第7章_糖代謝

第7章糖代謝CarbohydrateMetabolism 吳健 代謝概論與糖代謝概況葡萄糖的分解代謝糖異生作用糖原的分解和合成 本章主要內(nèi)容 重點(diǎn) 糖酵解 三羧酸循環(huán) 磷酸戊糖途徑 糖原的合成與分解 糖異生途徑及生理意義難點(diǎn) 糖的分解代謝各代謝途徑之間的關(guān)系 第1節(jié)代謝概論與糖代謝概況 1 代謝的概念指生物活體與外界環(huán)境不斷進(jìn)行的物質(zhì) 包括氣體 液體和固體 和能量的交換過(guò)程 其本質(zhì)是活細(xì)胞中發(fā)生一系列化學(xué)變化 每一變化均由酶催化 包括 分解代謝 合成代謝 生物體內(nèi)新陳代謝 合成代謝 同化作用 分解代謝 異化作用 小分子合成大分子 需要能量 釋放能量 大分子分解成小分子 能量代謝 物質(zhì)代謝 2 分解代謝和合成代謝 TAC循環(huán) G 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH H FADH2 H2O O ATP ADP Gn 分解代謝 catabolism 合成代謝 anabolism 合成代謝 合成代謝是一個(gè)集合過(guò)程 convergentprocess 由小分子 如氨基酸等 生成大分子 如蛋白質(zhì) 的過(guò)程合成代謝一般不是分解代謝簡(jiǎn)單的逆向反應(yīng) 而是由不同酶催化的 通常需要消耗ATP 還原供氫體多為NADPH 3 代謝途徑 機(jī)體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)是在酶的催化下完成的 在細(xì)胞內(nèi)這些反應(yīng)不是相互獨(dú)立的 而是相互聯(lián)系的 一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可能就是下一個(gè)反應(yīng)的底物 這樣構(gòu)成一連串的反應(yīng) 稱之為代謝途徑 由依次連接的反應(yīng)步驟組成 從某些關(guān)鍵中間產(chǎn)物開(kāi)始 一直到產(chǎn)生特定的終產(chǎn)物 三個(gè)共同點(diǎn) 代謝途徑是不可逆的 分解代謝釋放能量 合成代謝消耗能量 代謝途徑受多種因素調(diào)控 代謝途徑的分區(qū) 代謝產(chǎn)物 酶 分子或代謝系統(tǒng)在細(xì)胞內(nèi)的不均一分布 多酶體系的區(qū)域化分布 動(dòng)物機(jī)體主要的能源和碳源提供70 的能量 神經(jīng)系統(tǒng) 胎兒和乳的合成消耗更多的葡萄糖 還為氨基酸和脂肪合成提供C的來(lái)源構(gòu)成組織細(xì)胞的成分核酸中的核糖 結(jié)締組織中的蛋白多糖 細(xì)胞膜上的糖脂和糖蛋白等其他方面如細(xì)胞通訊與信號(hào)傳導(dǎo) 免疫調(diào)節(jié) 4 糖代謝概況 糖的生理功能 消化吸收飼料與食物淀粉 異生作用非糖物質(zhì)的轉(zhuǎn)變 糖原分解肝糖原 氧化供能ATP CO2和H2O 貯存肝糖原 肌糖原 轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)脂類 氨基酸等 糖的來(lái)源和去路 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 糖代謝 生物體內(nèi)糖類的合成 分解和轉(zhuǎn)變過(guò)程 動(dòng)物體內(nèi)糖代謝分為消化 轉(zhuǎn)運(yùn) 儲(chǔ)存 分解和合成五個(gè)部分 血糖 bloodsugar 血糖 血液中所含的葡萄糖 反映機(jī)體的能量水平 糖的分解和利用的動(dòng)態(tài)平衡 對(duì)大腦 胎兒尤為重要 血糖 食物糖 消化 葡萄糖 吸收 肝糖原 合成 分解 乳酸 糖異生 血液 肌糖原 合成 有氧氧化 CO2 H2O ATP 糖酵解 乳酸 ATP 血乳酸 轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì) 大量 少量 正常血糖濃度 65 100 調(diào)節(jié)血糖濃度的激素有 胰島素下調(diào) 腎上腺素 胰高血糖素和糖皮質(zhì)激素上調(diào) 糖尿病 血糖水平相對(duì)恒定 超過(guò)腎糖閾值 葡萄糖隨尿排出 糖尿病存在胰島素依賴型 型 和非胰島素依賴型 型 血糖的調(diào)節(jié)及糖尿病 糖酵解糖的有氧氧化磷酸戊糖途徑 第2節(jié)葡萄糖的分解代謝 在無(wú)氧情況下 細(xì)胞液中葡萄糖降解為乳酸并伴隨著少量ATP生成的一系列反應(yīng)稱為糖的無(wú)氧分解 