06糖代谢.

第六章糖代谢第一节概述第二节糖的分解代谢第三节糖原的合成与分解第四节糖异生第五节血糖及其调节第一节概述一、糖的化学糖的概念：即碳水化合物，是指多羟基醛或多羟基酮及其衍生物或多聚物。糖的分类：根据水解产物的情况，主要分为单糖、寡糖、多糖、结合糖。单糖：葡萄糖、果糖、核糖等寡糖：麦芽糖(maltose，葡萄糖—葡萄糖)，蔗糖(sucrose，葡萄糖—果糖)，乳糖(lactose，葡萄糖—半乳糖)多糖：淀粉(starch)，糖原(glycogen)，纤维素(cellulose)结合糖：糖与非糖物质的结合物。糖脂(glycolipid)：糖与脂类的结合物。糖蛋白(glycoprotein)：糖与蛋白质的结合物。二、糖的生理功能氧化分解，供应能量糖类所供给的能量是机体生命活动主要的能量来源。正常情况下机体所需总能量的50～70%来自糖的氧化分解。1mol葡萄糖在体内完全氧化可释放2840kJ的能量。储存能量，维持血糖糖在体内可以糖原形式储存，当机体需要时，糖原分解，释放入血，有效地维持正常血糖浓度。提供原料，合成其他物质糖可转变为脂肪酸和甘油，进而合成脂肪；可转变为某些氨基酸以供机体合成蛋白质所需；可转变为葡萄糖酸，参与机体生物转化反应等。参与构造组织细胞核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分；糖与脂类或蛋白质结合形成糖脂、糖蛋白或蛋白聚糖（统称糖复合物）。糖复合物不仅是细胞的结构分子，而且是信息分子。体内许多具有重要功能的蛋白质都是糖蛋白，如许多酶类和凝血因子等。其它功能参与构成体内一些具有生理功能的物质，如免疫球蛋白、血型物质及部分激素等。三、糖的消化吸收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，以淀粉为主。食物中含有的大量纤维素，因人体内无-糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。消化部位主要在小肠，少量在口腔。糖的吸收：主要在小肠上段以单糖形式吸收。四、糖代谢概况：第二节糖的分解代谢一、糖的无氧氧化（糖酵解，EMP途径）1、概念：葡萄糖或糖原在无氧或缺氧情况下，分解成乳酸并释放出少量能量的过程。2、反应过程：在细胞液中进行分三个阶段第一阶段：葡萄糖裂解为2分子磷酸丙糖（利用ATP阶段）第二阶段：磷酸丙糖转变为丙酮酸（生成ATP阶段）第三阶段：丙酮酸还原为乳酸葡萄糖裂解为2分子磷酸丙糖葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖：消耗ATP的不可逆反应，是第一个限速（关键）反应。葡萄糖磷酸化后容易参与反应磷酸化后的葡萄糖带负电荷，不能透过细胞膜，因此是细胞的一种保糖机制。已糖激酶是酵解途径的限速酶之一，Mg2+是其必需激活剂。哺乳动物体内已糖激酶同工酶有四种：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型主要存在于肝外组织专一性不强，对多种已糖起作用；Km较低，在0.1mmol/L左右，对葡萄糖有较强的亲和力；保证大脑等重要组织器官在血糖浓度较低时仍能利用葡萄糖供能。Ⅳ型存在于肝细胞中，也称葡萄糖激酶，可由胰岛素诱导专一性较强，只对葡萄糖起作用；Km较高，在10mmol/L左右，对葡萄糖的亲和力较低，只有在血糖浓度较高时才能发挥作用；在维持血糖水平中起重要作用。6-磷酸葡萄糖转化为6-磷酸果糖6-磷酸果糖生成1,6-二磷酸果糖：消耗ATP的不可逆反应，是第二个限速（关键）反应。磷酸丙糖的生成：反应可逆磷酸丙糖异构化磷酸丙糖氧化为丙酮酸3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸：反应脱下的氢由NAD＋接受生成NADH＋H＋。1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸：此步为底物水平磷酸化，反应可逆3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)：反应引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键PEP转变成丙酮酸：第二个底物水平磷酸化，反应不可逆，为第三个限速步骤。烯醇式立即自发转变为酮式。丙酮酸还原为乳酸：NADH+H+来自于3-磷酸甘油醛脱氢。