糖代谢生物化学课件

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1、糖代谢生物化学Department of Biochemistry Hangzhou Medical CollegeGuyisheng杭 医Biochemistry2022-9-2糖代谢生物化学l活细胞中的所有化学变化。物质代谢l物质分解（catabolic）物质合成(anabolic)能量代谢l能量释放，能量存储糖代谢生物化学Department of Biochemistry Hangzhou Medical CollegeGuyisheng杭 医2022-9-2糖代谢生物化学l单糖：（Glucose）（体内糖的运输形式血糖）l果糖（Fructose）半乳糖l核糖 脱氧核糖（戊糖）l双糖：

2、麦芽糖（2分子葡萄糖）l蔗糖（葡萄糖果糖）l乳糖（半乳糖葡萄糖）2022-9-2糖代谢生物化学l多糖：淀粉（食物中的主要糖类）直链淀粉（1，4糖苷键）支链淀粉（1，4糖苷键：分支处为1，6糖苷键）纤维素（1，4糖苷键）（动物淀粉体内糖的贮存形式，分子量比淀粉更大）（1，4糖苷键，分支处为1，6糖苷键）2022-9-2糖代谢生物化学1、提供生命活动所需的能量 60左右（5070）2、组成人体的重要组成成分（结构成分、特殊生理功能）如：核糖（核苷酸核酸、NAD+、ATP）蛋白多糖（软骨、结缔组织的基质）糖脂（生物膜的成分）糖蛋白（多种生物学功能）3、提供碳源（转变为氨基酸、脂肪等）2022-9-2

3、糖代谢生物化学l消化的部位：口腔 小肠（为主）l吸收的部位：小肠l吸收的形式：单糖l吸收的方式：主动转运为主需要特殊的载体（SGLT），与Na+偶联，钠泵参与，ATP供能2022-9-2糖代谢生物化学l有五种葡萄糖转运载体(glucose transporter)（GLUT 15l代谢途径分解代谢：有氧氧化、糖酵解、磷酸戊糖途径糖原的合成与分解糖异生作用转变为糖的衍生物和非糖物质（脂类、氨基酸）2022-9-2糖代谢生物化学糖在体内分解代谢的途径有三种方式：l糖酵解（糖的无氧分解）乳酸(Lactate)，ATP l糖的有氧氧化 CO2，H2O，ATP（正常情况下糖分解代谢的主要途径）l磷酸戊糖

4、途径 NADPH，戊糖2022-9-2糖代谢生物化学l概念：在缺氧情况下，体内组织中的在缺氧情况下，体内组织中的葡萄糖或糖原分解为乳酸的过程。葡萄糖或糖原分解为乳酸的过程。l细胞定位：细胞液l反应过程：两个阶段1、葡萄糖丙酮酸（酵解途径2、丙酮酸乳酸2022-9-2糖代谢生物化学乙醛乙醇（酵母）乙酰CoACO2,H2O,ATP（有氧氧化）GG-6-P丙酮酸G-1-P糖原乳酸（酵解）乳酸（酵解）糖酵解途径糖酵解途径2022-9-2糖代谢生物化学l1、己糖磷酸酯的生成与转变（耗能阶段）（1）葡萄糖6-磷酸葡萄糖（GG6P Glucose-6-phosphate）2022-9-2糖代谢生物化学己糖激

5、酶己糖激酶 (Hexokinase)是限速酶之一（肝中为葡萄糖激酶葡萄糖激酶 Glucokinase）不可逆反应消耗ATP,需要Mg2+（若糖原开始不消耗ATP）（GnG1PG6P）2022-9-2糖代谢生物化学（2）6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖（G6PF6P fructose-6-phosphate）l 可逆反应 磷酸己糖异构酶催化（3）6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖（F6PF1,6BP）l磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1催化(F-6-P kinase)糖酵解途径主要的限速酶l不可逆反应l消耗ATP,需要Mg2+2022-9-2糖代谢生物化学l2、磷酸丙糖生成与同分异构化（裂解阶段）l磷酸二羟

6、丙酮 Dihydroxyacetone Phosphate l3磷酸甘油醛 Glyceraldehyde-3-Phosphate 分别由醛缩酶、异构酶催化 为可逆反应，体内生理条件下倾向于裂解 1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛而代谢1,6-二磷酸果糖 （6 C）3-磷酸甘油醛(3C)磷酸二羟丙酮(3C)2022-9-2糖代谢生物化学l3、丙酮酸生成（产能阶段）(1)3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸（1,3-Bisphosphoglycerate）l3-磷酸甘油醛脱氢酶催化，脱下2H （NAD+NADH+H+）l1,3-二磷酸甘油酸是高能化合物 （含高能磷酸键）2022-9-2糖代谢生物化

7、学(2)1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸l磷酸甘油酸激酶催化，ADPATP l是糖酵解途径中的第一次底物水平磷酸化(3)3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸l磷酸甘油酸变位酶催化，磷酸基团转移位置l需要 Mg2 参与 (3-Phosphoglycerate)（2-Phosphoglycerate）2022-9-2糖代谢生物化学2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)l烯醇化酶催化 可逆反应lPEP是高能化合物（含高能磷酸键）磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸(pyruvate)l丙酮酸激酶丙酮酸激酶催化 第三个限速酶l生理条件下为不可逆反应lADP ATP 糖酵解的第二次底物水平磷酸第二次底物水平磷

