生物化学第04章-糖代谢.ppt

第四章第四章 糖代谢糖代谢Metabolism of Carbohydrates陈耕夫陈耕夫生物化学与分子生物学系生物化学与分子生物学系基础学院基础学院主要内容主要内容一、概述一、概述二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解四、磷酸戊糖途径四、磷酸戊糖途径五、糖原的合成与分解五、糖原的合成与分解六、糖异生六、糖异生七、血糖及其调节七、血糖及其调节一、概述一、概述（一）糖的概念（一）糖的概念 糖糖(carbohydrates)即碳水化合物，大多数可以即碳水化合物，大多数可以用用Cx(H2O)y标示其分子式。标示其分子式。其化学本质为其化学本质为多羟基醛多羟基醛或或多羟基酮多羟基酮类及其衍生类及其衍生物或多聚物。物或多聚物。一、概述一、概述（二）糖的分类（二）糖的分类l单糖单糖：不能再水解的糖，如葡萄糖、果糖等。：不能再水解的糖，如葡萄糖、果糖等。l寡糖寡糖：能水解生成几分子单糖的糖：能水解生成几分子单糖的糖,如蔗糖、麦芽糖等如蔗糖、麦芽糖等l多糖多糖：能水解生成多个分子单糖的糖，如淀粉、纤维素等。：能水解生成多个分子单糖的糖，如淀粉、纤维素等。l结合糖结合糖：糖与非糖物质的结合物。又分为：糖与非糖物质的结合物。又分为u糖脂糖脂：糖与脂类的结合物。：糖与脂类的结合物。u糖蛋白糖蛋白：糖与蛋白质的结合物，蛋白质含量较高，表现：糖与蛋白质的结合物，蛋白质含量较高，表现为蛋白质的理化性质。为蛋白质的理化性质。u蛋白聚糖蛋白聚糖：糖与蛋白质结合物，糖的含量较高，表现为：糖与蛋白质结合物，糖的含量较高，表现为多糖的理化性质。多糖的理化性质。单糖单糖葡萄糖葡萄糖(glucose)（已醛糖）已醛糖）果糖果糖(fructose)（已酮糖）（已酮糖）寡糖寡糖麦芽糖麦芽糖(maltose)：葡萄糖：葡萄糖 葡萄糖葡萄糖蔗蔗 糖糖(sucrose)：葡萄糖：葡萄糖 果糖果糖乳乳 糖糖(lactose)：葡萄糖：葡萄糖 半乳糖半乳糖多糖多糖l淀粉淀粉是是植物植物中养分的储存形式。中养分的储存形式。淀粉淀粉颗粒颗粒-1,4-糖苷键糖苷键多糖多糖l糖原糖原是是动物动物体内葡萄糖的储存形式。体内葡萄糖的储存形式。糖原的结构特点：糖原的结构特点：1.葡萄糖单元以葡萄糖单元以-1,4-糖苷键糖苷键形成长链。形成长链。2.约约10个葡萄糖单元处形成个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以分枝，分枝处葡萄糖以-1,6-糖苷键连接，分支增加，糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。溶解度增加。3.每条链都终止于一个非还每条链都终止于一个非还原端。非还原端增多，以原端。非还原端增多，以利于其被酶分解。利于其被酶分解。多糖多糖l纤维素纤维素作为植物的骨架。作为植物的骨架。-1,4-糖苷键糖苷键结合糖结合糖糖脂糖脂 糖类与脂类结合形成糖类与脂类结合形成的复合物。的复合物。结合糖结合糖糖蛋白糖蛋白 如血型的抗原性来源于糖蛋白多糖链，糖链末如血型的抗原性来源于糖蛋白多糖链，糖链末端单糖的不同决定了不同的血型。端单糖的不同决定了不同的血型。【Gal半乳糖半乳糖;GalNAc乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺;Fuc岩藻糖岩藻糖;GNAc乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺】结合糖结合糖蛋白聚糖蛋白聚糖 由一条或多条糖基侧链和一个核心蛋白以共价键相连形由一条或多条糖基侧链和一个核心蛋白以共价键相连形成的复合糖。在复合糖中糖的含量远高于蛋白质（糖的含量成的复合糖。在复合糖中糖的含量远高于蛋白质（糖的含量可超过可超过95%），故蛋白聚糖主要表现为多糖的理化性质。），故蛋白聚糖主要表现为多糖的理化性质。透明质酸透明质酸硫酸角质素硫酸角质素硫酸软骨素硫酸软骨素连接蛋白连接蛋白蛋白聚糖核心蛋白蛋白聚糖核心蛋白一、概述一、概述（三）糖的主要生理功能（三）糖的主要生理功能氧化供能氧化供能l糖在生命活动中的主要作用是提供碳源和能源糖在生命活动中的主要作用是提供碳源和能源 l提供合成体内其他物质的原料提供合成体内其他物质的原料 如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。核苷等物质的原料。l作为机体组织细胞的组成成分作为机体组织细胞的组成成分 如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。一、概述一、概述（四）糖的消化（四）糖的消化 人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉淀粉为为主。主。消化部位消化部位：主要在主要在小肠小肠，少量在口腔。，少量在口腔。淀粉消化的基本过程淀粉消化的基本过程 人体不能消化食物中所含有的大量纤维素，但人体不能消化食物中所含有的大量纤维素，但纤维素是维持人体健康所必需的成分。纤维素是维持人体健康所必需的成分。淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖+麦芽三糖麦芽三糖 （40%40%）（25%25%）-临界糊精临界糊精+异麦芽糖异麦芽糖 （30%30%）（5%5%）葡萄糖葡萄糖 唾液中的唾液中的-淀粉酶淀粉酶 -葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 -临界糊精酶临界糊精酶 肠粘膜上皮肠粘膜上皮细胞刷状缘细胞刷状缘 口腔口腔 肠腔肠腔 胰液中的胰液中的-淀粉酶淀粉酶 一、概述一、概述（五）葡萄糖的吸收和转移（五）葡萄糖的吸收和转移u 葡萄糖的吸收葡萄糖的吸收 葡萄糖吸收部位为葡萄糖吸收部位为小肠小肠上段上段，以，以单糖单糖形式吸收。形式吸收。葡萄糖吸收是一个依赖葡萄糖吸收是一个依赖特定载体转运的、间接特定载体转运的、间接耗能耗能的主动吸收的主动吸收。一、概述一、概述（五）葡萄糖的吸收和转移（五）葡萄糖的吸收和转移u葡萄糖的转移葡萄糖的转移 葡萄糖吸收进入血液后，葡萄糖吸收进入血液后，主要依赖主要依赖葡萄糖转运体葡萄糖转运体(glucose transporter，GLUT)的作用进入细胞。的作用进入细胞。