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目 录
第二篇 物质代谢及其调节构成机体的成分
(小分子合成大分子)
合成代谢 ------ 需要能量物质代谢
分解代谢 ------ 释放能量
( 大分子分解为小分子 )
能量代谢
满足生命活动需要
目 录
本篇主要介绍糖代谢、脂代谢、生物氧化、氨基酸代谢、核苷酸代谢,以及各种重要物质代谢的联系与调节规律。
学习物质代谢的每一代谢途径时,主要从概念、部位(包括器官和亚细胞定位)、起始物(或原料)、反应的基本过程、关键酶(限速酶)、能量变化、终产物、调节及生理意义等方面去理解和掌握。
目 录
糖 代 谢Metabolism of Carbohydrates
第 四 章第 四 章
目 录
糖 (carbohydrates) 是一大类有机化合物,其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。
•糖的化学
根据其水解产物的情况,根据其水解产物的情况,糖主要可糖主要可分为以下四大类分为以下四大类。。
单糖 单糖 (monosacchride)(monosacchride)寡糖 寡糖 (oligosacchride)(oligosacchride)多糖 多糖 (polysacchride)(polysacchride)结合糖 结合糖 (glycoconjugate)(glycoconjugate)
目 录
第 一 节
概 述IntroductionIntroduction
目 录
一、糖的生理功能一、糖的生理功能
1. 氧化供能(主要功能)2. 提供合成体内提供合成体内其他物质的原料3. 组成人体组织结构的重要成分4. 参与组成特殊功能的糖蛋白 5. 形成许多重要的生物活性物质
目 录
二、糖的消化与吸收
(一)糖的消化
人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等,其中以淀粉为主。
消化部位: 主要在小肠,少量在口腔
目 录
淀粉
麦芽糖 + 麦芽三糖 ( 40% ) ( 25% )
α- 临界糊精 + 异麦芽糖 ( 30% ) ( 5% )
葡萄糖
唾液中的 α- 淀粉酶
α- 葡萄糖苷酶 α- 临界糊精酶
消化过程
肠粘膜上皮细胞刷
状缘
胃
口腔
肠腔 胰液中的 α- 淀粉酶
目 录
(二)糖的吸收
1. 吸收部位 小肠上段
2. 吸收形式
单 糖
目 录
ADP+Pi
ATP
G
Na+
K+
Na+ 泵
小肠粘膜细胞
肠腔
门静脉
3. 吸收机制
Na+ 依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter, SGLT)
刷状缘 细胞内膜
G
Na+
K+
Na+
G
目 录
三、糖代谢的概况 三、糖代谢的概况
葡萄糖
酵解途径 丙酮酸
有氧
无氧
H2O 及 CO2
乳酸 糖异生途径
乳酸、氨基酸、甘油
糖原
肝糖原分解 糖原合成
磷酸戊糖途径 核糖 + NADPH+H+
淀粉
消化与吸收
ATP
目 录
第 二 节
糖的无氧分解 Glycolysis
目 录
一、糖酵解的反应过程 • 糖酵解 (glycolysis) :在缺氧情况下,
葡萄糖生成乳酸的过程称之为糖酵解。• 糖酵解的反应过程分为两个阶段:
1 、葡萄糖 → 丙酮酸(糖酵解途径) 2 、丙酮酸 → 乳酸 糖酵解途径:由葡萄糖分解成丙酮酸的过程。
•糖酵解反应的部位 1 、器官定位:各组织器官及细胞 2 、亚细胞定位:胞液
目 录
⑴ 葡萄糖磷酸化为 6- 磷酸葡萄糖
ATP ADP
Mg2+
己糖激酶
葡萄糖
O
CH2HO
H
HOOH
H OH
H OH
H H
6- 磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P)
P P O
CH2O
H
HOOH
H OH
H OH
H H
(一)葡萄糖分解成丙酮酸(一)葡萄糖分解成丙酮酸
关键酶
目 录
哺乳类动物体内已发现有 4 种己糖激酶同工酶,分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型,称为葡萄糖激酶 (gl
ucokinase) 。它的特点是:① 对葡萄糖的亲和力很低② 受激素调控
目 录
⑵ 6- 磷酸葡萄糖转变为 6- 磷酸果糖
磷酸己糖异构酶
6- 磷酸葡萄糖
P P O
CH2O
H
HOOH
H OH
H OH
H H
6- 磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P)
目 录
⑶ 6- 磷酸果糖转变为 1,6- 双磷酸果糖
ATP ADP Mg2+
6- 磷酸果糖激酶 -1
6- 磷酸果糖 1,6- 双磷酸果糖 (1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P)
关键酶
目 录
CH2O
HO
C
C
C
C
CH2O
O
H
OH
OH
H
H
PP
PP
1,6- 双磷酸果糖
⑷ 磷酸己糖裂解成 2 分子磷酸丙糖
醛缩酶(aldolase)
磷酸二羟丙酮
3- 磷酸甘油醛
+
CHO
CH OHCH OHOH
CH2 POCH2 PPO
CH2OH
C O
CH2 POCH2 PPO
目 录
⑸ 磷酸丙糖的同分异构化
磷酸丙糖异构酶
磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase)
3- 磷酸甘油醛
CHO
CH OHCH OHOH
CH2 POCH2 PPO
磷酸二羟丙酮
CH2OH
C O
CH2 POCH2 PPO
目 录
⑹ 3- 磷酸甘油醛氧化为 1,3- 二磷酸甘油酸
Pi 、 NAD+
NADH+H+
3- 磷酸甘油醛脱氢酶
3- 磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)
