大学课件：生物化学之糖代谢.ppt

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1、第二篇 物质代谢及其调节,物质代谢(Metabolism)是生命活动的最基本过程。 包括合成代谢和分解代谢,处于动态平衡之中。 疾病伴有物质代谢的改变，物质代谢异常也可引起疾病。 物质代谢中绝大部分化学反应是在细胞内由酶催化而进行的，并伴随着多种形式的能量变化。 本篇主要介绍糖代谢、脂类代谢、生物氧化、氨基酸代谢、核苷酸代谢以及物质代谢的联系和调节。侧重介绍中间代谢特别是糖、脂肪和氨基酸三大物质的分解代谢。,学习本篇之学习技巧,概念 反应过程：起始物 重要中间产物 终产物 限速酶及其催化的反应 重要的脱氢反应（NAD+、FAD递氢体） 产能与耗能反应 反应部位：器官，细胞内定位 生理意义：如生

2、成ATP的数量 代谢调节：主要调节点，主要变构抑制剂、变构激活剂,第一节 概述,一、糖的生理功能 二、糖的消化和吸收 三、糖代谢的概况,第四章 糖代谢Metabolism of Carbohydrates,糖:指多羟基醛或多羟基酮及其衍生物或多聚物。如：,甘油醛,二羟丙酮,D-葡萄糖,D-果糖,第一节 概述,第四章 糖代谢,什么是糖(carbohydrates) ？,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),葡萄糖

3、(glucose) 已醛糖,果糖(fructose) 已酮糖,1. 单糖：不能再水解的糖。,目 录,半乳糖(galactose) 已醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖,目 录,2. 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。,3. 多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。,常见的多糖有：,淀 粉 (starch),糖 原 (glycogen),纤维素 (cellulose), 淀粉: 是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒,目 录,-1,

4、4-糖苷键, 糖原:是动物体内葡萄糖的储存形式,目 录,1. 葡萄糖单元以-1,4-糖苷 键形成长链。 2. 约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以-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。,-1,4-糖苷键,-1,6-糖苷键, 纤维素: 作为植物的骨架,目 录,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:,根据糖分子的水解产物情况，分： 1. 单糖(monosacchride)：如葡萄糖、

5、果糖、半乳糖、核糖等 2. 寡糖(oligosacchride) ：（210个单糖分子）如 蔗糖，棉子糖等 3. 多糖(polysacchride) （1）同多糖：如淀粉、纤维素和糖原 （2）杂多糖：如透明质酸、硫酸软骨素等 4.结合糖(glycoconjugate) （1）糖蛋白 （2）蛋白多糖 （3）糖脂,糖的分类,一、糖的生理功能, 氧化供能。50%70% 糖还是机体重要的碳源，糖代谢的中间产物可转变成其他的含碳化合物，如氨基酸、脂肪酸、核苷等。 糖也是组成人体组织结构的重要成分。 糖还有其他的一些特殊功能：体内还有一些具有特殊生理功能的糖蛋白；糖的磷酸衍生物可以形成许多重要的生物活性物

6、质，如NAD+、FAD + 、 ATP等。,二、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、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。,消化部位： 主要在小肠，少量在口腔,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）,-临界糊精+异麦芽糖 （30%） （5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,（二）糖的吸收,1、糖的吸收部位 小肠上段 2、 吸收形式 单糖 各种单糖的吸收速率 葡萄糖 100 D-半乳糖 110 D-果糖 43 D-甘露糖 19,ADP+Pi,ATP,G,

7、Na+,K+,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+-dependent glucose transporter, 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,GLUT,GLUT：葡萄糖转运体(glucose transporter)，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 15)。,血糖,三、糖代谢概况,食物糖（淀粉）,消 化,葡萄糖,吸收,(肝脏),葡萄糖,肝糖原,合成,分解,乳酸,糖异生,(血液),肌糖原,葡萄糖,合 成,有氧氧化,CO2+H2O+ATP,无氧分解,乳酸+ATP,

8、血乳酸,(肌肉),转变为其他物质(磷酸戊糖途径),(大量),(少量),第一节 概述（了解） 第二节 糖的无氧分解（掌握） 第三节 糖的有氧氧化 （掌握） 第四节 糖的其他代谢途径 第五节 糖原的合成与分解（掌握） 第六节 糖异生（掌握） 第七节 其他单糖的代谢 第八节 血糖及其调节（熟悉）,第二节 糖的无氧分解（Glycolysis）,糖的无氧分解：葡萄糖或糖原在缺氧的条件下分解生成乳酸(lactate)和少量ATP的过程称为糖的无氧分解，又称糖酵解 (glycolytic pathway) 。 反应部位: 胞液,一、糖酵解的反应过程,分为两个阶段： (一)葡萄糖 2分子丙酮酸(pyruvat

