1、1,4,第二篇 物质代谢及其调节,2,3,为什么我们吃了东西就能运动？是什么维持我们生命的能量供给？ 为什么剧烈运动以后肌肉会酸疼？ 在我们饥饿时靠什么来维持血糖水平和能量供给？ 是什么导致了糖尿病患者血糖升高？ 脂类有没有用？有什么用？ 减肥的人为什么不仅仅要少吃脂肪类？ 氰化钾什么有剧毒？ 肝性脑病、痛风是怎么回事？,4,第二篇：物质代谢及其调节,糖代谢 脂类代谢 生物氧化 氨基酸代谢 核苷酸代谢 物质代谢的联系与调节,第 四 章,糖 代 谢 Metabolism of Carbohydrates,6,糖代谢,第一节 概述 第二节 糖的无氧分解 第三节 糖的有氧氧化 第四节 磷酸戊糖途径
2、第五节 糖原的合成与分解 第六节 糖异生 第七节 血糖及其调节,7,重点内容糖酵解：细胞定位，主要代谢过程，关键酶三羧酸循环：细胞定位，生理意义，关键酶难点内容糖酵解代谢过程三羧酸循环代谢过程,第 一 节,概 述 Introduction,9,糖(carbohydrates) 是含多羟基的醛或酮类化合物，由碳氢氧三种元素组成的，其分子式通常以Cn(H2O)n 表示。由于一些糖分子中氢和氧原子数之比往往是2:1，与水相同，过去误认为此类物质是碳与水的化合物，所以称为“碳水化合物”(Carbohydrate)。,一、 糖的基本概念,（一）什么是糖？,10,（二）糖的分类,根据其水解产物的情况，糖主
3、要可分为以下四大类： 单糖(monosacchride) 寡糖(oligosacchride) 多糖(polysacchride) 结合糖(glycoconjugate),11,1、单糖不能再水解的糖。,葡萄糖(glucose) 己醛糖,果糖(fructose) 己酮糖,半乳糖(galactose) 己醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃半乳糖,-D-吡喃甘露糖,-D-呋喃果糖,12,2、寡糖,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。,麦芽糖,（14）糖苷键,13,常见的几种二糖有麦芽糖(maltose)葡萄糖葡萄糖蔗 糖(sucrose)葡萄糖
4、果糖乳 糖(lactose)葡萄糖半乳糖,14,3、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),淀粉颗粒,糖原,纤维素,15,4、结合糖,糖与非糖物质的结合物。 常见的结合糖有：糖脂(glycolipid)：糖与脂类的结合物。糖蛋白(glycoprotein)：蛋白聚糖（proteoglycan）：,糖与蛋白质的结合物。,16,二、糖的生理功能,1、氧化供能这是糖的主要功能。 70%的能量来源于糖的分解。 2、碳源糖分解过程中形成的中间产物可以提供合成脂类和蛋 白质等物质所需要的碳架。3、机体组织细胞的重要组成部
5、分糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成部分4、具有一些特殊的生理功能的糖蛋白和糖衍生物如：激素、免疫球蛋白、DNA、NAD+,17,三、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、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,18,19,消化过程,口腔,胃,肠腔,肠粘膜 上皮细胞 刷状缘,淀 粉,唾液中的-淀粉酶,胰液中的-淀粉酶,麦芽糖+麦芽三糖(40%) (25%),-临界糊精+异麦芽糖(30%) (5%),葡萄糖,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,20,食物中含有的大量纤维素，因人体内无-糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等
6、作用，也是维持健康所必需。,21,（二）糖的吸收,1、吸收部位小肠上段2、吸收形式单糖,22,ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,刷状缘,细胞内膜,3、吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter ,SGLT),23,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),4、吸收途径,24,四、糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖
7、原,核糖+ NADPH+H+,淀粉,25,糖的分解代谢 (catabolism of carbohydrate ),葡萄糖在体内分解有三种途径： 1. 在无氧条件下进行酵解； 2. 在有氧条件下进行有氧分解，通过三羧酸循环，完全氧化； 3. 通过磷酸戊糖途径进行代谢。,第 二 节,糖的无氧分解 Glycolysis,27,一、糖酵解的反应过程,糖酵解(glycolysis)的定义在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。 糖酵解的反应部位：胞浆 糖酵解分为两个阶段 第一阶段由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)
8、 第二阶段由丙酮酸转变为乳酸,28,（一）糖酵解的第一阶段,29,糖酵解的第一阶段（1）,30, 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为至型。肝细胞中存在的是型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是： 对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控,己糖激酶,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,Step 1,31,Step 2,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,磷酸己糖异构酶, 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,32,Step 3,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-1, 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,33,Step 4,1,6-二磷酸果糖