3- 磷酸甘油醛
CHO
CH OHCH OHOH
CH2 POCH2 PPO
1,3- 二磷酸甘油酸
O=C
C OH
CH2 PO PPO
PPO
目 录
⑺ ⑺ 1,3-1,3- 二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸转变成转变成 3-3- 磷酸甘油磷酸甘油酸酸
ADP ATP
磷酸甘油酸激酶
※ 由于脱氢或脱水引起底物分子内部能量重新分布,生成高能键,使 ADP (或其它核苷二磷酸)磷酸化生成 ATP (或其它核苷三磷酸)的过程,称为底物水平磷酸化。
1,3- 二磷酸 甘油酸
O=C
C OH
CH2 PO PPO
PPO
3- 磷酸甘油酸
COOH
C OH
CH2 PO PPO
目 录
⑻ 3- 磷酸甘油酸转变为 2- 磷酸甘油酸
磷酸甘油酸变位酶
磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase)
3- 磷酸甘油酸
COOH
C OH
CH2 PO PPO
2- 磷酸甘油酸
COOH
C
CH2
PO PPO
OHOH
目 录
⑼ 2- 磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸
烯醇化酶(enolase)
2- 磷酸甘油酸
COOH
C
CH2
PO PPO
OHOH
+ H2O
磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP)
COOH
C
CH2
PPO
目 录
ADP ATP K+ Mg2+
丙酮酸激酶(pyruvate kinase)
⑽ 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸, 并通过底物水平磷酸化生成 ATP
磷酸烯醇式丙酮酸
COOH
C
CH2
PPO
丙酮酸
COOH
C=O
CH3
关键酶
目 录
( 二 ) 丙酮酸转变成乳酸
丙酮酸
乳酸
反应中的 NADH+H+ 来自于上述第 6步反应中的 3- 磷酸甘油醛脱氢反应。
乳酸脱氢酶 (LDH)
NADH + H+ NAD+ COOH
CHOH
CH3
COOH
C=O
CH3
目 录
E1: 己糖激酶
E2: 6- 磷酸果糖激酶 -1
E3: 丙酮酸激酶
NAD+
乳 酸
糖酵解的代谢途径
Glu G-6-P F-6-P F-1, 6-2PATP ADP ATP ADP
1,3- 二磷酸甘油酸
3- 磷酸甘油酸
2- 磷酸甘油酸
丙 酮 酸
磷酸二羟丙酮 3- 磷酸甘油醛 NAD+
NADH+H+
ADP ATP
ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸
E2E1
E3
NADH+H+
目 录
糖酵解小结
⑴ 反应部位:胞浆⑵ 糖酵解是一个不需氧的产能过程⑶ 反应全过程中有三步不可逆的反应
G G-6-P ATP ADP
己糖激酶 ATP ADP
F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶 -1
ADP ATP
PEP 丙酮酸 丙酮酸激酶
目 录
⑷ 产能的方式和数量方式:底物水平磷酸化净生成 ATP数量: 从 G开始 2×2-2= 2ATP
从 Gn开始 2×2-1= 3ATP
⑸ 终产物乳酸的去路释放入血,进入肝脏再进一步代谢。
分解利用 乳酸循环(糖异生)
目 录
二、糖酵解的调节
关键酶
① 己糖激酶
② 6- 磷酸果糖激酶 -1 (最重要 )
③ 丙酮酸激酶
调节方式① 变构调节
② 共价修饰调节(激素调节)
目 录
(一) 6- 磷酸果糖激酶 -1(PFK-1)
* 变构调节
变构激活剂: AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P
变构抑制剂: 柠檬酸 ; ATP (高浓度)
• 此酶有二个结合 ATP的部位:① 活性中心底物结合部位(低浓度时)② 活性中心外变构调节部位(高浓度时)
• F-1,6-2P 正反馈调节该酶
F-6-P
F-1,6-2P
ATP
ADP PFK-1
磷蛋白磷酸酶
Pi
PKA
ATP
ADP
Pi
胰高血糖素
ATP cAMP
活化
F-2,6-2P
+
+
+
–/+
AMP
+
柠檬酸
––
AMP
+
柠檬酸
––
PFK-2(有活性)
FBP-2(无活性)
6- 磷酸果糖激酶 -2
PFK-2(无活性)
FBP-2(有活性)
P P
果糖双磷酸酶 -2
目 录
目 录
(二)丙酮酸激酶
1. 变构调节
变构抑制剂: ATP, 丙氨酸
变构激活剂: 1,6- 双磷酸果糖
目 录
2. 共价修饰调节
丙酮酸激酶 丙酮酸激酶
ATP ADP
Pi 磷蛋白磷酸酶
(无活性) (有活性)
胰高血糖素 PKA, CaM 激酶
P
PKA:蛋白激酶 A (protein kinase A)CaM:钙调蛋白
目 录
( 三 ) 己糖激酶或葡萄糖激酶
* 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 可变构抑制肝葡萄糖激酶
目 录
三、糖酵解的生理意义
1. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式
2. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。
① 无线粒体的细胞,如:红细胞
② 代谢活跃的细胞,如:白细胞、骨髓细胞
目 录
第 三 节
糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrat
e
目 录
糖的有氧氧化 (aerobic oxidation)指在有氧条件下,葡萄糖彻底氧化成H2O和 CO2 ,并释放出能量的过程。
