5-第七章 糖代谢4-2006

第七章糖代谢CarbohydrateMetabolism糖的概念糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。糖的分类及其结构根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。单糖(monosacchride)寡糖(oligosacchride)多糖(polysacchride)结合糖(glycoconjugate)OHOHHHOHHOHOOHOOHHHHOHOHHOHHCH2OH葡萄糖(glucose)——已醛糖果糖(fructose)——已酮糖OHOHOHOHHHOHHOH1.单糖不能再水解的糖。OOHOHHOH2CHHOHHCH2OHOOHHHOHHOHHOHHCH2OHOHHHHOHOHOHHOH2COHOHOHOHHOHHHOH半乳糖(galactose)——已醛糖核糖(ribose)——戊醛糖OHHOHHOHOHOH2.寡糖常见的几种二糖有麦芽糖(maltose)葡萄糖—葡萄糖蔗糖(sucrose)葡萄糖—果糖乳糖(lactose)葡萄糖—半乳糖能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。CHOOHHOHHOHHOHCH2HHO葡萄糖（glucose）结构：123456CHOCOHCHHOCOHHCOHHCH2OHH123456OHOHHOHHOHHOHCH2HHO123456开链型环型开链型OHOHHOHHOHHOHCH2HHO葡萄糖（glucose）果糖（fructose）HCH2OHHCH2OHHHOHOHO123456123456醛糖酮糖互变异构：醛糖CHOCOHCHHOCOHHCOHHCH2OH酮糖CH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OHH异构酶CCOHHOH常见的多糖有3.多糖能水解生成多个分子单糖的糖。淀粉(starch)糖原(glycogen)纤维素(cellulose)直链淀粉为螺旋型，每圈6个G，α1－4，玉米中以直链淀粉为主。糯米以支链淀粉为主。②糖原是动物体内葡萄糖的储存形式4.结合糖糖与非糖物质的结合物。糖脂(glycolipid)：是糖与脂类的结合物。糖蛋白(glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。常见的结合糖有第一节概述某些糖蛋白还具有特定功能，如参与细胞间信息转导、细胞免疫、识别等。糖的主要生理功能提供能量，人体所需能量的50%~70%来自糖代谢。转变为氨基酸、脂肪酸、核苷其他含碳化合物。以蛋白聚糖、糖蛋白、糖脂的形式参与人体组织结构的组成，如结缔组织、骨和软骨基质、生物膜。糖的磷酸衍生物可形成许多重要生物活性物质，如ATP、DNA、RNA、NAD+、FAD等。一、糖的生理功能1mol糖－2840KJ（679Kal）二、糖的消化与吸收（二）糖的吸收1.吸收部位小肠上段2.吸收形式单糖酶酶的来源底物产物α-淀粉酶唾液淀粉糊精、麦芽糖胰液淀粉麦芽糖、麦芽三糖、异麦芽糖、α-临界糊精α-葡萄糖苷酶小肠粘膜刷状缘麦芽糖、麦芽三糖葡萄糖α-临界糊精酶小肠粘膜刷状缘糊精、异麦芽糖葡萄糖麦芽糖酶小肠粘膜刷状缘麦芽糖葡萄糖蔗糖酶小肠粘膜蔗糖葡萄糖、果糖乳糖酶小肠粘膜乳糖葡萄糖、半乳糖参与食物中糖消化的主要酶类淀粉的主要消化部位在小肠，吸收在小肠上段。ADP+PiATPGNa+K+Na+泵小肠粘膜细胞肠腔门静脉3.吸收机制-主动转运Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependentglucosetransporter,SGLT)刷状缘细胞内膜4.吸收途径小肠肠腔肠粘膜上皮细胞门静脉肝脏体循环SGLT各种组织细胞GLUTGLUT：葡萄糖转运体(glucosetransporter)，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT1～5)。转运体分布Km功能GLUT1红细胞、脑、肾脏、结肠等1mM葡萄糖的恒定摄取GLUT2肝脏、胰腺β细胞15~20mM在肝脏，从血液移走多余的葡萄糖；在胰腺，调节胰岛素分泌GLUT3脑、肾脏等1mM葡萄糖恒定摄取GLUT4心肌、骨骼肌、脂肪组织5mM胰岛素促进其葡萄糖摄取GLUT5小肠—葡萄糖吸收葡萄糖转运体（glucosetransporter,GLUT）-易化扩散－血液中葡萄糖通过GLUT进入细胞内三、糖代谢的概况葡萄糖酵解途径丙酮酸有氧无氧H2O及CO2乳酸糖异生途径乳酸、氨基酸、甘油糖原肝糖原分解糖原合成磷酸戊糖途径核糖+NADPH+H+淀粉消化与吸收ATP第二节糖的无氧分解•糖酵解概念：在缺氧情况下，葡萄糖(glucose,G)生成乳酸的过程称为糖酵解(glycolysis)。