9、e) 此过程称为糖酵解途径(glycolytic pathway) 。 (二)丙酮酸 乳酸,（10步）,（1步）, 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P),（一）葡萄糖分解成丙酮酸,己糖激酶 (hexokinase) 是限速酶！,己糖激酶与葡萄糖激酶(glucokinase)： 相同点：均能催化相同的反应：G 6-P-G 不同点： (1)对底物的特异性不同；后者特异性高 (2)葡萄糖激酶对葡萄糖的亲和力很低 (3)葡萄糖激酶受激素调控,哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶：,己糖激酶 ,己糖激酶 ,己糖激酶 ,己糖激酶

10、 ：肝细胞中存在，也叫葡萄糖激酶, 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P), 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)是限速酶！,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P),1,6-双磷酸果糖, 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖, 磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮, 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸

11、甘油酸,3-磷酸甘油醛脱氢酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸 甘油酸, 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,在以上反应中，底物分子内部能量重新分布，将底物的高能磷酸基直接转移给ADP使ADP磷酸化生成ATP，这种ADP或其它核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase), 3-磷酸甘油酸转变为2-磷

12、酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase),3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸, 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸, 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 第二次通过底物水平磷酸化生成ATP ！,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,丙酮酸激酶 (pyruvate kinase) 是限速酶！,(二) 丙酮酸转变成乳酸,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。,葡萄糖,糖原,乳酸,丙酮酸,NADH+H+,ATP,ATP,2ATP,2ATP,ADP,ADP,2ADP,2ADP,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,

13、糖原,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,1,3-二磷酸甘油酸2,磷酸烯醇式丙酮酸2,烯醇式丙酮酸2,丙酮酸2,乳酸2,(胞液),己糖激酶,6-磷酸果糖激酶-1,3-磷酸甘油酸2,2-磷酸甘油酸2,2ADP,2ATP,丙酮酸激酶,2NAD+,2NADH+2H+,2NADH+2H+,ADP,ATP,ADP,ATP,脱氢酶,2ATP,2ADP,糖酵解,2NADH+H+,2NAD+,二、糖酵解反应的特点和调节,1. 反应部位：胞液 2. 终产物：乳酸。 其去路是释放入血，进入肝脏再进一步代谢。（1）分解利用 ；（2）乳酸循环（糖异生） 3. 糖酵解是一个不需氧的产能过程（

14、无氧参与） 产能方式： 底物水平磷酸化：底物分子内部能量重新分布，将高能磷酸基直接转移给ADP使ADP磷酸化生成ATP的过程，这种ADP或其它核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，被称为底物水平磷酸化作用。 产能较小：净生成ATP数： 从G开始:1分子G净生成2分子ATP( 22-2= 2) 从Gn开始: 1分子Gn中的G净生成3分子ATP ( 22-1= 3),糖酵解反应过程关键酶（限速酶）： 己糖激酶 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶,4.糖酵解反应全过程中有三步反应不可逆,二、糖酵解的调节,关键酶,酶活性快速调节方式,（一） 6-磷酸果糖激酶-1（PFK-1）,*

15、变构调节,变构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P,变构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度）,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,目 录,（二）丙酮酸激酶,1. 变构调节,变构抑制剂：ATP, 丙氨酸,变构激活剂：1,6-双磷酸果糖,2. 共价修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,PKA：蛋白激酶A (protein kinase A),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Co

16、A可别构抑制肝葡萄糖激酶。,最重要的限速酶是6-磷酸果糖激酶1。,1）变构调节: 变构抑制剂：ATP、柠檬酸 变构激活剂：AMP、ADP 2,6-双磷酸果糖（最强） 2）共价修饰调节：,除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。,其他单糖代谢,三、糖 酵 解的生理意义,1. 缺氧条件下,能迅速为生命活动提供能量，尤 其对肌肉收缩更为重要。 1mol G 经糖酵解可净生成2mol ATP 1mol G n的G单位经糖酵解可净生成3mol ATP 2.是机体某些组织细胞在氧供应正常情况下的获能或主要获能的方式。 无线粒体的细胞，如：成熟红细胞几乎完全依赖糖酵解供应能量。 代谢活跃的细胞

