生物化學與分子生物學04-4糖異生和血糖糖代謝

生物化學與分子生物學前言本電子課件依據《生物化學與分子生物學》第八版設計制作。選擇的制作軟件主要為MicrosoftPowerPoint。本課件主要為便于師生的教與學，使用對象主要為醫(yī)學院校的生物化學教師和醫(yī)學類專業(yè)的五年制學生，以及研究生入學考試準備和各種資格考試時醫(yī)學生物化學的復習使用。第八版《生物化學與分子生物學》的參編單位有全國21所高等院校。課件光盤由華中科技大學同濟醫(yī)學院生物化學與分子生物學系與生物化學第八版編委會共同設計制作，由人民衛(wèi)生出版社出版發(fā)行。版權所有，未經許可，不得隨便翻刻銷售發(fā)行，違者必究。孫軍、查錫良、藥立波教授負責本課件總體設計；華中科技大學同濟醫(yī)學院生物化學與分子生物學系陳娟、袁萍、段秋紅、尹燕華、盧濤、劉琳、周潔、張穎、田俊、熊宇芳等老師參與了課件設計和制作的具體工作；教材全體編委在課件制作過程中提出了寶貴的修改意見并進行了審定，在此一并致謝。由于我們水平有限，本課件的缺點再所難免，敬請使用者批評指正，以便今后修訂。目錄第01章蛋白質的結構與功能第02章核酸的結構與功能第03章酶第04章聚糖的結構與功能第05章維生素和無機鹽第06章糖代謝第07章脂類代謝第08章生物氧化第09章氨基酸代謝第10章核苷酸代謝第11章非營養(yǎng)物質代謝第12章物質代謝的整合與調節(jié)第13章真核基因與基因組第14章DNA的生物合成第15章DNA損傷與修復第16章RNA的生物合成第17章蛋白質的生物合成第18章基因表達調控第19章細胞信號轉導的分子機制第20章常用分子生物學技術的原理及其應用第21章DNA重組和重組DNA技術第22章基因結構與功能分析技術第23章癌基因、腫瘤抑制基因與生長因子第24章疾病相關基因的鑒定與基因功能研究第25章基因診斷與基因治療第26章組學與醫(yī)學生物化學/Biochemistry概念、理論、研究、應用Conception,theory,research,andapplication ——邏輯和自學

——LogicandLIY(LearnItYourself)第四章:糖代謝

糖異生和血糖第六節(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、糖異生途徑不完全是糖酵解的逆反應過程：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(gluconeogenicpathway)指從丙酮酸生成葡萄糖的具體反應過程。（一）丙酮酸經丙酮酸羧化支路變?yōu)榱姿嵯┐际奖?/p>

丙酮酸草酰乙酸PEPATPADP+PiCO2①GTPGDPCO2②①丙酮酸羧化酶(pyruvatecarboxylase)，輔酶為生物素（反應在線粒體）②磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反應在線粒體、胞液）草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α-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GTPGDP+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LDHNAD+NADH+H+由氨基酸為原料進行糖異生時，NADH+H+則由線粒體內NADH+H+提供，它們來自于脂酸的β-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（二）1,6-雙磷酸果糖轉變?yōu)?-磷酸果糖1,6-雙磷酸果糖6-磷酸果糖Pi果糖雙磷酸酶（三）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-磷酸酶在以上反應過程中，作用物的互變反應分別由不同的酶催化其單向反應，這種互變循環(huán)被稱為底物循環(huán)(substratecycle)。當兩種酶活性相等時，就不能將代謝向前推進，結果僅是ATP分解釋放出能量，因而又稱為無效循環(huán)(futilecycle)。而在細胞內兩酶活性不完全相等，使代謝反應僅向一個方向進行。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-1ADPATPPi6-磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶己糖激酶ATPADPPiPEP

丙酮酸草酰乙酸丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶ADPATPCO2+ATPADP+PiGTP磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶GDP+Pi+CO2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α-酮酸-NH2甘油

α-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異生途徑，異生為葡萄糖或糖原二、糖異生的調節(jié)通過對2個底物循環(huán)的調節(jié)與糖酵解調節(jié)彼此協(xié)調酵解途徑與糖異生途徑是方向相反的兩條代謝途徑。如從丙酮酸進行有效的糖異生，就必須抑制酵解途徑，以防止葡萄糖又重新分解成丙酮酸；反之亦然。這種協(xié)調主要依賴于對這兩條途徑中的兩個底物循環(huán)進行調節(jié)。