一、糖酵解的反应过程•第一阶段：由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolyticpathway)。•第二阶段：丙酮酸→乳酸。•在胞浆中进行。一、糖酵解的反应过程第一阶段：G→丙酮酸，包括10步反应。•磷酸化使葡萄糖不能自由逸出细胞；•己糖激酶(hexokinase,HK)分四型，肝中为葡萄糖激酶(glucokinase,GK)；•反应不可逆。1.葡萄糖磷酸化成6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate,G-6-P)OHOHHOHHOHHOHCH2HHOOHOHHOHHOHHOHCH2HOPATPADP己糖激酶Mg2+GG-6-P2.6-磷酸葡萄糖异构为6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)OHOHHOHHOHHOHCH2HOPG-6-PF-6-P磷酸己糖异构酶HCH2OHHCH2OHHHOHOOP3.6-磷酸果糖转变成1,6-二磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-BP)•是第二个磷酸化反应。•磷酸果糖激酶-1(phosphofructo-kinase-1,PFK-1)F-6-PHCH2OHHCH2OHHHOHOOPF-1,6-BPHCH2HCH2OHHHOHOOPOPATPADPMg2+磷酸果糖激酶4.磷酸己糖裂解成2个磷酸丙糖•反应可逆,由醛缩酶(aldolase)催化F-1,6-BPCH2COCHHOCOHHCOHHCH2OPOPCH2COOPCHOCHOHCH2OPCH2OH+醛缩酶磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛5.磷酸丙糖同分异构化•磷酸丙糖异构酶（triosephosphateisomerase)•G→2分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。CH2COOPCHOCHOHCH2OPCH2OH磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶6.3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸•醛基氧化成羧基，并加入一分子磷酸，形成混合酸酐。脱下的氢由NAD+接受。CHOCHOHCH2OP3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+Pi3-磷酸甘油醛脱氢酶CCHOHCH2OPOO~P1，3-二磷酸甘油酸7.1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸•此步为底物水平磷酸化•反应可逆COO-CHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶CCHOHCH2OPOO~P1，3-二磷酸甘油酸ADPATP8.3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸COO-CHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶COO-CHCH2OHOP2-磷酸甘油酸9.2-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。COO-CHCH2OHOP2-磷酸甘油酸COO-CCH2O磷酸烯醇式丙酮酸~P+H2O烯醇化酶10.PEP转变成丙酮酸（pyruvate)•第二个底物水平磷酸化，反应不可逆。•烯醇式立即自发转变为酮式。COO-CCH3ADPATPCOO-CCH2OPEP~P丙酮酸激酶O丙酮酸第二阶段：丙酮酸→乳酸(lactate)。•此为还原反应，NADH+H+来自于3-磷酸甘油醛脱氢。•乳酸是糖酵解的终产物。COO-CCH3NAD+NADH+H+O丙酮酸COO-CHOHCH3乳酸脱氢酶乳酸糖酵解的全过程：GG-6-PF-6-PF-1,6-BP磷酸二羟丙酮1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸PEP丙酮酸乳酸ATPADPATPADPNADH+H+NAD+H2O醛缩酶Pi异构酶PFK-13-磷酸甘油醛脱氢酶ATPADP磷酸甘油酸激酶变位酶烯醇化酶ADPATP丙酮酸激酶LDH己糖激酶异构酶3-磷酸甘油醛小结1.