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1、糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates 初晓夏,第 三 章,提供能量,学习要求,1、糖的代谢分解：糖酵解的基本途径、关键酶和生理意义，糖有氧氧化的基本途径、关键酶和生理意义、三羧酸循环的生理意义。 2、磷酸戊糖途径：关键酶和重要的产物、意义。 3、糖原的合成与分解：肝糖原的合成与分解。 4、糖异生：糖异生的基本途径和关键酶，糖异生的生理意义、乳酸循环。 5、血糖及其调节：血糖浓度，胰岛素的调节，胰高血糖素的调节、糖皮质激素的调节。,（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、寡糖 、多糖 、结合糖,糖，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及
2、其衍生物或多聚物。,（一）糖的概念,糖的化学,碳原子数目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖等。,糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式,目 录,1. 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。,淀粉 是植物中养分的储存形式,淀粉颗粒,目 录,淀粉 根据结构可分为直链淀粉和支链淀粉。 直链淀粉由D-Glc通过1-4键连接而成。 支链淀粉大约每25-30个1-4键连接的葡萄糖处有一个1-6连接的葡萄糖分支。 支链淀粉与糖原结构类似，但糖原分支程度更
3、高。,糖原、直链淀粉、支链淀粉的1-4连接导致几千个葡萄糖残基组成的多聚体紧密盘绕为螺旋结构，形成动植物细胞中致密的颗粒。,糖原和淀粉的高级结构,几丁质,-1，4连接的N-乙酰葡萄糖胺,离子交换色谱用、烟过滤嘴用（脱色）、 接着力强的涂料，染料、色增艳（照相材料 ）、制纸，印刷 、吸收性外科缝线、医药、农药的缓释 （包衣）、乳化、吸湿、保水（化妆品 ）生物活性 （细胞免疫的激性、肝素代用、降胆固醇、促进创伤愈合 ）,结合糖 糖与非糖物质的结合物。,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。,常见的结合糖有,纤维素 作为植物
4、的骨架,目 录,第 二 节 糖的分解代谢,掌握三羧酸循环反应的亚细胞部位、反应过程、限速酶、特点及生理意义，了解其调节。,本节的要求,掌握糖酵解的概念、反应的亚细胞部位、反应过程、ATP生成、限速酶及其生理意义；熟悉糖酵解调节。,糖的生理功能,1. 氧化供能,如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。,3. 作为机体组织细胞的组成成分,这是糖的主要功能。,2. 提供合成体内其他物质的原料,如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。,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,一、糖酵解的反应过程,* 糖酵解(g
5、lycolysis)的定义（EMP）,机体在无氧状态下，葡萄糖经过一系列的酶促反应生成丙酮酸进而还原生成乳酸的过程，也称为糖的无氧氧化。,糖酵解是动物、植物和微生物葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。,糖酵解共由十个酶促反应组成,* 糖酵解的反应部位：胞浆, 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,1.磷酸化阶段活化耗能阶段,酵解中的第一个不可逆反应,激酶：能把ATP上磷酸基团转移到其他受体上的酶 在糖酵解过程中，第1，3，7，10步反应都是由激酶催化完成的。 这步反应不可逆, 6-磷酸葡萄糖转变为
6、 6-磷酸果糖,磷酸葡萄糖 异构酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P), 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,酵解中的第二个不可逆反应,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P),再磷酸化,1,6-双磷酸果糖, 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,2.裂解阶段, 磷酸丙糖的同分异构化,如果缺少此酶，发生磷酸二羟丙酮的堆积,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,这是糖酵解中唯一的一次氧化还原反应，生成NADH,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸是
7、第一个高能化合物,3.氧化放能阶段, 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,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。,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase), 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase), 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸是第二个高能化合物, 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,丙酮酸,第二步底物水平磷酸化,第三步不可逆反应,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E
8、3,E2: 磷酸果糖激酶,E3: 丙酮酸激酶,第一次底物水平磷酸化,第二次底物水平磷酸化,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：2（1mol葡萄糖可生成4molATP，在葡萄糖和6-磷酸果糖磷酸化时消耗2mol） 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）,糖酵解的生理意义,1. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。,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，如：红细胞, 代谢活跃的细胞，如：神经细胞、白细胞、骨髓
9、细胞,二丙酮酸的去路,丙酮酸,无氧或 相对缺氧,有氧：,（酒精发酵）,糖酵解,乳酸脱氢酶,丙酮酸 乳酸,NADH,NAD+,NADH,NAD+,CO2,三、糖酵解的调节,关键酶,1 己糖激酶,6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶 当6-磷酸葡萄糖过剩时，会抑制糖酵解， 而6-磷酸葡萄糖可作为糖原合成的前体。,别构调节,2 6-磷酸果糖激酶-1(PFK) 最重要,* 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）；NADH,最强的活性剂,3 丙酮酸激酶,别构调节,别构抑制剂：ATP,别构激活剂：1,6-二磷酸果糖 磷酸果糖激酶的
10、激活引起丙酮酸激酶的激活，称为前馈激活,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：胞液及线粒体,* 概念,糖的有氧氧化,葡萄糖有氧氧化的概况,O2,O2,O2,H2O,H+e,CO2,乙酰 CoA,丙酮酸,丙酮酸,6-磷酸 葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,线 粒 体,胞 液,（第一阶段） （第二、三阶段）,1.丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。,总反应式:,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶 E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酸转乙酰酶 E3：二氢
11、硫辛酸脱氢酶,丙酮酸脱氢酶复合物的活性调节,产物抑制：,丙酮酸氧化脱羧的二个产物乙酰CoA和NADH都抑制丙酮酸脱氢酶复合物。,细胞内 、 、 的比值增高时，丙酮酸脱氢酶活性，丙酮酸氧化脱羧。而丙酮酸使丙酮酸脱氢酶活性，丙酮酸氧化脱羧。,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)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。,所有的反应均在线粒体中进行。,2.三羧酸循环,* 概述,* 反应部位,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H
12、+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合成酶,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,目 录,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰 CoA,琥珀酸,延胡索酸,L-苹果酸,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4次脱氢2次脱羧，生成4分子的还原当量和2分子CO2，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。, 三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环， 消耗一分子乙酰CoA， 经四次脱氢（1分子FADH2
13、，3分子NADH+H+ ）， 二次脱羧（2分子CO2 ） 一次底物水平磷酸化（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,乙酰CoA,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,柠檬酸合成酶,琥珀酸脱氢酶,苹果酸 脱氢酶,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。,1 有氧氧化生成的ATP,有氧氧化的总结,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,三羧酸循环的生理意义,是三大营养物质氧化分解的共同途径； 是三大营养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
14、吸链提供H+ + e。,2 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”,3、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,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸 脱氢酶复合体,+,ADP,柠檬酸,琥珀酰CoA,NADH, ATP、ADP的影响, 产物堆积引起抑制, 循环中后续反应中间产物反馈抑制前面反应中的酶,4. 三羧酸循环的
15、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。 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。,* 概念,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-磷酸果糖的反应过程。,五、磷酸戊糖途径,* 细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途径的反应过程（PPP、HMP、HMS）,* 反应过程可分为二个阶段,第二
16、阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。,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(HMP或HMS）。,2. 基团转移反应,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. 磷酸戊糖生成,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+,
