08 第八章 糖代谢.ppt

第1页：第8章糖代谢

第8章糖代谢

Carbohydrate Metabolism

第2页：本章主要内容

本章主要内容

• 糖在动物体内的一般概况
• 糖的分解供能
• 磷酸戊糖途径
• 葡萄糖异生途径
• 糖原的分解与合成
• 糖代谢各途径之间的关系

第3页：1 糖在动物体内的一般概况

动物机体主要的能源和碳源提供70%的能量

神经系统、胎儿和乳的合成消耗更多的葡萄糖为氨基酸和脂肪合成提供C的来源构成组织细胞的成分核酸中的核糖，结缔组织中的蛋白多糖，细胞膜上的糖脂和糖蛋白等其他方面如信号传导，免疫机能1.糖在动物体内的一般概况1.1 糖的生理功能

第4页：和去路葡萄糖消化吸收异生作用糖原分解氧化

1.2 和去路葡萄糖消化吸收异生作用糖原分解氧化

和去路葡萄糖消化吸收异生作用糖原分解氧化供能贮存转变成其他物质

第5页：意义反映机体的能量水平

意义反映机体的能量水平

糖的分解和利用的动态平衡，对大脑、胎儿尤为重要激素的调节作用胰岛素下调、胰高血糖素上调、肾上腺素上调、糖皮质激素上调糖尿血糖水平相对恒定，超过肾糖阈值，葡萄糖随尿排出1.3 血糖

第6页：2 糖的分解供能

1897年，Buchner

• 兄弟由蔗糖发酵成乙醇的实验中发现。
• 酵解是在无氧或缺氧的条件下，葡萄糖或糖原分解成乳酸并且有能量（ATP）释放的过程。
• 总反应为: 葡萄糖乳酸+ 能量G. Embden 和Meyerhof揭示了其途径。
• 酵解途径的酶系存在于胞液中。
• 2.糖的分解代谢2.1 糖酵解(Glycolysis)—糖的无氧氧化

第7页：第一阶段葡萄糖（6C）

第一阶段葡萄糖（6C）

个磷酸丙糖（3C）注意，这个过程消耗了2个ATP分子不可逆反应

第8页：不可逆反应反应倾向生成磷酸甘油醛

不可逆反应反应倾向生成磷酸甘油醛

往下以2分子甘油醛-3-P作为底物进行

第9页：生成丙酮酸在这个阶段发生了氧化反应

生成丙酮酸在这个阶段发生了氧化反应

生成丙酮酸在这个阶段发生了氧化反应（生成NADH）和第一次形成了高能键，共产生了2个ATP分子

第10页：烯醇化酶催化的反应使分子内部基团重排能量

烯醇化酶催化的反应使分子内部基团重排能量

烯醇化酶催化的反应使分子内部基团重排能量重新分布，形成了第二个高能键，共生成2个ATP分子不可逆反应

第11页：第三阶段丙酮酸还原成乳酸在无氧的条件下

第三阶段丙酮酸还原成乳酸在无氧的条件下

丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下，加氢还原生成乳酸，所需的NADH 来自第二阶段的反应

第12页：葡萄糖6-磷酸

葡萄糖6-磷酸

葡萄糖6-磷酸果糖16-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸二羟丙酮乙醛乳酸乙醇己糖激酶磷酸己糖异构酶磷酸果糖激酶醛缩酶脱氢酶磷酸甘油酸激酶变位酶烯醇化酶丙酮酸激酶乳酸脱氢酶-ATP-ATP+ATP+ATP糖原1-P-G糖酵解途径汇总由1分子G在无氧条件下氧化分解，最终产生2分子ATP。

如果从糖原开始，则可得到3分子ATP(见下一节)注意酵解途径中的3个关键酶催化的不可逆反应.他们是:1.己糖激酶2.磷酸果糖激酶3.丙酮酸激酶

第13页：糖酵解的生理意义

糖酵解的生理意义

动物机体在无氧或供氧不充分的情况下通过分解葡萄糖或糖原获得部分能量的重要方式。运动和使役的动物肌肉，一些供氧不足的组织，如视网膜、皮肤、睾丸以及肿瘤等组织通过这个途径获得部分能量。

酵解途径与糖的有氧氧化途径、磷酸戊糖途径以及异生途径都有密切联系

第14页：oxidation）有氧条件下,葡萄糖彻

2.2 oxidation）有氧条件下,葡萄糖彻

oxidation）有氧条件下,葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O,并伴有能量释放的过程C6H12O6+ 6O2 6CO2+ 6H2O + 能量过程分三阶段,第一阶段在胞液(同酵解)，后两个阶段在线粒体中进行

第15页：丙酮酸第一阶段由葡萄糖

丙酮酸第一阶段由葡萄糖

丙酮酸的氧化丙酮酸（3C）转变为乙酰CoA（2C），在线粒体中进行，由丙酮酸脱氢酶系催化，为不可逆反应，它包含有三个酶。总反应如下：与无氧酵解相同, 在胞液中进行注意产物为2分子乙酰CoA

