生化糖代謝12018秋

1、第二篇物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)劉安玲生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 糖 脂質(zhì)蛋白質(zhì)消化吸收簡單物質(zhì)合成（同化）復(fù)雜物質(zhì)（異化）分解簡單物質(zhì)廢物排泄物質(zhì)代謝合成分解轉(zhuǎn)變調(diào)節(jié)生成貯存釋放轉(zhuǎn)化生命現(xiàn)象能量代謝分解2糖葡萄糖脂質(zhì)甘油、脂肪酸蛋白質(zhì)氨基酸乙酰CoA CO2 NADH+H+FADH2H2O 氧化磷酸化ADP+PiATP三羧酸循環(huán)第一階段第二階段第三階段3第二篇 內(nèi)容概要4u 糖代謝糖代謝u 生物氧化生物氧化u 脂質(zhì)脂質(zhì)代謝代謝u 氨基酸代謝氨基酸代謝u 核苷酸代謝核苷酸代謝u 代謝的整合與調(diào)節(jié)代謝的整合與調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)“物質(zhì)代謝”的關(guān)鍵點(diǎn)1. 生理功能或意義2. 反應(yīng)部位（組織、細(xì)胞定位）3. 關(guān)

2、鍵步驟、關(guān)鍵酶（調(diào)節(jié)酶）4. 能量的代謝5. 代謝調(diào)節(jié)（關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)）6. 與其它代謝途徑的聯(lián)系（樞紐物質(zhì)、物質(zhì)轉(zhuǎn)變）7. 代謝異常與疾病的關(guān)系5第六章糖 代 謝Metabolism of Carbohydrates內(nèi)容提綱u概述u糖的分解代謝l糖的無氧氧化l糖的有氧氧化l磷酸戊糖途徑u 糖原的合成與分解u 糖異生作用u 血糖及其調(diào)節(jié)7糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化學(xué)本質(zhì)為多羥醛或多羥酮類及其衍生物或多聚物。糖的化學(xué)8（一）糖的概念（二）糖的分類及其結(jié)構(gòu)根據(jù)其水解產(chǎn)物的情況，糖主要可分為以下四大類：單糖 (monosacchride)寡糖 (oligosacchride)多

3、糖 (polysacchride)結(jié)合糖 (glycoconjugate)91. 單糖 不能再水解的糖。OHOHOHOHHHOHHOHOHOHHHOHHOHOOHOOHHHHOHOHHOHHCH2OH葡萄糖(glucose, G) 己醛糖果糖(fructose, F) 己酮糖 OOHOHHOH2CHHOHHCH2OH1011OOHHHOHHOHHOHHCH2OHOHHHHOHOHOHHOH2COHOHOHOHHOHHHOH半乳糖(galactose) 己醛糖 核糖(ribose) 戊醛糖 OHHOHHOHOHOH2. 寡糖常見的幾種二糖有麥芽糖 (maltose) 葡萄糖 葡萄糖蔗 糖 (su

4、crose) 葡萄糖 果糖乳 糖 (lactose) 葡萄糖 半乳糖能水解生成幾分子單糖的糖，各單糖之間借脫水縮合的糖苷鍵相連。12能水解生成多個(gè)分子單糖的糖。常見的多糖有淀 粉 (starch)糖 原 (glycogen)纖維素 (cellulose)133. 多糖 淀粉植物中養(yǎng)分的儲存形式14-1,6-糖苷鍵-1,4-糖苷鍵 糖原動物體內(nèi)葡萄糖的儲存形式15 纖維素作為植物的骨架-1,4-糖苷鍵糖苷鍵16糖與非糖物質(zhì)的結(jié)合物。糖脂 (glycolipid)：糖與脂質(zhì)的結(jié)合物。糖蛋白 (glycoprotein) 蛋白聚糖（proteoglycan） 常見的結(jié)合糖有： 糖與蛋白質(zhì)的結(jié)合物17