一、概述一、概述（六）葡萄糖的代谢概况（六）葡萄糖的代谢概况葡萄糖葡萄糖酵解酵解途径途径丙丙酮酮酸酸无氧无氧 乳酸乳酸糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油糖原糖原肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊磷酸戊糖途径糖途径 核糖核糖+NADPH+H+淀粉淀粉消化与吸收消化与吸收 有氧有氧H2O及及CO2ATP主要内容主要内容一、概述一、概述二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解四、磷酸戊糖途径四、磷酸戊糖途径五、糖原的合成与分解五、糖原的合成与分解六、糖异生六、糖异生七、血糖及其调节七、血糖及其调节二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）（一）定义（一）定义 在机体在机体缺氧缺氧条件下，葡萄糖经一系列酶促反应条件下，葡萄糖经一系列酶促反应生成丙酮酸进而还原生成生成丙酮酸进而还原生成乳酸乳酸的过程称为的过程称为糖酵解糖酵解（glycolysis），亦称），亦称糖的无氧氧化糖的无氧氧化（anaerobic oxidation）。）。糖酵解的反应部位：胞浆糖酵解的反应部位：胞浆二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）（二）糖无氧分解的基本过程（二）糖无氧分解的基本过程l 第一阶段第一阶段 由葡萄糖分解成由葡萄糖分解成丙酮酸丙酮酸(pyruvate)，称之为糖，称之为糖酵解途径酵解途径(glycolytic pathway)。葡萄糖（葡萄糖（C6H12O6）2丙酮酸（丙酮酸（C3H4O3）+4H l 第二阶段第二阶段 由丙酮酸转变成由丙酮酸转变成乳酸乳酸。2丙酮酸（丙酮酸（C3H4O3）+4H 2乳酸（乳酸（C3H6O3）1.葡萄糖磷酸化为葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 ATP ADPMg2+己糖激酶己糖激酶(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羟丙酮羟丙酮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葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P)第一阶段：葡萄糖经酵解途径分第一阶段：葡萄糖经酵解途径分解为两分子丙酮酸解为两分子丙酮酸 哺哺乳乳类类动动物物体体内内已已发发现现有有4 4种种己己糖糖激激酶酶同同工工酶酶，分分别别称称为为至至型型。肝肝细细胞胞中中存存在在的的是是型，称为型，称为葡萄糖激酶葡萄糖激酶(glucokinaseglucokinase)。葡葡萄萄糖糖激激酶酶的的特特点点是是：对对葡葡萄萄糖糖的的亲亲和和力很低；力很低；受激素调控。受激素调控。这这些些特特性性使使葡葡萄萄糖糖激激酶酶在在维维持持血血糖糖水水平平和和糖代谢中起着重要的生理作用。糖代谢中起着重要的生理作用。己糖激酶的同工酶己糖激酶的同工酶2.6-磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖磷酸果糖己糖异构酶己糖异构酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二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羟丙酮羟丙酮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6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖磷酸果糖 (fructose-6-phosphate,F-6-P)3.6-磷酸果糖转变为磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 ATP ADP Mg2+6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二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羟丙酮羟丙酮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l6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1(6-phosphfructokinase-1)6-6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P)1,6-1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 4.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 醛缩酶醛缩酶(aldolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二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羟丙酮羟丙酮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磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 +5.磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖的同分异构化GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二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羟丙酮羟丙酮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磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶(phosphotriose isomerase)3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 6.3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸Pi、NAD+NADH+H+3-3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二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羟丙酮羟丙酮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3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 1,3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸 O=CCHOHCH2POP POP PO7.1,3-1,3-二磷酸甘油酸转变成二磷酸甘油酸转变成二磷酸甘油酸转变成二磷酸甘油酸转变成3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸ADP ATP 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 (phosphoglyceraphosphoglyceratete kinase)kinase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二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羟丙酮羟丙酮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 底底物物在在脱脱氢氢或或脱脱水水过过程程中中分分子子内内部部能能量量重重新新分分布布，生生成成高高能能键键，使使ADPADP直直接接磷磷酸酸化化生生成成 ATPATP的的 过过 程程，称称 为为 底底 物物 水水 平平 磷磷 酸酸 化化(substrate level(substrate level phosphorylationphosphorylation)。1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸O=CCHOHCH2POP POP PO3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸COOHCHOHCH2POP PO8.3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二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羟丙酮羟丙酮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磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶(phosphoglyceratephosphoglycerate mutasemutase)3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCHOHCH2POP POCOOHCHCH2POP POOHOH9.2-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GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二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羟丙酮羟丙酮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烯醇化酶烯醇化酶(enolaseenolase)+H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate,PEP)2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCHCH2POP POOHOHH2OADP ATP K+Mg2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶(pyruvatepyruvate kinase)kinase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二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羟丙酮羟丙酮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10.磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，并通过底物水平磷酸化生成并通过底物水平磷酸化生成ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸第二阶段：丙酮酸转变成乳酸第二阶段：丙酮酸转变成乳酸反应中的反应中的NADH+H+来自于上述第来自于上述第6 6步反步反应中的应中的 3-3-磷酸甘油醛脱氢反应。磷酸甘油醛脱氢反应。丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶NADH+H+NAD+E1:己糖激酶己糖激酶 E2:6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 E3:丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+乳乳 酸酸 糖糖酵酵解解的的代代谢谢途途径径GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATP ADP ATPADP1,3-二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羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+NADH+H+ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸E2E1E3NADH+H+二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）（三）糖无氧分解过程总结（三）糖无氧分解过程总结（1）反应部位：）反应部位：胞浆胞浆（2）糖酵解是一个）糖酵解是一个不需氧的产能不需氧的产能过程过程（3）反应全过程中有三步不可逆的反应，催化不可）反应全过程中有三步不可逆的反应，催化不可逆反应的三个关键酶是逆反应的三个关键酶是己糖激酶己糖激酶、磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶丙酮酸激酶二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）（三）糖无氧分解过程总结（三）糖无氧分解过程总结（4）产能的方式和数量）产能的方式和数量 方式：方式：底物水平磷酸化底物水平磷酸化 净生成净生成ATP数量：从数量：从G开始开始 22-2=2ATP 从从Gn开始开始 22-1=3ATP（5）终产物乳酸可被重新利用）终产物乳酸可被重新利用 乳酸乳酸释放入血后可被释放入血后可被分解利用分解利用或者进行或者进行乳酸循环乳酸循环重新生成葡萄糖（重新生成葡萄糖（糖异生糖异生）。）。二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）（三）糖无氧分解过程总结（三）糖无氧分解过程总结（6）除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而）除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。进入酵解途径。果糖果糖己糖激酶己糖激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP半乳糖半乳糖1-1-磷酸半乳糖磷酸半乳糖1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖半乳糖激酶半乳糖激酶变位酶变位酶甘露糖甘露糖6-6-磷酸甘露糖磷酸甘露糖己糖激酶己糖激酶变位酶变位酶丙酮酸丙酮酸二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）（四）糖无氧分解的调控（四）糖无氧分解的调控关键酶关键酶 己糖激酶己糖激酶 6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 -1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 调节方式调节方式 变构调节变构调节 化学修饰调节化学修饰调节 F-6-P F-1,6-2P ATP ADP PFK-1磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 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 +柠檬酸柠檬酸 AMP+柠檬酸柠檬酸 PFK-2（有活性）（有活性）FBP-2（无活性）（无活性）6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2 PFK-2（无活性）（无活性）FBP-2（有活性）（有活性）PP果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-2 磷酸果糖激磷酸果糖激酶活性调控酶活性调控丙酮酸激酶活性调控丙酮酸激酶活性调控 变构调节变构调节l变构激活剂：变构激活剂：1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖l变构抑制剂：变构抑制剂：ATP,丙氨酸丙氨酸 共价修饰调节共价修饰调节ATP ATP ADP ADP Pi 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,PKA,CaMCaM激酶激酶（无活性）无活性）丙酮酸激酶丙酮酸激酶P P己糖激酶活性调控己糖激酶活性调控6-磷酸葡萄糖可磷酸葡萄糖可反馈抑制反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制激酶不受其抑制 长链脂肪酰长链脂肪酰CoA可可变构抑制变构抑制肝葡萄糖激酶肝葡萄糖激酶胰岛素胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进酶的可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进酶的合成合成二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）（五）糖无氧分解的生理意义（五）糖无氧分解的生理意义是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径u无线粒体的细胞，如：红细胞无线粒体的细胞，如：红细胞u代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞 是糖有氧氧化的前过程是糖有氧氧化的前过程主要内容主要内容一、概述一、概述二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解四、磷酸戊糖途径四、磷酸戊糖途径五、糖原的合成与分解五、糖原的合成与分解六、糖异生六、糖异生七、血糖及其调节七、血糖及其调节三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解（一）定义（一）定义 糖的有氧氧化糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧指在机体氧供供充足充足时，葡萄糖彻底氧化成时，葡萄糖彻底氧化成H2O和和CO2，并释放，并释放出出能量能量的过程。的过程。糖的有氧氧化糖的有氧氧化是机体主要供能方式。是机体主要供能方式。