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1、Carbohydrate metabolism康英姿康英姿天津医科大学生物化学与分子生物学研天津医科大学生物化学与分子生物学研讨室讨室Section IIntroductionIntroduction概述概述糖的生理功能糖的生理功能提供生命活动所需求的能量提供生命活动所需求的能量糖还是机体重要的碳源糖还是机体重要的碳源糖也是组织细胞的重要构呵斥分糖也是组织细胞的重要构呵斥分糖的消化吸收糖的消化吸收血糖的来源与去路血糖的来源与去路糖的消化吸收糖的消化吸收食物中的糖食物中的糖类包括：植物淀粉、包括：植物淀粉、动物糖原、少物糖原、少量双糖蔗糖、麦芽糖、乳糖和量双糖蔗糖、麦芽糖、乳糖和单糖葡萄糖葡萄糖
2、、果糖、半乳糖。糖、果糖、半乳糖。淀粉的消化从口腔开淀粉的消化从口腔开场：唾液唾液-淀粉淀粉酶胰胰-淀粉淀粉酶 - -临界糊精界糊精酶、异麦芽糖、异麦芽糖酶、糖苷、糖苷酶、双糖、双糖酶以葡萄糖的吸收率以葡萄糖的吸收率为100100，单糖吸收率糖吸收率顺序序为：D-D-半乳糖半乳糖110110、D-D-葡萄糖葡萄糖100100、D-D-果糖果糖4343、D-D-甘露糖甘露糖1919、L-L-木木酮糖糖1515、L-L-阿拉伯糖阿拉伯糖6 6。肠道内道内单糖的吸收以自糖的吸收以自动吸收方式吸收方式为主，主，辅以以简单分散吸收分散吸收小肠中葡萄糖自动吸收方式小肠中葡萄糖自动吸收方式血糖的来源与去路血
3、糖的来源与去路来源：来源：食物中糖的消化吸收是主要来源；食物中糖的消化吸收是主要来源；肝糖原分解；肝糖原分解；肌糖原酵解为乳糖后经糖异生转变为糖；肌糖原酵解为乳糖后经糖异生转变为糖；非糖物质糖异生；非糖物质糖异生；其他己糖转变而来。其他己糖转变而来。去路：去路：经无糖酵解、有氧氧化途径分解供能使主要去经无糖酵解、有氧氧化途径分解供能使主要去路；路；合成肝、肌、肾糖原；合成肝、肌、肾糖原；转变为脂肪和非必需氨基酸等；转变为脂肪和非必需氨基酸等；超越肾糖阈时出现糖尿。超越肾糖阈时出现糖尿。 血糖的来源与去路血糖的来源与去路Section IICatabolism of carbohydrate 主
4、要分解代谢途径主要分解代谢途径糖酵解糖酵解glycolysis有氧氧化有氧氧化 aerobic oxidation 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径pentose phosphate pathway糖醛酸途径糖醛酸途径糖的无氧酵解糖的无氧酵解葡萄糖或糖原在无氧或缺氧情况下分解生成乳葡萄糖或糖原在无氧或缺氧情况下分解生成乳酸和酸和ATPATP的过程与酵母中糖生醇发酵过程类似，的过程与酵母中糖生醇发酵过程类似，故称为糖酵解故称为糖酵解glycolysisglycolysis。糖酵解分两个阶段：第一阶段从葡萄糖或糖原糖酵解分两个阶段：第一阶段从葡萄糖或糖原开场，到生成开场，到生成2 2分子磷酸丙糖；第二阶段
5、由磷分子磷酸丙糖；第二阶段由磷酸丙糖转变为乳酸。酸丙糖转变为乳酸。第一阶段有两次活化反响，耗费第一阶段有两次活化反响，耗费2 2分子分子ATPATP，故，故这一阶段的特点是耗能和碳链断裂。这一阶段的特点是耗能和碳链断裂。第二阶段每分子磷酸丙糖有两次底物程度磷酸第二阶段每分子磷酸丙糖有两次底物程度磷酸化，相当于产生化，相当于产生4 4分子分子ATPATP，3-3-磷酸甘油醛脱下磷酸甘油醛脱下的氢加在丙酮酸上，复原为乳酸，虽然有氧化的氢加在丙酮酸上，复原为乳酸，虽然有氧化复原反响，但不需求氧。复原反响，但不需求氧。第一阶段第一阶段葡萄糖磷酸化生成葡萄糖磷酸化生成6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖gluc
6、ose-6-glucose-6-phosphate, G-6-Pphosphate, G-6-P，催化此反响的是己糖激，催化此反响的是己糖激酶酶hexokinase, HKhexokinase, HK，己糖激酶需求，己糖激酶需求Mg+Mg+作作为激活剂，耗费为激活剂，耗费1 1分子分子ATPATP。该反响单向进展，。该反响单向进展，不可逆。不可逆。在己糖异构酶在己糖异构酶phosphohexoisomerasephosphohexoisomerase的催的催化下，化下，6-6-磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为6-6-磷酸果糖磷酸果糖fructose-6-phosphate, F-6-Pfruc
