1、第四章 糖代谢,Carbohydrate Metabolism,The biochemistry and molecular biology department of CMU,糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,糖的化学,（一）糖的概念,（二）糖的分类及其结构,根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。,单糖 (monosacchride) 寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride) 结合糖 (glycoconjugate),葡萄糖(glucose)已醛糖,果糖(fructose)已酮糖,1.
2、单糖 不能再水解的糖,醛糖酮糖互变异构：,半乳糖(galactose)已醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖,半乳糖(galactose)已醛糖,2. 寡糖,常见的几种二糖有,麦芽糖 (maltose)葡萄糖 葡萄糖,蔗 糖 (sucrose)葡萄糖 果糖,乳 糖 (lactose)葡萄糖 半乳糖,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。,3. 多糖,常见的多糖有,淀 粉 (starch),糖 原 (glycogen),纤维素 (cellulose),能水解生成多个分子单糖的糖, 淀粉 是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒,糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式, 纤维素 作为植物的骨
3、架,4. 结合糖,糖脂 (glycolipid)：是糖与脂类的结合物。糖蛋白 (glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。蛋白聚糖 (proteoglycan),常见的结合糖有,糖与非糖物质的结合物,第一节 概 述,Introduction,一、糖的主要生理功能是氧化供能,二、糖的消化吸收是在小肠进行的,（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,参与食物中糖消化的主要酶类,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）,-极限糊精+异麦芽糖 （30%） （5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶
4、,-葡糖苷酶,-极限糊精酶,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,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作用，也是维持健康所必需。,（二）糖的吸收,吸收部位小肠上段,吸收形式 单 糖,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 glucose 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(gluco
5、se transporter),葡萄糖吸收入血后，依赖一类葡萄糖转运体（glucose transporter, GLUT）而进入细胞内代谢。,葡萄糖转运体,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,三、糖代谢的概况,本章主要内容,糖的无氧酵解 糖的有氧氧化 磷酸戊糖途径 糖原的合成与分解 糖异生 乳酸循环 血糖及其调节,第二节 糖的无氧氧化,glycolysis,在机体缺氧条件下，葡萄糖经一系列酶促反应生成丙酮酸进而还原生成乳酸的过程称为糖酵解(glycolysis)，亦称糖的无氧氧化(anaerobic oxidation) 。 糖酵解
6、的反应部位：胞浆。,糖酵解,2.1 糖酵解的反应过程,第一阶段：G丙酮酸，包括10步反应，称为糖酵解途径(glycolytic pathway) ； 第二阶段：丙酮酸乳酸。, 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P),（一）葡萄糖分解成丙酮酸,反应不可逆； 磷酸化使葡萄糖不能自由逸出细胞； 哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶(hexokinase, HK)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 , GK)。它的特点是： 对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控, 6-磷酸葡萄糖异构为 6-磷
7、酸果糖, 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖激酶-1 (6-phosphfructokinase-1, PFK-1),6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-BP),是第二个磷酸化反应，反应不可逆。 磷酸果糖激酶-1 (phosphofructo-kinase-1, PFK-1)是糖酵解的限速酶。,1,6-双磷酸果糖 (F-1,6-BP), 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,反应可逆, 由醛缩酶(aldolase)催化, 磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase) G2分子3-
8、磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮, 3-磷酸甘油醛氧化为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。脱下的氢由NAD+接受。 3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase),3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸 甘油酸, 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,反应可逆；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) 。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸, 3-
