生物化学及分子生物学(人卫第九版)-05-01节糖代谢

作者:赵晶单位:空军军医大学第五章糖代谢-1MetabolismofCarbohydrates目录第一节糖的摄取与利用第二节糖的无氧氧化第三节糖的有氧氧化第四节磷酸戊糖途径重点难点熟悉了解掌握糖酵解和无氧氧化的概念、亚细胞定位、主要步骤、关键酶、重要中间产物和生理意义；糖有氧氧化的概念、亚细胞定位、主要步骤、关键酶、重要中间产物和生理意义；磷酸戊糖途径的概念、亚细胞定位、关键酶、重要产物和生理意义巴斯德效应的概念和生理意义；糖酵解关键酶的调节；糖有氧氧化关键酶的调节；磷酸戊糖途径关键酶的调节；其他单糖进行糖酵解的方式糖的消化吸收过程和糖代谢概况；Warburg效应的概念和生理病理意义；蚕豆病的发病机制糖的摄取与利用第一节TheUptakeandUtilizationofofCarbohydrates1.糖主要在小肠中消化一、糖消化后以单体形式吸收淀粉麦芽糖+麦芽三糖（主要）α-极限糊精+异麦芽糖（少部分）葡萄糖唾液α-淀粉酶α-糖苷酶α-极限糊精酶肠黏膜刷状缘口腔肠腔胰液α-淀粉酶2.单糖吸收入血依赖SGLTNa+依赖型葡糖转运蛋白（Na+-dependentglucosetransporter,SGLT）小肠肠腔肠黏膜上皮细胞门静脉肝体循环SGLT这一SGLT依赖的吸收过程主动耗能二、细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白（glucosetransporter，GLUT）体循环各组织细胞葡糖转运蛋白分布Km功能GLUT1红细胞、脑、肾、结肠等1mM葡萄糖的恒定摄取GLUT2肝、胰腺β细胞15~20mM在肝，从血液移走多余的葡萄糖；在胰腺，调节胰岛素分泌GLUT3脑、肾等1mM葡萄糖的恒定摄取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—葡萄糖吸收几种葡糖转运蛋白的比较三、体内糖代谢涉及分解、储存和合成三方面糖酵解丙酮酸有氧氧化无氧氧化H2O及CO2乳酸糖异生乳酸、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淀粉消化与吸收ATP葡萄糖糖的无氧氧化第二节AnaerobicOxidationofCarbohydrates糖无氧氧化的概念：缺氧时，葡萄糖在胞质中生成乳酸并释放出少量ATP一、糖的无氧氧化分两阶段糖酵解（glycolysis）乳酸生成（一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸葡萄糖1.葡萄糖磷酸化为葡糖-6-磷酸葡糖-6-磷酸（glucose-6-phosphate,G-6-P）ATPADPMg2+己糖激酶（hexokinase）OCH2HOHHOOHHOHHOHHHPPOCH2OHHOOHHOHHOHHH己糖激酶（hexokinase,HK）葡糖激酶（glucokinase,GK）存在部位肝外组织肝对葡萄糖的Km0.1~0.2mmol/L10mmol/L调节受葡糖-6-磷酸反馈抑制受胰岛素诱导己糖激酶与葡糖激酶的比较2.葡糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸果糖-6-磷酸（fructose-6-phosphate,F-6-P）己糖异构酶葡糖-6-磷酸PPOCH2OHHOOHHOHHOHHHOHOHCH2OHPPCH2OOHHHOH3.果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸ATPADPMg2+磷酸果糖激酶-1（phosphfructokinase-1,PFK-1）果糖-1,6-二磷酸（fructose-1,6-bisphosphate,F-1,6-BP）OHOHCH2OHPPCH2OOHHHOHOHOHCH2OPPCH2OOHHHOHPP果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸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+CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHPPPPCH2OHCOCH2POCH2PPOCHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO5.磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶（phosphotrioseisomerase）3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮CH2OHCOCH2POCH2PPOCHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO6.