5-糖代谢

nullCarbohydrate metabolismCarbohydrate metabolism天津医科大学生物化学教研室Section ISection I Introductionnull一、糖的生理功能 供能：50－70％。 主要功能。 结构成分： 蛋白聚糖，糖蛋白－－结缔组织、软骨 糖蛋白，糖脂－－细胞膜 碳源: 代谢中间产物可用于合成其他非糖含碳物质, 如非必需氨基酸、脂肪酸等 合成其他特殊生理功能的物质：激素、酶、免疫球蛋白等 nullnullnullnullnull null二、糖的消化吸收二、糖的消化吸收单糖：直接被吸收 多糖：被消化酶水解成单糖，然后吸收Na+依赖型载体淀粉唾液淀粉酶口腔葡萄糖 麦芽糖 临界糊精小肠消化酶葡萄糖果糖 半乳糖小肠粘膜细胞入血null 以葡萄糖的吸收率为100，单糖吸收率顺序为：D-半乳糖（110）、D-葡萄糖（100）、D-果糖（43）、D-甘露糖（19）、L-木酮糖（15）、L-阿拉伯糖（6）。 肠道内单糖的吸收以主动吸收方式为主，辅以简单扩散吸收小肠中葡萄糖主动吸收方式小肠中葡萄糖主动吸收方式三、血糖的来源与去路三、血糖的来源与去路Section IISection IICatabolism of carbohydrate 主要分解代谢途径主要分解代谢途径糖酵解 有氧氧化 磷酸戊糖途径 糖醛酸途径 糖的无氧酵解 糖的无氧酵解葡萄糖或糖原在无氧或缺氧情况下分解生成乳酸和ATP的过程与酵母中糖生醇发酵过程相似，故称为糖酵解（glycolysis）。 反应部位：胞液 过程： 2个阶段 第一阶段从葡萄糖或糖原开始，到生成2分子磷酸丙糖 第二阶段由磷酸丙糖转变为乳酸。 第一阶段第一阶段null三糖互变三糖互变null第二阶段null糖酵解过程缩略图糖酵解过程缩略图null 第一阶段有两次活化反应，消耗2分子ATP，故这一阶段的特点是耗能和碳链断裂。 第二阶段有两次底物水平磷酸化，共产生4分子ATP，3-磷酸甘油醛脱下的氢加在丙酮酸上，还原为乳酸，虽然有氧化还原反应，但不需要氧。 在酵解过程中，1分子葡萄糖产生2分子3磷酸甘油醛，后者脱氢使2分子NAD+还原为NADH；而1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，正好可使2分子NADH再生为NAD+ 。整个过程，1分子葡萄糖产生2分子乳酸和2分子ATP，而NAD+和NADH不断相互转变，总量不增加也不减少。糖酵解小结：糖酵解小结：没有氧的参与 反应部位：胞液 起始物：葡萄糖（或糖原） 产物：乳酸、2摩尔ATP（3摩尔）－生成方式底物水平磷酸化 三步不可逆反应，三个关键酶：己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶，其中磷酸果糖激酶1为限速酶 null 葡萄糖以外的己糖（如果糖等）经转变为磷酸化衍生物也可进入糖酵解途径。糖酵解的调节 糖酵解的调节 调节点：三个关键酶 酶活性主要受变构剂和激素的调节 激素调节（胰岛素） ＋：己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶null糖酵解的调节—6-磷酸果糖激酶-1_糖酵解的调节—丙酮酸激酶糖酵解的调节—丙酮酸激酶＋：1,6-二磷酸果糖 －：ATP、肝丙氨酸、乙酰CoA和长链脂肪酸。 糖酵解的调节—己糖激酶糖酵解的调节—己糖激酶己糖激酶：受6-磷酸葡萄糖的负反馈调节 肝内为葡萄糖激酶：不受6-磷酸葡萄糖的反馈调节，保证葡萄糖在肝内将6-磷酸葡萄糖转变为糖原贮存或合成其它非糖物质，以降低血糖浓度糖酵解的生理意义糖酵解的生理意义1、无需氧的参与，供能迅速，是缺氧条件下的有效供能方式 2、是红细胞的唯一供能方式 3、某些组织在生理条件下，仍以其为主要供能方式（视网膜、睾丸、白细胞、肿瘤细胞） 4、糖酵解逆行相似途径是糖异生途径 null糖的有氧氧化糖的有氧氧化葡萄糖或糖原在有氧的条件下，彻底氧化成二氧化碳、水并产生ATP的过程称为有氧氧化（aerobic oxidation）。 