代谢紊乱七．光合作用“燃料”物质共同的代谢过程第Ⅰ阶段，有机物酶解为组成物质[单体]。第Ⅱ阶段，小的燃料分子分解为几种常见的中间物，主要是丙酮酸和乙酰-CoA，可放出少量能量。第Ⅲ阶段，一条共同代谢途径，即Krebs循环。中间物被完全氧化成CO2，生成的电子传递给NAD+等电子载体，释放少量能量，生成的中间物可用作生物合成的前体。第Ⅳ阶段，电子传递和氧化磷酸化，电子传递给O2，生成H2O，释放的能量用于ATP生成。分解代谢的几个阶段糖的消化吸收淀粉(starch)等糖类物质口腔，-amylase，少量作用胃，几乎不作用小肠，胰-amylase，主要的消化场所麦芽糖、糊精[食物中的蔗糖、乳糖等]麦芽糖酶，糊精酶，蔗糖酶，乳糖酶等葡萄糖、半乳糖、果糖等肠粘膜细胞肠壁毛细血管门静脉血液组织、细胞（…代谢）口腔胃小肠淀粉-淀粉酶（唾液、胰）麦芽糖麦芽寡糖-糊精麦芽糖酶-糊精酶葡萄糖糖的消化(Digestion)amylase糖的吸收糖类被分解成单糖时才能被吸收。吸收速率：若以葡萄糖的吸收速率为100，各种单糖的吸收速率依次为：半乳糖（110）＞葡萄糖（100）＞果糖（43）＞甘露糖（19）＞木糖（15）＞阿拉伯糖（9）。吸收方式:（主动转运）：肠粘膜上皮细胞纹状缘上的转运体蛋白选择性的将葡萄糖、半乳糖从肠腔粘膜表面转入细胞内，然后再扩散入血液。转运蛋白的作用需要钠离子转运的存在-Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependentglucosetransporter，SGLT)，分布于小肠、肾小管上皮。葡萄糖是哺乳动物细胞能量及碳架代谢的主要原料，是一种极性分子，只能以主动转运和易化扩散的方式通过细胞膜。其跨膜转运由钠依赖性葡萄糖转运体(sodiumdepedentglucosetransporter,SGLTs)和易化扩散的葡萄糖转运体(faciliatedglucosetransporter,GLUTs)两大家族来完成。至今为止，SGLT家族中已发现6种亚型，GLUT家族中已发现12种亚型。每种葡萄糖转运体都有特异的组织分布和生化特性。GLUTs除转运葡萄糖外，还可转运去氢抗坏血酸、D-甘露醇、D-半乳糖和D-果糖等。门静脉SGLTADP+PiATPGlu2Na+K+Na+泵小肠粘膜细胞肠腔刷状缘细胞内膜Na+小肠肠腔肠粘膜上皮细胞门静脉肝脏体循环各种组织细胞GLUTGLUT：葡萄糖转运体(glucosetransporter)SGLT血糖(BloodSugar)的来源血糖指血液中的葡萄糖，是糖在体内的运输形式。健康人的[血糖]相当稳定，空腹时为80-120mg/dL。血糖来源：1.食物糖的消化吸收（主要来源）；2.其他糖葡萄糖（肝脏中）（重要来源）；3.非糖物质（甘油、乳酸、氨基酸等）葡萄糖（糖元异生，肝脏中）。血糖(BloodSugar)的去路1.各组织、细胞内氧化；2.转变为肝糖元、肌糖元储备；3.转变为非糖物质或其他糖；4.过高时（160-180mg/dL），糖尿排出。血糖4.44～6.67mM肝糖原糖原脂肪、氨基酸、核糖等随尿排出＞8.89mM分解非糖物质合成血糖的来源和去路[血糖]的调节正常情况，来路去路，维持动态平衡1、肝脏调节[血糖]正常水平，肝糖元Glc，[Glc]。[血糖]正常水平，Glc肝糖元，[Glc]。2、2、肾脏调节肾糖阈：肾脏所能保持的最高[Glc]在160-180mg/dL。正常情况，肾小管能重吸收肾小球滤液中的葡萄糖，回收到血液中。[血糖]的调节(续）3、神经系统的调节直接调控，[Glc]〈70-80mg/dL，情绪激动和过度兴奋刺激交感神经或刺激延脑第四脑室，引起“糖中枢”的反射性兴奋，经中枢传给肝脏，糖原分解补充血糖。神经-体液的调节4、激素调节A.InsulinB.AdrenalinC.GlucagonD.Growthhormone(GH)E.GlucocorticoidF.Thyroxine胰岛素和胰高血糖素对血糖浓度的调节胰岛素和胰高血糖素对血糖浓度的调节的作用靶肾上腺素对血糖浓度的调节肝糖原肌糖原血糖血乳酸氧化分解为H2O，CO2和能量脂肪糖的吸收胰+肾+胰高+生+甲+甲+胰+胰+胰+甲+生-皮-肾+胰-肾+胰高+皮+甲+胰、甲+生、皮-甘油、生糖氨基酸等激素对血糖的调节作用总图耐糖（SugarTolerance）现象指健康的人由于糖代谢调节功能的健全，即使一次食入大量糖，[Glc]也只是暂时升高，随即恢复到正常水平。•耐糖曲线：早晨空腹时测定血糖浓度，然后一次食入葡萄糖约100克（1.5-1.75g/kg体重），再每隔0.5、1、2、3、4小时分别测定血糖浓度，以时间为横坐标，血糖浓度为纵坐标绘制曲线。观察人体处理所给予葡萄糖的能力—葡萄糖耐量（耐糖现象）耐糖曲线SugarToleranceCurve30609012015018040035030025020015010050血糖浓度mg/dl糖尿病患者（重症）糖尿病患者（轻症）健康人肾上腺皮质机能减退者高胰岛素血症者时间（分）血糖糖代谢概况食物糖消化葡萄糖吸收(肝脏)葡萄糖肝糖原合成分解乳酸(血液)肌糖原葡萄糖合成有氧氧化CO2+H2O+ATP糖酵解乳酸+ATP血乳酸(肌肉)转变为其他物质(大量)(少量)糖原代谢GlycogenMetabolismGlycogenFunction•Inliver–Thesynthesisandbreakdownofglycogenisregulatedtomaintainbloodglucoselevels.