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（glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase）3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPOO=CCOHCH2POPPOPPO7.1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶（phosphoglyceratekinase）底物水平磷酸化（substrate-levelphosphorylation）：ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与高能化合物的高能键水解直接相偶联的产能方式1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸O=CCOHCH2POPPOPPOCOOHCOHCH2POPPO8.3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶（phosphoglyceratemutase）3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸COOHCOHCH2POPPOCOOHCCH2POPPOOHOH9.2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶（enolase）2-磷酸甘油酸+H2O磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenolpyruvate,PEP）COOHCCH2POPPOOHOHCOOHCCH2PPOADPATPK+Mg2+丙酮酸激酶（pyruvatekinase）10.磷酸烯醇式丙酮酸经底物水平磷酸化生成ATP和丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸COOHCCH2PPOCOOHC=OCH3（二）丙酮酸被还原为乳酸NADH+H+来自于上述第6步反应中的3-磷酸甘油醛的脱氢反应丙酮酸乳酸乳酸脱氢酶（Lactatedehydrogenase,LDH）NADH+H+NAD+COOHC=OCH3COOHCHOHCH3糖的无氧氧化全过程二、糖酵解的流量调节取决于3个关键酶活性关键酶变构激活剂变构抑制剂激素调节磷酸果糖激酶-1（最重要）AMP、ADP、果糖-1,6-二磷酸、果糖-2,6-二磷酸（最强激活剂）ATP、柠檬酸受胰高血糖素抑制丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸、丙氨酸（肝）ATP受胰高血糖素抑制己糖激酶葡糖-6-磷酸葡糖激酶（肝）长链脂酰CoA受胰岛素诱导合成糖酵解关键酶的调节果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸ATPADP磷酸果糖激酶-1磷蛋白磷酸酶蛋白激酶AATPADPPi胰高血糖素ATPcAMP活化果糖-2,6-二磷酸+++–/+AMP+柠檬酸–AMP+柠檬酸–磷酸果糖激酶-2（有活性）果糖二磷酸酶-2（无活性）磷酸果糖激酶-2（无活性）果糖二磷酸酶-2（有活性）PP磷酸果糖激酶-1的活性调节三、糖的无氧氧化为机体快速供能缺氧时迅速供能，对肌收缩更重要①无线粒体的细胞，如：成熟红细胞②增殖活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞常氧时为某些特殊类型的细胞供能净生成2分子ATP，无NADH净生成果糖（肌）葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸ATPADPATPADP丙酮酸半乳糖半乳糖-1-磷酸葡糖-1-磷酸半乳糖激酶变位酶甘露糖甘露糖-6-磷酸己糖激酶半乳糖血症果糖（肝）四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物糖的有氧氧化第三节AerobicOxidationofCarbohydrates糖有氧氧化的概念：有氧时，葡萄糖彻底分解成CO2和H2O并释放出大量ATP一、糖的有氧氧化分三阶段糖酵解（胞质，同无氧氧化第一阶段，略）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA（线粒体）乙酰CoA进入柠檬酸循环及氧化磷酸化（线粒体）（一）线粒体内丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸乙酰CoANAD+,HSCoACO2,NADH+H+丙酮酸脱氢酶复合体3酶5辅因子CO2CoASHNAD+NADH+H+5.NADH+H+的生成1.-羟乙基-TPP的生成2.乙酰硫辛酰胺的生成3.