9、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, 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,反应引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键。, 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 (PEP),丙酮酸,第二个底物水平磷酸化，反应不可逆。 烯醇式立即自发转变为酮式。,(二) 丙酮酸转变成乳酸（lactate）,丙酮酸,乳酸,反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。,乳酸是糖酵解的终产物。,G + 2ADP + 2Pi 2乳酸
10、 + 2ATP + 2H2O,糖酵解时，先要消耗2分子ATP,糖酵解时，1mol葡萄糖共生成4molATP，净生成2molATP,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，进入肝脏再进一步代谢。 分解利用 乳酸循环（糖异生）,2.2 糖酵解的调节,关键酶,调节方式,（1） 6-磷酸果糖激酶-1 (PFK-1)调节糖酵解途径流量最重要的酶,* 变构调节,变构激活剂：AMP; ADP; F-1,6
11、-2P; F-2,6-2P,变构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度）,F-2,6-BP是6-磷酸果糖激酶-1最强的激活剂,F-2,6-2P的作用是与AMP一起取消ATP、柠檬酸对6-磷酸果糖激酶-1的变构抑制作用。 PFK-2是一种双功能酶，磷酸化后激酶活性下降，磷酸酶活性升高。,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,（2）丙酮酸激酶,变构调节：F-1,6-BP为变构激活剂；ATP和肝内Ala为变构抑制剂。 共价修饰调节：胰高血糖素通过cAMP和PKA使其磷酸化而抑制其活性。,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,（
12、无活性）,（有活性）,PKA：蛋白激酶A (protein kinase A),CaM：钙调蛋白,（3）葡萄糖激酶及己糖激酶,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可别构抑制肝葡萄糖激酶。 胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进酶的合成。,2.3 糖酵解的生理意义,（一）迅速提供能量，这对肌收缩更为重要 （二）机体缺氧时的主要供能方式。 （三）机体供氧充足情况下少数组织的能量来源。如成熟红细胞、神经、白细胞、骨髓、肿瘤细胞等。 另外，肝脏酵解途径的主要功能是为其他代谢提供合成原料。,第三节 糖的有氧氧化,Aerobic Oxidation of Carb
13、ohydrate,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。,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环和氧化磷酸化,G,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线粒体,3.1 有氧氧化的反应过程,1. 丙酮酸的氧化脱羧,经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰CoA，这是不可逆反应。在线粒体内进行。,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,辅 酶TPP（VitB1）硫辛酸 ( )HSCoA（泛酸）F
14、AD(VitB2)NAD+(Vitpp),丙酮酸脱氢酶复合体的结构在哺乳动物细胞中，酶复合体由60个转乙酰酶(TA, 粉色)组成核心，周围排列着12个丙酮酸脱氢酶 (PDH, 黄色)和6个二氢硫辛酰胺脱氢酶 (DLD, 蓝色) 。,辅酶A结构,泛酸,4-磷酸泛酰 巯基乙胺,CoA的结构式,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：,1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。 4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给
15、FAD。 5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。,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,三羧酸循环也称为柠檬酸循环，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。,2. 三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle),（1）三羧酸循环的反应过程,由乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，
16、经反复脱氢、脱羧再生成草酰乙酸的循环反应过程。,1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸的合成,乙酰辅酶A（acetyl CoA）与草酰乙酸（oxaloacetate）缩合成柠檬酸（citrate）；反应由柠檬酸合酶（citrate synthase）催化。,2. 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸,此反应是由顺乌头酸酶催化的异构化反应； 由两步反应构成，(1)：脱水反应；(2)：水合反应。,3. 异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸,异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶（Isocitrate dehydrogenase）作用下，氧化脱羧而转变成 -酮戊二酸（ - Ketoglutarate）。,4. -酮戊二酸氧化
17、脱羧生成琥珀酰 CoA,在-酮戊二酸脱氢酶复合体催化下-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA)； 该脱氢酶复合体的组成及催化机理与丙酮酸脱氢酶复合体类似。,5. 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应,在琥珀酰CoA合成酶催化下，琥珀酰CoA的高能硫酯键水解与GDP磷酸化偶联，生成琥珀酸、GTP和辅酶A。 这是三羧酸循环中唯一的底物水平磷酸化反应。,6. 琥珀酸脱氢生成延胡索酸,此步反应由琥珀酸脱氢酶催化，其辅酶是FAD，是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。,7. 延胡索酸加水生成苹果酸,延胡索酸酶催化此步反应。,8. 苹果酸脱氢生成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶催化此步反应，辅