7、tose-6-phosphate, F-6-P，己糖异构，己糖异构酶也需求酶也需求Mg+Mg+作为激活剂，醛糖与酮糖的异构作为激活剂，醛糖与酮糖的异构反响是可逆的，反响是可逆的，6-6-磷酸果糖磷酸化为磷酸果糖磷酸化为1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖1,6-1,6-fructose-bisphosphate, F-1,6-Pfructose-bisphosphate, F-1,6-P，磷酸果，磷酸果糖激酶糖激酶-1-1phosphofructokinase-1phosphofructokinase-1催化此催化此反响，反响， Mg+ Mg+作为激活剂，耗费作为激活剂，耗费1 1分子分子AT
8、PATP，该，该反响不可逆。反响不可逆。1,6-1,6-二磷酸果糖裂解为二磷酸果糖裂解为2 2分子磷酸丙糖，醛缩酶分子磷酸丙糖，醛缩酶催化此反响。两个丙糖分子分别是催化此反响。两个丙糖分子分别是3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮。和磷酸二羟丙酮。三糖互变三糖互变第二阶段第二阶段1 13-3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1,3-1,3-二磷酸甘油酸：由二磷酸甘油酸：由3-3-磷酸甘油醛脱氢酶催化，以磷酸甘油醛脱氢酶催化，以NAD+NAD+为辅酶接受氢为辅酶接受氢和电子；和电子；1,3-1,3-二磷酸甘油酸转变成二磷酸甘油酸转变成3-3-磷酸甘油酸：由磷酸甘油酸：由3-3-磷酸甘油酸激
9、酶催化，在磷酸甘油酸激酶催化，在Mg+Mg+存在时，将混合存在时，将混合酸酐上的磷酸基转移至酸酐上的磷酸基转移至ADPADP生成生成ATPATP和和3-3-磷酸甘磷酸甘油酸；油酸；3-3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为2-2-磷酸甘油酸：由磷酸甘磷酸甘油酸：由磷酸甘油酸变位酶催化，油酸变位酶催化， Mg+ Mg+为激活剂，使甘油酸为激活剂，使甘油酸在在C2C2和和C3C3之间转移。之间转移。第二阶段第二阶段2 22-2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸phosphoenolpyruvate, PEPphosphoenolpyruvate, PEP：烯醇化酶催化
10、：烯醇化酶催化2-2-磷酸甘油酸脱水，引起分子内部的电子重新磷酸甘油酸脱水，引起分子内部的电子重新陈列和能量重新分布，构成含有一个高能磷酸陈列和能量重新分布，构成含有一个高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸键的磷酸烯醇式丙酮酸; ;磷酸烯醇式丙酮酸高能磷酸键的转移：丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸高能磷酸键的转移：丙酮酸激酶激酶pyruvate kinase, PKpyruvate kinase, PK将磷酸烯醇式将磷酸烯醇式丙酮酸的高能磷酸建转移到丙酮酸的高能磷酸建转移到ADPADP上，生成烯醇上，生成烯醇式丙酮酸和式丙酮酸和ATP,ATP,烯醇式丙酮酸迅速转变为酮式烯醇式丙酮酸迅速转变为酮式丙酮酸；生理条件
11、下此反响是不可逆的丙酮酸；生理条件下此反响是不可逆的丙酮酸复原为乳酸：由乳酸脱氢酶催化，供氢丙酮酸复原为乳酸：由乳酸脱氢酶催化，供氢体体NADHNADH来自来自3-3-磷酸甘油醛脱下的氢。磷酸甘油醛脱下的氢。糖酵解过程缩略图糖酵解过程缩略图糖酵解的进展糖酵解的进展由于细胞中由于细胞中NAD+NAD+含量甚微，在糖酵解途径中产含量甚微，在糖酵解途径中产生的复原当量生的复原当量NADH+H+NADH+H+要重新氧化为要重新氧化为NAD+NAD+，酵解方可继续进展；在缺氧形状下，丙酮酸，酵解方可继续进展；在缺氧形状下，丙酮酸可作为受氢体，接受氢后转变为乳酸从而再生可作为受氢体，接受氢后转变为乳酸从而