是机体主要供能方式。
* 部位:胞液及线粒体
* * 概念 概念
目 录
一、有氧氧化的反应过程
第一阶段:酵解途径
第二阶段:丙酮酸的氧化脱羧
第三阶段:三羧酸循环
G ( Gn )
与氧化磷酸化
丙酮酸
乙酰 CoA
CO2 NADH+H+
FADH2
H2O [O]
ATP ADP
TAC循环
胞液
线粒体
目 录
(一)丙酮酸的氧化脱羧
丙酮酸进入线粒体,氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA) 。
丙酮酸 乙酰 CoA
NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+
丙酮酸脱氢酶 复合体
总反应式 :
目 录
丙酮酸脱氢酶复合体的组成
酶
E1 :丙酮酸脱氢酶
E2 :二氢硫辛酰胺转乙酰酶
E3 :二氢硫辛酰胺脱氢酶
HSCoA
NAD+
辅 酶
TPP 硫辛酸 ( ) HSCoA
FAD, NAD+
S
SL
目 录
丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程
1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基 -TPP 。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶 (E2)催化形成乙酰硫辛酰胺 -E2 。
3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶 (E2)催化生成乙酰 CoA,
同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为 2 个巯基。4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶 (E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢,同时将氢传递给 FAD 。
5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶 (E3)催化下,将 FADH2
上的 H 转移给 NAD+ ,形成 NADH+H+ 。
CO2
CoASH
NAD+
NADH+H+
5. NADH+H+
的生成
1. - 羟乙基 -TPP 的生成
2.乙酰硫辛酰胺的生成
3.乙酰 CoA的生成
4. 硫辛酰胺的生成
目 录
目 录
三羧酸循环 (Tricarboxylic acid Cycle, TAC) 也称为柠檬酸循环,指乙酰 CoA 和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸,反复进行脱氢脱羧,又生成草酰乙酸,再重复循环反应的过程。由于 Krebs正式提出了三羧酸循环的学说,故此循环又称为 Krebs循环。
所有的反应均在线粒体中进行。
(二)三羧酸循环(二)三羧酸循环
* 反应部位
目 录
1 、三羧酸循环的反应过程
( 1 )柠檬酸的形成 关键酶:柠檬酸合酶
( 2 )柠檬酸异构为异柠檬酸( 3 )第一次氧化脱羧 ( 异柠檬酸→ α- 酮戊二酸 ) 关键酶:异柠檬酸脱氢酶 受氢体: NAD+
( 4 )第二次氧化脱羧 (α- 酮戊二酸→琥珀酰CoA) 关键酶: α- 酮戊二酸脱氢酶复合体 受氢体: NAD+
目 录
( 5 )底物水平磷酸化 (琥珀酰CoA →琥珀酸 ) 三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应,生成 1 分子 ATP 。 (GTP+ADP → GDP+ATP) ( 6 )琥珀酸脱氢生成延胡索酸 催化反应的酶:琥珀酸脱氢酶,是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。 受氢体: FAD
( 7)延胡索酸加水生成苹果酸
( 8)苹果酸脱氢生成草酰乙酸 催化反应的酶:苹果酸脱氢酶 受氢体: NAD+
目 录
三羧酸循环的总反应式:
CH3CO~ SCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→2CO2+3NADH+3H++FADH2+HSCoA+GTP 生成的 NADH和 FADH2将通过电子传递链及氧化磷酸化生成 H2O和产生 ATP。
CoASH
NADH+H+
NAD+
COCO22
NAD+
NADH+H+
COCO
22GTPGTPGDP+PiGDP+PiFAD
FADH2
NADH+H+
NAD+
H2O
H2O
H2O
CoASHCoASH
⑧
① ②
③
④
⑤
⑥
⑦
②
H2O
①柠檬酸合酶②顺乌头酸梅③异柠檬酸脱氢酶④α-酮戊二酸脱氢酶复合体⑤琥珀酰 CoA 合成酶⑥琥珀酸脱氢酶⑦延胡索酸酶⑧苹果酸脱氢酶
目 录
目 录
小 结
① 三羧酸循环的概念:指乙酰CoA 和草酰乙酸缩
合生成含三个羧基的柠檬酸,反复进行脱氢脱
羧,又生成草酰乙酸,再重复循环反应的过程。
② TAC 过程的反应部位是线粒体。
③ 整个循环反应为需氧的不可逆反应
目 录
④三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环,
消耗一分子乙酰 CoA ,共有 4次脱氢(其中 3次由 NAD+接受,
1次由 FAD接受)、 2次脱羧(产生 CO2 )、 1次底物水平磷酸化。
关键酶有:柠檬酸合酶 α- 酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶⑤ 三羧酸循环的中间产物起催化剂的作用,
本身无量的变化。
目 录
2. 2. 三羧酸循环的生理意义 三羧酸循环的生理意义
是三大营养物质氧化分解的共同途径;
是三大营养物质代谢联系的枢纽;
为其它物质代谢提供小分子前体;
