1、第二篇 物质代谢及其调节,第四章 糖代谢第五章 脂类代谢第六章 生物氧化第七章 氨基酸代谢第八章 核苷酸代谢,怎样学好本篇内容？,各类物质代谢的基本途径 关键酶与主要调节环节 重要生理意义 各物质代谢的联系与调节规律 * 代谢异常与疾病的关系,第 四 章,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,葡萄糖(glucose，G)己醛糖,果糖(fructose)己酮糖,糖的化学本质：多羟基的醛或酮及其衍生物和多聚物,C6H12O6,五碳以上的单糖在溶液中通常以环的结构存在,体内存在大量己糖衍生物,大量碳水化合物以多糖形式存在, 淀粉 是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒,目 录
2、, 糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式,目 录, 纤维素 作为植物的骨架,目 录,供能 ：人体所需能量的50%70%以上来自糖（淀粉） 碳源：氨基酸、脂类及核苷酸的碳骨架 组织成分：生物膜、结缔组织，纤维素等 生理活性物质：糖蛋白形式-激素、酶、免疫球蛋白等糖的磷酸衍生物-核苷酸、多种辅酶等,一、生理功能,第一节 概述,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,唾液中含有唾液淀粉酶 ，胃液中不含水解糖类的酶类，小肠是糖消化的主要场所，肠液中有胰腺分泌的胰淀粉酶。,纤维素:人体内因
3、无糖苷酶故不能消化食物中纤维素。纤维素能促进肠蠕动，是肠道的清道夫,有的人不能消化牛奶,三、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,第 二 节 糖的无氧分解 Glycolysis,一、糖酵解的反应过程,糖酵解(glycolysis)的定义,糖酵解的反应部位：胞质/胞浆,在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解,ADP ATP,ADP ATP,丙酮酸激酶,已糖激酶,6-磷酸果糖激酶-I,ATP ADP,ATP ADP,-,底物水平磷酸化：与脱氢反应偶联，直接将高能代谢物分子中的能量转移给ADP生成ATP
4、，或其他核苷二磷酸的过程，称为底物水平磷酸化作用。,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,PEP,Pi,产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量：从G开始 22-2= 2ATP 从Gn开始 22-1= 3ATP 终产物乳酸的去路 释放入血，进入肝脏再进一步代谢。 Cori循环 （糖异生）,二、糖酵解的调节,关键酶,调节方式,（三）无氧酵解生理意义 ：, 缺氧状态下，迅速供能 少数组织仅以此途径获能-红细胞 有些组织即使在有氧条件下也以此 途径获部分能量-白细胞、视网膜 酵解还是彻底有氧氧化的前奏，准备阶段,肌肉收缩与糖酵解供能：,糖酵解途径,初到高原与糖酵解供能：,人初到高原，高
5、原大气 压低，易缺氧,机体加强糖酵解以适 应高原缺氧环境,海拔 5000米,背景：,结论：,糖酵解途径,某些组织细胞与糖酵解供能：,第三节 糖的有氧氧化 (aerobic oxidation),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：胞浆及线粒体,* 概念,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,TAC循环,胞液,线粒体,线粒体膜,有氧氧化在细胞胞
6、液的反应阶段：,有氧条件下1分子葡萄糖生成2分子丙酮酸，这个阶段的反应与糖酵解反应过程第一阶段相同，在胞液中进行。G 2丙酮酸 + 2 ATP + 2 NADHH+（胞液）,通过穿梭机制进入线粒体氧化,苹果酸穿梭：2.5ATP -磷酸甘油穿梭：1.5ATP,（一）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA （线粒体）,丙酮酸CoA-SH 乙酰CoANAD NADHH CO2,丙酮酸脱氢酶复合物,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酸乙酰转移酶E3：二氢硫辛酸脱氢酶,辅酶结构,438页,VB1在体内的活性形式，酮酸氧化脱羧酶的辅酶 噻唑环上硫和氮之间的碳原子易释放H+，形成具有催化功能
7、的负碳离子，使-酮酸脱羧 VB1缺乏、糖代谢障碍、血中丙酮酸堆积 VB1缺乏、胆碱酯酶的活性增强，乙酰胆碱分解加速、末梢神经炎、食欲减退、脚气病,全身浮肿，肌肉疼痛，四肢无力，后期，脚会肿得像酒瓮那样，走路时就像万针穿心，疼得头上直冒冷汗,真菌类入侵皮肤角层较厚的部位而引起的皮肤病，俗称脚气病,脚气病,异咯嗪环,核糖醇,黄素腺嘌呤二核苷酸,1,10,核黄素,VB2,10,FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基，主要起递氢的作用,维生素B2缺乏,口角炎,唇炎,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,NADH+H+或NADPH+H+,V,VPP,1. 生化作用 NAD+及NADP+是体内
