第06章 糖类代谢1.ppt

第第 六六 章章 糖糖 类类 代代 谢谢第一节 概述第二节 糖的无氧分解第三节 糖的有氧氧化第四节 磷酸戊糖途径第五节 糖原的合成与分解第六节 糖的异生作用第七节 糖代谢途径间的联系12/20/2022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。一、糖的概念第一节第一节概概述述糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖；在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。二、糖的生理功能二、糖的生理功能(一一)、生物体内主要的能源物质生物体内主要的能源物质 1、氧化分解、供应能量、氧化分解、供应能量 2、储存能量、维持血糖、储存能量、维持血糖(二二)、作为合成其他物质的碳架和前体作为合成其他物质的碳架和前体(三三)、生物体的结构成分、生物体的结构成分(四四)、特殊功能与调节：生物膜中的糖蛋白、特殊功能与调节：生物膜中的糖蛋白、糖脂（细胞间的相互识别、细胞生长与分化、糖脂（细胞间的相互识别、细胞生长与分化、免疫、先天缺陷等遗传病）免疫、先天缺陷等遗传病）三、糖代谢概况三、糖代谢概况（一）体内糖的来源（一）体内糖的来源 1、消化道吸收、消化道吸收 2、由非糖物质转化而来由非糖物质转化而来（二）糖的代谢途径（二）糖的代谢途径 1、合成代谢、合成代谢 糖原的合成、糖的异生和结糖原的合成、糖的异生和结 构构多糖的合成多糖的合成 2、分解代谢、分解代谢 无氧氧化（糖酵解）、有氧氧无氧氧化（糖酵解）、有氧氧化、磷酸戊糖途径及糖原分解化、磷酸戊糖途径及糖原分解 糖代谢的概况糖代谢的概况 葡萄糖葡萄糖酵解途径酵解途径丙酮酸丙酮酸 有氧有氧无氧无氧H2O及及CO2 乳酸乳酸糖异生途径糖异生途径乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原肝糖原分解肝糖原分解糖原合成糖原合成磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 核糖核糖 +NADPH+H+淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收ATP 第二节第二节 糖的无氧分解糖的无氧分解一、概念一、概念糖糖酵酵解解：在在无无氧氧或或氧氧供供应应不不足足情情况况下下，葡葡萄萄糖糖或或糖糖原原的的葡葡萄萄糖糖残残基基氧氧化化分分解解变变成成丙丙酮酮酸酸，进进而而还还原原成成乳乳酸酸并并产产生生ATPATP的的过程。也叫过程。也叫EMP途径。途径。反应是在胞液中进行的。反应是在胞液中进行的。二、糖酵解反应过程二、糖酵解反应过程根据反应过程中分子结构的变化分为4个阶段 葡萄糖 果糖二磷酸 磷酸二羟丙酮 3磷酸甘油醛 2丙酮酸 2乳酸1、葡萄糖的磷酸化 包括磷酸化、异构化和再磷酸化。葡萄糖葡萄糖磷酸化为磷酸化为6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATP ADPMg2+己糖激酶己糖激酶(hexokinase)葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,l激酶：是能够催化ATP和任何底物之间进行磷酸基团转移的一类酶。哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为至型。型存在于肝细胞中，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。特点：对葡萄糖的亲和力很低受激素调控*6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。*长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖转变为转变为 6-磷酸果糖磷酸果糖 己糖异构酶己糖异构酶 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖磷酸果糖 (fructose-6-phosphate,F-6-P)Mg2+6-磷酸果糖磷酸果糖转变为转变为1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 ATP ADP Mg2+6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-16-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1是糖酵解途径中最重要的限是糖酵解途径中最重要的限速酶，具有变构调节作用速酶，具有变构调节作用6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖(,F-1,6-2P)6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1(PFK-1)*别构调节别构调节 别构激活剂：别构激活剂：AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P别构抑制剂：别构抑制剂：柠檬酸柠檬酸;ATP（高浓度）高浓度）此酶有二个结合此酶有二个结合ATP的部位：的部位：活性中心底物结合部位（低浓度时）活性中心底物结合部位（低浓度时）活性中心外别构调节部位（高浓度时活性中心外别构调节部位（高浓度时）F-1,6-2P 正反馈调节该酶正反馈调节该酶 F-6-P F-1,6-2P ATP ADP PFK-1磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 Pi PKA ATP ADP Pi 胰高血糖素胰高血糖素 ATP cAMP 活化活化 F-2,6-2P +/+AMP +柠檬酸柠檬酸 AMP+柠檬酸柠檬酸 PFK-2（有活性）（有活性）FBP-2（无活性）（无活性）6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2 PFK-2（无活性）（无活性）FBP-2（有活性）（有活性）PP果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-2 关键酶关键酶是指在一条代谢途径的多酶系统中，一种或几种催化不可逆反应的酶，决定代谢途径反应的方向。