9、,醛缩酶,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛, 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,34,Step 5,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸丙糖异构酶, 磷酸丙糖的同分异构化,35,己糖激酶,磷酸己糖异构酶,磷酸己糖异构酶,6-磷酸果糖激酶-1,醛缩酶 (aldolase),磷酸丙糖异构酶,糖酵解的第一阶段(1),36,糖酵解的第一阶段（2）,37,Step 6, 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛脱氢酶,38,Step 7, 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，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过
10、程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。,1,3-二磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,3-磷酸甘油酸,39,Step 8, 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶,40,Step 9, 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,烯醇化酶,磷酸烯醇式丙酮酸,41,Step 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,丙酮酸激酶,42,糖酵解的第一阶段(2),3-磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸 变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,43
11、,糖酵解途径,3-磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,己糖激酶,磷酸己糖异构酶,6-磷酸果糖激酶-1,醛缩酶 (aldolase),磷酸丙糖异构酶,44,糖酵解的第一阶段,45,46,丙酮酸转变成乳酸,丙酮酸,乳酸,反应中的NADH+H+ 来自于第一阶段第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。,（二）糖酵解的第二阶段,47,糖酵解,48,二、糖酵解的调节,限速酶的调节,49,糖酵解,3-磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,己糖激酶,磷酸己糖异构酶,6-磷酸果糖激酶-1,醛缩酶 (aldolase),磷酸丙糖异构酶,50
12、,糖酵解,3-磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,己糖激酶,磷酸己糖异构酶,6-磷酸果糖激酶-1,醛缩酶 (aldolase),磷酸丙糖异构酶,51,糖酵解的调节,关键酶,己糖激酶 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶,调节方式,反馈抑制 别构调节 共价修饰调节,52,某些小分子可与酶蛋白特殊部位结合，引起酶分子构象变化，由此改变酶活性。受别位调节的酶又称别位酶（别构酶-allosteric enzyme）。能使酶发生构象变化的小分子物质称为效应物或变构剂。一般多是代谢物或作用物。,别构调节（allosteric regulation）,53,(1) 6-磷酸
13、果糖激酶-1,调节方式：别构调节变构抑制剂：柠檬酸；ATP（高浓度）变构激活剂：AMP；ADP；1,6-二磷酸果糖； 2,6-二磷酸果糖,54,(2) 丙酮酸激酶,（1）别构调节变构抑制剂：ATP，丙氨酸变构激活剂：1,6-二磷酸果糖 （2）共价修饰调节胰高血糖素通过此方式抑制丙酮酸激酶,55,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,56,(3) 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
14、萄糖激酶。,57,三、糖酵解的生理意义,迅速提供能量； 是机体在缺氧情况下获得能量的有效方式； 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径： 无线粒体的细胞，如：红细胞 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞,58,糖酵解小结,定义： 反应部位： 糖酵解分为 个阶段 第一阶段： 第二阶段：产能：糖酵解调节 调节酶： 调节方式：生理意义：,在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸的过程。,胞浆,两,由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate),由丙酮酸转变为乳酸(lactate),底物水平磷酸化；2ATP,不需氧的迅速产能过程,己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶,反馈抑制、别构调节、共价修饰调节,第 三
15、节,糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,60,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。,* 部位：胞液及线粒体,* 概念,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。,61,一、有氧氧化的反应过程,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TC
