糖代謝-課件(PPT演示)PPT課件

.,1,糖代謝,MetabolismofCarbohydrates初曉夏,第三章,提供能量,學(xué)習(xí)要求,1、糖的代謝分解：糖酵解的基本途徑、關(guān)鍵酶和生理意義，糖有氧氧化的基本途徑、關(guān)鍵酶和生理意義、三羧酸循環(huán)的生理意義。2、磷酸戊糖途徑：關(guān)鍵酶和重要的產(chǎn)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(guān)鍵酶，糖異生的生理意義、乳酸循環(huán)。5、血糖及其調(diào)節(jié)：血糖濃度，胰島素的調(diào)節(jié)，胰高血糖素的調(diào)節(jié)、糖皮質(zhì)激素的調(diào)節(jié)。,（二）糖的分類及其結(jié)構(gòu),根據(jù)其水解產(chǎn)物的情況，糖主要可分為以下四大類。,單糖、寡糖、多糖、結(jié)合糖,糖，其化學(xué)本質(zhì)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(xué),碳原子數(shù)目：丙糖、丁糖、戊糖、已糖、庚糖等。,糖原是動物體內(nèi)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(yǎng)分的儲存形式,淀粉顆粒,目錄,淀粉根據(jù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致幾千個葡萄糖殘基組成的多聚體緊密盤繞為螺旋結(jié)構(gòu)，形成動植物細(xì)胞中致密的顆粒。,糖原和淀粉的高級結(jié)構(gòu),幾丁質(zhì),-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(qiáng)的涂料，染料、色增艷（照相材料）、制紙，印刷、吸收性外科縫線、醫(yī)藥、農(nóng)藥的緩釋（包衣）、乳化、吸濕、保水（化妝品）生物活性（細(xì)胞免疫的激性、肝素代用、降膽固醇、促進(jìn)創(chuàng)傷愈合）,結(jié)合糖糖與非糖物質(zhì)的結(jié)合物。,糖脂(glycolipid)：是糖與脂類的結(jié)合物。糖蛋白(glycoprotein)：是糖與蛋白質(zhì)的結(jié)合物。,常見的結(jié)合糖有,纖維素作為植物的骨架,目錄,第二節(jié)糖的分解代謝,掌握三羧酸循環(huán)反應(yīng)的亞細(xì)胞部位、反應(yīng)過程、限速酶、特點及生理意義，了解其調(diào)節(jié)。,本節(jié)的要求,掌握糖酵解的概念、反應(yīng)的亞細(xì)胞部位、反應(yīng)過程、ATP生成、限速酶及其生理意義；熟悉糖酵解調(diào)節(jié)。,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(zhì)的原料。,3.作為機(jī)體組織細(xì)胞的組成成分,這是糖的主要功能。,2.提供合成體內(nèi)其他物質(zhì)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(yīng)過程,*糖酵解(glycolysis)的定義（EMP）,機(jī)體在無氧狀態(tài)下，葡萄糖經(jīng)過一系列的酶促反應(yīng)生成丙酮酸進(jìn)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(chǎn)生能量的共同代謝途徑。,糖酵解共由十個酶促反應(yīng)組成,*糖酵解的反應(yīng)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(yīng),激酶：能把ATP上磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到其他受體上的酶在糖酵解過程中，第1，3，7，10步反應(yīng)都是由激酶催化完成的。這步反應(yīng)不可逆,6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖,磷酸葡萄糖異構(gòu)酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P),6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?,6-雙磷酸果糖,酵解中的第二個不可逆反應(yīng),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(gòu)化,如果缺少此酶，發(fā)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(yīng)，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(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸,在以上反應(yīng)中，底物分子內(nèi)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(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸變位酶(phosphoglyceratemutase),2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖?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(zhuǎn)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(yīng),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(jié),反應(yīng)部位：胞漿糖酵解是一個不需氧的產(chǎn)能過程反應(yīng)全過程中有三步不可逆的反應(yīng),產(chǎn)能的方式和數(shù)量方式：底物水平磷酸化凈生成ATP數(shù)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(chǎn)物乳酸的去路釋放入血，進(jìn)入肝臟再進(jìn)一步代謝。分解利用乳酸循環(huán)（糖異生）,糖酵解的生理意義,1.是機(jī)體在缺氧情況下獲取能量的有效方式。,2.是某些細(xì)胞在氧供應(yīng)正常情況下的重要供能途徑。,無線粒體的細(xì)胞，如：紅細(xì)胞,代謝活躍的細(xì)胞，如：神經(jīng)細(xì)胞、白細(xì)胞、骨髓細(xì)胞,二丙酮酸的去路,丙酮酸,無氧或相對缺氧,有氧：,（酒精發(fā)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(diào)節(jié),關(guān)鍵酶,1己糖激酶,6-磷酸葡萄糖可反饋抑制己糖激酶當(dāng)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(gòu)調(diào)節(jié),26-磷酸果糖激酶-1(PFK)最重要,*別構(gòu)調(diào)節(jié),別構(gòu)激活劑：AMP;ADP;F-1,6-2P；F-2,6-2P,別構(gòu)抑制劑：檸檬酸;ATP（高濃度）；NADH,最強(qiáng)的活性劑,3丙酮酸激酶,別構(gòu)調(diào)節(jié),別構(gòu)抑制劑：ATP,別構(gòu)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(jī)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(jī)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(jìn)入線粒體，氧化脫羧為乙酰CoA(acetylCoA)。,總反應(yīng)式:,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成,酶E1：丙酮酸脫氫酶E2：二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶E3：二氫硫辛酸脫氫酶,丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的活性調(diào)節(jié),產(chǎn)物抑制：,丙酮酸氧化脫羧的二個產(chǎn)物乙酰CoA和NADH都抑制丙酮酸脫氫酶復(fù)合物。,細(xì)胞內(nèi)、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(huán)(TricarboxylicacidCycle,TAC)也稱為檸檬酸循環(huán)，這是因為循環(huán)反應(yīng)中的第一個中間產(chǎn)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(huán)的學(xué)說，故此循環(huán)又稱為Krebs循環(huán)，它由一連串反應(yīng)組成。,所有的反應(yīng)均在線粒體中進(jìn)行。,2.