1、糖 代 谢,第四章 糖 代 谢 Chapter 4 Metabolism of carbohydrate,重点与难点： 糖酵解途径与糖有氧氧化的反应步骤、关键酶及其调节 磷酸戊糖途径的生理意义 糖异生过程中的“能障”与“膜障”与生理意义 糖原合成与分解的调节机制 血糖及其调节,第一节 概述(introduction) 一、糖的生理功能 氧化供能：糖类占人体全部供能量的70% 作为结构成分：作为生物膜、神经组织等的组分 作为核酸类化合物的成分： 转变为其他物质：转变为脂肪或氨基酸等化合物,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
2、-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,二、糖的消化吸收 1. 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,2. 糖的吸收部位 糖的吸收是单糖通过肠壁细胞吸收入血的过程，吸收的部位是小肠上段。 各种单糖的吸收速率 葡萄糖 100 D-半乳糖 110D-果糖 43D-甘露糖 19 吸收原理 葡萄糖的吸收主要是载体参与的需 Na+ 和耗能的主动转运过程。有些成人由于乳糖酶缺乏，在食用牛奶后发生乳糖消化吸收障碍，可引起腹胀、腹泻等症状。,ADP+Pi,ATP,G,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 gl
3、ucose 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)。,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 糖的无氧氧化 Glycolysis (EMP途径),糖的无氧酵解（glycolysis)是指葡萄糖在无氧条件下分解生成丙酮酸进而还原生成乳酸并释放出能量的过程。 glycolysis ：The c
4、atabolic pathway by which a molecule of glucose is broken down into two molecules of pyruvate, which undergoes further metabolism to lactate under anaerobic conditions. 此过程与酵母菌生醇发酵的过程基本相似，故又称为糖酵解。,一、糖酵解的反应过程,第一阶段,第二阶段,* 糖酵解(glycolysis)的定义,* 糖酵解分为两个阶段,* 糖酵解的反应部位：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。,由
5、葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。,由丙酮酸转变成乳酸。,第一阶段(丙酮酸的生成）： 1. 活化耗能过程, 葡萄糖(glucose)磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(G-6-P)； G-6-P异构为6-磷酸果糖（F-6-P）； F-6-P再磷酸化为 1,6-双磷酸果糖（F-1,6-BP）。,己糖激酶/葡萄糖激酶,磷酸己糖异构酶,磷酸果糖激酶-1,ATP,ADP,ATP,ADP,*,*,(1),(2),(3),活化即葡萄糖磷酸化。磷酸化后葡萄糖即不能自由通过细胞膜而逸出细胞，并增强与酶的亲和力。 1分子葡萄糖经此代谢消耗了2分子ATP 己糖
6、激酶(hexokinase,HK)能催化葡萄糖、甘露糖、氨基葡萄糖、果糖进行不可逆的磷酸化反应，此酶是糖氧化反应过程的限速酶(ratelimiting enzyme)或称关键酶(key enzyme) 有四种己糖激酶同工酶，分别称为I至型。 、型主要存在于肝外组织，其对葡萄糖的Km值为01mmolL左右，受反应产物6-磷酸葡萄糖的反馈抑制。肝细胞中存在的是型，也称为葡萄糖激酶(glucokinase, GK)。它对葡萄糖的亲和力很低（Km值为10mmolL），受激素调控，不受6-磷酸葡萄糖的影响，在维持血糖水平中起重要作用。,正常血糖浓度为5mmol/L，当血糖浓度升高时，GK活性增加，葡萄糖
7、和胰岛素能诱导肝脏合成GK，GK能催化葡萄糖、甘露糖生成其6-磷酸酯。,6-磷酸果糖激酶1 是糖酵解中最重要的关键酶,2.裂解（lysis)磷酸丙糖的生成：,一分子F-1,6-BP裂解为两分子可以互变的磷酸丙糖（triose phosphate)，包括两步反应： F-1,6-BP 裂解为3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮 磷酸二羟丙酮异构为3-磷酸甘油醛。,磷酸丙糖异构酶,醛缩酶,(4),(5),3.放能过程丙酮酸的生成：,3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括六步反应。 3-磷酸甘油醛脱氢并磷酸化生成1,3-二磷酸甘油酸 1,3-二磷酸甘油酸脱磷酸,将其交给ADP生成ATP
8、 ； 3-磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸；,(6),(7),(8),ATP,ADP,磷酸甘油酸变位酶,3-磷酸甘油醛 脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,NAD+Pi,NADH+H+,当3-磷酸甘油醛的醛基氧化脱氢成羧基即与磷酸形成混合酸酐，该酸酐含一高能磷酸键。 磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase)催化混合酸酐上的磷酸从羧基转移到ADP，形成ATP。这是糖酵解过程中第一个产生ATP的反应 代谢底物脱氢(或脱水），分子内部能量重新分布，形成高能键，使ADP磷酸化生成ATP，这种产生ATP的方式称为底物水平磷酸化作用 substrate-level phosphorylation