因與酵母菌使糖生醇發(fā)酵 脫羧還原 的過(guò)程相似 因而又稱為糖酵解 由葡萄糖分解成丙酮酸 稱之為糖酵解途徑 glycolyticpathway 又稱為Embden Meyerhof Pathway途徑 EMP途徑 在缺氧條件下丙酮酸被還原為乳酸 有氧條件下丙酮酸可進(jìn)一步氧化分解生成乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán) 生成CO2和H2O 一糖酵解 glycolysis 2個(gè)階段 10步反應(yīng) 1葡萄糖 6個(gè)C 2分子3 磷酸甘油醛 3個(gè)C 3 磷酸甘油醛丙酮酸 3個(gè)C 糖酵解途徑分為2個(gè)階段 1 第一階段 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 消耗1分子ATP 己糖激酶 hexokinase HK 能催化葡萄糖 甘露糖 氨基葡萄糖 果糖的磷酸化反應(yīng) 是糖氧化反應(yīng)過(guò)程的限速酶或稱關(guān)鍵酶 它有同工酶 型 型主要存在于肝外組織 型主要存在于肝臟 特稱葡萄糖激酶 glucokinase GK 催化ATP上的磷酸基團(tuán)向不同的己糖轉(zhuǎn)移 己糖激酶 2 6 磷酸葡萄糖異構(gòu)化為6 磷酸果糖 磷酸葡萄糖異構(gòu)酶 phosphohexoseisomerase 催化6 磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)? 磷酸果糖 fructose6 phosphate F 6 P 的過(guò)程 羰基C由C1移至C2 反應(yīng)是可逆的 3 6 磷酸果糖磷酸化為1 6 二磷酸果糖 6 磷酸果糖 1 6 二磷酸果糖 1 6 fructose biphosphate F 1 6 2P 消耗1分子ATP 4 1 6 二磷酸果糖裂解 1 6 二磷酸果糖 5 磷酸二羥丙酮的同分異構(gòu)化 3 磷酸甘油醛 磷酸二羥丙酮 到此 1分子葡萄糖生成2分子3 磷酸甘油醛 通過(guò)兩次磷酸化作用消耗2分子ATP 2 第二階段 6 3 磷酸甘油醛氧化為1 3 二磷酸甘油酸 3 磷酸甘油醛 1 3 二磷酸甘油酸 既是氧化反應(yīng)又是磷酸化反應(yīng) 7 1 3 二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3 磷酸甘油酸 1 3 二磷酸甘油酸 3 磷酸甘油酸 代謝物在氧化分解過(guò)程中通過(guò)脫氫 脫水等作用使底物分子內(nèi)部能量重新分布 能量集中生成高能鍵 然后使ADP磷酸化生成ATP的過(guò)程 稱為底物水平磷酸化 生成2分子ATP 8 3 磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)? 磷酸甘油酸 3 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸 磷酸甘油酸變位酶 phosphoglyceratemutase 催化3 磷酸甘油酸C3位上的磷酸基轉(zhuǎn)變到C2位上生成2 磷酸甘油酸 此反應(yīng)是可逆 9 2 磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶 2 磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 PEP 丙酮酸激酶 pyruvatekinase PK 催化下 磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根轉(zhuǎn)移至ADP生成ATP 這是又一次底物水平磷酸化過(guò)程 此反應(yīng)是不可逆的 10 磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸轉(zhuǎn)移 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 葡萄糖 6 磷酸果糖 6 磷酸葡萄糖 ATP ADP 1 6 二磷酸果糖 3 磷酸甘油醛 磷酸二羥基丙酮 1 3 二磷酸甘油酸 ATP ADP 丙酮酸 3 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸 烯醇式丙酮酸 葡萄糖 2ADP 2Pi 2NAD 2丙酮酸 2ATP 2NADH 2H 2H2O 無(wú)論是否存在氧 從葡萄糖到丙酮酸的過(guò)程都不會(huì)發(fā)生變化 但丙酮酸的去路卻取決于機(jī)體組織是否有氧 有氧條件下 