.,1,糖代謝,MetabolismofCarbohydrates初曉夏,第三章,提供能量,學習要求,1、糖的代謝分解：糖酵解的基本途徑、關鍵酶和生理意義，糖有氧氧化的基本途徑、關鍵酶和生理意義、三羧酸循環的生理意義。2、磷酸戊糖途徑：關鍵酶和重要的產物、意義。3、糖原的合成與分解：肝糖原的合成與分解。4、糖異生：糖異生的基本途徑和關鍵酶，糖異生的生理意義、乳酸循環。5、血糖及其調節：血糖濃度，胰島素的調節，胰高血糖素的調節、糖皮質激素的調節。,（二）糖的分類及其結構,根據其水解產物的情況，糖主要可分為以下四大類。,單糖、寡糖、多糖、結合糖,糖，其化學本質為多羥醛或多羥酮類及其衍生物或多聚物。,（一）糖的概念,糖的化學,碳原子數目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖等。,糖原是動物體內葡萄糖的儲存形式,目錄,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。,淀粉是植物中養分的儲存形式,淀粉顆粒,目錄,淀粉根據結構可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉由D-Glc通過1-4鍵連接而成。支鏈淀粉大約每25-30個1-4鍵連接的葡萄糖處有一個1-6連接的葡萄糖分支。支鏈淀粉與糖原結構類似，但糖原分支程度更高。,糖原、直鏈淀粉、支鏈淀粉的1-4連接導致幾千個葡萄糖殘基組成的多聚體緊密盤繞為螺旋結構，形成動植物細胞中致密的顆粒。,糖原和淀粉的高級結構,幾丁質,-1，4連接的N-乙酰葡萄糖胺,離子交換色譜用、煙過濾嘴用（脫色）、接著力強的涂料，染料、色增艷（照相材料）、制紙，印刷、吸收性外科縫線、醫藥、農藥的緩釋（包衣）、乳化、吸濕、保水（化妝品）生物活性（細胞免疫的激性、肝素代用、降膽固醇、促進創傷愈合）,結合糖糖與非糖物質的結合物。,糖脂(glycolipid)：是糖與脂類的結合物。糖蛋白(glycoprotein)：是糖與蛋白質的結合物。,常見的結合糖有,纖維素作為植物的骨架,目錄,第二節糖的分解代謝,掌握三羧酸循環反應的亞細胞部位、反應過程、限速酶、特點及生理意義，了解其調節。,本節的要求,掌握糖酵解的概念、反應的亞細胞部位、反應過程、ATP生成、限速酶及其生理意義；熟悉糖酵解調節。,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。,糖代謝的概況,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖+NADPH+H+,淀粉,一、糖酵解的反應過程,*糖酵解(glycolysis)的定義（EMP）,機體在無氧狀態下，葡萄糖經過一系列的酶促反應生成丙酮酸進而還原生成乳酸的過程，也稱為糖的無氧氧化。,糖酵解是動物、植物和微生物葡萄糖分解產生能量的共同代謝途徑。,糖酵解共由十個酶促反應組成,*糖酵解的反應部位：胞漿,葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖,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,1.磷酸化階段活化耗能階段,酵解中的第一個不可逆反應,激酶：能把ATP上磷酸基團轉移到其他受體上的酶在糖酵解過程中，第1，3，7，10步反應都是由激酶催化完成的。這步反應不可逆,6-磷酸葡萄糖轉變為6-磷酸果糖,磷酸葡萄糖異構酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P),6-磷酸果糖轉變為1,6-雙磷酸果糖,酵解中的第二個不可逆反應,6-磷酸果糖,1,6-雙磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P),再磷酸化,1,6-雙磷酸果糖,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,2.裂解階段,磷酸丙糖的同分異構化,如果缺少此酶，發生磷酸二羥丙酮的堆積,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,這是糖酵解中唯一的一次氧化還原反應，生成NADH,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸是第一個高能化合物,3.氧化放能階段,1,3-二磷酸甘油酸轉變成3-磷酸甘油酸,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。,磷酸甘油酸激酶(phosphoglyceratekinase),3-磷酸甘油酸轉變為2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸變位酶(phosphoglyceratemutase),2-磷酸甘油酸轉變為磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸是第二個高能化合物,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,第二步底物水平磷酸化,第三步不可逆反應,糖酵解的代謝途徑,E2,E1,E3,E2:磷酸果糖激酶,E3:丙酮酸激酶,第一次底物水平磷酸化,第二次底物水平磷酸化,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,產能的方式和數量方式：底物水平磷酸化凈生成ATP數量：2（1mol葡萄糖可生成4molATP，在葡萄糖和6-磷酸果糖磷酸化時消耗2mol）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（糖異生）,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：神經細胞、白細胞、骨髓細胞,二丙酮酸的去路,丙酮酸,無氧或相對缺氧,有氧：,（酒精發酵）,糖酵解,乳酸脫氫酶,丙酮酸乳酸,NADH,NAD+,NADH,NAD+,CO2,三、糖酵解的調節,關鍵酶,1己糖激酶,6-磷酸葡萄糖可反饋抑制己糖激酶當6-磷酸葡萄糖過剩時，會抑制糖酵解，而6-磷酸葡萄糖可作為糖原合成的前體。,別構調節,26-磷酸果糖激酶-1(PFK)最重要,*別構調節,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）；NADH,最強的活性劑,3丙酮酸激酶,別構調節,別構抑制劑：ATP,別構激活劑：1,6-二磷酸果糖磷酸果糖激酶的激活引起丙酮酸激酶的激活，稱為前饋激活,糖的有氧氧化(aerobicoxidation)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,糖的有氧氧化,葡萄糖有氧氧化的概況,O2,O2,O2,H2O,H+e,CO2,乙酰CoA,丙酮酸,丙酮酸,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,線粒體,胞液,（第一階段）（第二、三階段）,1.丙酮酸的氧化脫羧,丙酮酸進入線粒體，氧化脫羧為乙酰CoA(acetylCoA)。,總反應式:,丙酮酸脫氫酶復合體的組成,酶E1：丙酮酸脫氫酶E2：二氫硫辛酸轉乙酰酶E3：二氫硫辛酸脫氫酶,丙酮酸脫氫酶復合物的活性調節,產物抑制：,丙酮酸氧化脫羧的二個產物乙酰CoA和NADH都抑制丙酮酸脫氫酶復合物。,細胞內、的比值增高時，丙酮酸脫氫酶活性，丙酮酸氧化脫羧。而丙酮酸使丙酮酸脫氫酶活性，丙酮酸氧化脫羧。