16、A循环,胞液,线粒体,62,（一）丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。,总反应式:,63,丙酮酸脱氢酶系复合体协同催化,64,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)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。,所有的反应均在线粒体中进行。,（二）三羧酸循环,* 概述,* 反应部位,65,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+
17、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,草酰乙酸,乙酰CoA,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,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,草酰乙酸,乙酰CoA,柠檬酸,
18、异柠檬酸,顺乌头酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,80,TCA的总结,81,有氧氧化的反应过程,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线粒体,82,三羧循环小结, 三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。 TAC过程的反应部位是线粒体。, 三羧酸循环的要点：经过一次三羧酸循环，消耗一分子乙酰CoA，经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。 生成1分子FAD
19、H2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP。 关键酶：柠檬酸合酶、-酮戊二酸脱氢酶复合体、异柠檬酸脱氢酶, 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。, 整个循环反应为不可逆反应,83,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。,84,* 所以，草酰乙酸
20、必须不断被更新补充。,草酰乙酸,其来源如下：,85,三羧酸循环的生理意义,是三大营养物质（糖、脂肪、蛋白质）氧化分解的共同途径； 是三大营养物质代谢联系的枢纽；为其它物质代谢提供小分子前体；为呼吸链提供H+和+e。,86,TCA的总结,87,G（Gn）,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,H+和 + 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。,88,有氧氧化的反应过程,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线
21、粒体,89,二、葡萄糖有氧氧化生成的ATP,*磷酸甘油穿梭生成2个ATP；苹果酸穿梭生成3个ATP。,90,1mol的葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O，可净生成 molATP。,36（或38）,91,三、有氧氧化的调节,关键酶, 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,92,1. 丙酮酸脱氢酶复合体, 变构调节,变构抑制剂：乙酰CoA; NADH; ATP,变构激活剂：AMP; ADP; NAD+,* 乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+时，其活性也受到抑制。,(2)
22、 共价修饰调节,93,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,94,有氧氧化的调节特点, 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。 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。,95,体内ATP浓度是AMP的50
23、倍，经上述反应后，ATP/AMP变动比ATP变动大，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。,96,四、巴斯德效应,* 概念,巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象。,97,糖酵解与糖的有氧氧化有什么异同？,思考题：,98,小 结,关于糖的一些基本概念 糖酵解 糖的有氧氧化,99,糖代谢,第一节 概述 第二节 糖的无氧分解 第三节 糖的有氧氧化 第四节 磷酸戊糖途径 第五节 糖原的合成与分解 第六节 糖异生 第七节 血糖及其调节,100,Thank You!,10
24、1,Chapter 4 糖代谢 (二),生物化学与分子生物学教研室,陈 姗,102,糖酵解与糖的有氧氧化有什么异同？,思考题：,103,相同点： 底物；氧化功能；糖酵解途径。,糖酵解与糖的有氧氧化有什么异同？,糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖+ NADPH+H+,淀粉,105,糖代谢,第一节 概述 第二节 糖的无氧分解 第三节 糖的有氧氧化 第四节 磷酸戊糖途径 第五节 糖原的合成与分解 第六节 糖异生 第七节 血糖及其调节,重点内容磷酸戊糖途径：生理意义糖原的合成与分解：生理意义糖异生：“能障”的克服及关键酶，生理意义乳酸循环血糖及其调节：来
25、源和去路，激素调节的作用难点内容糖原的合成与分解的过程糖异生的调节,第 四 节,磷酸戊糖途径 Pentose Phosphate Pathway,108,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。,109,一、磷酸戊糖途径的反应过程,细胞定位：胞浆 反应过程可分为二个阶段 第一阶段：氧化反应生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2 第二阶段：非氧化反应包括一系列基团转移转酮醇酶反应转醛酮酶反应,110,1、磷酸戊糖生成,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,G-6
