生物化学课件7糖代谢.ppt

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1、第7章 糖代谢 Carbohydrate Metabolism,代谢概论与糖代谢概况 葡萄糖的分解代谢 糖异生作用 糖原的分解和合成,本章主要内容,重点：糖酵解；三羧酸循环；磷酸 戊糖途径；糖原的合成与分 解；糖异生途径及生理意义难点：糖的分解代谢各代谢途径之 间的关系,第1节 代谢概论与糖代谢概况,1.代谢的概念 指生物活体与外界环境不断进行的物质（包括气体、液体和固体）和能量的交换过程。其本质是活细胞中发生一系列化学变化，每一变化均由酶催化。包括:分解代谢、合成代谢,生物体内新陈代谢,合成代谢（同化作用）,分解代谢（异化作用）,小分子合成大分子,需要能量,释放能量,大分子分解成小分子,能量

2、代谢,物质代谢,2.分解代谢和合成代谢,TAC循环,G,丙酮酸,乙酰CoA,CO2,NADH+H+FADH2,H2O,O,ATP,ADP,Gn,分解代谢(catabolism),合成代谢(anabolism),合成代谢：合成代谢是一个集合过程(convergent process)。由小分子(如氨基酸等)生成大分子(如蛋白质)的过程合成代谢一般不是分解代谢简单的逆向反应，而是由不同酶催化的，通常需要消耗ATP，还原供氢体多为NADPH,3.代谢途径,机体内的化学反应是在酶的催化下完成的，在细胞内这些反应不是相互独立的，而是相互联系的，一个反应的产物可能就是下一个反应的底物，这样构成一连串的反应

3、，称之为代谢途径。由依次连接的反应步骤组成,从某些关键中间产物开始,一直到产生特定的终产物。,三个共同点：代谢途径是不可逆的；分解代谢释放能量，合成代谢消耗能量；代谢途径受多种因素调控。代谢途径的分区：代谢产物、酶、分子或代谢系统在细胞内的不均一分布。,多酶体系的区域化分布,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，还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 如细胞通讯与信号传导，免疫调节,4.糖代谢概况,糖的生理功能:,消化吸收饲料与食物淀粉,异生作用非糖物质的转变,糖原

4、分解肝糖原,氧化供能ATP、CO2和H2O,贮 存肝糖原、肌糖原,转变成其他物质脂类、氨基酸等,糖的来源和去路:,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖+NADPH+H+,淀粉,糖代谢:生物体内糖类的合成、分解和转变过程。动物体内糖代谢分为消化、转运、储存、分解和合成五个部分。,血糖（blood sugar）,血糖:血液中所含的葡萄糖，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。,血糖,食物糖,消 化,葡萄糖,吸收,肝糖原,合成,分解,乳酸,糖异生,(血液),肌糖原,合 成,有氧氧化,CO2+H2O+ATP,糖酵解,乳酸+ATP,血乳酸,转

5、变为其他物质,(大量),(少量),正常血糖浓度：65%100%调节血糖浓度的激素有：胰岛素下调，肾上腺素、胰高血糖素和糖皮质激素上调。糖尿病血糖水平相对恒定，超过肾糖阈值，葡萄糖随尿排出,糖尿病存在胰岛素依赖型(型)和非胰岛素依赖型(型)。,血糖的调节及糖尿病,糖酵解 糖的有氧氧化 磷酸戊糖途径,第2节 葡萄糖的分解代谢,在无氧情况下，细胞液中葡萄糖降解为乳酸并伴随着少量ATP生成的一系列反应称为糖的无氧分解。因与酵母菌使糖生醇发酵（脱羧还原）的过程相似，因而又称为糖酵解。由葡萄糖分解成丙酮酸，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)，又称为Embden-Meyerhof-Pa

6、thway途径（EMP途径）。在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸，有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环，生成CO2和H2O。,一 糖酵解（glycolysis）,2个阶段(10步反应),1葡萄糖(6个C)2分子3-磷酸甘油醛(3个C)3-磷酸甘油醛 丙酮酸（3个C）,糖酵解途径分为2个阶段：,1.第一阶段,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P),消耗1分子ATP,己糖激酶(hexokinase,HK)：能催化葡萄糖、甘露糖、氨基葡萄糖、果糖的磷酸化反应，是糖氧化反应过程的限速酶或称关键酶，它有同工酶-型，、