9、：Phosphorylation of ADP or some other nucleoside 5-diphosphate coupled to the dehydrogenation of an organic substrate; independent of the electron transport chain., 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP) 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）将高能磷酸基交给ADP生成ATP 烯醇式丙酮酸自发转变为丙酮酸(pyruvate),烯醇化酶,丙酮酸激酶,*,ATP,ADP,自发,H2O,烯醇化酶(en
10、olase)催化2-磷酸甘油酸脱水，引起分子内部的电子重排和能量重新分布，形成了含一个高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) 丙酮酸激酶(pyruvate kinase)催化(PEP) 转出高能磷酸键生成ATP ，这是糖酵解途径中第二次底物水平磷酸化。 丙酮酸激酶是关键酶关键酶（key enzyme): 催化代谢途径关键反应步骤（起首或分支），能够决定代谢途径的速度和方向的酶，特征如下： *催化单向反应（不可逆） *耗能或产能 *反应速度慢（限速酶） *受调控,（limiting velocity enzymes)：The enzyme whose activity controls the
11、output of final product from a multi-enzyme metabolic pathway.,第二阶段（乳酸的生成）：,无氧条件下丙酮酸还原为乳酸 利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使NADH重新氧化为NAD+，以确保反应的继续进行。,乳酸脱氢酶,NAD+,NADH+H+,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,丙酮酸2,乳酸2,(胞液),己糖激酶,磷酸果糖激酶-1,3-磷酸甘油酸2,2-磷酸甘油酸2,2ADP,2ATP,丙
12、酮酸激酶,NAD+,NADH+H+,NADH+H+,ADP,ATP,ADP,ATP,脱氢酶,2ATP,2ADP,糖酵解,NADH+H+,NAD+,葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙酰CoA,糖酵解途径,无氧,有氧,糖有氧氧化,无氧条件下，葡萄糖生成乳酸称为糖酵解。,上述由葡萄糖或糖原分解为丙酮酸的反应过程又称为糖酵解途径(glycolytic pathway),糖酵解小结, 反应部位：胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应, 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，
13、进入肝脏再进一步代谢。 分解利用 乳酸循环（糖异生）,二、糖酵解的调节,关键酶,调节方式,（一） 6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1),* 别构调节,别构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P,别构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度）,6-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解代谢途径流量的最主要因素。,6-磷酸果糖激酶-1 6-phosphofructokinase-1,ATP 柠檬酸,ADP、AMP 1,6-双磷酸果糖 2,6-双磷酸果糖,1，6双磷酸果糖和2，6-双磷酸果糖可与ATP竞争变构结合部位，抵消ATP的抑制作用。,（二） 丙酮酸激酶1、别构调节,丙酮酸激酶 pyr
14、uvate kinase,ATP 丙氨酸(肝),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）己糖激酶及葡萄糖激酶 受变构调节,己糖激酶 hexokinase,葡萄糖激酶 glucokinase,G-6-P,长链脂酰CoA,胰岛素,诱导合成,糖酵解的生理意义,1.糖酵解在生物体中普遍存在,糖酵解途径是糖原或葡萄糖有氧氧化和无氧分解供能的共同途径。 2.是机体供能的应急方式。如机体缺氧、剧烈运动、肌肉局部缺血等情况下，能量获得的主要途径。
15、 3.有氧条件下，红细胞、白细胞、神經和骨骼组织等的主要供能形式。肿瘤细胞主要靠葡萄糖无氧分解供能。 4.在体内物质转化中起着枢纽作用,为非糖物质合成糖提供基本途径。此外，糖酵解途径的中间产物还可作为合成其他物质的原料，,第 三 节 糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate,定义：葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成CO2和H2O，并释放出大量能量的过程称为糖的有氧氧化（aerobic oxidation) the aerobic oxidation of glucose (a monosaccharide)：glucose is finally oxid