8、酸化化（phosphoenolpyruvate）2022-9-2糖代谢生物化学l总反应式：C6H12O6+2NAD+2ADP+2H3PO4 2C3H4O3+2NADH+2H+2ATP+2H2O葡萄糖丙酮酸三个限速酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶生成ATP数：2分子（净生成）3分子（糖原开始）2022-9-2糖代谢生物化学+NADH+H+NAD+乳酸脱氢酶NADH来自3-磷酸甘油醛脱氢，使糖酵解顺利进行LDH有五种同工酶l糖酵解全过程的总反应式为：C6H12O6+2ADP+2H3PO42C3H6O3+2ATP+2H2O在缺氧条件下进行，由乳酸脱氢酶催化，为可逆反应。(lactate)20

9、22-9-2糖代谢生物化学1、迅速提供能量迅速提供能量，供机体急需供机体急需，对骨骼肌收缩尤为重要。2、少数组织，即使有氧，糖酵解仍然旺盛，如皮肤、视网膜、睾丸、癌瘤组织等；特别是成熟红细胞以糖酵解作为基成熟红细胞以糖酵解作为基本能源本能源。3、某些病理情况（如呼吸、循环障碍），糖酵解增强，使机体缺氧时获得ATP供应。2022-9-2糖代谢生物化学1、成熟红细胞存在2,3-BPG支路，调节带氧能力。2、乳酸运输到心、肝等，继续供能（有氧条件），或糖异生为糖。3、酵解中间产物（丙酮酸、磷酸二羟丙酮）是氨基酸、脂类合成前体 酵解还是彻底有氧氧化的前奏，准备 阶段注意：糖酵解过量，乳酸酸中毒。生理意

10、义的其他方面：2022-9-2糖代谢生物化学磷酸果糖激酶-1（最重要）：l变构抑制剂：ATP、柠檬酸l变构激活剂：AMP、2,6-双磷酸果糖已糖激酶：l变构抑制剂：6-磷酸葡萄糖等l（但肝脏中的葡萄糖激酶则不受此影响）丙酮酸激酶：l变构抑制剂：ATP、丙氨酸2022-9-2糖代谢生物化学概念：部位：胞浆原料：Glucose/Glycogen产物：乳酸(lactate)能量：2/3个ATP关键酶：lHexokinase/Glucokinase(HK/GK)lF-6-P kinaselPyruvatekinase(PK)生理意义：l机体在无氧或缺氧条件下获得能量的一种有效方式，也是机体在应激状态下

11、产生能量，以满足机体生理需要的重要途径。2022-9-2糖代谢生物化学l概念：在有氧条件下，葡萄糖或糖原彻底氧化成CO2和H2O，并释放大量能量，这 一 过 程 称 为 糖 的 有 氧 氧 化(aerobic oxidation)。l细胞定位：细胞液、线粒体2022-9-2糖代谢生物化学糖酵解途径葡萄糖丙酮酸（与无氧酵解时相似）区别点：生成的NADH进入线粒体，经电子传递链生成能量。（1）丙酮酸乙酰辅酶A(Acetyl CoA)（2）乙酰辅酶A进入三羧酸循环，生成CO2、H2O。l糖的有氧氧化的总反应式为：C6H12O6+6O66CO2+6H2O2022-9-2糖代谢生物化学l丙酮酸经特异载体

12、，进入线粒体。l经催化，丙酮酸经氧化、脱羧，生成乙酰辅酶A。CH3COCOOH+HSCoACH3COCoANAD+NADH+H+CO2丙酮酸脱氢酶复合体（TPP、硫辛酸、FAD等）2022-9-2糖代谢生物化学l包括三种酶：l丙酮酸脱氢酶（脱羧酶）l二氢硫辛酰胺转乙酰酶l二氢硫辛酰胺脱氢酶5种辅助因子：TPP（含VitB1）HSCoA（含泛酸）硫辛酸FAD（含VitB2）NAD+（含VitPP）缺乏VitB1，引起脚气病，多发性神经炎等乙酰辅酶A有多条代谢途径2022-9-2糖代谢生物化学l由草酰乙酸和乙酰CoA缩合成柠檬酸开始，经多个中间步骤，又重新生成草酰乙酸的循环过程。l其第一个中间产物

13、是一个含三个羧酸的柠檬酸（citrate），是由Kreb正式提出的，所以又称柠檬酸循环或Krebs循环 l以乙酰CoA 为起点，多种生物大分子（糖，脂，氨基酸）的共同最终代谢途径。2022-9-2糖代谢生物化学l第一阶段：柠檬酸的生成 l l乙酰CoA草酰乙酸 柠檬酸CoA-SHl此步为三羧酸循环的第一个限速步骤l柠檬酸合酶为三羧酸循环的第一个关键酶 柠檬酸合酶Citrate synthaseH2O(Oxaloacetate)(Citrate)(Acetyl CoA)2022-9-2糖代谢生物化学l（1）异柠檬酸的形成 顺乌头酸酶柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸顺乌头酸酶H2OH2O(Isocitrat

