第04章糖代谢3概要课件.ppt
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1、 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 核糖核糖 +NADPH+H+磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收 ATP第六节第六节 糖糖 异异 生生Section 6 Gluconeogenesisn本节目的要求:本节目的要求:1、掌握糖异生的概念、原料、关键酶及生理、掌握糖异生的概念、原料、关键酶及生理 意义。意义。2、熟悉糖异生的组织和细胞定位、糖异生途、熟悉糖异生的组织和细胞定位、糖异生途 径及乳酸循环的过程及
2、其生理意义。径及乳酸循环的过程及其生理意义。3、了解糖异生的调节。、了解糖异生的调节。糖异生糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖化是指从非糖化合物合物(乳酸、甘油、生糖氨基酸乳酸、甘油、生糖氨基酸)转变为葡转变为葡萄糖或糖原的过程。萄糖或糖原的过程。*部位部位*原料原料*概念概念 主要在肝、肾细胞的主要在肝、肾细胞的胞浆胞浆及及线粒体线粒体 主要有主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸乳酸、甘油、生糖氨基酸GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二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酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-
3、磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸一、糖异生途径不完全是糖酵解的一、糖异生途径不完全是糖酵解的逆反应逆反应n过程:过程:酵酵解解途途径径中中有有3个个由由关关键键酶酶催催化化的的不不可可逆逆反反应应。在在糖糖异异生生时时,须须由由另另外外的的反应和酶代替。反应和酶代替。糖异生途径与糖异生途径与酵解途径酵解途径大多数反应是大多数反应是共有的、可逆的;共有的、可逆的;糖异生途径糖异生途径(gluconeogenic pathway)指指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。(一)(一)丙酮酸丙酮酸经丙酮酸
4、羧化支路转变成经丙酮酸羧化支路转变成磷酸磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP ATP ADP+Pi CO2 GTP GDPCO2 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(反应在线粒体、胞液)磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(反应在线粒体、胞液)丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase),辅酶为生物辅酶为生物素(反应在线粒体)素(反应在线粒体)+COCO2 2 +ATP+ATP +ADP+Pi+ADP+Pi丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 生物素、生物素、Mg Mg 2+2+丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase),辅酶为生物辅酶为生物素(反应在
5、线粒体)素(反应在线粒体)草酰乙酸草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 GDPGDP GTPGTP COCO2 2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶羧激酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(反应在线粒体、胞液)磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(反应在线粒体、胞液)丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP ATP ADP+Pi CO2 GTP GDPCO2 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(反应在线粒体、胞液)磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(反应在线粒体、胞液)丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase),辅酶为生物辅酶为生物素(反应在线粒体)素(反应在线粒体)线粒体线粒体n草酰乙酸转运出线粒体:草
6、酰乙酸转运出线粒体:出线粒体出线粒体 苹果酸苹果酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 出线粒体出线粒体 天冬氨酸天冬氨酸 草酰乙酸草酰乙酸 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磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶GTP GDP+CO2 线线粒粒体体胞胞液液苹果酸苹果酸/天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸/天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸PEP丙酮酸丙
7、酮酸丙酮酸丙酮酸胞液胞液线粒体线粒体乙酰乙酰CoAGPEP 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶?n糖异生途径所需糖异生途径所需NADH+HNADH+H+的来源:的来源:糖异生途径中,糖异生途径中,1,3-二磷酸甘油酸生成二磷酸甘油酸生成3-磷磷酸甘油醛时,需要酸甘油醛时,需要NADH+H+。由乳酸为原料异生糖时,由乳酸为原料异生糖时,NADH+H+由下述由下述反应提供。反应提供。乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸LDHNAD+NADH+H+由氨基酸为原料进行糖异生时,由氨基酸为原料进行糖异
8、生时,NADH+H+则由则由线粒体内线粒体内NADH+H+提供,它们来自于脂酸的提供,它们来自于脂酸的-氧化或三羧酸循环,氧化或三羧酸循环,NADH+H+转运则通过草酰转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。乙酸与苹果酸相互转变而转运。苹果酸苹果酸线粒体线粒体苹果酸苹果酸草酰草酰乙酸乙酸草酰草酰乙酸乙酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+胞浆胞浆(二)(二)1,6-双磷酸果糖转变为双磷酸果糖转变为6-磷酸果糖磷酸果糖1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖6-磷酸果糖磷酸果糖Pi果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶-1(三)(三)6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖磷酸葡萄糖水解为葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖
9、葡萄糖Pi葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶(肝)(肝)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 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 在某些反应过在某些反应过程中,作用物的互程中,作用物的互变分别由不同酶催变分别由不同酶催化其单向反应,这化其单向反应,这种互变循环称之为种互变循环称之为底物循环底物循环(substrate cycle
10、)。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 肝肝而在细胞内两酶活性不完全相等,使代谢而在细胞内两酶活性不完全相等,使代谢反应仅向一个方向进行。反应仅向一个方向进行。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,因因而而称之为称之为无效循环无效循环(futile cycle)。n非糖物质进入糖异生的途径非糖物质进入糖异生的途径糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物生糖氨基酸生糖氨基酸-酮酸酮酸-NH2 甘油甘油
11、 -磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸2H上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径,上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径,异生为葡萄糖或糖原异生为葡萄糖或糖原二、糖异生的调节通过对二、糖异生的调节通过对2个底物循环的调个底物循环的调节与糖酵解调节彼此协调节与糖酵解调节彼此协调酵酵解解途途径径与与糖糖异异生生途途径径是是方方向向相相反反的的两两条条代代谢谢途途径径。如如从从丙丙酮酮酸酸进进行行有有效效的的糖糖异异生生,就就必必须须抑抑制制酵酵解解途途径径,以以防防止止葡葡萄萄糖糖又又重重新新分分解成丙酮酸;反之亦然。解成丙酮酸;反之亦然。这这种种协协调调主主要要依依赖赖于于
12、对对这这两两条条途途径径中中的的两两个个底物循环进行调节。底物循环进行调节。(一)第一个底物循环在(一)第一个底物循环在6-磷酸果糖与磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间进行双磷酸果糖之间进行6-磷酸果糖磷酸果糖1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖ATPADP6-磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶-1Pi果糖双磷果糖双磷 酸酶酸酶-1 2,6-双磷酸双磷酸果糖果糖AMP血糖血糖 胰高血糖素胰高血糖素 cAMPcAMP 磷酸化磷酸化 果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶-2 PFK-2-2 PFK-2 2,6-P-F 2,6-P-F 果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶-1 PFK-1 PFK-1 糖异生增多糖异生增多 糖酵解下降糖酵解下降
13、(二)在磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间进行(二)在磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间进行第二个底物循环第二个底物循环PEP丙酮酸丙酮酸ATPADP丙酮酸激酶丙酮酸激酶1,6-双磷酸双磷酸果糖果糖丙氨酸丙氨酸乙乙 酰酰 CoA草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢酶复合体酶复合体丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶别构抑制剂:别构抑制剂:ATP,丙氨酸丙氨酸别构激活剂:别构激活剂:1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖三、糖异生的主要生理意义是维持血糖三、糖异生的主要生理意义是维持血糖浓度的恒定浓度的恒定(一)维持血糖浓度恒定是糖异生最重要的(一)维持血糖浓度恒定是糖异生最重要的生理作用生理作用 空腹或饥饿时依赖氨基酸、甘油等
14、异生成葡萄糖,空腹或饥饿时依赖氨基酸、甘油等异生成葡萄糖,以维持血糖水平恒定。以维持血糖水平恒定。正常成人的脑组织不能利用脂酸,主要依赖氧正常成人的脑组织不能利用脂酸,主要依赖氧化葡萄糖供给能量;化葡萄糖供给能量;红细胞没有线粒体,完全通过乳酸酵解获得能红细胞没有线粒体,完全通过乳酸酵解获得能量;量;骨髓、神经等组织由于代谢活跃,经常进行乳骨髓、神经等组织由于代谢活跃,经常进行乳酸酵解。酸酵解。n糖异生的主要原料为乳酸、氨基酸及甘油。糖异生的主要原料为乳酸、氨基酸及甘油。乳酸来自肌糖原分解。这部分糖异生主要乳酸来自肌糖原分解。这部分糖异生主要与运动强度有关。与运动强度有关。而在饥饿时,糖异生的
15、原料主要为氨基酸而在饥饿时,糖异生的原料主要为氨基酸和甘油。和甘油。(二)糖异生是(二)糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径补充或恢复肝糖原储备的重要途径 三碳途径三碳途径:指进食后,大部分葡萄糖先指进食后,大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物,再进入肝细胞异生为糖原的过程。合物,再进入肝细胞异生为糖原的过程。糖异生是肝补充或恢复糖原储备的重要途径,这糖异生是肝补充或恢复糖原储备的重要途径,这在饥饿后进食更为重要。在饥饿后进食更为重要。n发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸中毒所致。发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸中毒
16、所致。(三)肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡(三)肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡体液体液pH降低,促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合降低,促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成,从而使糖异生作用增强。成,从而使糖异生作用增强。肾脏中肾脏中-酮戊二酸因异生成糖而减少时,可促进谷氨酰胺脱酮戊二酸因异生成糖而减少时,可促进谷氨酰胺脱氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脱氨反应,肾小管细胞将氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脱氨反应,肾小管细胞将NH3分分泌入管腔中,与原尿中泌入管腔中,与原尿中H+结合,降低原尿结合,降低原尿H+的浓度,有利的浓度,有利于排氢保钠作用的进行,对于防止酸中毒有重要作用。于排氢保钠作用的进
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