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生物化学:第六章 糖代谢.ppt

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    • 第六章 糖代谢Metabolism of Carbohydrates 糖的化学:(一)糖的概念:一类多羟基醛或多羟基酮类(醛糖 或酮糖)及其衍生物或多聚物二)糖的分类及其结构:2.寡糖:例如蔗糖、麦芽糖、乳糖等1.单糖:例如葡萄糖、果糖、半乳糖等3.多糖:例如淀粉、糖原、纤维素等醛糖酮糖4.结合糖---如糖蛋白,蛋白聚糖,糖脂等(第四章内容) 糖的主要生理功能:2.碳源:糖代谢过程中产生的一些中间产物可被生物体作为 碳架,转变为AA、FA、核苷等含碳化合物1.能源:糖的重要生理作用是为机体提供生命活动所需能量 3.糖是组成人体组织结构的重要成分:⑴糖与脂结合形成糖脂,构成神经组织和生物膜的主要成分⑵糖与蛋白质结合形成糖蛋白和蛋白聚糖构成结缔组织,软骨和骨的基质⑴糖蛋白可作为某些抗体、酶、激素等⑵糖的磷酸衍生物可以形成体内许多重要的生物活性物质, 如:NAD、FAD、ATP⑶糖在分解代谢中产生重要的还原当量NADPH糖代谢的中间产 物核糖、脱氧核糖是核酸的主要成分4.其他: 人体内主要的糖类:﹡糖原:是人体内糖类的贮存形式﹡葡萄糖:是糖类的运输形式 糖的代谢概况:分解、储存与合成血液细胞一系列复杂的酶促反应(包括分解及合成反应)+能量转变葡萄糖分解:糖的无氧/有氧氧化、磷酸戊糖途径、糖原分解等储存:糖原合成合成:糖异生 、结构多糖的合成等 葡萄糖 糖酵解丙酮酸 糖异生途径 肝脏、肾脏 乳酸、氨基酸、甘油 肝糖原分解 糖原 糖原合成 肝脏、肌肉 磷酸戊糖途径 核糖 + NADPH+H+淀粉 消化与吸收 有氧 H2O及CO2 ATP ATP 无氧 乳酸 ATP 1、糖充足时:糖原合成、糖分解(无氧/有氧氧化、磷酸戊糖途径)2、糖不足时:肝糖原分解、糖异生 第一节糖的消化吸收与转运(自学)Digestion, absorption and transportation of Carbohydrates 一、葡萄糖转运进入细胞 这一过程依赖于葡萄糖转运体(glucose transporter,GLUT)。

      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 二、糖的消化吸收主要是在小肠进行消化部位:主要在小肠,少量在口腔消化产物:葡萄糖食物糖:植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄 糖等,其中以淀粉为主人体没有-糖苷酶,所以不能分解纤维素吸收部位:小肠粘膜细胞吸收形式:单糖 Glc 丙酮酸糖酵解途径第二节 糖的无氧分解 GlycolysisGlycolysis乙醇+CO2丙酮酸脱羧酶胞液缺氧 乳酸发酵 乳酸+ATP(lactic acid fermentation)胞液供氧充足 有氧氧化 CO2+H2O+ATP Mit 一、有关概念1、在某些植物和微生物中,丙酮酸可转变为乙醇和二氧化碳,称为乙醇发酵(ethanol fermentation) 2、一分子葡萄糖在胞液中可裂解为两分子丙酮酸,是葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径,称为糖酵解(glycolysis) 3、在不能利用氧或氧供应不足时,人体将丙酮酸在胞液中还原生成乳酸,称为乳酸发酵 (lactic acid fermentation) 二、糖无氧氧化反应过程分为糖酵 解和乳酸生成两个阶段第一阶段:由葡萄糖分解成丙酮酸,称之为糖酵解,同时产生ATP的一系列过程。

      第二阶段:由丙酮酸转变成乳酸糖的无氧氧化的部位:胞液糖的无氧氧化分为两个阶段:特点:在有氧和无氧条件下均可进行,故糖酵解 是有氧氧化和糖无氧氧化共同的必经之路 糖酵解和糖的有氧氧化及无氧氧化的相互关系糖酵解6C3C3C2C 第二节 糖的无氧分解1、糖的无氧氧化的关键酶及关键酶的调节2、糖的无氧氧化的生理意义3、糖的无氧氧化的重要辅酶1、NAD+-NADH循环2、糖酵解终产物---NADH和丙酮酸的代谢去向3、代谢调节---变构调节、共价修饰调节教学重点:教学难点:4、能量产生的方式和数量 (一)葡萄糖经代谢分解为两分子丙酮酸——糖酵解途径 葡萄糖必须被转运到细胞内,才能发生糖酵解 Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸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→丙酮酸的过程:糖酵解途径 1.葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖 ATP ADPMg2+ 己糖激酶(hexokinase)葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 (G-6-P)保糖机制,耗能(需ATP提供磷酸基和能量 ) ),不可逆酶:己糖激酶(HK),为一变构酶,此步为限速步骤。

      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,即Km高②受激素调控 ③不是变构酶,不受6-磷酸葡萄糖的抑制 这些特性使葡萄糖激酶对于肝维持血糖稳定至关重要,只有当血糖显著升高时,肝才会加快对葡萄糖的利用,起到缓冲血糖水平的调节作用 己糖激酶(HK)与葡萄糖激酶(GK)HKGK分布 较广泛,如脑、肌肉等 肝组织 底物 己糖及己糖衍生物 葡萄糖 Km 0.1mmol/L 10mmol/L激活剂 Mg2+或Mn2+ Mg2+或Mn2+调节物 6-磷酸葡萄糖反馈抑制 不是变构酶 作用 糖分解 使过多的血糖→6-P-G 再合成糖原而储存基因表达 组成酶 诱导酶 2.6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖 己糖异构酶 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P)同分异构化反应,可逆 3.6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶-1•6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1):变构酶,限速步骤,耗能(需ATP提供磷酸基和能量 ) ),不可逆。

      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 4.磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 醛缩酶(aldolase)GluGluG-6-PG-6-PF-6-PF-6-PF-1,6-2PF-1,6-2PATPATPADPADPATPATPADPADP1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NADNAD+ +NADH+HNADH+H+ +ADPADPATPATPADPADPATPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 + +•糖很容易转变为脂肪•1分子6碳糖分解为2分子三碳糖 5.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 同分异构化反应,可逆 每分子葡萄糖产生2分子3-磷酸甘油醛,有两个耗能步骤,消耗2个ATP第1〜5步反应: 6.3-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-phosphate dehydrogenase)3-磷酸甘油醛 1,3-双磷酸甘油酸 产物:羧基与磷酸的混合酸酐,存在高能磷酸键,需不断 有NAD+加入,反应才能持续进行。