第16页：丙酮酸脱氢酶复合体三个酶

丙酮酸脱氢酶复合体三个酶

E1 丙酮酸脱氢酶E2 二氢硫辛酸乙酰转移酶E3二氢硫辛酸脱氢酶还有6种辅助因子TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+和Mg2+丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvate dehydrogenasecomplex, PDC) 催化的反应

第17页：第三阶段三羧酸循环1937年Crebs

第三阶段三羧酸循环1937年Crebs

提出。又称柠檬酸循环或Crebs循环。以乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸（含3个羧基）的反应为起始，对乙酰基团进行氧化脱羧再生成草酰乙酸的单向循环反应序列。在线粒体中进行

第18页：三羧酸循环反应

三羧酸循环反应

本页为图示页，说明糖代谢途径与关键反应步骤。

第19页：三羧酸循环的产物乙酰CoA（2C）

三羧酸循环的产物乙酰CoA（2C）

经过三羧酸循环完全分解释放2个CO2，同时生成3个NADH2，1个FADH2，1个GTP（或ATP）。NADH2和FADH2所携带的H原子来自循环中代谢中间物的脱氢。

在有氧条件下，每2个H原子可以通过呼吸链（电子传递系统）传递给1/2O2，生成H2O，并且有能量释放用以合成ATP。

1分子NADH2经呼吸链生成1分子H2O和2.5个ATP1分子FADH2 经呼吸链生成1分子H2O和1.5个ATP

第20页：葡萄糖完全氧化为例进行能量计算

葡萄糖完全氧化为例进行能量计算第一阶段

的葡萄糖完全氧化为例进行能量计算第一阶段（胞液）：生成2ATP生成2NADH2计7（5）ATP第二阶段（线粒体）：2NADH22CO2计5ATP第三阶段（线粒体）：6NADH24CO22FADH22GTP（或2ATP）计20ATP共计32（30）ATP和6CO2

第21页：氧氧化的生理意义糖

氧氧化的生理意义糖

• 有氧氧化是动物获得能量的主要方式。
• 糖的有氧氧化是糖、脂和氨基酸等营养物质分解代谢的共同归宿。
• 糖的有氧氧化也是糖、脂和氨基酸等营养物质互相转变和联系的共同枢纽。
• 糖的有氧氧化途径为嘌呤、嘧啶、尿素的合成提供二氧化碳，也是大自然碳循环的重要组成部分

第22页：3 磷酸戊糖途径

不依赖于有氧或无氧的葡萄糖分解途径

约有30%的葡萄糖经过这条途径代谢，在胞液中进行，尤其在合成代谢旺盛的组织中活跃。

从6-P-葡萄糖开始，经过两个阶段：1. 氧化阶段——产生NADPH2、CO2和5-P-核酮糖；2. 非氧化阶段——通过基团的交换和分子内部的重组，5-P-核酮糖又转变为磷酸己糖。

2.3 磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway）

第23页：磷酸戊糖途径注意:途径的氧化阶段

磷酸戊糖途径注意:途径的氧化阶段

NADPH的和释放CO2非氧化阶段中基团交换和重组的结果生成磷酸果糖和3-磷酸甘油醛，后者又可以转变成磷酸果糖。氧化阶段非氧化阶段

第24页：磷酸戊糖途径的生理意义途径

磷酸戊糖途径的生理意义途径

NADPH用于还原性生物合成，如脂肪酸、胆固醇、脱氧核苷酸、谷胱甘肽等的合成，维持细胞的还原性，也可以氧化供能途径生成的磷酸核糖是合成核苷酸的原料与糖的酵解途径和有氧氧化途径相联系，也是其他单糖代谢和转变的途径与植物的光合过程有密切联系总反应: 6 X 葡萄糖-6-P 5 X 葡萄糖-6-P+ 12 NADPH2+ 6 CO2+Pi

第25页：4 糖异生作

糖代谢途径中的某个代谢中间产物沿着糖的分

通过糖代谢途径中的某个代谢中间产物沿着糖的分解途径逆转转变成葡萄糖或糖原。但是这种转变不是糖分解代谢的简单逆转，必须克服那些由关键酶所催化的不可逆反应造成的“能障”。

主要有三个酶催化的反应, 异生过程必须设法“绕过”这三个反应.己糖激酶（葡萄糖激酶，肝）: 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸果糖激酶: 果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸丙酮酸激酶: 磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸+ATP烯醇式丙酮酸丙酮酸3. 糖的异生作用3.1 概述ATPATPADP(1)(2)(3)