7、型主要存在于肝外组织，型主要存在于肝脏，特称葡萄糖激酶(glucokinase,GK)。催化ATP上的磷酸基团向不同的己糖转移。,己糖激酶,(2)6-磷酸葡萄糖异构化为6-磷酸果糖,磷酸葡萄糖异构酶(phosphohexose isomerase)催化6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖(fructose 6-phosphate,F-6-P)的过程，羰基C由C1移至C2，反应是可逆的。,（3）6-磷酸果糖磷酸化为1,6-二磷酸果糖,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P),消耗1分子ATP,（4）1,6 二磷酸果糖裂解,1,6-二磷酸果

8、糖,（5）磷酸二羟丙酮的同分异构化,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,到此，1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛，通过两次磷酸化作用消耗2分子ATP。,2.第二阶段,（6）3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸,既是氧化反应又是磷酸化反应,（7）1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,代谢物在氧化分解过程中通过脱氢、脱水等作用使底物分子内部能量重新分布，能量集中生成高能键，然后使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化。,生成2分子ATP,（8）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸

9、,磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)催化3-磷酸甘油酸C3位上的磷酸基转变到C2位上生成2磷酸甘油酸。此反应是可逆。,（9）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）,丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK)催化下，磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至ADP生成ATP，这是又一次底物水平磷酸化过程。此反应是不可逆的。,（10）磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,葡萄糖,6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,ATP,ADP,1,6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟基丙酮,1,3-二磷酸甘油酸

10、,ATP,ADP,丙酮酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,烯醇式丙酮酸,葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O,无论是否存在氧，从葡萄糖到丙酮酸的过程都不会发生变化，但丙酮酸的去路却取决于机体组织是否有氧。有氧条件下，丙酮酸脱氢酶复合体系催化丙酮酸生成乙酰辅酶A，然后进入三羧酸循环。电子传递体系通过氧来完成对NADH的氧化。,3.糖酵解终产物、产能和调控,（1）无氧状态与有氧状态,无氧环境下，丙酮酸转变成乳酸,丙酮酸,乳酸,反应中的NADH+H+来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。,骨骼肌,血液,肝脏,肌糖原,6-磷酸葡萄糖,肌乳酸,糖

11、酵解,葡萄糖,肝糖原,6-磷酸葡萄糖,丙酮酸,乳酸,血糖,血乳酸,（2）科里循环（Cori Cycle）,糖异生,（3）丙酮酸的去路,乙醇发酵,厌氧有机体（如酵母或其他微生物）把酵解生成的NADH中的氢交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，使之形成乙醇酒精发酵。,(4)糖酵解能量的生成,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,注意酵解途径中的3个关键酶催化的不可逆反应.己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶,（5）巴斯德效应和克雷布特里效应,巴斯德效应：氧抑制糖酵解的现象。酵母细胞暴露在有氧环境时，葡萄糖的消耗量和乙醇的生产量就会急剧减少，氧越多

12、抑制作用就越强。克雷布特里效应:增加葡萄糖的浓度会抑制氧的消耗。,TAC循环,G,丙酮酸,乙酰CoA,CO2,NADH+H+FADH2,H2O,O,ATP,ADP,Gn,葡萄糖的分解代谢,产生少量ATP,无氧环境,有氧环境,巴斯德效应：氧抑制酵解，氧越多，抑制作用越强，分子基础是ATP抑制磷酸果糖激酶。克雷布特里效应：葡萄糖的浓度越高，三羧酸循环电子传递体系的活性就越低,对氧消耗的抑制作用就越强。,（6）糖酵解的调节,糖酵解途径有双重作用：一是使葡萄糖降解产生ATP，二是为合成反应提供碳单元；为适应细胞的代谢需求，葡萄糖转化为乳酸的速率是受到严格调节的；,关键酶,调节方式,6-磷酸果糖激酶(P

13、FK),*别构调节,别构激活剂：AMP;ADP;F-2,6-2P;,别构抑制剂：柠檬酸;ATP（高浓度）；NADH,丙酮酸激酶,别构调节 别构激活剂：1,6-二磷酸果糖 别构抑制剂：ATP,丙氨酸,己糖激酶或葡萄糖激酶,*6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。*长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。,糖酵解是一个不需氧的产能过程，整个糖酵解过程在胞液中进行。反应全过程中有三步不可逆的反应，为关键步骤：,（7）糖酵解小结,1克分子葡萄糖经第一阶段共 5 步反应，生成3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP，为耗能过程。第二阶段6步反应生成4分子ATP，为释能过程。1分子葡萄糖至乳

