生物化学教程王镜岩朱圣庚徐长法糖代谢教学案例

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1、第 二 篇 物质代谢及其调节,主讲人：马晓磊,E-mail：2361582,biochemistry,1,本篇包括以下几章内容：,第六章 糖代谢 第七章 脂质代谢 第八章 生物氧化 第九章 氨基酸代谢 第十章 核苷酸代谢 第十一章 非营养物质的代谢 第十二章 物质代谢的整合与调节,2,重点掌握代谢过程的关键环节、关键酶、 主要产物、主要调节环节、重要生理意义； 注意理清各种物质代谢的相互关系； 注意物质代谢异常与疾病的关系。,本篇内容的学习方法建议：,3,糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 六 章,4,糖的分类及其结构,单糖 (monosacchride)

2、寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride) 结合糖 (glycoconjugate),6,单 糖,葡萄糖 (glucose) 果糖 (fructose) 半乳糖 (galactose) 核糖 (ribose),不能再水解的糖。,7,葡萄糖(glucose) 已醛糖,果糖(fructose) 已酮糖,半乳糖(galactose) 已醛糖,核糖(ribose) 戊醛糖,寡 糖,常见的几种二糖:,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

3、缩合的糖苷键相连。,10,多 糖 能水解生成多个分子单糖的糖。,淀 粉 (starch),糖 原 (glycogen),纤维素 (cellulose),11, 淀粉 是植物中多糖的储存形式,淀粉颗粒,-1,4-糖苷键,-1,6-糖苷键, 糖原 是动物体内多糖的储存形式, 纤维素 作为植物的骨架,-1,4-糖苷键,糖与非糖物质的结合物（糖复合物）。,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)： 是糖与蛋白质的结合物。,结 合 糖,15,糖的生理功能,1.氧化供能,糖可提供合成某些氨

4、基酸、脂肪、胆固醇、核苷酸等物质的原料。,3.作为机体组织细胞的组成成分,糖的主要功能。人体5070能量来自糖。,2.提供合成体内其他物质的原料,糖是构成糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的成分。,16,糖代谢的概况分解、储存、合成,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 一 节 糖的消化吸收与转运,18,一、糖消化后以单体形式吸收,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。,19,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%）,-临界糊精+异麦芽糖 （30%）

5、（5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消 化 过 程,肠粘膜上皮 细胞,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,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作用，也是维持健康所必需。,22,糖的吸收,1.吸收部位： 小肠上段,2.吸收形式 ： 单糖（主要是葡萄糖）,吸收机制 ：通过Na+依赖型葡萄糖转运体SGLT (Na+-dependent glucose transporter)主动耗能吸收。,23,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,葡萄糖吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体SGLT,刷状缘,细胞内膜,ADP+P

6、i,24,二、细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白,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),25,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,26,第 二 节 糖的无氧氧化,anaerobic oxidation,27,糖酵解(glycolysis)的概念,一分子葡萄糖在胞质中可裂解为两分子丙酮酸，是葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径，称为糖酵解(glycolysis)。,28,在不能利用氧或氧供应不足时，人体将丙酮酸在胞液中

7、还原生成乳酸，称为乳酸发酵（lactic acid fermentation）。 在某些植物和微生物中，丙酮酸可转变为乙醇和二氧化碳，称为乙醇发酵（ethanol fermentation）。,缺氧,29,有氧,氧供充足时，丙酮酸主要进入线粒体彻底氧化成水和二氧化碳，并释放出大量ATP,进行有氧氧化。,30,一、糖的无氧氧化分为糖酵解和乳酸生成两个阶段,第一阶段：糖酵解，此阶段10步反应 第二阶段：乳酸生成，此阶段1步反应 糖无氧氧化的反应部位：胞液,31,1. 葡萄糖磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸,G,G-6-P,（一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸,o,o,关键酶1：己糖激酶(hexokin

8、ase),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)。,葡萄糖激酶的特点： 对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控,？,33,它这些特性使葡萄糖激酶对于肝维持血糖稳定至关重要，只有当血糖显著升高时，肝才会加快对葡萄糖的利用，起到缓冲血糖水平的调节作用。,34,2.葡萄糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸,G-6-P,F-6-P,o,3.果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸,关键酶2： 磷酸果糖激酶-1(phosphfructokinase-1, PFK-1),F-6-P,F-1,6-2P,F-1,6-2P,4.果糖-1,6-二

9、磷酸裂解成2分子磷酸丙糖,5. 磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,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,H,7. 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。,底物水平磷酸化,41,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 phosphory

10、lation) 。,42,8. 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,9.2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,+ H2O,磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）,H,10.磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸基转移给ADP生成ATP和丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,关键酶3：丙酮酸激酶(pyruvate kinase),第二次底物水平磷酸化,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+ +2H2O,由葡萄糖分解为两分子丙酮酸的 总反应式,(二) 丙酮酸被还原为乳酸,丙酮酸,乳酸,反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-