第26页：反应过程要克服糖分解代谢途径中的三个障碍

3.2 反应过程要克服糖分解代谢途径中的三个障碍

反应过程要克服糖分解代谢途径中的三个障碍(不可逆反应)第一个反应的逆向反应是：第二个反应的逆向反应是：肝脏

第27页：第三个反应的逆转通过以下反应

第三个反应的逆转通过以下反应

A：反应在线粒体中进行, 该酶需要生物素作辅酶B：反应在胞液中进行，草酰乙酸通过苹果酸转运到胞液

第28页：苹果酸在转运草酰乙酸时发挥了载体的作

苹果酸在转运草酰乙酸时发挥了载体的作

本页为图示页，说明糖代谢途径与关键反应步骤。

第29页：线粒体中进行胞液中进行非糖物质

线粒体中进行胞液中进行非糖物质

乳酸和某些生糖氨基酸)的异生途径非糖物质的异生作用在肝脏和肾脏中进行

第30页：异生作用的意义和乳酸的利用在糖

异生作用的意义和乳酸的利用在糖的来源不足时

如饥饿、禁食等情况下，异生作用是维持机体血糖水平的重要手段，对神经组织、大脑、胎儿尤其重要。反刍动物50%葡萄糖的来源通过丙酸的异生作用(见脂代谢)。

肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸同时，还可将其转变为葡萄糖或肝糖原，实现对乳酸的再利用, 称为Coris 循环。乳酸循环（Cori 循环）

第31页：5 糖原的分解与合成

糖原( glycogen )

• 又称动物淀粉，支链，分子量数百万以上。
• 主要由葡萄糖以α（1，4）糖苷键相连（93%），以少量α（1，6）糖苷键（7%）形成分支。
• 有肝糖原和肌糖原。
• 4. 糖原的分解与合成4.1 糖原结构

第32页：糖原磷酸化酶转移酶脱支酶

糖原磷酸化酶转移酶脱支酶

4.2 糖原分解在磷酸化酶催化下糖原被磷酸解生成葡萄糖-1-磷酸,其分支由脱支酶催化水解脱去,生成葡萄糖Pi

第33页：葡萄糖-1-磷酸在磷酸

葡萄糖-1-磷酸在磷酸

葡萄糖变位酶的作用下转变成葡萄糖-6-磷酸，后者或者进入糖的氧化分解途径, 或者在葡萄糖磷酸酶(肝脏)作用下水解成葡萄糖，释放进入血液

第34页：过多摄入的葡萄糖

过多摄入的葡萄糖

可以通过合成糖原贮存在肝和肌肉中.但是每个葡萄糖分子都首先要磷酸化成为6-P-葡萄糖，再异构成1-P-葡萄糖，后着再进一步活化为尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)。

再在糖原引物的非还原端逐个加上葡萄糖基，同时释放出UDP，糖原合成酶是这个反应的关键酶。糖原的分支由分支酶催化形成.4.3 糖原合成12

第35页：345UDPG焦磷酸化酶催化G-1-P

345UDPG焦磷酸化酶催化G-1-P

活化成为UDP-葡萄糖(尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖)糖原引物

第36页：乳糖分解UDP-半

4.4 乳糖分解UDP-半

乳糖可以异构成UDP-葡萄糖,再进一步代谢转变

第37页：6 糖代谢的调节

5 糖代谢的调节

5.1 糖代谢各途径之间的联系第一个交汇点：6-磷酸葡萄糖第二个交汇点：3-磷酸甘油醛第三个交汇点：丙酮酸

第38页：途径的相互影响细胞能量水平的提高

途径的相互影响细胞能量水平的提高

通过抑制肌肉磷酸己糖激酶的活性降低酵解途径的活性，这种有氧氧化抑制酵解途径称巴斯德效应磷酸戊糖途径中的6-P-葡萄糖酸（作为一种竞争性抑制剂）抑制磷酸己糖异构酶，从而抑制酵解和有氧氧化途径。

激素的影响激素对糖代谢的影响主要有胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素和糖皮质激素等5.2 糖代谢的调节

第39页：细胞能量水平的调节糖的摄入

细胞能量水平的调节糖的摄入

除了部分供能以外，糖原的合成增加；而运动使糖分解加快，糖原的合成变慢。缺乏糖的供应，糖异生作用加强。

途径中关键酶的活性在相当程度上受到细胞能量水平（细胞中ATP和ADP、AMP的相对比例）的影响，这些核苷酸常是这些关键酶的变构调节剂

第40页：糖代谢途径中

糖代谢途径中

主要关键酶活性调节

第41页：本章结束

本章结束

本页为图示页，说明糖代谢途径与关键反应步骤。

第42页：糖代谢练习题

糖代谢练习题

肽的氨基酸序列是：Lys Met Ser Glu Ser Tyr Ala Leu Glya. 正确命名这个肽;b. 写出它受胰蛋白酶与胰凝乳蛋白酶共同作用时得到的产物,分别指出这两种酶的切点。

2.图示以下多核苷酸链5’AUUCCGACUGGCGAAGUCGGCGC 3’在溶液中可能形成的结构.

第43页：糖代谢练习题（续）

糖代谢练习题（续）

• 但有时其活性又容易被重金属离子所抑制。
• 为什么？4. 动物缺乏B族维生素供应时，会直接影响对糖的利用。
• 举2个例子予以说明