14、酸的全过程净生成2分子ATP，产能的方式为底物水平磷酸化。整个途径的关键酶是己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,是生物体内糖分解代谢的普遍途径，动物、植物、微生物（尤其厌氧菌）都利用酵解途径供能。是机体的应急供能方式 动物机体主要靠有氧氧化供能，但当供氧不足时，即转为主要依靠糖酵解途径供能，如剧烈运动，心肺疾患等。红细胞没有线粒体，只能以糖酵解途径作为唯一的供能途径。,（8）糖酵解的生理意义,糖酵解途径中形成的许多中间产物，可作为合成其他物质的原料，如磷酸二羟丙酮可转变为甘油，丙酮酸可转变为丙氨酸或乙酰CoA。与糖的有氧氧化途径、磷酸戊糖途径以及异生途径都

15、有密切联系。,4.其他糖类的代谢,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。,二 糖的有氧氧化(aerobic 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。,葡萄糖转变为丙酮酸,丙酮酸氧化乙酰辅酶A,乙酰辅酶A 三羧酸循环,胞液,线粒体,1.维生素与辅酶 三羧酸循环的辅酶,维生素（Vitamin)：机体维持正常生命活动所必需，人和动物不能合成或合成量极少，必需由食物供给的一类小分子有机物质。不是机体的能量来源，也不是结构成分，大多数以辅酶、辅基的形式参与调节代谢活动,脂溶性:直接参与代谢的调节作用 A 视黄醇 D 钙化醇 E 生育酚 K

16、 凝血维生素水溶性:转变成辅酶对代谢起调节作用B 族维生素 C 族维生素,水溶性维生素与辅酶,(1)烟酸和烟酰胺（维生素B5-PP）,辅酶形式：辅酶I（NAD：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）辅酶II（NADP：烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸）能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营养障碍，出现皮炎。,NAD+和NADP+的分子结构,有氧化型（NAD+，NADP+）和还原型（NADH+H+，NADPH+H+）两种形式。作为脱氢酶的辅酶，在酶促反应中起递氢体的作用。,(2)核黄素（维生素B2),缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低，主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。,辅酶形式：FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸）F

17、MN(黄素单核苷酸),维生素B2-FMN，FAD,维生素B2,FMN的作用机制,功能：在脱氢酶催化的氧化-还原反应中，起电子和质子的传递体作用。,(3)硫胺素(维生素 B1),辅酶形式：焦磷酸硫胺素(TPP)缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿、脚气病。,功能：脱羧酶的辅酶，催化丙酮酸、-酮戊二酸的脱羧反应。,TPP的分子结构,硫胺素VB1经焦磷酸化转变为TPP,（4）泛酸（维生素B3）,辅酶形式：辅酶A(CoA)CoA.SH活性位点：-SH,泛酸,巯基乙胺,3磷酸-ADP,CoA是酰化酶的辅酶。功能：CoA中的巯基可与酰基以高能硫酯键结合，在糖、脂、蛋白质代谢中起

18、传递酰基的作用。,CH3C S-CoA O,（5）硫辛酸,硫辛酸，含硫脂肪酸，其巯基有氧化和还原两种形式，丙酮酸和-酮戊二酸脱氢酶的辅酶，在氧化脱羧过程中既可以传递氢和电子，又能转移酰基。,（6）吡哆素(维生素B6),吡哆素(包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺),磷酸吡多素是是氨基酸转氨酶、脱羧酶等的辅酶。,(7)叶酸(维生素B11),最重要的形式是四氢叶酸，是一碳基团转移酶的辅酶。,一碳单位：某些氨基酸（Gly、Ser、Thr、His）在分解代谢过程中可以产生含有一个碳原子的基团，如甲基（-CH3）、甲烯基（-CH2-）、甲酰基（-CHO）、羟甲基（-CH2OH）等。,四氢叶酸的分子结构,5,6,7