5、4. 結(jié)合糖 糖蛋白 18蛋白聚糖19第一節(jié) 概 述Introduction20u 糖的生理功能u 糖的消化u 糖的吸收u 糖代謝概況一、糖的生理功能21u 糖在生命活動中的主要作用是提供能量。 糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、膽糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、膽固醇、核苷等物質(zhì)的原料。固醇、核苷等物質(zhì)的原料。u 作為機(jī)體組織細(xì)胞的組成成分。u 作為碳源，提供合成體內(nèi)其他物質(zhì)的原料。以蛋白聚糖、糖蛋白、糖脂的形式參以蛋白聚糖、糖蛋白、糖脂的形式參與結(jié)締組織、骨和軟骨基質(zhì)、生物膜等的與結(jié)締組織、骨和軟骨基質(zhì)、生物膜等的組成。組成。二、糖的消化22淀粉 麥芽糖+麥芽三糖 （40%） （25%）-臨界糊

6、精+異麥芽糖 （30%） （5%）葡萄糖 唾液中的-淀粉酶 -葡萄糖苷酶 -臨界糊精酶 腸黏膜上皮細(xì)胞刷狀緣 口腔 腸腔 胰液中的-淀粉酶 食物中含有的大量纖維素，因人體內(nèi)食物中含有的大量纖維素，因人體內(nèi)無無 -糖苷酶糖苷酶而不能對其分解利用，但卻而不能對其分解利用，但卻具有刺激腸蠕動等作用，也是維持健康具有刺激腸蠕動等作用，也是維持健康所必需。所必需。231. 吸收部位：小腸上段小腸上段 2. 吸收形式：單單 糖糖 三、糖的吸收3. 吸收機(jī)制： 依賴特定載體轉(zhuǎn)運(yùn)，主動耗能依賴特定載體轉(zhuǎn)運(yùn)，主動耗能 在吸收過程中同時(shí)伴有在吸收過程中同時(shí)伴有Na+轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn) （Na+依賴型葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體，依賴型葡萄

7、糖轉(zhuǎn)運(yùn)體，SGLT）244. 吸收途徑 小腸腸腔小腸腸腔 腸黏膜上皮細(xì)胞腸黏膜上皮細(xì)胞 門靜脈門靜脈 肝臟肝臟 體循環(huán)體循環(huán)SGLT 各種組織細(xì)胞各種組織細(xì)胞 GLUT GLUT：葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體(glucose transporter)25小腸中葡萄糖的吸收機(jī)制26四、糖代謝概況 27 葡萄糖 酵解途徑 丙酮酸 有氧 無氧 H2O及CO2 乳酸 糖異生 乳酸、甘油及生糖氨基酸糖原 肝糖原分解 糖原合成 磷酸戊糖途徑 核糖 + NADPH+H+食物糖消化與吸收 ATP 01糖的無氧氧化02糖的有氧氧化03磷酸戊糖途徑04糖醛酸途徑Contents糖的分解代謝28u 概念u 反應(yīng)過程u

8、調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶u 生理意義29第二節(jié) 糖的無氧氧化Anaerobic oxidation概念葡萄糖或糖原在無氧或缺氧情況下分解生成乳酸和ATP的過程，稱為糖的無氧氧化(anaerobic oxidation) 。 30全身各組織細(xì)胞，尤其肌肉組織、 紅細(xì)胞、皮膚和腫瘤組織中。組織定位：糖無氧氧化的總反應(yīng)式：31葡萄糖葡萄糖 + 2Pi + 2ADP2乳酸乳酸 + 2ATP + 2H2O 第一階段：葡萄糖分解為丙酮酸糖酵解（glycolysis） 第二階段：丙酮酸還原為乳酸32糖無氧氧化的反應(yīng)部位：細(xì)胞質(zhì)糖無氧氧化的反應(yīng)部位：細(xì)胞質(zhì)一、糖無氧氧化的反應(yīng)過程乳酸糖無氧氧化過程 33 葡萄糖磷酸化生成葡

9、萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 ATP ADPMg2+ 己糖激酶(hexokinase)Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP 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羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖 O CH2HO H HOOHH OH H OH H H6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P)P P O CH2OH HOOHH OH H OH H H（一）葡萄糖分解為丙酮酸34哺乳類動物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有4種己糖激酶同工酶，分別稱為至型。肝細(xì)胞