8、多种不需氧脱氢酶（如苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶）的辅酶，起递氢的作用。,生化作用及缺乏症,2. 缺乏症 癞皮病,1）酰基载体蛋白ACP的组成成分 2）CoA的组成成分,CoA及ACP构成酰基转移酶的辅酶，在代谢中起转移酰基的作用 CoA及ACP是泛酸在体内的活性形式 CoA和ACP的功能基团为巯基,泛酸,硫辛酸：是含有二硫键的八碳羧酸（脂溶性维生素） 是硫辛酸乙酰转移酶的辅酶,6,8,-二硫辛酸 二氢硫辛酸,抗脂肪肝和降低血胆固醇的作用,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5. NADH+H+的生成,1. -羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酸的生成,3.乙酰CoA的生成,4. 硫辛酸
9、的生成,中间物不离开酶复合体,特点,不可逆的连续过程，中间产物不离开复合体，保证迅速完成 丙酮酸氧化释放的能量以高能硫酯键形式储存进 乙酰CoA 重要的中间产物,总反应方程式：,三羧酸循环第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸（citrate），是由Krebs正式提出的，又称柠檬酸循环或Krebs循环 反应的部位：线粒体,二、三羧酸循环 （tricarboxylic acid cycle, TCA cycle）,P95-98,草酰乙酸,琥珀酰辅酶A,柠檬酸,琥珀酸,异柠檬酸,延胡索酸,-酮戊二酸,苹果酸,1次底物水平磷酸化（琥珀酰CoA琥珀酸） 2次脱羧反应 3步关键反应 柠檬酸合酶 异柠檬酸
10、脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 4次脱氢反应（3 次NAD+及1次FAD+）的位置 能量：10 ATP,乙酰草酰成柠檬，柠檬又成-酮。 琥酰琥酸延胡索，苹果落在草丛中。,下列关于三羧酸循环（TCA）的叙述中，错误的是( ) A循环一次可生成3分子NADH B循环一次可直接使1分子GDP磷酸化成GTP C乙酰CoA可经草酰乙酸进行糖异生 D丙二酸可抑制琥珀酸转变成延胡索酸 E琥珀酰CoA是-酮戊二酸氧化脱羧的产物,下列哪种酶不是糖有氧氧化全过程的关键酶的是（ ） A丙酮酸激酶 B丙酮酸脱氢酶复合体 C磷酸甘油酸激酶 D己糖激酶 E. 异柠檬酸脱氢酶,在下列反应中，经三羧酸循环及氧化磷酸化中能产生
11、ATP最多的步骤是A苹果酸草酰乙酸B. 琥珀酸苹果酸C. 柠檬酸异柠檬酸D异柠檬酸酮戊二酸E. 酮戊二酸琥珀酸,三羧酸循环的生理意义,糖、脂肪、蛋白质最终代谢通路 糖、脂肪、蛋白质代谢联系枢纽（互变机构） 产能最多途径：四次脱氢，一次底物磷酸化 循环的本身并不能释放大量能量，而是为氧化磷酸化反应生成ATP提供还原性的NADH+H+和FADH2,1、底物水平磷酸化：,2、氧化磷酸化：是体内ATP生成的主要方式,ATP的生成:,三、 糖有氧氧化过程中ATP的生成,P167,胞液:1分子NADH+H+在经不同的转运方式转运到线粒体氧化，可生成1.5或2.5分子ATP 线粒体:,NADH+H+,底物,
12、底物,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，所以能量的利用率也高。,简言之，即“供能”,五、巴斯德效应,概念,机制,NADH+H+的去路决定丙酮酸的代谢去向,有氧氧化抑制糖酵解的现象,酵母菌,*,比较糖酵解和糖有氧氧化,第四节 磷酸戊糖途径 Pentose Phosphate Pathway,概念：糖酵解和有氧氧化是机体内葡萄糖分解代谢的主要途径，以产能为主但在肝脏、脂肪、乳腺、肾上腺皮质和骨髓等组织还存在着磷酸戊糖途径，不产生ATP，其意义是生成磷酸戊糖和NADPH+H+,细胞定位：胞液,第一阶段：氧化反应生成磷酸戊糖，NA
13、DPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途径的反应过程,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. 第一阶段,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产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,1. NADPH是体内许多合成代谢的供氢体,2. NADPH参与体内的