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體系催化丙酮酸生成乙酰輔酶A 然后進(jìn)入三羧酸循環(huán) 電子傳遞體系通過(guò)氧來(lái)完成對(duì)NADH的氧化 3 糖酵解 終產(chǎn)物 產(chǎn)能和調(diào)控 1 無(wú)氧狀態(tài)與有氧狀態(tài) 無(wú)氧環(huán)境下 丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸 丙酮酸 乳酸 反應(yīng)中的NADH H 來(lái)自于上述第6步反應(yīng)中的3 磷酸甘油醛脫氫反應(yīng) 骨骼肌 血液 肝臟 肌糖原 6 磷酸葡萄糖 肌乳酸 糖酵解 葡萄糖 肝糖原 6 磷酸葡萄糖 丙酮酸 乳酸 血糖 血乳酸 2 科里循環(huán) CoriCycle 糖異生 3 丙酮酸的去路 乙醇發(fā)酵 厭氧有機(jī)體 如酵母或其他微生物 把酵解生成的NADH中的氫交給丙酮酸脫羧生成的乙醛 使之形成乙醇 酒精發(fā)酵 4 糖酵解能量的生成 糖酵解途徑匯總 由1分子G在無(wú)氧條件下氧化分解 最終產(chǎn)生2分子ATP 如果從糖原開(kāi)始 則可得到3分子ATP 注意酵解途徑中的3個(gè)關(guān)鍵酶催化的不可逆反應(yīng) 己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶 5 巴斯德效應(yīng)和克雷布特里效應(yīng) 巴斯德效應(yīng) 氧抑制糖酵解的現(xiàn)象 酵母細(xì)胞暴露在有氧環(huán)境時(shí) 葡萄糖的消耗量和乙醇的生產(chǎn)量就會(huì)急劇減少 氧越多抑制作用就越強(qiáng) 克雷布特里效應(yīng) 增加葡萄糖的濃度會(huì)抑制氧的消耗 TAC循環(huán) G 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH H FADH2 H2O O ATP ADP Gn 葡萄糖的分解代謝 產(chǎn)生少量ATP 無(wú)氧環(huán)境 有氧環(huán)境 巴斯德效應(yīng) 氧抑制酵解 氧越多 抑制作用越強(qiáng) 分子基礎(chǔ)是ATP抑制磷酸果糖激酶 克雷布特里效應(yīng) 葡萄糖的濃度越高 三羧酸循環(huán) 電子傳遞體系的活性就越低 對(duì)氧消耗的抑制作用就越強(qiáng) 6 糖酵解的調(diào)節(jié) 糖酵解途徑有雙重作用 一是使葡萄糖降解產(chǎn)生ATP 二是為合成反應(yīng)提供碳單元 為適應(yīng)細(xì)胞的代謝需求 葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸的速率是受到嚴(yán)格調(diào)節(jié)的 關(guān)鍵酶 調(diào)節(jié)方式 6 磷酸果糖激酶 PFK 別構(gòu)調(diào)節(jié) 別構(gòu)激活劑 AMP ADP F 2 6 2P 別構(gòu)抑制劑 檸檬酸 ATP 高濃度 NADH 丙酮酸激酶 別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)激活劑 1 6 二磷酸果糖別構(gòu)抑制劑 ATP 丙氨酸 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(zhǎng)鏈脂肪酰CoA可別構(gòu)抑制肝葡萄糖激酶 糖酵解是一個(gè)不需氧的產(chǎn)能過(guò)程 整個(gè)糖酵解過(guò)程在胞液中進(jìn)行 反應(yīng)全過(guò)程中有三步不可逆的反應(yīng) 為關(guān)鍵步驟 7 糖酵解小結(jié) 1克分子葡萄糖經(jīng)第一階段共5步反應(yīng) 生成3 磷酸甘油醛 消耗2分子ATP 為耗能過(guò)程 第二階段6步反應(yīng)生成4分子ATP 為釋能過(guò)程 1分子葡萄糖至乳酸的全過(guò)程凈生成2分子ATP 產(chǎn)能的方式為底物水平磷酸化 整個(gè)途徑的關(guān)鍵酶是己糖激酶 磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶 糖酵解的代謝途徑 E2 E1 E3 是生物體內(nèi)糖分解代謝的普遍途徑 動(dòng)物 植物 微生物 尤其厭氧菌 都利用酵解途徑供能 是機(jī)體的應(yīng)急供能方式動(dòng)物機(jī)體主要靠有氧氧化供能 但當(dāng)供氧不足時(shí) 即轉(zhuǎn)為主要依靠糖酵解途徑供能 如劇烈運(yùn)動(dòng) 心肺疾患等 紅細(xì)胞沒(méi)有線粒體 只能以糖酵解途徑作為唯一的供能途徑 8 糖酵解的生理意義 糖酵解途徑中形成的許多中間產(chǎn)物 可作為合成其他物質(zhì)的原料 如磷酸二羥丙酮可轉(zhuǎn)變?yōu)楦视?