11、磷酸甘油醛脱氢反应。,乳酸脱氢酶(LDH),NADH + H+,NAD+,47,糖酵解的代谢途径,G,G-6-P,F-6-P,F-1, 6-2P,ATP,ADP,ATP,ADP,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,丙 酮 酸,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,NAD+,NADH+H+,ADP,ATP,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,E2,E1,E3,Pi,48,图 糖的无氧氧化,1. 反应部位：胞浆 2. 糖酵解为一个不需氧的产能过程 3. 反应过程中有三步不可逆的反应,4. 产能方式和数量：底物水平磷酸化 22-2=2ATP,糖酵解小结,50,二、糖酵解的调控是对3个关键酶活

12、性的调节,关键酶,调节方式,51,（一）磷酸果糖激酶-1对调节糖酵解速率最重要,变构激活剂：AMP，ADP，F-1,6-2P，F-2,6-2P,变构抑制剂：柠檬酸，ATP（高浓度）,6-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解速度最重要的酶。其活性可受变构调节与化学修饰调节（间接）。,52,磷酸果糖激酶-1有二个结合ATP的部位：,活性中心 与ATP亲和力高,调节中心与ATP亲和力低,53,F-2,6-2P是最强的变构激活剂，由6-磷酸果糖激酶-2 (PFK-2)催化F-6-P磷酸化生成，其可由果糖二磷酸酶-2（FBP-2）催化再生成F-6-P，上两种酶实为一体，受胰高血糖素、胰岛素通过cAMP而进行化学

13、修饰调节。,54,F-2,6-2P,F-6-P,磷酸果糖激酶-2 (PFK-2),果糖二磷酸酶-2（FBP-2）,F-2,6-2P是PFK-1最强的变构激活剂。,胰岛素,胰高血糖素,55,PFK-2 : 6-磷酸果糖激酶-2,FBP-2 : 果糖二磷酸酶-2,F-6-P,F-2,6-2P,+,PFK-1,F-1,6-2P,胰岛素,56,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,目 录,57,（二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点,1.变构调节,变构抑制剂： ATP，丙氨酸,变构激活剂：1,6-二磷酸果糖,58,2.化学修饰调节,丙酮酸激酶,丙酮酸激酶

14、,ATP,ADP,Pi,磷蛋白磷酸酶,（无活性）,（有活性）,胰高血糖素,Ca2+-CaM激酶,（CaM：钙调蛋白）,cAMP,PKA,59,(三)己糖激酶受到反馈抑制调节,己糖激酶： 受6-磷酸葡萄糖反馈抑制（变构抑制）。（肝葡萄糖激酶不受其抑制）,肝葡萄糖激酶： 受长链脂肪酰CoA变构抑制； 胰岛素可诱导该酶的合成。,60,总之，糖酵解受本途径代谢物、细胞内能量状况、激素的调节，通过调节既可保持本途径代谢的相对稳定，又可适应细胞和机体的能量需求变化。,61,三、糖无氧氧化的生理意义,1.是机体在缺氧情况下快速获取能量的方式。,2.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

15、，如：红细胞,代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞,62,四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物,果糖 半乳糖 甘露糖,63,果糖,果糖-6-磷酸,己糖激酶,循糖酵解途径分解,合成糖原（肌）,果糖在普通组织（除肝外）的代谢：,（一）果糖被磷酸化后进入糖酵解,64,果糖在肝中的代谢,果糖,1-磷酸果糖,果糖激酶,1-磷酸果糖醛缩酶,磷酸二羟丙酮,甘油醛,丙糖激酶,3-磷酸甘油醛,循糖酵解途径分解或合成糖原,果糖不耐症,65,果糖不耐症（fructose intolerance）是一种遗传病。其病因为缺乏B型醛缩酶，进食果糖会引起1-磷酸果糖堆积，大量消耗肝中磷酸的储备，进而使ATP浓度下降，从而加速糖无氧氧化，导致乳酸酸中毒和餐后低血糖。这种病症常表现为自我限制，强烈地厌恶甜食。,66,（二）半乳糖转变为葡萄-1-磷酸进入糖酵解,半乳糖的代谢,半乳糖血症,67,半乳糖血症（galactosemia）是一种遗传性疾病，表现为半乳糖不能转变成葡萄糖。其原因是缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶，使1-磷酸半乳糖生成UDP-半乳糖的过程受阻，导致有毒副产物的积累。例如，血液中高浓度的半乳糖使眼睛晶状体中半乳糖含量增加，并还原为半乳糖醇，晶状体中这种糖醇的存在最终导致白内障的形成（晶状体混浊）。,68,四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物,69,第三节 糖的有氧氧化 Aerobi