14、e)(Aconite)(Citrate)2022-9-2糖代谢生物化学异柠檬酸 草酰琥珀酸 -酮戊二酸 NAD NADH+H+CO2 此步反应是三羧酸循环中的第二步限速步骤，异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环中的第二个关键酶。产生1分子 NADH、1分子 CO2(Alpha-ketoglutarate)(Isocitrate dehydrogenase)异柠檬酸脱氢酶2022-9-2糖代谢生物化学-酮戊二酸CoA-SH 琥珀酰CoA NAD NADH+H CO2 -酮戊二酸脱氢酶系此酶系是三羧酸循环中的第三个关键酶其反应同丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧类似，由三种酶和五种辅助因子组成:-酮戊二酸脱氢酶、

15、二氢硫辛酰胺转琥珀酰基酶、二氢硫辛酰胺脱氢酶、FAD、TPP、CoASH、NAD、硫辛酸产生1 分子NADH、1分子 CO2(Succinyl-CoA)(-ketoglutarate)2022-9-2糖代谢生物化学l琥珀酰CoA 琥珀酸CoA-SHl GDP+Pi GTP l GTP+ADP GDP+ATPl这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化 l琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶的催化下高能硫酯键被水解生成琥珀酸，并使GDP磷酸化形成GTP，l即产生分子1分子 ATP 琥珀酸硫激酶(Succinate)2022-9-2糖代谢生物化学琥珀酸 延胡索酸 FAD FADH2 即产生1分子 FADH2延

16、胡索酸苹果酸草酰乙酸 H2O NADNADH+H+即产生1 分子NADH 琥珀酸脱氢酶(Cis-Fumarate)延胡索酸酶苹果酸脱氢酶(L-Malate)(Oxaloacetate)2022-9-2糖代谢生物化学酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+2H+FADH2+CoA+GTP中间产物起着催化剂的作用，本身并无量的变化2022-9-2糖代谢生物化学部位：线粒体关键酶：l柠檬酸合酶l异柠檬酸脱氢酶l-酮戊二酸脱氢酶 原料：乙酰CoA产物：CO2，H2O产能：12 ATP生理意义：生理意义：l三羧酸循环不仅是糖的分解代谢的途径，同时也是脂肪和蛋白质在细胞内氧

17、化供能的最终l三羧酸循环还是糖、脂肪和蛋白质的。l为一些物质的合成2022-9-2糖代谢生物化学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（关键酶）柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体4次脱氢（3 次NAD+及1次FAD+）2022-9-2糖代谢生物化学三羧酸循环中的脱氢反应三羧酸循环中的脱氢反应 反反 应应辅酶辅酶氧化时生成氧化时生成ATP异柠檬酸异柠檬酸 酮戊二酸酮戊二酸NAD+3酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoANAD+3琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸FAD2苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸NAD+32022-9-2糖代谢生物化学l第一阶段：脱氢3（2）2

18、6（4）底物水平磷酸化l第二阶段：脱氢 326l第三阶段：12224l合计：38（36）2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学l根据机体的能量需要,调节代谢速率（如ATP过多时，一系列限速酶的活性降低）。l关键酶的活性受效应物的变构调节，由由ATP/ADP、ATP/AMP、NADH/NAD+、CH3CO-SCoA/CoASH 的比值所决定。2022-9-2糖代谢生物化学变构调节：变构调节：乙酰CoA、NADH、ATP可反馈抑制丙酮酸脱氢酶复合体的活性。共价修饰：共价修饰：丙酮酸脱氢酶激酶使丙酮酸脱氢酶复合体。磷酸酶作用相反。1、ATP/ADP、ATP/AMP、NADH/N

19、AD+、CH3CO-SCoA/CoASH 的比值升高，激酶被激活，丙酮酸脱氢酶活性降低，有氧氧化被抑制。2、胰岛素可激活磷酸酶，促进有氧氧化。2022-9-2糖代谢生物化学l主要调节点：异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体lATP/ADP、NADH/NAD+比值，上述酶活性lCa2+,上述酶活性l抑制氧化磷酸化的各因素，均可阻断三羧酸循环2022-9-2糖代谢生物化学l有氧氧化抑制无氧酵解的现象称为巴斯德效应（Pasteur effect）NADH、丙酮酸进入线粒体被氧化，不生成乳酸 NADH不能被氧化，使丙酮酸生成乳酸氧化磷酸化受阻，ATP生成，ADP/ATP比值，磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激

20、酶活性，糖酵解2022-9-2糖代谢生物化学部位：胞浆，线粒体关键酶：丙酮酸脱氢酶等原料/产物：G/CO2，H2O能量：36/38 ATP生理意义：1.人体活动所需要的能量主要来自糖的有氧氧化2.三羧酸循环的重要性3.多种中间产物也可参与其它代谢途径 l整个反应过程可分以下三个阶段：l l1.葡萄糖 丙酮酸 l l2.丙酮酸 乙酰CoA l l3.乙酰CoA CO2+H2O 糖酵解途径糖酵解途径丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体TAC2022-9-2糖代谢生物化学l器官：肝、泌乳期乳腺、红细胞、脂肪组织、肾上腺皮质等合成代谢旺盛的组织l细胞定位：细胞液l关键酶：G-6-P脱氢酶，G-6-P酸

