糖化學分解與合成代謝

1、糖化學分解與合成代謝第 一 節(jié) 概 述Introduction 一、糖的生理功能1. 氧化供能如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、膽固醇、核苷等物質的原料。3. 作為機體組織細胞的組成成分這是糖的主要功能。2. 提供合成體內其他物質的原料如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的組成成分。二、糖的消化與吸收（一）糖的消化人類食物中的糖主要有植物淀粉、動物糖原以及麥芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉為主。消化部位： 主要在小腸，少量在口腔淀粉 麥芽糖+麥芽三糖 （40%） （25%）-臨界糊精+異麥芽糖 （30%） （5%）葡萄糖 唾液中的-淀粉酶 -葡萄糖苷酶 -臨界糊精酶 消化過程 腸粘膜上皮細胞刷狀

2、緣 胃 口腔 腸腔 胰液中的-淀粉酶 食物中含有的大量纖維素，因人體內無-糖苷酶而不能對其分解利用，但卻具有刺激腸蠕動等作用，也是維持健康所必需。（二）糖的吸收1. 吸收部位 小腸上段 2. 吸收形式 單 糖 ADP+Pi ATP G Na+ K+ Na+泵小腸粘膜細胞 腸腔 門靜脈 3. 吸收機制Na+依賴型葡萄糖轉運體(Na+-dependent glucose transporter, SGLT)刷狀緣 細胞內膜 4. 吸收途徑 小腸腸腔 腸粘膜上皮細胞 門靜脈 肝臟 體循環(huán)SGLT 各種組織細胞 GLUT GLUT：葡萄糖轉運體(glucose transporter)，已發(fā)現有5種葡

3、萄糖轉運體(GLUT 15)。 三、糖代謝的概況 葡萄糖 酵解途徑 丙酮酸 有氧 無氧 H2O及CO2 乳酸 糖異生途徑 乳酸、氨基酸、甘油 糖原 肝糖原分解 糖原合成 磷酸戊糖途徑 核糖 + NADPH+H+淀粉 消化與吸收 ATP 第 二 節(jié)糖的無氧分解 Glycolysis 一、糖酵解的反應過程 第一階段 第二階段* 糖酵解(glycolysis)的定義* 糖酵解分為兩個階段* 糖酵解的反應部位：胞漿在缺氧情況下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的過程稱之為糖酵解。 由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，稱之為糖酵解途徑(glycolytic pathway)。由丙酮酸轉變成乳酸。

4、葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖ATP ADPMg2+ 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3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P)（一）葡萄糖分解成丙酮酸哺乳類動物體內已發(fā)現有4種己糖激酶同工酶，分別稱為至型。肝細胞中存在的是型，稱為葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特點是：對葡萄糖的親和力很低受激素調控 6-磷酸葡萄糖轉變?yōu)?6-磷

5、酸果糖 己糖異構酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P) 6-磷酸果糖轉變?yōu)?,6-雙磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶-1GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯

6、醇式丙酮酸6-磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1)6-磷酸果糖 1,6-雙磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P)1,6-雙磷酸果糖 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 醛縮酶(aldolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油醛 + 磷酸丙糖的同分異構化磷酸丙糖異構酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPA

7、DP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸丙糖異構酶 (phosphotriose isomerase)3-磷酸甘油醛 磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸 Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛脫氫酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油醛脫氫酶(glyceraldehyde-3-

8、phosphate dehydrogenase)3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 1,3-二磷酸甘油酸轉變成3-磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸 在以上反應中，底物分子內部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程，稱為底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。 1,3-二磷酸 甘油酸3-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶(p

9、hosphoglycerate kinase) 3-磷酸甘油酸轉變?yōu)?-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸變位酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸變位酶 (phosphoglycerate mutase)3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸轉變?yōu)榱姿嵯┐际奖?烯醇化酶(enolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥

10、丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸 + H2O磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP)ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶(pyruvate kinase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸轉變成丙酮酸， 并通過底物水平磷酸化生成ATP磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 (二) 丙酮酸轉變成乳酸丙酮酸 乳酸 反應中的NAD

11、H+H+ 來自于上述第6步反應中的 3-磷酸甘油醛脫氫反應。乳酸脫氫酶(LDH) NADH + H+ NAD+ E1:己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶 NAD+ 乳 酸 糖酵解的代謝途徑GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 丙 酮 酸 磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ 糖酵解小結 反應部位：胞漿 糖酵解是一個不需氧的產能過程 反應全過程中有三步不可逆的反應G G-6-P ATP ADP