糖有氧氧化的部位：糖有氧氧化的部位：第一阶段：胞浆第一阶段：胞浆第二第二四阶段：线粒体四阶段：线粒体三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解（二）有氧氧化的基本过程（二）有氧氧化的基本过程第一阶段：酵解途径第一阶段：酵解途径 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第三阶段：三羧酸循环第三阶段：三羧酸循环 G（Gn）第四阶段：氧化磷酸化第四阶段：氧化磷酸化丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoACO2NADH+H+FADH2H2O O ATP ADPTAC循环循环 胞液胞液线粒体线粒体三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解第一阶段：糖酵解途径（见糖无氧分解）第一阶段：糖酵解途径（见糖无氧分解）第二阶段：丙酮酸进入线粒体第二阶段：丙酮酸进入线粒体氧化脱羧氧化脱羧 总反应式：总反应式：丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA NAD+,HSCoA CO2,NADH+H+丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 丙酮酸脱氢酶复合体的组成丙酮酸脱氢酶复合体的组成E E1 1：丙酮酸脱氢酶：丙酮酸脱氢酶E E2 2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E E3 3：二氢硫辛酰胺脱氢酶：二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+TPPTPP 硫辛酸（硫辛酸（)HSCoAHSCoAFAD,NADFAD,NAD+SSL酶酶辅酶辅酶CO2 CoASHNAD+NADH+H+5.NADH+H+的生成的生成1.-羟乙基羟乙基-TPP的生成的生成 2.乙酰硫辛酰乙酰硫辛酰胺的生成胺的生成 3.乙酰乙酰CoA的生成的生成4.硫辛酰胺的生成硫辛酰胺的生成 丙酮酸脱氢酶复合体催丙酮酸脱氢酶复合体催化反应的机制化反应的机制三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解第三阶段：三羧酸循环第三阶段：三羧酸循环 三羧酸循环三羧酸循环(Tricarboxylic Acid Cycle,TAC)也称为也称为柠檬酸循环柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为此循环又称为Krebs循环循环，它由一连串反应组成。，它由一连串反应组成。反应部位：反应部位：线粒体线粒体CoASHNADH+H+NAD+COCO2 2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸梅顺乌头酸梅异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮酮戊二酸脱戊二酸脱氢氢酶酶复合体复合体琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶三羧酸循环三羧酸循环（I）三羧酸循环小结）三羧酸循环小结（1）三羧酸循环的概念：）三羧酸循环的概念：指乙酰指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的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，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。再重复循环反应的过程。（2）TAC过程的反应部位是线粒体。过程的反应部位是线粒体。（3）整个循环反应为不可逆反应。）整个循环反应为不可逆反应。（I）三羧酸循环小结）三羧酸循环小结（4）三羧酸循环的要点：）三羧酸循环的要点：l经过一次三羧酸循环，消耗一分子经过一次三羧酸循环，消耗一分子乙酰乙酰CoA；l经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化；经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化；l生成生成1分子分子FADH2，3分子分子NADH+H+，2分子分子CO2，1分子分子GTP；l关键酶：关键酶：柠檬酸合酶柠檬酸合酶，-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体，异异柠檬酸脱氢酶柠檬酸脱氢酶。（I）三羧酸循环小结）三羧酸循环小结（5）三羧酸循环中间产物的浓度表面上看恒定不变，）三羧酸循环中间产物的浓度表面上看恒定不变，但与其他代谢过程相联系时则处于动态变化之中。但与其他代谢过程相联系时则处于动态变化之中。例如：例如：草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 柠檬酸柠檬酸 脂肪酸脂肪酸 琥珀酰琥珀酰CoA 卟啉卟啉 草酰乙酸的来源和去路草酰乙酸的来源和去路草草酰酰乙乙酸酸 柠檬酸柠檬酸柠檬酸裂解酶柠檬酸裂解酶乙酰乙酰CoA 丙酮酸丙酮酸丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶CO2 苹果酸苹果酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶NADH+H+NAD+天冬氨酸天冬氨酸谷草转氨酶谷草转氨酶-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 草酰乙酸脱羧酶草酰乙酸脱羧酶CO2 丙酮酸丙酮酸（II）三羧酸循环的调控）三羧酸循环的调控 三羧酸循环主要受其三羧酸循环主要受其底物底物、产物产物、关键酶关键酶活性活性3种因素的调控，即底物的供应量，催化循环最初几种因素的调控，即底物的供应量，催化循环最初几步反应酶的反馈变构抑制，产物堆积的抑制作用等。步反应酶的反馈变构抑制，产物堆积的抑制作用等。