12、再生NAD+ NAD+ 。在酵解过程中，在酵解过程中，1 1分子葡萄糖产生分子葡萄糖产生2 2分子分子3 3磷酸磷酸甘油醛，后者脱氢使甘油醛，后者脱氢使2 2分子分子NAD+NAD+复原为复原为NADHNADH；而而1 1分子葡萄糖产生分子葡萄糖产生2 2分子丙酮酸，正好可使分子丙酮酸，正好可使2 2分子分子NADHNADH再生为再生为NAD+ NAD+ 。整个过程，。整个过程，1 1分子葡萄分子葡萄糖产生糖产生2 2分子乳酸和分子乳酸和2 2分子分子ATPATP，而，而NAD+NAD+和和NADHNADH不断相互转变，总量不添加也不减少。不断相互转变，总量不添加也不减少。葡萄糖以外的己糖假设
13、糖等经转变为磷酸葡萄糖以外的己糖假设糖等经转变为磷酸化衍生物也可进入糖酵解途径。化衍生物也可进入糖酵解途径。糖酵解的调理糖酵解的调理酵解的起始物是葡萄糖或糖原，终产物是乳酸酵解的起始物是葡萄糖或糖原，终产物是乳酸和和2 2摩尔摩尔ATPATP如从糖原开场，净生成如从糖原开场，净生成3 3摩尔摩尔ATPATP；反响在胞液中进展；反响在胞液中进展；除了己糖激酶、磷酸果糖激酶除了己糖激酶、磷酸果糖激酶-1-1和丙酮酸激酶和丙酮酸激酶催化的反响不可逆外，其它反响均可逆，这三催化的反响不可逆外，其它反响均可逆，这三个酶是酵解过程中的关键酶，磷酸果糖激酶个酶是酵解过程中的关键酶，磷酸果糖激酶-1-1催化的
14、反响速度最慢，使酵解的限速酶；这三催化的反响速度最慢，使酵解的限速酶；这三个调理点在细胞内起着控制代谢通路的阀门作个调理点在细胞内起着控制代谢通路的阀门作用。用。三个不可逆反响可经过其它的酶催化，而使整三个不可逆反响可经过其它的酶催化，而使整个酵解过程可逆向进展。个酵解过程可逆向进展。酶活性主要受变构剂和激素的调理，根据生理酶活性主要受变构剂和激素的调理，根据生理功能的需求而随时改动，影响整个代谢途径进功能的需求而随时改动，影响整个代谢途径进展的速度与方向。展的速度与方向。糖酵解的糖酵解的调理理己糖激己糖激酶己糖激酶：有四种同功酶，在脂肪、脑和肌肉己糖激酶：有四种同功酶，在脂肪、脑和肌肉组织中
15、的己糖激酶与底物亲和力较高，其活性组织中的己糖激酶与底物亲和力较高，其活性受受6-6-磷酸葡萄糖的负反响调理；磷酸葡萄糖的负反响调理；肝内为葡萄糖激酶，对底物的亲和力低，且不肝内为葡萄糖激酶，对底物的亲和力低，且不受受6-6-磷酸葡萄糖的反响调理，从而保证葡萄糖磷酸葡萄糖的反响调理，从而保证葡萄糖在肝内将在肝内将6-6-磷酸葡萄糖转变为糖原储存或合成磷酸葡萄糖转变为糖原储存或合成其它非糖物质，以降低血糖浓度；其它非糖物质，以降低血糖浓度；胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进酶胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进酶合成，故在肝细胞损伤或糖尿病时此酶活性降合成，故在肝细胞损伤或糖尿病时此酶活性
16、降低，影响葡萄糖磷酸化，进而影响糖的氧化分低，影响葡萄糖磷酸化，进而影响糖的氧化分解与糖原合成，使血糖浓度升高。解与糖原合成，使血糖浓度升高。糖酵解的糖酵解的调理理6-6-磷酸果糖激磷酸果糖激酶-1-1磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1：是一个四聚体，活性受多种：是一个四聚体，活性受多种变构剂调理。变构抑制剂：变构剂调理。变构抑制剂：ATPATP、异柠檬酸、异柠檬酸、柠檬酸；变构激活剂：柠檬酸；变构激活剂：AMPAMP、ADPADP、1,6-1,6-二磷酸二磷酸果糖和果糖和2,6-2,6-二磷酸果糖。二磷酸果糖。1,6-1,6-二磷酸果糖是磷酸果糖激酶二磷酸果糖是磷酸果糖激酶-1-1的变构激活的
17、变构激活剂，也是其催化反响的产物，是典型的正反响剂，也是其催化反响的产物，是典型的正反响调理，有利于糖的分解。调理，有利于糖的分解。糖酵解的糖酵解的调理理6-6-磷酸果糖激磷酸果糖激酶-2-26-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2-2催化催化6-6-磷酸果糖转变为磷酸果糖转变为2,6-2,6-二磷酸果糖，是磷酸果糖激酶二磷酸果糖，是磷酸果糖激酶-1-1最强的变构激最强的变构激活剂。其合成与分解对糖代谢的调理起非常重活剂。其合成与分解对糖代谢的调理起非常重要的作用。要的作用。6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2-2是双功能酶，激酶活性和对是双功能酶，激酶活性和对应的磷酸酶活性。应的磷酸酶活性。在胰