26、-PD,6-磷酸葡萄糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,H2O,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,5-磷酸核糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,G-6-PD,112,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产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,G-6-PD,6-磷酸葡萄糖,113,2、基团转移反应,每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，
27、通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成1分子3-磷酸甘油醛和2分子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)。,114,3-磷酸甘油醛,6-磷酸果糖,115,反应过程,6-磷酸葡萄糖,5-磷酸木酮糖,116,磷酸戊糖途径的特点, 脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。 1分子6-磷酸葡萄糖经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成1分子CO2和2分子NADPH+H+。 反应中生成了重要的中间代谢物5-磷酸核糖。 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、
28、5、6、7碳糖的演变过程。,117,二、磷酸戊糖途径的调节,限速酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶（G-6-PD）此酶活性受NADPH/NADP+比值的影响，比值生高则被抑制，降低则被激活；另外NADPH对该酶有强烈的抑制作用。,118,(一)为核酸的生物合成提供核糖 磷酸核糖用于DNA、RNA的合成； (二)提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应 体内多种合成代谢的供氢体 参与体内羟化反应，与生物合成或生物转化有关 维持谷胱甘肽(GSH)的还原状态,三、生理意义,119,发病机制：体内缺乏6-P-葡萄糖脱氢酶，而蚕豆中含有蚕豆嘧啶、蚕豆嘧啶核苷、多巴、多巴核苷等具有氧化作用物质，可使G-6-PD缺陷
29、患者中的红细胞谷胱甘肽(GSH)降低引发溶血 。流行病学：为X染色体不完全显性遗传，故男：女7：1；每后五月为高发季节；两湖两广云贵川较多发病治 疗：治疗上输血、输注洗涤红细胞常是抢救的关键，可一次或多次输注,蚕豆病,120,病史： 半个月内有食新鲜蚕豆史，患病前12天内有取新鲜蚕豆或接触蚕豆花粉史。 临床表现： （1）早期症状：有全身不适，畏寒，低热，头晕，无力，食欲减低，恶心呕吐，腹泻，发热，一般持续23天。 （2）严重者可迅速出现高度贫血、巩膜轻度或中度黄染，尿色如浓茶水或酱油色。更重出现全身衰竭、血压下降，烦躁不安，少尿或无尿等急性循环衰竭和急性肾功能衰竭的表现。 （3）肝肿大，少数可
30、见脾肿大，面色苍白或苍黄，呼吸急促，重者见抽搐、昏迷，并出现病理反射。,临床讨论,121,磷酸戊糖途径小结,细胞定位：胞浆 反应过程可分为二个阶段 第一阶段：氧化反应生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2 第二阶段：非氧化反应 限速酶： 生理意义 (一)为核酸的生物合成提供核糖用于DNA、RNA的合成； (二)提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,第 五 节,糖原的合成与分解 Glycogenesis and Glycogenolysis,123,糖原（glycogen）是由许多葡萄糖分子聚合而成的带有分支的高分子多糖类化合物。,一、什么是糖原？,124,糖原（gly
31、cogen）是由许多葡萄糖分子聚合而成的带有分支的高分子多糖类化合物。 是动物体内糖的重要贮存形式 。是机体能迅速动用的能量储备。,一、什么是糖原？,125,葡萄糖单元以-1,4-糖苷键形成长链。 约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝出葡萄糖以-1,6-糖苷键连接，溶解度增加。 形状：树枝状 分子量：1001000万,糖原的结构特点,-1,4糖苷键,-1,6糖苷键,126,主链自还原端开始；每条链都终止于一个非还原端。 还原端：一个非还原端：多个 糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添加或去除，均在其非还原端进行；非还原端增多，利于其被酶分解。,糖原的结构特点,非还原端,还原端,127,肝糖原 含量
32、可达肝重的5% (总量为70-100g),肌糖原 含量为肌肉重量的12% (总量为200-400g),糖原的分布,维持血糖水平,主要供肌肉收缩所需,128,（一）定义糖原的合成(glycogenesis) 是指由单糖合成糖原的过程。（二）合成部位组织定位：主要在肝脏、肌肉组织细胞定位：胞浆,二、糖原的合成,129,糖原合成的反应过程可分为三个阶段：,（三）反应过程：,1活化 2缩合 3分支,1活化：由葡萄糖生成尿苷二磷酸葡萄糖（uridine diphosphate glucose, UDPG ）。是一耗能过程。,己糖激酶 (葡萄糖激酶),6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,葡萄糖,磷酸葡萄糖变位