为氧化磷酸化反应生成 ATP 提供 NADH + H+
和 FADH2 。
目 录
NADH + H+ 和 FADH2进入呼吸链彻底氧化生成 H2O 的同时 ADP 磷酸化生成 ATP 。
氧化磷酸化: 代谢物脱下的氢经电子传 递链传递给氧时释放的能量使ADP磷酸化生成 ATP 的过程,称为氧化磷酸化或电子传递水平磷酸化。(生成 ATP的主要方式)
NADH+H+ H2O 、 3ATP [O]
H2O 、 2ATP FADH2
[O]
二、有氧氧化生成的二、有氧氧化生成的 ATP ATP
目 录
葡萄糖有氧氧化生成的 ATP 反 应 辅 酶 ATP
第一阶段
葡萄糖 → 6-磷酸葡萄糖 -1 6-磷酸果糖 → 1,6-双磷酸果糖 -1
2× 3-磷酸甘油醛→ 2× 1,3-二磷酸甘油酸 NAD+ 2× 3或2 × 2*
2× 1,3-二磷酸甘油酸→ 2× 3-磷酸甘油酸 2 × 1
2 ×磷酸烯醇式丙酮酸 → 2×丙酮酸 2 × 1
第二阶段 2 ×丙酮酸→ 2 × 乙酰CoA 2 × 3
第三阶段
2×异柠檬酸 → 2 × α-酮戊二酸 2 × 3
2×α-酮戊二酸 → 2 × 琥珀酰CoA 2 × 3
2×琥珀酰CoA → 2 × 琥珀酸 2 × 1
2×琥珀酸 → 2 × 延胡索酸 FAD 2 × 2
2×苹果酸 → 2 × 草酰乙酸 NAD+ 2 × 3
净生成 38(或36)ATP
NAD+
NAD+
NAD+
此表按传统方式计算ATP。目前有新的理论,在此不作详述
目 录
有氧氧化的生理意义
糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高,而且由于产生的能量逐步分次释放,相当一部分形成 ATP ,所以能量的利用率也高。
简言之,即“供能”
目 录
三、有氧氧化的调节
关键酶
① 酵解途径:己糖激酶
② 丙酮酸的氧化脱羧:丙酮酸脱氢酶复合体
③ 三羧酸循环:柠檬酸合酶
丙酮酸激酶6- 磷酸果糖激酶 -1
α- 酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶
目 录
1. 丙酮酸脱氢酶复合体
⑴ 变构调节
变构抑制剂:乙酰 CoA; NADH; ATP
变构激活剂: AMP; ADP; NAD+
* 乙酰 CoA/HSCoA 或 NADH/NAD+
时,其活性也受到抑制。
⑵ 共价修饰调节
目 录
目 录
2. 三羧酸循环的调节
① 对限速酶的调节;
② Ca2+浓度的影响;
③ 氧化磷酸化速率的影响。
目 录
乙酰CoA
柠檬酸 草酰乙酸
琥珀酰CoA
α- 酮戊二酸
异柠檬酸 苹果酸 NADH
FADH2
GTP ATP
异柠檬酸 脱氢酶
柠檬酸合酶
α- 酮戊二酸脱氢酶复合体
–ATP
+ADP
ADP +
ATP – 柠檬酸 琥珀酰CoA NADH
– 琥珀酰CoA NADH
+Ca2+
Ca2+
目 录
有氧氧化的调节特点⑴ 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。⑵ 有氧氧化受细胞内 ATP/ADP 或 ATP/AMP 以及
NADH/NAD+比率的影响, ATP/ADP 或 ATP/AMP 以及 NADH/NAD+比例↑→糖的有氧氧化速度↓,反之亦然。
⑶ 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低,则后者速率也减慢。
⑷ 有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对能量的需要。
目 录
四、巴斯德效应* 概念
* 机制
有氧时, NADH+H+进入线粒体内氧化,丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸 ;
缺氧时,酵解途径加强, NADH+H+ 在胞浆浓度升高,丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。
巴斯德效应 (Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象。
目 录
第 四 节
磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pathway
目 录
* 概念
磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及 NADPH+H+ ,前者再进一步转变成 3- 磷酸甘油醛和 6- 磷酸果糖的反应过程。
目 录
* 细胞定位:胞 液
第一阶段:氧化反应 生成磷酸戊糖, NADPH+H+ 及 CO2
一、磷酸戊糖途径的反应过程
* 反应过程可分为二个阶段
第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。
目 录
C
C
C
C
COO—
CH2O
H
OH
OH
OHH
H
HO
H
PP6- 磷酸葡萄糖酸
CH2OH
C=O
C
C
CH2O
OH
OHH
H
PP5- 磷酸核酮糖
NADPH+H+
NADP+
⑴
H2O
NADP+ CO2
NADPH+H+
⑵
6- 磷酸葡萄糖脱氢酶
6- 磷酸葡萄糖酸脱氢酶
HH
COCO
HH
CH2OH
C O
6- 磷酸葡萄糖
C
C
C
C
C
CH2O
H
OH
OH
OH
H
H
HO
H
H
O
PP6- 磷酸葡萄糖酸内酯
C
C
C
C
C=O
CH2O
H
OH
OH
H
H
HO
H
O
PP
1. 磷酸戊糖生成
5- 磷酸核糖
关键酶
目 录
催化第一步脱氢反应的 6- 磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由 NADP+接受生成 NADPH + H+ 。反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。