糖酵解全过程3、糖酵解小结总反应式：C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2O反应条件：无氧或缺氧反应部位：细胞浆反应底物：葡萄糖/糖原反应产物：乳酸、ATP三个关键酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶催化三步不可逆反应。其中以磷酸果糖激酶活性最低，是最重要的限速酶。主要反应及重要中间产物：一次脱氢反应，一个加氢反应；二次耗能反应(以G为底物)，两次产能反应(产生ATP的方式是底物水平磷酸化)反应释放的能量较少，1分子葡萄糖可净生成2分子ATP。若从糖原开始，则净生成3分子ATP。终产物乳酸的去路：释放入血，进入肝脏再进一步利用，乳酸循环（糖异生）4、糖酵解的调节：糖酵解的调节主要通过调节三个关键酶的活性来实现磷酸果糖激酶-1（PFK-1）变构调节丙酮酸激酶变构调节：变构激活剂：F-1,6-BP；变构抑制剂：ATP、Ala。共价修饰调节：胰高血糖素通过cAMP和PKA使其磷酸化而抑制其活性。❖葡萄糖激酶或己糖激酶G-6-P可反馈抑制己糖激酶胰岛素可诱导葡萄糖激酶的合成5、糖酵解的生理意义糖酵解是机体在缺氧情况下供应能量的主要方式生理性缺氧：剧烈运动时，高原反应时病理性缺氧：呼吸或循环机能障碍、严重贫血或失血等糖酵解是红细胞供能的主要方式成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧氧化某些组织细胞如视网膜、睾丸、白细胞、肿瘤细胞等，即使在有氧条件下仍以糖酵解为其主要供能方式海拔5000米6、其它单糖的酵解二、糖的有氧氧化1、概念：葡萄糖在有氧条件下彻底分解生成CO2和H20并释放大量能量的过程。是糖氧化的主要方式。2、部位：胞液及线粒体3、反应过程：分三个阶段第一阶段：葡萄糖生成丙酮酸第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A第三阶段：乙酰辅酶A进入三羧酸循环彻底氧化为H2O和CO2并释放较多能量丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A：丙酮酸脱氢、脱羧、酰化生成乙酰CoA，是不可逆反应。丙酮酸脱氢酶复合体：由丙酮酸脱氢酶（E1）、二氢硫辛酰转乙酰酶（E2）和二氢硫辛酸脱氢酶（E3）三种酶组成。有5种辅酶，即TPP、硫辛酸、HSCoA、FAD和NAD＋。三羧酸循环（TricarboxylicAcidCycle，TAC）概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成柠檬酸，经过一系列脱氢、脱羧反应，再生成草酰乙酸的循环过程。由于此循环是从生成含有三个羧基的柠檬酸开始的，故得名三羧酸循环，也称柠檬酸循环。又由于是德国科学家HansKrebs于1937年首先提出，又称Krebs循环。反应过程：1）柠檬酸的生成：不可逆，TAC循环第一个限速反应2）柠檬酸异构为异柠檬酸：由顺乌头酸酶催化的可逆反应，经过中间产物顺乌头酸，将柠檬酸C3上的羟基转移到C2上。3）第一次氧化脱羧：不可逆，TAC循环第二个限速反应4）第二次氧化脱羧：第三个不可逆反应5）底物水平磷酸化反应：三羧酸循环中唯一的底物水平磷酸化6）琥珀酸脱氢氧化成延胡索酸：7）延胡索酸加水生成苹果酸：8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸：从前有一个柠檬（1）去海边，她遇到了一只乌（2），柠檬与乌贼一见钟情，于是柠檬追随乌贼住在了海里，变异成了异柠檬（3）。时光飞逝，异柠檬渐渐褪去青涩（异柠檬酸脱氢酶），有一天，在一丛水草之间，她发现了隐居在其中的一颗琥珀（4），她们发现彼此竟然如此相像！于是她们在两棵梧桐树（5）下郑重地结拜成了姐妹，从此大家就叫柠檬“琥珀腐妹”（7）（可见柠檬是个腐女喔喔）。后来大家认为此名过长，于是乎她有有了第二个名字—“酸琥珀”（8）。1、柠檬酸2、顺乌头酸3、异柠檬酸4、草酰琥珀酸5、a-酮戊二酸7、琥珀酰CoA8、琥珀酸柠檬有一个表弟住在盐湖城（9），名叫苹果（10）。一年夏天柠檬去看她的表弟，中途不幸遭遇车祸身亡（为了使故事显得有深度，我编成了悲剧„„）。人们追究这个传奇柠檬的身世，发现她是草酰乙酸（11）和乙酸腐妹A（11）的女儿，她的外公叫丙酮酸，外婆叫腐妹A（一家子都是腐女orz）。其实，在柠檬去看苹果的时候，苹果并不在家，他正巧去探望柠檬的老爸——草酰乙酸了(11）。