      唯一的氧化还原反应,可逆 7.1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 (phosphoglycerate kinase) 1,3-二磷酸 甘油酸3-磷酸甘油酸 随磷酰基转移,本来贮存在糖中的能量也转移到ATP中,成为生物体可以利用的能量形式 第1处底物水平磷酸化:ADP磷酸化为ATP与代谢物反应相偶联磷酰基转移反应,产能,可逆 在以上反应中,底物分子内部能量重新分布,生成高能键,使ADP磷酸化生成ATP的过程,称 为 底 物 水 平 磷 酸 化 (substrate level phosphorylation) 底物水平磷酸化不需要氧,是糖酵解中形成ATP的机制 8.3-磷酸甘油酸转变为2-磷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 可逆的磷酸基转移过程 9.2-磷酸甘油酸转变为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)脱水反应,可逆产物中磷酰烯醇键是高能键特点:电子重排和能量重新分布,利于高能磷酸 键生成 ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶(pyruvate kinase)10.磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸, 并通过底物水平磷酸化生成ATP磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸糖酵解最后一步反应第二步底物水平磷酸化第三步不可逆反应n丙酮酸激酶:变构酶,限速步骤,产能,不可逆。

      磷酰基转移反应,产能,不可逆 2分子3-磷酸甘油醛生成2分子丙酮酸,有两处底物水平磷酸化,共生成4个ATP第6〜10步反应: 小结:Glc 2x磷酸丙糖 2x丙酮酸(6C) (3C) (3C)2ATP 2ADP4ADP 4ATPⅠⅡⅠ 准备阶段(1)〜(5),耗能阶段 (1)〜(3):两步磷酸化(活化),消耗2个ATP (4)〜(5):裂解每分子Glc产生2分子3-磷酸甘油醛,消耗2个ATP Ⅱ :产能阶段 (6)(6)〜〜(10)(10)(6)〜(7)(8)〜(10) 先氧化形成高能磷酸键,再底物水平磷酸化形成ATP 2分子3-磷酸甘油醛产生2分子丙酮酸,产生4分子ATP (1)发生部位:胞浆(2)总反应:葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O 十步酶促反应,其中三步不可逆消耗2个ATP,产生4个ATP,净得2个ATP糖酵解小结:1×葡萄糖→2×丙酮酸 (3) NADH+H+的去路NADH+H+ NAD+供氧充足:进入Mit,还原      O2,生成H2O和ATP缺氧:还原丙酮酸,生成乳酸缺氧状态下:目的保证NAD+的再生NAD+-NADH循环 (4) 丙酮酸的去向葡萄糖 丙酮酸供氧充足:进入Mit,完全氧化, 生成CO2+H2O+ATP缺氧:在胞浆中,被还原,生成 乳酸 (二)丙酮酸转变成乳酸 丙酮酸 乳酸 乳酸脱氢酶 (Lactate dehydrogenase, LDH) NADH+H+H+ + NAD+ 特点:保证糖无氧氧化过程得以继续运行 糖无氧氧化的代谢途径E2E1E3NAD+-NADH循环 糖无氧氧化小结:3.产能方式和数量: 方式:底物水平磷酸化 净生成ATP数量:从G开始 2×2-2= 2ATP 从Gn(糖原)开始 2×2-1= 3ATP1.发生部位:胞浆;糖酵解是一个不需氧的产能过程。

      2.关键酶:己糖激酶(HK,分四型,肝中为GK) 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶1×葡萄糖→2×乳酸 反应全过程中的三步不可逆反应: 5.终产物乳酸的去路:释放入血,进入肝脏再进一步代谢 乳酸循环(糖异生)4.乳酸的生成 使糖酵解中生成的NADH+H+重新转变成NAD+,保证糖酵解过程继续运行,p114 C6H12O6+2ADP+2Pi 2C3H6O3+2ATP+2H2O能量转化:=31%总反应: 全过程:首先是六碳糖互换,然后是醛变成酸,最后是酸的转变 三、糖酵解的主要生理意义是在机体缺氧的情况下快速供能n 为细胞内其他物质的合成提供原料:如丙酮酸→丙氨酸 磷酸二羟丙酮→3-磷酸甘油 1.机体缺氧状况下能迅速提供能量 剧烈运动等生理性缺氧 心肺机能障碍等病理性缺氧 2.有氧状况下依赖糖酵解供能 成熟红细胞因无线粒体而完全依赖 白细胞、骨髓、神经等代谢活跃部分依赖 四、糖酵解的调控是对3个关键酶活性的调节关键酶① 己糖激酶 ② 6-磷酸果糖激酶-1 ③ 丙酮酸激酶 调节方式① 别构调节 ② 共价修饰调节 影响糖代谢的几种激素:1.胰岛素:由胰脏的-细胞分泌的,是体内唯一降血糖的激素。

      2.胰高血糖素:由胰脏的-细胞分泌的,是血中葡萄糖浓度低的指标增加血液中葡萄糖的浓度3.肾上腺素:由肾上腺皮质产生的儿茶酚胺其产生经典的应急反应肾上腺素增多就意味着生物体必须将所有的能量调动起来,增加血液中葡萄糖的浓度,为应急的逃跑或战斗作好准备 可逆反应:A B 反应向两个方向同时进行,均 由一种酶催化酶酶Ⅰ酶Ⅱ不可逆反应:A B 反应只能向一个方向进行,逆 反应由另一种酶催化不可逆步骤不仅决定着流动速率,而且还决定着流动方向糖酵解的调节: 关键酶 别构激活剂 别构抑制剂6-磷酸果糖激酶-1 AMP,ADP ATP,柠檬酸 F-1,6-2P,F-2,6-2P丙酮酸激酶 F-1,6-2P,AMP ATP,Ala己糖激酶 AMP ATP,G-6-P 6-磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶还可进行共价修饰调节。