l此阶段有两种关键酶（己糖激酶、磷酸果糖激酶）此阶段有两种关键酶（己糖激酶、磷酸果糖激酶）l催化的两个不可逆的反应催化的两个不可逆的反应l消耗消耗2个个ATP。*阶段特点阶段特点限速酶限速酶是指一条代谢途径中催化活力最低，米氏常数最大，催化反应速度最慢的酶，从而决定整个代谢途径的速度。1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 （1）磷酸己糖磷酸己糖裂解成裂解成磷酸丙糖磷酸丙糖醛缩酶醛缩酶(aldolase)磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 +醛缩酶 因可以催化逆行的醛醇缩合反应而得名2、磷酸丙糖的生成（2 2）磷酸丙糖磷酸丙糖的同分异构化的同分异构化磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 醛糖醛糖能有效地转变为下一步产物能有效地转变为下一步产物3、丙酮酸的形成有两个底物水平磷酸化过程，一个不可逆反应和一个脱氢氧化反应。糖酵解在此生成4个ATP。3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛氧化为氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 Pi、NAD+NADH+H+3-3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 H 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸转变成转变成3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 ADP ATP磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶在在以以上上反反应应中中，底底物物分分子子内内部部能能量量重重新新分分布布，生生成成高高能能键键，使使ADP磷磷酸酸化化生生成成ATP的的过过程程，称称为为底底物水平磷酸化物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)。1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸H3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 H（3）3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸转变为转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶变位反应在磷酸甘油酸变位酶的催化下，3-三磷酸甘油酸C3上的磷酸基转移到C2上，生成2-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 H3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 H（4）2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸转变为转变为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶烯醇化酶(enolase)+H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP)脱水反应 2-磷酸甘油酸经烯醇化酶作用脱水，形成具有高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸。2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 HADP ATP K+Mg2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶(pyruvatekinase)（5）磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸转变成转变成丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 磷酸化反应 在丙酮酸激酶的催化下，磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸基转移给ADP生成ATP，其自身生成烯醇式丙酮酸，并自动转变成丙酮酸。