三羧酸循環(huán),*概述,*反應(yīng)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(fù)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(jié),三羧酸循環(huán)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(fù)的進(jìn)行4次脫氫2次脫羧，生成4分子的還原當(dāng)量和2分子CO2，又生成草酰乙酸，再重復(fù)循環(huán)反應(yīng)的過程。TAC過程的反應(yīng)部位是線粒體。,三羧酸循環(huán)的要點經(jīng)過一次三羧酸循環(huán)，消耗一分子乙酰CoA，經(jīng)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(guān)鍵酶有：檸檬酸合酶-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體異檸檬酸脫氫酶,整個循環(huán)反應(yīng)為不可逆反應(yīng),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(jìn)入呼吸鏈徹底氧化生成H2O的同時ADP偶聯(lián)磷酸化生成ATP。,1有氧氧化生成的ATP,有氧氧化的總結(jié),葡萄糖有氧氧化生成的ATP,三羧酸循環(huán)的生理意義,是三大營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的共同途徑；是三大營養(yǎng)物質(zhì)代謝聯(lián)系的樞紐；為其它物質(zhì)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(jī)體產(chǎn)能最主要的途徑。它不僅產(chǎn)能效率高，而且由于產(chǎn)生的能量逐步分次釋放，相當(dāng)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(diào)節(jié),關(guān)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(fù)合體,三羧酸循環(huán)：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(fù)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(fù)合體,+,ADP,檸檬酸,琥珀酰CoA,NADH,ATP、ADP的影響,產(chǎn)物堆積引起抑制,循環(huán)中后續(xù)反應(yīng)中間產(chǎn)物反饋抑制前面反應(yīng)中的酶,4.三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié),有氧氧化的調(diào)節(jié)特點,有氧氧化的調(diào)節(jié)通過對其關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)實現(xiàn)。ATP/ADP或ATP/AMP比值全程調(diào)節(jié)。該比值升高，所有關(guān)鍵酶均被抑制。氧化磷酸化速率影響三羧酸循環(huán)。三羧酸循環(huán)與酵解途徑互相協(xié)調(diào)。三羧酸循環(huán)需要多少乙酰CoA，則酵解途徑相應(yīng)產(chǎn)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(jìn)一步轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應(yīng)過程。,五、磷酸戊糖途徑,*細(xì)胞定位：胞液,第一階段：氧化反應(yīng)生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程（PPP、HMP、HMS）,*反應(yīng)過程可分為二個階段,第二階段則是非氧化反應(yīng)包括一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移。,每3分子6-磷酸葡萄糖同時參與反應(yīng)，在一系列反應(yīng)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(jìn)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(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng),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(nèi)酯,1.磷酸戊糖生成,5-磷酸核糖,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+。反應(yīng)生成的磷酸核糖是一個非常重要的中間產(chǎn)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(yīng)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(yīng)以NADP+為受氫體，生成NADPH+H+。反應(yīng)過程中進(jìn)行了一系列酮基和醛基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，經(jīng)過了3、4、5、6、7碳糖的演變過程。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+。,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(yīng),如脂肪酸的合成，氨的同化。,3.與光合作用關(guān)系密切,第三節(jié)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(xì)胞質(zhì),2.6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成1-磷酸葡萄糖,這步反應(yīng)中磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)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(nèi)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(xì)胞內(nèi)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(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程。,*部位,*原料,*概念,主要在肝、腎細(xì)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(guān)鍵酶催化的不可逆反應(yīng)。在糖異生時，須由另外的反應(yīng)和酶代替。,糖異生途徑與酵解途徑大多數(shù)反應(yīng)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(yīng)過程。,1.丙酮酸轉(zhuǎn)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(yīng)在線粒體）,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反應(yīng)在線粒體、胞液）,草酰乙酸轉(zhuǎn)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(jìn)行糖異生時，NADH+H+則由線粒體內(nèi)NADH+H+提供，它們來自于脂酸的-氧化或三羧酸循環(huán)，NADH+H+轉(zhuǎn)運則通過草酰乙酸與蘋果酸相互轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)運。,2.1,6-雙磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖,3.6-磷酸葡萄糖水解為葡萄糖,非糖物質(zhì)進(jìn)入糖異生的途徑,糖異生的原料轉(zhuǎn)變成糖代謝的中間產(chǎn)物,上述糖代謝中間代謝產(chǎn)物進(jìn)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(jīng)糖的無氧酵解產(chǎn)生的乳酸，可經(jīng)血循環(huán)轉(zhuǎn)運至肝臟，再經(jīng)糖的異生作用生成自由葡萄糖后轉(zhuǎn)運至肌肉組織加以利用，這一循環(huán)過程就稱為乳酸循環(huán)。,3.淀粉的生成,習(xí)題,下列關(guān)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(yīng)基本上是可逆的C.使葡萄糖活化以便參加反應(yīng)D.催化反應(yīng)生成6-磷酸果酸磷酸果糖激酶最強(qiáng)的激活劑是發(fā)揮正反饋效應(yīng)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(gòu)激活劑是下列哪種物質(zhì)：（）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