      调节目的:适应机体对能量的要求 AMP/ATP 糖酵解 (一)6-磷酸果糖激酶-1对调节酵解途径的流量最重要 ATP对6-磷酸果糖激酶-1的调节:ATP结合位点调节效应活性中心底物结合部位(低浓度时)激活活性中心外别构调节部位(高浓度时)抑制 PiPiH H2 2O OATPADP6-磷酸果糖2 2,,6-6-双磷酸果糖双磷酸果糖果糖双磷酸酶6-磷酸果糖激酶-2AMP柠檬酸⊕ 2,6-双磷酸果糖的合成、分解与别构激活FPK-1-双功能酶:——6-磷酸果糖激酶-2/果糖双磷酸酶-2双功能酶活性的调节:激素控制下的共价修饰调节 激素(胰高血糖素)⊕⊕⊕⊕腺苷酸环化酶 (无活性)腺苷酸环化酶 (有活性)ATPcAMP A A激酶(无活性) A A激酶(有活性)⊕⊕⊕⊕双功能酶双功能酶P P磷蛋白磷酸酶血糖低时:糖酵解被抑制F-2,6-2P 双功能酶6-磷酸果糖激酶-2活性果糖双磷酸酶-2活性2,6-双磷酸果糖↓6-磷酸果糖激酶-1活性↓糖酵解↓(胰高血糖素升高血糖的机制之一)磷蛋白磷酸酶→双功能酶去磷酸化→变化与上述相反P P 共价修饰调节:双功能酶---激素控制下• 肝细胞在胰高血糖素作用后所发生的种种代谢变化目的 只有一个:就是阻止葡萄糖的分解,促进葡萄糖的合成,最 终提高血糖的浓度• 肝细胞在胰岛素作用后所发生的种种代谢变化目的也只有 一个:就是促进葡萄糖的分解和糖原的合成,阻止葡萄糖的 合成,最终降低血糖的浓度p F-2,6-BP是合成还是水解完全是由血液中胰岛素和胰高血糖素之间的比例 决定,而F-2,6-BP在合成和水解之间的切换使得机体能够对血糖浓度的变化 迅速做出反应. 丙酮酸激酶 丙酮酸激酶 ATP ATP ADP ADP Pi Pi 磷蛋白磷酸酶(无活性) (有活性) 胰高血糖素 PKA, CaM激酶P PPKA:蛋白激酶A (protein kinase A)CaM:钙调蛋白(二)丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点 (2)葡萄糖激酶:肝内GK 不受 6-P-G的抑制,当血糖浓度↑↑时,细胞内葡萄糖↑,当 6-P-G也↑时,GK不受抑制,可保证肝糖原的顺利合成,这样既↓血糖浓度,又使大量葡萄糖以糖原形式储存起来。

      1)己糖激酶:受其产物6-P-G的反馈抑制三)己糖激酶和葡萄糖激酶的调节 问题:1.糖酵解时生成ATP的方式?2.1分子葡萄糖通过糖酵解分解为2分子乳酸,净生成 多少分子ATP?3.糖酵解得以不断进行的动力(原因)是什么? 或: 无氧状态下NAD+是如何再生的?这对糖酵解的进行有什么影响? 底物水平磷酸化作用:(substratelevel phosphorylation) 直接由作用物分子中的高能磷酸基转移到ADP分子上产生ATP的末端高能磷酸键的方式,称为底物水平磷酸化 胰高血糖素与胰岛素对糖酵解有什么影响?问题:血糖低时:血糖高时:糖酵解被?糖酵解被? 第三节 糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate 1、糖的有氧氧化的关键酶及其调节方式2、糖的有氧氧化的生理意义3、糖的有氧氧化的重要辅酶教学重点:教学难点:4、柠檬酸循环的条件、意义5、巴斯德效应的概念及其机制,与糖酵解比较1、丙酮酸脱氢酶复合体------组成、底物、产物2、柠檬酸循环------条件、作用3、代谢调节------变构调节、共价修饰调节 部位:胞液及线粒体 概念 机体利用氧将葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2的反应过程,称为糖的有氧氧化。

      是体内糖分解供能的主要方式糖的有氧氧化:葡萄糖→CO2+ +H2O+ +ATP 一、糖有氧氧化分为三个阶段: (一)糖酵解 (二)丙酮酸氧化脱羧 (三)柠檬酸循环及氧化磷酸化 有氧氧化的反应过程 第一阶段:糖酵解第二阶段:丙酮酸的氧化脱羧 第三阶段:柠檬酸循环     氧化磷酸化G(Gn) 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O [O] ATP ADP TAC循环 胞液 线粒体 丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体 n 总反应式: (一)葡萄糖循糖酵解分解为丙酮酸(二)丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA (acetyl CoA)重点重点! !难点难点! ! 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HSCoAHSCoANADNAD+ + 辅酶 TPP 硫辛酸( ) HSCoA FAD, NAD+SSL 丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程1.丙酮酸脱羧:由E1催化,需要TPP。

      2.碳单位的转移和氧化:由E2催化,硫辛酰胺作为辅基3.碳单位的再次转移:仍由E2催化,但需要CoA4.氧化型硫辛酰胺的再生:由E3催化,需要FAD和NAD+作为辅因子羟乙基-TPP + CO2---还原型硫辛酰胺-乙酰基 + TPP---乙酰CoA + 还原型硫辛酰胺 CO2 CoASHNAD+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 丙酮酸脱氢酶系的结构和组成缩写 酶活性 辅因子 维生素前体 辅因子类型 催化的反应 E1 丙酮酸脱氢酶 TPP B1 辅基 丙酮酸氧化脱羧 E2 二氢硫辛酸 硫辛酰胺 硫辛酸 辅基 将乙酰基转 转乙酰酶 CoA 泛酸 辅酶 移到CoA E3 二氢硫辛酸 FAD B2 辅基 氧化型硫辛 脱氢酶 NAD+ PP 辅酶 酰胺再生 丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体 总反应式: 丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA (acetyl CoA) 柠檬酸循环也称三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TCAC),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所有的反应均粒体中进行概述反应部位 (三)乙酰CoA进入柠檬酸循环以及氧化磷酸化生成ATP绝对需要氧气的存在 (一)TCA循环由8步代谢反应组成TCAC是以形成柠檬酸为起始物的循环 反应系统 CoASHNADH+H+NAD+COCO2 2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH⑧⑧①①②②③③④④⑤⑤⑥⑥⑦⑦②②H2O①柠檬酸合酶②顺乌头酸酶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(琥珀酸硫激酶)⑥琥珀酸脱氢酶⑦延胡索酸酶⑧苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶 TCA循环的几个重要特征归纳如下: 1.有两个碳原子进入循环,随后反应中又有两个碳原子离开,需特 别注意的是后者并非是最初进入的那两个,而来源于草酰乙酸2.有四对H离开循环,并进入呼吸链进一步氧化产生更多的ATP3.有一步底物水平磷酸化反应4.有两个H2O被消耗,分别作柠檬酸合酶和延胡索酸酶的底物5. O2并不直接参与循环,但它的存在是TCA循环正常进行所必需 柠檬酸循环中间产物起催化剂的作用,本身无量的变化,不可能通过柠檬酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或柠檬酸循环中其他产物,同样中间产物也不能直接在柠檬酸循环中被氧化为CO2及H2O。