17、，如：视网膜、神经、癌组织、白细胞、骨髓细胞等的重要获能方式。 3. 乳酸的利用：可通过乳酸循环在肝脏异生为糖。,第三节 糖的有氧氧化(Aerobic Oxidation of Carbohydrate),定义: 葡萄糖或糖原在有氧条件下通过与糖酵解相同的途径分解为丙酮酸，进而彻底氧化成二氧化碳和水，并产生大量ATP的过程称为糖的有氧氧化(aerobic oxidation) ，是机体主要供能方式。 反应部位 胞液和线粒体,糖原或 葡萄糖,丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,三羧酸循环和氧化磷酸化,CO2+H2O+ATP,有氧氧化,(胞液),(线粒体),乳酸,糖酵解,图4-3 糖的有氧氧化概况,一、有

18、氧氧化的反应过程,第一阶段：糖酵解途径 生成丙酮酸,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,及氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,糖原,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,1,3-二磷酸甘油酸2,磷酸烯醇式丙酮酸2,烯醇式丙酮酸2,乳酸2,(胞液),己糖激酶,6-磷酸果糖激酶,3-磷酸甘油酸2,2-磷酸甘油酸2,2ADP,2ATP,丙酮酸激酶,2NAD+,2NADH+H+,2 NADH+H+,ADP,ATP,ADP,脱氢酶,2ADP,2NADH+H+,2N

19、AD+,2ATP,ATP,丙酮酸2,(线粒体),（一）葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸,一、糖有氧氧化的反应过程,G 丙酮酸（糖酵解途径）: 葡萄糖2Pi2ADP2NAD 2丙酮酸2ATP2NADH2H2H2O 丙酮酸 乙酰CoA （三）三羧酸循环和氧化磷酸化,（二）丙酮酸的氧化脱羧,（一）糖酵解途径,丙酮酸脱氢酶复合体 丙酮酸+ HSCoA 乙酰CoA +CO2 NAD NADH+H+ 丙酮酸脱氢酶复合体是限速酶！,（二）丙酮酸氧化脱羧,丙酮酸,丙酮酸脱氢酶（E1）,二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2),二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3),图4-4 丙酮酸脱氢酶复合体作用机制,丙酮酸脱氢酶复合体的组成和作用,

20、蛋白酶 辅酶 含维生素 作用 E1 TPP 硫胺素(B1) 结合羟乙基 产生CO2 E2 硫辛酸 转移乙酰基 HSCoA 泛酸 转移乙酰基 生成乙酰CoA E3 FAD 核黄素(B2) 传递氢 NAD+ 尼克酰胺(PP) 传递氢,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程（自学）,1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。 4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。 5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将

21、FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。,CO2,CoASH,NAD+,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,乙酰辅酶A,三羧酸循环(Tricarboxylic acid cycle, TCA cycle，TCA循环)也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。,二、三羧酸循环,* 概述,* 反应部位 ：所有的反应均在线粒体中进行。,三羧酸循环,概

22、念：从乙酰CoA与草酰乙酸缩合成含羧基的柠檬酸开始，通过一系列代谢反应，乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以再生,并有能量生成的过程。 部位：线粒体 限速酶：柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体,（一）三羧酸循环的反应过程（8步反应） (1)柠檬酸的形成：乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸。反应由柠檬酸合酶催化,柠檬酸合酶是限速酶！对草酰乙酸的Km很低,（2） 异柠檬酸的形成：柠檬酸与异柠檬酸的异构化可逆互变反应。 酶：顺乌头酸酶,(3) 第一次氧化脱羧：异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶作用下氧化脱羧而转变为-酮戊二酸，脱下的氢由NAD+接受，生成NADH+H+,异柠檬酸脱氢酶是限速酶！,(4)

23、 第二次氧化脱羧：-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA，形成一高能硫酯键。 酶： -酮戊二酸脱氢酶复合体(其组成和催化反应过程与前述的丙酮酸脱氢酶复合体类似)。 脱下的氢由NAD+接受，生成NADH+H+,-酮戊二酸脱氢酶复合体是限速酶！,(5) 底物水平磷酸化反应：琥珀酰CoA的高能硫酯键水解。 酶：琥珀酰CoA合成酶。 底物水平磷酸化，是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。,（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸： 酶：琥珀酸脱氢酶 该酶结合在线粒体内膜上，是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。其辅基是FAD。,（7）延胡索酸加水生成苹果酸：延胡索酸酶,(8) 苹果酸脱氢生成草酰乙酸：苹果酸脱氢酶