14、羟化反应，与生物合成或生物转化有关,3. NADPH可维持GSH的还原性 p12,NADPH是多种代谢反应的供氢体,红细胞内6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏,蚕豆病,一些具有氧化作用的外源性物质如蚕豆、抗疟药、磺胺药等,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. 第二阶段：基团转移反应,二、磷酸戊糖途径的调节,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,此酶为磷酸戊糖途径的关键酶,此酶活性主要受NADPH
15、/NADP+比值的影响,三、磷酸戊糖途径的生理意义,（一）为核苷酸的生物合成提供磷酸核糖,（二）提供NADPH作为供氢体参与体内多种代谢反应,小结,部位：胞浆（肝脏、乳腺、脂肪） 关键酶：G-6-P脱氢酶 原料/产物：G-6-P/ NADPH，磷酸戊糖 （一）磷酸戊糖途径的反应过程 ：1. 氧化阶段：磷酸戊糖，NADPH，CO2 2. 非氧化阶段：基团转移反应,第 五 节,糖原的合成和分解 Glycogenesis and Glycogenolysis,糖原是动物体内葡萄糖的储存形式,是机体能迅速动用的能量储备,目 录,糖原（glycogen）是由若干个葡萄糖聚合而成的具有分支结构的大分子多糖
16、 糖原的分支多，溶解度大。在每个糖原分子中心还存在还原端，外周是多个非还原端，糖原的合成与分解均从非还原端开始,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,糖原,CH2OH,CH2OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,OH,CH2OH,CH2OH,OH,OH,OH,OH,O,O,O,CH2,O,OH,部位：胞浆（肌肉/肝脏） 关键酶：糖原合成酶 原料：UDPG 产物：Gn+1,糖原合成,
17、葡萄糖活性形式,部位：胞浆（肝脏） 关键酶：糖原磷酸化酶 原料：Gn+1 产物：Gn、G-1-P,糖原分解,葡萄糖-6-磷酸酶 （肝，肾）,PPi,葡萄糖-6-磷酸酶主要存在于肝脏、肾脏中，所以肝糖原可通过生成G-6-P最终被水解成葡萄糖以补充血糖。 肌肉中葡萄糖-6-磷酸酶活性很低，故肌糖原分解的G-6-P只能通过酵解途径进一步分解，与乳酸循环有关。,三、糖原合成与分解的调节,* 它们的快速调节是典型的共价修饰调节，但也存在变构调节 * 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,Phosphorylase: 磷酸化酶Phosphatase: 磷酸（
18、酯）酶Kinase: 激酶，磷酸活化酶， 主要就是用来增加一个P,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,糖原的合成,糖原的分解,激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体,糖原的合成与分解生理意义,肝糖原 维持血糖水平 脑、红细胞 肌糖原 肌肉收缩能量之急需 酵解,第 六 节糖 异 生 Gluconeogenesis,糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程,* 部位,* 原料,* 概念,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体,主要有甘油、乳酸、丙酮酸、生糖氨基酸,糖异生的途径基本上是酵解的逆向过程，但不是可逆过程，必须越过三种关键酶催
19、化的不可逆反应,糖异生途径,1、丙酮酸羧化支路,丙酮酸 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸CO2 ATP ADP+Pi 反应部位：线粒体，胞液 两步反应共消耗1分子ATP与1分子GTP,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 PEPCK,丙酮酸羧化酶/生物素、Mg2+ PAC,GTP GDP CO2,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶线粒体和胞液中都存在与丙酮酸激酶对应的酶是PAC和PEPCK,p441,丙酮酸,线粒体,胞液,21,6-二磷酸果糖到6-磷酸果糖的转变,果糖二磷酸酶1，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖H2O Pi与磷酸果糖激酶(糖酵解)对应的酶是果糖二磷酸酶，它催化1，6-二磷酸果糖水解为6-磷酸果糖。,36-磷酸葡萄