16、ized to carbon dioxide and water under aerobic conditions. The large numbers of ATP is producted in this process. 部位：胞液及线粒体 绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化途径获得能量,一、有氧氧化的反应过程,可分为四个阶段 ： 第一阶段：糖酵解途径； 第二阶段：丙酮酸由胞液进入线粒体，转变成乙酰辅酶A； 第三阶段：乙酰辅酶A的乙酰基进入三羧酸循环而氧化 第四阶段： 氧化磷酸化,糖原或 葡萄糖,丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,三羧酸循环,CO2+H2O+ATP,有氧氧化,(胞液),(线粒体)
17、,乳酸,糖酵解,糖的有氧氧化概况,（一）葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸：,此阶段在细胞胞液(cytoplasm)中进行，一分子葡萄糖(glucose)分解后净生成2分子丙酮酸(pyruvate)，2分子ATP，和2分子（NADH+H+）。两分子（NADH+H+）在有氧条件下可进入线粒体(mitochondrion)产能，共可得到21.5或者22.5分子ATP。故第一阶段可净生成5或7分子ATP。,（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA：,丙酮酸进入线粒体(mitochondrion)，在丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex)的催化下氧化脱羧生成乙酰CoA(ace
18、tyl CoA)。,丙酮酸脱氢酶系,NAD+ +HSCoA,NADH+H+ +CO2,*,丙酮酸脱氢酶复合体的组成(三种酶, 五种辅助因子),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,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,丙酮酸氧化脱羧反应的机理,大多数砷化物均有毒性，其中三价的亚砷酸盐（AsO2-）毒性最强，它能与硫辛酸分子中的两个-SH结合形成稳定的化合物，使以硫辛酸为辅酶的酶不能发挥催化作用。,O,N,N,N,N,NH2,-H
19、,H-,OH,H,H,O O-P-O-P-O-H2C- O - O,CH3 CO-CH-C-CH2OOH CH3,CH2-NH- CH2 CO NH CH2 CH2 S,乙酰辅酶A,O - O-P-O- O,C-CH3 O,高能硫酯键,由一分子葡萄糖氧化分解产生两分子丙酮酸(pyruvate)，故可生成两分子乙酰CoA(acetyl CoA)，两分子CO2和两分子（NADH+H+），可生成22.5分子ATP 。反应为不可逆；丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex)是糖有氧氧化途径的关键酶之一。（三）乙酰辅酶A经三羧酸循环彻底氧化分解并产生大量ATP,二、三
20、羧酸循环（柠檬酸循环或Krebs循环）,三羧酸循环是指在线粒体中，乙酰CoA首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸再生的循环反应过程。 citric acid cycle: A cyclic system of enzymatic reactions for the oxidation of acetyl residues to carbon dioxide, in which formation of citrate is the first step; also known as the Krebs cycle or tricarboxylic
21、 acid cycle. （一）三羧酸循环的反应步骤三羧酸循环在线粒体中进行。,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,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,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TAC在有O2条件下运转，是生成ATP的主要途径 。是代谢物的“焚化炉”。, 三羧酸循环的要点经过一次三羧酸循
22、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FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP。 关键酶有：柠檬酸合酶-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶, 整个循环反应为不可逆反应,C2,C6,C4,C4,C5,NADH+H+ CO2,NADH+H+ CO2,GTP,FADH2,HADH+H+,三羧酸循环的概况,3NADH 7.5 ATP ，1FADH2 1.5ATP，再加上1个GTP。 1分子乙酰CoA通过TCA循环被氧化，可生成10分子ATP。 循环中消耗两分子水。 整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。, 三羧酸循环的中间产物 三羧酸循
23、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。,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,C