18、高血糖素作用下，该酶经过在胰高血糖素作用下，该酶经过cAMP-cAMP-蛋白激蛋白激酶酶A A系统磷酸化，磷酸化后的系统磷酸化，磷酸化后的6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶- -2 2活性降低，而对应的磷酸酶或性生高；活性降低，而对应的磷酸酶或性生高；在磷蛋白磷酸酶作用下，该酶脱磷酸化，酶活在磷蛋白磷酸酶作用下，该酶脱磷酸化，酶活性变化相反。性变化相反。糖酵解的糖酵解的调理理丙丙酮酸激酸激酶变构激活剂是变构激活剂是1,6-1,6-二磷酸果糖；抑制剂是二磷酸果糖；抑制剂是ATPATP、肝丙氨酸、乙酰肝丙氨酸、乙酰CoACoA和长链脂肪酸。和长链脂肪酸。胰高血糖素可经过胰高血糖素可经过cAMPcAM
19、P抑制此酶的活性。抑制此酶的活性。糖酵解的生理意义糖酵解的生理意义迅速提供一部分急需的能量：在猛烈运动时，迅速提供一部分急需的能量：在猛烈运动时，肌肉供氧缺乏，酵解作用是重要的产能手段，肌肉供氧缺乏，酵解作用是重要的产能手段，而积累在肌肉中的乳酸可由血液运至肝中转变而积累在肌肉中的乳酸可由血液运至肝中转变成葡萄糖。无氧酵解虽然仅利用葡萄糖所贮能成葡萄糖。无氧酵解虽然仅利用葡萄糖所贮能量的一小部分，但这种释能方式很迅速，对肌量的一小部分，但这种释能方式很迅速，对肌肉收缩非常重要。肉收缩非常重要。某些组织生理情况下的功能途径：视网膜、红某些组织生理情况下的功能途径：视网膜、红细胞和脑细胞，即使在有
20、氧情况下也要产生一细胞和脑细胞，即使在有氧情况下也要产生一些乳酸，尤其是红细胞由于没有线粒体，只能些乳酸，尤其是红细胞由于没有线粒体，只能依赖于酵解供能。依赖于酵解供能。糖酵解逆行类似途径是糖异生途径糖酵解逆行类似途径是糖异生途径糖的有氧氧化糖的有氧氧化葡萄糖或糖原在有氧的条件下，彻底氧化成二葡萄糖或糖原在有氧的条件下，彻底氧化成二氧化碳、水并产生氧化碳、水并产生ATPATP的过程成为有氧氧化的过程成为有氧氧化aerobic oxidationaerobic oxidation。有氧氧化可以分为三个阶段：有氧氧化可以分为三个阶段：第一阶段葡萄糖或糖原分解成丙酮酸，此阶段第一阶段葡萄糖或糖原分解
21、成丙酮酸，此阶段反响过程与糖酵解完全一样。不同之处仅是反响过程与糖酵解完全一样。不同之处仅是3-3-磷酸甘油醛脱氢产生的磷酸甘油醛脱氢产生的NADH+H+NADH+H+在有氧条件下，在有氧条件下，不再交给丙酮酸使其复原为乳酸，而是经呼吸不再交给丙酮酸使其复原为乳酸，而是经呼吸链氧化生成水并放出能量；链氧化生成水并放出能量；第二阶段丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶第二阶段丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A A；第三阶段乙酰辅酶第三阶段乙酰辅酶A A进入三羧酸循环彻底氧化进入三羧酸循环彻底氧化成二氧化碳和水，并放出能量。成二氧化碳和水，并放出能量。乙酰乙酰CoA的合成的合成-丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧丙酮酸
22、脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体pyruvate pyruvate dehydrogenase complexdehydrogenase complex催化完成丙酮酸氧催化完成丙酮酸氧化脱羧。在真核细胞该复合体是由丙酮酸脱化脱羧。在真核细胞该复合体是由丙酮酸脱氢酶氢酶pyruvate dehydrogenase, PDHpyruvate dehydrogenase, PDH、二、二氢硫辛酰胺转乙酰酶氢硫辛酰胺转乙酰酶dihydrolipoamide dihydrolipoamide transacetylase, DLTtransacetylase, DLT和二氢硫辛酰胺脱氢和二氢硫辛酰胺脱氢酶
23、酶dihydrolipoamide dehydrogenase, dihydrolipoamide dehydrogenase, DLDHDLDH三种酶按一定比例组合而成。三种酶按一定比例组合而成。I I 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶II II 二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶III III 二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体三种三种酶在复合体中的含量随生物体不同而异。在复合体中的含量随生物体不同而异。在哺乳在哺乳动物，复合体由物，复合体由6060个个DLTDLT二二氢硫辛硫辛酰胺胺转乙乙酰酶组成中心，成中心，1212个个PDHPDH丙丙酮酸脱酸脱氢酶