,三羧酸循環(TricarboxylicacidCycle,TAC)也稱為檸檬酸循環，這是因為循環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的學說，故此循環又稱為Krebs循環，它由一連串反應組成。,所有的反應均在線粒體中進行。,2.三羧酸循環,*概述,*反應部位,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,檸檬酸合成酶,順烏頭酸酶,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,目錄,草酰乙酸,檸檬酸,異檸檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,L-蘋果酸,小結,三羧酸循環的概念：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4次脫氫2次脫羧，生成4分子的還原當量和2分子CO2，又生成草酰乙酸，再重復循環反應的過程。TAC過程的反應部位是線粒體。,三羧酸循環的要點經過一次三羧酸循環，消耗一分子乙酰CoA，經四次脫氫（1分子FADH2，3分子NADH+H+），二次脫羧（2分子CO2）一次底物水平磷酸化（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,整個循環反應為不可逆反應,乙酰CoA,檸檬酸,異檸檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,蘋果酸,草酰乙酸,檸檬酸合成酶,琥珀酸脫氫酶,蘋果酸脫氫酶,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。,1有氧氧化生成的ATP,有氧氧化的總結,葡萄糖有氧氧化生成的ATP,三羧酸循環的生理意義,是三大營養物質氧化分解的共同途徑；是三大營養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。,2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”,3、有氧氧化的調節,關鍵酶,酵解途徑：己糖激酶,丙酮酸的氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復合體,三羧酸循環：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,異檸檬酸脫氫酶,檸檬酸合酶,-酮戊二酸脫氫酶復合體,+,ADP,檸檬酸,琥珀酰CoA,NADH,ATP、ADP的影響,產物堆積引起抑制,循環中后續反應中間產物反饋抑制前面反應中的酶,4.三羧酸循環的調節,有氧氧化的調節特點,有氧氧化的調節通過對其關鍵酶的調節實現。ATP/ADP或ATP/AMP比值全程調節。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。三羧酸循環與酵解途徑互相協調。三羧酸循環需要多少乙酰CoA，則酵解途徑相應產生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,*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。,五、磷酸戊糖途徑,*細胞定位：胞液,第一階段：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（PPP、HMP、HMS）,*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。,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(HMP或HMS）。,2.基團轉移反應,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脫氫酶,6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶,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,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,5-磷酸核酮糖(C5)3,5-磷酸核糖C5,磷酸戊糖途徑,第一階段,第二階段,總反應式,36-磷酸葡萄糖+6NADP+,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，只能發生一次脫羧和二次脫氫反應，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。,三、磷酸戊糖途徑的生理意義,2.為核苷酸的生成提供核糖,1.提供NADPH,作為供氫體參與多種代謝反應,如脂肪酸的合成，氨的同化。,3.與光合作用關系密切,第三節糖的生物合成,1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,一、糖原合成途徑,部位：細胞質,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。,+,3.UDPG的生成,1-磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖(uridinediphosphateglucose,UDPG),糖元n為原有的細胞內的較小糖原分子，稱為糖原引物，作為UDPG上葡萄糖基的接受體,目錄,5.糖原的生成,糖異生(gluconeogenesis)是指從非糖化合物轉變為葡萄糖或糖原的過程。,*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,二、糖異生,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徑大多數反應是共有的、可逆的；,糖異生途徑(gluconeogenicpathway)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,丙酮酸羧化酶(pyruvatecarboxylase)，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）,草酰乙酸轉運出線粒體,丙酮酸,線粒體,胞液,目錄,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-氧化或三羧酸循環，NADH+H+轉運則通過草酰乙酸與蘋果酸相互轉變而轉運。,2.1,6-雙磷酸果糖轉變為6-磷酸果糖,3.6-磷酸葡萄糖水解為葡萄糖,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,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,2.糖異生的生理意義,（一）在饑餓情況下維持血糖濃度的相對恒定。,（二）回收乳酸分子中的能量：葡萄糖在肌肉組織中經糖的無氧酵解產生的乳酸，可經血循環轉運至肝臟，再經糖的異生作用生成自由葡萄糖后轉運至肌肉組織加以利用，這一循環過程就稱為乳酸循環。,3.淀粉的生成,習題,下列關于己糖激酶敘述正確的是（）A.己糖激酶又稱為葡萄糖激酶B.它催化的反應基本上是可逆的C.使葡萄糖活化以便參加反應D.催化反應生成6-磷酸果酸磷酸果糖激酶最強的激活劑是發揮正反饋效應的是:（）A1，6-二磷酸果糖B2，6-二磷酸果糖CATPDGTP丙酮酸激酶的變構激活劑是下列哪種物質：（）A、ATPB、檸檬酸C、1,6-二磷酸果糖D、1,3-二磷酸甘油酸(4)不能異生為糖的是:()A.甘油B.氨基酸C.脂肪酸D.乳酸答案：CB