24、a2+, 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,（二） 三羧酸循环的调节,主要是调节异柠檬酸脱氢酶。AMP、ADP是其变构激活剂，ATP是其变构抑制剂。ADP与NAD+浓度 ：使三羧酸循环ATP与NADH浓度 ：使三羧酸循环,2TCA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。,（三） 三羧酸循环的生理意义
25、1、三大供能营养素氧化供能的最终代谢共同途径。 2、糖、脂肪和氨基酸代谢联系的中心枢纽。 3、循环中某些成分可用于合成其他物质。（琥珀酰CoA 血红素） 4、为呼吸链提供大量 H + e,糖原,脂肪,蛋白质,葡萄糖,脂肪酸+甘油,氨基酸,三羧酸循环,营养物分解代谢的三个阶段,HSCoA,O2,2H+2e,ATP ADP,乙酰CoA,2H+2e,O2,ADP ATP+Pi,I,II,III,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,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
26、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,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,丙酮酸脱氢酶复合体的调节, 别构调节, 共价修饰调节,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
27、酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,五、巴斯德效应,巴斯德效应(Pastuer effect)是指糖的有氧氧化可以抑制糖的无氧酵解的现象。 Pasteur effect: The inhibiting effect of oxygen on the process of fermentation.有氧时，由于酵解产生的NADH和丙酮酸进入线粒体而产能，故糖的无氧酵解代谢受抑制。,糖酵解关键酶丙酮酸脱氢酶复合体柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体,关键酶,有氧氧化,6-磷酸果糖激-1丙酮酸激酶己糖激酶,糖酵解,3-磷酸甘油醛 用于丙酮酸还原 进入线粒体氧化产能,思考题:试比较
28、糖酵解和糖有氧氧化的主要特点,脱氢的去路,第四节 葡萄糖的其他代谢途径,一、磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)是指从G-6-P脱氢反应开始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解代谢途径的一条旁路代谢途径，又称为HMP途径 。 phosphogluconate pathway：An oxidative pathway beginning with glucose-6-phosphate and leading to ribose and NADPH. Also called the pentose phosphate pathway
29、or hexose monophosphate shunt.,H-C-OHH-C-OH HO-C-H OH-C-OHH-CCH2O- P,C=OH-C-OH HO-C-H OH-C-OHH-CCH2O- P,NADP+ NADPH+H+,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,（一）磷酸戊糖途径的反应过程,COO-H-C-OH HO-C-H H-C-OHH-C-OHCH2O- P,6-磷酸葡萄糖酸,CH2OHC=O H-C-OH + CO2H-C-OHCH2O- P,5-磷酸核酮糖,NADP+ NADPH+H+,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,脱氢反应-2,6-磷酸葡萄糖3,5-磷
30、酸核糖,磷酸戊糖途径的总反应式：3 x 6-磷酸葡萄糖+6NADP+ 2 x 6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛 +6NADPH+3CO2即三分子G-6-P可生成3分子CO2，2分子F-6-P，1分子3-磷酸甘油醛和6分子NADPH。,磷酸戊糖途径小结： （一）第一阶段：6-磷酸葡萄糖生成 5-磷酸核酮糖 1.两次脱氢均由NADP+接受，一次脱羧；2.生成5-磷酸核糖，为合成核糖的原料。3.整个代谢途径在胞液(cytoplasm)中进行。4.关键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶（二）第二阶段：系列基团转移反应生成磷酸己糖,（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，其活性
31、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。,（三）磷酸戊糖途径的生理意义,1. 是体内生成NADPH的主要代谢途径： NADPH在体内可用于： 作为供氢体，参与体内的合成代谢：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。 参与羟化反应： 作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化。, 使氧化型谷胱甘肽还原。 维持巯基酶的活性。 维持红细胞膜的完整性：6-磷酸葡萄糖脱氢酶遗传性缺陷可导致蚕豆病，表现为溶血性贫血。,还原型谷胱甘肽的重要作用： （1）保护含巯基的蛋白质或酶免受氧化剂、