（一）第一個底物循環(huán)在6-磷酸果糖與1，6-雙磷酸果糖之間進行6-磷酸果糖1,6-雙磷酸果糖ATPADP6-磷酸果糖激酶-1Pi果糖雙磷酸酶-12,6-雙磷酸果糖AMP（二）在磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之間進行第二個底物循環(huán)PEP丙酮酸ATPADP丙酮酸激酶1,6-雙磷酸果糖丙氨酸乙酰CoA草酰乙酸三、糖異生的生理意義主要在于維持血糖水平恒定（一）維持血糖水平的恒定是糖異生最主要的生理作用空腹或饑餓時，依賴氨基酸、甘油等異生成葡萄糖，以維持血糖水平恒定。正常成人的腦組織不能利用脂酸，主要依賴葡萄糖供給能量；紅細胞沒有線粒體，完全通過糖酵解獲得能量；骨髓、神經等組織由于代謝活躍，經常進行糖酵解。這樣，即使在非饑餓狀況下，機體也需消耗一定量的糖，以維持生命活動。此時這些糖全部依賴糖異生生成。糖異生的主要原料為乳酸、氨基酸及甘油。乳酸來自肌糖原分解。這部分糖異生主要與運動強度有關。而在饑餓時，糖異生的原料主要為氨基酸和甘油。（二）糖異生是補充或恢復肝糖原儲備的重要途徑三碳途徑：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。長期饑餓或禁食時，腎糖異生增強，有利于維持酸堿平衡。發(fā)生這一變化的原因可能是饑餓造成的代謝性酸中毒造成的。此時體液pH降低，促進腎小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，從而使糖異生作用增強。另外，當腎中α-酮戊二酸因異生成糖而減少時，可促進谷氨酰胺脫氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脫氨反應，腎小管細胞將NH3分泌入管腔中，與原尿中H+結合，降低原尿H+的濃度，有利于排氫保鈉作用的進行，對于防止酸中毒有重要作用。（三）腎糖異生增強有利于維持酸堿平衡四、肌中產生的乳酸運輸至肝進行糖異生形成乳酸循環(huán)肌收縮（尤其是供氧不足時）通過糖酵解生成乳酸。肌內糖異生活性低，所以乳酸通過細胞膜彌散進入血液后，再入肝，在肝內異生為葡萄糖。葡萄糖釋入血液后又可被肌攝取，這就構成了一個循環(huán)，此循環(huán)稱為乳酸循環(huán)，也稱Cori循環(huán)。乳酸循環(huán)的形成是由于肝和肌組織中酶的特點所致。糖異生活躍有葡萄糖-6磷酸酶【】循環(huán)過程肝肌肉葡萄糖葡萄糖葡萄糖酵解途徑丙酮酸乳酸NADHNAD+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)

其它單糖的代謝

MetabolismofOtherMonose果糖、半乳糖和甘露糖都是通過轉變?yōu)樘墙徒馔緩降闹虚g產物而進入糖酵解途徑代謝。一、果糖被磷酸化后進入糖酵解途徑果糖是膳食中一個重要的燃料來源。果糖的代謝一部分在肝，一部分被周圍組織主要為肌和脂肪組織攝取。但這兩部分代謝的途徑不同。果糖在肌和脂肪組織中的代謝果糖6-磷酸果糖己糖激酶循糖酵解途徑分解合成糖原（肌）果糖在肝中的代謝果糖1-磷酸果糖果糖激酶1-磷酸果糖醛縮酶磷酸二羥丙酮甘油醛丙糖激酶3-磷酸甘油醛循糖酵解途徑分解或合成糖原果糖不耐受性(fructoseintolerance)是一種遺傳病，這種病因為缺乏B型醛縮酶，吃果糖也會造成1-磷酸果糖堆積，大量消耗肝中磷酸的儲備，進而使ATP濃度下降，從而加速乳酸酵解，造成乳酸酸中毒和餐后低血糖。這種病癥常表現為自我限制，即果糖不耐受的人很快發(fā)展成強烈的對任何甜食的厭惡感。第八節(jié)

血糖及其調節(jié)

TheDefinition,LevelandRegulationofBloodGlucose血糖，指血液中的葡萄糖。血糖水平，即血糖濃度。血糖及血糖水平的概念：正常血糖濃度：3.89~6.11mmol/L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，正常情況下主要依賴葡萄糖供能；紅細胞沒有線粒體，完全通過糖酵解獲能；骨髓及神經組織代謝活躍，經常利用葡萄糖供能。血糖食物糖消化，吸收肝糖原分解非糖物質糖異生氧化分解CO2+H2O糖原合成

肝（肌）糖原磷酸戊糖途徑等其它糖脂類、氨基酸合成代謝脂肪、氨基酸一、血糖的來源和去路是相對平衡的二、血糖水平的平衡主要是受到激素調節(jié)血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代謝協(xié)調的結果，也是肝、肌、脂肪組織等各器官組織代謝協(xié)調的結果。機體的各種代謝以及各器官之間能這樣精確協(xié)調，以適應能量、燃料供求的變化，主要依靠激素的調節(jié)。酶水平的調節(jié)是最基本的調節(jié)方式和基礎。

