生物化學 課件 第7章 糖代謝

第七章

糖代謝主要內容概述糖的分解代謝糖原的合成與分解糖異生血糖學習目標1.掌握糖的無氧氧化、有氧氧化、磷酸戊糖途徑、糖原合成與分解、糖異生作用的概念、反應部位、關鍵酶及各種代謝的生理意義。2.熟悉糖的生理功能，血糖的來源和去路3.了解糖代謝的主要途徑，血糖水平的調節(jié)及代謝異常。4.運用本章知識解釋糖代謝異常的原因，并能進行相應的臨床應用。第一節(jié)概述一、糖的生理功能（一）氧化分解，供應能量

糖類所供給的能量是機體生命活動主要的能量來源。正常情況下機體所需總能量的50～70%來自糖的氧化分解。

1mol葡萄糖在體內完全氧化可釋放2840kJ的能量。

糖在體內可以糖原形式儲存，當機體需要時，糖原分解，釋放入血，有效地維持正常血糖濃度。

（三）提供原料，合成其他物質

糖可轉變?yōu)橹舅岷透视?，進而合成脂肪；可轉變?yōu)槟承┌被嵋怨C體合成蛋白質所需；可轉變?yōu)槠咸烟撬?，參與機體生物轉化反應等。（二）儲存能量，維持血糖2.糖與脂類或蛋白質結合形成糖脂、糖蛋白或蛋白聚糖（統(tǒng)稱糖復合物）。糖復合物不僅是細胞的結構分子，而且是信息分子。3.體內許多具有重要功能的蛋白質都是糖蛋白，如抗體、許多酶類和凝血因子等。

（四）參與構造組織細胞（五）其它功能

參與構成體內一些具有生理功能的物質，如免疫球蛋白、血型物質及部分激素等。

二、糖代謝概況體內糖的來源

主要來自植物淀粉糖的消化

經消化道水解酶的作用分解為單糖（主要是G）。糖的吸收

經小腸黏膜吸收入血成為血糖。糖代謝概況葡萄糖淀粉消化與吸收糖酵解途徑丙酮酸磷酸戊糖途徑核糖糖原合成糖原

有氧無氧乳酸H20+CO2

ATPNADPH+H+第二節(jié)糖的分解代謝糖的無氧氧化（糖酵解）糖的有氧氧化磷酸戊糖途徑

糖的氧化分解方式根據反應條件和反應途徑的不同分為三種一、糖的無氧氧化（一）無氧氧化的概念

葡萄糖或糖原在無氧或缺氧情況下，分解成乳酸和少量ATP的過程。（二）無氧氧化過程全過程在細胞液中進行反應分三個階段

第一階段：葡萄糖裂解為2分子磷酸丙糖（利用ATP階段）第二階段：磷酸丙糖轉變?yōu)楸幔ㄉ葾TP階段）第三階段：丙酮酸還原為乳酸1.葡萄糖裂解為2分子磷酸丙糖

（1）葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖

消耗ATP的不可逆反應，由已糖激酶催化，Mg2+是其必需激活劑，該酶是酵解途徑的限速酶之一。己糖激酶已糖激酶是無氧氧化的限速酶之一，Mg2+是其必需激活劑。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，哺乳動物體內已糖激酶同工酶有四種：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型主要存在于肝外組織

1.專一性不強，對多種已糖起作用

2.Km較低，在0.1mmol/L左右，對葡萄糖有較強的親和力

3.保證大腦等重要組織器官在血糖濃度較低時仍能利用葡萄糖供能Ⅳ型存在于肝細胞中，也稱葡萄糖激酶

1.專一性較強，只對葡萄糖起作用

2.Km較高，在10mmol/L左右，對葡萄糖的親和力較低，只有在血糖濃度較高時才能發(fā)揮作用

3.在維持血糖水平中起重要作用（2）6-磷酸葡萄糖轉化為6-磷酸果糖

H為磷酸已糖異構酶催化的可逆反應，需Mg2＋參與。（3）6-磷酸果糖生成1,6二磷酸果糖HH6-磷酸果糖激酶-1是糖酵解途徑中最重要的限速酶。胰島素可誘導其生成。（4）磷酸丙糖的生成