21、脱氢酶l原料：G-6-Pl重要产物：NADPH，磷酸核糖2022-9-2糖代谢生物化学1、氧化阶段：6-磷酸葡萄糖5-磷酸戊糖（1）2次脱氢，（2）脱羧，磷酸戊糖的互变（1）5-磷酸核酮糖5-磷酸核糖（2）5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖2、非氧化阶段：基团转移反应（1）转酮基、转醛基（2）最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，进入进入糖酵解途径糖酵解途径生成5-磷酸核酮糖2022-9-2糖代谢生物化学糖酵解途径NADP+NADPH+H+NADP+NADPH+H+6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖脱氢酶CO26-磷酸葡萄糖酸脱氢酶5-磷酸核糖 5-磷酸木酮糖7-磷酸景天糖

22、4-磷酸赤藓糖3-磷酸甘油醛 6-磷酸果糖2022-9-2糖代谢生物化学l特点：产生5-磷酸核糖和NADPHl意义：1、产生5-磷酸核糖参与核苷酸、核酸的合成（提供原料）2、产生NADPH主要作为供氢体（三方面）2022-9-2糖代谢生物化学l1、参与脂肪酸、胆固醇、类固醇激素等的合成l2、加单氧酶体系的辅酶，参与生物转化作用(药物、毒物和一些激素的生物转化有关)l3、谷胱甘肽还原酶的辅酶，维持G-SH的正常含量，维持红细胞膜的稳定性和完整性，保护巯基酶和含巯基蛋白质（如：遗传性6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺陷，蚕豆病、伯氨奎宁性溶血）2022-9-2糖代谢生物化学l糖原(glycogen)：糖的贮存

23、形式 肝糖原和肌糖原l糖原结构：葡萄糖以糖苷键连结而成的、带有分支的多糖（两种糖苷键，还原端和非还原端）2022-9-2糖代谢生物化学糖原的说明糖原是动物体内糖的储存形式能源储存大部分 脂肪 脂肪组织小部分 糖原 急需时分解成葡萄糖生理意义肝糖原 维持血糖水平 脑、红细胞肌糖原 肌肉收缩能量之需 酵解2022-9-2糖代谢生物化学l概念：单糖（主要为葡萄糖）合成糖原的过程l细胞定位：细胞液l反应过程：四步反应 消耗ATP和UTP2022-9-2糖代谢生物化学l1、葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖（GG-6-PG-1-P）（回顾糖酵解途径）第一步反应：生成 G-6-P己糖激酶（葡萄糖激酶）催化消耗AT

24、P第二步反应：生成 G-1-P（磷酸基变位）2022-9-2糖代谢生物化学l2、尿苷二磷酸葡萄糖的生成（G-1-PUDPG）UDPG焦磷酸化酶催化消耗UTP，释放出PPi（PPi水解成2Pi，释放能量，使反应不可逆）UDPG作为葡萄糖的供体，可看成是“活性葡活性葡萄糖萄糖”2022-9-2糖代谢生物化学l3、糖原合成（UDPG+糖原（Gn）UDP+糖原（Gn+1）糖原合酶糖原合酶催化（限速酶），形成1，4糖苷键仅是糖原分子的逐步扩大（不形成新的糖原）l4、形成分支转移一段糖链（67）个葡萄糖单位分支酶分支酶催化，分支处为1，6 糖苷键注意：糖原合成中，每增加1个葡萄糖单位，消耗1分子ATP,1

25、分子UTP,即相当于2分子ATP2022-9-2糖代谢生物化学l限速酶：糖原合酶l原料：G，UTP，ATP l产物：Gnl耗能：2 ATPl生理意义：储存能量l肝脏：70-100g（血糖）l肌肉：180-200g（肌肉收缩）l人体24hr所需l（脂肪：10天-2个月）糖原（Gn）十 葡萄糖(G)十 2ATP 糖原（Gn+1）十 2ADP 十 2Pi2022-9-2糖代谢生物化学l概念：肝糖原分解为葡萄糖的过程（即：肌糖原不能直接分解为葡萄糖）原料：Gn产物：G生理意义：维持血糖浓度细胞定位：细胞液反应过程：三步反应限速酶：糖原磷酸化酶2022-9-2糖代谢生物化学l1、糖原分解为1-磷酸葡萄糖

26、 糖原（Gn+1）H3PO4糖原（Gn）G-1-P仅仅是糖原分子的逐步缩小磷酸化酶催化（限速酶），1，4糖苷键加磷酸分解当分支处约4个葡萄糖单位时，脱支酶催化转移一段糖链（3个葡萄糖单位）水解分支处的1，6糖苷键，脱下葡萄糖2022-9-2糖代谢生物化学l2、1-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖（G-1-PG-6-P）可逆反应 （回顾糖原合成与糖酵解途径）l3、6-磷酸葡萄糖转变为葡萄糖 （G-6-PG）葡萄糖6磷酸酶催化，仅存在肝、肾 （亦与糖异生作用有关）补充血糖的重要方式肌肉中葡萄糖-6-磷酸酶活性很低，故肌糖原分解的G-6-P只能通过酵解途径分解产能供肌肉活动的需要。2022-9-2糖代