12、 己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶-1 ADP ATP PEP 丙酮酸 丙酮酸激酶 產能的方式和數量方式：底物水平磷酸化凈生成ATP數量：從G開始 22-2= 2ATP從Gn開始 22-1= 3ATP 終產物乳酸的去路釋放入血，進入肝臟再進一步代謝。分解利用 乳酸循環(huán)（糖異生）果糖己糖激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP丙酮酸半乳糖1-磷酸半乳糖1-磷酸葡萄糖半乳糖激酶變位酶甘露糖6-磷酸甘露糖己糖激酶變位酶除葡萄糖外，其它己糖也可轉變成磷酸己糖而進入酵解途徑。 二、糖酵解的調節(jié)關鍵酶 己糖激酶 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸

13、激酶 調節(jié)方式 別構調節(jié) 共價修飾調節(jié) （一） 6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1) * 別構調節(jié) 別構激活劑：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P別構抑制劑： 檸檬酸; ATP（高濃度） 此酶有二個結合ATP的部位： 活性中心底物結合部位（低濃度時） 活性中心外別構調節(jié)部位（高濃度時） F-1,6-2P 正反饋調節(jié)該酶 F-6-P F-1,6-2P ATP ADP PFK-1磷蛋白磷酸酶 Pi PKA ATP ADP Pi 胰高血糖素 ATP cAMP 活化 F-2,6-2P +/+AMP +檸檬酸 AMP +檸檬酸 PFK-2（有活性）FBP-2（無活性）6-磷酸果糖激酶

14、-2 PFK-2（無活性）FBP-2（有活性）PP果糖雙磷酸酶-2 目 錄（二）丙酮酸激酶1. 別構調節(jié)別構抑制劑：ATP, 丙氨酸別構激活劑：1,6-雙磷酸果糖2. 共價修飾調節(jié)丙酮酸激酶 丙酮酸激酶 ATP ADP Pi 磷蛋白磷酸酶（無活性） （有活性） 胰高血糖素 PKA, CaM激酶PPKA：蛋白激酶A (protein kinase A)CaM：鈣調蛋白 (三) 己糖激酶或葡萄糖激酶* 6-磷酸葡萄糖可反饋抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。* 長鏈脂肪酰CoA可別構抑制肝葡萄糖激酶。 三、糖酵解的生理意義1. 是機體在缺氧情況下獲取能量的有效方式。2. 是某些細胞在氧供應正常

15、情況下的重要供能途徑。 無線粒體的細胞，如：紅細胞 代謝活躍的細胞，如：白細胞、骨髓細胞第 三 節(jié)糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在機體氧供充足時，葡萄糖徹底氧化成H2O和CO2，并釋放出能量的過程。是機體主要供能方式。* 部位：胞液及線粒體 * 概念 一、有氧氧化的反應過程 第一階段：酵解途徑 第二階段：丙酮酸的氧化脫羧 第三階段：三羧酸循環(huán) G（Gn） 第四階段：氧化磷酸化 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP TAC循環(huán) 胞液 線粒體 （一）丙酮

16、酸的氧化脫羧 丙酮酸進入線粒體，氧化脫羧為乙酰CoA (acetyl CoA)。丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脫氫酶復合體 總反應式: 丙酮酸脫氫酶復合體的組成 酶E1：丙酮酸脫氫酶E2：二氫硫辛酰胺轉乙酰酶E3：二氫硫辛酰胺脫氫酶HSCoANAD+ 輔 酶 TPP 硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+SSL丙酮酸脫氫酶復合體催化的反應過程1. 丙酮酸脫羧形成羥乙基-TPP。 2. 由二氫硫辛酰胺轉乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。3. 二氫硫辛酰胺轉乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同時使硫辛酰胺上的二硫鍵還原為2個巰基

17、。4. 二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3)使還原的二氫硫辛酰胺脫氫，同時將氫傳遞給FAD。5. 在二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3)催化下，將FADH2上的H轉移給NAD+，形成NADH+H+。CO2 CoASHNAD+NADH+H+5. NADH+H+的生成1. -羥乙基-TPP的生成 2.乙酰硫辛酰胺的生成 3.乙酰CoA的生成4. 硫辛酰胺的生成 目 錄三羧酸循環(huán)(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也稱為檸檬酸循環(huán)，這是因為循環(huán)反應中的第一個中間產物是一個含三個羧基的檸檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循環(huán)的學說，故此循環(huán)又稱為Krebs循環(huán)，它由一連串反應組成。所有的反應均