      6、柠檬酸循环的中间产物 柠檬酸循环的中间产物:表面上看来,柠檬酸循环运转必不可少的草酰乙酸在柠檬酸循环中是不会消耗的,它可被反复利用实际上:Ⅰ.机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的,TCA循环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 Ⅱ.机体糖供不足时,可能引起柠檬酸循环运转障碍 所以,草酰乙酸必须不断被更新补充 TCA循环丙酮酸柠檬酸 草酰乙酸 琥珀酰CoA α-酮戊二酸 乙酰CoA 脂肪酸胆固醇天冬氨酸其他氨基酸嘌呤碱基嘧啶碱基卟啉血红素叶绿素谷氨酸其他氨基酸嘌呤碱基TCA循环中间物的去向 草酰乙酸 柠檬酸 柠檬酸裂解酶 乙酰CoA 丙酮酸 丙酮酸羧化酶 CO2 苹果酸 苹果酸脱氢酶 NADH+H+ NAD+ 天冬氨酸 谷草转氨酶 α-酮戊二酸 谷氨酸 其来源如下: 草酰乙酸必须不断被更新补充(回补反应) ①氧化供能:1分子乙酰CoA通过三羧酸循环彻底氧化可推 动10分子ATP的生成为呼吸链提供H+ + e②是三大营养物质氧化分解的共同途径。

      ③是三大营养物质代谢联系的枢纽④为其它物质合成代谢提供小分子前体⑤循环中的某些中间物作为变构效应物分别调节糖酵解和糖异生,此外它还可以作为正变构效应物刺激FA合成的限速酶乙酰CoA羧化酶的活性⑥产生CO2(二)TCA循环在3大营养物质代谢中具有重要生理意义 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ATPNADH+H+ H2O、2.5ATP [O] H2O、1.5ATP FADH2 [O] 三、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要 方式 反 应辅 酶最终获得ATP第一阶段(胞浆)葡糖糖→6-磷酸葡糖糖-16-磷酸果糖→1,6-二磷酸果糖-1 2×3-磷酸甘油醛→2×1,3-二磷酸甘油酸2NADH3或5*2×1,3-二磷酸甘油酸→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2NADH2NADH2FADH2 2NADH55235由一个葡糖糖总共获得30或32葡萄糖有氧氧化生成的ATP * * 获得获得ATPATP的数量取决于还原当量(的数量取决于还原当量(2H2H)进入线粒体的穿梭机制)进入线粒体的穿梭机制 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。

      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” 四、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求关键酶① 糖酵解:② 丙酮酸的氧化脱羧:丙酮酸脱氢酶复合体③ 柠檬酸循环:己糖激酶丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1柠檬酸合酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶 丙酮酸脱氢酶复合体受双重调节 ⑴ 别构调节别构抑制剂:乙酰CoA; NADH; ATP 别构激活剂:AMP;ADP;NAD+;丙酮酸;CoA;Ca2+ * 乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+时,其活性也受到抑制 这两种情况见于饥饿、大量脂酸被动员利用时,这时糖的有氧氧化被抑制,大多数组织器官利用脂酸作为能量来源以确保脑等重要组织对葡萄糖的需要 ⑵ 共价修饰调节 异柠檬酸 脱氢酶柠檬酸合酶 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 柠檬酸 CaCa2+ 2+ ① ATP、ADP的影响② 产物堆积引起抑制③ 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶④ 其他,如Ca2+可激活许多酶三羧酸循环的调节 TCA循环主要受其底物、产物、关键酶活性3种因素的调控。

      TCA循环的速率和流量主要受3种因素的调控:底物的供应量,催化循环最初几步反应酶的反馈别构抑制,产物堆积的抑制作用柠檬酸循环中有三个关键酶:柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶 TCA循环与上游和下游反应协调: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 有氧氧化的调节特点:⑴ 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现⑵ 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⑶ 氧化磷酸化速率影响TCA循环前者速率降低,则后者速 率也减慢⑷ TCA循环与酵解途径互相协调TCA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 概念机制 有氧时,NADH+H+进入线粒体内氧化,丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸缺氧时,酵解途径加强,NADH+H+在胞浆浓度升高,丙酮酸作为氢接受体生成乳酸巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象。

      五、巴斯德效应是指糖有氧氧化抑制糖酵解的现象 问题:2.比较糖无氧氧化与有氧氧化的主要特点?列表比较3.讨论:O2不直接参与循环,但为什么它的存在是柠檬酸循环正常进行所必需?4.试应用你所学的生物化学知识阐述婴儿脚气病的病因和可导致的后果,并在预防措施方面给年轻的父母提一些建议1.有氧氧化(柠檬酸循环)的概念、部位、关键酶、生理意义?5.巴斯德效应的概念及其机制? 6-16-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 第四节 磷酸戊糖途径1、关键酶及关键酶的调节2、生理意义教学重点: 问题:1.磷酸戊糖途径的概念、部位、关键酶、生理意义? n 概念 磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+,前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程n 转酮醇酶(TPP):将两个碳基团转移到醛糖上n 转醛醇酶:将三个碳基团转移到醛糖上一、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖磷磷 酸酸 戊戊 糖糖 途途 径径 (( pentose phosphate pathway))是是指指从从糖糖酵酵解解的的中中间间产产物物6-磷磷酸酸-葡葡萄萄糖糖开开始始形形成成旁旁路路,,通通过过氧氧化化、、基基团团转转移移两两个个阶阶段段生生成成果果糖糖-6-磷磷酸酸和和3-磷磷酸酸甘甘油油醛醛,,从从而而返返回回糖糖酵酵解解的的代代谢谢 途途 径径 ,, 亦亦 称称 为为 磷磷 酸酸 戊戊 糖糖 旁旁 路路 (( pentose phosphate shunt))。

      磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径不不能能产产生生ATP,,其其主主要要意意义义是是生生成成NADPH和磷酸核糖,和磷酸核糖, 细胞定位:胞液(一)磷酸戊糖途径的反应过程分为两个阶段反应过程可分为二个阶段:氧化反应和非氧化反应 6-磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖 H2O NADPH+H NADPH+H+ + NADPNADP+ + ⑴ ⑴ 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 NADPNADP+ + COCO2 2 NADPH+H NADPH+H+ + ⑵⑵6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 H H H HCOCOCOCOH H H HCHCH2 2OH OH C CO O 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸内酯 5-磷酸核糖 1.6-磷酸葡萄糖在氧化阶段生成磷酸戊糖和NADPH 1、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2、两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+3、反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。