10、中存在的是型，稱為葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特點(diǎn)是： 對葡萄糖的親和力很低 受激素調(diào)控 35己糖激酶、葡萄糖激酶()分布不同組織肝臟底物G、F等G對G的親和力Km低，親和力高Km高，親和力低抑制受G-6-P抑制不受G-6-P抑制用途主要用于糖的分解主要用于糖的合成36兩方面意義：l糖經(jīng)磷酸化后容易參與代謝；l保糖機(jī)制：磷酸化糖不能透過細(xì)胞質(zhì)膜。37 6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿崞咸烟寝D(zhuǎn)變?yōu)?6-磷酸果糖磷酸果糖 己糖異構(gòu)酶 6-磷酸葡萄糖 P P O CH2OH HOOHH OH H OH H H6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P)Glu G-6

11、-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸38 6-磷酸果糖磷酸化為磷酸果糖磷酸化為1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphofructokinase-1)6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P)Glu G-6-P F-6-P F-1,6

12、-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸39CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHP PP P1,6-二磷酸果糖 磷酸己糖裂解成磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖分子磷酸丙糖 醛縮酶(aldolase)磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油醛 +CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P POCH2OHCOCH2POCH2P POGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP

13、 ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸40 3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮互相轉(zhuǎn)磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮互相轉(zhuǎn)變變磷酸丙糖異構(gòu)酶 磷酸丙糖異構(gòu)酶 (phosphotriose isomerase)3-磷酸甘油醛 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO磷酸二羥丙酮 CH2OHCOCH2POCH2P POGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二

14、磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸41 3-磷酸甘油醛氧化為磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 Pi、NAD+ NADH+H+3-磷酸甘油醛脫氫酶3-磷酸甘油醛脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)3-磷酸甘油醛 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO1,3-二磷酸甘油酸 O=CCOHCH2POP POP POGlu G-6-P F-6-P F-

15、1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸42 1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸 甘油酸O=CCOHCH2POP POP PO3-磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase) Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP

16、ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸43 在以上反應(yīng)中，底物分子內(nèi)部能量重在以上反應(yīng)中，底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成磷酸化生成AT P 的 過 程 ， 稱 為的 過 程 ， 稱 為 底 物 水 平 磷 酸 化底 物 水 平 磷 酸 化(substrate level phosphorylation) 。 44 3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岣视退徂D(zhuǎn)

17、變?yōu)?-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸變位酶磷酸甘油酸變位酶 (phosphoglycerate mutase)3-磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO2-磷酸甘油酸 COOHCCH2POP POOHOHGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸45 2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖崃姿岣视退徂D(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖?烯醇化酶(e

18、nolase)2-磷酸甘油酸 COOHCCH2POP POOHOH+ H2O磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP)COOHCCH2P POGlu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸46ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶(pyruvate kinase) 丙酮酸的生成丙酮酸的生成磷酸烯醇式丙酮酸 COOHC

19、CH2P PO丙酮酸 COOHC=OCH3Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸47底物水平磷酸化（二）丙酮酸被還原成乳酸48NADH+H+ 來自于上述第6步反應(yīng)中的 3-磷酸甘油醛脫氫反應(yīng)。丙酮酸 乳酸 乳酸脫氫酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 酵母等微生物中的乙醇發(fā)酵49乳酸糖無氧氧化過程一次脫氫二次底物水平磷酸化已糖激酶6

20、-磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶三個(gè)關(guān)鍵酶 50糖無氧氧化的要點(diǎn)糖無氧氧化的要點(diǎn) 一次脫氫（一次脫氫（NADH） 二個(gè)底物水平磷酸化反應(yīng)二個(gè)底物水平磷酸化反應(yīng) 三次不可逆反應(yīng)三次不可逆反應(yīng) 關(guān)鍵酶有：關(guān)鍵酶有：己糖激酶或葡萄糖激酶己糖激酶或葡萄糖激酶 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 產(chǎn)能：生成產(chǎn)能：生成4個(gè)個(gè)ATP，消耗，消耗2個(gè)個(gè)ATP， 凈生成凈生成2個(gè)個(gè)ATP51二、糖無氧氧化的調(diào)節(jié)52關(guān)鍵酶關(guān)鍵酶 己糖激酶己糖激酶 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)方式 別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié) 化學(xué)修飾調(diào)節(jié)化學(xué)修飾調(diào)節(jié) （一）6-磷酸果糖激酶-153 別