27、谢生物化学 糖原合成与分解是由不同酶催化的逆向反应。调节主要是改变两个过程关键酶的活性，即改变及的活性。受共价修饰共价修饰调节（磷酸化和去磷酸化）和变构调节变构调节。2022-9-2糖代谢生物化学l糖原磷酸化酶有磷酸化和去磷酸化两种形式（磷酸化后有活性）l依次受蛋白激酶A、磷酸化酶b激酶催化（使酶蛋白磷酸化，而磷蛋白磷酸酶催化脱磷酸）l胰高血糖素使蛋白激酶A活性升高，最终促进糖原分解，抑制糖原合成2022-9-2糖代谢生物化学l磷酸化酶：AMP变构激活剂ATP、G-6-P变构抑制剂磷酸化酶（a）的（肝脏，血糖升高时发挥作用）lCa2+是磷酸化酶b激酶的变构激活剂（肌肉，可促进糖原分解，供肌肉收

28、缩需要）2022-9-2糖代谢生物化学l蛋白激酶A催化酶蛋白，磷蛋白磷酸酶催化脱磷酸l糖原代谢中的两种关键酶受磷酸化和去磷酸化共价修饰调节效果不同：糖原磷酸化酶磷酸化有活性，糖原合酶去磷酸化有活性。2022-9-2糖代谢生物化学糖原合成与分解的生理性调节因素l胰岛素：胰岛素：促进糖原合成，抑制糖原分解l胰高血糖素胰高血糖素：使蛋白激酶A活性升高，最终促进糖原分解，抑制糖原合成（肝）（肝）l肾上腺素：肾上腺素：促进糖原分解、抑制糖原合成（肌肉（肌肉：激素作用中存在级联放大系统、“瀑布效应2022-9-2糖代谢生物化学概念：非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程器官：（生理情况的主要器官）肾脏肾脏（长期

29、饥饿时作用增强）原料：丙酮酸、乳酸等有机酸，甘油，生糖氨基酸等产物：G（或糖原）2022-9-2糖代谢生物化学部位：胞浆、线粒体（肝脏）关键酶：G-6-P酶；F-1,6-BP酶；丙酮酸羧化酶/PEP羧激酶生理意义：l1、维持血糖浓度的相对稳定。l2、补充肝糖原（恢复糖原储备）。l3、调节酸碱平衡。2022-9-2糖代谢生物化学反应部位：线粒体，胞液消耗1分子ATP与1分子GTP。丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶PEPCKPEPCK丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(PAC)生物素、生物素、Mg2+GTPGDP+Pi CO2CO2 ATPADP+PiPhospho

30、enolpyruvatePyruvateOxaloacetate2022-9-2糖代谢生物化学 果糖-1,6-双磷酸酶-11，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖 H2O Pi 与6-磷酸果糖激酶-1(糖酵解)催化的反应相对应2022-9-2糖代谢生物化学 葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 H2O Pi 葡萄糖-6-磷酸酶（肝脏）与己糖激酶/葡萄糖激酶（酵解）催化的相对应（substrate cycle）：作用物的互变反应分别由不同的酶催化其单项反应，这种互变循环称为底物循环。（又称无效循环）2022-9-2糖代谢生物化学l主要通过对（substrate cycle）调节，协调糖酵解途径和糖异

31、生途径这两条方向相反的代谢途径。l这两个底物循环之间是通过 联系和协调的。2022-9-2糖代谢生物化学第一个底物循环：6-磷酸果糖和1,6-二磷酸果糖之间6-磷酸果糖2,6-二磷酸果糖AMP1,6-二磷酸果糖2,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 是肝内调节糖酵解和糖异生反应方向的主要信号，受到激素的调节。_+FBPasePi糖异生糖异生PFKIATPADP糖酵解糖酵解2022-9-2糖代谢生物化学磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间丙酮酸丙酮酸羧化酶羧化酶磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸羧激酶羧激酶丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶（活性）（活性）2022-9-2糖代谢生物化学l2,6-二磷酸果糖

32、二磷酸果糖 是肝内调节糖酵解和糖异生反应方向的主要信号。l胰高血糖素通过化学修饰，使2,6-二磷酸果糖生成下降，促进糖异生；胰岛素作用相反。l胰高血糖素诱导磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶合成，促进糖异生；胰岛素作用相反。2022-9-2糖代谢生物化学1、维持血糖浓度恒定、维持血糖浓度恒定保证大脑、神经组织的正常功能2、补充肝糖原、补充肝糖原糖异生是肝糖原补充或恢复肝糖原储备的主要途径，是糖原合成间接途径（丙酮酸、乳酸等三碳化合物异生成糖原，又称）3、调节酸碱平衡、调节酸碱平衡长期饥饿，肾糖异生作用增强有利于酸碱平衡，有利于排氢保钠作用，防止机体酸中毒。2022-9-2糖代谢生物化学l肌糖原酵解产生大量