      G-6-P 5-磷酸核糖 NADPNADP+ + NADPH+HNADPH+H+ + NADPNADP+ + NADPH+HNADPH+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.经过基团转移反应进入糖酵解 目的和意义: 在于将磷酸戊糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛进入糖酵解 5-磷酸核酮糖(C5) ××3 3 5-磷酸核糖 C5反应的性质是异构或分子重排C5+C5→C3+C7(转酮酶)C3+C7→C6+C4(转醛酶)C5+C4→C6+C3(转酮酶)3C5→2C6+C33C6→3C5(氧化相)3C6→2C6+C3(总反应) 磷酸戊糖途径第二阶段 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 C35-磷酸核糖C5第一阶段 6-磷酸葡萄糖(C6)×3 6-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×3 6-磷酸葡萄糖酸(C6)×3 5-磷酸核酮糖(C5) ×3 3NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 3NADP+ 3NADP+3H3NADP+3H+ + 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 CO2 总反应式:3×6-磷酸葡萄糖 + 6NADP+2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2 磷酸戊糖途径的特点 ⑴ 脱氢反应以NADP+为受氢体,生成NADPH+H+。

      ⑵ 反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应,经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程⑶ 反应中生成了重要的中间代谢物——5-磷酸核糖⑷ 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+⑸ 发生在细胞液,不需氧气⑹ 与糖酵解、TCAC和糖异生相比,其调节机制相当简单 (二)磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADP+比值的调节1、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2、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 1.产生5-磷酸核糖,参与核酸的合成2.产生NADPH⑴NADPH是体内许多合成代谢中氢原子的来源⑵NADPH参与体内羟化反应⑶NADPH还用于维持谷胱甘肽的还原状态* 举例:蚕豆病(三)磷酸戊糖途径的生理意义在于生成NADPH和5-磷酸核糖 •葡糖-6-磷酸脱氢酶缺陷者,其红细胞不能经磷酸戊糖途径获得充足的NADPH,难以使谷胱甘肽保持还原状态,因而表现出红细胞(尤其是较老的红细胞)易于破裂,发生溶血性黄疸。

      这种溶血现象常在食用蚕豆(是强氧化剂)后出现,故称为蚕豆病蚕豆病 生物合成与磷酸戊糖途径活性的关系 组织 功能 磷酸戊糖途径的活性 肾上腺 固醇类激素的合成 高 肝 脂酸和胆固醇的合成 高 睾丸 固醇类激素的合成 高 脂肪组织 脂酸的合成 高 卵巢 固醇类激素的合成 高 乳腺 脂酸的合成 高 氧化型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽 1、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2、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 6-2 第五节 糖原的合成与分解1、概念、部位、关键酶2、调节:双重调节机制3、特点1、调节:双重调节机制教学重点:教学难点: 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 肝脏:肝糖原,70〜100g,维持血糖水平肌肉:肌糖原,180〜300g,主要供肌肉收缩所需 (糖原→乳酸) 1.葡萄糖单元以α-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α-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 一、糖原的合成代谢主要在肝和肌组织中进行合成部位:糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程组织定位:主要在肝脏、肌肉细胞定位:胞浆 糖原的结构1.组成成分:葡萄糖2.连接键: -1,4-糖苷键(构成主链即直链) -1,6-糖苷键(连接分支点糖基) OOOOOO非还-1,4-糖苷键-1,6-糖苷键144116 6-3 1.原料:葡萄糖、糖原引物2.部位:肝脏及肌肉组织的胞液3.限速酶:糖原合酶4.耗能过程:-2ATP(ATP)和UTP 糖原合成途径:5.具体过程分三个阶段:葡萄糖活化——UDPG糖原合酶的作用——形成直链的结构分支酶的作用——形成支链的结构 1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖葡萄糖6-磷酸葡萄糖ATPADP己糖激酶(肌肉)葡萄糖激酶(肝)糖原合成的具体反应过程: 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖此反应中磷酸基团转移的意义在于:由于延长形成α-1,4-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 3.1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖+UTP尿苷 P PP PP PPPiUDPG焦磷酸化酶2Pi+能量1- 磷酸葡萄糖 尿苷二磷酸葡萄糖 (uridine diphosphate glucose, UDPG)UDPG可看作“活性葡萄糖”,在体内充作葡萄糖供体 糖原n + UDPG糖原n+1 + UDP 糖原合酶(glycogen synthase)UDP UTP ADP ATP 核苷二磷酸激酶4.α-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.糖原分枝的形成分支酶(branching enzyme) α-1,6-糖苷键 α-1,4-糖苷键 1.2. 3.4.UDPG +糖原(Gn*) UDP + 糖原(Gn+1)* 糖原引物中的葡萄糖数目 糖原合成的特点1.需要活化的葡萄糖单位:UDPG2.需要引物(primer):3.合成方向是从还原端→非还原端4.分支需要分支酶5.肌糖原和肝糖原的合成过程基本相似,但糖的来源不同 肝糖原:可来自于血糖、其他单糖及非糖物质转变成葡萄糖 肌糖原:只能来自于血糖 己糖激酶(HK) 葡萄糖激酶(GK)分布 全身 肝脏、胰腺-细胞特异性 弱 强反馈抑制 有 无激素控制 不受 要受参与代谢 糖酵解途径 糖原合成 6-4 二、肝糖原分解产物——葡萄糖可补充血糖亚细胞定位:胞浆糖原分解 (glycogenolysis )习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。

      肝糖元的分解过程:糖原n+1糖原n + 1-磷酸葡萄糖糖原磷酸化酶(Glycogen phosphorylase)1.糖原的磷酸解 2.脱枝酶的作用①转移葡萄糖残基②水解-1,6-糖苷键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 (debranching enzyme)磷酸化酶转移酶活性 α-1,6糖苷酶活性脱枝酶 1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶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(肝,肾)葡萄糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖-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 3.4.葡萄糖-6-磷酸酶葡萄糖变位酶(肝、肾) 肌糖原的分解肌糖原分解的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 葡萄糖 ↑↓ 6-磷酸葡萄糖 ↑↓ 1-磷酸葡萄糖 ↑↓焦磷酸化酶 脱支酶↑↓糖原合酶 磷酸化酶↑↓分支酶 ↑↓ 糖原 反应过程总结: 糖原分解的特点1.磷酸化酶的作用受到一定的限制:2.在细胞内一个糖原分子很少会被完全降解,通常只有它的外围 部分会被降解,而留下一个核心以便在糖原合成时作为引物3.糖原可以在很短时间内被动员4.肌糖原和肝糖原的分解作用不同 小结:1.糖原分解过程不需要消耗能量2.肌肉组织中无6-磷酸葡萄糖酶3.关键酶:磷酸化酶4.肌糖原和肝糖原的分解,其作用不同。

      肝糖原:作为葡萄糖库,维持血糖浓度 肌糖原:作为燃料库,为肌肉收缩提供能量 G-6-P的代谢去路:G(补充血糖)G-6-PF-6-P(进入糖酵解)G-1-PGn(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 糖原的合成与分解总图UDPG焦磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶 磷酸葡萄糖变位酶 己糖(葡萄糖)激酶 糖原n Pi 磷酸化酶 葡萄糖-6-磷酸酶(肝) 糖原n 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 关键酶糖原合成:糖原合酶糖原分解:糖原磷酸化酶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这两种关键酶的重要特点: (一)糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶糖原磷酸化酶的共价修饰调节磷酸化酶b激酶磷酸化酶b(活性低)磷酸化酶b激酶-磷酸化酶a-(活性高)PPPP 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。