18、在線粒體中進行。 （二）三羧酸循環(huán)* 概述* 反應部位 CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O檸檬酸合酶順烏頭酸梅異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶復合體琥珀酰CoA合成酶琥珀酸脫氫酶延胡索酸酶蘋果酸脫氫酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶目 錄小 結 三羧酸循環(huán)的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸縮合生成含三個羧基的檸檬酸，反復的進行脫氫脫羧，又生成草酰乙酸，再重復循環(huán)反應的過程。 TAC過程的反應部位是線粒體。 三羧酸循環(huán)的要點 經過一次三羧酸循環(huán)，消耗一分子乙酰CoA

19、，經四次脫氫，二次脫羧，一次底物水平磷酸化。生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP。關鍵酶有：檸檬酸合酶 -酮戊二酸脫氫酶復合體 異檸檬酸脫氫酶 整個循環(huán)反應為不可逆反應 三羧酸循環(huán)的中間產物三羧酸循環(huán)中間產物起催化劑的作用，本身無量的變化，不可能通過三羧酸循環(huán)直接從乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循環(huán)中其他產物，同樣中間產物也不能直接在三羧酸循環(huán)中被氧化為CO2及H2O。表面上看來，三羧酸循環(huán)運轉必不可少的草酰乙酸在三羧酸循環(huán)中是不會消耗的，它可被反復利用。但是，例如： 草酰乙酸 天冬氨酸 -酮戊二酸 谷氨酸 檸檬酸 脂肪酸 琥珀酰CoA 卟啉 機體內各種物質

20、代謝之間是彼此聯系、相互配合的，TAC中的某些中間代謝物能夠轉變合成其他物質，借以溝通糖和其他物質代謝之間的聯系。 機體糖供不足時，可能引起TAC運轉障礙，這時蘋果酸、草酰乙酸可脫羧生成丙酮酸，再進一步生成乙酰CoA進入TAC氧化分解。 草酰乙酸 草酰乙酸脫羧酶 丙酮酸 CO2 蘋果酸 蘋果酸酶 丙酮酸 CO2 NAD+ NADH + H+ * 所以，草酰乙酸必須不斷被更新補充。 草酰乙酸 檸檬酸 檸檬酸裂解酶 乙酰CoA 丙酮酸 丙酮酸羧化酶 CO2 蘋果酸 蘋果酸脫氫酶 NADH+H+ NAD+ 天冬氨酸 谷草轉氨酶 -酮戊二酸 谷氨酸 其來源如下： 2. 三羧酸循環(huán)的生理意義 是三大營養(yǎng)

21、物質氧化分解的共同途徑；是三大營養(yǎng)物質代謝聯系的樞紐；為其它物質代謝提供小分子前體；為呼吸鏈提供H+ + e。H+ + e 進入呼吸鏈徹底氧化生成H2O 的同時ADP偶聯磷酸化生成ATP。NADH+H+ H2O、3ATP O H2O、2ATP FADH2 O 二、有氧氧化生成的ATP 葡萄糖有氧氧化生成的ATP 此表按傳統(tǒng)方式計算ATP。目前有新的理論，在此不作詳述有氧氧化的生理意義 糖的有氧氧化是機體產能最主要的途徑。它不僅產能效率高，而且由于產生的能量逐步分次釋放，相當一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。簡言之，即“供能”三、有氧氧化的調節(jié)關鍵酶 酵解途徑：己糖激酶 丙酮酸的氧化脫羧：

22、丙酮酸脫氫酶復合體 三羧酸循環(huán)：檸檬酸合酶丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1-酮戊二酸脫氫酶復合體異檸檬酸脫氫酶1. 丙酮酸脫氫酶復合體 別構調節(jié)別構抑制劑：乙酰CoA; NADH; ATP 別構激活劑：AMP; ADP; NAD+ * 乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+時，其活性也受到抑制。 共價修飾調節(jié) 目 錄乙酰CoA 檸檬酸 草酰乙酸 琥珀酰CoA -酮戊二酸 異檸檬酸 蘋果酸 NADH FADH2 GTP ATP 異檸檬酸 脫氫酶檸檬酸合酶 -酮戊二酸脫氫酶復合體 ATP +ADP ADP +ATP 檸檬酸 琥珀酰CoA NADH 琥珀酰CoA NADH +Ca2+ Ca2+

