第四章糖代谢

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ppi
2. UDPG+糖原(Gn)
UDP+糖原(Gn+1)
Gn为较小的糖原分子即引物分子,为UDPG上葡萄糖基接受体
UDPG可看作“活性葡萄糖” 作为糖原合成的葡萄糖供体
Branching enzyme
糖原合酶:只催化形成α-1,4糖苷键,延长糖链; 分支酶:以α-1,6糖苷键形成新分支。
最终产物:80%为1-鳞酸葡萄糖 15%为游离葡萄糖
肌肉中糖原合酶、糖原磷酸化酶调节与肝脏不同
糖原分解 肝主要受胰高血糖素调节 肌肉主要受肾上腺素调节
对肌糖原磷酸化酶,AMP是变构激活剂 ATP、6磷酸葡萄糖为变构抑制剂,但对糖 原合酶有激活作用
第五节
糖异生作用
Gluconeogenesis
糖异生作用: 各种非糖化合物(乳酸、丙酮酸、甘 油、生糖氨基酸等)转变为葡萄糖或糖原 的过程称为糖异生作用
2.病理性糖尿 胰岛素分泌障碍或胰高血糖激 素分泌亢进,导致的高血糖出现的糖尿
3.肾性糖尿 是指肾脏疾病引起肾对糖重吸 收障碍、糖阈值降低所出现的糖尿。
(二)低血糖 Hypoglycemia 定义: 空腹血糖水平低于3.33~3.89mmol/L 危害性: 血糖浓度过低,组织能量不足,特别是 脑组织能量缺乏,可出现头晕、乏力等,严 重时出现昏迷。
二、血糖水平的调节
(一)器官调节 (二)激素的调节
升高血糖激素:胰高血糖素、糖皮 质激素、肾上腺素
降低血糖激素:胰岛素
• 升高血糖和降低血糖两类激素 通过相互协调、相互制约、共同作用
来实现血糖的调节。
• 机体能够精细调节糖代谢的机制,保证 了血糖在一定范围内波动。
激素对血糖水平的调节
(一)降低血糖的激素——胰岛素 1.促进膜载体增加,利于G转入细胞内 2.加速糖原合成,抑制糖原分解 3.促进G的有氧氧化 4.抑制肝糖异生 5.抑制激素敏感脂肪酶,减少脂肪动员
(10)丙酮酸可作为受氢体还原生成乳酸
乳酸脱氢酶
特点:保证糖酵解过程得以继续运行
糖酵解小结
1.不需氧的产能过程 从葡萄糖开始净生成2mol ATP 从糖原开始净生成3mol ATP
2.全过程在细胞液中进行
3.三个关键酶催化的反应不可逆 关键酶:己糖激酶
6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶
4.乳酸的生成 使糖酵解途经中生成的NADH+H+重新转 变成NAD+,保证糖酵解过程继续运行
第三节
磷酸戊糖途径
Pentose Phosphate Pathway
一、磷酸戊糖途径的主要反应过程
部 位 胞液
分两个阶段 第一阶段氧化不可逆 产生NADPH+H+ 及CO2 第二阶段为非氧化可逆过程
1.磷酸核糖的生成(第一阶段)
生成1分子磷酸戊糖和2分子NADPH+H+
2、基团转移反应(第二阶段)
(三)乙酰CoA 的氧化——三羧酸循环
三羧酸循环( tricarboxylic acid cycle) 亦称柠檬酸循环,是循环中第一个中间产物 柠檬酸含有三个羧基。最早由Krebs提出, 故又称Krebs循环。
三羧酸循环部位: 在线粒体中。
1. 柠檬酸(citrate)的生成
柠檬酸合酶
特点:耗能,能量来自高能硫脂键,反应不可逆
有氧氧化是机体主要供能方式。
部 位 细胞液及线粒体。
一、糖的有氧氧化反应过程
大致可分为三个阶段 : • 糖酵解途径 • 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A • 乙酰CoA 的氧化
(一)丙酮酸的生成
有氧条件下丙酮酸入线粒体继续氧化。
酵解途径脱氢反应生成的NADH+H+也入 线粒体氧化成水并生成ATP。
三、糖原合成与分解的调节
关键酶:合成为糖原合酶 分解为糖原磷酸化酶
两种酶都以活性、无活性两种方式存 在,两者之间可通过磷酸化和去磷酸化互 相转变而改变活性。 调节方式:共价修饰
变构调节
• 对肌糖原磷酸化酶,AMP是变构激活剂
• ATP、6磷酸葡萄糖为变构抑制剂,但对糖 原合酶有激活作用
• 肌肉收缩ATP消耗时,肌糖原加快分解。 变构调节可在几毫秒时间内迅速完成
二、三羧酸循环的特点和生理意义
特点:
⒈ATP生成的主要途径:净生成36或38molATP ⒉在有氧条件下运转:产生H需电子传递链传递 ⒊三羧酸循环反应非逆向进行 ⒋中间产物的作用及补充
生理意义:
1. 三羧酸循环是三大营养素的最终代谢通 路及主要产能阶段
2. 三羧酸循环为糖、脂肪、氨基酸代谢联 系的枢纽
调节的方式 变构调节 共价修饰