      •葡萄糖是肝磷酸化酶的别构抑制剂磷酸化酶 a (R) [疏松型]磷酸化酶 a (T) [紧密型]葡萄糖肝糖原磷酸化酶的变构调节 6-磷酸葡萄糖是肌磷酸化酶的别构抑制剂肌糖原磷酸化酶的变构调节 (二)糖原合酶是糖原合成的关键酶糖原合酶(活性高)糖原合酶-(活性低)P糖原合酶的共价修饰调节 糖原合成与分解的共价修饰调节 ——磷酸化与去磷酸化 糖原合酶 糖原合酶a 糖原合酶b 磷酸化酶b激酶 b激酶 b激酶磷酸化酶 磷酸化酶a 磷酸化酶b磷蛋白磷酸酶抑制剂 去磷酸化 有活性 无活性P P-P P--P P-P P- A激酶↑→磷酸化作用磷蛋白磷酸酶-1↓糖原合成↓糖原分解↑→血糖↑→→↑去磷酸化作用↓磷蛋白磷酸酶抑制剂- ↑P饥饿导致的血糖↓胰高血糖素↑↑↑↑↑cAMP↑ 腺苷环化酶(无活性)腺苷环化酶(有活性)腺苷环化酶(有活性)激素(胰高血糖素、肾上腺素等)+ 受体ATPcAMP PKA(无活性) 磷酸化酶b激酶糖原合酶糖原合酶 糖原合酶-P PKA(有活性有活性) 磷酸化酶b磷酸化酶磷酸化酶a-P磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-PPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1PiPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1–– –磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂-P磷蛋白磷酸酶抑制剂PKA(有活性)(有活性) 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,调节速度快调节有级联放大作用,效率高受激素调节糖原磷酸化酶与糖原合酶的共价修饰调节特点: 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 糖原合酶磷酸化酶a-P磷酸化酶bAMPATP及6-磷酸葡萄糖+ ++ + 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变构调节效应物也不同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调节小结: 1.为什么肌糖原不能补充血糖,而只能进行糖酵解或有氧氧化?3.活性葡萄糖和糖原引物的概念?2.糖原一个葡萄糖单位进入糖的无氧氧化生成乳酸,可产生几分子ATP?问题:Gn→Gn-1+ G-1-P G-1-P 第六节 糖异生1、概念、部位、原料、关键酶、生理意义2、调节特点3、乳酸循环的概念和意义教学重点: 由非糖化合物(如乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸等)转变成葡萄糖或糖原的过程称为糖异生作用 糖异生的概念:部位:原料:主要在肝(80%)、肾(20%)细胞的胞浆及线粒体。

      主要有乳酸、丙酮酸、丙酸、奇数脂酸、甘油、生糖氨基酸等不能作为糖异生前体物质:乙酰CoA,偶数脂酸,和严格的生酮氨基酸 空腹及长期饥饿时的糖异生作用糖异生的脏器分配肝肾>90%<10%55%45%总量(g/d)150~300约100空腹饥饿5~6周 一、糖异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酵解途径大多数反应是共有的、可逆的;GluGluG-6-PG-6-PF-6-PF-6-PF-1,6-2PF-1,6-2PATPATPADPADPATPATPADPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H NADH+H+ + ADPATPATPADPATPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸糖异生途径(gluconeogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程 (一)丙酮酸经丙酮酸羧化支路变为磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸草酰乙酸PEPATPADP+PiCO2 ① GTPGDPCO2 ②① 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase),辅酶为生物素(反应粒体)② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(反应粒体、胞液) 磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸和草酰乙酸三者之间的反应构成丙酮酸羧化支路,需消耗2ATP 由丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的两条途径 草酰乙酸转运出线粒体:出线粒体 苹果酸 苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸 天冬氨酸 出线粒体 天冬氨酸 草酰乙酸 丙酮酸丙酮酸草酰乙酸 丙酮酸羧化酶ATP + CO2ADP + Pi 苹果酸NADH + HNADH + H+ + NADNAD+ + 天冬氨酸谷氨酸 α-酮戊二酸 天冬氨酸苹果酸草酰乙酸 PEPPEP磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶GTP GTP GDP + COGDP + CO2 2 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LDHNAD+ 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β-氧化或TCA循环,NADH+H+转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运苹果酸线粒体苹果酸草酰乙酸草酰乙酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+胞浆 (二)1,6-双磷酸果糖转变为6-磷酸果糖1,6-双磷酸果糖6-磷酸果糖Pi果糖双磷酸酶(三)6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖Pi葡萄糖-6-磷酸酶 在以上反应过程中,作用物的互变反应分别由不同的酶催化其单向反应,这种互变循环被称为底物循环(substrate cycle)当两种酶活性相等时,就不能将代谢向前推进,结果仅是ATP分解释放出能量,因而又称为无效循环(futile cycle)而在细胞内两酶活性不完全相等,使代谢反应仅向一个方向进行 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 6-磷酸果糖激酶-1 果糖双磷酸酶-1 ADP ADP ATP ATP Pi Pi 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 己糖激酶 ATP ATP ADP ADP Pi Pi PEPPEP 丙酮酸草酰乙酸 丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶 ADP ADP ATP ATP CO CO2 2+ +ATPATP ADP+Pi GTP GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶GDP+PiGDP+Pi +CO +CO2 2 非糖物质进入糖异生的途径 糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物生糖氨基酸α-酮酸-NH3 甘油 α-磷酸甘油磷酸二羟丙酮乳酸丙酮酸2H上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径,异生为葡萄糖或糖原 非糖物质进入糖异生的途径丙酮酸乳酸某些氨基酸草酰乙酸PEP磷酸丙糖葡萄糖丙酰CoA某些氨基酸奇数脂酸甘油 二、糖异生的调节通过对2个底物循环的调节与糖酵解调节彼此协调酵解途径与糖异生途径是方向相反的两条代谢途径。