有氧氧化可以分为三个阶段： 葡萄糖→丙酮酸 丙酮酸→乙酰CoA 乙酰CoA → CO2＋H2O丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧丙酮酸脱氢酶复合体 3种酶：丙酮酸脱氢酶（PDH) 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(DLH) 二氢硫辛酰胺脱氢酶(DLDH) 5种辅酶：TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+nullI 丙酮酸脱氢酶 II 二氢硫辛酰胺转乙酰酶 III 二氢硫辛酰胺脱氢酶三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）三羧酸循环又称柠檬酸循环，开始于乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，经过一系列反应后，再生出草酰乙酸而构成循环。 反应部位：线粒体 反应过程：8步 三羧酸循环过程三羧酸循环过程Jugi;（NADH)（NADH)（NADH)（FADH2)三羧酸循环要点三羧酸循环要点一分子乙酰CoA经过循环彻底氧化生成CO2 和H2O 一次循环 4 次脱氢 NADH(H+)×3 FADH2×1 1次底物水平磷酸化 1ATP 关键酶：柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶(限速酶) α-酮戊二酸脱氢酶复合体nullnull有氧氧化的调节有氧氧化的调节丙酮酸脱氢酶复合体的调节 1. 变构调节: 乙酰CoA, NADH, ATP---变构抑制 CoASH, NAD+,ADP---变构激活 2. 共价修饰: 去磷酸化为活性形式. null三羧酸循环的调节 关键酶柠檬酸合酶, -酮戊二酸脱氢酶复合体和限速酶异柠檬酸脱氢酶. 氧化磷酸化对三羧酸循环的影响 糖酵解与有氧氧化的关系 巴斯德效应与反巴斯德效应null调节三羧酸循环通量的因素有多种：如作用物获得的可能性、产物堆积引起的抑制作用和循环中后续反应中间产物别位反馈抑制催化前面反应的酶。有氧氧化的生理意义有氧氧化的生理意义有氧氧化是体内供能的主要途径 三羧酸循环是糖、脂、蛋白质彻底氧化的共同途径： 三大营养物质在代谢中均可转变为乙酰辅酶A或三羧酸循环的中间产物，如草酰乙酸、α-酮戊二酸等。 三羧酸循环是三大物质代谢联系的枢纽 三羧酸循环提供生物合成的前体：血红素null磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway）磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway）磷酸戊糖途径或称磷酸葡萄糖酸旁路是糖代谢的另一重要途径。葡萄糖经此途径生成的磷酸核糖和NADPH有重要的意义。 反应部位：胞液 两个阶段： 第一阶段是6-磷酸葡萄糖脱氢氧化生成磷酸戊糖 第二阶段是一系列基团转移反应。null磷酸戊糖途径的生理意义磷酸戊糖途径的生理意义为核酸的生物合成提供核糖 提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应 参与胆固醇、脂肪酸、皮质激素和性激素等的生物合成 是加单氧酶系的供氢体 作为谷胱甘肽还原酶的辅酶，维持细胞中还原型谷胱甘肽的正常含量，GSH保护巯基酶不被氧化及红细胞膜的完整性。 供能nullSection IIISection IIIGlycogen synthesis and degradationnull 糖原的结构特点 葡萄糖为基本单位形成的聚合物，α1,4-糖苷键型成直链，α1,6-糖苷键形成支链 高度分支，分子中有多个非还原末端，而只有一个还原末端 合成与分解均从非还原末端开始 以颗粒形式存在于胞液中，结合有糖原代谢的酶 储存部位：肝脏和骨骼肌 肌糖原供能，肝糖原调解血糖浓度nullnullnull糖原合成糖原合成Glycogenesis 由葡萄糖合成糖原的过程 饱食的条件下 合成场所：肝脏、肌肉、肾脏糖原的合成过程糖原的合成过程葡萄糖的活化 链的延长: 形成1,4-糖苷键 支链的形成 链长超过11，末尾6个葡萄糖单位在分支酶的作用下，转移至邻位，形成以1,6-糖苷键相连的分支GATP ADPMg2+G-6-PG-1-PUDP-G己糖激酶（肌肉）葡萄糖激酶（肝）磷酸葡萄 糖变位酶UTP PPiUDPG焦磷酸化酶UDP-G + GnGn＋1糖原合酶UDP分支酶的作用分支酶的作用糖原合成的要点糖原合成的要点UDPG（尿苷二磷酸葡萄糖）是葡萄糖参加糖原合成的活性形式 