丙酮酸激酶丙酮酸激酶别构调节别构调节别构抑制剂：别构抑制剂：ATP、柠檬酸、丙氨酸、柠檬酸、丙氨酸别构激活剂：别构激活剂：1,6-二磷酸果糖、二磷酸果糖、PEP 共价修饰调节共价修饰调节丙酮酸激酶丙酮酸激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 ATP ADP Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶（无活性）无活性）（有活性）（有活性）胰高血糖素胰高血糖素PKA,CaM激酶激酶PPKA：蛋白激酶蛋白激酶A(proteinkinaseA)CaM：钙调蛋白钙调蛋白 4、丙酮酸转变成乳酸反应中的反应中的NADH+H+来自于上述第来自于上述第6 6步反步反应中的应中的3-3-磷酸甘油醛脱氢反应。磷酸甘油醛脱氢反应。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH)NADH+H+NAD+乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 在在此此反反应应中中，丙丙酮酮酸酸起起到到了了受受氢氢体体的的作作用用。由由磷磷酸酸甘甘油油醛醛脱脱氢氢反反应应生生成成的的NADH+H在在无无氧氧的的条条件件下下不不能能经经电电子子传传递递链链氧氧化化，正正是是通通过过将将丙丙酮酮酸酸还还原原为为乳乳酸酸，才才使使NAD得得以以再再生生，从从而保证了糖酵解的继续进行。而保证了糖酵解的继续进行。E1:己糖激酶己糖激酶 E2:6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 E3:丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+乳乳 酸酸 糖糖酵酵解解的的代代谢谢途途径径GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙丙 酮酮 酸酸 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+NADH+H+ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+三、糖酵解反应的特点三、糖酵解反应的特点1、是在胞液中进行的无氧参与的反应，乳酸是其反应的产物。2、在糖酵解过程中，糖只能发生不完全的分解，释放能量较少，1分子葡萄糖经酵解可净生成2ATP，而糖原分子中葡萄糖残基酵解可净生成3ATP。3、糖酵解反应的全过程有三步不可逆的反应,催化这三步反应的己糖激酶、6-磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶是酵解途径的关键酶，其中以6-磷酸果糖激酶最重要是限速酶。四、糖酵解的生理意义四、糖酵解的生理意义1、是机体在无氧或缺氧状态时获得能量的有效措施，也是机体在应激时产生能量，以满足机体生理需要的重要途径。2、糖酵解是生物界最普遍的供能方式。动物、植物、微生物都利用糖酵解供能。3、某些组织细胞如红细胞、视网膜、白细胞、肿瘤细胞等组织细胞即使在有氧条件下，仍以糖酵解作为为其主要供能方式。糖糖的的有有氧氧氧氧化化(aerobicoxidation)指指在在机机体体氧氧供供充充足足时时，葡葡萄萄糖糖彻彻底底氧氧化化成成H2O和和CO2，并并释释放放出出能能量量的的过过程程。是是机机体体主主要要供供能方式。能方式。*部位部位：胞液及线粒体胞液及线粒体*概念概念 第三节、糖的有氧氧化第三节、糖的有氧氧化一、有氧氧化的反应过程一、有氧氧化的反应过程 第一阶段：酵解途径第一阶段：酵解途径 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧 第三阶段：三羧酸循环第三阶段：三羧酸循环 G（Gn）丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA CO2 NADH+H+FADH2H2O O ATP ADP TCA循环循环 胞液胞液 线粒体线粒体 （二）丙酮酸的氧化脱羧（二）丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸进入线粒体，丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙氧化脱羧为乙酰酰CoA(acetylCoA)。丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoANAD+,HSCoA CO2,NADH+H+丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系总反应式总反应式:（一）丙酮酸的生成（一）丙酮酸的生成 与糖酵解途径反应相同与糖酵解途径反应相同 丙酮酸脱氢酶系的组成丙酮酸脱氢酶系的组成 酶酶E1：丙酮酸脱氢酶：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶：二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+辅辅 酶酶 TPP 硫辛酸（硫辛酸（)HSCoA FAD,NAD+SSLCO2 CoASHNAD+NADH+H+5.NADH+H+的生成的生成1.-羟乙基羟乙基-TPP的生成的生成 2.乙酰硫辛酰乙酰硫辛酰胺的生成胺的生成 3.乙酰乙酰CoA的生成的生成4.硫辛酰胺的生成硫辛酰胺的生成 丙酮酸脱氢酶系的活性调节丙酮酸脱氢酶系的活性调节 u别构调节别构调节别构抑制剂：乙酰别构抑制剂：乙酰CoA;NADH;ATP 别构激活剂：别构激活剂：AMP;ADP;NAD+*乙酰乙酰CoA/HSCoA 或或 NADH/NAD+时，时，其活性也受到抑制。其活性也受到抑制。