糖代謝課程教學(xué)授課課件MetabolismofCarbohydrates 糖的概念糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化學(xué)本質(zhì)為多羥醛或多羥酮類及其衍生物或多聚物。 葡萄糖（glucose）結(jié)構(gòu) 醛糖酮糖互變異構(gòu) 第一節(jié)概述Introduction 一、糖的生理功能1.提供能源3.構(gòu)成細(xì)胞的成分2.提供碳源4.構(gòu)成某些生物活性物質(zhì) 二、糖代謝的概況葡萄糖轉(zhuǎn)運體（Glucosetransporters，GLUT）有GLUT1~5五種。GLUT1:主要存在于RBCGLUT4:主要存在于脂肪組織和肌肉 糖代謝的概況葡萄糖酵解途徑丙酮酸有氧無氧乳酸糖異生途徑乳酸、氨基酸、甘油糖原肝糖原分解糖原合成磷酸戊糖途徑磷酸核糖+NADPH+H+淀粉消化與吸收H2O＋CO2ATP 第二節(jié)糖的無氧分解Glycolysis *糖酵解(glycolysis)的定義在缺氧情況下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的過程稱之為糖酵解。葡萄糖乳酸無氧 一、糖酵解的反應(yīng)過程葡萄糖丙酮酸乳酸酵解途徑反應(yīng)部位：胞漿第一階段第二階段大體過程： （一）葡萄糖分解成丙酮酸1.葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate,G-6-P)磷酸化使葡萄糖不能自由逸出細(xì)胞；己糖激酶(hexokinase,HK)分四型，肝中為葡萄糖激酶(glucokinase,GK)；反應(yīng)不可逆。 己糖激酶　葡萄糖激酶存在部位　　肝外組織　　　　肝Km值0.1mmol/L10mmol/L底物G,果糖,甘露糖G調(diào)節(jié)G-6-P反饋抑制　胰島素誘導(dǎo)己糖激酶和葡萄糖激酶的比較 2.6-磷酸葡萄糖異構(gòu)為6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P) 3.6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變成1,6-二磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-BP)是第二個磷酸化反應(yīng)，反應(yīng)不可逆。磷酸果糖激酶-1(phosphofructo-kinase-1,PFK-1)是糖酵解的限速酶。 4.磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖反應(yīng)可逆,由醛縮酶(aldolase)催化 5.磷酸丙糖同分異構(gòu)化磷酸丙糖異構(gòu)酶（triosephosphateisomerase)G→2分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。 6.3-磷酸甘油醛氧化為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。脫下的氫由NAD+接受。 7.1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸此步為底物水平磷酸化反應(yīng)可逆 8.3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸 9.2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)反應(yīng)引起分子內(nèi)能量重新分布，形成高能磷酸鍵。 10.PEP轉(zhuǎn)變成丙酮酸（pyruvate)第二個底物水平磷酸化，反應(yīng)不可逆。烯醇式立即自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橥健?（二）丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸(lactate)此為還原反應(yīng)，NADH+H+來自于3-磷酸甘油醛脫氫。乳酸是糖酵解的終產(chǎn)物。 糖酵解的全過程 總反應(yīng)：C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2OATP的生成：糖酵解時，1mol葡萄糖共生成4molATP，凈生成2molATP 其它單糖的酵解 二、糖酵解的調(diào)節(jié)（一）6-磷酸果糖激酶-1（PFK-1）最重要 F-2,6-BP的生成PFK-2是一種雙功能酶，磷酸化后激酶活性下降，磷酸酶活性升高。 （二）丙酮酸激酶變構(gòu)調(diào)節(jié)：F-1,6-BP為變構(gòu)激活劑；ATP和肝內(nèi)Ala為變構(gòu)抑制劑。共價修飾調(diào)節(jié)：胰高血糖素通過cAMP和PKA使其磷酸化而抑制其活性。 （三）葡萄糖激酶及己糖激酶G-6-P可反饋抑制己糖激酶.胰島素可誘導(dǎo)葡萄糖激酶的合成. （一）機(jī)體缺氧時的主要供能方式。（二）機(jī)體供氧充足情況下少數(shù)組織的能量來源。如成熟紅細(xì)胞、神經(jīng)、白細(xì)胞、骨髓、腫瘤細(xì)胞等。另外，肝臟酵解途徑的主要功能是為其他代謝提供合成原料。三、糖酵解的生理意義 AerobicOxidationofGlucose第三節(jié)糖的有氧氧化 葡萄糖在有氧條件下，徹底氧化成水和CO2的反應(yīng)過程稱為有氧氧化。這是糖氧化的主要方式。 一、有氧氧化的反應(yīng)過程分為三個階段： （一）丙酮酸的氧化脫羧經(jīng)脫氫、脫羧、?；梢阴oA，這是不可逆反應(yīng)。在線粒體內(nèi)進(jìn)行。 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶※由三種酶組成丙酮酸脫氫酶二氫硫辛酰胺脫氫酶※五種輔助因子：TPP（VB1）、NAD+（Vpp）、硫辛酸、FAD（VB2）、HSCoA（泛酸） HSCoANAD+丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 輔酶A結(jié)構(gòu) 由乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸開始，經(jīng)反復(fù)脫氫、脫羧再生成草酰乙酸的循環(huán)反應(yīng)過程。又稱檸檬酸循環(huán)和Krebs循環(huán)。部位：線粒體基質(zhì)（二）三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle) 1.三羧酸循環(huán)的反應(yīng)過程 Citratecycle 三羧酸循環(huán)小結(jié)：Reducingequivalents 在TAC中，1分子乙酰CoA經(jīng)2次脫羧，生成2個CO2，這是體內(nèi)CO2的主要來源；4次脫氫，其中3次以NAD+為受氫體，1次以FAD為受氫體；1次底物水平磷酸化。總反應(yīng)式：乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+HSCoA 三羧酸循環(huán)的特點①在有氧條件下進(jìn)行，產(chǎn)生的還原當(dāng)量經(jīng)氧化磷酸化可產(chǎn)生ATP，是產(chǎn)生ATP的主要途徑。②不可逆。③中間產(chǎn)物的回補：主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸；其次為丙酮酸還原成蘋果酸,再生成草酰乙酸。 2.三羧酸循環(huán)的生理意義①三大營養(yǎng)物質(zhì)的共同氧化途徑。 ②三大物質(zhì)代謝聯(lián)系的樞紐。 二、有氧氧化生成的ATP G→2丙酮酸：凈產(chǎn)生6或8個ATP。丙酮酸→乙酰CoA：產(chǎn)生3個ATP。TAC:一分子乙酰CoA經(jīng)TAC產(chǎn)生3（NADH+H+）和1個FADH2，加上底物水平磷酸化生成1個高能磷酸鍵，共產(chǎn)生12個ATP。結(jié)論：1molG徹底氧化成CO2和H2O，可凈生成36或38molATP。 三、有氧氧化的調(diào)節(jié)除對酵解途徑三個關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)外，還對丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和?-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體四個關(guān)鍵酶存在調(diào)節(jié)。 1.丙酮酸脫氫酶復(fù)合體變構(gòu)調(diào)節(jié)：共價修飾調(diào)節(jié)：磷酸化失活；胰島素和Ca2+促進(jìn)其去磷酸化，使其活性增加。 2.檸檬酸合酶變構(gòu)激活劑：ADP變構(gòu)抑制劑：NADH、琥珀酰CoA、檸檬酸、ATP3.異檸檬酸脫氫酶變構(gòu)激活劑：ADP、Ca2+變構(gòu)抑制劑：ATP 4.?–酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體相似?？傮w說，氧化磷酸化促進(jìn)TAC。ATP/ADP↑，抑制TAC，氧化磷酸化↓；ATP/ADP↓，促進(jìn)TAC，氧化磷酸化↑。 四、巴斯德效應(yīng)有氧氧化抑制糖酵解。關(guān)鍵在NADH。 