18、酶是NAD+。,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。,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FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP。 是体
19、内CO2的主要来源； 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, 三羧酸循环的要点, 整个循环反应为不可逆反应,CH3COSCoA + 3NAD+ +FAD + GDP + Pi + 2H2O 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + HSCoA + GTP,TCA循环总反应式：, 在有氧条件下进行，产生的还原当量经氧化磷酸化可产生ATP，是产生ATP的主要途径。, 三羧酸循环的中间产物 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H
20、2O。,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。,* 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充,草酰乙酸,其来源如下：,（2） 三羧酸循环的生理意义,三大营养物质的共同氧化途径； 三大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+ + e。,G 2丙酮酸：净产生5或
21、7个ATP。 丙酮酸乙酰CoA：产生2.5个ATP。 TAC: 一分子乙酰CoA经TAC产生3（NADH + H+）和1个FADH2，加上底物水平磷酸化生成1个高能磷酸键，共产生10个ATP。 结论：1molG彻底氧化成CO2和H2O，可净生成30或32mol ATP。,3.2 有氧氧化生成的ATP,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”,糖有氧氧化的调节是基于能量的需求,3.3 有氧氧化的调节,1. 丙酮酸脱氢酶复合体,变构调节：共价修饰调节：磷酸化失活；胰岛素
22、和Ca2+促进其去磷酸化，使其活性增加。,共价修饰调节,2. 柠檬酸合酶,变构激活剂：ADP 变构抑制剂：NADH、琥珀酰CoA、柠檬酸、ATP,3. 异柠檬酸脱氢酶 变构激活剂：ADP、Ca2+ 变构抑制剂：ATP,4. -酮戊二酸脱氢酶复合体,与丙酮酸脱氢酶复合体相似。 总体说， 氧化磷酸化促进TAC。 ATP/ADP，抑制TAC，氧化磷酸化； ATP/ADP，促进TAC，氧化磷酸化。,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,三羧酸
23、循环的调节,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，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,3.4 巴斯德效应,有氧氧化抑制糖酵解。关键在NADH。,第四节 葡萄糖的其他代谢途径,Other Metabolism Pathways of Glucose,磷酸戊糖途径,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
24、果糖的反应过程。,* 细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应生成磷酸戊糖、NADPH+H+及CO2,4.1 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：非氧化反应包括一系列基团转移。,6-磷酸葡糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡糖脱氢酶,6-磷酸葡糖酸脱氢酶,6-磷酸葡糖,6-磷酸葡糖酸内酯,1. 氧化反应,5-磷酸核糖,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡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，共生成2分子NADPH + H+。 反应生成的磷酸核糖是非常重要的中间产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+
25、,CO2,每3分子磷酸戊糖同时参与反应，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。,2. 基团转移反应,这些基团转移反应可分为两类：,一类是转酮醇酶（transketolase）反应，转移含1个酮基、1个醇基的2碳基团，反应需TPP作为辅酶并需Mg2+参与；接受体都是醛糖。 另一类是转醛醇酶（transaldolase）反应，转移3碳单位；接受体都是醛糖。,5-磷酸核酮糖(C5) 3,5-磷酸核糖 C5,第二阶段反应的意义就在于通过一系列基团转移反应，将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入酵解途径。因此磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路（pe
26、ntose phosphate shunt）。,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,磷酸戊糖途径的总反应式：,36-磷酸葡糖 + 6 NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2,磷酸戊糖途径的特点,在胞浆中进行的需氧反应过程。 脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。 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。 反应中生成了重要的中间代谢物5-磷酸核糖。 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+。,4.2 磷酸戊糖途径的调节,* 6-磷酸葡萄糖脱氢酶,此酶为磷