19、,8-四氢叶酸,2-氨基-4-羟基-6-甲基-5,6,7,8-四氢蝶呤啶,对氨基苯甲酸,谷氨酸,(8)生物素(维生素B7，维生素H),生物素是羧化酶的辅酶，CO2的载体。在生物合成中起传递和固定CO2的作用。,(9)钴胺素(维生素B12),维生素B12分子中心钴原子结合5-脱氧腺苷基称辅酶B12。功能：变位酶和甲基转移酶的辅酶。,(10)抗坏血酸（维生素C）,在体内参与氧化还原反应，羟化反应。防止贫血和治疗感染。,(11)辅酶Q(CoQ),又称为泛醌，存在于动物和细菌的线粒体中。,为线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，在酶与底物分子之间传递电子。,2.丙酮酸氧化（线粒体中进行）,丙酮酸（3C）转变

20、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。,注意:产物为2分子乙酰CoA,丙酮酸脱羧酶,二氢硫辛酸脱氢酶,TPP（VitB1）,二氢硫辛酸乙酰转移酶,HSCoA（泛酸）,硫辛酸,FAD（VitB2）NAD+（VitPP）,酶,辅酶（维生素）,丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvate dehydrogenasecomplex,PDC)催化的反应,3.三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle),在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸在线粒体中氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成C2O和H2O并产生能量的过

21、程，称为柠檬酸循环，亦称为三羧酸循环，简称TCA循环。由乙酰辅酶A（2碳）和草酰乙酸（4碳）缩合开始，经过 8 步连续反应，使一分子乙酰基完全氧化，再生成草酰乙酸而完成一个循环。,1937年Krebs提出，也称Krebs循环,TCA循环的过程,乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸 柠檬酸异构化生成异柠檬酸 异柠檬酸氧化脱羧生成a-酮戊二酸-酮戊二酸氧化成为草酰琥珀酸，脱羧 成为琥珀酰辅酶A 琥珀酰CoA转化成琥珀酸，并产生GTP 琥珀酸脱氢生成延胡索酸 延胡索酸被水化生成苹果酸 苹果酸脱氢生成草酰乙酸,（1）乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸,单向不可逆,可调控的限速步骤,ATP、NADH 和琥珀

22、酰CoA是抑制剂氟乙酰CoA导致致死合成常作为杀虫药,柠檬酸合酶,（2）柠檬酸异构化生成异柠檬酸,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,（3）异柠檬酸脱羧生成a-酮戊二酸,异柠檬酸脱氢酶,ATP和NADH是其抑制剂,ADP和NAD+是它的激活剂。TCA中第一次氧化作用、脱羧过程，三羧酸到二羧酸转变。,（4）-酮戊二酸氧化脱羧成琥珀酰辅酶A,-酮戊二酸脱氢酶复合体,。,TCA中第二次氧化作用、脱羧过程-酮戊二酸脱氢酶、琥珀酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶ATP和NADH是它的抑制剂,ADP和NAD+是它的激活剂,（5）琥珀酰CoA转化成琥珀酸,琥珀酰硫激酶,TCA中唯一底物水平磷酸化反应

23、,（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸,琥珀酸脱氢酶,TCA中第三次氧化的步骤，开始四碳酸之间的转变 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂,（7）延胡索酸被水化生成苹果酸,延胡索酸酶,（8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶,TCA中第四次氧化的步骤,三羧循环,一次三羧酸循环彻底氧化一分子乙酰辅酶A，产生12个ATP。,三羧循环的调节,关键酶：柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系 丙酮酸脱氢酶系,NADH/NAD+和ATP/ADP的比率：ADP与NAD+浓度，使三羧酸循环 ATP与NADH浓度，使三羧酸循环,回补反应,循环一周氧化1分子乙酰CoA 4次脱H：3（NADH+H+）、1（FADH2）2次

24、脱羧：2CO2,关键酶：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系,循环过程草酰乙酸量不变，回补反应。,三羧循环小结,总反应:乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA-SH+2H+,葡萄糖分解产生的总能量,糖酵解：1分子葡萄糖 产生2分子丙酮酸，共消耗了2个ATP，产生了4 个ATP，实际上净生成了2个ATP，同时产生2个NADH。丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸生成乙酰CoA，生成1个NADH。三羧酸循环：乙酰CoA生成CO2和H2O，产生一个GTP（ATP）、3个NADH和1FADH2。,1分子葡萄糖氧化成CO2、H2O时释放的ATP