u共价修饰调节共价修饰调节 （三）、三羧酸循环（三）、三羧酸循环1、概念乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成柠檬酸，经一系列酶促反应重新生成草酰乙酸，而乙酰CoA彻底氧化分解生成H2O和CO2，同时释放能量。这个循环反应称三羧酸循环（TAC），又称柠檬酸循环或克雷布斯循环(1937年由Krebs提出)反应在线粒体中进行柠檬酸合成乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸，是柠檬酸循环的限速步骤，反应中释放出能量使反应不可逆。H2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶2、反应过程 柠檬酸合酶是三羧酸循环的限速酶柠檬酸合酶是三羧酸循环的限速酶抑制：抑制：ATP、NADH、琥珀酰琥珀酰CoA、柠檬酸、氟乙酸柠檬酸、氟乙酸激活：激活：ADP 异柠檬酸生成柠檬酸为叔醇酸本身不易氧化，必须异构成易被氧化的异柠檬酸（仲醇酸），柠檬酸在顺乌头酸酶催化下先脱水生成不饱和的顺乌头酸，随后再水合成异柠檬酸。顺乌头酸酶顺乌头酸酶第一次氧化脱羧异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶的作用下先氧化脱氢生成草酰琥珀酸，再从中间物上脱去CO2生成a-酮戊二酸。NAD+NADH+H+异柠檬酸脱氢酶是一种变构调节酶抑制：ATP和NADH激活：ADP、AMP、NAD+、Ca2+。第二次氧化脱羧a-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA反应的机理与丙酮酸氧化脱羧极为相似，由a-酮戊二酸脱氢酶系催化，COCO2 2CoASHNAD+NADH+H+a-酮戊二酸脱氢酶系酶辅酶a-酮戊二酸脱氢酶TPP二氢硫辛酸转琥珀酰酶硫辛酸、CoA二氢硫辛酸脱氢酶FAD、NAD该酶是三羧酸循环的关键酶之一。-酮戊二酸脱氢酶系的调节酮戊二酸脱氢酶系的调节抑制：抑制：ATP、琥珀酰、琥珀酰CoA和和NADH。激活：激活：ADP、NAD+、Ca2+。底物水平磷酸化是三羧酸循环中唯一的一步底物水平磷酸化。GTPGTPGDP+PiGDP+PiCoASH反应中生成的GTP核苷二磷酸激酶的催化下可以转变成ATP。GTP+ADPATP+GDP琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸脱氢反应，脱下来的氢交给FAD生成FADH2(饱和碳原子脱氢)FADFADH2延胡索酸加水生成苹果酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸反应由苹果酸脱氢酶催化，脱下来的氢由NAD传递NADH+H+NAD+CoASHNADH+H+NAD+COCO2 2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸梅异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮酮戊二酸脱戊二酸脱氢氢酶酶复合体复合体琥珀酰CoA合成酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶3 3、草酰乙酸的回补反应、草酰乙酸的回补反应草草酰酰乙乙酸酸 柠檬酸柠檬酸 柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸裂解酶裂解酶裂解酶裂解酶 乙酰乙酰CoA 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸羧化酶羧化酶羧化酶羧化酶 CO2 苹果酸苹果酸 苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶 NADH+H+NAD+天冬氨酸天冬氨酸 谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 其来源如下：其来源如下：4、三羧酸循环的特点反应在线粒体中进行,乙酰CoA进入三羧酸循环后,与草酰乙酸缩合成柠檬酸.后经两次氧化脱羧,生成CO2离开循环。三羧酸循环有四次脱氢反应，生成3分子NADH+H和1分子FADH2，经呼吸链生成9分子ATP,加上底物水平磷酸化生成1个ATP,故每循环一次共生成10分子ATP。三羧酸循环必须不断地补充中间产物由其它物质转换为三羧酸循环中间产物的反应称为回补反应。三羧酸循环是单向反应体系。循环中柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、a-酮戊二酸脱氢酶系是该代谢途径的关键酶，这三个酶所催化的反应均是单向反应。5、有氧氧化的生理意义糖的有氧氧化是机体获得能量的主要方式不仅产能多，且能量效率高。三羧酸循环是物质代谢的枢纽该循环是一个开放的体系，既是有些物质分解的最后通路，又是另一些物质代谢如糖异生、脂肪酸合成、胆固醇合成和转氨基作用的起点。三羧酸循环是营养物质彻底氧化分解的共同通路不仅是糖分解供能的主要途径，也是脂肪、蛋白质等最终氧化分解产生能量必经的共同途径。