1、第五章 糖代謝第一節(jié) 概 述糖類（carbohydrates) 即碳水化物，從化學結構上來講是一類多羥基的醛或酮及其衍生物。一、糖類的概念4、單糖的衍生物 (derivates of monosaccharide)* 分類：1、單糖 (monosaccharide)2、雙糖 (disaccharide)3、多糖 (polysaccharide) 二、糖的生理功能1、氧化供能： 這是糖的主要功能。2、機體的重要碳源： 糖可轉變成氨基酸、脂肪、核苷等。3、組織結構的重要成分： 如糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂。4、形成生理活性物質： 如 NAD+ 、 FAD 、 ATP等2、糖的吸收：GNa+GNa+泵N

2、a+K+K+小腸粘膜細胞 腸腔門靜脈Na+GGNa+G Na+ G 四、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、甘油糖原糖原分解糖原合成 磷酸戊糖途徑 核糖 +NADPH+H+ 食物消化與吸收糖的無氧分解 指在缺氧情況下，葡萄糖生成乳酸（lactate）的過程，又稱為糖酵解（glycolysis)。* 部位：胞液 一、糖酵解的反應過程* 第一階段： 由葡萄糖分解成丙酮酸（ pyruvate ) 的過程，稱之為糖酵解途徑 （ glycolytic pathway )* 第二階段： 由丙酮酸轉變成乳酸。（一）、酵解途徑1、葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖 (

3、glucose-6-phosphate , G-6-P ) OCH2HOHOHOHHOHHOHHH葡萄糖ATPADPMg2+己糖激酶 OHOHOHHOHHOHHOCH2H6-磷酸葡萄糖PP* 肝中的己糖激酶也稱為葡萄糖激酶 3、 6-磷酸果糖轉變?yōu)?,6-雙磷酸果糖 （1,6-fructose-biphosphate )ATPADPMg2+6-磷酸果糖激酶-1HOHHOHOHHOCH2CH2O1,6-雙磷酸果糖O OPPHOHHOHOHHOCH2OHCH2O6-磷酸果糖 OP4、一分子磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛+CCH2OHCH2OOPPCHOHCH2OCHOPP

4、醛縮酶HO1,6-雙磷酸果糖CCCCCH2OCH2OHOHOHHHPPPP6、3-磷酸甘油醛氧化為 1,3-二磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸Pi、 NAD+NADH+H+3-磷酸甘油醛脫氫酶3-磷酸甘油醛CHOHCH2OCHOPPCHOHCH2OC O=OPP7、1、3-二磷酸甘油酸 轉變?yōu)?3-磷酸甘油酸1,3 - 二磷酸甘油酸CHOHCH2OCO=OPPADPATP磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油酸CHOHCH2OCOOHP 如上反應中，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 phosphorylatio

5、n )8、3-磷酸甘油酸 轉變?yōu)?2-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸 CHOHCH2OCOOHPCHOHCH2OCOOHP磷酸甘油酸變位酶9、2-磷酸甘油酸轉變?yōu)榱姿嵯┐际奖?( phosphoenolpyruvate , PEP )磷酸烯醇式丙酮酸+ H2O2-磷酸甘油酸CHOHCH2OCOOHPCCH2OCOOHP烯醇化酶10、磷酸烯醇式丙酮酸轉變成丙酮酸C=OCH3丙酮酸COOHADPATPK+ Mg+丙酮酸激酶CCH2OCOOHP磷酸烯醇式丙酮酸E1:己糖激酶E2: 6-磷酸果糖激酶-1E3: 丙酮酸激酶糖酵解GluG-6-PF-6-P1,6 PFATPADPATPADP乳

6、 酸NAD+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E2E1E3NADH+H+ 三、糖酵解的調節(jié)：關鍵酶 己糖激酶 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶調節(jié)方式 別構調節(jié) 共價修飾調節(jié)+AMP_檸檬酸2, 6-雙磷酸果糖的合成和分解* 2, 6-雙磷酸果糖是該酶最強的變構激活劑PiH2O果糖雙磷酸酶-26-磷酸果糖2, 6-雙磷酸果糖ATPADP6-磷酸果糖激酶-2（磷酸酶活性）6-磷酸果糖激酶-26 - 磷酸果糖激酶 - 2胰高血糖素CAMPATPADPP i磷蛋白磷酸酶(激酶活性)PKAP

7、* 共價修飾調節(jié)（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ATPADPPi磷蛋白磷酸酶（無活性）（有活性）胰高血糖素PKA,CaM激酶P (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 四、糖酵解的生理意義1、為機體迅速提供能量，對肌肉收縮尤其重要。2、為某些細胞提供能量： 無線粒體的細胞，如：紅細胞 代謝活躍的細胞，如：白細胞、神經元、 骨髓細胞糖的有氧氧化第三節(jié) 葡萄糖在有氧情況下，徹底氧化成水和CO2的過程。