24、苹果酸脱氢生成草酰乙酸；脱下的氢由NAD+接受,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,目 录,（二）TCA循环主要受底物、产物和关键酶活性3种因素的调节,TCA循环的速率和流量主要受3种因素的调控： 1、底物的供应量 2、催化循环最初几步反应酶的反馈别构抑制 3、产物堆积的抑制作用。,1TCA循环中有3个关键酶,柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮

25、戊二酸脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+, ATP、ADP的影响, 产物堆积引起抑制,循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶,其他，如Ca2+可激活许多酶,2TCA循环与上游和下游反应相协调,在正常情况下，（糖）酵解途径和TCA循环的速度是相协调的。这种协调不仅通过高浓度的ATP、NADH的抑制作用，亦通过柠檬酸对磷酸果糖激酶-1的别构抑制作用而实现。 氧化磷酸化的速率对TCA循环的运转也起着非常重要的作用。,柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,乙酰CoA,CO2 2H,CO2 2H,2H,2H,GTP,草酰乙酸,三羧酸循环的反应过程总结,三羧酸循环的总反应为： 反应共有

26、4次脱氢 3NADH 1 FADH2 1 次底物水平磷酸化： 1 GTP 2次脱羧：用14C标记乙酰CoA进行实验,发现CO2的碳原子来自草酰乙酸而不是乙酰CoA,三羧酸循环的特点,1。有氧条件下，线粒体内，产物为3NADH、FADH2 （ATP）, 2CO2、1GTP和3H2O 。 2。经过一次三羧酸循环：消耗一分子乙酰CoA;四次脱氢；2次脱羧； 1次底物水平磷酸化。 3 NADH：32.57.5ATP FADH2：11.51.5ATP 共10分子ATP 1次底物水平磷酸化：1 GTP 3。三个限速酶为柠檬酸合成酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶复合体。 4。整个循环反应为单向不可逆反应

27、,需不断补充中间物。,5。三羧酸循环的中间产物 三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。,表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，,例如：,。机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。,。机体糖供不足时，可能引起TAC运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解。,* 所以

28、,草酰乙酸必须不断被更新补充。,草酰乙酸,其来源如下：,（三）三羧酸循环的生理意义,1.三羧酸循环是三大营养物质糖、脂肪、氨基酸氧化分解的共同途径，也是的最终代谢去路； 2.三羧酸循环也是三大营养物质代谢联系的枢纽。 3. 为其它物质代谢提供小分子前体物质； 4. 为呼吸链提供H+ + e。,H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。,三、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式,糖有氧氧化生成的ATP,三羧酸循环一次共生成10个ATP 从丙酮酸脱氢开始计算：生成12.5个ATP 葡萄糖（2丙酮酸+2NADH +2ATP）彻底氧化生成CO2和H2O，同时净生成:

29、 (212.5 )(21.5/2.5)2 30/32 ATP,丙酮酸+COA 乙酰COA+CO2 NAD NADH+H,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,2.5,2.5,2.5,1.5,2.5,1.5或22.5,30或32ATP,有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。也是一般状况下人体大多数组织获能的主要途径；它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,简言之，即“供能”,有氧氧化的反应过程：,第一阶段：糖酵解途径 生成丙酮酸,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,及氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,

30、O,ATP,ADP,TAC循环,胞液,线粒体,四、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求,有氧氧化的调节,关键酶, 糖酵解途径：己糖激酶, 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体, 三羧酸循环：柠檬酸合酶,丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1,-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶,1. 丙酮酸脱氢酶复合体, 变构调节, 共价修饰调节,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸 脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+, ATP、ADP的影响, 产物堆积引起抑制, 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶, 其他，如Ca2+可激活许多酶,2.三羧酸循环的调节,有氧氧化的调节特点小结, 有氧氧化的调节通过对其关

31、键酶的调节实现。 * ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,体内ATP浓度是AMP的50倍。 AMP的浓度很低，经上述反应后，每生成1分子AMP，其浓度变动比ATP变动大的多，有信号放大作用，从而发挥有效的调节作用。,ATP/ADP或ATP/AMP比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。 ATP/AMP效果更显著。,* 另外：,五、巴斯德效应(Pastuer effect),*概念：