24、，各由，各由2 2个一个一样亚基基组成和成和6 6个个DLDHDLDH二二氢硫辛硫辛酰胺脱胺脱氢酶，也各由，也各由2 2个一个一样亚基基组成成结合在中心上。合在中心上。硫辛酸硫辛酸lipoic acidlipoic acid共价共价结合在合在DLTDLT的的赖氨氨酸残基的酸残基的氨基，构成柔性氨基，构成柔性长臂，可将乙臂，可将乙酰基基从从酶复合体的一个活性部位复合体的一个活性部位转到另一个部位。到另一个部位。PDHPDH含含结合的焦磷酸硫胺素合的焦磷酸硫胺素TPPTPP，DLDHDLDH含黄含黄素腺素腺嘌呤二核苷酸呤二核苷酸FADFAD。三羧酸循环三羧酸循环tricarboxylic acid
25、 tricarboxylic acid cyclecycle三羧酸循环又称柠檬酸循环，开场于乙酰辅酶三羧酸循环又称柠檬酸循环，开场于乙酰辅酶A A与草酰乙酸结合构成柠檬酸，经过一系列反与草酰乙酸结合构成柠檬酸，经过一系列反响后，再生出草酰乙酸，又可与另一分子乙酰响后，再生出草酰乙酸，又可与另一分子乙酰辅酶辅酶A A结合，开场新一轮循环。结合，开场新一轮循环。每一次循环投入每一次循环投入1 1个乙酰基，产出个乙酰基，产出2 2个个CO2CO2。循。循环的环的8 8步反响中有步反响中有4 4步是氧化作用，产生复原当步是氧化作用，产生复原当量量NADHNADH或或FADH2FADH2，它们经过电子传
26、送链传，它们经过电子传送链传给氧，并合成给氧，并合成ATPATP。三羧酸循环的酶以及电子传送链均存在于线粒三羧酸循环的酶以及电子传送链均存在于线粒体中。体中。三羧酸循环的根本过程三羧酸循环的根本过程乙乙酰辅酶A A与草与草酰乙酸乙酸缩合构成合构成柠檬酸，由檬酸，由柠檬酸合檬酸合酶催化，催化，柠檬酸檬酸辅酶A A为中中间产物；物；顺乌头酸水合酸水合酶催化催化柠檬酸与异檬酸与异柠檬酸的可逆檬酸的可逆互互变，存在，存在顺乌头酸中酸中间体；体；异异柠檬酸氧化脱檬酸氧化脱羧成成为-酮戊二酸，异戊二酸，异柠檬檬酸脱酸脱氢酶催化此反响；催化此反响；在在-酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶复合体作用下，复合体作用下， -
27、 -酮戊戊二酸脱二酸脱氢、脱、脱羧转变为琥珀琥珀酰辅酶A A；三羧酸循环的根本过程三羧酸循环的根本过程琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A A的硫酯键断开生成琥珀酸，释出的硫酯键断开生成琥珀酸，释出的能量用以合成的能量用以合成GTPGTP的磷酸苷键，由琥珀酰辅的磷酸苷键，由琥珀酰辅酶酶A A合成酶催化；是又一次底物程度磷酸化。合成酶催化；是又一次底物程度磷酸化。琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化成为延胡索酸；琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化成为延胡索酸；延胡索酸水合酶可逆催化延胡索酸水合构成苹延胡索酸水合酶可逆催化延胡索酸水合构成苹果酸；果酸；苹果酸氧化为草酰乙酸，由苹果酸氧化为草酰乙酸，由L L苹果酸脱氢酶催苹果酸脱氢
28、酶催化再生出草酰乙酸。化再生出草酰乙酸。酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制造用。调控部位控部位 Regulatory site Regulatory siteChapter 3有氧氧化的调理有氧氧化的调理丙丙酮酸脱酸脱氢酶复合体、复合体、柠檬酸合檬酸合酶、异、异柠檬酸檬酸脱脱氢酶和和-酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶复合体是有氧氧复合体是有氧氧化的化的调理理酶。丙丙酮酸脱酸脱氢酶复合体受复合体受别位位调控，也受化学修控，也受化学修饰调控。控。该酶复合体受它的催化复合体受它的催化产物物ATPATP、乙、乙酰辅酶A A和和NADHNADH