8、 有氧氧化是機體主要供能方式。* 部位：胞液及線粒體糖的有氧氧化 ( aerobic oxidation )葡萄糖有氧氧化概況：葡萄糖6-磷酸葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA三羧酸循環(huán)H+ + e-O2O2O2H2OCO2胞 液線粒體 一、有氧氧化的過程第一階段：酵解途徑（同前）第二階段：丙酮酸氧化生成乙酰CoA第三階段：三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化胞液線粒體（一）丙酮酸的氧化脫羧* 丙酮酸進入線粒體丙酮酸乙酰CoANAD+，HSCoACO2，NADH + H+丙酮酸脫氫酶復合體* 丙酮酸轉變?yōu)橐阴oA ( acetyl CoA )丙酮酸脫氫酶復合體： 組 成 丙酮酸脫氫酶(E1)二氫硫辛酰胺轉乙酰酶

9、(E2) 二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3) 輔 酶 TPP 硫辛酸、HSCoA FAD、 NAD+重新掃圖（二）三羧酸循環(huán) （Tricarboxylic acid Cycle）三羧酸循環(huán)也稱為檸檬酸循環(huán)，因Krebs正式提出了此學說，故又稱為Krebs循環(huán)。該循環(huán)由一連串反應組成。所有的反應均在線粒體中進行。（1） 檸檬酸的合成 乙酰輔酶A（acetyl CoA）與草酰乙酸（oxaloacetate）縮合成檸檬酸（citrate） 反應由檸檬酸合酶（citrate synthase）催化1、反應過程Citrate synthase（2） 異檸檬酸的形成 此反應是由順烏頭酸酶催化的異構反應 由兩步反應

10、構成 （1）：脫水反應 （2）：水合反應（3） 第一次氧化脫羧 異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酶（Isocitrate dehydrogenase）作用下，氧化脫羧而轉變成 -酮戊二酸（ - Ketoglutarate）（4） 第二次氧化脫羧在-酮戊二酸脫氫酶復合體催化下，-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA；該復合體的組成及催化機理與丙酮酸脫氫酶復合體類似。（5） 底物水平磷酸化在琥珀酰CoA合成酶催化下，琥珀酰CoA高能硫酯鍵水解與GDP磷酸化偶聯(lián)，生成琥珀酸、GTP和輔酶A。這是三羧酸循環(huán)中唯一直接生成高能磷酸鍵的反應。（6） 琥珀酸脫氫生成延胡索酸此反應由琥珀酸脫氫酶催化，其輔酶是FAD，是三羧

11、酸循環(huán)中唯一與內膜結合的酶。（7） 延胡索酸加水生成蘋果酸（8） 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸蘋果酸脫氫酶催化此反應，輔酶是NAD+2、小 結 三羧酸循環(huán)的要點： 一次三羧酸循環(huán) ： 消耗 一分子乙酰CoA，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。 什么是三羧酸循環(huán)？ 中間產物需要補充。 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和H2O。 整個循環(huán)反應為不可逆反應。為什么？異檸檬酸脫氫酶

12、-酮戊二酸脫氫酶系檸檬酸合酶3、三羧酸循環(huán)的生理意義 是三大營養(yǎng)物質氧化分解的共同途徑； 是三大營養(yǎng)物質代謝聯(lián)系的通路； 為呼吸鏈提供還原當量H+ + e-； 為其它物質代謝提供小分子前體。* 草酰乙酸的來源：草酰乙酸 丙酮酸丙酮酸羧化酶天冬氨酸谷草轉氨酶 檸檬酸檸檬酸裂解酶蘋果酸蘋果酸脫氫酶（四）、氧化磷酸化 還原當量 H+ + e- 進入呼吸鏈徹底氧化成H2O , 并生成ATP。 二、有氧氧化生成的ATP反 應輔 酶A T P第一階段葡萄糖 6-磷酸葡萄糖-16-磷酸果糖 1,6-雙磷酸果糖-123-磷酸甘油醛 21,3-二磷酸甘油酸 NAD+ 2 3或2 2*21,3-二磷酸甘油酸 23

13、-磷酸甘油酸2 12 磷酸烯醇式丙酮酸 2丙酮酸2 1第二階段2 丙酮酸 2乙酰CoA2 3第三階段2異檸檬酸 2-酮戊二酸2 32-酮戊二酸 2琥珀酰CoA2 32琥珀酰CoA 2琥珀酸2 12琥珀酸 2延胡索酸FAD2 22蘋果酸 2草酰乙酸NAD+2 3凈生成38(或36)ATP NAD+ 三、有氧氧化的調節(jié)關鍵酶 酵解途徑： 己糖激酶 丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復合體 三羧酸循環(huán)：檸檬酸合成酶 -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抑制劑：乙酰CoA NADH ATP別構激活劑： AMP ADP NAD+ * 乙酰CoA /