G-6-P 5- 磷酸核糖 NADP+ NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+
CO2
目 录
通过一系列基团转移反应,将核糖转变成 3- 磷酸甘油醛和 6- 磷酸果糖进入酵解途径。因此,磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路 (pentose phosphate shunt) 。
2. 基团转移反应
目 录
5- 磷酸核酮糖 (C5) ×3
5- 磷酸核糖 C5
5- 磷酸木酮糖 C5
5- 磷酸木酮糖 C5
7- 磷酸景天糖
C7
3- 磷酸甘油醛 C3
4- 磷酸赤藓糖 C4
6- 磷酸果糖 C6
6- 磷酸果糖 C6
3- 磷酸甘油醛 C3
目 录
磷酸戊糖途径
第一阶段
第二阶段
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- 磷酸赤藓糖
6- 磷酸果糖
6- 磷酸果糖
3- 磷酸甘油醛
6- 磷酸葡萄糖 (C6)×3
6- 磷酸葡萄糖酸内酯 (C6)×3
6- 磷酸葡萄糖酸 (C6)×3
5- 磷酸核酮糖 (C5) ×3
5- 磷酸核糖
3NADP+
3NADP+3H+ 6- 磷酸葡萄糖脱氢酶
3NADP+
3NADP+3H+ 6- 磷酸葡萄糖酸脱氢酶
CO2
目 录
总反应式
3×6- 磷酸葡萄糖 + 6 NADP+
2×6- 磷酸果糖 +3- 磷酸甘油醛 +6NADPH+H++3CO2
目 录
二、磷酸戊糖途径的调节
* 6- 磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的关键酶,其活性的高低决定 6- 磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。
* 6- 磷酸葡萄糖脱氢酶酶活性主要受 NADPH/NADP+比值的影响,比值升高则磷酸戊糖途径被抑制,降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。
* 磷酸戊糖途径的流量取决于机体对 NADPH的需求。
目 录
三、磷酸戊糖途径的生理意义
(一)为核酸的生物合成提供核糖
(二)提供 NADPH作为供氢体参与多种代谢反应
1. NADPH 是体内许多合成代谢的供氢体 2. NADPH 参与体内的羟化反应,与生物
合成或生物转化有关
3. NADPH 可维持 GSH 的还原状态
目 录
2G-SH G-S-S-G
NADP+ NADPH+H+
A AH2
目 录
第 五 节
糖原的合成与分解 Glycogenesis and Glycogenoly
sis
目 录
是动物体内糖的储存形式之一,是机体能迅速动用的能量储备。
肌肉:肌糖原, 180 ~ 300g ,主要供肌肉收缩所需
肝脏:肝糖原, 70 ~ 100g ,维持血糖水平
糖 原 (glycogen)
糖原储存的主要器官及其生理意义
1. 葡萄糖单元以 α-1,4-糖苷键形成长链。
2. 分支处葡萄糖以 α-1,6- 糖苷键连接。分支增加,水溶性增加,非还原端增多,有利于磷酸化酶能迅速分解糖原。
糖原的结构特点及其意义
目 录
目 录
一、糖原的合成代谢
(二)合成部位
(一)定义
糖原的合成 (glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。
组织定位:主要在肝脏、肌肉
细胞定位:胞浆
目 录
(三)(三)糖原合成糖原合成反应过程
Gn G → G-6-P → G-1-P → UDPG Gn+1
关键酶:糖原合酶 葡萄糖的供体: UDPG , 需小分子糖原作引物 消耗的能量: 2 分子 ATP
目 录
1- 磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶
6- 磷酸葡萄糖
2. 6- 磷酸葡萄糖转变成 1- 磷酸葡萄糖
ATP ADP
己糖激酶 ;葡萄糖激酶(肝)
葡萄糖 6- 磷酸葡萄糖
1. 葡萄糖磷酸化生成 6- 磷酸葡萄糖
目 录
* UDPG “ ”可看作 活性葡萄糖 ,在体内充作葡萄糖供体。
++
UTP
尿苷 P P P
PPi
UDPG焦磷酸化酶
3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖
2Pi+ 能量
1- 磷酸葡萄糖
OH
HOOH
H OHH OH
HO
H
CH2OH
H
PPP
尿苷二磷酸葡萄糖 ( uridine diphosphate glucose , UDPG )
OH
HOOH
H OHH OH
HO
H
CH2OH
H
PPP 尿苷P 尿苷PP
目 录
糖原合酶
目 录
糖原 n + UDPG
糖原 n+1 + UDP 糖原合酶( glycogen synthase )
UDP UTP
ADP ATP
核苷二磷酸激酶
4. α-1,4- 糖苷键式结合
* 糖原 n 为原有的细胞内的较小糖原分子,称为糖原引物 (primer) , 作为 UDPG
上葡萄糖基的接受体。
(四)糖原分支的形成
分 支 酶 (branching enzyme)
α-1,6- 糖苷键
α-1,4- 糖苷键
目 录
目 录
近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为 glycogenin 的蛋白质。 Glycogenin 可对其自身进行共价修饰,将 UDP- 葡萄糖分子的 C1 结合到其酶分子的酪氨酸残基上,从而使它糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原合成时的引物。
糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来?
