05 第四章 糖代谢.ppt

第1页：第四章 糖代谢封面

第四章 糖代谢封面

• 周爱儒《生物化学》第六版第四章糖代谢Metabolism of Carbohydrates2005. 09

第2页：新陈代谢（物质代谢和能量代谢）物质代谢大

新陈代谢（物质代谢和能量代谢）物质代谢大

• 新陈代谢（物质代谢和能量代谢）物质代谢大分子分解为小分子释放能量需要能量小分子合成为大分子分解代谢合成代谢能量代谢
• 新陈代谢的特征

1. 代谢途径的区域化
2. 代谢途径的单向性( 代谢中的限速酶)
3. 代谢途径的多样性、复杂性
4. 代谢途径的可调节性新陈代谢概述

第3页：第四章 糖代谢章节目录

第四章 糖代谢章节目录

• 第一节概述第二节糖的分解代谢第三节糖原合成和分解第四节糖异生

第4页：第一节概述

第一节概述

第5页：糖的分类及其结构根据其水解产物的情况

糖的分类及其结构根据其水解产物的情况

• 糖的分类及其结构根据其水解产物的情况，糖主要可分为:单糖(monosacchride)寡糖(oligosacchride)多糖(polysacchride)结合糖

第6页：葡萄糖(glucose)——已醛糖果糖(

葡萄糖(glucose)——已醛糖果糖(

• 葡萄糖(glucose)——已醛糖果糖(fructose)——已酮糖

1. 单糖不能再水解的糖。

第7页：半乳糖(galactose)——已醛糖核

半乳糖(galactose)——已醛糖核

• 半乳糖(galactose)——已醛糖核糖(ribose) ——戊醛糖

第8页：寡糖常见的几种二糖有

寡糖常见的几种二糖有

寡糖常见的几种二糖有

麦芽糖(maltose)葡萄糖—葡萄糖蔗糖(sucrose)葡萄糖—果糖乳糖(lactose)葡萄糖—半乳糖能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。

第9页：多糖能水解生成多个分子单糖的糖

多糖能水解生成多个分子单糖的糖

1. 多糖能水解生成多个分子单糖的糖。常见的多糖有：淀粉(starch)糖原(glycogen)纤维素(cellulose)

第10页：淀粉是植物中养分的储存形式淀粉颗粒

淀粉是植物中养分的储存形式淀粉颗粒

第11页：糖原是动物体内葡萄糖的储存形式

糖原是动物体内葡萄糖的储存形式

第12页：结合糖糖与非糖物质的结合物

结合糖糖与非糖物质的结合物

1. 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

第13页：淀粉麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）

淀粉麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）

• 淀粉麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）α-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%）葡萄糖唾液中的α-淀粉酶α-葡萄糖苷酶α-临界糊精酶消化过程肠粘膜上皮细胞刷状缘胃口腔肠腔胰液中的α-淀粉酶
• 糖的消化与吸收

第14页：ADP+Pi ATP G Na+K+

ADP+Pi ATP G Na+K+

• ADP+Pi ATP G Na+K+Na+泵小肠粘膜细胞肠腔门静脉吸收Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter, SGLT)

第15页：糖的主要生理功能--氧化产能（第一能源物

糖的主要生理功能--氧化产能（第一能源物

• 糖的主要生理功能--氧化产能（第一能源物质）体内糖代谢概况无氧酵解有氧氧化磷酸戊糖途经分解代谢糖原合成和分解糖异生血糖—糖在体内的利用、运输形式。生物膜组分（糖脂/糖蛋白）组成活性物质（抗体/凝血因子）

第16页：第二节糖的分解代谢

第二节糖的分解代谢

• 第二节糖的分解代谢Catabolism of Glucose

第17页：无氧酵解（Glycolysis）

无氧酵解（Glycolysis）

• 基本概念
• 基本反应阶段无O2胞液G2 乳酸

1. GF-1,6-P2、F-1,6-P 3-P-甘油醛3、3-P-甘油醛丙酮酸
2. 丙酮酸乳酸（四要素）

第18页：

第19页：ATP的生成

ATP的生成

• 氧化磷酸化
• 底物水平磷酸化通过代谢，在底物分子上形成一个高能键，然后再直接转交给其它二磷酸核苷(ADP)，生成相应的三磷酸核苷(ATP)的过程。

1. 概念：
2. 实例（三个）3-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸→3-二磷酸甘油酸2-二磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸α-酮戊二酸→琥珀酰CoA →琥珀酸AADP ATP——ATP生成的主要方式——