25、,糖酵解与有氧氧化的差别,部位：细胞液 细胞液、线粒体 需氧情况：不需 需氧 终产物：乳酸 CO2、H2O 产能：2ATP 36或38mol ATP 关键酶：己糖激酶 丙酮酸脱氢酶系 磷酸果糖激酶 柠檬酸合成酶 丙酮酸激酶 异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系,不同点：,糖酵解 有氧氧化,有氧氧化的生理意义,是三大营养物质的最终代谢通路。是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽。是动物体获得能量的最主要方式。糖有氧分解的中间产物，为其它物质合成（嘌呤、嘧啶、尿素的合成）提供原料。,三 磷酸戊糖途径,磷酸戊糖途径（pentose phosphate Pathway,PPP）是以磷酸戊糖为主要中间产物的氧化途

26、径。指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。又因为是从6-磷酸-葡萄糖开始的，磷酸葡萄糖酸是该途径的早期特征中间物，又称为磷酸己糖支路或磷酸葡萄糖酸氧化途径（HMP）。,1.磷酸戊糖途径的反应过程,（1）氧化阶段：由葡萄糖经脱氢、水解和脱羧等作用生成5-磷酸核酮糖、NADPH+H+及CO2。（2）非氧化的分子重组阶段：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。,（1）氧化阶段,包括3步反应：脱氢、水解、脱氢脱羧反应，催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生

27、成NADPH+H+。,6-磷酸葡萄糖5-磷酸核酮糖,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸内酯酶,（2）非氧化的分子重组阶段,包括异构化、转酮化和转醛醇反应，5-磷酸核酮糖经一系列基团转移及差向异构反应生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖此阶段的所有反应均为可逆反应。在此阶段，经由5-磷酸核酮糖的异构可生成5-磷酸核糖。,转酮醇反应,转醛醇反应,转酮醇反应,5-磷酸核酮糖(C5),5-磷酸核糖 C5,差向异构化,转酮醇,转醛醇,转酮醇,异构化,磷酸戊糖途径,氧化阶段：生成12NADPH和释放6CO2,非

28、氧化阶段,氧化阶段66-磷酸葡萄糖+12NADP+6H2O 65-磷酸核酮糖+6CO2+12NADPH+12H+非氧化重排阶段65-磷酸核糖 46-磷酸果糖+2 3-磷酸甘油醛总反应6（6磷酸葡萄糖）+7H2O+12NADP+5（6磷酸葡萄糖）+6CO2+12NADPH+12H+,脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+；反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程；反应中生成了重要的中间代谢物5-磷酸核糖；一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。,磷酸戊糖途径的特点,每3分子6-磷酸葡萄

29、糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可异生为6-磷酸葡萄糖，也可进入酵解途径，因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt)。,(1)为生物合成提供还原力：磷酸戊糖途径的主要作用是产生NADPH+H+用于生物合成等，如参与长链脂肪酸、胆固醇、脱氧核苷酸、四氢叶酸等合成。(2)在红细胞中保证谷胱甘肽的还原状态(防止膜脂过氧化；维持血红素中的Fe2+;)。,2.磷酸戊糖途径的意义,NADP+,NADPH,磷酸戊糖途径,GSSG,GSSG-R,2GSH,有害的氧

30、化物,无害的物质,H2O2,GSH-P,2H2O,MH（Fe3+）,MH（Fe2+）,(3)磷酸戊糖途径重要的中间产物为许多物质的合成提供原料：5磷酸核糖是核酸、核甘酸辅酶合成的原料。(4)非氧化重排阶段的中间产物及酶类大多数可实现某些单糖间的互变。(5)PPP途径是由葡萄糖直接氧化起始的可单独进行氧化分解的途径。因此可以和EMP、TCA相互补充、相互配合，增加机体的适应能力。,第3节 糖异生作用,葡萄糖异生的基本概念 葡萄糖异生的反应途径 葡萄糖异生的生物学意义,1.糖异生概念,糖异生作用（gluconegenesis）：是由非糖物质合成葡萄糖的过程。非糖物质通过糖代谢途径中的某个代谢中间产