23、ATP、ADP的影響 產物堆積引起抑制 循環(huán)中后續(xù)反應中間產物別位反饋抑制前面反應中的酶 其他，如Ca2+可激活許多酶2. 三羧酸循環(huán)的調節(jié)有氧氧化的調節(jié)特點 有氧氧化的調節(jié)通過對其關鍵酶的調節(jié)實現。 ATP/ADP或ATP/AMP比值全程調節(jié)。該比值升高，所有關鍵酶均被抑制。 氧化磷酸化速率影響三羧酸循環(huán)。前者速率降低，則后者速率也減慢。 三羧酸循環(huán)與酵解途徑互相協(xié)調。三羧酸循環(huán)需要多少乙酰CoA，則酵解途徑相應產生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。2ADP ATP+AMP 腺苷酸激酶 體內ATP濃度是AMP的50倍，經上述反應后，ATP/AMP變動比ATP變動大，有信號放大作用，從而發(fā)揮有效的調

24、節(jié)作用。ATP/ADP或ATP/AMP比值升高抑制有氧氧化，降低則促進有氧氧化。 ATP/AMP效果更顯著。* 另外四、巴斯德效應* 概念* 機制 有氧時，NADH+H+進入線粒體內氧化，丙酮酸進入線立體進一步氧化而不生成乳酸; 缺氧時，酵解途徑加強，NADH+H+在胞漿濃度升高，丙酮酸作為氫接受體生成乳酸。巴斯德效應(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的現象。第 四 節(jié) 磷酸戊糖途徑Pentose Phosphate Pathway* 概念磷酸戊糖途徑是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再進一步轉變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應過程。* 細胞定位：胞 液 第

25、一階段：氧化反應 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2一、磷酸戊糖途徑的反應過程* 反應過程可分為二個階段 第二階段則是非氧化反應 包括一系列基團轉移。 6-磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖 NADPH+H+ NADP+ H2O NADP+ CO2 NADPH+H+ 6-磷酸葡萄糖脫氫酶 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶 HCOHCH2OH CO 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸內酯 1. 磷酸戊糖生成 5-磷酸核糖 催化第一步脫氫反應的6-磷酸葡萄糖脫氫酶是此代謝途徑的關鍵酶。兩次脫氫脫下的氫均由NADP+接受生成NADPH + H+。反應生成的磷酸核糖是一個非常重要的中間產物。G-6-P 5-磷酸核糖

26、 NADP+ NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+ CO2 每3分子6-磷酸葡萄糖同時參與反應，在一系列反應中，通過3C、4C、6C、7C等演變階段，最終生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可進入酵解途徑。因此，磷酸戊糖途徑也稱磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt)。2. 基團轉移反應 5-磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷酸核糖 C55-磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛 C34-磷酸赤蘚糖 C46-磷酸果糖 C66-磷酸果糖 C63-磷酸甘油醛 C3磷酸戊糖途徑第一階段 第二階段 5-磷酸木酮糖

27、C55-磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛 C34-磷酸赤蘚糖 C46-磷酸果糖 C66-磷酸果糖 C63-磷酸甘油醛 C36-磷酸葡萄糖(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸內酯(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸(C6)3 5-磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷酸核糖 C53NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡萄糖脫氫酶 3NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶 CO2總反應式 36-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+ 26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2 磷酸戊糖途徑的特點 脫氫反應以NADP+為受氫體，生成NADPH+H+。 反應過程中進行了一系列酮基

28、和醛基轉移反應，經過了3、4、5、6、7碳糖的演變過程。 反應中生成了重要的中間代謝物5-磷酸核糖。 一分子G-6-P經過反應，只能發(fā)生一次脫羧和二次脫氫反應，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。二、磷酸戊糖途徑的調節(jié) * 6-磷酸葡萄糖脫氫酶 此酶為磷酸戊糖途徑的關鍵酶，其活性的高低決定6-磷酸葡萄糖進入磷酸戊糖途徑的流量。此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影響，比值升高則被抑制，降低則被激活。另外NADPH對該酶有強烈抑制作用。 三、磷酸戊糖途徑的生理意義（一）為核苷酸的生成提供核糖 （二）提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應 1. NADPH是體內許多合成代謝的供氫體