33、乳酸，大部分则经血液运到肝脏，通过糖异生作用合成肝糖原或葡萄糖以补充血糖，血糖再被肌肉利用，如此形成乳酸循环（Cori循环）。回收乳酸能量 防止乳酸中毒更新肝糖原 补充肌肉消耗的糖乳酸循环是一个耗能过程，2分子乳酸异生成1分子葡萄糖要消耗6分子ATP。2022-9-2糖代谢生物化学l血糖（blood sugar）是指血液中的葡萄糖。（glucose,G）l血糖浓度：3.896.11mmol/L（安静、空腹、停食1214小时）l血糖浓度相对恒定对于保证组织器官特别是大脑组织的正常活动有重要意义。2022-9-2糖代谢生物化学血糖3.89-6.11 mmol/LCO2、H2O能量氧化分解合 成肝糖

34、原肌糖原戊糖途径等其他糖类尿糖 8.89 mmol/L（肾糖阈）去 路来 源食物中糖消化吸收肝糖原分 解非糖物质异生作用合 成脂肪、氨基酸等非糖物质2022-9-2糖代谢生物化学机制：严格控制血糖的来源和去路血糖浓度的动态平衡是l肝、肌肉、肾等器官组织代谢协调的结果l神经、激素调节的结果l糖、脂肪、氨基酸代谢调节的结果酶水平的调节是最基本的调节方式和基础2022-9-2糖代谢生物化学肝脏是调节血糖浓度的主要器官l具有参于糖代谢的各种酶肝糖原合成肝糖原分解糖异生2022-9-2糖代谢生物化学l血糖浓度及糖代谢的调节最重要的因素。l降低血糖的激素：胰岛素l升高血糖的激素：胰高血糖素l肾上腺素l肾上

35、腺皮质激素l生长素l甲状腺素互相协调互相制约2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学l 空腹血糖浓度高于7.227.78mmol/L称为高血糖（hyperglycemia）。l空腹血糖浓度低于3.333.89mmol/L称为低血糖。(hypoglycemia)2022-9-2糖代谢生物化学l在生理情况下，血糖超过肾糖阈(血糖浓度高于（8.8910.00mmol/L）时出现的糖尿，属生理性糖尿(glucosuria)。l如：情感性糖尿l饮食性糖尿2022-9-2糖代谢生物化学l糖尿病(diabetes)是一组病因和发病机理尚未完全阐明的内分泌代谢性疾病，以高血糖为其主要标志。

36、l病因：胰岛素分泌不足等（胰岛细胞损害）l分型：胰岛素依赖型（I型）l非胰岛素依赖型（II型）2022-9-2糖代谢生物化学常见病因：l饥饿、不能进食等l胰岛素-细胞机能亢进、胰岛素分泌过多l内分泌功能紊乱l肝脏疾病等引起的肝功能不良对机体的影响：l影响脑的正常功能（血糖是大脑的主要能源）出现头昏、心悸、饥饿感及出冷汗等严重时患者出现昏迷，称为低血糖休克如不及时补充血糖可导致死亡2022-9-2糖代谢生物化学果糖 OCH2OHCH2OH61葡萄糖CH2OHO16半乳糖CH2OHO162022-9-2糖代谢生物化学糖原结构 O CH2OHO141 O CH2OH6 O CH2OHO OCH2O1

37、6O O CH2OH42022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学注：-淀粉酶、-葡萄糖苷酶能水解1，4糖苷键-极限糊精酶则水解1，6糖苷键-极限糊精酶葡萄糖（小肠粘膜细胞刷状缘）-葡萄糖苷酶葡萄糖麦芽糖麦芽三糖麦芽寡糖-极限糊精淀粉（唾液、胰液）-淀粉酶2022-9-2糖代谢生物化学说明：1、糖的吸收形式主要是葡萄糖。2、己糖的吸收是消耗ATP的主动吸收过程，而戊糖靠被动扩散吸收。3、糖的贮存形式是糖原（肝、肌糖原共约400g）；而脂肪也可视为糖的另一种贮存形式。蔗糖蔗糖酶乳糖乳糖酶葡萄糖果糖半乳糖葡萄糖2022-9-2糖代谢生物化学l人类食物中的糖有淀粉、糖原、蔗糖、乳糖、

38、麦芽糖、葡萄糖、果糖及纤维素等，纤维素不被消化，但纤维素能促进肠管蠕动，其余的糖被消化道中水解酶类分解为单糖后才被吸收 l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 2022-9-2糖代谢生物化学l消化所生成的单糖主要在小肠上段被吸收扩散入血，循门静脉入肝，并输送到全身各组织器官中利用。l目前认为单糖至少有两种吸收转运系统：l1）Na+单糖共转运系统，依赖钠泵并消耗ATP，对葡萄糖和半乳糖有高特异性；l2）不依赖Na+的单糖转运系统，对果糖有高特异性。两种吸收转运系统都有特异性载体蛋白参与。2022-9-2糖代谢生物化学己糖激酶葡萄糖激酶