丙酮酸可轉(zhuǎn)變?yōu)楸彼峄蛞阴oA 與糖的有氧氧化途徑 磷酸戊糖途徑以及異生途徑都有密切聯(lián)系 4 其他糖類的代謝 除葡萄糖外 其它己糖也可轉(zhuǎn)變成磷酸己糖而進(jìn)入酵解途徑 二糖的有氧氧化 aerobicoxidation 有氧條件下 葡萄糖徹底氧化生成CO2和H2O 并伴有能量釋放的過(guò)程 葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)楸?丙酮酸氧化 乙酰輔酶A 乙酰輔酶A 三羧酸循環(huán) 胞液 線粒體 1 維生素與輔酶 三羧酸循環(huán)的輔酶 維生素 Vitamin 機(jī)體維持正常生命活動(dòng)所必需 人和動(dòng)物不能合成或合成量極少 必需由食物供給的一類小分子有機(jī)物質(zhì) 不是機(jī)體的能量來(lái)源 也不是結(jié)構(gòu)成分 大多數(shù)以輔酶 輔基的形式參與調(diào)節(jié)代謝活動(dòng) 脂溶性 直接參與代謝的調(diào)節(jié)作用A視黃醇D鈣化醇E生育酚K凝血維生素水溶性 轉(zhuǎn)變成輔酶對(duì)代謝起調(diào)節(jié)作用B族維生素C族維生素 水溶性維生素與輔酶 1 煙酸和煙酰胺 維生素B5 PP 輔酶形式 輔酶I NAD 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 輔酶II NADP 煙酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸 能維持神經(jīng)組織的健康 缺乏時(shí)表現(xiàn)出神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)障礙 出現(xiàn)皮炎 NAD 和NADP 的分子結(jié)構(gòu) 有氧化型 NAD NADP 和還原型 NADH H NADPH H 兩種形式 作為脫氫酶的輔酶 在酶促反應(yīng)中起遞氫體的作用 2 核黃素 維生素B2 缺乏時(shí)組織呼吸減弱 代謝強(qiáng)度降低 主要癥狀為口腔發(fā)炎 舌炎 角膜炎 皮炎等 輔酶形式 FAD 黃素腺嘌呤二核苷酸 FMN 黃素單核苷酸 維生素B2 FMN FAD 維生素B2 FMN的作用機(jī)制 功能 在脫氫酶催化的氧化 還原反應(yīng)中 起電子和質(zhì)子的傳遞體作用 3 硫胺素 維生素B1 輔酶形式 焦磷酸硫胺素 TPP 缺乏時(shí)表現(xiàn)出多發(fā)性神經(jīng)炎 皮膚麻木 心力衰竭 四肢無(wú)力 下肢水腫 腳氣病 功能 脫羧酶的輔酶 催化丙酮酸 酮戊二酸的脫羧反應(yīng) TPP的分子結(jié)構(gòu) 硫胺素VB1經(jīng)焦磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)門PP 4 泛酸 維生素B3 輔酶形式 輔酶A CoA CoA SH活性位點(diǎn) SH 泛酸 巰基乙胺 3 磷酸 ADP CoA是酰化酶的輔酶 功能 CoA中的巰基可與?；愿吣芰蝓ユI結(jié)合 在糖 脂 蛋白質(zhì)代謝中起傳遞?；淖饔?CH3C S CoA O 5 硫辛酸 硫辛酸 含硫脂肪酸 其巰基有氧化和還原兩種形式 丙酮酸和 酮戊二酸脫氫酶的輔酶 在氧化脫羧過(guò)程中既可以傳遞氫和電子 又能轉(zhuǎn)移酰基 6 吡哆素 維生素B6 吡哆素 包括吡哆醇 吡哆醛和吡哆胺 磷酸吡多素是是氨基酸轉(zhuǎn)氨酶 脫羧酶等的輔酶 7 葉酸 維生素B11 最重要的形式是四氫葉酸 是一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶的輔酶 一碳單位 某些氨基酸 Gly Ser Thr His 在分解代謝過(guò)程中可以產(chǎn)生含有一個(gè)碳原子的基團(tuán) 如甲基 CH3 甲烯基 CH2 甲?