在醛縮酶作用下，1分子1,6-二磷酸果糖裂解為2分子磷酸丙糖磷酸二羥丙酮和3-磷酸甘油醛是同分異構體，在磷酸丙糖異構酶的催化下可互相轉變。2.磷酸丙糖氧化為丙酮酸產生ATP（1）3-磷酸甘油醛氧化

在3-磷酸甘油醛脫氫酶催化下，3-磷酸甘油醛的醛基脫氫氧化再磷酸化生成含有一個高能磷酸鍵的1，3-二磷酸甘油酸。反應脫下的氫由NAD＋接受生成NADH＋H＋。

在磷酸甘油酸激酶的催化下，1，3-二磷酸甘油酸將高能磷酸基轉移給ADP生成ATP，自身則轉變?yōu)?-磷酸甘油酸。這是糖酵解過程中第一次產生ATP的反應。這種直接將底物分子中的高能磷酸鍵轉移給ADP生成ATP的方式，稱為底物水平磷酸化作用。（2）1，3-二磷酸甘油酸轉變?yōu)?-磷酸甘油酸（3）3-磷酸甘油酸轉變成2-磷酸甘油酸反應由磷酸甘油酸變位酶催化（4）磷酸烯醇式丙酮酸的生成

在烯醇化酶的催化下，2-磷酸甘油酸脫水，分子內部能量重新分布形成了一個高能磷酸鍵，產生了高能磷酸化合物——磷酸烯醇式丙酮酸。

在丙酮酸激酶的催化下，磷酸烯醇式丙酮酸轉變?yōu)橄┐际奖幔笳咦园l(fā)地轉變?yōu)楸?。這是酵解途徑中第二次底物水平磷酸化反應。（5）丙酮酸的生成丙酮酸激酶為第三個限速酶3.乳酸的生成缺氧情況下，乳酸脫氫酶催化丙酮酸還原成乳酸。所需的NADH+H+提供來自3-磷酸甘油醛的脫氫反應。葡萄糖6-磷酸果糖

磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛2×2-磷酸甘油酸2×丙酮酸6-磷酸葡萄糖ADPATP1,6-二磷酸果糖ADPATP2×1,3-二磷酸甘油酸2×Pi2×NADH+2H+2×NAD+2×3-磷酸甘油酸2×ADP2×ATP2×磷酸烯醇式丙酮酸2×H2O2×烯醇式丙酮酸2×ADP2×ATP2×乳酸無氧氧化反應全過程（三）無氧氧化特點無氧氧化反應的全過程沒有氧的參與，乳酸是必然產物。反應釋放的能量較少，1分子葡萄糖可凈生成2分子ATP。若從糖原開始，則凈生成3分子ATP。糖酵解全過程有三步步可逆反應，分別由己糖激酶、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶催化。其中以磷酸果糖激酶活性最低，是最重要的限速酶。（四）糖無氧氧化的生理意義無氧氧化是機體在缺氧情況下供應能量的重要方式生理性缺氧情況：劇烈運動時病理性缺氧情況：呼吸或循環(huán)機能障礙、嚴重貧血或失血等無氧氧化是紅細胞功能的主要方式

成熟紅細胞沒有線粒體，不能進行有氧氧化某些組織細胞如視網膜、睪丸、白細胞、腫瘤細胞等，即使在有氧條件下仍以無氧氧化為其主要功能方式二、糖的有氧氧化（一）有氧氧化的概念

葡萄糖在有氧條件下徹底分解生成CO2和H20并釋放大量能量的過程。（二）有氧氧化的反應過程分三個階段

1.葡萄糖生成丙酮酸

2.丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A3.乙酰輔酶A進入三羧酸循環(huán)徹底氧化為H2O和CO2并釋放較多能量1.葡萄糖生成丙酮酸