第20页：丙酮酸（2*3C）2ATP2H（

丙酮酸（2*3C）2ATP2H（

• 丙酮酸（2*3C）2ATP2H（NADH）E1E2E3-1ATPF-1,6-P（6C）-1ATPG（6C）G-6-P3-P-甘油醛（2*3C）乳酸（2*3C）2H己糖激酶第一阶段6C 6C消耗2ATP第二阶段6C 2×3C丙酮酸激酶第三阶段2×3C 2×3C一次脱氢、二次产能无氧酵解基本反应途径第四阶段2*3C 2*C丙酮酸还原生成乳酸6-

第21页：糖酵解生理意义

糖酵解生理意义

1. 迅速供能，对肌收缩尤为重要
2. 为某些组织细胞提供能量(RBC)
3. 为代谢活跃的神经、白细胞、骨髓等提供部分能量

第22页：糖酵解小结

糖酵解小结

糖酵解小结

⑴反应部位：胞浆⑵不需氧⑶有三步不可逆反应G G-6-PATP ADP己糖激酶ATP ADPF-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶-1ADP ATPPEP 丙酮酸丙酮酸激酶

第23页：⑷产能的方式和数量方式

⑷产能的方式和数量方式

⑷产能的方式和数量方式

底物水平磷酸化净生成ATP数量：从G开始2×2-2= 2ATP从Gn开始2×2-1= 3ATP⑸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）

第24页：糖酵解的调节关键酶

糖酵解的调节关键酶

• 己糖激酶
• 6-磷酸果糖激酶-1
• 丙酮酸激酶调节方式
• 别构调节
• 共价修饰调节

第25页：6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1)* 别

6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1)* 别

1. 6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1)* 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）

• 此酶有二个结合ATP的部位：
• 活性中心底物结合部位（低浓度时）
• 活性中心外别构调节部位（高浓度时）
• F-1,6-2P 正反馈调节该酶

第26页：共价修饰调节丙酮酸激酶丙酮酸激酶

共价修饰调节丙酮酸激酶丙酮酸激酶

• 共价修饰调节丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATP ADPPi 磷蛋白磷酸酶（无活性）（有活性）胰高血糖素PKA, CaM激酶P2. 丙酮酸激酶别构调节别构抑制剂：ATP, 丙氨酸别构激活剂：1,6-双磷酸果糖

第27页：己糖激酶或葡萄糖激酶哺乳类动物己糖激酶同

己糖激酶或葡萄糖激酶哺乳类动物己糖激酶同

1. 己糖激酶或葡萄糖激酶哺乳类动物己糖激酶同工酶有4种（Ⅰ至Ⅳ型）。肝细胞中存在的是Ⅳ型：葡萄糖激酶。

• 对葡萄糖的亲和力很低
• 受激素调控

第28页：有氧氧化(Aerobic

有氧氧化(Aerobic

• 有氧氧化(Aerobic Oxidation)O2线粒体

1. 丙酮酸乙酰CoA（线粒体）2*
2. 乙酰CoA的氧化

• 基本概念
• 基本反应阶段

1. 葡萄糖(G) 2*丙酮酸（无氧酵解/胞液）——三羧酸循环G CO2+ H2O + ATP（四要素）

第29页：返回丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸+ NAD+

返回丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸+ NAD+

• 返回丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸+ NAD++ HSCoA → 乙酰CoA + NADH + H++ CO2丙酮酸脱氢酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺脱氢酶辅酶：TPP硫辛酸CoA FADNAD+