反反应应辅辅 酶酶ATP 第第一一阶阶段段葡萄糖葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖-1 6-磷酸果糖磷酸果糖1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖-1 23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸NAD+22.5（或（或1.5）21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 23-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 1 2 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸丙酮酸2 1 第二阶段第二阶段2 丙酮酸丙酮酸2 乙酰乙酰CoA2 2.5 第第三三阶阶段段2异柠檬酸异柠檬酸2 -酮戊二酸酮戊二酸2 2.5 2-酮戊二酸酮戊二酸2 琥珀酰琥珀酰CoA2 2.5 2琥珀酰琥珀酰CoA 2 琥珀酸琥珀酸2 1 2琥珀酸琥珀酸2 延胡索酸延胡索酸FAD 2 1.5 2苹果酸苹果酸2 草酰乙酸草酰乙酸NAD+2 2.5 净生成净生成32(或或30)ATP NAD+NAD+NAD+6、葡萄糖有氧氧化生成的ATP第四节、磷酸戊糖途径第四节、磷酸戊糖途径*概念概念磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径是指由是指由6-磷酸葡萄糖氧磷酸葡萄糖氧化分解生成化分解生成磷酸戊糖磷酸戊糖及及NADPH+H+，前前者再进一步转变成者再进一步转变成3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-磷酸磷酸果糖果糖的反应过程。的反应过程。(PentosePhosphatePathway)*细胞定位：细胞定位：胞胞 液液 第一阶段：氧化反应第一阶段：氧化反应 生成生成磷酸戊糖磷酸戊糖，NADPH+H+及及CO2一、磷酸戊糖途径的反应过程一、磷酸戊糖途径的反应过程*反应过程可分为二个阶段反应过程可分为二个阶段 第二阶段则是非氧化反应第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。包括一系列基团转移。NADPH+H+NADP+6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 1 氧化阶段氧化阶段 磷酸戊糖和磷酸戊糖和NADPH生成生成 6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶为磷酸戊糖途径的关键酶，为磷酸戊糖途径的关键酶，活性高低决定活性高低决定G-6-P进入该途径的流量。进入该途径的流量。此此酶酶活活性性主主要要受受NADPH/NADP+比比值值的的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。H2O NADP+CO2 NADPH+H+6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 H HCOCOH H5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 CH2OH C O 6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸脱氢酶脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸内酯酶内酯酶、转酮基酶、转醛基酶2非氧化阶段非氧化阶段HOH2（5-磷酸木酮糖）+5-磷酸核糖2（6-磷酸果糖）+3-磷酸甘油醛或：3（5-磷酸核糖）2（6-磷酸果糖）+3-磷酸甘油醛非氧化阶段总反应式非氧化阶段总反应式 36-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+3H2O+6NADP+26-磷酸果糖磷酸果糖+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2途径总反应式途径总反应式 二、生理意义1、磷酸戊糖途径的产物NADPH是重要的还原力。NADPH是细胞中易于利用的还原能力，在还原性生物合成中作为氢和电子的供体，NADPH可维持GSH的还原性保护某些重要的生理活性物质免遭氧化。NADPH参与体内的羟化反应，与生物合成或生物转化有关。2、5-磷酸核糖是生物体合成核苷酸和核酸的重要组分。3、磷酸戊糖途径的非氧化反应阶段使磷酸戊糖途径与糖酵解途径相连接，4、转酮基酶、转醛基酶的催化反应是可逆的，可根据机体对NADPH、5-磷酸核糖的需要而进行调节；同时可使丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖互相转化。糖糖原原是是由由葡葡萄萄糖糖残残基基构构成成的的含含有有许许多多分分枝枝的的大大分分子高聚物。子高聚物。糖糖原原分分子子中中的的葡葡萄萄残残基基主主要要以以a-1、4-糖糖苷苷键键相相连连，形形成成直直链链结结构构，部部分分以以-1、6-糖糖苷苷键键相相连连形形成成支链。支链。贮贮存存部部位位：主主要要是是肝肝脏脏和和骨骨骼骼肌肌的的细细胞胞质质，肝肝糖糖原浓度高，肌糖原的贮量多。原浓度高，肌糖原的贮量多。肌肉：肌糖原，肌肉：肌糖原，180300g，主要供肌肉收缩所需主要供肌肉收缩所需肝脏：肝糖原，肝脏：肝糖原，70100g，维持血糖水平维持血糖水平第五节第五节糖原的合成与分解糖原的合成与分解1.葡萄糖单元以葡萄糖单元以-1,4-1,4-糖苷糖苷 键键形成长链。形成长链。2.约约1010个葡萄糖单元处形成分个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以枝，分枝处葡萄糖以-1,6-1,6-糖苷键糖苷键连接，分支增加，溶连接，分支增加，溶解度增加。解度增加。3.每条链都终止于一个非还原每条链都终止于一个非还原端端.