糖代谢

第二篇物质代谢及其调节中南大学生化教研室龙苏代谢途径（metabolicpathway）：有严格顺序的一系列生化反应。广义的新陈代谢：物质的消化、吸收，在细胞内的化学变化和代谢产物的排泄等等。狭义的新陈代谢（中间代谢）：指物质吸收到细胞后，在细胞内的化学变化的过程。物质代谢及其调节糖代谢脂类代谢氨基酸代谢核苷酸代谢生物氧化代谢相互联系和调节结构篇章：组成、结构、理化性质代谢篇章：具体的代谢途径器官或部位、合成原料或终产物、关键酶、能量的情况、生理意义等等糖代谢MetabolismofCarbohydrates第四章糖即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。Cn(H2O)n•糖的化学（一）糖的概念（二）糖的分类及其结构根据水解产物情况，糖可分为四大类单糖:凡不能被水解成更小分子的糖寡糖：凡能水解成少数（2～6）单糖分子的糖多糖：凡是能水解成多个单糖分子的糖结合糖：与非糖物质结合的糖**单糖葡萄糖(Glc)果糖(Fru)半缩醛羟基核糖(ribose)——戊醛糖蔗糖：葡萄糖果糖麦芽糖乳糖：葡萄糖半乳糖**寡糖常见的几种二糖有Glcα1-2βFru**多糖常见的多糖有淀粉(starch)糖原(glycogen)纤维素(cellulose)第一节概述Introduction一、糖的生理功能氧化供能作为人体主要碳源重要组成成分磷酸戊糖途径淀粉（少量二糖蔗糖、乳糖）小肠胰淀粉酶（作用－1，4糖苷键）线性和分支的寡糖（极限糊精）小肠粘膜细胞刷状缘各种酶如麦芽糖酶、－糊精酶、蔗糖酶、乳糖酶单糖（主要是葡萄糖）小肠上段吸收通过门静脉肝脏合成肝糖原通过肝静脉进入体循环血中的单糖二、消化吸收血糖（bloodsuger）：指血中的葡萄糖（血中的单糖，主要指葡萄糖）血糖浓度：正常值3.9－6.1mmol/L恒定的意义：保证脑组织的能量供应来源与去路：三、糖代谢的概括血糖食物糖消化，吸收肝糖原糖原分解非糖物质糖异生氧化分解CO2+H2O糖原合成肝（肌）糖原磷酸戊糖途径等其它糖脂肪、氨基酸饱食、空腹、饥饿不同状态下，维持血糖浓度恒定肝Gn：90－100g肌Gn：200－400g3.9－6.1mmol/L四、本章内容糖的分解代谢糖原的合成与分解糖异生无氧分解有氧氧化磷酸戊糖途径第二节糖的无氧分解(糖酵解)在缺氧情况下，Glc生成丙酮酸进而还原成乳酸的过程。糖酵解：（glycolysis）(Embden-MeyerhofPathwayEMP)糖酵解途径一、糖酵解的反应过程反应部位：胞液（胞浆）反应流程：10步己糖激酶磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶6-磷酸果糖1.6-双磷酸果糖6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油醛1.3-二磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羟丙酮底物水平磷酸化磷酸化水解能量ATP的生成底物水平磷酸化氧化磷酸化直接将底物分子中能量转移ADP(GDP)，生成ATP(GTP)的过程。呼吸链电子传递过程中释放的能量，使ADP磷酸化生成ATP的过程能量ADP+PiATP磷酸化乳酸丙酮酸乳酸脱氢酶NAD+必须不断再生有氧时进入线粒体通过氧化磷酸化再生无氧时胞液中通过使丙酮酸还原再生乳酸＋NAD＋丙酮酸＋NADHLDH准备阶段放能阶段1分子Glc经糖酵解产生：2分子ATPE1:己糖激酶E2:6-磷酸果糖激酶-1E3:丙酮酸激酶NAD+乳酸糖酵解的代谢途径GlcG-6-PF-6-PF-1,6-2P-ATP-ATP1,3-二磷酸甘油酸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++ATP+ATP磷酸烯醇式丙酮酸E2E1E3NADH+H+二、糖酵解的调节关键酶（限速酶）整条通路中活性最低的酶常常催化单向反应（不可逆）受多种效应剂调节种类ⅠⅡⅢⅣHKGK分布各组织肝专一性不高(各种己糖)高（G）Km（mmol/L）0.110产物G-6-P抑制无1.己糖激酶HK糖酵解中最关键的酶(限速酶)，是一个变构酶，受变构调节2.磷酸果糖激酶－1（PFK－1）变构抑制剂：ATP、柠檬酸变构激活剂：AMP、ADP、F-2,6-2PPFK最强的激活剂3.