29、的抑制，可被的抑制，可被长链脂肪酸所加脂肪酸所加强；当；当进入入三三羧酸循酸循环的乙的乙酰辅酶A A减少，而减少，而AMPAMP、辅酶A A和和NADNAD堆堆积时，酶复合体被复合体被别位激活。位激活。酶蛋白的化学修蛋白的化学修饰，磷酸化，磷酸化- -脱磷酸化作用是脱磷酸化作用是由特异的激由特异的激酶和磷蛋白磷酸和磷蛋白磷酸酶分分别催化的，激催化的，激酶受受ATPATP别位激活，复合体磷酸化后，活性受位激活，复合体磷酸化后，活性受抑制。抑制。调理三羧酸调理三羧酸循环通量的循环通量的要素有多种：要素有多种：如作用物获如作用物获得的能够性、得的能够性、产物堆积引产物堆积引起的抑制造起的抑制造用和循
30、环中用和循环中后续反响中后续反响中间产物别位间产物别位反响抑制催反响抑制催化前面反响化前面反响的酶。的酶。三羧酸循环的意义三羧酸循环的意义有氧氧化是体内供能的主要途径：有氧氧化是体内供能的主要途径：1mol1mol葡萄糖葡萄糖经有氧氧化可生成有氧氧化可生成3838或或36mol36mol的的ATPATP三三羧酸循酸循环是糖、脂、蛋白是糖、脂、蛋白质彻底氧化的共同底氧化的共同途径：途径：三大三大营养物养物质在代在代谢中均可中均可转变为乙乙酰辅酶A A或三或三羧酸循酸循环的中的中间产物，如草物，如草酰乙酸、乙酸、-酮戊二酸等。戊二酸等。三三羧酸循酸循环是三大物是三大物质代代谢联络的枢的枢纽：提供：
31、提供非必需氨基酸、脂肪酸和甘油的前体。非必需氨基酸、脂肪酸和甘油的前体。三三羧酸循酸循环提供生物合成的前体：血提供生物合成的前体：血红素、素、嘌呤等物呤等物质的前体。的前体。Catabolism Catabolism AnabolismAnabolism营营养物养物养物养物质质的的的的转转运运运运过过程程程程活活活活细细胞胞胞胞Plasma proteinsPlasma proteins磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径pentose phosphate pathwaypentose phosphate pathway磷酸戊糖途径或称磷酸葡萄糖酸旁路是糖代谢磷酸戊糖途径或称磷酸葡萄糖酸旁路是糖代谢的另一
32、重要途径。葡萄糖经此途径生成的磷酸的另一重要途径。葡萄糖经此途径生成的磷酸核糖和核糖和NADPHNADPH有重要的意义。有重要的意义。磷酸戊糖途径在胞浆中进展，分为两个阶段：磷酸戊糖途径在胞浆中进展，分为两个阶段：第一阶段是第一阶段是6-6-磷酸葡萄糖脱氢氧化生成磷酸戊磷酸葡萄糖脱氢氧化生成磷酸戊糖；第二阶段是一系列基团转移反响。糖；第二阶段是一系列基团转移反响。磷酸戊糖途径的生理意义磷酸戊糖途径的生理意义为核酸的生物合成提供核糖为核酸的生物合成提供核糖提供提供NADPHNADPH作为供氢体参与多种代谢反响作为供氢体参与多种代谢反响参与胆固醇、脂肪酸、皮质激素和性激素等的参与胆固醇、脂肪酸、皮
33、质激素和性激素等的生物合成生物合成是加单氧酶系的供氢体是加单氧酶系的供氢体作为谷光甘肽复原酶的辅酶，对维持细胞中复作为谷光甘肽复原酶的辅酶，对维持细胞中复原型谷胱甘肽的正常含量，维护含巯基蛋白质原型谷胱甘肽的正常含量，维护含巯基蛋白质或酶免受氧化剂的损害起重要作用或酶免受氧化剂的损害起重要作用供能供能Section IIISection IIIGlycogen degradation and synthesis糖原的分解代谢糖原的分解代谢在肌肉，对在肌肉，对ATPATP的需求引发糖原转变为的需求引发糖原转变为6-6-磷酸磷酸葡萄糖，进入糖酵解途径，在肝脏，降低的血葡萄糖，进入糖酵解途径，在肝脏
34、，降低的血糖浓度触发糖原也转变为糖浓度触发糖原也转变为6-6-磷酸葡萄糖，在磷酸葡萄糖，在6 6磷酸葡萄糖磷酸酶作用下水解为葡萄糖，释放磷酸葡萄糖磷酸酶作用下水解为葡萄糖，释放到血液中。到血液中。糖原的水解需经过糖原的水解需经过4 4步反响：步反响：糖原磷酸解为糖原磷酸解为1 1磷酸葡萄糖糖原磷酸化酶磷酸葡萄糖糖原磷酸化酶1 1磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为6 6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶变位酶6 6磷酸葡萄糖转变为葡萄糖磷酸葡萄糖转变为葡萄糖6 6磷酸葡萄糖磷酸磷酸葡萄糖磷酸酶酶脱支酶催化的反响脱支酶脱支酶催化的反响脱支酶糖原分解过程糖原分解过程1 1磷酸葡萄糖磷酸葡萄