非还原端增多，以利于其非还原端增多，以利于其合成与分解。合成与分解。糖原的结构特点及其意义糖原的结构特点及其意义 一、糖原的合成一、糖原的合成 由由单单糖糖（主主要要是是葡葡萄萄糖糖）合合成成糖糖原原的的过过程程称称为为糖糖原原合合成成(glycogenesis)，肝肝脏脏可可以以任任何何单单糖糖为为原原料料进进行行合合成成，而而肌肌糖糖原原只只能能以以葡葡萄萄糖糖作作为其合成原料。为其合成原料。(一一)、合成的反应过程、合成的反应过程糖原合成反应在胞液中进行，消耗糖原合成反应在胞液中进行，消耗ATP和和UTP。ATP ADPMg2+己糖激酶己糖激酶葡萄糖激酶葡萄糖激酶葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate）1.葡萄糖磷酸化生成葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 2.6-磷酸葡萄糖转变成磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 这这步步反反应应中中磷磷酸酸基基团团转转移移的的意意义义在在于于：由由于于延延长长形形成成-1,4-糖糖苷苷键键，所所以以葡葡萄萄糖糖分分子子C1上上的的半半缩缩醛醛羟羟基基必必须须活活化化，才才利利于于与与原原来来的糖原分子末端葡萄糖的的糖原分子末端葡萄糖的C4羟基缩合。羟基缩合。半缩醛羟基与磷酸基之间形成的半缩醛羟基与磷酸基之间形成的O-P键具键具有较高的能量。有较高的能量。*UDPG可看作可看作“活性葡萄糖活性葡萄糖”，在体内充作葡萄，在体内充作葡萄糖供体。糖供体。+UTP 尿苷尿苷 PPPPPi UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 3.1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖 2Pi+能量能量 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖(uridinediphosphateglucose,UDPG)糖原糖原n+UDPG 糖原糖原n+1+UDP 糖原合酶糖原合酶(glycogensynthase)4.UDGP合成合成糖原糖原 *糖原糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物糖原引物(primer)，作为作为UDPG 上葡萄糖基的接上葡萄糖基的接受体。受体。近近来来人人们们在在糖糖原原分分子子的的核核心心发发现现了了一一种种名名为为glycogenin的的蛋蛋白白质质。Glycogenin可可对对其其自自身身进进行行共共价价修修饰饰，将将UDP-葡葡萄萄糖糖分分子子的的C1结结合合到到其其酶酶分分子子的的酪酪氨氨酸酸残残基基上上，从从而而使使它它糖糖基基化化。这这个个结结合合上上去去的的葡葡萄萄糖糖分分子子即即成成为为糖原合成时的引物。糖原合成时的引物。糖原引物分子从何而来？糖原引物分子从何而来？分分 支支 酶酶(branchingenzyme)-1,6-糖苷键糖苷键 -1,4-糖苷键糖苷键 5 5、糖原分枝的形成、糖原分枝的形成 （二）、糖原合成反应的几个特点（二）、糖原合成反应的几个特点、糖糖原原合合酶酶催催化化的的糖糖原原合合成成反反应应不不能能从从头头开开始始，需需要要至至少少含含有有4个个葡葡萄萄糖糖残残基基的的-1、4多多聚聚葡葡萄萄糖作为引物。糖作为引物。、糖糖原原合合酶酶只只能能延延长长糖糖链链，不不能能形形成成分分支支，当当糖糖链链长长度度达达到到1218个个葡葡萄萄糖糖残残基基时时，分分支支酶酶可可将将一一段段糖糖链链（67个个葡葡萄萄糖糖单单位位）转转移移到到邻邻近的糖链上，近的糖链上，-1、6以糖苷键相连从而形成分支。以糖苷键相连从而形成分支。、糖糖原原合合酶酶是是糖糖原原合合成成过过程程的的关关键键酶酶，其活性受激素的调节其活性受激素的调节、UDPG是活泼葡萄糖基的供体，其合是活泼葡萄糖基的供体，其合成过程消耗成过程消耗ATP和和UTP，在糖原引物上每，在糖原引物上每增加增加1个新的葡萄糖单位，就要消耗个新的葡萄糖单位，就要消耗3个高个高能磷酸键。能磷酸键。二、糖原的分解二、糖原的分解糖原分解是指糖原分解为葡萄糖的过程。糖原分解是指糖原分解为葡萄糖的过程。1、糖原分解为、糖原分解为1磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖从从糖糖原原分分子子的的非非还还原原端端开开始始，在在磷磷酸酸化化酶酶的的催催化化下下进进行行磷磷酸酸解解作作用用，即即正正磷磷酸酸使使-1、4糖糖苷苷键键裂裂解解，逐逐个个移移去去葡葡萄萄糖糖残残基基，生生成成1磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖。该该酶酶的的作作用用只只限限于于糖糖原原上上的的-1、4糖糖苷苷键键，当当催催化化至至距距-1、6糖糖苷苷键键形形成成的的分分支支4个个葡萄糖残基时，分解就停止。葡萄糖残基时，分解就停止。5 +磷酸化酶磷酸化酶Pi糖基转移酶糖基转移酶-1-1，6-6-糖苷酶糖苷酶非还原端非还原端3、1-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖在在变变位位酶酶的的作作用用下下转转变变为为6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖4、6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖在在葡葡萄萄糖糖6-磷磷酸酸酶酶作作用用下下水水解解为为葡葡萄萄糖糖。