1.6-二磷酸果糖



变构激活剂 (+)
酮 酸
丙酮酸激酶



(-) 变构抑制剂


ATP和丙氨酸
第二节 糖的有氧氧化
(Aerobic Oxidation of Carbohydrates)
概念
机体供氧充足条件下,葡萄糖彻底氧 化生成水和CO2,并产生能量的过程称为有 氧氧化。
特点:磷酸甘油酸激酶催化,第一个底物水平磷 酸化反应
(7) 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸
磷酸甘油变位酶
可逆的磷酸基转移过程
(8)2-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸
烯醇化酶
特点:电子重排和能量重新分布,利于高 能磷酸键生成
(9)磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸
丙酮酸激酶
特点:第二个底物水平磷酸化反应,反应不可逆
(一)维持血糖浓度稳定 (二)恢复肝糖储备 (三)调节酸碱平衡
四、糖异生作用的调节
(一)代谢物的调节作用
• 乙酰CoA激活丙酮酸羧化酶,促丙酮酸异生 成糖
• 乙酰CoA反馈抑制丙酮酸脱氢酶,抑制丙酮 酸氧化,同时变构激活丙酮酸羧化酶,促进 丙酮酸异生成糖
• 丙氨酸是饥饿时糖异生的主要原料,丙氨酸 抑制肝内丙酮酸激酶活性,利于丙氨酸异生 成糖
3. 为其他物质代谢提供前体成分
(2)共价修饰调节
( 二 ) 对 三 羧 酸 循 环 的 调 节
巴斯德效应 (Pasteur effect)
概念:即有氧抑制糖酵解的现象 基本原理:
氧充足丙酮酸入三羧酸循环,NADH+H+入 线粒体经电子传递链氧化,而抑制乳酸生成
缺氧氧化磷酸化受阻, NADH+H+累积,丙 酮酸在胞液中还原为乳酸,使糖酵解途径加强
部 位 细胞液
一、糖酵解的反应过程
分两个阶段: 第一阶段 葡萄糖分解为丙酮酸(pyruvate ) 第二阶段 丙酮酸转变为乳酸 (lactate)
(1) 6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)的生成
己糖激酶
特点:反应不可逆,需ATP提供磷酸基和能量
(2) 6-磷酸葡萄糖转化为6-磷酸果糖(fructose-
糖 酵 解 反 应 全 过 程
二、糖酵解的生理意义
1.机体缺氧状况下能迅速提供能量 剧烈运动等生理性缺氧 心肺机能障碍等病理性缺氧
2.有氧状况下依赖糖酵解供能 成熟红细胞因无线粒体而完全依赖 白细胞、骨髓等代谢活跃部分依赖
三、糖酵解的调节
调节关键位点是关键酶 已糖激酶 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶
⒉异柠檬酸(isocitrate)的形成
⒊异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸(αketoglutatrate)
异柠檬酸脱氢酶催化,氧化脱羧
4.α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA (succinyl CoA)
α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化下,脱氢、脱羧
⒌ 底物水平磷酸化反应
特点:唯一直接生成高能磷酸键的反应。
(二)丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A 丙酮酸进入线粒体,氧化脱羧生成乙酰CoA
NAD+
wenku.baidu.com
NADH+H CO2
丙酮酸
丙酮酸脱氢酶复合体
乙酰CoA
丙酮酸脱氢酶复合体 三个酶: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) 五种辅酶: TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA
⒍ 延胡索酸的生成
琥珀酸脱氢酶
脱2H由辅酶FAD接受,生成FADH2
⒎苹果酸的生成和草酰乙酸的再生
延胡索酸酶
苹果酸脱氢酶
三羧酸循环小结:
每循环一次 • 乙酰CoA的乙酰基被彻底氧化 • 2分子CO2形式释放,是体内CO2来源 • 4次脱氢反应:3次NAD+接受
1次FAD接受 • 1次底物水平磷酸化生成1个高能磷酸键
第四节 糖原的合成与分解
一、 糖原合成 glycogenesis
(一)糖原合成 单糖(主要是葡萄糖)合成糖原的过程 糖的储存形式 ,机体迅速动用的储备能源
(二)糖原合成组织 肝脏和肌肉
(三)合成反应
1. 葡萄糖 葡萄糖激酶 肝