35、糖66磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6 6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+H2O=+H2O=葡萄糖葡萄糖+ +磷酸磷酸糖原磷酸化糖原磷酸化酶只作用于糖原上的只作用于糖原上的1,41,4糖苷糖苷键，并且在距并且在距1,61,6糖苷糖苷键4 4个葡萄糖残基个葡萄糖残基时就不能再就不能再起作用了。起作用了。脱支脱支酶是一种双功能是一种双功能酶，催化两个反响：，催化两个反响：44葡萄糖基葡萄糖基转移移酶和和1,61,6葡萄糖苷葡萄糖苷酶。脱支酶的作用脱支酶的作用普通情况下，每当水解脱下普通情况下，每当水解脱下1 1个游离的葡萄糖个游离的葡萄糖约可磷酸解产生约可磷酸解产生1212个个1 1磷酸葡萄糖。磷酸葡萄糖。糖原合成代
36、谢糖原合成代谢糖原合成并非糖原分解的逆行，除磷酸葡萄糖糖原合成并非糖原分解的逆行，除磷酸葡萄糖变位酶一样外，其他均为另外的酶。变位酶一样外，其他均为另外的酶。反响包括反响包括5步步葡萄糖磷酸化己糖激酶，与酵解途径一样葡萄糖磷酸化己糖激酶，与酵解途径一样6磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为1磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶变位酶尿苷二磷酸葡萄糖的生成尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖的生成尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶：此反响产物是尿苷二磷酸葡萄焦磷酸化酶：此反响产物是尿苷二磷酸葡萄糖糖UDP-Glc，是活泼的葡萄糖；此反响可，是活泼的葡萄糖；此反响可逆，但是另一产物焦磷酸可在焦磷酸酶作用
37、下逆，但是另一产物焦磷酸可在焦磷酸酶作用下迅速水解，所以实践上合成鸟苷二磷酸葡萄糖迅速水解，所以实践上合成鸟苷二磷酸葡萄糖的反响是单向的。的反响是单向的。尿苷二磷酸葡萄糖与糖原结合糖原合酶尿苷二磷酸葡萄糖与糖原结合糖原合酶分支链构成分支酶分支链构成分支酶葡萄糖活化葡萄糖活化分支酶的作用分支酶的作用糖原分解与合成的主要步骤及限速酶糖原分解与合成的主要步骤及限速酶糖原磷酸化酶调理糖原磷酸化酶调理受别位效应物和共价修饰调理。受别位效应物和共价修饰调理。AMPAMP别位激活，别位激活，而葡萄糖和而葡萄糖和ATPATP别位抑制，这些别位调控和化别位抑制，这些别位调控和化学修饰亲密协同成为非常精巧的调理机
38、制。学修饰亲密协同成为非常精巧的调理机制。磷酸化酶经磷酸化酶激酶催化修饰带上磷酸根，磷酸化酶经磷酸化酶激酶催化修饰带上磷酸根，成为有活性的成为有活性的a a型，而经磷蛋白磷酸酶脱去磷型，而经磷蛋白磷酸酶脱去磷酸就成为无活性的酸就成为无活性的b b型。型。磷酸化酶激酶本身也受磷酸化磷酸化酶激酶本身也受磷酸化- -脱磷酸化调理。脱磷酸化调理。糖原磷酸化酶调理糖原磷酸化酶调理糖原合成调理糖原合成调理受别位效应物和化学修饰的协同调控。受别位效应物和化学修饰的协同调控。糖原合酶是由同一种亚基组成的四聚体，有糖原合酶是由同一种亚基组成的四聚体，有9 9个个SerSer残基可被磷酸化。磷酸化的糖原合酶是残基
39、可被磷酸化。磷酸化的糖原合酶是无活性的无活性的b b型，而脱磷酸的是有活性的型，而脱磷酸的是有活性的a a型，正型，正好与糖原磷酸化酶相反。好与糖原磷酸化酶相反。糖原合成调理糖原合成调理糖原合成与分解的调理糖原合成与分解的调理Section IVGluconneogenesis糖异生糖异生gluconeogenesisgluconeogenesis从非糖物质构成葡萄糖成为糖异生作用。从非糖物质构成葡萄糖成为糖异生作用。糖异生所利用的非糖物质包括氨基酸、乳酸、糖异生所利用的非糖物质包括氨基酸、乳酸、丙酮酸、丙酸和甘油。丙酮酸、丙酸和甘油。糖异生作用对于人类和动物是至关重要的，由糖异生作用对于人类
40、和动物是至关重要的，由于那些首先以葡萄糖为代谢功能的的细胞和组于那些首先以葡萄糖为代谢功能的的细胞和组织脑、红细胞、肾髓质、晶状体等，血糖织脑、红细胞、肾髓质、晶状体等，血糖浓度的维持是生命攸关的；在空腹期间，葡萄浓度的维持是生命攸关的；在空腹期间，葡萄糖就要倚重糖异生作用。糖就要倚重糖异生作用。肝脏是糖异生的最重要器官，担当维持血糖浓肝脏是糖异生的最重要器官，担当维持血糖浓度的重担。度的重担。糖异生途径糖异生途径糖异生途径大部分反响是共用酵解途径上的逆糖异生途径大部分反响是共用酵解途径上的逆反响，也是用一样的酶。反响，也是用一样的酶。但是在酵解途径中有但是在酵解途径中有3 3步反响是不可逆的
