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第九章 糖代谢 Metabolism of Saccharide

第九章 糖代谢 Metabolism of Saccharide. ※ 物质代谢 (metabolism). 从有生命的单细胞到复杂的人体,生存期间都必须与周围环境不断地进行物质交换,这种物质交换称为 物质代谢 或 新陈代谢 。 阶段性: 消化吸收 digestion and absorption 、 中间代谢 intermediary metabolism 、 排泄 excretion 中间代谢: 同化作用或合成代谢 (anabolism) 异化作用或分解代谢 (catabolism). 主 要 内 容. 糖的生物功能 糖的消化和吸收

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第九章 糖代谢 Metabolism of Saccharide

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Presentation Transcript


  1. 第九章 糖代谢Metabolism of Saccharide

  2. ※ 物质代谢(metabolism) • 从有生命的单细胞到复杂的人体,生存期间都必须与周围环境不断地进行物质交换,这种物质交换称为物质代谢或新陈代谢。 • 阶段性:消化吸收digestion and absorption、中间代谢intermediary metabolism、排泄excretion • 中间代谢: 同化作用或合成代谢(anabolism) 异化作用或分解代谢(catabolism)

  3. 主 要 内 容 • 糖的生物功能 • 糖的消化和吸收 • 血糖 • 糖代谢途径 • 糖原代谢和糖异生gluconeogenesis • 其它单糖的代谢 • 糖代谢紊乱(糖尿病diabetes) 糖酵解glycolysis 糖的有氧氧化TCA cycle 磷酸戊糖途径PPP

  4. 教 学 重 点 • 分类及其常见种类 • 糖的消化和吸收 • 血糖的概念、来源和去路 • 糖酵解glycolysis • 糖有氧氧化TCA cycle and PPP • 糖异生gluconeogenesis

  5. 第一节 糖 的 生 物 功 能 • 氧化功能(energy storage) • 人体重要组分(structural) • 提供碳源合成其他物质(active substances)

  6. 第二节Digestion and absorption 一、消化( Digestion) 1.食物中的糖: 淀粉、糖原(动物淀粉); 麦芽糖、蔗糖、乳糖; 葡萄糖 2.消化部位: 主要在小肠,少量在口腔

  7. 3. 消化过程 淀粉 口腔 唾液α-淀粉酶 胃 肠腔 胰液α-淀粉酶 α-临界糊精+异麦芽糖 (30%) (5%) 麦芽糖+麦芽三糖 (40%) (25%) 肠粘膜上皮细胞刷状缘 α-葡萄糖苷酶 α-临界糊精酶 葡萄糖 蔗糖 乳糖 半乳糖 果糖

  8. 二、 吸收(Absorption) 1.部位:小肠上段 2.形式 : 单 糖 3.机制: 主动耗能 Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter,SGLT)分布于小肠、肾小管上皮

  9. Na+泵 刷状缘 细胞内膜 小肠粘膜细胞 门静脉 肠腔 K+ ATP ADP+Pi Na+ Glu SGLT

  10. 4. 吸收途径 SGLT 小肠肠腔 肠粘膜上皮细胞 GLUT:葡萄糖转运体(glucose transporter),已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 1~5)。 门静脉 肝脏 GLUT 体循环 各种组织细胞

  11. 第三节 Blood sugar • Blood sugar:指血液中的单糖,主要是 glucose。 • BS level:指血糖浓度,与测定方法有关。 (1)葡萄糖氧化酶法:特异性强、价廉、方法简单。正常空腹全血3.6~5.3mM; (2)邻甲苯胺法:结果可靠,正常空腹全血为3.3~5.6mM; (3)福林—吴氏法:数值比实际高,本法已趋淘汰。空腹血糖正常为4.4~6.7mM。

  12. ★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。 • 血糖水平恒定的生理意义: • 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。

  13. 食 物 糖 消化 吸收 CO2 + H2O 糖原合成 肝(肌)糖原 分解 肝糖原 磷酸戊糖途径等 其它糖 糖异生 脂类、氨基酸合成代谢 非糖物质 脂肪、氨基酸 • 血糖的来源与去路 有氧 供能 酵解途径 丙酮酸 无氧 乳酸 血糖

  14. Regulation of BS level: 1. 肝脏调节: 2. 肾脏调节: 肾糖阈renal threshold for glu: 8.89-9.99mmol/L 糖尿glucosuria:

  15. 降低血糖:胰岛素insulin 3. 激素 调控 升高血糖:胰高血糖素 糖皮质激素 肾上腺素 甲状腺素 生长激素

  16. 第四节 糖 的 分 解 代 谢 • 糖酵解(glycolysis) • 糖的有氧氧化(aerobic oxidation) • 磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)

  17. 一、糖酵解(glycolysis)

  18. *定义:在缺氧情况下,glucose生成乳酸lactic acid并释放出少量能量(ATP) ,过程与酵母生醇发酵相同,称为glycolysis 。 Glycolysis is the anaerobic catabolism of glucose. *过程分两个阶段: Glu——丙酮酸pyruvate; pyruvate——lactic acid。