；?CHO 羥甲基 CH2OH 等 四氫葉酸的分子結(jié)構(gòu) 5 6 7 8 四氫葉酸 2 氨基 4 羥基 6 甲基 5 6 7 8 四氫蝶呤啶 對(duì)氨基苯甲酸 谷氨酸 8 生物素 維生素B7 維生素H 生物素是羧化酶的輔酶 CO2的載體 在生物合成中起傳遞和固定CO2的作用 9 鈷胺素 維生素B12 維生素B12分子中心鈷原子結(jié)合5 脫氧腺苷基稱輔酶B12 功能 變位酶和甲基轉(zhuǎn)移酶的輔酶 10 抗壞血酸 維生素C 在體內(nèi)參與氧化還原反應(yīng) 羥化反應(yīng) 防止貧血和治療感染 11 輔酶Q CoQ 又稱為泛醌 存在于動(dòng)物和細(xì)菌的線粒體中 為線粒體呼吸鏈氧化 還原酶的輔酶 在酶與底物分子之間傳遞電子 2 丙酮酸氧化 線粒體中進(jìn)行 丙酮酸 3C 轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA 2C 在線粒體中進(jìn)行 由丙酮酸脫氫酶系催化 為不可逆反應(yīng) 注意 產(chǎn)物為2分子乙酰CoA 丙酮酸脫羧酶 二氫硫辛酸脫氫酶 TPP VitB1 二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶 HSCoA 泛酸 硫辛酸 FAD VitB2 NAD VitPP 酶 輔酶 維生素 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 pyruvatedehydrogenasecomplex PDC 催化的反應(yīng) 3 三羧酸循環(huán) tricarboxylicacidcycle 在有氧的情況下 葡萄糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸在線粒體中氧化脫羧形成乙酰CoA 乙酰CoA經(jīng)一系列氧化 脫羧 最終生成C2O和H2O并產(chǎn)生能量的過(guò)程 稱為檸檬酸循環(huán) 亦稱為三羧酸循環(huán) 簡(jiǎn)稱TCA循環(huán) 由乙酰輔酶A 2碳 和草酰乙酸 4碳 縮合開(kāi)始 經(jīng)過(guò)8步連續(xù)反應(yīng) 使一分子乙酰基完全氧化 再生成草酰乙酸而完成一個(gè)循環(huán) 1937年Krebs提出 也稱Krebs循環(huán) TCA循環(huán)的過(guò)程 乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合形成檸檬酸 檸檬酸異構(gòu)化生成異檸檬酸 異檸檬酸氧化脫羧生成a 酮戊二酸 酮戊二酸氧化成為草酰琥珀酸 脫羧成為琥珀酰輔酶A 琥珀酰CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸 并產(chǎn)生GTP 琥珀酸脫氫生成延胡索酸 延胡索酸被水化生成蘋(píng)果酸 蘋(píng)果酸脫氫生成草酰乙酸 1 乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合成檸檬酸 單向不可逆 可調(diào)控的限速步驟 ATP NADH和琥珀酰CoA是抑制劑氟乙酰CoA導(dǎo)致致死合成常作為殺蟲(chóng)藥 檸檬酸合酶 2 檸檬酸異構(gòu)化生成異檸檬酸 順烏頭酸酶 順烏頭酸酶 檸檬酸 順烏頭酸 異檸檬酸 3 異檸檬酸脫羧生成a 酮戊二酸 異檸檬酸脫氫酶 ATP和NADH是其抑制劑 ADP和NAD 是它的激活劑 TCA中第一次氧化作用 脫羧過(guò)程 三羧酸到二羧酸轉(zhuǎn)變 4 酮戊二酸氧化脫羧成琥珀酰輔酶A 酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 TCA中第二次氧化作用 脫羧過(guò)程 酮戊二酸脫氫酶 琥珀酰轉(zhuǎn)移酶 二氫硫辛酸脫氫酶ATP和NADH是它的抑制劑 ADP和NAD 是它的激活劑 5 琥珀酰CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸 琥珀酰硫激酶 TCA中唯一底物水平磷酸化反應(yīng) 6 琥珀酸脫氫生成延胡索酸 琥珀酸脫氫酶 TCA中第三次氧化的步驟 開(kāi)始四碳酸之間的轉(zhuǎn)變丙二酸為該酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑 7 延胡索酸被水化生成蘋(píng)果酸 延胡索酸酶 8 蘋(píng)果酸脫氫生成草酰乙酸 蘋(píng)果酸脫氫酶 TCA中第四次氧化的步驟 三羧循環(huán) 一次三羧酸循環(huán)徹底氧化一分子乙酰輔酶A 產(chǎn)生12個(gè)ATP 三羧循環(huán)的調(diào)節(jié) 關(guān)鍵酶 檸檬酸合成酶異檸檬酸脫氫酶 酮戊二酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系 NADH NAD 和ATP ADP的比率 ADP與NAD 濃度 使三羧酸循環(huán) ATP與NADH濃度 使三羧酸循環(huán) 回補(bǔ)反應(yīng) 