•Inmuscle-Thesynthesisandbreakdownofglycogenisregulatedtomeettheenergyrequirementsofthemusclecell.LiverCellGlycogenstructure•Largemolecule•Branchpointsarefrequent(abouteveryfourthresidue)–allowsglucoseresiduestobeeasilyaddedorremovedquickerthanalinearmolecule.Glucoseresidueslinkedby(1-4)glycosidicbondsintochains&chainsbranchvia(1-6)linkage糖原合成GlycogenSynthesis糖原磷酸化酶（GlycogenPhosphorylase）糖原合成相关的酶有三个：1.糖原磷酸化酶[glycogenphosphorylase,orphosphorylatingenzyme]，肌肉、肝脏中存在，主要功能是催化糖原的降解，生成G-1-P。但离体酶可催化合成反应：G-1-P+nG(n+1)G+Pi糖原合成酶（GlycogenSynthase）2.糖原合成酶肌肉、肝脏中，催化糖原直链部分的合成，把活化的葡萄糖(UDPG)（称活性葡萄糖）加到糖原分子的非还原末端上使糖链延长：UDPG+nG(n+1)G+UDPUDPG的合成D-Glc+ATPD-Glc-6-P+ADP(肝中由葡萄糖激酶催化、肌肉中由己糖激酶催化）Glc-6-PGlc-1-P（磷酸葡萄糖变位酶）Glc-1-P+UTPUDPG+PPi（UDPG焦磷酸化酶）（糖原合成的关键反应）UDPGpyrophosphorylase++PPi1-磷酸葡萄糖UTPUDPG糖原合成反应糖元合成酶-1，4糖原分枝的生物合成糖原合成酶不能直接催化糖原分枝-1，6糖苷键的生成，必须由糖原分枝酶催化[amylo(14)transglycosylase,orglycosyl-(46)transferase]，催化由糖原分枝（至少11个糖残基）的非还原端转移6或7个葡萄糖残基到同一个或另一个糖原分子更内部位置的葡萄糖分子的C6羟基上，形成一个新的分枝。糖原分枝酶[GlycogenBranchingEnzyme]3.糖原分枝酶（又称Glucosyl46transferase）催化糖原支链的形成，糖原-1,6糖苷键的分支点不是以逐个添加Glc残基的方式合成的，分枝酶把一段糖原分子末端的一段切下来转移到链上的另一点上形成糖原分枝。OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO分枝酶分枝酶的作用（1，41，6转葡萄糖基酶）（12-18）（6-7）糖原分枝的形成-模式图糖原分解（Glycogenolysis）糖原磷酸化酶[GlycogenPhosphorylase]１．糖原磷酸化酶催化直链糖原的分解，从糖原的非还原端断裂-1，4糖苷键，生成G-1-P，分解作用可以进行到-1，6分枝点两侧各余约4个Glc残基，产物为极限糊精和G-1-P。糖原磷酸化酶催化糖元分解糖原脱枝酶[DebranchingEnzyme]催化支链的转移和水解2．脱枝酶[去分枝酶]，极限糊精-1，6分枝点两侧的Glc残基经寡葡聚糖[1，41，4]转移酶转移到另一支链上，以-1，4形式连接到分枝末端Glc残基，经脱枝酶水解-1，6键，生成葡萄糖。剩下的糖残基由磷酸化酶催化进一步水解。转移酶和去分枝酶是同一个酶上的不同部分[两个活性位点]。OOOOOOOOOOOOOOO123磷酸化酶脱枝酶（葡聚糖转移酶,-1,6-糖苷酶）脱枝酶的作用糖原磷酸化酶和脱枝酶对糖元的降解---------------------------------糖元降解示意图水解释放的是葡萄糖糖原合成与分解示意图糖原合成酶和糖原磷酸化酶是被“相互调节”的•糖原合成酶存在非（去）磷酸化(a)和磷酸化(b)两种形式，活性形式(a)是非磷酸化形式，蛋白激酶催化酶合成酶分子上几个Ser残基磷酸化，转变为非活性或低活性形式（b），磷酸酯酶催化磷酸化蛋白去磷酸化，b转变为活性形式a。•磷酸化酶的调节包括共价和变构调节，活性形式a为磷酸化的（两个亚基的Ser14），去磷酸化变为非活性形式b（AMP是变构促进剂）。•糖原合成酶和磷酸化酶通过磷酸化-去磷酸化相互调节，一个被激活，另一个则被抑制。糖原合成酶和糖原磷酸化酶的相互调节激素对糖原代谢的调节作用肾上腺素对糖原磷酸化酶的作用肾上腺素对蛋白磷酸酯酶的作用胰岛素对糖原代谢酶的作用乳酸循环(Coricycle)肌糖原无氧氧化为乳酸，进入血液（血乳酸）回到肝脏经糖原异生为肝糖（原），再由血液在肌肉中转变为肌糖原的循环过程。骨骼肌和肝的代谢协作乳酸循环（Lactatecycle,Coricycle）乳酸循环的意义•无氧条件利用糖分解功能；•在有额余能量时异生为糖原储存能量，避免浪费；•维持酸碱平衡，避免酸中毒；•扩大代谢调节网络。