29、2. NADPH參與體內的羥化反應，與生物合成或生物轉化有關3. NADPH可維持GSH的還原性 2G-SH G-S-S-GNADP+ NADPH+H+A AH2 第 五 節(jié) 糖原的合成與分解 Glycogenesis and Glycogenolysis是動物體內糖的儲存形式之一，是機體能迅速動用的能量儲備。肌肉：肌糖原，180 300g，主要供肌肉收縮所需 肝臟：肝糖原，70 100g，維持血糖水平 糖 原 (glycogen) 糖原儲存的主要器官及其生理意義 1. 葡萄糖單元以-1,4-糖苷 鍵形成長鏈。2. 約10個葡萄糖單元處形成分枝，分枝處葡萄糖以-1,6-糖苷鍵連接，分支增加，溶

30、解度增加。3. 每條鏈都終止于一個非還原端.非還原端增多，以利于其被酶分解。糖原的結構特點及其意義 目 錄一、糖原的合成代謝 （二）合成部位（一）定義糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的過程。組織定位：主要在肝臟、肌肉細胞定位：胞漿1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 ATP ADP 己糖激酶;葡萄糖激酶（肝） （三）糖原合成途徑 1-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖變位酶 6-磷酸葡萄糖 2. 6-磷酸葡萄糖轉變成1-磷酸葡萄糖 這步反應中磷酸基團轉移的意義在于：由于延長形成-1,4-糖苷鍵，所以葡萄糖分子C1上的半縮醛羥基必須活化，才利于與原來的糖原分子

31、末端葡萄糖的游離C4羥基縮合。半縮醛羥基與磷酸基之間形成的O-P鍵具有較高的能量。* UDPG可看作“活性葡萄糖”，在體內充作葡萄糖供體。+UTP 尿苷 PPPPPi UDPG焦磷酸化酶 3. 1- 磷酸葡萄糖轉變成尿苷二磷酸葡萄糖 2Pi+能量 1- 磷酸葡萄糖 尿苷二磷酸葡萄糖 ( uridine diphosphate glucose , UDPG ) 糖原n + UDPG 糖原n+1 + UDP 糖原合酶( glycogen synthase ) UDP UTP ADP ATP 核苷二磷酸激酶4. -1,4-糖苷鍵式結合 * 糖原n 為原有的細胞內的較小糖原分子，稱為糖原引物(prim

32、er)， 作為UDPG 上葡萄糖基的接受體。 糖原n + UDPG 糖原n+1 + UDP 糖原合酶(glycogen synthase) （四）糖原分枝的形成 分 支 酶 (branching enzyme) -1,6-糖苷鍵 -1,4-糖苷鍵 目 錄近來人們在糖原分子的核心發(fā)現了一種名為glycogenin的蛋白質。Glycogenin可對其自身進行共價修飾，將UDP-葡萄糖分子的C1結合到其酶分子的酪氨酸殘基上，從而使它糖基化。這個結合上去的葡萄糖分子即成為糖原合成時的引物。糖原合成過程中作為引物的第一個糖原分子從何而來？目 錄 二、糖原的分解代謝 * 定義* 亞細胞定位：胞 漿 * 肝

33、糖元的分解 糖原n+1 糖原n + 1-磷酸葡萄糖 磷酸化酶 1. 糖原的磷酸解糖原分解 (glycogenolysis )習慣上指肝糖原分解成為葡萄糖的過程。脫枝酶 (debranching enzyme)2. 脫枝酶的作用 轉移葡萄糖殘基水解-1,6-糖苷鍵 磷 酸 化 酶 轉移酶活性 -1,6糖苷酶活性 目 錄 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖變位酶 3. 1-磷酸葡萄糖轉變成6-磷酸葡萄糖 4. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 （肝，腎）葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 * 肌糖原的分解肌糖原分解的前三步反應與肝糖原分解過程相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉組

34、織中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能轉變成葡萄糖釋放入血，提供血糖，而只能進入酵解途徑進一步代謝。肌糖原的分解與合成與乳酸循環(huán)有關。 G-6-P的代謝去路G（補充血糖）G-6-P F-6-P（進入酵解途徑）G-1-PGn（合成糖原）UDPG 6-磷酸葡萄糖內酯（進入磷酸戊糖途徑） 葡萄糖醛酸（進入葡萄糖醛酸途徑）小 結 反應部位：胞漿 3. 糖原的合成與分解總圖UDPG焦磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶 磷酸葡萄糖變位酶 己糖(葡萄糖)激酶 糖原n Pi 磷酸化酶 葡萄糖-6-磷酸酶（肝） 糖原n 三、糖原合成與

