07第七章糖代谢.

第七章糖代谢(MetabolismofCarbohydrates)糖是一大类有机化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。一、什么是糖二、糖的分类按其水解产物可分为四类。(四)结合糖(glycoconjugate)(一)单糖(monosacchride)(二)寡糖(oligosacchride)(三)多糖(polysacchride)葡萄糖(glucose)果糖(fructose)半乳糖(galactose)核糖(ribose)麦芽糖(maltose)乳糖(lactose)蔗糖(sucrose)淀粉(starch)糖原(glycogen)纤维素(cellulose)糖脂(glycolipid)糖蛋白(glycoprotein)第一节概述(outline)一、糖的功能(一)氧化供能糖提供人体所需50％～70％的能量，1mol葡萄糖可氧化产生2840kJ的能量。(二)维持血糖糖原储存能量，维持血糖恒定。(四)构成组织细胞糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等是组织细胞的重要成分。(三)提供合成原料可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。(五)其他功能构成免疫球蛋白、血型物质、凝血因子等。二、糖代谢的概况磷酸戊糖NADPH葡萄糖氧化分解丙酮酸有氧氧化无氧氧化乳酸糖异生乳酸、氨基酸、甘油糖原糖原分解糖原合成磷酸戊糖途径食物消化吸收大量ATP少量ATP乙酰CoAH2O及CO2肌糖原，250~400g，氧化供能。肝糖原，70~100g，维持血糖。糖原(glycogen)是体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。糖原储存第二节糖原的合成与分解(GlycogenesisandGlycogenolysis)目录1.葡萄糖残基以α-1,4-糖苷键形成长链。2.约10个葡萄糖残基处形成分枝，分枝处葡萄糖以α-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。3.每条链都终止于一个非还原端。非还原端增多，以利于其被酶分解。糖原的结构特点及其意义一、糖原合成(一)合成部位1.组织定位主要在肝、肌肉2.细胞定位胞浆(二)糖原合成过程6-磷酸葡萄糖1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖葡萄糖ATPADP己糖激酶;葡萄糖激酶(肝)OHHOOHHOHHOHHHCH2OHHPOOHHOOHHOHHOHHHCH2OHHOH2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖由于糖原分子延长需形成α-1,4-糖苷键，故葡萄糖分子C1上的羟基须活化，有利于与糖原末端葡萄糖残基的游离C4羟基缩合。1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖OHHOOHHOHHOHHHCH2OHHPOOHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHPUDPG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PPiUDPG焦磷酸化酶尿苷二磷酸葡萄糖(uridinediphosphateglucose,UDPG)（UTP）1-磷酸葡萄糖OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP尿苷PPPPPPOHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP尿苷PP糖原n+UDPG糖原n+1+UDP糖原合酶4.糖原分子的延长焦磷酸（ppi）1.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。2.糖原合酶(glycogensynthase)是糖原合成过程的关键酶。3.糖原合成是消耗能量的过程需要消耗2个高能磷酸键的能量。(三)糖原合成反应的特点OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO4.糖原分枝的形成分支酶(branchingenzyme)α-1,4-糖苷键α-1,6-糖苷键二、糖原分解(一)反应过程糖原n+1糖原n+1-磷酸葡萄糖磷酸化酶1.糖原分解为1-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶2.1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖3.6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶（肝，肾）葡萄糖6-磷酸葡萄糖4.脱枝酶的作用①转移葡萄糖残基②水解-1,6-糖苷键转移酶活性α-1,6糖苷酶活性OOOOOOOOOOOOOOOOOO磷酸化酶脱枝酶(dabranchingenzyme)在几个酶的共同作用下，最终产物中的85％为1-磷酸葡萄糖，15％为游离葡萄糖。糖原的合成与分解总图UDPG焦磷酸化酶G-1-PUTPUDPGPPi糖原n+1UDPG-6-PG糖原合酶磷酸葡萄糖变位酶己糖(葡萄糖)激酶糖原nPi磷酸化酶葡萄糖-6-磷酸酶（肝）糖原n三、糖原合成与分解的意义(一)糖原是葡萄糖的一种储存形式。当糖供应丰富及能量充足时，一部分糖可合成糖原储存。当糖的供应不足或能量需求增加时，储存的糖原可分解为6-磷酸葡萄糖，为机体氧化供能。(二)因肝、肾有葡萄糖-6-磷酸酶，故肝糖原可分解为葡萄糖，释放入血，维持血糖浓度。(三)肌肉组织无葡萄糖-6-磷酸酶，所生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，只能氧化供能。四、糖原合成与分解的调节糖原合成：糖原合酶糖原分解：糖原磷酸化酶对关键酶调节(一)共价修饰调节3.调节有级联放大作用，效率高；1.两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；2.此调节为酶促反应，调节速度快；4.受激素调节。