9、延胡索酸10、苹果酸11、草酰乙酸三羧酸循环小结1）三羧酸循环总反应式：CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3（NADH+H+）+FADH2+GTPTAC运转一周的结果是氧化1分子乙酰CoA，草酰乙酸仅起载体作用，反应前后无改变。CO2中的C来源于草酰乙酸，而不是来自CH3CO～SCoA。2）反应部位及条件：线粒体，需氧参与3）关键酶：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，α-酮戊二酸脱氢酶复合体4）主要反应：一次底物水平磷酸化，二次脱羧，三个不可逆反应，四次脱氢(3次以NAD+为受氢体，1次以FAD为受氢体)5）ATP的生成：一次三羧酸循环生成10分子ATP，是产生ATP的主要途径；6）三羧酸循环的中间产物：三羧酸循环中间产物起类似催化剂的作用，本身无量的变化。表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，可被反复利用。但是，I、机体内各种物质代谢之间是彼此联系，TAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质。Ⅱ、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。草酰乙酸天冬氨酸α-酮戊二酸谷氨酸柠檬酸脂肪酸琥珀酰CoA卟啉草酰乙酸草酰乙酸脱羧酶丙酮酸CO2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α-酮戊二酸谷氨酸3、乙醛酸循环：三羧酸循环支路4、糖有氧氧化的生理意义有氧氧化是机体获得能量的主要方式。产生或消耗ATP的反应ATP数的增减无氧分解阶段：1．葡萄糖6-P-葡萄糖-13．6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖-16．3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸2NADH+3或57．2×1，3-二磷酸甘油酸2×3-磷酸甘油酸+210．2×磷酸烯醇式丙酮酸2×丙酮酸+22×丙酮酸2×乙酰CoA2NADH+5TAC循环阶段：4．异柠檬酸草酰琥珀酸2NADH+56．-酮戊二酸琥珀酰CoA2NADH+57．琥珀酰CoA琥珀酸2GTP+28．琥珀酸延胡索酸2FADH2+310．苹果酸草酰乙酸2NADH+5净生成30或32三羧酸循环是三大营养物质彻底氧化分解的共同通路。三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸等物质代谢联系的枢纽。5、糖有氧氧化的调节丙酮酸脱氢酶系的调节变构调节AMP为激活剂乙酰辅酶A、NADH、ATP为抑制剂共价修饰调节磷酸化后失活乙酰CoA柠檬酸草酰乙酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸异柠檬酸苹果酸NADHFADH2GTPATP异柠檬酸脱氢酶柠檬酸合酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体–ATP+ADPADP+ATP–柠檬酸琥珀酰CoANADH–琥珀酰CoANADH+Ca2+Ca2+①ATP、ADP的影响②产物堆积引起抑制③循环中后续反应中间产物反馈抑制前面反应中的酶④其他，如Ca2+可激活许多酶❖三羧酸循环的调节6、巴斯德效应：概念：有氧氧化抑制糖酵解。机理：有氧时NADH+H+可进入线粒体内氧化，于是丙酮酸就进行有氧氧化而不生成乳酸——有氧氧化可抑制糖酵解。缺氧时，氧化磷酸化受阻，ADP与Pi不能合成ATP，致使ADP/ATP比值升高，而激活糖酵解途径的限速酶。三、磷酸戊糖途径1、概念：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。2、反应过程：细胞定位：胞液，主要发生在肝脏、脂肪组织、哺乳期乳腺、肾上腺皮质、性腺、骨髓和红细胞等。反应过程可分为二个阶段第一阶段：氧化反应，生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2第二阶段：非氧化反应，包括一系列基团转移。磷酸戊糖生成(第一阶段)基团转移反应(第二阶段)3、磷酸戊糖途径小结总反应式：3×6-磷酸葡萄糖+6NAD