35、分解的調節(jié) 關鍵酶 糖原合成：糖原合酶 糖原分解：糖原磷酸化酶 這兩種關鍵酶的重要特點：* 它們的快速調節(jié)有共價修飾和變構調節(jié)二種方式。* 它們都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉變。調節(jié)有級聯放大作用，效率高； 兩種酶磷酸化或去磷酸化后活性變化相反； 此調節(jié)為酶促反應，調節(jié)速度快； 受激素調節(jié)。 1. 共價修飾調節(jié) 腺苷環(huán)化酶 （無活性）腺苷環(huán)化酶（有活性） 激素（胰高血糖素、腎上腺素等）+ 受體 ATP cAMP PKA(無活性) 磷酸化酶b激酶 糖原合酶 糖原合酶-P PKA(有活性) 磷酸化酶b 磷酸化酶a-P 磷酸化酶b激酶-P Pi 磷蛋白

36、磷酸酶-1 Pi Pi 磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制劑-P 磷蛋白磷酸酶抑制劑 PKA（有活性） 2. 別構調節(jié)磷酸化酶二種構像緊密型(T)和疏松型(R) ，其中T型的14位Ser暴露，便于接受前述的共價修飾調節(jié)。* 葡萄糖是磷酸化酶的別構抑制劑。 磷酸化酶 a (R) 疏松型磷酸化酶 a (T) 緊密型葡萄糖 肌肉內糖原代謝的二個關鍵酶的調節(jié)與肝糖原不同 * 在糖原分解代謝時肝主要受胰高血糖素的調節(jié)，而肌肉主要受腎上腺素調節(jié)。 * 肌肉內糖原合酶及磷酸化酶的變構效應物主要為AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。 糖原合酶磷酸化酶a-P磷酸化酶bAMPATP及6-磷酸葡萄糖調

37、節(jié)小結 雙向調控：對合成酶系與分解酶系分別進行調節(jié)，如加強合成則減弱分解，或反之。 雙重調節(jié)：別構調節(jié)和共價修飾調節(jié)。 肝糖原和肌糖原代謝調節(jié)各有特點： 如：分解肝糖原的激素主要為胰高血糖素， 分解肌糖原的激素主要為腎上腺素。 關鍵酶調節(jié)上存在級聯效應。 關鍵酶都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉變。 四、糖原積累癥糖原累積癥(glycogen storage diseases)是一類遺傳性代謝病，其特點為體內某些器官組織中有大量糖原堆積。引起糖原累積癥的原因是患者先天性缺乏與糖原代謝有關的酶類。 型別缺陷的酶受害器官糖原結構葡萄糖-6-磷酸酶缺陷肝、

38、腎正常溶酶體14和16葡萄糖苷酶所有組織正常脫支酶缺失肝、肌肉分支多，外周糖鏈短分支酶缺失所有組織分支少，外周糖鏈特別長肌磷酸化酶缺失肌肉正常肝磷酸化酶缺陷肝正常肌肉和紅細胞磷酸果糖激酶缺陷肌肉、紅細胞正常肝臟磷酸化酶激酶缺陷腦、肝正常糖原積累癥分型第 六 節(jié) 糖 異 生Gluconeogenesis糖異生(gluconeogenesis)是指從非糖化合物轉變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程。* 部位* 原料* 概念 主要在肝、腎細胞的胞漿及線粒體 主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸一、糖異生途徑 * 定義* 過程 酵解途徑中有3個由關鍵酶催化的不可逆反應。在糖異生時，須由另外的反應和酶代替。糖異生途徑與酵解途

39、徑大多數反應是共有的、可逆的；GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸糖異生途徑(gluconeogenic pathway)指從丙酮酸生成葡萄糖的具體反應過程。1. 丙酮酸轉變成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)丙酮酸 草酰乙酸 PEP ATP ADP+Pi CO2 GTP GDPCO2 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，輔酶為生物素（反應在線粒體） 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反應在線粒體、胞液）目 錄 草