33、酶, 磷酸化,异构,UDPG焦磷酸化酶,尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG), 转形,PPi,1、活化,2ATP,PPi,2ADP,UTP,P,ATP,ADP,2缩合：在关键酶糖原合酶（glycogen synthase)的催化下，以原有糖原分子为引物，添加新的葡萄糖单位。,尿苷二磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸,+,* 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。,135,第一个糖原分子从哪里来呢？,人们在糖原分子的核心发现了一种名为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
34、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。,尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG),+,“活性葡萄糖”,UDPG：在体内充当葡萄糖供体,糖原,3分支：当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在分支酶(branching enzyme)的催化下，将距末端67个葡萄糖残基组成的寡糖链由-1,4-糖苷键转变为-1,6-糖苷键，使糖原出现分支。,糖原的合成,糖原的合成与分解代谢,分枝酶,143,（四）糖原合成的特点：,必须以原有糖原分子作为引物； 合成反应在糖原的非还原端进行； 合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗2个高能磷酸键（2分子ATP）； 关键酶是糖原合酶(gly
35、cogen synthase)，为一共价修饰酶； 需UTP参与（以UDP为载体）。,144,（一）反应过程：,三、糖原的分解代谢,糖原的分解代谢过程可分为三个阶段：,1水解 2异构 3脱磷酸,1水解：包括三步反应，循环交替进行。 磷酸解：由糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)催化对-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P。,糖原磷酸化酶, 转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个葡萄糖残基时，由葡聚糖转移酶催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链的非还原端，使分支点暴露。 脱枝：由-1,6-葡萄糖苷酶催化。将-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。,脱枝酶具有: -1,
36、4-葡聚糖转移酶-1,6-葡聚糖苷酶的双重作用,151,糖原水解小结,磷酸化酶只作用于-1,4糖苷键，对-1,6糖苷键不起作用。 当磷酸解反应进行到距分支点约4个葡萄糖基时，脱支酶开始发挥作用，它首先将3个葡萄糖基转移到邻近糖链的非还原末端，以-1,4糖苷键相连；然后将剩下的以-1,6糖苷键连接的葡萄糖基直接水解为游离葡萄糖。 脱支酶有两种酶活性：葡聚糖转移酶和-1,6葡萄糖苷酶。 除去分支后，磷酸化酶则继续发挥作用。因此在磷酸化酶与脱支酶的共同作用下，糖原的分支越来越少，分子不断变小。,7,7,肝糖元的分解,2异构：1-磷酸葡萄糖在变位酶作用下转变为6-磷酸葡萄糖。,3脱磷酸：6-磷酸葡萄糖
37、由葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase)催化水解为葡萄糖。,葡萄糖6-磷酸酶主要存在于肝、肾细胞，肌肉组织中不含此酶，因此肌糖原不能分解为葡萄糖，只能进入糖酵解或有氧氧化。,157,* 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。,G-6-P的代谢去路,G（补充血糖）,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
38、酸内酯 （进入磷酸戊糖途径）,葡萄糖醛酸 （进入葡萄糖醛酸途径）,159,（二）糖原分解的特点：,水解反应在糖原的非还原端进行； 是一非耗能过程； 关键酶是糖原磷酸化酶(glycogen phosphory-lase)，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。,160,糖原的合成与分解代谢,分枝酶,脱枝酶,161,合成与分解不是简单的可逆反应 关键酶： 合成途径 糖原合酶分解途径 磷酸化酶 调节方式：共价修饰和变构调节 生理性调节：激素（胰高血糖素与胰岛素）,四、糖原合成与分解的调节,162,1、共价修饰调节糖原合酶：糖原合酶a：有活性糖原合酶b（磷酸化）：无活性。磷酸化酶:磷酸化酶a（磷酸化）：
39、有活性磷酸化酶b：无活性,糖原合酶的共价修饰调节,磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,糖原合成与分解的调节,激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体,166,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。,共价修饰调节,167,2. 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位已被磷酸化的Ser暴露，便于接受前述的共价修饰调节。,* 葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。,168,肌肉内糖原代谢的两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
40、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。,169,激素的调节,体内肾上腺素和胰高血糖素可通过cAMP连锁酶促反应逐级放大，构成一个调节糖原合成与分解的控制系统。 当机体受到某些因素影响，如血糖浓度下降和剧烈活动时，促进肾上腺素和胰高血糖素分泌增加，这两种激素与肝或肌肉等组织细胞膜受体结合，由G蛋白介导活化腺苷酸环化酶，使cAMP生成增加，cAMP又使cAMP依赖蛋白激酶(cAMP dependent protein kinase)活化，活化的蛋白激酶一方面使有活性的糖原合成酶a磷酸化为无活性的糖原合成酶b；另一面使