      为避免无效循环,生物体内的这两条途径的调节是高度 协调的,这种协调完全取决于细胞当时的能量状态、体内葡 萄糖的贮存情况和其他燃料的动员情况这种协调主要依赖于对两条途径中的两个底物循环 进行调节 (一)第一个底物循环在6-磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间进行6-磷酸果糖1,6-双磷酸果糖ATPATPADPADP6-磷酸果糖激酶-1PiPi果糖双磷 酸酶-1 2,6-双磷酸果糖AMPAMP目前认为2,6-双磷酸果糖水平,是调节肝脏糖分解或糖异生反应方向的主要信号 (二)在磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间进行第二个底物循环PEPPEP丙酮酸ATPADP丙酮酸激酶1,6-双磷酸果糖丙氨酸乙酰CoA草酰乙酸丙酮酸羧化酶丙酮酸脱氢酶复合体 三、糖异生的生理意义主要在于维持血糖水平恒定(一)维持血糖水平的恒定是糖异生最主要的生理作用空腹或饥饿时,依赖氨基酸、甘油等异生成葡萄糖,以维持血糖水平恒定正常成人的脑组织、红细胞、骨髓、神经等组织主要依赖葡萄糖供能这样,即使在非饥饿状况下,机体也需消耗一定量的糖,以维持生命活动此时这些糖全部依赖糖异生生成 糖异生的主要原料为乳酸、氨基酸及甘油。

      乳酸来自肌糖原分解这部分糖异生主要与运动强度有关而在饥饿时,糖异生的原料主要为氨基酸和甘油 (二)糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径三碳途径:指进食后,大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物,再进入肝细胞异生为糖原的过程 1、长期饥饿或禁食时,肾糖异生增强,有利于维持酸碱平衡2、发生这一变化的原因可能是饥饿造成代谢性酸中毒造成的此时体液pH降低,促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成,从而使糖异生作用增强另外,当肾中α-酮戊二酸因异生成糖而减少时,可促进谷氨酰胺脱氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脱氨反应,肾小管细胞将NH3分泌入管腔中,与原尿中H+结合,降低原尿H+的浓度,有利于排氢保钠作用的进行,对于防止酸中毒有重要作用 (三)肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡肾糖异生促进泌氨排酸维持酸碱平衡 1、长期饥饿或禁食时,肾糖异生增强,有利于维持酸碱平衡2、发生这一变化的原因可能是缺氧和一些疾病(如糖尿病), 能导致体内酸性物质(如乳酸和酮体)在体内的堆积,引起代谢性酸中毒三)肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡 体液pH降低,促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成,从而使糖异生作用增强。

      功能小结:1.在饥饿或糖摄入不足时,补充血糖,维持血糖浓度的稳定,为 那些特别依赖葡萄糖氧化供能的细胞和组织提供能量2.补充或恢复肝糖原储备的重要途径---三碳途径合成糖原3.减轻或消除代谢性酸中毒---肾糖异生增强 四、肌中产生的乳酸运输至肝进行糖异生形成乳酸循环肌收缩(尤其是供氧不足时)通过糖酵解生成乳酸肌内糖异生活性低,所以乳酸通过细胞膜弥散进入血液后,再入肝,在肝内异生为葡萄糖葡萄糖释入血液后又可被肌摄取,这就构成了一个循环,此循环称为乳酸循环,也称Cori循环乳酸循环的形成是由于肝和肌组织中酶的特点所致 肌肉收缩(氧供不足时)经糖酵解生成的乳酸,通过细胞膜弥散入血液后,再入肝,在肝内异生为葡萄糖葡萄糖释入血液后又可被肌肉摄取,这样构成的一个循环称为乳酸循环乳酸循环:肌肉:糖酵解 +2ATP肝脏:糖异生 -6ATP 糖异生活跃有葡萄糖-6磷酸酶循环过程肝肌肉葡萄糖葡萄糖葡萄糖酵解途径 丙酮酸乳酸NADH NADH NADNAD+ + 乳酸乳酸NADNAD+ + NADHNADH丙酮酸糖异生途径 血液糖异生低下没有葡萄糖-6磷酸酶 生理意义 1、乳酸再利用,避免了乳酸的损失。

      2、防止乳酸的堆积引起酸中毒 乳酸循环是一个耗能的过程 2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP 限速酶:1.丙酮酸羧化酶(辅酶为生物素) 其专一变构激活剂为乙酰CoA2.磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶3.果糖双磷酸酶4.葡萄糖-6-磷酸酶 糖酵解途径丙酮酸激酶6-P-F激酶-1己糖激酶 6-5 第七节 血糖及其调节 血糖:指血液中的葡萄糖血糖水平:即血糖浓度血糖及血糖水平的概念:正常血糖浓度:3.89~6.11mmol/L 血糖水平恒定的生理意义:保证重要组织器官的能量供应,特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官脑组织不能利用脂酸,正常情况下主要依赖葡萄糖供能红细胞没有线粒体,完全通过糖酵解获能骨髓及神经组织代谢活跃,经常利用葡萄糖供能 血 糖消化吸收分解糖异生氧化分解合成糖原磷酸戊糖途径等随尿排出(血糖>8.96mmol/L)食物糖肝糖原非糖物质CO2 + H2O肝(肌)糖原其它糖脂类/氨基酸合成代谢脂肪/氨基酸一、血糖的来源和去路是相对平衡的 二、血糖水平的平衡主要是受到激素调节血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果,也是肝、肌、脂肪组织等各器官组织代谢协调的结果。

      机体的各种代谢以及各器官之间能这样精确协调,以适 应能量、燃料供求的变化,主要依靠激素的调节酶水平的调节是最基本的调节方式和基础 主要调节激素:降低血糖:胰岛素(insulin)升高血糖:胰高血糖素(glucagon) 糖皮质激素 肾上腺素 胰岛素(Insulin)是体内唯一的降低血糖的激素,也是唯一同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素胰岛素的分泌受血糖控制,血糖升高立即引起胰岛素分泌;血糖降低,分泌即减少 (一)胰岛素是体内唯一降低血糖的激素 ①促进肌、脂肪组织等的细胞膜葡萄糖载体将葡萄糖转运入细胞②通过增强磷酸二酯酶活性,降低cAMP水平,从而使糖原合酶活性增强、磷酸化酶活性降低,加速糖原合成、抑制糖原分解③通过激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶而使丙酮酸脱氢酶激活,加速丙酮酸氧化为乙酰CoA,从而加快糖的有氧氧化④抑制肝内糖异生这是通过抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成以及促进氨基酸进入肌组织并合成蛋白质,减少肝糖异生的原料⑤通过抑制脂肪组织内的激素敏感性脂肪酶,可减缓脂肪动员的速率胰岛素的作用机制:关键环节是降低血糖,减少来源,增加去路 (二)机体在不同状态下有相应的升高血糖的激素1.胰高血糖素(glucagon)是体内主要升高血糖的激素 血糖降低或血内氨基酸升高刺激胰高血糖素的分泌。