葡萄糖經糖酵解途徑生成丙酮酸，此過程在胞液中進行。

無氧條件下，丙酮酸還原成乳酸，稱為無氧氧化。

有氧條件下，丙酮酸轉運入線粒體，進行有氧氧化。2.丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A

丙酮酸脫氫酶復合體由丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酰胺轉乙酰酶和二氫硫辛酰胺脫氫酶三種酶組成的多酶復合體。

有5種輔酶，即TPP、硫辛酸、FAD、NAD＋和HSCoA，分別含有B1、硫辛酸、B2、PP、泛酸等5種維生素。當這些維生素缺乏將導致糖代謝障礙。3.三羧酸循環(huán)概念：三羧酸循環(huán)是指乙酰CoA和草酰乙酸縮合生成檸檬酸，經過一系列脫氫、脫羧反應，再生成草酰乙酸的循環(huán)過程。由于此循環(huán)是從生成含有三個羧基的檸檬酸開始的，故得名三羧酸循環(huán)，也稱檸檬酸循環(huán)。該循環(huán)是由德國科學家HansKrebs于1937年首先提出，又稱Krebs循環(huán)。三羧酸循環(huán)的反應過程（1）檸檬酸的生成：在檸檬酸合酶催化下，乙酰CoA與草酰乙酸縮合生成檸檬酸。（2）檸檬酸異構為異檸檬酸：是由順烏頭酸酶催化的可逆反應，經過中間產物順烏頭酸，將檸檬酸C3上的羥基轉移到C2上。（3）第一次氧化脫羧：在異檸檬酸脫氫酶的催化下，異檸檬酸脫氫、脫羧轉變?yōu)棣?酮戊二酸，此為不可逆反應。脫下的氫由NAD＋接受，異檸檬酸脫氫酶是三羧酸循環(huán)的限速酶。（4）第二次氧化脫羧：α-酮戊二酸氧化脫羧生成含有高能硫酯鍵的琥珀酰CoA。這是三羧酸循環(huán)的第三步不可逆反應，由α-酮戊二酸脫氫酶復合體催化。

α-酮戊二酸脫氫酶復合體的組成及催化反應過程與丙酮酸脫氫酶復合體類似，所需輔助因子相同，氫最終也由NAD＋接受還原為NADH＋H＋。（5）底物水平磷酸化反應：在琥珀酸硫激酶的催化下，琥珀酰CoA轉變?yōu)殓晁岬耐瑫r，釋放的能量使GDP磷酸化為GTP。這是三羧酸循環(huán)中唯一直接生成高能磷酸鍵的反應。（6）琥珀酸脫氫氧化成延胡索酸：琥珀酸脫氫酶催化該反應，其輔基是FAD，它接受琥珀酸脫下的氫還原為FADH2。（7）延胡索酸加水生成蘋果酸：延胡索酸酶催化此可逆反應。

（8）草酰乙酸再生：在蘋果酸脫氫酶的催化下，蘋果酸脫氫生成草酰乙酸，脫下的氫由NAD＋接受。

再生的草酰乙酸可再次與乙酰CoA結合生成檸檬酸。草酰乙酸CH2CO～SoA(乙酰輔酶A)蘋果酸琥珀酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸異檸檬酸檸檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸三羧酸循環(huán)2H2H

三羧酸循環(huán)總反應式:

CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O

2CO2+CoASH+3NADH+3H++FADH2+GTP能量“現(xiàn)金”：1GTP

能量“支票”：

3NADH

1FADH2兌換率1：2.57.5ATP兌換率1：1.51.5ATP1ATP10ATP三羧酸循環(huán)的能量計量：三羧酸循環(huán)的特點

三羧酸循環(huán)必須在有氧條件下進行一次三羧酸循環(huán)生成12分子ATP

四次脫氫生成

3分子NADH＋H＋

1分子FADH2

氧化磷酸化11分子ATP

底物水平磷酸化1分子ATP三羧酸循環(huán)是單向反應體系

三個不可逆反應分別由檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶復合體催化三羧酸循環(huán)必須不斷補充中間產物×2.5=7.5×1.5=1.5（四）糖有氧氧化的生理意義有氧氧化是機體獲得能量的主要方式。

