04第四章糖代谢

第四章糖代谢MetabolismofCarbohydrates糖的化学（一）糖的概念糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。①淀粉植物中养分的储存形式目录②糖原动物体内葡萄糖的储存形式β-1,4-糖苷键目录③纤维素植物的骨架第一节概述Introduction一、糖的生理功能氧化供能储存能量，维持血糖。为合成体内其他物质提供碳源，如某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷酸等的原料。参与构造组织细胞、糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。其他功能免疫球蛋白、血型物质、某些激素、凝血因子等。二、糖的消化吸收淀粉麦芽糖异麦芽糖麦芽寡糖α-临界糊精葡萄糖糖的消化主要部位：可从口腔开始，但小肠为主。糖的吸收部位：小肠黏膜上皮细胞形式：主动转运（耗能、载体、逆浓度梯度）三、糖代谢的概况葡萄糖酵解途径丙酮酸有氧无氧H2O及CO2乳酸糖异生途径乳酸、氨基酸、甘油糖原肝糖原分解糖原合成磷酸戊糖途径核糖+NADPH+H+淀粉消化与吸收ATP第二节糖的分解代谢Catabolismofcarbohydrates一、糖的无氧酵解（一）糖酵解(glycolysis)的定义在缺氧情况下，葡萄糖或糖原分解生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。（二）糖酵解的反应部位胞质（三）糖酵解反应过程葡萄糖磷酸丙糖丙酮酸乳酸一阶段二阶段三阶段2H（一）葡萄糖分解成磷酸丙糖⑴葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖己糖激酶是限速酶，反应不可逆⑵6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖磷酸己糖异构酶醛酮异构，反应可逆⑶6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖磷酸果糖激酶-1是重要的限速酶，反应不可逆⑷磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖醛缩酶催化，反应可逆第一阶段反应耗能：2次磷酸化，消耗2分子ATP分解：裂解为2分子磷酸丙糖在磷酸丙糖异构酶作用下互变无氧化（二）磷酸丙糖氧化成丙酮酸并生成ATP（1）3-磷酸甘油醛氧化3-磷酸甘油醛脱氢酶催化，反应可逆生成高能磷酸键，NAD+为受氢体（2）3-磷酸甘油酸的生成磷酸甘油酸激酶催化，反应可逆底物磷酸化生成ATP（3）3-磷酸甘油酸的变位反应磷酸甘油变位酶催化，反应可逆(4)2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶催化，反应可逆生成高能磷酸键（5）磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸丙酮酸激酶是限速酶，反应不可逆底物磷酸化生成ATP第二阶段反应氧化：3-磷酸甘油脱氢（NAD+→NADH+H+）产能：2次底物磷酸化（2ATP）无分解糖酵解一、二阶段反应过程示意图3.丙酮酸在无氧条件下加氢生成乳酸乳酸脱氢酶催化反应中的2H来自于第二阶段3-磷酸甘油醛的氧化E1:己糖激酶E2:6-磷酸果糖激酶-1E3:丙酮酸激酶糖酵解反应全过程GluG-6-PF-6-PF-1,6-2P1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATP磷酸烯醇式丙酮酸NAD+乳酸NADH+H+ATPADPE1E2ATPADPE3ADPATP（四）糖酵解特点1.糖酵解无氧参与，乳酸是糖酵解必然产物2.1mol葡萄糖净生成2molATP；1mol糖原净生成3molATP3.反应全过程中有3步不可逆的反应GG-6-PATPADP己糖激酶ATPADPF-6-PF-1,6-2P磷酸果糖激酶-1ADPATPPEP丙酮酸丙酮酸激酶（五）糖酵解的生理意义是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。无线粒体的细胞，如：红细胞增殖活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞、肿瘤细胞等糖有氧氧化的准备阶段其逆反应为糖异生提供途径二、糖的有氧氧化（一）概念糖的有氧氧化(aerobicoxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放大量能量的过程。是机体主要供能方式。（二）部位胞液及线粒体第一阶段：酵解途径第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第三阶段：三羧酸循环G（Gn）丙酮酸乙酰CoACO2NADH+H+FADH2H2O[O]ATPADPTAC循环胞液线粒体（三）有氧氧化的反应过程1.葡萄糖生成丙酮酸（同酵解一、二阶段）2.丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA(acetylCoA)。丙酮酸乙酰CoANAD+,HSCoACO2,NADH+H+丙酮酸脱氢酶复合体由丙酮酸脱氢酶复合体催化，反应不可逆HSCoANAD+酶E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶辅酶TPP硫辛酸（)HSCoAFAD,NAD+SSL丙酮酸脱氢酶复合体的组成丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体：丙酮酸脱氢酶(PDH)二氢硫辛酰转乙酰基酶(TA)二氢硫辛酸脱氢酶(DLD)反应需要5种辅酶：作为底物的辅酶：辅酶A、NAD＋作为中间物的辅基：FAD、TPP、硫辛酸反应机制E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶E3：二氢硫辛酸脱氢酶葡萄糖→乙酰辅酶A3.三羧酸循环概述三羧酸循环(TricarboxylicacidCycle,TAC)也称为柠檬酸循环，因为循环反应是由含三个羧基的柠檬酸为起始物。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。反应部位所有的反应均在线粒体中进行。三羧酸循环1.三羧酸循环在有氧条件下进行，彻底氧化1分子乙酰CoA2.是机体产能的主要途径经4次脱氢：生成1分子FADH2，3分子NADH+H+2次脱羧：2分子CO21次底物水平磷酸化：1分子GTP共生产10分子ATP（三）三羧酸循环的特点三羧酸循环的特点3.整个循环为为单向反应，不可逆反应关键酶有：柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体4.循环需不断补充中间产物。由其他物质转变为三羧酸循环中间产物的反应称为回补反应(anapleroticreaction)。