循環(huán)一周氧化1分子乙酰CoA4次脫H 3 NADH H 1 FADH2 2次脫羧 2CO2 關(guān)鍵酶 檸檬酸合成酶 異檸檬酸脫氫酶 酮戊二酸脫氫酶系 循環(huán)過(guò)程草酰乙酸量不變 回補(bǔ)反應(yīng) 三羧循環(huán)小結(jié) 總反應(yīng) 乙酰CoA 3NAD FAD GDP Pi 2H2O2CO2 3NADH FADH2 GTP CoA SH 2H 葡萄糖分解產(chǎn)生的總能量 糖酵解 1分子葡萄糖產(chǎn)生2分子丙酮酸 共消耗了2個(gè)ATP 產(chǎn)生了4個(gè)ATP 實(shí)際上凈生成了2個(gè)ATP 同時(shí)產(chǎn)生2個(gè)NADH 丙酮酸氧化脫羧 丙酮酸生成乙酰CoA 生成1個(gè)NADH 三羧酸循環(huán) 乙酰CoA生成CO2和H2O 產(chǎn)生一個(gè)GTP ATP 3個(gè)NADH和1FADH2 1分子葡萄糖氧化成CO2 H2O時(shí)釋放的ATP 糖酵解與有氧氧化的差別 部位 細(xì)胞液細(xì)胞液 線粒體需氧情況 不需需氧終產(chǎn)物 乳酸CO2 H2O產(chǎn)能 2ATP36或38molATP關(guān)鍵酶 己糖激酶丙酮酸脫氫酶系磷酸果糖激酶檸檬酸合成酶丙酮酸激酶異檸檬酸脫氫酶 酮戊二酸脫氫酶系 不同點(diǎn) 糖酵解有氧氧化 有氧氧化的生理意義 是三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的最終代謝通路 是糖 脂肪 氨基酸代謝聯(lián)系的樞紐 是動(dòng)物體獲得能量的最主要方式 糖有氧分解的中間產(chǎn)物 為其它物質(zhì)合成 嘌呤 嘧啶 尿素的合成 提供原料 三磷酸戊糖途徑 磷酸戊糖途徑 pentosephosphatePathway PPP 是以磷酸戊糖為主要中間產(chǎn)物的氧化途徑 指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH H 前者再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成3 磷酸甘油醛和6 磷酸果糖的反應(yīng)過(guò)程 又因?yàn)槭菑? 磷酸 葡萄糖開(kāi)始的 磷酸葡萄糖酸是該途徑的早期特征中間物 又稱為磷酸己糖支路或磷酸葡萄糖酸氧化途徑 HMP 1 磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過(guò)程 1 氧化階段 由葡萄糖經(jīng)脫氫 水解和脫羧等作用生成5 磷酸核酮糖 NADPH H 及CO2 2 非氧化的分子重組階段 通過(guò)基團(tuán)的交換和分子內(nèi)部的重組 5 P 核酮糖又轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿峒禾?1 氧化階段 包括3步反應(yīng) 脫氫 水解 脫氫脫羧反應(yīng) 催化第一步脫氫反應(yīng)的6 磷酸葡萄糖脫氫酶是此代謝途徑的關(guān)鍵酶 兩次脫氫脫下的氫均由NADP 接受生成NADPH H 6 磷酸葡萄糖 5 磷酸核酮糖 5 磷酸核酮糖 6 磷酸葡萄糖酸脫氫酶 6 磷酸葡萄糖酸 6 磷酸葡萄糖脫氫酶 6 磷酸葡萄糖 6 磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯 6 磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯酶 2 非氧化的分子重組階段 包括異構(gòu)化 轉(zhuǎn)酮化和轉(zhuǎn)醛醇反應(yīng) 5 磷酸核酮糖經(jīng)一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移及差向異構(gòu)反應(yīng)生成3 磷酸甘油醛和6 磷酸果糖此階段的所有反應(yīng)均為可逆反應(yīng) 在此階段 經(jīng)由5 磷酸核酮糖的異構(gòu)可生成5 磷酸核糖 轉(zhuǎn)酮醇反應(yīng) 轉(zhuǎn)醛醇反應(yīng) 轉(zhuǎn)酮醇反應(yīng) 5 磷酸核酮糖 C5 5 磷酸核糖C5 差向異構(gòu)化 轉(zhuǎn)酮醇 轉(zhuǎn)醛醇 轉(zhuǎn)酮醇 異構(gòu)化 磷酸戊糖途徑 氧化階段 生成12NADPH和釋放6CO2 非氧化階段 氧化階段6 6 磷酸葡萄糖 12NADP 6H2O 6 5 磷酸核酮糖 6CO2 12NADPH 12H 非氧化重排階段6 5 磷酸核糖 4 6 磷酸果糖 2 3 磷酸甘油醛總反應(yīng)6 6 磷酸葡萄糖 7H2O 