39、分布各组织细胞肝细胞专一性较低高与 G 亲和力 大小km 值0.1mmol/L 左右10mmol/L 左右作用时间饭后血糖升高时 平时特点受激素调控维持血糖浓度等2022-9-2糖代谢生物化学乳酸脱氢酶6-磷酸果糖葡萄糖6-磷酸葡萄糖己糖激酶（葡萄糖激酶）ATPADP磷酸果糖激酶-11,6-二磷酸果糖ATPADP2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮1,3-二磷酸甘油酸Pi、NAD+NADH+H+3-磷酸甘油酸ADP ATP磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油醛脱氢酶丙酮酸丙酮酸激酶ATP ADP乳酸NAD+NADH+H+1-磷酸葡萄糖磷酸化酶糖原Pi2022-9-2糖代谢生物化学A

40、TPADP己糖激酶（肝）葡萄糖激酶Pi磷酸化酶 变位酶 O CH2OH O CH2OHO O CH2OHO O CH2OHP O CH2OH O CH2OH P磷酸己糖异构酶CH2OHCH2O 1PCH2OHCH2O 1P磷酸果糖激酶-1ATP ADPP注意：1、消耗2分子ATP2、限速步骤与限速酶2022-9-2糖代谢生物化学CH2O PCH2O P1 O异构酶醛缩酶2022-9-2糖代谢生物化学H2O烯醇化酶丙酮酸激酶ADP ATPNADH+H+NAD+Pi3-磷酸甘油酸脱氢酶ADP ATP磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸变位酶2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学2022-

41、9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学 1 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP TPP为焦磷酸硫胺素，是维生素B1的活性形式。能协助E1使丙酮酸脱羧生成CO2，并形成羟乙基-TPP。2 乙酰基转移硫辛酸是一种脂溶性维生素，是含有二硫键的八碳羧酸，其羧基可与E2酶蛋白的赖氨酸残基的-氨基以酰胺键结合，形成硫辛酰胺-E2，使羟乙基-TPP上的羟乙基氧化成乙酰基，并使乙酰基转移到硫辛酰胺的巯基上，进一步作用使乙酰基转移到辅酶A，形成乙酰CoA。2022-9-2糖代谢生物化学 3 氧化还原反应l羟乙基氧化成乙酰基时脱下的氢使硫辛酰胺上二硫键还原成二个巯基，形成二氢硫辛酰胺，在E3的作用下，二氢硫

42、辛酰胺脱氢重新生成硫辛酰胺，以进行下一轮的反应。脱下的氢由FAD接受，形成FADH2。在E3的催化下，FADH2上的氢转移给NAD+，形成NADH+H+。全过程是不可逆的连续反应，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入乙酰CoA，是重要中间物特点2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸-酮戊二酸琥珀酸延胡索酸苹果酸琥珀酰辅酶A2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学6G-6-P+12NADP+7H2O5

43、G-6-P+12NADPH+12H+6CO2+Pi6-磷酸葡萄糖+NADP+2 6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+6H+3CO2 2022-9-2糖代谢生物化学H2O22 H2O谷胱甘肽过氧化物酶 2 GSHGSSG谷胱甘肽还原酶 NADP+NADPH +H+6-磷酸葡萄糖5-磷酸核酮糖磷酸戊糖途径2022-9-2糖代谢生物化学l6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性决定G-6-P进入磷酸戊糖途径的流量，为限速酶。l此酶的活性主要受NADPH/NADP+比例的影响，当比例升高时磷酸戊糖途径受抑制，反之则被激活。l磷酸戊糖途径的流量取决于对NADPH的需求。2022-9-2糖代谢生物化学Pi 磷酸

44、化酶ATP ADP己糖激酶葡萄糖6-磷酸葡萄糖Pi H2OG-6-P酶1-磷酸葡萄糖变位酶UTPPPiUDPGUDPG焦磷酸化酶糖原UDP糖原合酶2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学磷酸化酶b激酶磷酸化酶b激酶磷酸化酶b激酶 蛋白激酶A磷蛋白磷酸酶P无活性有活性2022-9-2糖代谢生物化学磷酸化酶糖原磷酸化酶b糖原磷酸化酶a 磷酸化酶b激酶磷蛋白磷酸酶P无活性有活性糖原合酶糖原合酶糖原合酶b糖原合酶糖原合酶a 蛋白激酶AP磷蛋白磷酸酶无活性有活性20

45、22-9-2糖代谢生物化学无活性有活性2022-9-2糖代谢生物化学神经冲动肌肉收缩神经冲动肌肉收缩糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b激酶激酶(4)4亚基钙调蛋白可结合钙离子亚基钙调蛋白可结合钙离子胞液内胞液内Ca2+浓度升高浓度升高糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶aP肌糖原分解肌糖原分解葡萄糖葡萄糖酵解产能酵解产能Ca2+和糖原磷酸化酶和糖原磷酸化酶b激酶结合，使其激活激酶结合，使其激活2022-9-2糖代谢生物化学l糖原累积症是一种遗传性疾病，患者先天缺乏与糖原代谢有关的酶类，导致体内某些器官组织中有大量糖原堆积。2022-9-2糖代谢生物化学丙酮酸羧化酶仅存在于线粒体中，故胞液中的丙酮酸必须进入线粒体，