27、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。,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。,如先天缺乏，可患蚕豆病。,4.3 磷酸戊糖途径的生理意义,1为核酸的生物合成提供核糖。 2提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应。 NADPH是体内许多合成代谢的供氢体； NADPH参与体内羟化反应； NADPH用于维持谷胱甘肽的还原状态。,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。 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
28、膜蛋白的完整性。,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,1. 葡萄糖单位以-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,5.1 糖原的合成代谢 (glycogenesis),（二）合成部位,（一）定义,糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成
29、糖原的过程。,组织定位：主要在肝脏、肌肉 细胞定位：胞浆,1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,（三）糖原合成途径,2. 6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,这步反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成-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。,* UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体,+,3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖,1- 磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖 ( uridine diphosphate glucose ,
30、 UDPG ),4. -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。,UDPG是G的活化形式，是G活性供体。 糖原合成中，每增加一个G单位消耗2个P。 糖原合酶是关键酶。,（四）糖原分支的形成,分支的形成不仅可增加糖原的水溶性，更重要的是可增加非还原端数目，以便磷酸化酶能迅速分解糖原。 从葡萄糖合成糖原是耗能的过程。,近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为蛋白-酪氨酸-葡糖基转移酶（glycogenin）的蛋白质。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，将UDP-葡糖分子的C1结合到其酶分子的酪氨酸残基上
31、，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？,5.2 糖原的分解代谢,糖原分解（glycogenolysis）习惯上指肝糖原分解成G。磷酸化酶是糖原分解的关键酶 。 肌肉中无葡萄糖-6-磷酸酶 。 糖原的G单位酵解净产生3个ATP。,脱支酶的作用,转移葡萄糖残基 水解-1,6-糖苷键,转移酶活性,脱支酶含有葡聚糖转移酶和-1,6-葡萄糖苷酶两种活性。 在磷酸化酶和脱支酶共同作用下，糖原分解的终产物是G-1-P和葡萄糖。,* 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-磷酸葡糖之后，由于肌肉组织中不
32、存在葡糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡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-磷酸葡萄糖内酯 （进入磷酸戊糖途径）,小 结, 反应部位：胞浆,糖原的合成与分解总图,这两种关键酶的重要特点： 它们的快速调节有共价修饰和别构调节二种方式。 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。,5.3 糖原合成与分解的调节,1. 糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶,磷蛋白磷酸酶
33、-1,磷蛋白磷酸酶-1,依赖cAMP的蛋白激酶,依赖cAMP的蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase, 简称蛋白激酶A，即PKA），其活性受cAMP调节。,R,R,（cAMP-dependent protein kinase，PKA）,R： 调节亚基 C： 催化亚基,cAMP,蛋白激酶A,cAMP,ATP,AMP,磷酸二酯酶 (phosphodiesterase, PDE),腺苷酸环化酶 (adenylate cyclase,AC),糖原磷酸化酶还受变构调节，葡萄糖是其变构调节剂。,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
34、述的共价修饰调节。,2. 糖原合酶是糖原合成的关键酶,磷蛋白磷酸酶-1,依赖cAMP的蛋白激酶,糖原合酶a有活性，磷酸化成糖原合酶b后即失去活性。,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,糖原合成与分解的生理性调节主要靠胰岛素和胰高血糖素。 胰岛素抑制糖原分解，促进糖原合成，但其机制还未肯定。 胰高血糖素可诱导生成cAMP，促进糖原分解。 肾上腺素也可通过cAMP促进糖原分解，但可能仅在应激状态发挥作用。,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。,糖原磷酸化酶和糖原合酶的共
35、价修饰调节特点,肌肉内糖原代谢的调节,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-磷酸葡糖。,Ca2+的升高可引起肌糖原分解增加。,当神经冲动引起细胞内Ca2升高时，Ca2与磷酸化酶b激酶的亚基结合，可以激活磷酸化酶b激酶，促进磷酸化酶b磷酸化，加速糖原分解。这样，在神经冲动引起肌肉收缩的同时，即加速糖原分解，以获得肌收缩所需的能量。,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：变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