40、酰乙酸轉運出線粒體 出線粒體 蘋果酸 蘋果酸 草酰乙酸 草酰乙酸 草酰乙酸 天冬氨酸 出線粒體 天冬氨酸 草酰乙酸 丙酮酸 丙酮酸 草酰乙酸 丙酮酸羧化酶 ATP + CO2ADP + Pi 蘋果酸 NADH + H+ NAD+ 天冬氨酸 谷氨酸 -酮戊二酸 天冬氨酸 蘋果酸 草酰乙酸 PEP 磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶 GTP GDP + CO2 線粒體胞液糖異生途徑所需NADH+H+的來源 糖異生途徑中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛時，需要NADH+H+。 由乳酸為原料異生糖時， NADH+H+由下述 反應提供。乳酸 丙酮酸 LDH NAD+ NADH+H+ 由氨基酸為原料進行糖異生

41、時， NADH+H+則由線粒體內NADH+H+提供，它們來自于脂酸的-氧化或三羧酸循環(huán)，NADH+H+轉運則通過草酰乙酸與蘋果酸相互轉變而轉運。蘋果酸 線粒體 蘋果酸 草酰乙酸草酰乙酸NAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+ 胞漿 2. 1,6-雙磷酸果糖 轉變?yōu)?6-磷酸果糖 1,6-雙磷酸果糖 6-磷酸果糖 Pi 果糖雙磷酸酶 3. 6-磷酸葡萄糖水解為葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 Pi 葡萄糖-6-磷酸酶 非糖物質進入糖異生的途徑 糖異生的原料轉變成糖代謝的中間產物 生糖氨基酸 -酮酸 -NH2 甘油 -磷酸甘油 磷酸二羥丙酮 乳酸 丙酮酸 2H 上述糖代謝中間代謝產物進入糖

42、異生途徑，異生為葡萄糖或糖原 目 錄二、糖異生的調節(jié) 在前面的三個反應過程中，作用物的互變分別由不同酶催化其單向反應，這種互變循環(huán)稱之為底物循環(huán)(substratecycle)。6-磷酸果糖 1,6-雙磷酸果糖 6-磷酸果糖激酶-1 果糖雙磷酸酶-1 ADP ATP Pi 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 己糖激酶 ATP ADP Pi PEP 丙酮酸草酰乙酸 丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶 ADP ATP CO2+ATP ADP+Pi GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶GDP+Pi +CO2 因此，有必要通過調節(jié)使糖異生途徑與酵解途徑相互協(xié)調，主要是對前述底物循環(huán)中的后2個底物循環(huán)進行調節(jié)

43、。當兩種酶活性相等時，則不能將代謝向前推進，結果僅是ATP分解釋放出能量，因而稱之為無效循環(huán)(futile cycle)。6-磷酸果糖 1,6-雙磷酸果糖 ATP ADP 6-磷酸果糖激酶-1 Pi 果糖雙磷 酸酶-1 2,6-雙磷酸果糖 AMP 1. 6-磷酸果糖與1,6-雙磷酸果糖之間 2. 磷酸烯醇式丙酮酸與丙酮酸之間PEP 丙 酮 酸 ATP ADP 丙酮酸激酶 1,6-雙磷酸果糖 丙氨酸 乙 酰 CoA 草酰乙酸 三、糖異生的生理意義（一）維持血糖濃度恒定 （二）補充肝糖原 三碳途徑： 指進食后，大部分葡萄糖先在肝外細胞中分解為乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再進入肝細胞異生為糖原的過程。

44、（三）調節(jié)酸堿平衡（乳酸異生為糖） 糖異生活躍有葡萄糖-6磷酸酶 【】肝 肌肉 八、乳酸循環(huán)(lactose cycle) （Cori 循環(huán)） 循環(huán)過程 葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖 酵解途徑 丙酮酸 乳酸 NADH NAD+ 乳酸 乳酸 NAD+ NADH 丙酮酸 糖異生途徑 血液 糖異生低下沒有葡萄糖-6磷酸酶 【】 生理意義 乳酸再利用，避免了乳酸的損失。 防止乳酸的堆積引起酸中毒。 乳酸循環(huán)是一個耗能的過程 2分子乳酸異生為1分子葡萄糖需6分子ATP。 第 七 節(jié) 血糖及其調節(jié)Blood Glucose and The Regulation of Blood Glucose Concentration* 血糖，指血液中的葡萄糖。* 血糖水平，即血糖濃度。 正常血糖濃度 ：/L 血糖及血糖水平的概念 血糖水平恒定的生理意義 保證重要組織器官的能量供應，特別是某些依賴葡萄糖供能的組織器官。腦組織不能利用脂酸，正常