研究进展
目 录
二、糖原的分解代谢 * 定义
* 亚细胞定位:胞 浆
* 肝糖原的分解
糖原 n+1 糖原 n + 1- 磷酸葡萄糖 磷酸化酶
1. 糖原的磷酸解
糖原分解 (glycogenolysis ) 习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。
关键酶
脱支酶 (debranching enzyme)
2. 脱枝酶的作用 ① 转移葡萄糖残基② 水解 -1,6- 糖苷键
磷酸化酶 转移酶活性
α-1,6 糖苷酶活性
目 录
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1- 磷酸葡萄糖 6- 磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶
3. 1- 磷酸葡萄糖转变成 6- 磷酸葡萄糖
4. 6- 磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖
葡萄糖 -6- 磷酸酶 (肝,肾)
葡萄糖 6- 磷酸葡萄糖
目 录
* 肌糖原的分解
肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程
相同,但是生成 6- 磷酸葡萄糖之后,由于肌
肉组织中不存在葡萄糖 -6- 磷酸酶,所以生成
的 6- 磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血,
补充血糖,而只能进入酵解途径进一步代谢。
肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。
目 录
⑵ G-6-P 的代谢去路G (补充血糖)
G-6-P F-6-P(进入酵解途径)
G-1-P
Gn (合成糖原)UDPG
6- 磷酸葡萄糖内酯(进入磷酸戊糖途径)
葡萄糖醛酸(进入葡萄糖醛酸途径)
小 结
⑴ 反应部位:胞浆
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糖原的合成与分解
目 录
三、糖原合成与分解的调节
关键酶 ① 糖原合成:糖原合酶
② 糖原分解:糖原磷酸化酶
这两种关键酶的重要特点:* 它们的快速调节有共价修饰和变构调节
二种方式。* 它们都以活性、无(低)活性二种形式
存在,二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。
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腺苷环化酶 (无活性)
腺苷环化酶(有活性)
激素(胰高血糖素、肾上腺素等) + 受体
ATP cAMP
PKA( 无活性 )
磷酸化酶 b 激酶
糖原合酶 糖原合酶 -P
PKA( 有活性 )
磷酸化酶 b 磷酸化酶 a-P
磷酸化酶 b 激酶 -P
Pi
磷蛋白磷酸酶 -1
Pi Pi 磷蛋白磷酸酶 -1 磷蛋白磷酸酶 -1
–
–
–磷蛋白磷酸酶抑制剂 -P
磷蛋白磷酸酶抑制剂 PKA (有活性)
+
+
+
+
+
-
--
1. 共价修饰调节
目 录
主要是葡萄糖作为变构效应剂对磷酸化酶进行变构调节。 当血糖升高时,葡萄糖进入肝细胞,与磷酸化酶 a的变构部位结合,引起构象改变,暴露出磷酸化的第 14 位丝氨酸,使其易被磷蛋白磷酸酶 -1 去磷酸化而转变成低活性的磷酸化酶 b,从而降低肝糖原的分解。
糖原合成与分解的生理性调节主要靠胰岛素和胰高血糖素,肾上腺素可能仅在应激状态发挥作用(共价修饰)。
2. 变构调节
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3.肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同
* 在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节,而肌肉主要受肾上腺素调节。
* 肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为 AMP 、 ATP 及 6- 磷酸葡萄糖。
糖原合酶 磷酸化酶 a-P 磷酸化酶 b
AMPATP 及 6- 磷酸葡萄糖
♁ ♁
目 录
四、糖原积累症
糖原累积症 (glycogen storage disease
s) 是一类遗传性代谢病,其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。
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型别 缺陷的酶 受害器官 糖原结构Ⅰ 葡萄糖 -6- 磷酸酶缺陷 肝、肾 正常Ⅱ 溶酶体 α1→4 和 1→6
葡萄糖苷酶所有组织 正常
Ⅲ 脱支酶缺失 肝、肌肉 分支多,外周糖链短
Ⅳ 分支酶缺失 所有组织 分支少,外周糖链特别长
Ⅴ 肌磷酸化酶缺失 肌肉 正常Ⅵ 肝磷酸化酶缺陷 肝 正常Ⅶ 肌肉和红细胞磷酸果糖
激酶缺陷肌肉、红细胞
正常
Ⅷ 肝脏磷酸化酶激酶缺陷 脑、肝 正常
糖原积累症分型
目 录
第 六 节
糖 异 生Gluconeogenesis
目 录
糖异生 (gluconeogenesis) 是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。
* 部位
* 原料
* 概念