32、尤其是过氧化物的损害。 （2）保护红细胞膜结构的完整性。 （3）保持Hb内的Fe于二价。 （4）促进抗体（IgG）的成熟即二硫键的形成6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏 NADPH、G-SH减少吃生蚕豆 溶血性贫血(蚕豆病)。,NADP+ NADPH + H+,A AH2,2G-SH,G-S-S-G,G6PD变异型,G6PD变异型有400多种，中国人已发现30种以上。变异型可分为三类： 酶活性严重缺乏伴有非代偿性慢性溶血; 酶活性严重或中度缺乏(150%)， 一般不溶血。,2. 是体内生成5-磷酸核糖的唯一代谢途径：,体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或脱氧核糖均以5-磷酸核糖的形式提供，这是体内唯一的一条
33、能生成5-磷酸核糖的代谢途径。 磷酸戊糖途径是体内糖代谢与核苷酸及核酸代谢的交汇途径。 HMP途径可与光合作用联系起来，并实现某些单糖间的互变。,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
34、过程局限于某些组织，对整个葡萄糖代谢所占比重极少。,第 五 节 糖原的合成与分解 Glycogenesis and Glycogenolysis,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,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。糖原分子的直链部分借-1,4-糖苷键而将葡萄糖残基连接起来，其支链部分则是借-1,6-糖苷键而形成分支。,-1,4-糖苷键,-1,6-糖苷键,还原末端,糖原是一种无还原性的多糖。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。糖原的合成
35、与分解代谢主要发生在肝、肾和肌肉组织细胞的胞液中。glycogen synthesis： The synthesis of glycogen from UDP-glucose, which is catalyzed by the enzyme glycogen synthase.,糖原 n+1,UDP,UDPG,G-1-P,PPi,UTP,G-6-P,G,ADP ATP,(a),(b),(c),糖原n,一、糖原的合成代谢,(a)葡萄糖/己糖激酶 (b) 磷酸葡萄糖变位酶 (c) UDPG焦磷酸化酶* (d) 糖原合成酶（分枝酶）*,(d),（一）反应步骤：,尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）,-1,
36、4,-1,6,糖原引物是一种蛋白质分子，其分子中 Tyr残基带有4个葡萄糖残基。近来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？,（二）糖原合成的特点：,1必须有糖原引物； 2合成反应在糖原的非还原端进行； 3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） 4关键酶是糖原合酶(glycogen synthase)，为一共价修饰酶； 5
37、需UTP参与（以UDP为载体）。,糖原 n+1,G-1-P,G-6-P,G,Pi,(c),(a),(a) 磷酸化酶（脱枝酶）* (b) 磷酸葡萄糖变位酶 (c)葡萄糖-6-磷酸酶,Pi,糖原n,(b),二、糖原的分解代谢,（一）反应步骤：,（二）糖原分解的特点,1水解反应在糖原的非还原端进行； 2是一非耗能过程； 3.关键酶是糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。glycogen degradation ：The cleavage of glycogen by phosphorolysis, catalyzed by glycogen
38、 phosphorylase, to yield glucose 1-phosphate, which can be converted into glucose 6-phosphate.,3. 糖原的合成与分解总图,三、糖原的合成与分解受到彼此相反的调节,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,糖原合酶,糖原合酶-P,
39、磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,胰岛素抑制糖原分解，促进糖原合成，可能通过激活磷酸二酯酶加速cAMP的分解实现。,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。,* 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。,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
40、合成糖原。这就是肝糖原合成的三碳途径或间接途径。,四、糖原累积症(glycogen storage disease),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。 临床表现 1重症患儿在新生儿期即可出现严重低血糖、酸中毒、呼吸困难和肝肿大等症状。 2轻症常在婴儿期出现生长迟缓、肝肾肿大，时有低血糖发作和腹泻。 3患儿一般身材矮小，身体各部比例正常，轻度肥胖，常为“木偶”样面孔，智能正常，肌肉松驰。四肢伸侧皮下常可见黄色瘤，少数患儿因血小板功能不良，常有鼻衄等出血倾向。,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,由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生(