12NADP 5 6 磷酸葡萄糖 6CO2 12NADPH 12H 脫氫反應(yīng)以NADP 為受氫體 生成NADPH H 反應(yīng)過(guò)程中進(jìn)行了一系列酮基和醛基轉(zhuǎn)移反應(yīng) 經(jīng)過(guò)了3 4 5 6 7碳糖的演變過(guò)程 反應(yīng)中生成了重要的中間代謝物 5 磷酸核糖 一分子G 6 P經(jīng)過(guò)反應(yīng) 只能發(fā)生一次脫羧和二次脫氫反應(yīng) 生成一分子CO2和2分子NADPH H 磷酸戊糖途徑的特點(diǎn) 每3分子6 磷酸葡萄糖同時(shí)參與反應(yīng) 在一系列反應(yīng)中 通過(guò)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 可異生為6 磷酸葡萄糖 也可進(jìn)入酵解途徑 因此 磷酸戊糖途徑也稱磷酸戊糖旁路 pentosephosphateshunt 1 為生物合成提供還原力 磷酸戊糖途徑的主要作用是產(chǎn)生NADPH H 用于生物合成等 如參與長(zhǎng)鏈脂肪酸 膽固醇 脫氧核苷酸 四氫葉酸等合成 2 在紅細(xì)胞中保證谷胱甘肽的還原狀態(tài) 防止膜脂過(guò)氧化 維持血紅素中的Fe2 2 磷酸戊糖途徑的意義 NADP NADPH 磷酸戊糖途徑 GSSG GSSG R 2GSH 有害的氧化物 無(wú)害的物質(zhì) H2O2 GSH P 2H2O MH Fe3 MH Fe2 3 磷酸戊糖途徑重要的中間產(chǎn)物為許多物質(zhì)的合成提供原料 5 磷酸核糖是核酸 核甘酸輔酶合成的原料 4 非氧化重排階段的中間產(chǎn)物及酶類大多數(shù)可實(shí)現(xiàn)某些單糖間的互變 5 PPP途徑是由葡萄糖直接氧化起始的可單獨(dú)進(jìn)行氧化分解的途徑 因此可以和EMP TCA相互補(bǔ)充 相互配合 增加機(jī)體的適應(yīng)能力 第3節(jié)糖異生作用 葡萄糖異生的基本概念葡萄糖異生的反應(yīng)途徑葡萄糖異生的生物學(xué)意義 1 糖異生概念 糖異生作用 gluconegenesis 是由非糖物質(zhì)合成葡萄糖的過(guò)程 非糖物質(zhì)通過(guò)糖代謝途徑中的某個(gè)代謝中間產(chǎn)物沿著糖的分解途徑逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成葡萄糖或糖原 非糖物質(zhì)主要是 乳酸 氨基酸 丙酮酸 甘油葡萄糖異生主要是在肝進(jìn)行 腎中亦能進(jìn)行 葡萄糖 6 P葡萄糖 6 P果糖 1 6 二P果糖 3 磷酸甘油醛 P 二羥丙酮 1 3 二磷酸甘油酸 3 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸 PEP 丙酮酸 大多數(shù)氨基酸 乳酸 Cori循環(huán) TCA的中間產(chǎn)物 糖異生途徑及其前體 草酰乙酸 反芻動(dòng)物體內(nèi)乙酸 丙酸 丁酸 琥珀酰CoA 異生作用不是糖分解代謝的簡(jiǎn)單逆轉(zhuǎn) 必須克服那些由關(guān)鍵酶所催化的不可逆反應(yīng)造成的 能障 主要有三個(gè)反應(yīng) 異生過(guò)程必須設(shè)法 繞過(guò) 這三個(gè)不可逆的反應(yīng) 己糖激酶 葡萄糖激酶 肝 葡萄糖葡萄糖 6 磷酸磷酸果糖激酶 果糖 6 磷酸果糖 1 6 二磷酸丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸 ATP ATP ATP ADP 2 糖異生反應(yīng)過(guò)程 要克服糖分解代謝途徑中的三個(gè)障礙 第一個(gè)反應(yīng)的逆向反應(yīng)是 肝臟 第二個(gè)反應(yīng)的逆向反應(yīng)是 關(guān)鍵反應(yīng) 第三個(gè)反應(yīng)的逆轉(zhuǎn)通過(guò)以下兩步反應(yīng)進(jìn)行 在線粒體中進(jìn)行 該酶催化需要生物素作輔酶 在胞液中進(jìn)行 草酰乙酸通過(guò)蘋(píng)果酸轉(zhuǎn)運(yùn)到胞液 丙酮酸羧化酶 丙酮酸 ATP CO2 草酰乙酸 ADP Pi 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 草酰乙酸 GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 PEP GDP CO2 丙酮酸羧化支路 蘋(píng)果酸在轉(zhuǎn)運(yùn)草酰乙酸時(shí)發(fā)揮了載體的作用 