糖代谢(1)(共76张PPT)

【葡萄糖的有氧氧化】：在氧供充足时，生物体将葡萄糖裂解为丙酮酸， 并进入线粒体彻底氧化为CO2和H2O的过程。
葡萄糖的主要分解代谢途径
糖酵解
葡萄糖
丙酮酸
（有氧或无氧）
（无氧）
（有氧）
葡萄糖6-磷酸
乙酰 CoA
乳酸 乙醇
磷酸戊糖途 径
三羧酸 循环
糖酵解的场所
磷酸戊糖途径糖 酵解
胞饮 中心体
吞噬 分泌物
葡糖-6-磷酸（G-6-P）
果糖-6-磷酸 (F-6-P) 果糖-1，6-二磷酸 (F-1,6-BP)
2 3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮
2 1，3-二磷酸甘油酸
2 3-磷酸甘油酸
2 2-磷酸甘油酸
2 磷酸烯醇丙酮酸 2 丙酮酸
底物水平磷酸化
★★★
（substrate level phosphorylation ）
Stage-3 乙酰CoA进入柠檬酸循环及氧化磷酸化生成ATP
★★★
烟酰胺
NAD+ ：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 （辅酶I） NADP+ ：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（辅酶II）
作用：传递H和电子
Stage-2 丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA
★★★
COOH 丙酮酸脱氢酶复合体
O
C=O
CH3
丙酮酸
PET-CT
正电子发射断层扫描
（PET）
氟代脱氧葡萄糖 (18FDG)
、2-脱氧-D-葡萄糖
3-溴丙酮酸（3-BrPA）
2-脱氧-D-葡萄糖
氯尼达明 （LND）：与化疗联合 进行时治疗效果较好
第二节 糖的有氧氧化
一、糖的有氧氧化分3个阶段
Stage-1 葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸 Stage-2 丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA
基团转移阶段
★
为什么要进行基团转移：
细胞对NADPH的消耗量远大于磷酸戊糖，多余的戊糖通
过此反应返回糖酵解途径再次利用
1mol糖完全氧化释放2840kJ能量，其中约34%转化为ATP （肌肉组织的主要方式，因为缺乏葡糖-6-磷酸脱氢酶） 三大营养物质通过柠檬酸循环在一定程度上相互转变。 1953年获得诺贝尔生理学或医学奖。 SGLT（Na+依赖型葡萄糖转运蛋白）: 对三个关键酶活性的调节 （肌肉组织的主要方式，因为缺乏葡糖-6-磷酸脱氢酶）
在美国批准的第一个SGLT2抑制剂。
SGLT2是一种钠依赖的葡萄糖转运蛋白，在肾脏中特异性的表达，在近曲 小管的肾脏血糖重吸收中发挥非常重要的作用。 选择性地抑制SGLT2，是一种创造性的治疗策略，即通过增加尿糖的排出来治疗2
型糖尿病。
彭博通讯社预测该药2018年可达11亿美元的年销售
★
葡萄糖由血进入细胞
特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行
糖的基本知识
糖是人类食物的主要成分，约占食物总量的50%以上
人体所需能量的50-70%来自糖。
1mol糖完全氧化释放2840kJ能量，其中约34%转化为ATP
糖的功能不止于供能，如参与物质间转化、构成糖蛋白、参与结缔组织构 成等 糖分单糖（如：葡萄糖、果糖）、寡糖、多糖（淀粉、糖原、纤维素等）
酵母菌在无氧时进行生醇发酵；将其转移至有氧环境，生醇发酵即被抑制。
这种有氧氧化抑制生醇发酵（或糖无氧氧化）的现象称为巴斯德效应。
第四节 磷酸戊糖途径
★★★

【磷酸戊糖途径】：是指从糖酵解的中间产物葡糖-6-磷酸开始形成旁路，通过 氧化、基团转移两个阶段生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛，从而返回糖酵解 的代谢途径。通过该途径生成NADPH和磷酸核糖，用于核酸合成及体内多种 代谢途径的原料。
总反应式：
3 葡糖-6-磷酸 + 6 NADP+
2 果糖-6-磷酸 + 3-磷酸甘油醛 + 6 NADPH + 6H+ + 3 CO2
反应分两个阶段
场所： 胞质
氧化反应阶段 基团转移阶段
氧化反应阶段
★★
葡糖-6-磷酸脱氢酶
（关键酶）
内酯酶
6-磷酸葡糖酸脱氢酶
异构酶
■ 磷酸戊糖途径的关键酶
■ 生成2个NADPH
依赖于GLUT（葡糖转运蛋白）