需要消耗能量：2ATP/增加一个葡萄糖单位 关键酶：糖原合酶 糖原合酶a-OH（活性形式）糖原合酶b-P（失活形式）蛋白激酶A磷蛋白磷酸酶ATPADPPiH2O糖原分解糖原分解Glycogenolysis，糖原分子分解为葡萄糖单位或6-磷酸葡萄糖的过程 反应部位：肝脏、肌肉、肾脏 反应从糖原的非还原末端开始糖原的分解过程糖原的分解过程链的磷酸解 支链的分解：脱支酶的作用 G-1-P的代谢Pi脱支酶的作用脱支酶的作用双功能酶 4-α-葡聚糖基转移酶活性 转移4葡聚糖分支上的3葡聚糖基至临近分支末端，生成α-1,4-糖苷键 1,6-葡萄糖苷酶活性 水解糖原分枝处残留的一个葡萄糖残基为游离葡萄糖糖原分解要点糖原分解要点不消耗能量 肝脏中存在G-6-P酶，可以生成游离葡萄糖，对维持血糖浓度的恒定有重要作用；肌肉中无此酶，不能直接生成游离葡萄糖 关键酶：糖原磷酸化酶 糖原分解与合成的主要步骤及限速酶糖原分解与合成的主要步骤及限速酶糖原合成与分解的调节 糖原合成与分解的调节 Section IVSection IVGluconeogenesis 糖异生gluconeogenesis 糖异生gluconeogenesis概念：体内由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程 反应部位：肝脏为主，饥饿时肾糖异生作用增强 原料：乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸（主要为丙氨酸）、三羧酸循环中的各种有机酸糖异生途径 糖异生途径 基本是糖酵解的逆过程，但需4种酶克服糖酵解过程中的三个不可逆反应造成的能障。 糖异生途径 糖异生途径 丙酮酸羧化支路 （消耗2ATP）几种常见物质糖异生的过程几种常见物质糖异生的过程糖异生的调节 糖异生的调节 主要是4个关键酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖二磷酸酶、葡萄糖6磷酸酶。 酵解和糖异生方向相反，促进糖异生的，必然抑制糖酵解。 null别构调节： 1）ATP、柠檬酸：磷酸果糖激酶1的别构抑制剂，果糖二磷酸酶的别构激活剂 2）ADP、AMP、2,6-二磷酸果糖：果糖二磷酸酶的别构抑制剂 3）乙酰CoA: 丙酮酸羧化酶的别构激活剂 激素调节： 1）糖皮质激素、肾上腺素、胰高血糖素 2）胰岛素糖异生的生理意义糖异生的生理意义维持人体在饥饿或空腹时血糖的恒定，以确保那些必须依赖血糖供能的组织的正常功能 作为乳酸循环不可缺少的部分，在乳酸的利用，防止酸中毒中起重要作用Section VSection VDisorder of carbohydrate metabolism 糖代谢紊乱糖代谢紊乱血糖：血液中的葡萄糖水平。 正常人空腹血糖： 3.9-6.1mmol/L(70-110mg/dL) (碱性铜法) 3.3-5.6mmol/L(60-110mg/dL)(葡萄糖氧化酶法) 高血糖（hyperglycemia）和低血糖（ hypoglycemia ）血糖浓度的调节血糖浓度的调节4个层次的调节 神经系统水平的调节 激素水平调节 器官水平调节 底物水平调节 null糖代谢与临床糖代谢与临床耐糖现象 正常人食糖后血糖浓度仅暂时升高，经体内血糖调节机制的作用，约两小时内即可恢复到正常水平，此现象称为耐糖现象。 机体处理摄入葡萄糖的能力称为葡萄糖耐量，反映了机体调节血糖代谢的能力。 糖耐量曲线 糖代谢紊乱通常表现为血糖异常，主要是高血糖和低血糖。null低血糖 hypoglycemia低血糖 hypoglycemia空腹血糖低于3.3 mmol/L 脑组织对低血糖非常敏感 常见原因： 1）饥饿 2）胰岛功能障碍 3）肝脏疾病 4）其它内分泌异常高血糖及糖尿病高血糖及糖尿病空腹血糖浓度持续超过7.22mmol/L时称为高血糖。 常见原因 1）情绪激动 2）一次食入大量糖 生理 3）静脉点滴葡萄糖过快 4）胰岛功能障碍 病理 当血糖浓度超过肾糖阈时，即超过了肾小管的重吸收能力，葡萄糖即从尿中排出，则可出现尿糖。 病理性高血糖及糖尿多见于两种情况：肾性糖尿；糖尿病。糖尿病糖尿病I型：免疫性疾病，胰岛素绝对不足 II型：对胰岛素的反应性下降，相对不足 并发症：冠心病、白内障、血管硬化、微循环障碍…… 妊娠糖尿病：急需广泛干预