41、gluconeogenesis)。 Gluconeogenesis. The production of sugars from nonsugar precursors such as lactate or amino acids. 糖异生原料：乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸等 糖异生主要器官： 肝、肾,一、糖异生途径不完全是糖酵解的逆反应 糖异生主要沿酵解途径逆行，仅有三步反应为不可逆反应，故需经其他的代谢反应绕行。,1. 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
42、酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）,丙酮酸羧化支路存在“膜障”, 草酰乙酸转运出线粒体,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。,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,ATP,ADP,6-磷酸果糖激酶-1,果糖双磷酸酶-1,Pi,(3),底物循环,2F-1,6-BP F-6-P,3G-6-P G ： 由葡萄糖-6-磷酸酶催化进行水解。该酶
43、不存在于肌肉组织中，故肌肉组织不能生成自由葡萄糖。 G-6-P + H2O G + Pi,葡萄糖-6-磷酸酶,*,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-1,3-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、Asp,苹果酸 Asp,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,“膜障”,不同原料的糖异生,1生糖氨基酸： Glu -酮戊二酸 Asp 草酰乙酸 2甘油： 甘油-磷酸甘油磷酸二羟丙酮 3乳酸： 乳酸丙酮酸。,二、
44、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(substrate cycle)。,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。,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)。,AMP F-2,6-BP,ATP,果糖双磷酸酶-1 fructose biphosphatase-1,乙酰CoA,丙酮酸羧化酶 pyruvate carboxylase,三、糖异生的生理意义,1在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定 2补
45、充肝糖原 3. 肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡 4回收乳酸分子中的能量： 葡萄糖在肌肉组织中经糖的无氧酵解产生的乳酸，可经血循环转运至肝脏，再经糖的异生作用生成自由葡萄糖后转运至肌肉组织加以利用，这一循环过程就称为乳酸循环（Cori循环）。,乳酸循环(lactose cycle) （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,生理意义, 乳酸再利用，避免了乳酸的损失。, 防止乳酸的堆积引起酸中毒。,乳酸循环的形成是由于肝和肌肉组织中酶的特点所致（肌肉组织缺乏葡萄糖-6磷酸酶）。乳酸循环具有方向性，是一个耗能的过程,2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6
46、分子ATP。,Cori cycle : Hepatic gluconeogenesis then converts lactate back to glucose. Glucose is then free to circulate back to peripheral tissue such as skeletal muscle to re-enter anaerobic glycolysis. This is the Cori cycle.,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。,第七节 其他单糖的代谢,第 八 节 血糖及其调节 Blood Glucose and The
47、Regulation of Blood Glucose Concentration,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。,血液中的葡萄糖含量称为血糖。 Blood glucose, also called blood sugar, is the amount of glucose circulating in the blood. 按真糖法测定，正常空腹血糖浓度为3.896.11mmol/L（70100mg%）。,一、血糖的来源与去路,血糖,消化吸收,肝糖异生,肝糖原分解,氧化供能,合成糖原,转变为脂肪或氨基酸,转变为其他糖类物质,二、血糖水平的调节,（一）组织器官： 1肝脏 2肌肉等外周组织 （二）激素： 1降低血糖浓度的激素胰岛素。 2升高血糖浓度的激素胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素、甲状腺激素。 （三）神经系统。,