三羧酸循環(huán)是三大營養(yǎng)素徹底氧化分解的共同通路。三羧酸循環(huán)是糖、脂肪、氨基酸代謝聯(lián)系的樞紐。第一階段：葡萄糖→2丙酮酸第二階段：2丙酮酸→2乙酰CoA第三階段：2乙酰CoA→2CO2+4H2O

2ATP

糖的有氧氧化

底物磷酸化氧化磷酸化2×2.5ATP2×10ATP葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP糖原中的1mol葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP

30/32ATP36/38ATP2×1.5/2.5ATP2×ATP糖有氧氧化過程中ATP的生成注意：糖酵解途徑消耗2分子ATP三、磷酸戊糖途徑由6-磷酸葡萄糖開始，生成具有重要生理功能的5-磷酸核糖和NADPH。在胞漿中進行。此途徑主要發(fā)生在肝臟、脂肪組織、哺乳期乳腺、腎上腺皮質、性腺、骨髓和紅細胞等。（一）磷酸戊糖途徑的反應過程兩個階段：

1.氧化反應階段

6-磷酸葡萄糖首先在6-磷酸葡萄糖脫氫酶的催化下脫氫氧化為6-磷酸葡萄糖酸，再由6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶催化脫氫脫羧轉變?yōu)?-磷酸核酮糖，后者在異構酶作用下轉變?yōu)?-磷酸核糖，或由差向異構酶催化生成5-磷酸木酮糖。反應中兩次脫氫均由NADP＋接受，生成NADPH＋H＋，一次脫羧產生了CO2。

G-6-P

葡萄糖酸-6-P核酮糖-５-P

NADP+

NADPH+H+NADP+

NADPH+H+CO2

H2OH2OPi65-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛27-磷酸景天庚酮糖2

4-磷酸赤蘚丁糖26-磷酸果糖25-磷酸木酮糖23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖16-磷酸果糖轉醛酶異構酶轉酮酶轉酮酶醛縮酶階段之一階段之二階段之三2.基團移換反應階段

（二）磷酸戊糖途徑的生理意義

1.5-磷酸核糖的生理作用

5-磷酸核糖是合成核苷酸、核酸的原料。磷酸戊糖途徑是機體利用葡萄糖生成5-磷酸核糖的唯一途徑。核酸合成旺盛的組織，如損傷后處于修復和再生的組織，磷酸戊糖途徑非?；钴S。2.NADPH的生理作用（1）為體內許多合成代謝供氫：如為脂肪酸、膽固醇和類固醇激素等的生物合成提供氫。（2）維持還原型谷胱甘肽的正常含量：NADPH是谷胱甘肽還原酶的輔酶，氧化型谷胱甘肽（GSSG）在酶催化下轉變?yōu)檫€原型谷胱甘肽（GSH）時，需要由NADPH供氫。（3）參與體內的羥化反應：如膽固醇轉變?yōu)槟懼?、類固醇類激素等生物合成過程中的羥化反應；激素的滅活；藥物、毒物等非營養(yǎng)物質的生物轉化過程中的羥化反應均需NADPH。還原型谷胱甘肽的抗氧化作用1.解毒功能2.保護巰基酶/蛋白質3.可消除自由基4.協(xié)肋氨基酸的吸收H+還原型氧化型蠶豆病的癥狀：

吃蠶豆幾小時或1～2天后，突然感到精神疲倦、頭暈、惡心、畏寒發(fā)熱、全身酸痛、萎靡不振，并伴有黃疸、肝脾腫大、呼吸困難、腎功能衰竭，甚至死亡。血像檢查:

紅細胞明顯減少，黃疸指數明顯升高。

機理:

蠶豆中有3種物質：裂解素、鎖未爾和多巴胺。前兩種使谷胱甘肽氧化，后一種能激發(fā)紅細胞的自身破壞，遺傳性6-磷酸葡萄糖脫氫酶缺乏者，使紅細胞大量溶解而發(fā)生蠶豆病。蠶豆病第三節(jié)

糖原的合成與分解糖原是由若干葡萄糖單位組成的具有多分支結構的大分子化合物。糖原

支鏈末端為非還原端，分支越多，非還原端越多，糖原的溶解度越高。

糖原由α-葡萄糖聚合而成。由α-1,4糖苷鍵連接為直鏈結構，由α-1,6糖苷鍵連接為分支結構。糖原

肝糖原含量可達肝重的5%(總量為70-100g)

肌糖原含量為肌肉重量的1～2%(總量為250-400g)糖原的分布一、糖原合成（一）概念

由單糖合成糖原的過程稱為糖原的合成(glycogenesis)。

單糖:

葡萄糖(主要)、果糖、半乳糖等

部位：肝臟、肌肉組織等細胞的胞漿中1．葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖

反應由已糖激酶催化，ATP提供磷酸基。

（二）糖原合成過程己糖激酶已糖激酶是無氧氧化的限速酶之一，Mg2+是其必需激活劑?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，哺乳動物體內已糖激酶同工酶有四種：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型主要存在于肝外組織

1.專一性不強，對多種已糖起作用

2.Km較低，在0.1mmol/L左右，對葡萄糖有較強的親和力

3.保證大腦等重要組織器官在血糖濃度較低時仍能利用葡萄糖供能Ⅳ型存在于肝細胞中，也稱葡萄糖激酶

1.專一性較強，只對葡萄糖起作用

2.Km較高，在10mmol/L左右，對葡萄糖的親和力較低，只有在血糖濃度較高時才能發(fā)揮作用

3.在維持血糖水平中起重要作用2．1-磷酸葡萄糖的生成

反應由磷酸葡萄糖變位酶催化。CH2OPOHHHOHOHOHCH2OHOPOHHHOHOHOH磷酸葡萄糖變位酶3．尿苷二磷酸葡萄糖的生成

在尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的催化下，尿苷三磷酸（UTP）與1-磷酸葡萄糖反應生成尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）。4．從UDPG合成糖原在糖原合酶的催化下，UDPG的葡萄糖基轉移到糖原引物的非還原末端，通過α-1,4糖苷鍵相連形成糖原。（三）糖原合成的特點1、糖原合成需要引物2、糖原合酶是糖原合成的關鍵酶3、糖原支鏈結構的形成需要分支酶的作用4、糖原合成是消耗能量的過程糖原引物糖原合酶分枝酶糖原合成的限速酶12~18G二、糖原分解（一）概念

肝糖原分解為葡萄糖的過程。(二）糖原分解反應過程1.糖原分解為1-磷酸葡萄糖

從糖原分子的非還原端開始，由磷酸化酶的催化α-1,4糖苷鍵斷裂，逐個生成1-磷酸葡萄糖。2.脫支酶的作用磷酸化酶只作用于α-1,4糖苷鍵，對α-1,6糖苷鍵不起作用。當磷酸解反應進行到距分支點約4個葡萄糖基時，脫支酶開始發(fā)揮作用，它首先將3個葡萄糖基轉移到鄰近糖鏈的非還原末端，以α-1,4糖苷鍵相連；然后將剩下的以α-1,6糖苷鍵連接的葡萄糖基直接水解為游離葡萄糖。脫支酶有兩種酶活性：葡聚糖轉移酶和α-1,6葡萄糖苷酶。除去分支后，磷酸化酶則繼續(xù)發(fā)揮作用。因此在磷酸化酶與脫支酶的共同作用下，糖原的分支越來越少，分子不斷變小。GG-1-PPi脫支酶具有:α-1,4-葡聚糖轉移酶α-1,6-葡聚糖轉移酶的雙重作用脫支酶脫支酶3.1-磷酸葡萄糖在變位酶作用下轉變?yōu)?/p>