该该酶酶只只存存在在于于肝肝脏脏和和肾肾脏脏，肌肌肉肉组组织织中中无无此此酶酶，所所以以肌肌肉肉中中产产生生的的6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖不不能能变变为为游游离离的的葡葡萄萄糖糖，而而主主要要是是分解供能。分解供能。三、糖原代谢的调节三、糖原代谢的调节1、共价修饰调节、共价修饰调节 糖原合酶和磷酸化酶分别是糖原合成和糖原糖原合酶和磷酸化酶分别是糖原合成和糖原分解代谢中的限速酶，它们均有活性型（糖分解代谢中的限速酶，它们均有活性型（糖原合酶原合酶a和磷酸化酶和磷酸化酶a）和无活性型（糖原合）和无活性型（糖原合酶酶b和磷酸化酶和磷酸化酶b）两种形式，均受到共价修）两种形式，均受到共价修饰和变构双重调节饰和变构双重调节,从而调节糖原的合成与分从而调节糖原的合成与分解。解。腺苷环化酶腺苷环化酶 （无活性）（无活性）腺苷环化酶（有活性）腺苷环化酶（有活性）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体受体 ATP cAMP PKA(无活性无活性)磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶-P PKA(有活性有活性)磷酸化酶磷酸化酶b 磷酸化酶磷酸化酶a-P 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-P Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 Pi Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 2.别构调节别构调节磷磷酸酸化化酶酶二二种种构构像像紧紧密密型型(T)和和疏疏松松型型(R)，其其中中T型型的的14位位Ser暴暴露露，便便于于接接受受前前述的共价修饰调节。述的共价修饰调节。*ATP和葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。和葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。磷酸化酶磷酸化酶b(R)疏松型疏松型磷酸化酶磷酸化酶 b (T)紧密型紧密型葡萄糖葡萄糖 3 3、CaCa2+2+的调节的调节 1010-6-6mol/Lmol/L的的CaCa2+2+通过激活糖原磷酸化酶通过激活糖原磷酸化酶激酶激酶 也可使糖原磷酸化酶被激活，同时使也可使糖原磷酸化酶被激活，同时使糖原合酶失活。糖原合酶失活。由非糖前体物质合成葡萄糖的过程，称为由非糖前体物质合成葡萄糖的过程，称为糖糖异生作用异生作用。非糖前体物质非糖前体物质 主要是乳酸、氨基酸、丙酸和甘油。主要是乳酸、氨基酸、丙酸和甘油。糖异生场所糖异生场所 主要是肝脏，肾也能发生葡萄糖异生，主要是肝脏，肾也能发生葡萄糖异生，但形成的葡萄糖仅为肝脏产量的十分之一。但形成的葡萄糖仅为肝脏产量的十分之一。第六节第六节糖的异生作用糖的异生作用一、糖异生作用的反应途径一、糖异生作用的反应途径 由乳酸异生成葡萄糖的反应途径，实际上由乳酸异生成葡萄糖的反应途径，实际上是将丙酮酸转变成葡萄糖。糖酵解是将葡萄糖是将丙酮酸转变成葡萄糖。糖酵解是将葡萄糖变为乳酸，而糖异生则使将乳酸等转变为葡萄变为乳酸，而糖异生则使将乳酸等转变为葡萄糖，因此，糖异生途径基本上是糖酵解途径的糖，因此，糖异生途径基本上是糖酵解途径的逆过程，但并非完全可逆。逆过程，但并非完全可逆。在在糖糖酵酵解解过过程程己己糖糖激激酶酶、6-磷磷酸酸果果糖糖激激酶酶、丙丙酮酮酸激酶三种关键酶催化的三步反应是不可逆的。酸激酶三种关键酶催化的三步反应是不可逆的。葡萄糖葡萄糖+ATP 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+ADP6-磷酸果糖磷酸果糖+ATP 1、6-二磷酸果糖二磷酸果糖+ADP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 丙酮酸丙酮酸+ATP在在糖糖异异生生中中必必须须由由另另外外不不同同的的酶酶催催化化这这三三步步单单向向反应，从而实现逆反应。反应，从而实现逆反应。1、磷酸烯醇式丙酮酸经草酰乙酸而形成丙酮酸+CO2+ATP+H2O草酰乙酸+ADP+Pi+2H+催化该反应的是丙酮酸羧化酶，丙酮酸羧化酶是在线粒体中发现的，它的辅基是生物素，生物素以它的羧基末端与酶蛋白的赖氨酸残基-氨基形成酰胺键。草酰乙酸+GTP磷酸烯醇式丙酮酸+GDP+CO2催化第二个反应的是磷酸烯醇式丙酮酸羧基激酶。丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 ATP+CO2ADP+Pi 苹果酸苹果酸 NADH+H+NAD+天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 天冬氨酸天冬氨酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 GTP GDP+CO2 