32、巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象。,法国科学家Pastuer发现酵母菌在无氧时可进行生醇发酵；将其转移至有氧环境，生醇发酵即被抑制，这种有氧氧化抑制生醇发酵的现象称为巴斯德效应。此效应也存在于人体组织中。,第四节 葡萄糖的其他代谢途径Other Metabolism Pathways of Glucose,定义 : 以6-磷酸葡萄糖开始，在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸内脂，进而代谢生成磷酸戊糖为中间代谢产物，故将此过程称为磷酸戊糖途径糖氧化的旁路。 反应部位 : 肝脏、脂肪组织、泌乳期乳腺、肾上腺皮质、骨髓等胞液中。 生理意义： 1. 产生

33、5-磷酸核糖 2. 产生NADPH,一、磷酸戊糖途径 (pentose phosphate pathway),第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,（一）磷酸戊糖途径的反应过程可分为二个阶段:,第二阶段则是非氧化反应: 包括一系列基团转移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,1.在氧化阶段生成磷酸戊糖和NADPH,5-磷酸核糖,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。 两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。 反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间

34、产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。,3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt)。,2. 基团转移反应进入糖酵解途径,5-磷酸核酮糖(C5) 3,5-磷酸核糖 C5,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,总反应式:,磷酸戊糖途径的特点, 脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。 反应过程中进行了一系列酮基和醛

35、基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。 反应中生成了重要的中间代谢物5-磷酸核糖。 一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。,（二）磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADP+比值的调节,6-磷酸葡萄糖脱氢酶此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。 此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。 因此，磷酸戊糖途径的流量取决于NADPH的需求。,（三）磷酸戊糖途径的生理意义在于生成NADPH和5-磷酸核糖,2提供N

36、ADPH作为供氢体参与多种代谢反应,1为核酸的生物合成提供核糖,（1）NADPH是体内许多合成代谢的供氢体，如 ：乙酰CoA合成脂酸、胆固醇； （2）NADPH参与体内羟化反应，例如：从鲨烯合成胆固醇； （3）NADPH还用于维持谷胱甘肽(glutathione，GSH)的还原状态。,还原型谷胱甘肽是体内重要的抗氧化剂，可以保护一些含-SH基的蛋白质或酶免受氧化剂尤其是过氧化物的损害。 在红细胞中还原型谷胱甘肽更具有重要作用。它可以保护红细胞膜蛋白的完整性。,蚕豆病 机制：缺乏6-磷酸葡萄糖脱氢酶,二、糖醛酸途径可生成葡萄糖醛酸,反应过程：,对人类而言，糖醛酸途径的主要生理意义在于生成活化的葡

37、萄糖醛酸，即UDPGA。葡萄糖醛酸是组成蛋白聚糖的糖胺聚糖，如透明质酸、硫酸软骨素、肝素等的组成成分。 葡萄糖醛酸在生物转化过程中参与很多结合反应。,生理意义：,三、多元醇途径可生成木糖醇、山梨醇等,葡萄糖代谢过程中可生成一些多元醇，如木糖醇(xylitol)、山梨醇(sorbitol)等，所以被称为多元醇途径(polyol pathway)。 但这些代谢过程局限于某些组织，对整个葡萄糖代谢所占比重极少，无重要性。,是动物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 (glycogen),糖原储存的主要器官及其生理意义：,第五节 糖原的合成与分解Glycogenesis and

38、Glycogenolysis,1. 葡萄糖单元以-1,4-糖苷键形成长链。 2. 约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以-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,目 录,一、糖原的合成代谢,（一）定义 ： 利用单糖葡萄糖 合成糖原的过程。 （二） 糖原合成的器官和部位 ： 肝脏和肌肉是合成糖原的主要器官（胞液）,1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,（三）糖原合成途径,己糖激酶,2. 6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,这步反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成-1

39、,4-糖苷键，所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合。,半缩醛羟基与磷酸基之间形成的O-P键具有较高的能量。,* UDPG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(UDPG),1- 磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖 ( uridine diphosphate glucose , UDPG ),4. -1,4-糖苷键式结合,* 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。,5. 糖原分枝的形成,目 录,近来人们在糖原分子的核心发现了一

40、种名为glycogenin的蛋白质。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，将UDP-葡萄糖分子的C1结合到其酶分子的酪氨酸残基上，从而使它糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原合成时的引物。,糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？,糖原的合成反应特点小结,1。糖原合成是耗能过程，两步耗能反应（消耗ATP和UTP），每增加一个G单位相当于消耗2ATP。 2。需要糖原引物分子(Gn)。 3。单个葡萄糖分子需要活化为活性葡萄糖分子UDP葡萄糖（UDPG）。 UDPG是葡萄糖基的供体。 4。关键酶 ：糖原合酶;(特点) 5。糖原合酶只能增加糖链，不能形成分支，需分支酶协助。,二、肝

