生物化学-糖代谢

目录物质代谢与调节目录新陈代谢——生命的最基本特征新陈代谢物质代谢能量代谢合成代谢分解代谢ATP——最主要的能量载体目录概念及生理意义器官和亚细胞定位代谢途径的基本反应过程关键酶及其主要调节伴随着的能量代谢代谢之间的联系及与疾病的关系学习时应注意的几个方面目录糖代谢MetabolismofCarbohydrates第四章目录第一节概述Introduction目录糖(carbohydrates)由碳、氢、氧三种元素组成，是一类多羟醛或多羟酮及其衍生物或多聚物。一、糖的化学（一）糖的概念（二）糖的分类及其结构单糖、寡糖(2～9)、多糖(10)、结合糖目录1.单糖不能再水解的糖分类举例丙糖甘油醛、二羟丙酮丁糖赤藓糖戊糖核糖、脱氧核糖、木糖己糖葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖庚糖景天糖目录CHOCHOHCH2OHCOCH2OHCH2OH甘油醛二羟丙酮OHHHHOHOHOHHOH2C核糖（戊醛糖）目录OOHHHOHHOHHOHHCH2OHOHOHOHOHHOHHHOH半乳糖（已醛糖）OOHHHHOHOHHOHHCH2OH葡萄糖（已醛糖）OHOHOHOHHHOHHOHOHOHHHOHHOHOOH果糖（已酮糖）OOHOHHOH2CHHOHHCH2OH目录2.寡糖常见的几种二糖有麦芽糖（葡萄糖－葡萄糖）蔗糖（葡萄糖－果糖）乳糖（葡萄糖－半乳糖）能水解生成几分子单糖的糖。糖苷键三糖：麦芽三糖、棉子糖等目录3.多糖能水解生成多个单糖的糖。常见的多糖有淀粉、糖原、纤维素等。4.结合糖糖与非糖物质的结合物常见的结合糖有糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂。目录α-1,4糖苷键α-1,6糖苷键淀粉目录糖原α-1,4-糖苷键α-1,6-糖苷键目录β-1,4-糖苷键纤维素目录二、糖的生理功能1.氧化供能生理活性物质（NAD、FAD、ATP等）；信息传递、免疫等；提供合成脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。人所需能量的50～70％来自糖；葡萄糖和糖原是体内重要的能源物质。3.其他生理功能2.参与组成人体组织结构糖蛋白、糖脂是细胞膜的成分；糖蛋白、蛋白聚糖参与结缔组织及骨基质的组成；目录三、糖的消化与吸收（一）糖的消化人类食物中的糖主要有植物淀粉、纤维素、麦芽糖、蔗糖、葡萄糖、乳糖、动物糖原等，其中以淀粉为主。消化部位主要在小肠，少量在口腔糖的来源目录淀粉麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）α-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%）葡萄糖唾液中的α-淀粉酶α-葡萄糖苷酶α-临界糊精酶胰液中的α-淀粉酶肠粘膜刷状缘消化过程蔗糖酶、乳糖酶乳糖酶缺乏目录（二）糖的吸收吸收部位小肠上段吸收形式单糖（葡萄糖、果糖、半乳糖）吸收途径小肠肠腔肠粘膜上皮细胞门静脉肝脏体循环各种组织细胞葡萄糖转运体Na+依赖型葡萄糖转运体目录ADP+PiATPGNa+K+Na+泵小肠粘膜细胞肠腔门静脉3.吸收机制Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependentglucosetransporter,SGLT)刷状缘细胞内膜目录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)。目录四、糖代谢的概况葡萄糖丙酮酸有氧氧化无氧分解H2O+CO2乳酸糖异生途径乳酸、氨基酸、甘油糖原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目录第二节糖的分解代谢1.有氧氧化；2.无氧分解，也称为糖酵解；3.磷酸戊糖途径；4.糖醛酸途径有四条途径：目录糖的无氧分解（Glycolysis）——在缺氧条件下，葡萄糖生成乳酸的过程称为糖的无氧分解，也称为糖酵解。概念反应部位器官定位：各种组织细胞定位：胞液目录一、糖无氧分解的反应过程糖酵解分为三个阶段第一阶段葡萄糖3-磷酸甘油醛第二阶段3-磷酸甘油醛丙酮酸第三阶段丙酮酸乳酸目录⑴葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖ATPADPMg2+己糖激酶(葡萄糖激酶）GG-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磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖OCH2HOHHOOHHOHHOHHH6-磷酸葡萄糖PPOCH2OHHOOHHOHHOHHH（一）葡萄糖转变为3-磷酸甘油醛不可逆反应乳酸目录哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是：①对葡萄糖的亲和力很低②受激素调控目录乳酸⑵6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖己糖异构酶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6-磷酸葡萄糖PPOCH2OHHOOHHOHHOHHH6-磷酸果糖目录⑶6-磷酸果糖再磷酸化为1,6-双磷酸果糖ATPADPMg2+6-磷酸果糖激酶-1GluG-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-磷酸果糖1,6-双磷酸果糖不可逆反应乳酸目录CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHPPPP1,6-双磷酸果糖⑷磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖醛缩酶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磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPOCH2OHCOCH2POCH2PPO乳酸目录⑸磷酸二羟丙酮转变成3-磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶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3-磷酸甘油醛CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO磷酸二羟丙酮CH2OHCOCH2POCH2PPO1,6-二磷酸果糖2×3-磷酸甘油醛消耗了2分子的ATP乳酸目录⑹3-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3-磷酸甘油醛CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPO1,3-二磷酸甘油酸O=CCOHCH2POPPOPPOH糖酵解过程唯一的脱氢反应（二）丙酮酸的生成1,3-二磷酸甘油酸是高能化合物ΔGΘ′=–61kJ/mol乳酸目录⑺1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶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1,3-二磷酸甘油酸O=CCOHCH2POPPOPPO3-磷酸甘油酸COOHCOHCH2POPPO利用代谢底物分子内的高能键，直接使ADP磷酸化生成ATP，这种产生ATP的方式称为底物水平磷酸化。(substratelevelphosphorylation)H可逆反应乳酸目录⑻3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶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3-磷酸甘油酸COOHCOHCH2POPPO2-磷酸甘油酸COOHCCH2POPPOOHOHHH乳酸目录⑼2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶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-磷酸甘油酸COOHCCH2POPPOOHOH+H2O磷酸烯醇式丙酮酸COOHCCH2PPOH乳酸目录ADPATPK+Mg2+丙酮酸激酶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⑽磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸COOHCCH2PPO丙酮酸COOHC=OCH3不可逆反应底物水平磷酸化乳酸目录丙酮酸的去路G→→2×丙酮酸进入线粒体继续氧化乳酸有氧缺氧目录(三)丙酮酸还原为乳酸丙酮酸乳酸乳酸脱氢酶(LDH)NADH+H+NAD+COOHCHOHCH3COOHC=OCH3乳酸的去路释放入血，进入肝脏再进一步代谢。分解利用、糖异生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磷酸烯醇式丙酮酸乳酸E1: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GG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛E2E1E31,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸NADH+H+目录关键酶/限速酶1、催化不可逆反应2、催化的反应速度最慢3、受激素或代谢物的调节5、活性的改变可影响整个反应体系的速度和方向特点4、常是催化初始反应的酶概念指决定一个代谢途径方向和速度的酶二、糖酵解的调节目录细胞对糖酵解的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。关键酶所催化的部位是控制代谢反应的有力部位。调节方式①别构调节②共价修饰调节关键酶①己糖激酶②6-磷酸果糖激酶-1③丙酮酸激酶目录（一）6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1)*别构调节别构激活剂：AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P别构抑制剂：柠檬酸;ATP（高浓度）•此酶有二个结合ATP的部位：①活性中心底物结合部位（低浓度时）②活性中心外别构调节部位（高浓度时）•F-1,6-2P正反馈调节该酶目录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目录目录（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-双磷酸果糖目录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：钙调蛋白目录(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无线粒体的细胞，如：红细胞②代谢活跃的细胞，如：神经细胞、白细胞、骨髓、肿瘤细胞1.最主要的生理意义是缺氧时迅速提供能量。这对肌肉收缩非常重要。2.某些组织细胞依赖糖酵解供能。糖酵解代谢小结1.概念：在缺氧条件下，葡萄糖生成乳酸的过程称为糖酵解。2.反应部位：胞浆3.三个关键酶催化三步不可逆反应葡萄糖6-磷酸葡萄