主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体
主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸等
目 录
一、糖异生途径 * 定义
* 过程
酵解途径中有 3 个由关键酶催化的不可逆反应。在糖异生时,须由另外的反应和酶代替。
糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的;
糖异生途径 (gluconeogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。
目 录
1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP) ---- 丙酮酸羧化支
路丙酮酸 草酰乙酸 PEP
ATP ADP+Pi
CO2 ①
GTP GDP
CO2 ②
① 丙酮酸羧化酶 (pyruvate carboxylase) ,辅酶为生物素(反应在线粒体)
② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(反应在线粒体、胞液)
目 录
目 录
※ 草酰乙酸转运出线粒体
出线粒体 苹果酸 苹果酸 草酰乙酸 草酰乙酸
草酰乙酸 天冬氨酸 出线粒体 天冬氨酸 草酰乙酸
目 录丙酮酸
丙酮酸
草酰乙酸
丙酮酸羧化酶
ATP + CO2
ADP + Pi
苹果酸
NADH + H+
NAD+
天冬氨酸
谷氨酸
α- 酮戊二酸
天冬氨酸 苹果酸
草酰乙酸
PEP
磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶 GTP
GDP + CO2
线粒体
胞液
目 录
糖异生途径所需 NADH+H+ 的来源
糖异生途径中, 1,3- 二磷酸甘油酸生成 3- 磷酸甘油醛时,需要 NADH+H+ 。
① 由乳酸为原料异生糖时, NADH+H+
由 下述反应提供。
乳酸 丙酮酸 LDH
NAD+ NADH+H+
目 录
② 由氨基酸为原料进行糖异生时, NADH+ H+ 则由线粒体内 NADH+H+ 提供,它们来自于脂酸的 β- 氧化或三羧酸循环, NADH+H+
转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。
苹果酸
线粒体
苹果酸
草酰乙酸
草酰乙酸
NAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+
胞浆
目 录
2. 1,6- 双磷酸果糖 转变为 6- 磷酸果糖
1,6- 双磷酸果糖 6- 磷酸果糖 Pi
果糖双磷酸酶
3. 6- 磷酸葡萄糖水解为葡萄糖
6- 磷酸葡萄糖 葡萄糖 Pi
葡萄糖 -6- 磷酸酶
* 糖异生的关键酶:丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖双磷酸酶 、葡萄糖 -6- 磷酸酶
目 录
目 录
二、糖异生的调节
作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应,这种互变循环称之为底物循环 (substrate c
ycle) 。
6- 磷酸果糖
1,6- 双磷酸果糖 6- 磷酸果糖激酶 -1
果糖双磷酸酶 -1
ADP ATP
Pi
6- 磷酸葡萄糖 葡萄糖
葡萄糖 -6- 磷酸酶
己糖激酶 ATP ADP
Pi
PEP
丙酮酸草酰乙酸
丙酮酸激酶
丙酮酸羧化酶
ADP ATP
CO2+ATP
ADP+Pi GTP
磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶
GDP+Pi +CO2
目 录
6- 磷酸果糖
1,6- 双磷酸果糖
ATP
ADP
6- 磷酸果糖激酶 -1
Pi
果糖双磷 酸酶 -1
2,6- 双磷酸果糖
AMP
1. 6- 磷酸果糖与 1,6- 双磷酸果糖之间
目 录
2. 磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间
PEP
丙 酮 酸
ATP
ADP
丙酮酸激酶
1,6- 双磷酸果糖
丙氨酸
乙 酰 CoA
草酰乙酸
目 录
三、糖异生的生理意义
(一)维持血糖浓度恒定
(二)补充肝糖原
三碳途径: 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合物,再进入肝细胞异生为糖原的过程。
(三)调节酸碱平衡(乳酸异生为糖)
目 录
糖异生活跃有葡萄糖 -6 磷酸酶 【 】
肝 肌肉
四、乳酸循环 (lactose cycle) ———( Cori 循环)
⑴ 循环过程 葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖
酵解途
径
丙酮酸
乳酸
NADH
NAD+
乳酸 乳酸 NAD+
NADH
丙酮酸
糖异生途径
血液 糖异生低下
没有葡萄糖 -6 磷酸酶 【 】
目 录
⑶ 生理意义
① 乳酸再利用,避免了乳酸的损失。
② 防止乳酸的堆积引起酸中毒。
⑵ 乳酸循环是一个耗能的过程
2 分子乳酸异生为 1 分子葡萄糖需 6 分子 ATP 。
目 录
第 七 节
血糖及其调节Blood Glucose and The Regulation of
Blood Glucose Concentration
目 录
* 血糖,指血液中的葡萄糖。
* 血糖水平,即血糖浓度。