6-磷酸葡萄糖CH2OPOHHHOHOHOHCH2OHOPOHHHOHOHOH磷酸葡萄糖變位酶4.6-磷酸葡萄糖水解為葡萄糖CH2OPOHHHOHOHOHCH2OHOHHHOHOHOH葡萄糖-6-磷酸酶H2OPiOH

葡萄糖6-磷酸酶主要存在于肝細胞，肌肉組織中不含此酶，因此肌糖原不能分解為葡萄糖。糖原合成與分解葡萄糖糖原G-1-PG-6-PUDPG糖原磷酸化酶糖原合酶UDPUTPPPiUDPG焦磷酸化酶變位酶葡萄糖激酶ADPATP葡萄糖-6-磷酸酶PiH2O三、糖原合成與分解的意義對維持血糖濃度的相對恒定和肌肉組織對能量的需要起重要作用。激素介導對糖原合成與分解的調節(jié)在生物體內具有普遍的意義。第四節(jié)糖異生一、糖異生作用的概念由非糖物質轉變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程稱為糖異生作用。

原料：

生糖氨基酸、丙酮酸、乳酸、甘油及三羧酸循環(huán)中的有機酸部位：

肝臟（主要）及腎臟（饑餓時）二、糖異生作用的過程

基本上是糖酵解的逆過程跨越三個能障糖酵解過程葡萄糖6-磷酸果糖

磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛2×2-磷酸甘油酸2×丙酮酸6-磷酸葡萄糖ADPATP1,6-二磷酸果糖ADPATP2×1,3-二磷酸甘油酸2×Pi2×NADH+2H+2×NAD+2×3-磷酸甘油酸2×ADP2×ATP2×磷酸烯醇式丙酮酸2×H2O2×烯醇式丙酮酸2×ADP2×ATP2×乳酸糖異生途徑關鍵反應之一

PEP羧激酶ATP+H2OADP+Pi丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸（PEP）GTPGDP丙酮酸草酰乙酸CO2CO2糖異生途徑關鍵反應之二

果糖二磷酸酶+

H2O+Pi1,6-二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖POH2COHOOHHHH糖異生途徑關鍵反應之三葡萄糖6-磷酸酶存在于肝、腎細胞，肌肉組織中不含此酶CH2OPOHHHOHOHOHCH2OHOHHHOHOHOH葡萄糖-6-磷酸酶H2OPiOHABC1C2AG-6-P磷酸酯酶BF-1.6-P磷酸酯酶C1丙酮酸羧化酶C2PEP羧激酶（胞液）（線粒體）葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸磷酸二羥丙酮3-P-甘油醛

-酮戊二酸乳酸谷氨酸丙氨酸TCA循環(huán)乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸草酰乙酸谷氨酸

-酮戊二酸天冬氨酸3-P-甘油甘油糖酵解和糖異生途徑三、糖異生作用的意義在饑餓情況下保證血糖濃度的相對恒定有利于乳酸的利用乳酸乳酸的利用糖原葡萄糖丙酮酸葡萄糖血糖血乳酸糖原丙酮酸乳酸6-磷酸葡萄糖

(1)當體內ATP積聚量較多時，可抑制糖的分解，促進糖的異生，以積累能源。

(2)當耗能增加時，ATP不足，可促進糖的分解而抑制糖的異生以產生更多的ATP，以供機體需要。四、糖異生作用的調節(jié)（一）代謝物的調節(jié)作用ATP/AMP、ADP的調節(jié)作用ATP是丙酮酸羧化酶和果糖1,6-二磷酸酶的變構激活劑，是丙酮酸激酶和磷酸果糖激酶的變構抑制劑AMP、ADP是丙酮酸羧化酶和果糖1,6-二磷酸酶的變構抑制劑，是丙酮酸激酶和磷酸果糖激酶的變構激活劑（二）激素的調節(jié)作用促進糖異生作用的激素

腎上腺素、胰高血糖素、糖皮質激素

抑制糖的異生作用的激素是