主要調節(jié)激素降低血糖：胰島素(insulin)升高血糖：胰高血糖素(glucagon)糖皮質激素腎上腺素胰島素(Insulin)是體內唯一的降低血糖的激素，也是唯一同時促進糖原、脂肪、蛋白質合成的激素。胰島素的分泌受血糖控制，血糖升高立即引起胰島素分泌；血糖降低，分泌即減少。（一）胰島素是體內唯一降低血糖的激素促進肌、脂肪組織等的細胞膜葡萄糖載體將葡萄糖轉運入細胞。通過增強磷酸二酯酶活性，降低cAMP水平，從而使糖原合酶活性增強、磷酸化酶活性降低，加速糖原合成、抑制糖原分解。通過激活丙酮酸脫氫酶磷酸酶而使丙酮酸脫氫酶激活，加速丙酮酸氧化為乙酰CoA，從而加快糖的有氧氧化。抑制肝內糖異生。這是通過抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成以及促進氨基酸進入肌組織并合成蛋白質，減少肝糖異生的原料。通過抑制脂肪組織內的激素敏感性脂肪酶，可減緩脂肪動員的速率。胰島素的作用機制:（二）機體在不同狀態(tài)下有相應的升高血糖的激素1．胰高血糖素(glucagon)是體內主要升高血糖的激素血糖降低或血內氨基酸升高刺激胰高血糖素的分泌。胰高血糖素的作用機制：經肝細胞膜受體激活依賴cAMP的蛋白激酶，從而抑制糖原合酶和激活磷酸化酶，迅速使肝糖原分解，血糖升高。通過抑制6-磷酸果糖激酶-2，激活果糖雙磷酸酶-2，從而減少2,6-雙磷酸果糖的合成，后者是6-磷酸果糖激酶-1的最強的變構激活劑以及果糖雙磷酸酶-1的抑制劑。于是糖酵解被抑制，糖異生則加速。促進磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成；抑制肝L型丙酮酸激酶；加速肝攝取血中的氨基酸，從而增強糖異生。通過激活脂肪組織內激素敏感性脂肪酶，加速脂肪動員，從而間接升高血糖水平。胰島素和胰高血糖素是調節(jié)血糖，實際上也是調節(jié)三大營養(yǎng)物代謝最主要的兩種激素。機體內糖、脂肪、氨基酸代謝的變化主要取決于這兩種激素的比例。不同情況下這兩種激素的分泌是相反的。引起胰島素分泌的信號（如血糖升高）可抑制胰高血糖素分泌。反之，使胰島素分泌減少的信號可促進胰高血糖素分泌。2．糖皮質激素可引起血糖升高①促進肌肉蛋白質分解，分解產生的氨基酸轉移到肝進行糖異生。②抑制肝外組織攝取和利用葡萄糖，抑制點為丙酮酸的氧化脫羧。此外，在糖皮質激素存在時，其他促進脂肪動員的激素才能發(fā)揮最大的效果，間接抑制周圍組織攝取葡萄糖。糖皮質激素的作用機制可能有兩方面：3．腎上腺素是強有力的升高血糖的激素腎上腺素的作用機制：通過肝和肌肉的細胞膜受體、cAMP、蛋白激酶級聯(lián)激活磷酸化酶，加速糖原分解。主要在應激狀態(tài)下發(fā)揮調節(jié)作用。正常人體內存在一套精細的調節(jié)糖代謝的機制，在一次性食入大量葡萄糖后，血糖水平不會出現大的波動和持續(xù)升高。人體對攝入的葡萄糖具有很大的耐受能力的現象稱為葡萄糖耐量(glucosetolerence)。三、血糖水平異常及糖尿病是最常見的糖代謝紊亂臨床上因糖代謝障礙可發(fā)生血糖水平紊亂，常見有以下兩種類型：低血糖(hypoglycemia)高血糖(hyperglycemia)（一）低血糖是指血糖濃度低于3.0mmol/L低血糖影響腦的正常功能，因為腦細胞所需要的能量主要來自葡萄糖的氧化。當血糖水平過低時，就會影響腦細胞的功能，從而出現頭暈、倦怠無力、心悸等，嚴重時出現昏迷，稱為低血糖休克。如不及時給病人靜脈補充葡萄糖，可導致死亡。低血糖的危害：胰性(胰島β-細胞（分泌胰島素）機能亢進、胰島α-細胞（分泌胰高血糖素）機能低下等)；肝性（肝癌、糖原累積病等）；內分泌異常（垂體機能低下（促腎上腺皮質激素）、腎上腺皮質（糖皮質激素）機能低下等）；腫瘤（胃癌等）；饑餓或不能進食者等。