41、糖原分解产物葡萄糖可补充血糖,亚细胞定位：胞浆,肝糖元的分解过程：,1.糖原的磷酸解,糖原分解 (glycogenolysis )习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,2. 脱枝酶的作用,转移葡萄糖残基 水解-1,6-糖苷键,转移酶活性,磷酸化酶,目 录,在几个酶的共同作用下，最终产物中约85%为1-磷酸葡萄糖，15%为游离葡萄糖。,3. 1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖,4. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、肾中，而不存在于肌中。所以只有肝和肾可补充血糖；而肌糖原不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解或有氧氧化。,肌糖原的合成和分解,（一）、肌糖原的分解 肌糖原分解的

42、前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。 肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。 （二）、肌糖原的合成 与肝糖原合成一样。肌肉细胞己糖激酶对葡萄糖的Km低，进入细胞的葡萄糖可迅速磷酸化为6-磷酸葡萄糖，活化为UDPG，合成糖原。,G-6-P的代谢去路：,（补充血糖） G,G-6-P,F-6-P （进入酵解途径）,G-1-P,Gn（合成糖原）,UDPG,6-磷酸葡萄糖内酯 （进入磷酸戊糖途径）,葡萄糖醛酸 （进入葡萄糖醛酸途径）,小结,反应部位：胞浆,

43、糖原合成与分解的总图,糖原的合成与分解是分别通过两条不同途径进行的。这种合成与分解循两条不同途径进行的现象，是生物体内的普遍规律。这样才能进行精细的调节。 当糖原合成途径活跃时，分解途径则被抑制，才能有效地合成糖原；反之亦然。,三、糖原合成与分解受到彼此相反的调节,糖原合成与分解的调节,这两种关键酶的重要特点： 它们的快速调节有共价修饰和变构调节二种方式。 它们都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,调节有级联放大作用，效率高；,两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；,此调节为酶促反应，调节速度快；,受激素调节。,1. 共价修饰调节,磷酸化酶b激酶,

44、糖原合酶a,糖原合酶b -P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,肝,肌肉,2. 别构调节,磷酸化酶二种构像紧密型(T)和疏松型(R) ，其中T型的14位Ser暴露，便于接受前述的共价修饰调节。,* 在肝脏，葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。,肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同,* 在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上腺素调节。 * 肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。,调节小结（了解）, 双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。, 双重调节：别构调节和共价修饰调节。, 肝糖原和肌糖

45、原代谢调节各有特点： 如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素， 分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。, 关键酶调节上存在级联效应。, 关键酶都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,四、糖原累积症（自学）,引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。,第六节 糖异生（Gluconeogenesis）,概念 由非糖化合物（如乳酸、甘油、生糖氨基酸等）在肝/肾脏转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。 反应部位：肝、肾的线粒体和胞液 一、糖异生途径 从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程称为糖异生途径。糖异生途径多数反应与糖酵解途径相同，是可逆的。,一、糖异

46、生途径不完全是糖酵解的逆反应,过程：,酵解途径中有3个由关键酶催化的不可逆反应。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。,糖异生途径与糖酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；,糖异生途径(gluconeogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。,(一) 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸,草酰乙酸,PEP, 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体）, 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）,草酰乙酸转运出线粒体：（2条路）,丙酮酸,线粒体,胞液,糖异生途径所需NADH+H+的来源：,糖异生途径中，1,3-二磷酸甘

47、油酸生成3-磷酸甘油醛时，需要NADH+H+。,由乳酸为原料异生糖时， NADH+H+由下述反应提供。,乳酸,丙酮酸,LDH,NAD+,NADH+H+,由氨基酸为原料进行糖异生时， NADH+H+则由线粒体内NADH+H+提供，它们来自于脂酸的-氧化或三羧酸循环，NADH+H+转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。,NADH+H+转运：,（二） 1,6-双磷酸果糖转变为 6-磷酸果糖,（三） 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,糖原,葡萄糖6-磷酸酶,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,果糖二磷酸酶,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟 丙酮,3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,(线粒体基质),丙酮酸羧化酶,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,乳酸,(胞液),线粒体内膜,甘油,天冬氨酸,天冬氨酸,磷酸烯醇式丙酮酸,糖酵解是糖异生的逆反应么？为什么,答：不是。 糖酵解 糖异生 丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶 6-磷酸果糖激酶-1 果糖二磷酸酶