正常血糖浓度 : 3.89~6.11mmol/L
血糖及血糖水平的概念
目 录
血糖水平恒定的生理意义
保证重要组织器官的能量供应,特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。
脑组织不能利用脂酸,正常情况下主要依赖葡萄糖供能;
红细胞没有线粒体,完全通过糖酵解获能; 骨髓及神经组织代谢活跃,经常利用葡萄
糖供能。
目 录
血糖
食 物 糖 消化,吸收
肝糖原 分解
非糖物质
糖异生
氧化分解
CO2 + H2O
糖原合成 肝 (肌 ) 糖原
磷酸戊糖途径等 其它糖
脂类、氨基酸合成代谢
脂肪、氨基酸
一、血糖来源和去路
目 录
二、血糖水平的调节
主要调节激素
降低血糖:胰岛素 (insulin)
升高血糖:胰高血糖素 (glucagon) 、糖皮质激素、肾上腺素
* 主要依靠激素的调节
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(一) 胰岛素
① 促进葡萄糖转运进入细胞 ;
② 加速糖原合成,抑制糖原分解;
③ 加快糖的有氧氧化;
④ 抑制肝内糖异生;
⑤ 减少脂肪动员。
—— 体内唯一降低血糖水平的激素
胰岛素的作用机制 :
目 录
(二)胰高血糖素
① 促进肝糖原分解,抑制糖原合成;
② 抑制酵解途径,促进糖异生;
③ 促进脂肪动员。
—— 体内升高血糖水平的主要激素
* 此外,糖皮质激素和肾上腺素也可升高血糖,肾上腺素主要在应激状态下发挥作用。
胰高血糖素的作用机制:
目 录
(三)糖皮质激素——引起血糖升高,肝糖原增加
糖皮质激素的作用机制可能有两方面:① 促进肌肉蛋白质分解,分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生。
② 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖,抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。
* 此外,在糖皮质激素存在时,其他促进脂肪动员的激素才能发挥最大的效果,间接抑制周围组织摄取葡萄糖。
目 录
(四)肾上腺素
——强有力的升高血糖的激素
肾上腺素的作用机制
通过肝和肌肉的细胞膜受体、 cAMP 、蛋白激酶级联激活磷酸化酶,加速糖原分解。主要在应激状态下发挥调节作用。
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* 葡萄糖耐量 (glucose tolerence) 或耐糖现象
正常人体内存在一套精细的调节糖代谢的机制,在一次性食入大量葡萄糖后,血糖水平不会出现大的波动和持续升高。
指人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象。
目 录
糖耐量试验 (glucose tolerance test, GTT)
目的:临床上用来诊断病人有无糖代谢异常。
口服糖耐量试验的方法
被试者清晨空腹静脉采血测定血糖浓度,然后一次服用 100g 葡萄糖,服糖后的 1/2 、 1 、2h (必要时可在 3h )各测血糖一次。以测定血糖的时间为横坐标(空腹时为 0h ),血糖浓度为纵坐标,绘制糖耐量曲线。
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糖耐量曲线
正常人:服糖后 1/2~1h达到高峰,然后逐渐降低, 一般 2h左右恢复正常值。
糖尿病患者:空腹血糖高于正常值,服糖后血糖浓度急剧升高, 2h后仍可高于正常。
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三、血糖水平异常
(一)高血糖及糖尿症
1. 高血糖 (hyperglycemia) 的定义
2. 肾糖阈的定义
临床上将空腹血糖浓度高于 7.22~7.78 mm
ol/L 称为高血糖。
当血糖浓度高于 8.89~10.00mmol/L 时,超过了肾小管的重吸收能力,则可出现糖尿。这一血糖水平称为肾糖阈。
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3. 高血糖及糖尿的病理和生理原因
a.持续性高血糖和糖尿,主要见于糖尿病 (di
abetes mellitus, DM) 。Ⅰ 型(胰岛素依赖
型)
Ⅱ型 (非胰岛素依赖
型 )
b. 血糖正常而出现糖尿,见于慢性肾炎、肾病综合征等引起肾对糖的吸收障碍。
c. 生理性高血糖和糖尿可因情绪激动而出现。
糖尿病可分为二型 :
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( 二)低血糖
1. 低血糖 (hypoglycemia) 的定义
2. 低血糖的影响
空腹血糖浓度低于 3.33~3.89mmol/L 时称为低血糖。
血糖水平过低,会影响脑细胞的功能,从而出现 头晕、倦怠无力、心悸等症状,严重时出现昏迷,称为低血糖休克。
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3. 低血糖的病因
① 胰性(胰岛β- 细胞功能亢进、胰岛α- 细胞功能低下等)
② 肝性(肝癌、糖原积累病等)③ 内分泌异常(垂体功能低下、肾上腺
皮质功能低下等)
④ 肿瘤(胃癌等)
⑤ 饥饿或不能进食
目 录
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