36、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。,5.4 糖原累积症,由于先天缺乏糖原代谢的有关酶，造成某些组织器官糖原大量堆积。,第六节 糖异生,gluconeogenesis,概念：由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。 原料：体内代谢的中间产物，如乳酸、甘油、丙酮酸和生糖氨基酸等。 部位：主要在肝脏，其次是肾脏。,* 定义,* 过程,酵解途径中3个关键酶催化的反应是放能的不可逆反应，又叫能障。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
37、大多数反应是共有的、可逆的；,糖异生途径(gluconeogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。,6.1 糖异生途径,1. 丙酮酸羧化支路,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）, 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）, 草酰乙酸转运出线粒体,苹果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中,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
38、+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。,2. 1,6-双磷酸果糖转变为6-磷酸果糖,3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,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, 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,要点：,2分子乳酸或丙酮酸异生成G共消耗6个ATP。 糖异生途径的四个关键酶：丙酮酸羧化酶（辅基为生物素）、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖双磷酸酶-1和葡萄糖-6-磷酸酶。,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),
39、6.2 糖异生的调节,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)。,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,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-双磷酸果糖之间,胰高血糖素通过cAMP和依赖cAMP的蛋白激酶，使6-磷酸果糖激酶-2磷酸化而失活，降低肝细胞内2,6-双磷酸果糖的水平，从而促进糖异生而抑制糖的分解；胰岛素的作用相反。 2,6-双磷酸果糖的水平是肝内调节糖的分
40、解或糖异生反应方向的主要信号。,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,胰高血糖素促进糖异生，抑制糖分解。 胰岛素则作用相反。,6.3 糖异生的生理意义,发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸中毒所致。,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。 肾脏中-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。,
41、各种物质的糖异生,乳酸丙酮酸； Ala 丙酮酸； 生糖氨基酸 TAC中的各种羧酸草酰乙酸； 甘油-磷酸甘油磷酸二羟丙酮。,6.4 乳酸循环,当肌肉在缺氧或剧烈运动时，肌糖原经酵解产生大量乳酸，通过血液循环运到肝脏，在肝内异生为葡萄糖，葡萄糖可再经血液返回肌肉利用，这个循环称为乳酸循环，也叫Cori循环。 意义：防止酸中毒；利于乳酸再利用。,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸,乳酸,丙酮酸,血液,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。,第 八 节 血糖及其调节,Definition, Level and Regulation of Blood Glucos
42、e,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。,7.1 血糖来源及去路,* 主要依靠激素的调节,7.2 血糖水平的调节,（一） 胰岛素, 促进葡萄糖转运进入肝外细胞 ；, 加速糖原合成，抑制糖原分解；, 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，抑制糖原合成；, 抑制酵解途径，促进糖异生；, 促进脂肪动员。, 体内升
43、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）糖皮质激素,引起血糖升高，肝糖原增加,糖皮质激素的作用机制可能有两方面： 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。 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。,（四）肾上腺素,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。,7.3
44、 血糖水平异常,（一）高血糖及糖尿症 空腹血糖水平高于7.227.78mmol/L称为高血糖。 当血糖浓度高于 8.8910.00 mmol/L时，可出现糖尿。此血糖值称为肾糖阈。 高血糖见于：糖尿病、肾脏疾病、情绪激动等。,（二）低血糖,空腹血糖水平低于3.333.89mmol/L称为低血糖。 低血糖可影响脑的正常功能。当血糖水平过低时，可出现昏迷，称为低血糖休克。 低血糖病因：胰性、肝性、内分泌异常、肿瘤和饥饿等。,本章重点,概念：糖酵解、有氧氧化、乳酸循环、糖异生 糖酵解的关键酶 糖有氧氧化的关键酶 葡萄糖彻底氧化分解的能量生成 磷酸戊糖途径的关键酶和生理意义 糖异生的4个关键酶 乳酸循
45、环的过程及生理意义 糖原合成与分解的调节,概述B族维生素在糖代谢中的作用,B族维生素以辅酶参与糖代谢的酶促反应过程，当其缺乏时会导致糖代谢障碍: 糖酵解途径：3-磷酸甘油醛脱氢酶，需要维生素PP参与。 糖有氧氧化：丙酮酸及-酮戊二酸氧化脱羧需要维生素B1、B2、PP、泛酸和硫辛酸参与；异柠檬酸氧化脱羧及苹果酸脱氢需要维生素PP；琥珀酸脱氢需要维生素B2。 磷酸戊糖途径：6-磷酸葡萄糖/酸脱氢需要维生素PP。 糖异生途径中也需要维生素PP参与。,丙酮酸的代谢去路,1mol草酰乙酸彻底氧化分解 可生成多少mol ATP？,草酰乙酸,PEP,丙酮酸,乙酰CoA,三羧酸循环,GTP,ATP,2.5 ATP,10 ATP,12.5 ATP,