6-磷酸葡萄糖
变位酶
1-磷酸葡萄糖+UTP UTP焦磷酸化酶 UDPG
6-磷酸葡萄糖
葡萄糖
H2O
pi
葡萄糖-6-磷酸酶主要分布在肝脏,肝脏是糖异 生的主要器官。
二、乳酸循环与糖异生作用
糖异生活跃 有葡萄糖-6-磷酸酶
肌肉缺乏葡萄糖 6-磷酸酶
乳酸循环是一个耗能的过程 生理意义:
1. 避免肌肉生成的乳酸损失,回收利用 2. 防止乳酸堆积引起的酸中毒
三、糖异生的生理意义
(二)激素的调节作用
胰高血糖素
诱导糖异生酶合成
抑制糖分解
促进糖异生
胰岛素
与胰高血糖 素作用相反
抑制糖异生
第六节
血糖
Blood Suger
血糖的概念: 血糖是指血液中的葡萄糖
正常血糖浓度:
3.89~6.11mmol/L 血糖水平恒定,利于保证机体组织的能量
供应
一、血糖的来源和去路
血糖来源
血糖去路
部 位:
肝(主)、肾(次)
一、糖异生途径
1. 丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸
羧化支路:丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化
2. 1,6-二磷酸果糖转变为6-磷酸果糖
果糖1,6-二磷酸酶
1,6-磷酸果糖
H2O
pi
6-磷酸果糖
特点:水解过程是放能反应
3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸酶
6-phosphate)
(3) 6-磷酸果糖磷酸化成1,6-二磷酸果糖
6-磷酸果糖激酶-1
特点:不可逆反应。需ATP提供磷酸基和能量
(4) 1,6-二磷酸果糖裂解成2个磷酸丙糖
(5) 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸酸甘油酸
3-磷酸甘油醛脱氢酶催化,该途径唯一的氧化步骤
(6)1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸
一系列可逆的基团转移反应 目的和意义:
在于将磷酸戊糖转变成6-磷酸果糖 和3-磷酸甘油醛进入糖酵解途径
第 一 阶 段 第 二 阶 段
二、磷酸戊糖途径的生理意义
• 为核酸的生物合成提供原料 • NADPH作为多种物质代谢反应的供氢体
(1)体内多种合成代谢中氢原子的来源 (2) NADPH参与体内的羟化反应 (3) NADPH是谷胱甘肽还原酶的辅酶
糖蛋白 蛋白质含量多与糖 蛋白多糖 糖含量多与蛋白质 糖脂 单糖或寡糖与脂类结合
糖的生理功能
• 为机体生理活动提供能量 • 转化其他重要化合物 • 重要组织结构成分
第一节 糖的无氧分解
(Glycolysis of Carbohydrate)
定义
糖酵解(glycolysis)指葡萄糖生成 丙酮酸在无氧条件下转变为乳酸的过程。
(二)升高血糖激素
1.胰高血糖素
促肝糖原分解、促进糖异生,抑制糖酵解 激活激素敏感脂肪酶,减少脂肪动员
2.糖皮质激素
促进肌蛋白质分解氨基酸利于糖异生; 抑制肝外组织摄取糖;协助脂肪动员
3.肾上腺素
加速肝糖原分解、 促肌糖原酵解成乳酸,在肝脏异生成糖
三、糖代谢异常
(一)高血糖Hyperglycemia及糖尿 定义:空腹血糖浓度高于7.22~
• 寡糖(oligosacchride) • 多糖(polysacchride) • 结合糖(glycoconjugate)
多糖:由若干单糖组成的糖类
根据分子组成又分同多糖和杂多糖
同多糖:由相同单糖缩合而成 常见淀粉、糖原、纤维素
杂多糖:由不相同的单糖或单糖衍生物缩合 而成
如粘多糖
结合糖:糖与非糖物质结合形成的复合糖类
7.78mmol/L时称为高血糖。 糖尿:血糖浓度高于8.89~10.00mmol/L,
即超过了肾小管重吸收葡萄糖能力,尿中可测 出葡萄糖称糖尿。这一血糖水平称为肾阈值。
引起高血糖及糖尿的原因
分生理性和病理性两类
1.生理性糖尿 摄食过多或输入大量葡萄糖、 精神紧张等,使血糖升高超过肾阈值出现 糖尿。
第四章 糖 代 谢
Metabolism of Carbohydrates
糖的概念
糖类(Carbohydrates)即碳水化合物 化学本质为多羟醛或多羟酮及其衍生 物或多聚糖。食物中糖主要是淀粉,经消 化为基本组成单位葡萄糖(glucose)后 被吸收。
糖的分类
根据糖分子构成特点分: • 单糖(monosacchride)
病理性低血糖原因有: ①胰岛β-细胞功能亢进或胰岛α-细胞 功能低下等; ②严重肝脏疾患; ③内分泌异常,如垂体功能低下; ④进食障碍; ⑤肿瘤等。
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