三羧酸循环的关键酶：三羧酸循环的关键酶：u柠檬酸合酶柠檬酸合酶u异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶u-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶 乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 琥珀酰琥珀酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸异柠檬酸 苹果酸苹果酸 NADH FADH2 GTP ATP 异柠檬酸异柠檬酸 脱氢酶脱氢酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶-酮戊二酸脱酮戊二酸脱氢酶复合体氢酶复合体ATP +ADP ADP +ATP 柠檬酸柠檬酸 琥珀酰琥珀酰CoACoA NADH NADH 琥珀酰琥珀酰CoA NADH +Ca2+Ca2+ATP、ADP的影响的影响 产物堆积引起抑制产物堆积引起抑制循循环环中中后后续续反反应应中中间间产产物物别别位位反反馈馈抑抑制制前前面面反反应应中的酶中的酶其他，如其他，如Ca2+可可激活许多酶激活许多酶三羧酸循环的调控三羧酸循环的调控（III）三羧酸循环的生理意义）三羧酸循环的生理意义1.三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸三大营养物质的三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸三大营养物质的最终代谢通路最终代谢通路；2.三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸三大营养物质代三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸三大营养物质代谢谢联系的枢纽联系的枢纽。葡萄糖、糖原葡萄糖、糖原丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA脂肪脂肪Leu、Lys草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸TyrProVal,Ile,Met,ThrAspGluArgHisPro胆固醇、酮体胆固醇、酮体AlaTrpSerGlyThrCys甘油甘油脂酸脂酸三大营养物质代三大营养物质代谢的相互关系谢的相互关系三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解第四阶段：氧化磷酸化第四阶段：氧化磷酸化 葡萄糖有氧氧化脱下的葡萄糖有氧氧化脱下的H+e 进入进入呼吸链呼吸链彻底彻底氧化生成氧化生成H2O 的同时的同时ADP偶联磷酸化生成偶联磷酸化生成ATP（即（即氧化磷酸化）。氧化磷酸化）。NADH+H+H2O、2.5ATP O H2O、1.5ATP FADH2 O 反反 应应辅辅 酶酶最最终获终获得得ATP第一阶段（胞浆）第一阶段（胞浆）葡糖糖葡糖糖6-磷酸葡糖糖磷酸葡糖糖-16-磷酸果糖磷酸果糖1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖-1 23-磷酸甘油磷酸甘油醛醛21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2NADH3或或5*21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸磷酸甘油酸22磷酸磷酸烯烯醇式丙醇式丙酮酮酸酸2丙丙酮酮酸酸2第二阶段（线粒体基质）第二阶段（线粒体基质）2丙丙酮酮酸酸2乙乙酰酰CoA2NADH5第三阶段（线粒体基质）第三阶段（线粒体基质）2异异柠柠檬酸檬酸2-酮酮戊二酸戊二酸2-酮酮戊二酸戊二酸2琥珀琥珀酰酰CoA2琥珀琥珀酰酰CoA2琥珀酸琥珀酸2琥珀酸琥珀酸2延胡索酸延胡索酸2苹果酸苹果酸2草草酰酰乙酸乙酸2NADH2NADH2FADH2 2NADH55235由一个葡糖糖由一个葡糖糖总总共共获获得得30或或32 糖糖有有氧氧氧氧化化生生成成ATP的的数数量量三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解（三）糖有氧氧化的生理意义（三）糖有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是机体产能糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径最主要的途径。它不。它不仅仅产能效率高产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成相当一部分形成ATP，所以，所以能量的利用率也高能量的利用率也高。三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解（四）糖有氧氧化的调节：基于能量的需求（四）糖有氧氧化的调节：基于能量的需求关关键键酶酶 酵解途径：酵解途径：丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环：三羧酸循环：己糖激酶己糖激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1柠檬酸合酶柠檬酸合酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶糖有氧氧化调节特点糖有氧氧化调节特点 有氧氧化的调节通过对其有氧氧化的调节通过对其关键酶关键酶的调节实现。的调节实现。ATP/ADP或或ATP/AMP比值全程调节比值全程调节。该比。该比值升高，所有关键酶均被抑制。值升高，所有关键酶均被抑制。氧化磷酸化速率影响三羧酸循环，即前者速率降氧化磷酸化速率影响三羧酸循环，即前者速率降低，则后者速率也减慢。低，则后者速率也减慢。三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰酸以生成乙酰CoA。三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解（五）巴斯德效应（五）巴斯德效应u 概念概念 巴斯德效应巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化指有氧氧化抑制抑制无无氧分解（糖酵解）的现象。氧分解（糖酵解）的现象。