41、无活性的磷酸化酶激酶磷酸化为有活性的磷酸化酶激酶，活化的磷酸化酶激酶进一步使无活性的糖原磷酸化酶b磷酸化转变为有活性的糖原磷酸化酶a，最终结果是抑制糖原生成，促进糖原分解，使肝糖原分解为葡萄糖释放入血，使血糖浓度升高，肌糖原分解用于肌肉收缩。,糖原合成与分解的调节,激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体,糖原合酶,糖原合酶-P,抑制糖原生成，促进糖原分解，使肝糖原分解为葡萄糖释放入血，使血糖浓度升高，肌糖原分解用于肌肉收缩。,171,糖原代谢调节小结, 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
42、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。,肝糖原与肌糖原比较,173,糖原累积症(glycogen storage diseases)是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。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。,五、糖原累积症,糖原累积症分型,175,五、糖原合成与分解的生理意义,1贮存能量。 2调节血糖浓度。 3利用乳酸：肝中可经糖异生途径利用糖无氧酵解产生的乳酸来合成糖原。,第 六 节,糖
43、 异 生 Gluconeogenesis,177,一、糖异生作用的概念,由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生作用。,* 部位,* 原料,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体,178,二、糖异生作用的过程,基本上是糖酵解的逆过程 跨越三个能障酵解途径中有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 酵 解 过 程,葡萄糖,180,葡萄糖,6-P葡萄糖,6-P果糖,1，6-二P果糖,3-磷酸甘油醛,P-二羟丙酮,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,PEP,丙酮酸,182,1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸
44、,草酰乙酸,磷酸烯醇丙酮酸(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）,184, 草酰乙酸转运出线粒体,丙酮酸,线粒体,胞液,糖酵解途径,3-磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,己糖激酶,磷酸己糖异构酶,6-磷酸果糖激酶-1,醛缩酶 (aldolase),磷酸丙糖异构酶,188,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+。, 由氨基酸为原料进行糖异生时， NADH+H+则由线粒体内NAD
45、H+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。,葡萄糖,6-P葡萄糖,6-P果糖,1，6-二P果糖,3-磷酸甘油醛,P-二羟丙酮,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,PEP,丙酮酸,191,2. 1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖,葡萄糖,6-P葡萄糖,6-P果糖,1，6-二P果糖,3-磷酸甘油醛,P-二羟丙酮,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,PEP,丙酮酸,193,葡萄糖6-磷酸酶存在于肝、肾细胞，肌肉组织中不含此酶,3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,194,非糖物质进入糖异生的途径,
46、糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物, 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,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,糖酵解和糖异生途径,三、糖异生的调节,在前面的三个反应过程中，作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环(substratecycle)。,199,因此，有必要通过调节使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对前述底物循环中的后2个底物循环进行调节
47、。,当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而称之为无效循环(futile cycle)。,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,ATP,ADP,6-磷酸果糖激酶-1,Pi,果糖双磷 酸酶-1,1. 6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖之间,2. 磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间,PEP,丙 酮 酸,ATP,ADP,丙酮酸激酶,乙 酰 CoA,草酰乙酸,202,(1) 当体内ATP积聚量较多时，可抑制糖的分解，促进糖的异生，以积累能源。 (2) 当耗能增加时，ATP不足，可促进糖的分解而抑制糖的异生以产生更多的ATP，以供机体需要。,（一） 代谢物的调节作用,ATP/AMP、ADP的调节作用,ATP是丙酮酸羧化酶和果糖1,6-二磷酸酶的变构激活剂， 是丙酮酸激酶和磷酸果糖激酶的变构抑制剂,AMP、ADP是丙酮酸羧化酶和果糖1,6-二磷酸酶的变构抑制剂，是丙酮酸激酶和磷酸果糖激酶的变构激活剂,203,（二）激素的调节作用,促进糖异生作用的激素肾上腺素、胰高血糖素、糖皮质激素 抑制糖的异生作用的激素是 胰岛素,204,胰高血糖素对糖异生的调节,胰高血糖素,果糖二磷酸酶-1,205,四、糖异生作用的意义,（一）维持血糖浓度恒定,（二）补充肝糖原,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。,