乙酰CoA的生成4.硫辛酰胺的生成丙酮酸脱氢酶复合体作用机制（二）柠檬酸循环（citricacidcycle）由线粒体内一系列酶促反应构成的循环反应体系，将乙酰CoA彻底氧化，亦称三羧酸循环（TricarboxylicacidCycle,TCAcycle）或Krebs循环1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸柠檬酸合酶（citratesynthase）2.柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸顺乌头酸酶顺乌头酸酶3.异柠檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶（isocitratedehydrogenase）4.α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA-酮戊二酸脱氢酶复合体（3酶5辅因子）5.琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应琥珀酰CoA合成酶(ADP)(ATP)6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢酶（与内膜结合）7.延胡索酸加水生成苹果酸8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢酶小结柠檬酸循环特点：4次脱氢，2次脱羧，1次底物水平磷酸化生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2，1分子GTP（ATP）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CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTP(ATP)GDP(ADP)+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH⑧①②③④⑤⑥⑦②H2O①柠檬酸合酶②顺乌头酸梅③异柠檬酸脱氢酶④α-酮戊二酸脱氢酶复合体⑤琥珀酰CoA合成酶⑥琥珀酸脱氢酶⑦延胡索酸酶⑧苹果酸脱氢酶柠檬酸循环全过程柠檬酸循环在三大营养物代谢中占核心地位三大营养物质分解产能的共同通路糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽1分子乙酰CoA经柠檬酸循环及氧化磷酸化生成10ATP三大营养物质通过柠檬酸循环在一定程度上相互转变二﹑糖的有氧氧化是糖分解供能的主要方式反应辅酶最终获得ATP第一阶段（胞浆）葡萄糖→葡糖-6-磷酸-1果糖-6-磷酸→果糖-1,6-二磷酸-12×3-磷酸甘油醛→2×1,3-二磷酸甘油酸2NADH3或52×1,3-二磷酸甘油酸→2×3-磷酸甘油酸22×磷酸烯醇式丙酮酸→2×丙酮酸2第二阶段（线粒体基质）2×丙酮酸→2×乙酰CoA2NADH5第三阶段（线粒体基质）2×异柠檬酸→2×α-酮戊二酸2×α-酮戊二酸→2×琥珀酰CoA2×琥珀酰CoA→2×琥珀酸2×琥珀酸→2×延胡索酸2×苹果酸→2×草酰乙酸2NADH2NADH2FADH22NADH55235由一个葡萄糖总共获得30或32（2种机制运入线粒体）三﹑糖的有氧氧化主要受能量供需平衡调节关键酶变构激活剂变构抑制剂激素调节丙酮酸脱氢酶复合体AMP、NAD+、CoA、Ca2+ATP、NADH、乙酰CoA、脂肪酸胰岛素激活异柠檬酸脱氢酶ADP、Ca2+ATPα-酮戊二酸脱氢酶复合体Ca2+NADH、琥珀酰CoA柠檬酸合酶ADPATP、NADH、柠檬酸、琥珀酰CoA丙酮酸氧化脱羧和柠檬酸循环中关键酶的调节关键酶能量别构激活剂能量别构抑制剂糖酵解己糖激酶/葡糖激酶--磷酸果糖激酶-1AMP、ADPATP丙酮酸激酶-ATP丙酮酸氧化脱羧丙酮酸脱氢酶复合体AMPATP柠檬酸循环柠檬酸合酶ADPATP异柠檬酸脱氢酶ADPATPα-酮戊二酸脱氢酶复合体--糖酵解己糖激酶/葡糖激酶--糖的有氧氧化受能量供需调节四﹑糖氧化产能方式的选择有组织偏好1.巴斯德效应（Pasteureffect）概念：肌组织中，糖的有氧氧化抑制无氧氧化机制：NADH决定丙酮酸的代谢去向。有氧时二者均进入线粒体氧化，无氧时二者均留在胞质还原生成乳酸2.Warburg效应（Warburgeffect）概念：增殖活跃的细胞中，有氧时糖的无氧氧化增强意义：积累碳源用于生物合成磷酸戊糖途径第四节PentosePhosphatePathway磷酸戊糖途径的概念：从葡糖-6-磷酸形成旁路，通过氧化、基团转移生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛，从而返回糖酵解，发生于胞质，主要意义是提供NADPH和磷酸核糖一、磷酸戊糖途径分两阶段氧化反应（六碳糖转变为五碳糖）基团转移反应（3个五碳糖返回糖酵