31、物沿着糖的分解途径逆转转变成葡萄糖或糖原，非糖物质主要是：乳酸、氨基酸、丙酮酸、甘油葡萄糖异生主要是在肝进行，肾中亦能进行。,葡萄糖,6-P葡萄糖,6-P果糖,1，6-二P果糖,3-磷酸甘油醛,P-二羟丙酮,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,PEP,丙酮酸,大多数氨基酸,乳酸,Cori循环,TCA的中间产物,糖异生途径及其前体,草酰乙酸,反刍动物体内乙酸、丙酸、丁酸,琥珀酰CoA,异生作用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”。主要有三个反应,异生过程必须设法“绕过”这三个不可逆的反应。,己糖激酶（葡萄糖激酶，肝）:葡萄糖 葡萄糖-6

32、-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 丙酮酸+ATP,ATP,ATP,ADP,2.糖异生反应过程,要克服糖分解代谢途径中的三个障碍,第一个反应的逆向反应是：,（肝脏）,第二个反应的逆向反应是：（关键反应）,第三个反应的逆转通过以下两步反应进行:,在线粒体中进行,该酶催化需要生物素作辅酶,在胞液中进行，草酰乙酸通过苹果酸转运到胞液,丙酮酸羧化酶,丙酮酸,ATP+CO2,草酰乙酸,ADP+Pi,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,草酰乙酸,GTP,磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）,GDP+CO2,丙酮酸羧化支路,苹果酸在转运草酰乙酸时发挥了载体的作用,其它非糖物质转变

33、成糖代谢的中间产物,线粒体,胞液,糖异生原料来源（Cori 循环）,糖异生原料来源葡萄糖-丙氨酸循环,3.糖异生作用的生物学意义,糖异生作用是动物体内单糖合成的中心途径。葡萄糖来源不足时，对于维持动物血糖的恒定有重要生理意义。协助氨基酸代谢。有利于乳酸的利用，维持酸碱平衡，补充肝糖原。,第4节 糖原的分解和合成,肌肉：肌糖原，主要供肌肉收缩所需,肝脏：肝糖原，维持血糖水平,糖原储存的主要器官,糖原（glycogen）是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备，又称为动物多糖。糖原是由葡萄糖残基构成的含许多分支的大分子高聚物。,葡萄糖单元以-1,4-糖苷键形成长链；约10个葡萄糖单元

34、处形成分枝，分枝处葡萄糖以-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加；每条链都终止于一个非还原端,非还原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的结构特点,-1,6-糖苷键,-1,4-糖苷键,糖原分子只有一个还原性末端，其余都是非还原性末端，糖原的合成与分解都从非还原性末端开始。,一 糖原的合成,过多摄入的葡萄糖可以在胞液中合成糖原贮存在肝和肌肉中。由葡萄糖合成糖原的反应过程包括 3 个步骤：尿苷二磷酸葡萄糖UDP-G 的生成;UDP-G 中的葡萄糖连接到糖原引物上;分支酶催化糖原不断形成新分支链,葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,1.葡萄糖活化生成UDP-G,6-磷酸葡萄糖转变

35、成1-磷酸葡萄糖,磷酸基团转移的意义：由于延长形成-1,4-糖苷键，所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合。半缩醛羟基与磷酸基之间形成的O-P键具有较高的能量。,1磷酸葡萄糖生成UDP葡萄糖,H,H,O,H,OH,OH,HO,H,H,CH,2,OH,O,1-磷酸葡萄糖,UDP-葡萄糖焦磷酸化酶,P,O,O,O,-,-,+,P,O,O,O,-,-,P,O,O,O,-,P,O,O,O,-,O,尿苷,H,H,O,H,OH,OH,HO,H,H,CH,2,OH,O,P,O,O,O,-,P,O,O,O,-,尿苷,UDP-葡萄糖,+,PPi,UTP,2.

36、UDP-G中的葡萄糖连接到糖原引物上,糖原合成酶,当糖链长度达到 11个以上葡萄糖基时，糖原分枝酶将约 67 个葡萄糖基组成的一段糖链转移到邻近的糖链上，以 1,6 糖苷键相连而形成新分支。新的分支点与邻近的分支点的距离至少有 4 个葡萄糖基。,3.分支酶催化糖原不断形成新分支链,糖原合成的特点：,必须有引物糖原的参与；合成反应在糖原的非还原端进行；合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗2个ATP；UDP葡萄糖作为糖原合成的葡萄糖供体；关键酶是糖原合成酶。,二 糖原的分解,糖原分解（glycogenlysis）是指由糖原分解为葡萄糖的过程。糖原颗粒存在于细胞浆中,在细胞需要耗用能量时,