第四節(jié)磷酸戊糖途徑pentosephosphatepathway 一、磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程在胞漿中進(jìn)行。TPP是轉(zhuǎn)酮醇酶的輔酶。總反應(yīng)式：3G-6-P+6NADP+2F-6-P+3-磷酸甘油醛+6NADPH+6H++3CO2 二、磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié)6-磷酸葡萄糖脫氫酶為限速酶。NADPH/NADP+↑，此途徑抑制；NADPH/NADP+↓，此途徑激活。 三、磷酸戊糖途徑的生理意義1．為核酸的生物合成提供核糖。2．提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應(yīng)。NADPH是體內(nèi)許多合成代謝的供氫體；NADPH參與體內(nèi)羥化反應(yīng)；NADPH用于維持谷胱甘肽的還原狀態(tài)。 第五節(jié)糖原的合成與分解Glycogensynthesisandcatabolism 糖原(glycogen)是糖的貯存形式。糖原分子只有一個還原端。糖原的合成分解都是在非還原端上進(jìn)行的。 ?-1,4-糖苷鍵還原端?-1,6-糖苷鍵非還原端 一、糖原的合成代謝(glycogenesis)UDPG是G的活化形式，是G活性供體。糖原合成中，每增加一個G單位消耗2個~P。糖原合酶是關(guān)鍵酶。 UDPG 糖原分支的形成： 二、糖原的分解代謝糖原分解（glycogenolysis）習(xí)慣上指肝糖原分解成G。磷酸化酶是糖原分解的關(guān)鍵酶。肌肉中無葡萄糖-6-磷酸酶。糖原的G單位酵解凈產(chǎn)生3個ATP。 非還原端?-1,6-糖苷鍵糖原磷酸化酶Glucose脫支酶的轉(zhuǎn)移酶活性脫支酶的作用脫支酶的?-1,6-糖苷酶活性 脫支酶含有葡聚糖轉(zhuǎn)移酶和?-1，6-葡萄糖苷酶兩種活性。在磷酸化酶和脫支酶共同作用下，糖原分解的終產(chǎn)物是G-1-P和葡萄糖。 三、糖原合成與分解的調(diào)節(jié)（一）共價修飾：胰高血糖素和腎上腺素通過促進(jìn)糖原分解和抑制糖原合成升高血糖。（二）變構(gòu)調(diào)節(jié) 胰高血糖素和腎上腺素升高血糖的機(jī)制胰高血糖素腎上腺素ACcAMPG蛋白受體PKA糖原分解磷酸化酶激酶糖原合酶糖原合成血糖磷酸化酶 四、糖原累積癥由于先天缺乏糖原代謝的有關(guān)酶，造成某些組織器官糖原大量堆積。 第六節(jié)糖　異　生gluconeogenesis 概念：由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程稱為糖異生。原料：乳酸、甘油、丙酮酸和生糖氨基酸等。部位：主要在肝臟，其次是腎臟。 一、糖異生途徑從丙酮酸生成G的具體反應(yīng)過程稱為糖異生途徑?；旧鲜翘墙徒獾哪孢^程，但是糖酵解途徑的三個關(guān)鍵酶催化的反應(yīng)是放能的不可逆反應(yīng)，又叫能障。需要另外的酶催化繞過這三個能障。 1.丙酮酸羧化支路 草酰乙酸出線粒體的方式：草酰乙酸→蘋果酸草酰乙酸→Asp 2.F-1,6-BP→F-6-P 3.G-6-P→G 二、糖異生的調(diào)節(jié) 胰高血糖素促進(jìn)糖異生，抑制糖分解。胰島素則作用相反。 三、糖異生的生理意義（一）維持血糖濃度恒定（二）補充肝糖原（三）調(diào)節(jié)酸堿平衡 各種物質(zhì)的糖異生乳酸→丙酮酸；Ala→丙酮酸；生糖氨基酸→TAC中的各種羧酸→草酰乙酸；甘油→?-磷酸甘油→磷酸二羥丙酮。 四、乳酸循環(huán)當(dāng)肌肉在缺氧或劇烈運動時，肌糖原經(jīng)酵解產(chǎn)生大量乳酸，通過血液循環(huán)運到肝臟，在肝內(nèi)異生為葡萄糖，葡萄糖可再經(jīng)血液返回肌肉利用，這個循環(huán)稱為乳酸循環(huán)，也叫Cori循環(huán)。意義：防止酸中毒；利于乳酸再利用。2分子乳酸異生成G共消耗6個ATP。 乳酸循環(huán) 第七節(jié)血糖及其調(diào)節(jié)BloodSugarandItsRegulation 一、血糖的來源和去路 二、血糖水平的調(diào)節(jié)（一）胰島素：是唯一降血糖的激素。（二）胰高血糖素：是體內(nèi)主要升高血糖的激素。（三）糖皮質(zhì)激素：升高血糖的激素。（四）腎上腺素：是強有力的升高血糖激素。主要在應(yīng)激狀態(tài)下發(fā)揮作用。 三、血糖水平異常（一）高血糖及糖尿癥空腹血糖水平高于7.22~7.78mmol/L稱為高血糖。當(dāng)血糖濃度高于8.89~10.00mmol/L時，可出現(xiàn)糖尿。此血糖值稱為腎糖閾。高血糖見于：糖尿病、腎臟疾病、情緒激動等。