丙酮酸激酶（PK）变构酶激活剂F－1,6－2P抑制剂ATP、Ala当细胞内ATP↑Ala↑PFK-1PKF-1,6-2P↓PK↓F-6-P↑、G-6-P↑HK↓糖酵解↓三、糖酵解生理意义1.机体缺氧下快速供能主要方式2.某些正常组织获能方式（红细胞、视网膜等）⑴反应部位⑵对氧的需求：⑶三个不可逆反应，三个关键酶GG-6-PATPADP己糖激酶ATPADPF-6-PF-1,6-2P磷酸果糖激酶-1ADPATPPEP丙酮酸丙酮酸激酶四、糖酵解小结⑷产能的方式、数量、部位方式：底物水平磷酸化数量：从Glc开始2×2-2=2ATP从Gn开始2×2-1=3ATP⑸终产物：乳酸己糖激酶磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶GnG－1－P6-磷酸果糖1.6-双磷酸果糖6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油醛1.3-二磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羟丙酮第三节糖的有氧氧化AerobicOxidationofCarbohydrate乳酸丙酮酸概念：体内Glc或Gn在有氧条件下彻底分解成CO2、H2O的过程。总反应式：C6H12O6＋6O26H2O＋6CO2＋686Kcal(30或32ATP)一、有氧氧化的反应过程酵解途径丙酮酸氧化脱羧三羧酸循环及氧化磷酸化胞液途径线粒体途径丙酮酸乙酰CoA（二）丙酮酸氧化脱羧（三）TCA和氧化磷酸化总反应式:（二）丙酮酸的氧化脱羧生成乙酰CoA2412丙酮酸脱氢酶复合体的组成酶E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+辅酶TPP硫辛酸（)HSCoAFAD,NAD+SSL含有VB1、VB2、VPP、硫辛酸、泛酸(tricarboxylicacidcycleTCAC)HansKrebs（三）乙酰CoA进入三羧酸循环以及氧化磷酸化从乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成含有3个羧基的柠檬酸开始，通过一系列代谢反应，乙酰基彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程。三羧酸循环，柠檬酸循环，Krebs循环反应过程共有8步反应单向脱氢、脱羧、单向NADHNADHFADH2NADH琥珀酰CoA琥珀酸底物水平磷酸化1,3-二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸+ATP磷酸烯醇式丙酮酸+ADP丙酮酸+ATP琥珀酰CoA+GDP琥珀酸+GTP细胞内三个底物水平磷酸化反应磷酸甘油酸激酶丙酮酸激酶琥珀酰CoA合成酶胞液胞液线粒体琥珀酸延胡索酸**琥珀酸脱氢酶辅基FADTCA中唯一在内膜上琥珀酸脱氢酶二、TCAC小结1.反应部位：2.TCAC每循环一次脱羧二次产生2CO2脱氢四次产生3NADH＋1FADH2底物水平磷酸化一次产生1GTP＝1ATP3.ATP的情况氧化磷酸化、底物水平磷酸化3NADH＋FADH2＋ATP＝2.53＋1.51＋1＝10ATP方式：数目：**1分子乙酰CoA经TCAC彻底氧化：产生10分子ATP1分子丙酮酸彻底分解产生多少ATP？NADH+H+H2O、2.5ATP[O]H2O、1.5ATPFADH2[O]**线粒体中1分子NADH，FADH2与ATP关系**胞液中1分子NADH与ATP关系＝1.5～2.5ATP4.TCAC是一个不可逆的过程5.草酰乙酸起催化剂的作用6.关键酶：柠檬酸合酶、IDH、-KG脱氢酶复合体TCAC最关键的酶7.TCAC的生理意义是三大营养素彻底分解的最终代谢通路脂肪碳水化合物糖葡萄糖蛋白质氨基酸丙酮酸乙酰辅酶A脂肪酸甘油TCA是三大物质联系的枢纽NADH+H+H2O、2.5ATP[O]H2O、1.5ATPFADH2[O]三、有氧氧化生成的ATP**线粒体中1分子NADH，FADH2与ATP关系**胞液中1分子NADH与ATP关系＝1.5or2.5ATP胞液阶段：2ATP+2NADH＝2+3or5＝5～7ATP线粒体阶段：2[NADH+(3NADH+FADH2+GTP）]＝2（12.5）＝25ATP总计＝30～32ATP1分子葡萄糖有氧氧化产生ATP的情况将所有与能量有关的步骤总结糖酵解丙酮酸氧化脱羧三羧酸循环总反应式：C6