37、在代谢糖原酶的参与下,分解成磷酸葡萄糖被利用。,（1）先在磷酸化酶的催化下糖苷键裂解，从糖原分子非还原性末端逐个移去葡萄糖基，生成1磷酸葡萄糖;（2）到距分支点还剩4个葡萄糖残基时，此酶失去作用。1,4葡萄糖转移酶（糖基转移酶）将3个为一组葡萄糖残基从外面分枝转移至靠近糖原核心分枝上;（3）余下的1个以1,6糖苷键连接的葡萄糖，在1,6葡萄糖苷酶（与糖基转移酶是同一种酶的两种活性，合称脱枝酶）的催化下，水解生成游离的葡萄糖;（4）最后分解为1磷酸葡萄糖和少量游离葡萄糖(121)。,1.分解步骤,糖原磷酸化酶作用,从非还原性末端只分解-1,4-糖苷键，产生1-磷酸葡萄糖，当糖链分解至分枝点约4个

38、葡萄糖残基时，由于位阻作用，磷酸化酶不再发挥作用。,转移葡萄糖残基水解-1,6-糖苷键,转移酶活性,-1,6糖苷酶活性,脱枝酶的作用,磷酸化酶,以3个葡萄糖残基一组,分解到距离分枝点4个糖残基,分解1-P-G和游离的G,转移酶,脱枝酶,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。,糖原的合成与分解代谢,糖原的代谢调控,糖原的合成和分解速度受激素和别构酶的精细调节，直接影响血糖水平。磷酸化酶和糖原合成酶的作用都受到严格的调节。一个酶活跃时，另一个酶就会受到抑制。这两种酶受到效应ATP、

39、6 磷酸葡萄糖、AMP等的变构调节。,调控糖原的合成与分解途径的激素主要有胰岛素、肾上腺素和胰高血糖素。胰岛素促进肝脏糖原的合成及细胞内葡萄糖的分解供能。肾上腺素和胰高血糖素 功能正好和胰岛素相反，都促进糖原的分解。其中肾上腺素主要促进肌糖原的分解；胰高血糖素则主要促进肝糖原的分解。肾上腺素和胰高血糖素并不进入细胞内，而是与细胞质膜结合使腺苷酸环化酶活化，从而引起细胞内的级联反应，达到调控目的，满足机体需求。,调节糖原代谢的激素：,P,E,E,ATP,ADP,P,H2O,磷酸化酶b激酶,磷酸化酶磷酸酯酶,磷酸化酶-b,磷酸化酶-a,失活态,激活态,磷酸化酶的共价修饰调节:,磷酸化酶b转变为a型

40、需要磷酸化酶激酶的催化，使磷酸化酶 b 每个亚基的一个丝氨酸残基发生磷酸化；然而，磷酸化酶激酶只有在一种蛋白激酶催化下，经磷酸化后才从无活性变为有活性；蛋白激酶又只有与cAMP（环腺苷酸）结合后，才会引起变构从无活性变为有活性；而cAMP则由与细胞质膜相结合的一种腺苷酸环化酶催化ATP生成；但腺苷酸环化酶又只有在激素（如肾上腺素）的作用下才能活化。由此可见，这里形成了一个酶促酶的级联反应机制。,磷酸化酶的级联反应机制:,糖原合成的酶级联反应,糖代谢各途径之间的联系,糖的过量摄入，除了部分供能以外，糖原的合成增加；而运动使糖的分解加快，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

41、活性在相当程度上受到细胞能量水平（主要是细胞中腺嘌呤核苷酸，ATP和ADP、AMP的相对比例）的影响，这些核苷酸常是糖代谢途径关键酶的变构调节剂。,细胞能量水平的调节:,激素的影响:主要有胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素和糖皮质激素等,糖代谢途径中主要关键酶活性调节,1.血糖对动物有什么重要意义？其来源和去路有哪些？动物如何保持血糖浓度的恒定？2.简述糖原分解与合成代谢的过程。3.绘图说明糖无氧分解（酵解）、有氧分解和糖异生的生化过程，并简述这些途径的生理意义？4.简述磷酸戊糖途径的代谢特点和生理意义。5.简述糖代谢各途径的联系及其调节。6.1分子葡萄糖完全氧化成CO2和H2O释放多少能量，写出每一步反应过程，并说明是否有能量生成。,思考题,