己糖激酶和葡萄糖激酶之比较己糖激酶葡萄糖激酶分布肝外组织肝Km0.01mM10-20mM特异性己糖（葡萄糖、果糖、甘露糖）葡萄糖别位调节G6P胰岛素诱导生成2.不可逆反应及关键酶GATPADP己糖激酶G6PF6PATPADP磷酸果糖激酶F－1，62PPEPATPADP丙酮酸激酶Pyr3.ATP的消耗与生成消耗：2×1.3－BPGADPATP3PG磷酸甘油酸激酶2×PEPADPATP2Pyr丙酮酸激酶生成GATPADP己糖激酶G6PF6PATPADP磷酸果糖激酶FBPPEPATPADP丙酮酸激酶Pyr3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛脱氢酶NAD++PiNADH+H+1,3-二磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶ADP3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶H2O烯醇化酶磷酸烯醇式丙酮酸ADP丙酮酸丙酮酸激酶底物水平磷酸化底物水平磷酸化ATPMg2+ATPATP的生成ATP生成的方式和数量方式：底物水平磷酸化1mol葡萄糖生成2mol乳酸，2×2-2=2ATP净生成2molATP。从Gn开始2×2-1=3ATP⑸终产物乳酸的去路释放入血，进入肝脏再进一步代谢。分解利用乳酸循环（糖异生）PyrLac1.3BPG3磷酸甘油醛NADH+H+NAD+3磷酸甘油醛脱氢酶乳酸脱氢酶4.氧化还原反应5.糖酵解的总反应式：G+2ADP+2Pi2乳酸+2ATP+2H2O二、糖酵解的调节关键酶①己糖激酶②6-磷酸果糖激酶-1③丙酮酸激酶调节方式①变构调节②共价修饰调节（一）6-磷酸果糖激酶-1（PFK-1）：F-6-PF-1,6-BPPFK-1AMP、ADP、F-2,6-BP（强）ATP、柠檬酸*变构调节别构激活剂：AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P别构抑制剂：柠檬酸;ATP（高浓度）•F-1,6-2P正反馈调节该酶F-2,6-BP的合成和分解：•PFK-2是一种双功能酶，磷酸化后激酶活性下降，磷酸酶活性升高。PiF-6-PF-2,6-BPATPADPH2OPFK-2果糖二磷酸酶-2AMP柠檬酸F-6-PF-1,6-2PATPADPPFK-1磷蛋白磷酸酶PiPKAATPADPPi胰高血糖素ATPcAMP活化F-2,6-2P+++–/+AMP+柠檬酸–AMP+柠檬酸–PFK-2（有活性）FBP-2（无活性）6-磷酸果糖激酶-2PFK-2（无活性）FBP-2（有活性）PP果糖双磷酸酶-2（二）丙酮酸激酶1.别构调节别构抑制剂：ATP,丙氨酸别构激活剂：1,6-双磷酸果糖2.共价修饰调节丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATPADPPi磷蛋白磷酸酶（无活性）（有活性）胰高血糖素PKA,CaM激酶PPKA：蛋白激酶A(proteinkinaseA)CaM：钙调蛋白(三)己糖激酶或葡萄糖激酶*6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。*长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。三、糖酵解的生理意义1.是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。2.是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。①无线粒体的细胞，如：红细胞②代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞第三节糖的有氧氧化AerobicOxidationofCarbohydrate糖的有氧氧化(aerobicoxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。糖的有氧氧化一、有氧氧化的反应过程•部位：胞液及线粒体•分为四个阶段：第一阶段：酵解途径(胞浆)第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧（线粒体）第三阶段：三羧酸循环（线粒体）G（Gn）第四阶段：氧化磷酸化（线粒体）丙酮酸乙酰CoACO2NADH+H+FADH2H2O[O]ATPADPTAC循环胞液线粒体（一）丙酮酸的氧化脱羧•经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰CoA，这是不可逆反应。在线粒体内进行。COO