第30页：三羧酸循环(

三羧酸循环(

• 三羧酸循环(Tricarboxylicacidcycle,TAC)
• 概念
• 途径两次脱羧——2CO2四次脱氢——2H / FADH2一次底物磷酸化产能——1 GTP（1 ATP）一次三羧酸循环彻底氧化一分子乙酰辅酶A，产生12个ATP。ATP：3*3+1*2包括
• 生理意义2C + 4C 6C（柠檬酸-三羧酸）3(2H)/ 3NADH是三大营养物质氧化分解的共同途径，代谢联系的枢纽；为其它物质代谢提供小分子前体；为呼吸链提供H+ + e。

第31页：柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢

柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢

• 柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶关键酶：

第32页：

第33页：TAC 小结

TAC 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，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。

• 反应部位：线粒体。

第34页：三羧酸循环的要点经过一次三羧酸循环

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。
• 四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2 ，1分子GTP。与呼吸链偶联共产生12分子ATP。

关键酶有

柠檬酸合酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶

第35页：CoASHNADH+H+NAD+CO2

CoASHNADH+H+NAD+CO2

• CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OCoASHCoASH
• H2O
• 柠檬酸合酶
• 顺乌头酸酶
• 异柠檬酸脱氢酶
• α-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

第36页：三羧酸循环的中间产物三羧酸循环中间产物起

三羧酸循环的中间产物三羧酸循环中间产物起

• 三羧酸循环的中间产物三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，但TAC要顺利进行，中间代谢物需要及时补充。不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物。中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。

第37页：有氧氧化生理意义为生命活动提供大量的能量

有氧氧化生理意义为生命活动提供大量的能量

• 有氧氧化生理意义为生命活动提供大量的能量；其中三羧酸循环是三大物质代谢的枢纽。有氧氧化和无氧酵解的比较无氧酵解有氧氧化起始物终产物对O2的需求细胞部位产能数量产能方式G或GnG或Gn乳酸CO2H2O无O2有O2胞液胞液、线粒体少(2 )多(36—38 )底物磷酸化氧化磷酸化、底物磷酸化

第38页：G（6C）2ATPNADH-2 ATP乳

G（6C）2ATPNADH-2 ATP乳

• G（6C）2ATPNADH-2 ATP乳酸（2*3C）3-P-甘油醛（2*3C）丙酮酸F-1,6-PG-6-P
• -酮戊二酸（5C）E2草酰乙酸CoAE3琥珀酰CoAE1柠檬酸（6C）CO2NADH乙酰CoA（2*2C）NADHCO2CO2NADH1ATP琥珀酸FADH2NADH第一阶段产能2ATP2NADH6—8ATP6C 2*3C第二阶段

第39页：

第40页：巴斯德效应(Pastuer

巴斯德效应(Pastuer

• 巴斯德效应(Pastuer effect)——有氧氧化抑制生醇发酵（糖酵解）的现象。机制：有氧时NADH被氧化，丙酮酸不能生成乳酸，而进行有氧氧化。

第41页：有氧氧化的调节关键酶

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-1α-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶

第42页：ATP/ADPNADH/NAD+

ATP/ADPNADH/NAD+

产物堆积引起抑制

乙酰CoA/HSCoA（别构反馈抑制）

• 相关代谢物的调节如脂肪酸

第43页：磷酸戊糖途经(Pentose

磷酸戊糖途经(Pentose

• 磷酸戊糖途经(Pentose phosphate pathway)
• 概况起始物关键酶中间产物------G-6-P-----G6PD---NADPH、R-5-P
• 反应途经
• 生理意义

1. R-5-P-------为核甘酸合成提供戊碳糖
2. NADPH-----作为供氢体参与

• 胆固醇、脂肪酸的合成
• 维持RBC膜的稳定和功能完整
• 肝脏的生物转化作用

第44页：

第45页：总反应式3×6-磷酸葡萄糖+ 6

总反应式3×6-磷酸葡萄糖+ 6

• 总反应式3×6-磷酸葡萄糖+ 6 NADP+2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2

第46页：GF-1,6-P3-P-甘油醛丙酮酸乳酸

GF-1,6-P3-P-甘油醛丙酮酸乳酸

• GF-1,6-P3-P-甘油醛丙酮酸乳酸乙酰CoAG-6-P草酰乙酸柠檬酸
• -酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸CoANADPHR-5-PG6PD