GLUT1,3: 存在于各种组织细胞，是细胞摄糖的基本转运体
GLUT2: 存在于肝细胞、胰腺β细胞，对葡萄糖低亲和力，可使肝摄取血 中过剩的葡萄糖，并调节胰岛素分泌
GLUT
（共12中，右边5
种功能明确）
GLUT4: 存在于脂肪、肌组织，以胰岛素依赖的方式摄取葡萄糖，肌 肉耐力训练可增加肌组织细胞膜上GLUT4的表达
剂
F-1,6-BP也是PFK-1的别构激活
剂，属于正反馈调节
三、糖无氧氧化的生理意义
★★★
◆ 迅速提供能量，这对肌肉收缩至关重要。
肌肉ATP含量很低，收缩几下即耗完，即使氧不缺，因为有氧氧化反应时间长，需要无氧
氧化迅速获得ATP
当机体缺氧或剧烈运动肌局部血流不足时，能量主要靠无氧氧化
◆ 成熟红细胞没有线粒体，只能依赖无氧氧化供能
★★★
1分子葡萄糖
2分子丙酮酸
2分子乙酰CoA
TCA
酵解阶段： 2 ATP 2 1 NADH
2 ATP
兑换率 1：
2 或2.5 ATP
穿梭进入线粒体
丙酮酸氧化：2 1NADH
兑换率 1：2.5 2 2.5 ATP
三羧酸循环：2 1 GTP
2 3 NADH
2 1 FADH2
兑换率 1：2.5
新陈代谢的概念和特点
新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行物质 交换和能量交换的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列 生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用（assimilation）/合成代谢；另一方 面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或 排出体外，即所谓异化作用（dissimilation ）/分解代谢，通过上述过程不断地进行自 我更新。
◆ 神经细胞、白细胞、骨髓细胞等代谢极为活跃，即使 不缺氧也常由糖的无氧氧化提供能量。
注意：1个 葡萄糖经无氧氧化净生成 2个 ATP
糖的无氧氧化与肿瘤
Warburg早在20世纪20年代年就发现了在有氧条件下肿瘤细胞大量摄取葡萄糖并产生乳酸的现象，此 即Warburg效应
恶性肿瘤细胞的能量代谢特点表现为：有氧状态下的糖酵解为其主要获能方式，葡萄糖是其唯 一能量底物。
Kreb循环
O CH3-C-SCoA
CoASH
柠檬酸合酶
NADH NAD+
草酰乙酸
苹果酸脱氢酶
顺乌头酸酶
★★★★
柠檬酸
顺乌头酸
顺乌头酸酶
H2O
苹果酸 延胡索酸酶
异柠檬酸 异柠檬酸脱氢酶
NAD+
NADH +CO2
延胡索酸
FADH2
FAD
琥珀酸脱氢酶
琥珀酰-CoA合 成酶
－酮戊二酸 NAD+
CoA-SH
对三个关键酶活性的调节 己糖激酶
葡萄糖 （G）
（不可逆！）
葡糖-6-磷酸（G-6-P）
磷酸果糖激酶-1（PFK-1）： 最重要！
果糖-6-磷酸 (F-6-P)
果糖-1，6-二磷酸 (F-1,6-BP)
丙酮酸激酶
磷酸烯醇丙酮酸
丙酮酸
果糖-6-磷酸 (F-6-P)的调控
★★★
F-2,6-BP 是PFK-1最强的别构激活
2 1 NADH 为什么要进行基团转移： 酵母菌在无氧时进行生醇发酵； 五 葡萄糖的其他代谢产物 1- 磷酸葡萄糖 针对柠檬酸循环的3个关键酶的调节 （通过α-1,4-糖苷键） 肿瘤高表达：葡萄糖转运体蛋白（GLUT1和/或GLUT3）
第一节 糖的消化、吸收、转运
★
糖的消化、吸收
主食中的糖类以淀粉（starch）为主
糖类被消化成单糖才能在小肠吸收。由淀粉酶、糖苷酶等完成。
吸收：
SGLT（Na+依赖型葡萄糖转运蛋白）:
SGLT1: 存在于小肠，负责 小肠对葡萄糖的吸收
SGLT1,2: 存在于肾，负责 肾对葡萄糖的重吸收
肾单位
一个是强生旗下的Janssen药物公司的治疗２型糖尿病新药，该药是
2 1 ATP
2 7.5 ATP
兑换率 1：1.5 2 1.5 ATP
总计：30 ATP或32 ATP
四、糖有氧氧化的调节（自学）
★
针对丙酮酸脱氢酶复合体的调节
针对柠檬酸循环的3个关键酶的调节 柠檬酸循环与上下游反应相协调
★★
五、糖有氧氧化抑制无氧氧化
巴斯德效应（Pasteur effect）
在此基础上，Krebs 发现柠檬酸可经过顺乌头酸、异柠檬酸、α-酮 戊二酸而生成琥珀酸。因已知琥珀酸可 经过延胡索酸、苹果酸可生成草酰乙酸，这样就使从 柠檬酸→→→到草酰乙酸间的关系已经清楚。
之后，Krebs 又发现了一个极关键的反应，就 是在肌肉中如果加入草酰乙酸便有柠檬酸的产 生。由于这