（四）三羧酸循环的生理意义是机体获得能量的主要方式（30-32molATP）是三大营养物质氧化分解的共同途径；是三大营养物质代谢联系的枢纽；高效产能、共同熔炉、互通有无*获得ATP的数量取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制。葡萄糖有氧氧化生成的ATP反应辅酶ATP第一阶段葡萄糖→6-磷酸葡糖-16-磷酸果糖→1,6-双磷酸果糖-12×3-磷酸甘油醛→2×1,3-二磷酸甘油酸NAD+3或5*2×1,3-二磷酸甘油酸→2×3-磷酸甘油酸2×12×磷酸烯醇式丙酮酸→2×丙酮酸2×1第二阶段2×丙酮酸→2×乙酰CoA2×2.5第三阶段2×异柠檬酸→2×α-酮戊二酸2×2.52×α-酮戊二酸→2×琥珀酰CoA2×2.52×琥珀酰CoA→2×琥珀酸2×12×琥珀酸→2×延胡索酸FAD2×1.52×苹果酸→2×草酰乙酸NAD+2×2.5净生成30或32NAD+NAD+NAD+三、磷酸戊糖途径•（一）概念磷酸戊糖途径（PentosePhosphatePathway）是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。（二）细胞定位胞液（三）磷酸戊糖途径的反应过程可分为2个阶段第一阶段氧化反应生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2第二阶段非氧化反应包括一系列基团转移1.磷酸戊糖生成催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶关键酶。2次脱氢均由NADP+接受生成NADPH+H+。反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，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，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentosephosphateshunt)。2.基团转移反应5-磷酸核酮糖(C5)×35-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-磷酸赤藓糖C46-磷酸果糖C66-磷酸果糖C63-磷酸甘油醛C33×6-磷酸葡萄糖+6NADP+2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2总反应式（四）磷酸戊糖途径的生理意义1.为核苷酸的生成提供核糖2.提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应NADPH是体内许多合成代谢的供氢体NADPH参与体内的羟化反应，与生物转化等有关NADPH可维持GSH的还原性，维持红细胞结构和功能2G-SHG-S-S-GNADP+NADPH+H+AAH2第三节糖原的合成与分解GlycogenesisandGlycogenolysis糖原(glycogen)由若干葡萄糖单位组成的具有分支的大分子多糖，是动物体内糖的储存形式，是机体能迅速动用的能量储备。糖原储存的主要器官及其生理意义肌肉：肌糖原，180～300g，主要供肌肉收缩肝脏：肝糖原，70～100g，维持血糖水平目录糖原的结构特点及其意义葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键连接。分枝以α-1,6-糖苷键连接，分支增加溶解度。各链终止于非还原端.非还原端利于酶解。（一）概念糖原的合成(glycogenesis)指由单糖（葡萄糖）合成糖原的过程。（二）合成部位组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞质一、糖原合成（三）反应过程1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖葡萄糖6-磷酸葡萄糖己糖激酶;葡萄糖激酶（肝）ATPADP2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶+UTP尿苷PPP1-磷酸葡萄糖OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHPPP尿苷二磷酸葡萄糖uridinediphosphateglucose,UDPGOHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHPPP尿苷P尿苷PP3.尿苷二磷酸葡萄糖的生成UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体PPiUDPG焦磷酸化酶糖原n+UDPG糖原n+1+UDP糖原合酶(glycogensynthase)4.UDPG合成糖原糖原n为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)，作为UDPG上葡萄糖基的接受体。（四）糖原合成特点1.糖原合成需要糖原引物糖原合酶不能催化糖原从头合成，需有一个至少含4个葡萄糖残基的糖原引物。引物：在聚合反应中作为底物而引发产生聚合产物的分子2.糖原分支需分支酶作用糖原合酶只能催化糖原延伸，不能形成分支。分支酶(branchingenzyme)当糖链长达10-11个葡萄糖残基时，每次转移6-7个葡萄糖单位，以α-1,6糖苷键连接。3.糖原合酶是糖原合成关键酶受胰岛素调节。4.糖原合成消耗能量UDPG是葡萄糖参与糖原合成的活性形式。每增加1个葡萄糖单位消耗2个高能磷酸键。二、糖原的分解代谢（一）定义糖原分解(glycogenolysis)习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。（二）亚细胞定位：胞浆（三）肝糖原分解过程2.1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖糖原n+1糖原n+1-磷酸葡萄糖磷酸化酶1.糖原的磷酸解1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶3.6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶（肝，肾）葡萄糖6-磷酸葡萄糖（四）反应特点1.磷酸化酶只作用于直链磷酸化酶只作用于α-1,4糖苷键。当水解至距α-1,6糖苷键还剩4个葡萄糖残基时，由分支酶继续作用。目录2.分支酶的作用转移葡萄糖残基，转移3个葡萄糖单位至另一直链的末端。水解-1,6糖苷键3.磷酸化酶是糖原分解的限速酶4.葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、肾。肌糖原的分解肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中无葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。UDPG焦磷酸化酶磷酸葡萄糖变位酶G己糖(葡萄糖)激酶葡萄糖-6-磷酸酶（肝）G-1-P糖原n+1G-6-P糖原合酶UTPUDPGPPiUDP糖原nPi磷酸化酶糖原n糖原的合成与分解总图三、糖原合