第47页：第三节糖原的合成与分解

第三节糖原的合成与分解

• 第三节糖原的合成与分解Glycogenesis and Glycogenolysis

第48页：糖原的合成G Gn肝

糖原的合成G Gn肝

• 糖原的合成G Gn肝、肌肉胞浆

1. 概念
2. 反应途径GG-6-PG-1-PUDPGGn糖原合酶
3. 生理功能——能量的贮存乳酸

• 糖原的分解

1. 概念GnG乳酸肝肌肉
2. 反应途径
3. 生理功能——能量的释放

• 肝糖原分解----直接补充血糖
• 肌糖原分解----间接补充血糖G6P酶磷酸化酶

第49页：分支酶

分支酶

第50页：糖原合成与分解的调节糖原合酶磷酸化酶a-

糖原合成与分解的调节糖原合酶磷酸化酶a-

• 糖原合成与分解的调节糖原合酶磷酸化酶a-P磷酸化酶bAMPATP及6-磷酸葡萄糖♁♁

磷酸化

—+别构：* 在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上腺素调节。

第51页：糖原积累症糖原累积症(

糖原积累症糖原累积症(

• 糖原积累症糖原累积症(glycogen storage diseases)是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。

第52页：型别缺陷的酶受害器官糖原结构Ⅰ葡萄糖-

型别缺陷的酶受害器官糖原结构Ⅰ葡萄糖-

• 型别缺陷的酶受害器官糖原结构Ⅰ葡萄糖-6-磷酸酶缺陷肝、肾正常Ⅱ溶酶体α1→4和1→6葡萄糖苷酶所有组织正常Ⅲ脱支酶缺失肝、肌肉分支多，外周糖链短Ⅳ分支酶缺失所有组织分支少，外周糖链特别长Ⅴ肌磷酸化酶缺失肌肉正常Ⅵ肝磷酸化酶缺陷肝正常Ⅶ肌肉和红细胞磷酸果糖激酶缺陷肌肉、红细胞正常Ⅷ肝脏磷酸化酶激酶缺陷脑、肝正常糖原积累症分型

第53页：第四节糖异生作用

第四节糖异生作用

• 第四节糖异生作用Gluconeogenesis

第54页：概念非糖物质——————G或Gn异生原料

概念非糖物质——————G或Gn异生原料

• 概念非糖物质——————G或Gn异生原料：丙酮酸、乳酸、甘油、氨基酸
• 异生过程肝(肾)胞浆、线粒体基本上为糖酵解的逆过程，但须绕过三个“能障”(糖酵解的三个关键酶)：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖双磷酸酶-1、G6P酶
• 生理意义

1. 饥饿或空腹状态下维持血糖浓度稳定
2. 有效利用乳酸，节约能源，防止酸中毒
3. 更新肝糖原，有利于

第55页：

第56页：注意:

注意:

• 非糖物质进入糖异生的途径生糖氨基酸α-酮酸-NH2 甘油α-磷酸甘油磷酸二羟丙酮乳酸丙酮酸2H
• 无效循环——当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而称之为无效循环(futilecycle)。

第57页：乳酸循环——肌肉收缩糖酵解产生乳酸

乳酸循环——肌肉收缩糖酵解产生乳酸

• 乳酸循环——肌肉收缩糖酵解产生乳酸，乳酸通过细胞膜弥散进入血液后，再入肝，在肝内异生为葡萄糖，葡萄糖释入血液后又可被肌肉所摄取，从而构成了乳酸循环，又称Cori循环。意义：避免损失乳酸，以及防止因乳酸堆积引起的酸中毒。

第58页：

第59页：第五节血糖Blood

第五节血糖Blood

• 第五节血糖Blood Glucose

第60页：血糖——血中的

血糖——血中的

• 血糖——血中的G，是糖在体内的运输和利用形式。

血糖的来源和去路

血糖3.9 ~ 6.1mmol / L食物中糖肝糖原甘油、乳酸氧化产能合成糖原转变为非糖物质尿糖

• 8.9mmol / L

第61页：血糖水平恒定的生理意义保证重要组织器官的

血糖水平恒定的生理意义保证重要组织器官的

• 血糖水平恒定的生理意义保证重要组织器官的能量供应，特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。
• 脑组织不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡萄糖供能；
• 红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获能；
• 骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。