腺苷环化酶（无活性）腺苷环化酶（有活性）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体ATPcAMPPKA(无活性)磷酸化酶b激酶糖原合酶糖原合酶-PPKA(有活性)磷酸化酶b磷酸化酶a-P磷酸化酶b激酶-PPiPKA：蛋白激酶A抑制糖原合成增强糖原分解1.糖原合酶与糖原磷酸化酶都是变构酶，可受代谢物的变构调节。2.6-磷酸葡萄糖可激活糖原合酶b，使之转变为活性的糖原合酶a，加速糖原合成。3.AMP浓度升高时，可使糖原磷酸化酶b变构而易形成有活性的糖原磷酸化酶a，加速糖原分解。4.ATP是糖原磷酸化酶a的变构抑制剂，抑制糖原分解。(二)变构调节第三节糖的分解代谢一、糖的无氧氧化(Glycolysis)(CatabolismofCarbohydrates)在不需氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖的无氧氧化，又称为糖酵解。其反应部位在胞浆。可分为三个阶段：第二阶段:由磷酸丙糖分解成丙酮酸。第三阶段:由丙酮酸转变成乳酸。第一阶段:由葡萄糖分解成磷酸丙糖。1.葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸第一阶段：葡萄糖分解成磷酸丙糖ATPADPMg2+己糖激酶(hexokinase)葡萄糖CH2HOHHOOHHOHHOHHH6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P)OCH2OHHOOHHOHHOHHHP(一)反应过程O己糖激酶有Ⅰ至Ⅳ型同工酶，肝中为Ⅳ型，称葡萄糖激酶(glucokinase)。GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸2.6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖己糖异构酶6-磷酸葡萄糖OCH2OHHOOHHOHHOHHHP6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)OCH2OHOHOHHOHHPCH2OHGluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸3.6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1)糖酵解途径中最重要的限速酶1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖ATPADPMg2+6-磷酸果糖激酶-1OCH2OHOHOHHOHHPCH2OHOCH2OHOHOHHOHHPCH2OPGluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸1,6-二磷酸果糖4.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+PCH2OCH2OOHCOCCCHOOHHHHCH2OCOCH2OHCH2OOHCHOCHPPPGluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸5.磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶(phosphotrioseisomerase)磷酸二羟丙酮PCH2OCOCH2OH3-磷酸甘油醛PCH2OOHCHOCHPPGluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸6.3-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-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase)3-磷酸甘油醛PCH2OOHCHOCH1,3-二磷酸甘油酸PCH2OOHCCHPOOPPP第二阶段：磷酸丙糖分解成丙酮酸GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸7.1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸※在这个反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)。磷酸甘油酸激酶(phosphoglyceratekinase)ADPATP磷酸甘油酸激酶Mg2+1,3-二磷酸甘油酸PCH2OOHCCHPOOPCH2OOHCOOHCH3-磷酸甘油酸PPPGluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸8.3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶(phosphoglyceratemutase)2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶Mg2+3-磷酸甘油酸PCH2OOHCOOHCHPCH2OHCOOHCHOPPGluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸9.2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶(enolase)磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)2-磷酸甘油酸PCH2OHCOOHCHOPCH2COOHCHOPPGluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸ADPATPK+Mg2+丙酮酸激酶(pyruvatekinase)10.磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，并通过底物水平磷酸化生成ATP这是糖酵解途径中的第二次底物水平磷酸化。PCH2COOHCHO磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸COOHC=OCH311.乳酸生成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