其它非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變成糖代謝的中間產(chǎn)物 線粒體 胞液 糖異生原料來(lái)源 Cori循環(huán) 糖異生原料來(lái)源 葡萄糖 丙氨酸循環(huán) 3 糖異生作用的生物學(xué)意義 糖異生作用是動(dòng)物體內(nèi)單糖合成的中心途徑 葡萄糖來(lái)源不足時(shí) 對(duì)于維持動(dòng)物血糖的恒定有重要生理意義 協(xié)助氨基酸代謝 有利于乳酸的利用 維持酸堿平衡 補(bǔ)充肝糖原 第4節(jié)糖原的分解和合成 肌肉 肌糖原 主要供肌肉收縮所需 肝臟 肝糖原 維持血糖水平 糖原儲(chǔ)存的主要器官 糖原 glycogen 是動(dòng)物體內(nèi)糖的儲(chǔ)存形式之一 是機(jī)體能迅速動(dòng)用的能量?jī)?chǔ)備 又稱為動(dòng)物多糖 糖原是由葡萄糖殘基構(gòu)成的含許多分支的大分子高聚物 葡萄糖單元以 1 4 糖苷鍵形成長(zhǎng)鏈 約10個(gè)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 每條鏈都終止于一個(gè)非還原端 非還原端增多 以利于其被酶分解 糖原的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 6 糖苷鍵 1 4 糖苷鍵 糖原分子只有一個(gè)還原性末端 其余都是非還原性末端 糖原的合成與分解都從非還原性末端開(kāi)始 一糖原的合成 過(guò)多攝入的葡萄糖可以在胞液中合成糖原貯存在肝和肌肉中 由葡萄糖合成糖原的反應(yīng)過(guò)程包括3個(gè)步驟 尿苷二磷酸葡萄糖UDP G的生成 UDP G中的葡萄糖連接到糖原引物上 分支酶催化糖原不斷形成新分支鏈 葡萄糖磷酸化生成6 磷酸葡萄糖 葡萄糖 6 磷酸葡萄糖 1 葡萄糖活化生成UDP G 6 磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成1 磷酸葡萄糖 磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的意義 由于延長(zhǎng)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(lái)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 1 磷酸葡萄糖生成UDP 葡萄糖 H H O H OH OH HO H H CH 2 OH O 1 磷酸葡萄糖 UDP 葡萄糖焦磷酸化酶 P O O O P O O O P O O O P O O O O 尿苷 H H O H OH OH HO H H CH 2 OH O P O O O P O O O 尿苷 UDP 葡萄糖 PPi UTP 2 UDP G中的葡萄糖連接到糖原引物上 糖原合成酶 當(dāng)糖鏈長(zhǎng)度達(dá)到11個(gè)以上葡萄糖基時(shí) 糖原分枝酶將約6 7個(gè)葡萄糖基組成的一段糖鏈轉(zhuǎn)移到鄰近的糖鏈上 以 1 6 糖苷鍵相連而形成新分支 新的分支點(diǎn)與鄰近的分支點(diǎn)的距離至少有4個(gè)葡萄糖基 3 分支酶催化糖原不斷形成新分支鏈 糖原合成的特點(diǎn) 必須有引物糖原的參與 合成反應(yīng)在糖原的非還原端進(jìn)行 合成為一耗能過(guò)程 每增加一個(gè)葡萄糖殘基 需消耗2個(gè)ATP UDP葡萄糖作為糖原合成的葡萄糖供體 關(guān)鍵酶是糖原合成酶 二糖原的分解 糖原分解 glycogenlysis 是指由糖原分解為葡萄糖的過(guò)程 糖原顆粒存在于細(xì)胞漿中 在細(xì)胞需要耗用能量時(shí) 在代謝糖原酶的參與下 分解成磷酸葡萄糖被利用 1 先在磷酸化酶的催化下糖苷鍵裂解 從糖原分子非還原性末端逐個(gè)移去葡萄糖基 生成1 磷酸葡萄糖 2 到距分支點(diǎn)還剩4個(gè)葡萄糖殘基時(shí) 此酶失去作用 1 4 葡萄糖轉(zhuǎn)移酶 糖基轉(zhuǎn)移酶 將3個(gè)為一組葡萄糖殘基從外面分枝轉(zhuǎn)移至靠近糖原核心分枝上 3 余下的1個(gè)以 1 6 糖苷鍵連接的葡萄糖 在 1 6 葡萄糖苷酶 與糖基轉(zhuǎn)移酶是同一種酶的兩種活性 合稱脫枝酶 的催化下 水解生成游離的葡萄糖 4 最后分解為1 磷酸葡萄糖和少量游離葡萄糖 12 1 1 分解步驟 糖原磷酸化酶作用 從非還原性末端只分解 1 4 糖苷鍵 產(chǎn)生1 磷酸葡萄糖 當(dāng)糖鏈分解至分枝點(diǎn)約4個(gè)葡萄糖殘基時(shí) 由于