21、構(gòu)調(diào)節(jié)：別構(gòu)調(diào)節(jié)： 激活劑激活劑 AMP、ADP 1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 （正反饋）（正反饋） 2，6-二磷酸果糖（最強(qiáng)）二磷酸果糖（最強(qiáng)） 抑制劑抑制劑 檸檬酸檸檬酸、 ATP（高濃度）高濃度） 此酶有二個(gè)結(jié)合此酶有二個(gè)結(jié)合ATP的部位：的部位： 活性中心底物結(jié)合部位（低濃度時(shí)）活性中心底物結(jié)合部位（低濃度時(shí)） 活性中心外別構(gòu)調(diào)節(jié)部位（高濃度時(shí)）活性中心外別構(gòu)調(diào)節(jié)部位（高濃度時(shí)） 54F-6-P F-1,6-2P ATP ADP PFK-1磷蛋白磷酸酶 Pi PKA ATP ADP Pi 胰高血糖素胰高血糖素 ATP cAMP 活化活化 F-2,6-2P +/+AMP +檸檬酸檸檬酸

22、AMP +檸檬酸檸檬酸 PFK-2（有活性）有活性）FBP-2（無活性）無活性）6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2 PFK-2（無活性）無活性）FBP-2（有活性）有活性）PP果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶-2 6-磷酸果糖激酶-1的調(diào)節(jié)（二）丙酮酸激酶55l別構(gòu)調(diào)節(jié)：別構(gòu)調(diào)節(jié)：激活劑激活劑 1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖抑制劑抑制劑 ATP、丙氨酸丙氨酸 乙酰乙酰CoA、長鏈脂肪酸、長鏈脂肪酸l 化學(xué)修飾調(diào)節(jié)：化學(xué)修飾調(diào)節(jié)： 丙酮酸激酶被磷酸化后即失活丙酮酸激酶被磷酸化后即失活A(yù)TP ADP Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶 （有活性）（有活性） 胰高血糖素胰高血糖素 PKA, Ca

23、M激酶激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶 （無活性）（無活性） PATP cAMP 丙酮酸激酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)丙酮酸激酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)56+（三）己糖激酶或葡萄糖激酶57l 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖可反饋抑制己糖激酶，可反饋抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。但肝葡萄糖激酶不受其抑制。l長鏈脂酰長鏈脂酰CoA可別構(gòu)抑制肝葡萄糖激酶?？蓜e構(gòu)抑制肝葡萄糖激酶。l胰島素胰島素可誘導(dǎo)葡萄糖激酶基因的表達(dá)，可誘導(dǎo)葡萄糖激酶基因的表達(dá)，促進(jìn)酶蛋白的合成。促進(jìn)酶蛋白的合成。u 骨骼肌及多數(shù)組織： 消耗能量多消耗能量多ATP/AMPATP/AMP6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1和丙酮酸激酶活性和丙酮酸激酶活性葡萄糖分解加速；葡萄糖分解加速； ATPATP豐富時(shí)則相反豐富時(shí)則相反 u 肝臟： 進(jìn)食后，胰高血糖素進(jìn)食后，胰高血糖素，胰島素，胰島素2 2,6-,6-二二磷酸果糖磷酸果糖加速糖酵解加速糖酵解 饑餓時(shí)，胰高血糖素饑餓時(shí)，胰高血糖素2 2,6-,6-二磷酸果糖合二磷酸果糖合成成 ，丙酮酸激酶活性，丙酮酸激酶活性抑制糖酵解抑制糖酵解 58三、糖無氧氧化的生理意義591. 迅速提供迅速提供一部分一部分急需急需的的能量能量：缺氧情況下：缺氧情況下2. 紅細(xì)胞紅細(xì)胞供能的主要方式：無線粒體供能的主要方式：無線粒體