线线粒粒体体胞胞液液2、6-磷磷酸酸果果糖糖的的生生成成：1,6-二二磷磷酸酸果果糖糖在在果果糖糖-1,6-二磷酸酶作用下水解二磷酸酶作用下水解1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖+H2O6-磷酸果糖磷酸果糖+Pi果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶3、葡萄糖生成：葡萄糖生成：是由葡萄糖是由葡萄糖6-磷酸酶催化葡萄糖磷酸酶催化葡萄糖6-磷酸水解而成磷酸水解而成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+H2O葡萄糖葡萄糖+Pi葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶糖酵解与葡萄糖异生在酶方面的差异糖酵解与葡萄糖异生在酶方面的差异 反应步骤 糖酵解 糖异生葡萄糖6-磷酸葡萄糖己糖激酶葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸果糖果糖-1.6二磷酸磷酸果糖激酶果糖-1、6-二磷酸酶丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶二、糖异生的生理意义二、糖异生的生理意义1、维持血糖的恒定、维持血糖的恒定 体体内内某某些些组组织织，特特别别是是脑脑和和红红细细胞胞必必需需依依靠靠血血液中葡萄糖作为能源。液中葡萄糖作为能源。2、糖异生作用有利于氨基酸在体内的分解。、糖异生作用有利于氨基酸在体内的分解。3、有利于乳酸的利用、有利于乳酸的利用 肌肌肉肉剧剧烈烈运运动动时时产产生生大大量量的的乳乳酸酸，进进入入血血液液，运运送送到到肝肝脏脏异异生生成成糖糖。既既节节约约能能源源，同同时时又又保保证酵解作用的继续进行。证酵解作用的继续进行。糖异生活跃糖异生活跃有葡萄糖有葡萄糖-6磷酸酶磷酸酶【】肝肝 肌肉肌肉 乳酸循环乳酸循环(lactose cycle)（Cori 循环循环）循环过程循环过程 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 酵酵解解途途径径 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 NADH NAD+乳酸乳酸 乳酸乳酸 NAD+NADH 丙酮酸丙酮酸 糖糖异异生生途途径径 血液血液 糖异生低下糖异生低下没有葡萄糖没有葡萄糖-6磷酸酶磷酸酶【】三、糖异生的调节三、糖异生的调节 在前面的三个在前面的三个反应过程中，作用反应过程中，作用物的互变分别由不物的互变分别由不同酶催化其单向反同酶催化其单向反应，这种互变循环应，这种互变循环称之为称之为底物循环底物循环(substratecycle)。6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-1 ADP ATP Pi 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶 己糖激酶己糖激酶 ATP ADP Pi PEP 丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 ADP ATP CO2+ATP ADP+Pi GTP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶羧激酶GDP+Pi +CO2 因此，有必要通过调节使因此，有必要通过调节使糖异生途径糖异生途径与与酵解途径酵解途径相互协调，主要是对前述底相互协调，主要是对前述底物循环中的物循环中的后后2 2个底物循环个底物循环进行调节。进行调节。当当两两种种酶酶活活性性相相等等时时，则则不不能能将将代代谢谢向向前前推推进进，结结果果仅仅是是ATP分分解解释释放放出出能能量量，因而称之为因而称之为无效循环无效循环(futilecycle)。第七节第七节糖代谢途径的联系与血糖调节糖代谢途径的联系与血糖调节糖代谢的第一个交汇点糖代谢的第一个交汇点6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖第二个交汇点第二个交汇点3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛第三个交汇点第三个交汇点丙酮酸丙酮酸磷酸戊糖途径使得戊糖与己糖之间的代谢联起来，磷酸戊糖途径使得戊糖与己糖之间的代谢联起来，各种己糖与葡萄糖的互变，沟通了各种己糖之间各种己糖与葡萄糖的互变，沟通了各种己糖之间的代谢。的代谢。一、糖代谢途径的联系果糖果糖己糖激酶己糖激酶GluG-6-PF-6-PATPADP半乳糖半乳糖1-1-磷酸半乳糖磷酸半乳糖1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖半乳糖激酶半乳糖激酶变位酶变位酶甘露糖甘露糖6-6-磷酸甘露糖磷酸甘露糖己糖激酶己糖激酶异构酶异构酶一些重要单糖与葡萄糖的互变一些重要单糖与葡萄糖的互变二、血糖及其调节血糖指血液中的葡萄糖。正常人空腹时血糖浓度为3.95.6mmol/L(用葡萄糖氧化酶法测定静脉血血浆中葡萄糖浓度)。（一）、血糖的来源和去路血糖之所以能维持较为恒定的水平，主要是因为血液中葡萄糖的来源和去路保持着平衡，是糖各代谢途径之间相互协调的结果。（二）、血糖浓度的调节1、代谢途径的调节2、激素的调节胰岛素（insulin）是胰岛-细胞分泌的激素，也是人体内唯一降低血糖浓度的激素，同时也是唯一促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。胰高血糖素是胰岛-细胞分泌的升高血糖浓度的激素。肾上腺素、糖皮质激素、生长激素、促肾上腺皮质激素、甲状腺激素与胰高血糖素作用相似。三、血糖浓度异常（一）高血糖成人空腹血糖浓度高于7.2mmol/L时被称之为血糖过高或高血糖（hyperglycemia）。若血糖浓度超过肾糖阀，葡萄糖可从尿中排出，称为糖尿。临床上高血糖和糖尿主要见于糖尿病。（二）低血糖成人空腹血糖浓度低于