u 机制机制l有氧时，有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙酮进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸;l缺氧时，酵解途径加强，缺氧时，酵解途径加强，NADH+H+在胞浆浓在胞浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。主要内容主要内容一、概述一、概述二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解四、磷酸戊糖途径四、磷酸戊糖途径五、糖原的合成与分解五、糖原的合成与分解六、糖异生六、糖异生七、血糖及其调节七、血糖及其调节四、磷酸戊糖途径四、磷酸戊糖途径（一）定义（一）定义 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)是指由葡萄糖生成是指由葡萄糖生成磷酸戊糖磷酸戊糖及及NADPH+H+，前者再，前者再进一步转变成进一步转变成3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-磷酸果糖磷酸果糖的反应过的反应过程。程。细胞定位：细胞定位：胞浆胞浆四、磷酸戊糖途径四、磷酸戊糖途径（二）基本过程（二）基本过程 第一阶段第一阶段 氧化反应，生成氧化反应，生成磷酸戊糖磷酸戊糖，NADPH+H+及及CO2。第二阶段第二阶段 非氧化反应，包括一系列非氧化反应，包括一系列基团转移基团转移。第一阶段第一阶段第第二二阶阶段段5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖C57-磷酸景天糖磷酸景天糖C73-磷酸甘油醛磷酸甘油醛C34-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖C46-磷酸果糖磷酸果糖C66-磷酸果糖磷酸果糖C63-磷酸甘油醛磷酸甘油醛C36-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(C6)36-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯(C6)36-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸(C6)35-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5)35-磷酸核糖磷酸核糖C53NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶CO2磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径四、磷酸戊糖途径四、磷酸戊糖途径（三）磷酸戊糖途径的生理意义（三）磷酸戊糖途径的生理意义1.为核酸的生物合成提供为核酸的生物合成提供核糖核糖2.提供提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应作为供氢体参与多种代谢反应（1）NADPH是体内许多合成代谢的是体内许多合成代谢的供氢体供氢体；（2）NADPH参与体内参与体内羟化反应羟化反应；（3）NADPH还用于维持还用于维持谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione，GSH)的还原状态。的还原状态。谷胱甘肽谷胱甘肽(GSH)还原酶的作用还原酶的作用2GSH+H2O2 GS-SG+2H2OGSH过氧化物酶过氧化物酶红细胞破红细胞破裂溶血裂溶血H2O2等等氧化物氧化物红细胞红细胞NADPH+H+NADP+GSH还原酶还原酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸G6PD四、磷酸戊糖途径四、磷酸戊糖途径（四）葡萄糖的其他代谢途径（四）葡萄糖的其他代谢途径u 葡萄糖醛酸途径葡萄糖醛酸途径 生成的葡萄糖醛酸在生成的葡萄糖醛酸在非营养物质非营养物质代谢（如药物代谢（如药物代谢）中参与代谢）中参与结合反应结合反应，有利与这些物质的排泄。，有利与这些物质的排泄。u 多元醇途径多元醇途径 葡萄糖通过多元醇代谢途径可生成各种多元醇葡萄糖通过多元醇代谢途径可生成各种多元醇如木糖醇、山梨醇等。多元醇本事无毒性，但特殊如木糖醇、山梨醇等。多元醇本事无毒性，但特殊病理状态下可称为某些病理状态下可称为某些疾病的诱因疾病的诱因。主要内容主要内容一、概述一、概述二、糖的无氧分解（糖酵解）二、糖的无氧分解（糖酵解）三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解四、磷酸戊糖途径四、磷酸戊糖途径五、糖原的合成与分解五、糖原的合成与分解六、糖异生六、糖异生七、血糖及其调节七、血糖及其调节五、糖原的合成与分解五、糖原的合成与分解（一）糖原的合成（一）糖原的合成1.定义定义 糖原的合成糖原的合成(glycogenesis)指由指由葡萄糖葡萄糖合成合成糖原糖原的过程。的过程。2.糖原存在的组织部位糖原存在的组织部位 肌肉肌肉：肌糖原：肌糖原,180 300g,主要供肌肉收缩所需主要供肌肉收缩所需 肝脏肝脏：肝糖原，：肝糖原，70 100g，维持血糖水平，维持血糖水平五、糖原的合成与分解五、糖原的合成与分解（一）糖原的合成（一）糖原的合成3.合成的部位合成的部位组织部位：肌肉、肝脏组织部位：肌肉、肝脏细胞部位：胞浆细胞部位：胞浆4.合成的基本过程合成的基本过程l除了消耗除了消耗ATP，还消耗了，还消耗了UTP生成生成UDPGl关键酶：葡萄糖激酶、关键酶：葡萄糖激酶、糖原合酶糖原合酶、分枝酶、分枝酶糖原合成过程糖原合成过程1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶变位酶UTPPPiUDP-葡萄糖葡萄糖(UDPG)1-磷酸葡萄糖尿苷酰转移酶磷酸葡萄糖尿苷酰转移酶糖原糖原引物引物(Gn)糖原糖原(Gn+1)糖原合酶糖原合酶UDPATPADP糖原糖原(形成分支形成分支)分枝酶分枝酶葡萄糖葡萄糖葡萄糖激酶葡萄糖激酶己糖激酶己糖激酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATPADP糖原分枝的形成糖原分枝的形成 分支酶分支酶(branching enzyme)-1,6-糖苷键糖苷键 -1,4-糖苷键糖