一发现使上述 8 个有机酸的代谢 呈一个环状的关系。由于当时已知在无氧的条件下从葡萄糖可生成丙酮酸，所
丙酮酸氧化
三羧酸循环
细胞膜 细胞质 线粒体 高尔基体 细胞核
内质网 溶酶体
细胞膜
★★
细胞壁 叶绿体 有色体 白色体 液体 晶体
十步反应
一、 糖的无氧氧化分为糖酵解和乳酸生成两个阶段
★★★★
糖酵解
第 一
葡萄糖的磷酸化 阶
段
第 二
磷酸己糖的裂解 阶 段
第
丙酮酸和ATP的生成
三 阶
段
葡萄糖 （G）
Cairns RA等人研究发现，摄取的葡萄糖约为周围正常细胞的10倍；肿瘤细胞糖酵解
能力是正常细胞的20-30倍。
肿瘤高表达：葡萄糖转运体蛋白（GLUT1和/或GLUT3）
己糖激酶等糖酵解酶
★肿瘤为什么青睐用糖 酵解途径来供能？
提供大量碳源、减少有氧氧化中的自由 基损伤
应用：PET-CT; 药物设计
Krebs是如何发现三羧酸循环的呢？他的成就就是继承了前人工作的结晶。
早在 1910 年就有科学家利用组织的匀浆对某些有 机化合物的氧化进行了比较，发现乳酸、琥珀酸、苹果酸、顺
乌头酸、柠檬酸等都比较能够 迅速的氧化。
进而在 1937 年有科学家发现由柠檬酸氧化可生成 α-酮戊二酸，异柠檬酸、顺 乌头酸则是其中间产物。
定义： ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应称 为底物水平磷酸化。
指在分解代谢过程中，底物因脱氢、脱水等作用而使能量在分子内部重新分布，
形成高能磷酸化合物，然后将高能磷酸基团转移到ADP形成ATP的过程。
高能化合物的放能水解作用偶联ATP合成
二、 糖酵解的调控
★★★★
以 Krebs 当时 认为，丙酮酸在体内可与少量存在的草酰乙酸缩合成柠檬酸，之后柠檬酸在生成 CO2 不断 放
出氢的同时经一系列变化生成草酰乙酸。由此便可完全解释体内有机化合物的氧化机制。
在此同时，Krebs 又证明了在体内，碳水化合物、脂肪及蛋白质等经氧化分解，在生成 CO2 及水的同时并释放 出能量。至此，一个完整的三羧酸循环途径诞生，而至今尚无人能推翻和 改变这一代谢过程。
α-酮戊二酸脱氢酶复 合体
NADH +CO2
琥珀酸 GTP 琥珀酰CoA
柠檬酸循环要点：
3个关键酶
4次脱氢 2次脱羧
1次底物水平磷酸化
★★★★
柠檬酸循环（TCA）化学历程
Krebs的生平
Krebs：1900 年 8 月 25 日出生于德国希尔德海姆（Hildesheim）犹太血统。父亲是一位 耳 鼻喉科医生，他在 1919-1923 年曾先后就读于德国的格丁根、弗赖堡、柏林大学，1925 年毕业于汉堡大学。而后作为 1931 年诺贝尔奖的获得者瓦尔堡（Otto Heinrich Warburg）的 助 手直到 1930 年。在名师的指导下他渡过了充实、有意义的 5 年时光，并为以后的研究打 下了坚实 的基础。 1933 年因其犹太血统而受迫害逃亡至英国， 并获剑桥大学硕士。 1935-1945 年先后任谢菲 尔德大学药理讲师及生物化学教授。1952 年起任牛津大学的生化教授。1953年获得诺贝尔生理 学或医学奖。1981 年 11 月 22 日在英国牛津逝世。
二 柠檬酸循环的生理意义
1 是三大营养物质分解产能 的共同通路
★★★★
2 是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽 三大营养物质通过柠檬酸循环在一定程度上相互转变。
例1：饱食时，糖可以转变为脂肪
★★★★
胆固醇
例2：绝大多数氨基酸可以转变成糖，糖也可以转化为部分非必需氨基酸
★★★
TCA
三、糖的有氧氧化的能量计算
CoASH
CH3-C-SCoA
乙酰CoA
CO2
NAD+ NADH+H+
丙酮酸脱氢酶复合体
•丙酮酸脱氢酶（E1） •二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2） •二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）
辅酶/辅基
TPP
硫辛酰胺
FAD、NAD+
Stage-3 乙酰CoA进入柠檬酸循环及氧化磷酸化生成ATP
被称为： 柠檬酸循环
TCA循环 三羧酸循环
GLUT5: 存在于小肠细胞，运输果糖。
★★★
第二节 糖的无氧氧化
【糖酵解】：一分子葡萄糖在胞质中可裂解为两分子的丙酮酸，是葡萄糖无 氧氧化和有氧氧化的共同起始途径，称为糖酵解
【葡萄糖的无氧氧化】：在不能利用氧或供氧不足时，生物体将葡萄糖裂解为丙 酮酸，并进一步转化为乳酸或乙醇的过程。
对于人体
对于植物/微生物