20、糖水解为葡萄糖,6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 H2O Pi与己糖激酶/葡萄糖激酶（酵解）对应的酶是葡萄糖-6-磷酸酶（肝、肾），它催化6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶,四、乳酸循环(lactose cycle) P113（Cori 循环）, 循环过程,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸,乳酸,丙酮酸,血液,糖异生小结,部位： 关键酶：原料： 产物：,胞浆,线粒体（肝、肾）,G-6-P 酶；F-1，6-BP 酶；丙酮酸羧化酶 / 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧激酶,甘油 / 丙酮酸 / 乳酸 / 生糖氨基酸,G,糖酵解途径和糖异生途径中的 几步不可逆反应,第 八 节 血糖及其调节
21、Blood Glucose and The Regulation of Blood Glucose Concentration,* 血糖，指血液中的葡萄糖。,* 血糖水平，即血糖浓度。正常血糖浓度 ：3.896.11mmol/L,血糖及血糖水平的概念,* 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,一、血糖的来源和去路,3.89 6.11 mmol/L,二、血糖水平的调节,* 主要依靠激素的调节,（一）
22、胰岛素, 促进葡萄糖转运进入肝外细胞 ；, 加速糖原合成；, 加快糖的有氧氧化；, 抑制肝内糖异生；, 减少脂肪动员。, 体内唯一降低血糖水平的激素,胰岛素的作用机制:,（二）胰高血糖素, 促进肝糖原分解；, 促进糖异生；抑制酵解途径。, 促进脂肪动员;, 体内升高血糖水平的主要激素,* 此外，糖皮质激素和肾上腺素也可升高血糖， 肾上腺素主要在应急状态下发挥作用。,胰高血糖素的作用机制：,三、血糖水平异常,（一）高血糖及糖尿症,1. 高血糖(hyperglycemia)的定义,2. 肾糖阈的定义,临床上将空腹血糖浓度高于6.9mmol/L称为高血糖。,当血糖浓度高于8.8910.00mmol/
23、L时，超过了肾小管的重吸收能力，则可出现糖尿。,3. 高血糖及糖尿的病理和生理原因,持续性高血糖和糖尿，主要见于糖尿病(diabetes mellitus, DM)。,1 型糖尿病 2 型糖尿病 妊娠期糖尿病 其他特异型糖尿病,b. 血糖正常而出现糖尿，见于慢性肾炎、肾病综合征等引起肾对糖的吸收障碍。,c. 生理性高血糖和糖尿可因情绪激动而出现。,糖尿病可分为四型（WHO、ADA，1997）:,(二）低血糖,1. 低血糖(hypoglycemia)的定义,2. 低血糖的影响,空腹血糖浓度低于3.0mmol/L时称为低血糖。,血糖水平过低，会影响脑细胞的功能，从而出现头晕、倦怠无力、心悸等症状，
24、严重时出现昏迷，称为低血糖休克。,糖原磷酸化酶,葡聚糖转移酶,-1,6-葡萄糖苷酶,Pi,Review,糖酵解的定义，反应部位，两个阶段；其中的关键反应、关键酶，高能化合物；底物水平磷酸化；,与脱氢反应偶联，直接将高能代谢物分子中的能量转移给ADP生成ATP，或其他核苷二磷酸的过程，称为底物水平磷酸化作用。,Review,糖酵解的净产能及生理意义；糖的有氧氧化的概念，部位，分为几个阶段；丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA中酶系含有的辅酶因子，相关维生素及缺乏的症状；,丙酮酸脱氢酶复合体中不包括 （ ） AFAD BNAD+ C生物素 D辅酶A E硫辛酸,Review,糖代谢中的几个高能化合物： 酵解
25、途径中的1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）； 丙酮酸氧化脱羧生成的乙酰CoA； 三羧酸循环中的琥珀酰CoA糖的有氧氧化途径中产生NADH+H+的反应步骤；,Review,三羧酸循环中脱羧生成CO2的反应，发生底物水平磷酸化的反应？与糖有氧氧化相关的能量计算；糖有氧氧化途径的生理意义；磷酸戊糖途径的生理意义；磷酸戊糖途径的关键酶以及与之相关的一个疾病；,Review,糖原合成/分解的部位；糖原合成的关键酶，参与糖原合成的核苷酸是什么？糖原分解的关键酶；糖原合成与分解代谢途径的调控； 如：以肾上腺素为例，扼要说明作用于膜受体激素的信号转导过程。肾上腺素受体Gs激活AC激活cAMP生成
26、PKA激活糖原磷酸化酶激活糖原分解加强血糖浓度升高；PKA激活糖原合酶转变为非活化状态糖原合成减弱最典型的共价修饰调节是磷酸化与去磷酸化；,Review,什么是糖异生？糖异生途径的关键反应、关键酶及辅酶,Review,简述血糖的定义、正常值、来源与去路，并列举上调、下调血糖的激素 血糖，指血液中的葡萄糖 正常血糖浓度 ：3.896.11mmol/L 血糖来源：消化吸收肝糖原的分解 糖异生 血糖去路：氧化供能合成肝糖原、肌糖原通过磷酸戊糖途径转变成其它的糖 转变成非糖物质，如脂肪、氨基酸等 降血糖激素：胰岛素，增加血糖的去路，减少来源 升血糖激素：胰高血糖素、糖皮质激素、肾上腺素、增加来源、减少去路，使血糖升高,