46、才能羧化形成草酰乙酸，但草酰乙酸不能直接透过线粒体膜，需要转化成苹果酸或天冬氨酸才能转运回胞液转运回胞液。磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶线粒体和胞液中都存在。丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶2022-9-2糖代谢生物化学l 2丙酮酸丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+2H2O 葡萄糖葡萄糖+2NAD+4ADP+2GDP+6Pi 2022-9-2糖代谢生物化学乙酰乙酰CoA丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶+_糖异生加强糖异生加强胰高血糖素胰高血糖素 2,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 cAMP丙酮酸激酶丙酮酸激酶-（无活性）（无活性）P丙酮酸激酶丙酮酸

47、激酶丙酮酸激酶活性丙酮酸激酶活性糖酵解抑制糖酵解抑制糖异生加强糖异生加强肝肝:丙氨酸丙氨酸()2022-9-2糖代谢生物化学腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶（无活性）（无活性）腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶（活性）（活性）ATPcAMPA激酶激酶（无活性）（无活性）A激酶激酶（活性）（活性）磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶II磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶II-PPFKI 活性活性 糖异生加强糖异生加强糖酵解抑制糖酵解抑制胰岛素胰岛素的作用正好相反的作用正好相反 FBPase 活性活性 2022-9-2糖代谢生物化学胰高血糖素cAMP+胰岛素_磷酸烯醇式磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶丙酮酸羧激酶 mRNA的表达的表达2022-9

48、-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学l胰岛细胞分泌，蛋白质激素，是体内唯一的降血糖激素。l胰岛素分泌又受血糖浓度的反馈调节血糖升高胰岛素分泌血糖降低胰岛素分泌2022-9-2糖代谢生物化学胰岛素的主要调节作用是：1.促进肌肉、脂肪组织细胞膜载体转运葡萄糖进入细胞2.诱导糖原合成酶的生成，同时还能抑制糖原磷酸化酶作用；因此既促进糖原合成，又抑制糖原分解3.诱导分解利用血糖的关键酶的合成，从而加速糖的利用4.抑制糖异生关键酶的活性，以抑制糖异生5.抑制脂肪动员2022-9-2糖代谢生物化学l胰岛细胞分泌，多肽激素，升高血糖l主要作用为：A.促进肝糖原分解，血糖升高；B.抑制糖酵解，促进

49、糖异生，使非糖物质（丙酮酸、乳酸和氨基酸等）迅速异生为糖；C.加速脂肪动员。2022-9-2糖代谢生物化学l糖皮质激素是肾上腺皮质分泌的类固醇激素，可引起血糖升高。l主要作用为：1.抑制肝外组织自血液中吸取葡萄糖，并能促进肌肉中蛋白质的分解，产生的氨基酸是糖异生的原料。2.促进糖异生关键酶的合成，从而促进糖异生。2022-9-2糖代谢生物化学l肾上腺素是强有力的升血糖激素，主要在应激状态下发挥作用，对血糖浓度的调节与胰高血糖素相似。l可促进肝糖原分解，还促进肌糖原经糖酵解分解成乳酸，乳酸是糖异生的原料，可间接升高血糖。2022-9-2糖代谢生物化学l生长素主要表现为对抗胰岛素的作用，使血糖浓度

50、升高。2022-9-2糖代谢生物化学l神经系统特别是其高级部位，可直接通过神经末梢释放递质或间接通过支配内分泌腺分泌激素，以影响与调节全身糖的代谢。，中枢神经系统将兴奋传至肝脏，促使肝糖原分解为葡萄糖释放到血中，使。2022-9-2糖代谢生物化学原发性糖尿病l分 胰岛素依赖型（I型）和非胰岛素依赖型（II型）lII型糖尿病有更强的遗传性，胰岛素受体基因缺陷是其诱因之一，我国患者以此类居多。继发性糖尿病l继发于胰岛组织广泛破坏的疾病，如胰腺炎、胰腺切除后等l或引起胰岛素拮抗的激素分泌过多的疾病，如：甲亢、肢端肥大症、皮质醇增多症等 2022-9-2糖代谢生物化学l耐糖现象：耐糖现象：人体对摄入的

51、葡萄糖具有很高的耐受能力的现象l正常人体血糖水平维持动态平衡，即使食入大量葡萄糖，体内血糖水平也不会出现大的波动和持续升高。l对葡萄糖的耐受能力称为葡萄糖耐量葡萄糖耐量（glucose tolerence），它反映机体调节糖代谢的能力。2022-9-2糖代谢生物化学葡萄糖耐量试验鉴定机体利用葡萄糖的能力l常用方法：l1、先测定病人空腹血糖浓度l2、然后一次服用100克葡萄糖（或按每公斤体重1.51.75克）l3、而后隔半小时、一小时、二小时和三小时分别采血测血糖值l4、以时间为横座标，血糖浓度为纵座标作图，得到的曲线叫做2022-9-2糖代谢生物化学2022-9-2糖代谢生物化学l由于肾脏疾患，如慢性肾炎，肾病综合症等引起肾小管重吸收功能减弱，重吸收葡萄糖能力下降，导至肾糖阈下降，但血糖水平与耐糖曲线正常，由此出现的糖尿称为肾性糖尿。l孕妇有时也会有暂时性肾糖阈降低而出现肾性糖尿。2022-9-2糖代谢生物化学再见！