第62页：血糖水平的调节降低血糖

血糖水平的调节降低血糖

血糖水平的调节降低血糖

胰岛素(insulin) 升高血糖：胰高血糖素(glucagon)、糖皮质激素、肾上腺素* 主要依靠激素的调节

第63页：胰岛素

胰岛素

• 促进葡萄糖转运进入肝外细胞；
• 加速糖原合成，抑制糖原分解；
• 加快糖的有氧氧化；
• 抑制肝内糖异生；
• 减少脂肪动员。——体内唯一降低血糖水平的激素胰岛素的作用机制:

第64页：胰高血糖素

胰高血糖素

• 促进肝糖原分解，抑制糖原合成；
• 抑制酵解途径，促进糖异生；
• 促进脂肪动员。——体内升高血糖水平的主要激素胰高血糖素的作用机制：

第65页：糖皮质激素——引起血糖升高

糖皮质激素——引起血糖升高

• 糖皮质激素——引起血糖升高，肝糖原增加作用机制可能有两方面：
• 促进肌肉蛋白质分解，分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生。
• 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。*在糖皮质激素存在时，其他促进脂肪动员的激素才能发挥最大的效果，间接抑制周围组织摄取葡萄糖。

第66页：肾上腺素——强有力的升高血糖的激素肾上腺

肾上腺素——强有力的升高血糖的激素肾上腺

• 肾上腺素——强有力的升高血糖的激素肾上腺素的作用机制通过肝和肌肉的细胞膜受体、cAMP、蛋白激酶级联激活磷酸化酶，加速糖原分解。主要在应激状态下发挥调节作用。

第67页：糖耐量试验(glucose

糖耐量试验(glucose

• 糖耐量试验(glucose tolerance test, GTT) 目的：临床上用来诊断病人有无糖代谢异常。口服糖耐量试验的方法清晨空腹静脉采血测定血糖浓度，然后一次服用100g葡萄糖，服糖后的1/2、1、2h（必要时可在3h）各测血糖一次。以测定血糖的时间为横坐标（空腹时为0h），血糖浓度为纵坐标，绘制糖耐量曲线。

第68页：糖耐量曲线

糖耐量曲线

第69页：血糖水平异常

血糖水平异常

• 高血糖及糖尿症

1. 高血糖(hyperglycemia)的定义
2. 肾糖阈的定义临床上将空腹血糖浓度高于7.22~7.78mmol/L称为高血糖。当血糖浓度高于8.89~10.00mmol/L时，超过了肾小管的重吸收能力，则可出现糖尿。这一血糖水平称为肾糖阈。

第70页：高血糖及糖尿的病理和生理原因a.持续性高

高血糖及糖尿的病理和生理原因a.持续性高

1. 高血糖及糖尿的病理和生理原因a.持续性高血糖和糖尿，主要见于糖尿病(diabetes mellitus, DM)。Ⅰ型（胰岛素依赖型）Ⅱ型（非胰岛素依赖型）b. 血糖正常而出现糖尿，见于慢性肾炎、肾病综合征等引起肾对糖的吸收障碍。c. 生理性高血糖和糖尿可因情绪激动而出现。

第71页：低血糖

低血糖

1. 低血糖(hypoglycemia)的定义
2. 低血糖的影响空腹血糖浓度低于3.33~3.89mmol/L时称为低血糖。血糖水平过低，会影响脑细胞的功能，从而出现头晕、倦怠无力、心悸等症状，严重时出现昏迷，称为低血糖休克。

第72页：低血糖的病因

低血糖的病因

• 胰性（胰岛β-细胞功能亢进、胰岛α-细胞功能低下等）
• 肝性（肝癌、糖原积累病等）
• 内分泌异常（垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等）
• 肿瘤（胃癌等）
• 饥饿或不能进食