H12O6＋6O26H2O＋6CO2＋686Kcal(30或32ATP)方式：氧化磷酸化、底物水平磷酸化数目：1分子Glc彻底分解产生30或32分子ATP糖酵解有氧氧化反应部位对氧需求终产物ATP数目方式关键酶生理意义五、巴士德效应(Pasteureffect)概念：指糖的有氧氧化对糖酵解的抑制作用第四节葡萄糖的其他代谢途径一、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖PentosePhosphatePathwayPPP途径1、反应过程反应部位：胞液氧化阶段非氧化阶段5-磷酸木酮糖C55-磷酸木酮糖C57-磷酸景天糖C73-磷酸甘油醛C34-磷酸赤藓糖C46-磷酸果糖C66-磷酸果糖C63-磷酸甘油醛C36-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖C53NADP+3NADPH+3H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶3NADP+3NADPH+3H+CO22、生理意义产生了5－磷酸核糖和NADPH㈠为核酸的生物合成提供核糖㈡提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应1.NADPH是体内许多合成代谢的供氢体，如脂肪酸2.NADPH参与体内羟化反应，如生物转化3.NADPH能维持谷胱甘肽的还原状态GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH还原酶NADPH+H+NADP+第五节糖原的合成与分解GlycogenesisandGlycogenolysis占7％占93％糖原分子中的两种连接键糖原（glycogen）非还原端一、糖原合成(glycogenesis)1.概念：由单糖合成糖原的过程2.主要器官：肝、肌3.反应部位：胞液4.反应过程：包括Glc数目增加、分支点增加5.关键酶：糖原合酶6.Glc活性形式（Glc供体）：UDPG1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖糖原合成途径glucokinase2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖3.尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）生成*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。ΔG°(−33.5KJ/mol)焦磷酸组成单位合成原料（底物）糖原合成UDPGDNA合成RNA合成protein合成糖原n+UDPG糖原n+1+UDP糖原合酶4.α-1,4-糖苷键式结合糖原合酶不能起始糖原的从头合成5.糖原分枝的形成糖原引物糖原合酶至少11个葡萄糖残基6～7个葡萄糖残基4个葡萄糖残基远(淀粉1,4→1,6转葡糖基酶)分支酶糖原糖原的合成G-1-PUTPUDPGPPi糖原n+1UDPG-6-PG糖原合酶己糖(葡萄糖)激酶糖原n二、糖原分解(glycogenolysis)1.概念：肝糖原分解成为葡萄糖的过程2.反应部位：胞液3.反应过程：包括Glc数目减少、分支点减少4.关键酶：磷酸化酶1.糖原磷酸化酶2.糖原脱支酶脱支酶游离葡萄糖G-1-P:～85%,主要产物游离葡萄糖:～15%3.磷酸葡萄糖变位酶4.葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸葡萄糖葡萄糖Pi葡萄糖-6-磷酸酶（肝）肌肉中没有糖原的分解G-1-P糖原n+1G-6-PGPi磷酸化酶葡萄糖-6-磷酸酶（肝）糖原n糖酵解肌糖原的合成与分解G-1-PUTPUDPGPPi糖原n+1UDPG-6-PG糖原合酶己糖(葡萄糖)激酶糖原nPi磷酸化酶葡萄糖-6-磷酸酶（肝）糖原n肌肉中没有三、糖原合成、分解的生理意义肝糖原：作为糖的储备，维持血糖浓度恒定肌糖原：作为一种燃料用于产生ATP四、糖原合成与分解的调节糖原合酶、磷酸化酶受变构、共价化学修饰双重调节。磷酸化酶EEP磷酸化酶b低活性磷酸化酶a高活性磷酸化酶b激酶磷蛋白磷酸酶磷酸化酶b激酶EEP低活性高活性蛋白激酶A（PKA）磷蛋白磷酸酶1.共价调节糖原合酶EEP蛋白激酶A（PKA）磷蛋白磷酸酶糖原合