      胰高血糖素的作用机制:①经肝细胞膜受体激活依赖cAMP的蛋白激酶,从而抑制糖原合酶和激活磷酸化酶,迅速使肝糖原分解,血糖升高②通过抑制6-磷酸果糖激酶-2,激活果糖双磷酸酶-2,从而减少2,6-双磷酸果糖的合成,后者是6-磷酸果糖激酶-1的最强的变构激活剂以及果糖双磷酸酶-1的抑制剂于是糖酵解被抑制,糖异生则加速③促进磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成;抑制肝L型丙酮酸激酶;加速肝摄取血中的氨基酸,从而增强糖异生④通过激活脂肪组织内激素敏感性脂肪酶,加速脂肪动员,从而间接升高血糖水平 关键环节是升高血糖,增加来源,减少去路 胰岛素和胰高血糖素是调节血糖,实际上也是调节三大营养物代谢最主要的两种激素机体内糖、脂肪、氨基酸代谢的变化主要取决于这两种激素的比例不同情况下这两种激素的分泌是相反的引起胰岛素分泌的信号(如血糖升高)可抑制胰高血糖素分泌反之,使胰岛素分泌减少的信号可促进胰高血糖素分泌 2.糖皮质激素可引起血糖升高① 促进肌肉蛋白质分解,分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生② 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖,抑制点为丙酮酸的氧化脱羧此外,在糖皮质激素存在时,其他促进脂肪动员的激素才能发挥最大的效果,间接抑制周围组织摄取葡萄糖。

      糖皮质激素的作用机制可能有两方面: 3.肾上腺素是强有力的升高血糖的激素肾上腺素的作用机制:通过肝和肌肉的细胞膜受体、cAMP、蛋白激酶级联激活磷酸化酶,加速糖原分解主要在应激状态下发挥调节作用 问题:1.为什么说肌糖原不能直接补充血糖?请说说肌 糖原是如何转变为血糖的?2.请指出血糖的来源和去路,为什么说肝脏是维 持血糖浓度的主要器官? 正常人体内存在一套精细的调节糖代谢的机制,在一次性食入大量葡萄糖后,血糖水平不会出现大的波动和持续升高人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象称为葡萄糖耐量(glucose tolerence)三、血糖水平异常及糖尿病是最常见的糖代谢紊乱 糖耐量试验(glucose tolerance test, GTT) 目的:临床上用来诊断病人有无糖代谢异常 口服糖耐量试验的方法被试者清晨空腹静脉采血测定血糖浓度,然后一次服用100g葡萄糖,服糖后的1/2、1、2h(必要时可在3h)各测血糖一次以测定血糖的时间为横坐标(空腹时为0h),血糖浓度为纵坐标,绘制糖耐量曲线 糖耐量曲线 正常人:服糖后1/2~1h达到高峰,然后逐渐降低, 一般2 左右恢复正常值。

      糖尿病患者:空腹血糖高于正常值,服糖后血糖浓度急剧升 高,2h后仍可高于正常 临床上因糖代谢障碍可发生血糖水平紊乱,常见有以下两种类型:低血糖 (hypoglycemia) 高血糖 (hyperglycemia) (一)低血糖是指血糖浓度低于3.33mmol/L低血糖影响脑的正常功能,因为脑细胞所需要的能量主要来自葡萄糖的氧化当血糖水平过低时,就会影响脑细胞的功能,从而出现头晕、倦怠无力、心悸等,严重时出现昏迷,称为低血糖休克如不及时给病人静脉补充葡萄糖,可导致死亡 低血糖的危害: ①胰性(胰岛β-细胞机能亢进、胰岛α-细胞机能低下等)②肝性(肝癌、糖原累积病等)③内分泌异常(垂体机能低下、肾上腺皮质机能低下等)④肿瘤(胃癌等)⑤饥饿或不能进食者等低血糖的原因: (二)高血糖是指空腹血糖高于7.1mmol/L临床上将空腹血糖浓度高于7.1mmol/L 称为高血糖(hyperglycemia)当血糖浓度超过了肾小管的重吸收能力(肾糖阈),则可出现糖尿持续性高血糖和糖尿,特别是空腹血糖和糖耐量曲线高于正常范围,主要见于糖尿病(diabetes mellitus) 高血糖的原因:①遗传性胰岛素受体缺陷;②某些慢性肾炎、肾病综合征等使肾重吸收糖发生障碍,但血糖及糖耐量曲线均正常;③情绪激动引起交感神经兴奋,肾上腺素分泌增加,使肝糖原大量分解④临床上静脉滴注葡萄糖速度过快,使血糖迅速升高。

      持续性高血糖和糖尿,特别是空腹血糖和糖耐量曲线高于正常范围,主要见于糖尿病 (三)糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病糖尿病是一种因部分或完全胰岛素缺失、或细胞胰岛素受体减少、或受体敏感性降低导致的疾病,它是除了肥胖症之外人类最常见的内分泌紊乱性疾病糖尿病的特征即为高血糖和糖尿 Ⅰ型(胰岛素依赖型)Ⅱ型(非胰岛素依赖型)糖尿病可分为二型: Ⅰ型(胰岛素依赖型): 多发生于青少年,主要与遗传有关,定位于人类组织相容性复合体上的单个基因或基因群,是自身免疫病 Ⅱ型(非胰岛素依赖型): 和肥胖关系密切,可能是由细胞膜上胰岛素受体丢失所致 四、高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应•引起糖尿病并发症的生化机制仍不太清楚,目前认为血中持 续 的 高 糖 刺 激 能 够 使 细 胞 生 成 晚 期 糖 化 终 产 物(advanced glycation end products, AGEs),同时发生氧化应激•AGEs还能被其受体(AGER)识别,激活多条信号通路,产生活性氧而诱发氧化应激,使细胞内多种酶类、脂质等发生氧化,从而丧失正常的生理功能氧化应激又可进一步促进AGEs的形成及交联,二者交互作用,共同参与糖尿病并发症的发生与发展。

      1.糖酵解的概念、部位、关键酶及其调节、生理意义2.有氧氧化各步细胞定位、关键酶丙酮酸脱氢酶复合体的组成3.柠檬酸循环的过程及生理意义4.磷酸戊糖途径关键酶、生理意义5.糖原合成与分解的关键酶、调节6.糖异生定义、关键酶、生理意义7.乳酸循环的概念及其意义8.血糖的来源及去路,其怎样处于动态平衡9.胰岛素如何降血糖小结: 糖酵解途径: 丙酮酸脱氢: TCA循环: 磷酸戊糖途径: 糖原合成: 糖原分解: 糖异生:关键酶: 能量计算: 糖酵解:+2ATP TCA:+10ATP 有氧氧化:+30或32ATP 糖原合成:-4ATP/+1个Glc 糖原单位进入糖酵解:+3ATP 2分子乳酸异生成Glc:-6ATP 比较: 糖无氧氧化与有氧氧化 糖酵解与糖异生 糖原合成与糖原分解 己糖激酶和葡萄糖激酶 肝糖原分解与肌糖原分解 6-P-G的代谢去路? 。

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