14、 HSCoA或 NADH / NAD+ 時， 其活性也受到抑制。 別構調節(jié) 共價修飾調節(jié)2Pi2H2O磷酸酶2ATP2ADP蛋 白 激 酶ADP，NAD+乙酰CoA，NADH- +Ca2+ 胰島素TPPTPPCH2OHCH2OH有活性TPPTPPCH2OCH2O無活性PP2、TAC的調節(jié)：調節(jié)點異檸檬酸 脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶復合體激 活抑 制NADH/NAD+ ATP/ADP NADH/NAD+ ATP/ADP ADPNAD+琥珀酰CoACa2+ i Ca2+ i * 當氧化磷酸化的速率低時，NADH和FADH2保持還原狀態(tài)，TAC無法進行脫氫反應，從而受到抑制。2ADPATP+AMP腺苷酸

15、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(Pastuer effect) 指有氧氧化抑制糖酵解的現(xiàn)象。機 制： 有氧時，NADH+H+可進入線粒體內氧化，丙酮酸進一步氧化而不生成乳酸; 缺氧時，NADH+H+不能氧化，丙酮酸作為氫接受體而轉變成乳酸。并且酵解途徑加強。磷酸戊糖途徑第四節(jié)* 磷酸戊糖途徑 一、亞細胞定位：胞液 二、反應過程：( Pentose phosphate path

16、way )第一階段：氧化反應 生成磷酸戊糖，NADPH及CO2第二階段：基團轉移反應 磷酸戊糖途徑第一階段5-磷酸木酮糖5-磷酸木酮糖7-磷酸景天糖3-磷酸甘油醛4-磷酸赤蘚糖6-磷酸果糖6-磷酸果糖3-磷酸甘油醛第二階段6-磷酸葡萄糖36-磷酸葡萄糖酸內酯36-磷酸葡萄糖酸35-磷酸核酮糖 35-磷酸核糖3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脫氫酶3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶3CO2 三、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+比例的影響，

17、比例升高則被抑制，降低則被激活。另外NADPH對該酶有強烈抑制作用。 四、磷酸戊糖途徑的生理意義1、為核酸、核苷酸的生成提供 核 糖2、提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應 NADPH是體內許多合成代謝的供氫體 NADPH參與體內的羥化反應 NADPH可維持GSH的還原性糖原的合成與分解第五節(jié) 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。糖原的種類及其生理意義：肌糖原：180 300g ， 主要供肌肉收縮所需肝糖原：70 100g ， 維持血糖平衡糖 原 (glycogen)一、糖原的合成代謝 組織定位： 主要在肝臟、肌肉 亞細胞定位： 胞漿 葡萄糖的活化葡萄糖6-磷酸葡萄糖A

18、TPADPa1-磷酸葡萄糖ba：在肌肉為己糖激酶; 在肝為葡萄糖激酶b：磷酸葡萄糖變位酶反應過程： 尿苷二磷酸葡萄糖( uridine diphosphate glucose , UDPG )* UDPG是Glu的活化形式，作為合成糖原時Glu的供體+UTP尿苷PPP OHOHOHHOHHOHCH2 OHH1- 磷酸葡萄糖P OHOHOHHOHHOHCH2OHH尿苷PPPPiUDPG焦磷酸化酶 糖原的合成糖原n + UDPG糖原n+1 + UDP 糖 原 合 酶( glycogen synthase ) * 糖原n 為肝內的較小糖原分子，稱為 糖原引物(primer)， 作 為UDPG 上葡萄

19、糖基的接受體。 * 引物以其非還原端接受糖基，二者以 -1,4糖苷鍵連接。 糖原分枝的形成 -1,4-糖苷鍵 分 支 酶(branching enzyme)-1,6-糖苷鍵 二、糖原的分解代謝1、 糖原分解 ( glycogenolysis ) 習慣上指肝糖原分解成為葡萄糖的過程。2、亞細胞定位： 胞 漿3、反應過程：糖原n+1糖原n + 1-磷酸葡萄糖糖原磷酸化酶磷 酸 化 酶葡聚糖轉移酶-1,6- 糖苷酶 脫枝酶 (debranching enzyme) 經以上酶的共同作用，最終產物中約85%為1 - 磷酸葡萄糖， 15%為游離葡萄糖。1 - 磷酸葡萄糖6 - 磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶

20、葡萄糖（肝，腎）糖原的合成與分解Pi 磷酸化酶葡萄糖-6-磷酸酶（肝）UDPG焦磷酸化酶G-1-PUTPUDPGPPi糖原 n+1UDPG-6-PGlu糖原合酶磷酸葡萄糖變位酶己糖(葡萄糖)激酶 三、糖原合成與分解的調節(jié)關鍵酶 糖原合成：糖原合酶 糖原分解：糖原磷酸化酶調節(jié)有級聯(lián)放大作用，效率很高；1、共價修飾調節(jié)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)。腺苷酸環(huán)化酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（有活性）激素（胰高血糖素、腎上腺素等）+受體 ATPcAMPA激酶(無活性)A激酶(有活性)磷酸化酶b激酶磷酸化酶b激酶-Pi糖原合酶糖原合酶-Pi磷酸化酶b磷酸化酶a

21、Pi磷蛋白磷酸酶-1PiPi磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶抑制劑-Pi磷蛋白磷酸酶抑制劑A激酶（活性）2、別構調節(jié) 磷酸化酶由二種構像，緊密型(T)和疏松型(R) ，其中T型的14位Ser暴露，便于接受共價修飾調節(jié)。* 磷酸化酶還受別構調節(jié)，葡萄糖是其別構抑制劑磷酸化酶 a (R)磷酸化酶 a (T)Glu3、調節(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：肝糖原的分解激素主要為胰高血糖素， 肌糖原的分解激素主要為腎上腺素。 四、糖原積累癥 (glycogen stor

22、age disease)由于先天性缺乏與糖原代謝有關的酶類，使體內某些組織器官中大量糖原堆積的一類遺傳代謝病。第六節(jié) 糖異生糖異生(gluconeogenesis) 是指從非糖化合物轉變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程。部位：主要在肝、腎細胞的胞漿及線粒體原料：乳酸、甘油、生糖氨基酸一、糖異生途徑 （gluconeogenic pathway）1、定義：從丙酮酸生成葡萄糖的具體反應過程稱 糖異生途徑。2、過程： * 酵解途徑中有3個不可逆反應，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(shù)反應是共有的、可逆的； 丙酮酸轉變成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）丙酮酸草酰乙酸PEPATPADP+

23、PiCO2GTPGDP+PiCO2 丙酮酸羧化酶，輔酶為生物素（線粒體） 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（線粒體、胞液） 草酰乙酸的轉運：蘋果酸出線粒體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乳酸丙氨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GTPGDP + CO2線粒體三羧酸循環(huán)中間產物胞液 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 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

24、酸酶 還原當量的來源 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，由下述反應提供H+ ：乳酸丙酮酸LDHNAD+NADH+H+ 由氨基酸為原料進行糖異生時，所需H+則由線粒體內NADH+H+提供，它們來自于脂酸的-氧化或TAC，通過草酰乙酸與蘋果酸相互轉變而轉運到胞漿。蘋果酸線粒體蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+胞漿葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 1,6-雙磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸酵解途徑1-磷酸葡萄糖糖 原PEP丙酮酸胞 液乳 酸氨基酸糖異生途徑丙酮酸草

25、酰乙酸氨基酸草酰乙酸酶酶果糖雙磷酸酶-1葡萄糖-6-磷酸酶甘 油3-磷酸甘油ATPADPNAD+NADH+H+ADPATP 二、糖異生的調節(jié) 調節(jié)的目的是使糖異生途徑與酵解途徑相互協(xié)調，主要是對這兩條途徑中的2個底物循環(huán)進行調節(jié)：6 - 磷酸果糖 1,6 - 雙磷酸果糖ATPADP6-磷酸果糖激酶-1 Pi 果糖雙磷酸酶-1 2,6-雙磷酸果糖 AMP1. 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P E P 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1、維持血糖濃度恒定2、補充肝糖原 三碳途徑： 指進食后

26、，大部分葡萄糖先在體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。3、調節(jié)酸堿平衡肝肌肉 四、乳酸循環(huán)（Cori 循環(huán)）1、循環(huán)過程：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2、生理意義： 乳酸再利用，避免了乳酸的損失 防止因乳酸堆積而引起酸中毒3、耗能情況：2分子乳酸異生為1分子葡萄糖需6分子ATP。血糖及其調節(jié)第七節(jié)血糖，指血液中的葡萄糖。 正常血糖濃度 ：3.89 6.11mmol/L 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類脂類、氨基酸代謝脂肪、氨基酸 一、血糖來源和去路 二、血糖水平的調節(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、肌肉、脂肪組織等器官組織代謝協(xié)調的結果。主要調節(jié)激素降血糖：胰島素升血糖：胰高血糖素、糖皮質激素、 腎上腺素* 主要依靠激素的調節(jié)1、胰島素 ( insulin ): 促進葡萄糖轉運進入細胞 ； 加速糖原合成，抑制糖原分