41、，所步反响是不可逆的，所以糖异生途径采用不同的酶绕过酵解的不可逆以糖异生途径采用不同的酶绕过酵解的不可逆反响。反响。糖异生途径糖异生途径糖酵解途径回想糖酵解途径回想糖异生途径糖异生途径糖异生的调理糖异生的调理主要是参与不可逆反响的主要是参与不可逆反响的4 4个酶：丙酮酸羧化个酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶、果糖二磷酸酶、酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶、果糖二磷酸酶、葡萄糖磷酸酶。葡萄糖磷酸酶。肝糖异生的调理与肝糖酵解亲密协同。对糖酵肝糖异生的调理与肝糖酵解亲密协同。对糖酵解主要调理酶的抑制无疑起了促进糖异生的效解主要调理酶的抑制无疑起了促进糖异生的效能。能。普通对异生途径调理酶起激活作用
42、的别位效应普通对异生途径调理酶起激活作用的别位效应物，对酵解途径的调理酶就是抑制性的效应物。物，对酵解途径的调理酶就是抑制性的效应物。激素调理糖异生作用对维持机体的恒稳形状非激素调理糖异生作用对维持机体的恒稳形状非常重要。激素对糖异生的调理本质是调理糖异常重要。激素对糖异生的调理本质是调理糖异生和糖酵解这两个途径的调理酶以及控制供应生和糖酵解这两个途径的调理酶以及控制供应肝的脂肪酸。肝的脂肪酸。糖异生的调理糖异生的调理Section VDisorder of carbohydrate metabolism 血糖的的调理血糖的的调理血糖及其依赖血糖的代谢器官血糖及其依赖血糖的代谢器官胰岛素胰岛素
43、: : 来源胰岛来源胰岛 细胞细胞1. 1. 促进葡萄糖的转运促进葡萄糖的转运( (肌肌/ /脂胞膜脂胞膜) )2. 2. 抑制蛋白激酶抑制蛋白激酶A-A-糖原糖原-P-P化酶降低化酶降低-激活激活糖原合成酶脱磷酸酶糖原合成酶脱磷酸酶-糖原合成酶糖原合成酶-糖原合糖原合成成3. 3. 间接激活丙酮酸脱氢酶间接激活丙酮酸脱氢酶-促丙酮酸为乙促丙酮酸为乙酰辅酶酰辅酶A. A. 4. 4. 抑制磷酸稀醇式丙酮酸羧激酶抑制磷酸稀醇式丙酮酸羧激酶, ,促进氨基酸促进氨基酸合成蛋白合成蛋白, , 减少异生减少异生, , 减低血糖减低血糖血糖的的调理血糖的的调理胰高血糖素胰高血糖素: :细胞分泌胞分泌292
44、9肽，作用，作用: : 结合肝合肝细胞受体胞受体 cAMP cAMP 激活蛋白激激活蛋白激酶A A 磷酸化磷酸化酶激激酶/ /抑制磷酸化抑制磷酸化酶肾上腺素上腺素: : 肝肝/ /肌受体肌受体结合合 激活磷酸化激活磷酸化酶 糖原分解糖原分解皮皮质醇醇: : 促促进蛋白蛋白质分解分解 至肝糖异生至肝糖异生, , 抑制抑制糖糖摄取取. .血糖浓度调理血糖浓度调理糖代谢与临床糖代谢与临床耐糖景象耐糖景象正常人食糖后血糖浓度仅暂时升高，经体内调正常人食糖后血糖浓度仅暂时升高，经体内调理血糖机制的作用，约两小时内即可恢复到正理血糖机制的作用，约两小时内即可恢复到正常程度，此景象称为耐糖景象。常程度，此景
45、象称为耐糖景象。机体处置摄入葡萄糖的才干称为葡萄糖耐量。机体处置摄入葡萄糖的才干称为葡萄糖耐量。低血糖低血糖空腹血糖低于空腹血糖低于3.3mmol/L称为低血糖。脑组织称为低血糖。脑组织对低血糖极为敏感，可出现头晕、心悸、出冷对低血糖极为敏感，可出现头晕、心悸、出冷汗等虚脱病症。汗等虚脱病症。高血糖及糖尿病高血糖及糖尿病空腹血糖浓度继续超越空腹血糖浓度继续超越7.22mmol/L7.22mmol/L时称为高血时称为高血糖。糖。当血糖浓度超越肾糖阈时，即超越了肾小管的当血糖浓度超越肾糖阈时，即超越了肾小管的重吸收才干，葡萄糖即从尿中排出，那么可出重吸收才干，葡萄糖即从尿中排出，那么可出现尿糖。现尿糖。病理性高血糖及糖尿多见于两种情况：肾性糖病理性高血糖及糖尿多见于两种情况：肾性糖尿；糖尿病。尿；糖尿病。糖尿病糖尿病I I型：免疫性疾病，胰型：免疫性疾病，胰岛素素绝对缺乏缺乏IIII型：型：对胰胰岛素的反响性下降，相素的反响性下降，相对缺乏缺乏糖尿病病人糖尿病病人约占整个人群的占整个人群的20%20%，4040岁以上人以上人群的群的30%-40%30%-40%并并发症：冠心病、白内障、血管硬化、微循症：冠心病、白内障、血管硬化、微循环妨碍妨碍 蛋白蛋白质糖基化糖基化问题妊娠糖尿病：急需广泛干涉妊娠糖尿病：急需广泛干涉