  19. Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P ATP ADP 磷酸二 羟丙酮 3-磷酸 甘油醛 Mg2+ 己糖激酶 NAD+ NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP 6-磷酸葡萄糖 G-6-P 葡萄糖 ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 (一)1 Glu——2 pyruvates ⑴ 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖 需ATP供能 不可逆

  20. Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮 3-磷酸 甘油醛 己糖异构酶 NAD+ NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP 6-磷酸果糖 F-6-P ATP 6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑵ 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖

  21. Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮 3-磷酸 甘油醛 ATP ADP Mg2+ NAD+ 6-磷酸果糖激酶-1 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 F-1,6-2P ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑶ 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖 需ATP供能 不可逆

  22. Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP 磷酸二羟丙酮 F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮 3-磷酸 甘油醛 醛缩酶 + NAD+ NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP 3-磷酸甘油醛 1,6-双磷酸果糖 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑷ 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖

  23. Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮 3-磷酸 甘油醛 磷酸丙糖异构酶 NAD+ NADH+H+ 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑸ 磷酸丙糖的同分异构化 glyceraldehyde 3-phosphate

  24. 一分子glucose转变为二分子3-磷酸甘油醛,消耗2分子ATP。一分子glucose转变为二分子3-磷酸甘油醛,消耗2分子ATP。 • 以下可看作2分子3磷酸甘油醛反应.

  25. Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P Pi、NAD+ NADH+H+ 磷酸二 羟丙酮 3-磷酸 甘油醛 3-磷酸甘油醛脱氢酶 NAD+ NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 1,3-二磷酸 甘油酸 3-磷酸甘油醛 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑹ 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸 glycolysis中唯一的脱氢反应

  26. Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP ADP ATP F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮 3-磷酸 甘油醛 磷酸甘油酸激酶 NAD+ 1,3-二磷酸 甘油酸 3-磷酸甘油酸 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑺ 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸 ※ 第一次底物水平磷酸化反应

  27. Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P 磷酸甘油酸 变位酶 磷酸二 羟丙酮 3-磷酸 甘油醛 NAD+ 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑻ 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸

  28. Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮 3-磷酸 甘油醛 +H2O 烯醇化酶 NAD+ NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑼ 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 Phosphoenolpyruvate, PEP

  29. Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P ADP ATP 磷酸二 羟丙酮 3-磷酸 甘油醛 K+ Mg2+ NAD+ 丙酮酸激酶 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP PEP pyruvate 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑽ 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸 第二次底物水平磷酸化

  30. NADH + H+ NAD+ 乳酸脱氢酶(LDH) (二) 2 pyruvates —— 2 lactic acids pyruvate lactic acid

  31. ※ brief summary of glycolysis ⑴ 反应部位:胞浆cytosol ⑵ 糖酵解是一个不需氧的(anaerobic) 产能过程 ⑶ 反应全过程中有三步不可逆的 (irreversible)反应

  32. Glu G-6-P F-6-P F-1, 6-2P ATP ADP ATP ADP 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 E1:己糖激酶 NAD+ E2: 6-磷酸果糖激酶-1 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 E3: 丙酮酸激酶 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 乳 酸 NAD+ 2-磷酸甘油酸 NADH+H+ ATP ADP 丙 酮 酸 磷酸烯醇式丙酮酸 E1 E2 glycolysis的代谢途径 E3

  33. ⑷产能的方式和数量 方式:底物水平磷酸化 净生成ATP数量: 一分子葡萄糖 2×2-2= 2ATP 糖原的一个糖单位 2×2-1= 3ATP

  34. Glu G-6-P F-6-P F-1, 6-2P ATP ADP ATP ADP 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 E1:己糖激酶 NAD+ E2: 6-磷酸果糖激酶-1 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 E3: 丙酮酸激酶 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 乳 酸 NAD+ 2-磷酸甘油酸 NADH+H+ ATP ADP 丙 酮 酸 磷酸烯醇式丙酮酸 E1 E2 glycolysis的代谢途径 E3

  35. ⑸ 终产物lactic acid的去路: 分解利用 lactic acid cycle(糖异生)

  36. 机体在缺氧情况下获取能量的有 • 效方式。 ※ Biological functions of glycolysis 2. 某些细胞在氧供应正常情况下的 重要供能途径。 ① 无线粒体细胞:红细胞 ② 代谢活跃细胞或者组织:白细 胞、骨髓细胞、大脑等

  37. 二、糖的有氧氧化(aerobic oxidation)

  38. *概念: 机体氧oxygen供充足时,glucose彻底氧化成H2O和CO2,并释放出大量能量energy的过程。 • 部位: • cytosol及线粒体mitochondrion

  39. CO2 NADH+H+ FADH2 Glu (一)反应过程 cytosol 第一阶段:stage 1 of glycolysis 第二阶段:pyruvate氧化脱羧 丙酮酸 第三阶段:TCA cycle 乙酰CoA 第四阶段:氧化磷酸化 Mitoch- TAC [O] H2O ATP ADP

  40. NAD+, HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸 乙酰CoA 丙酮酸脱氢酶复合体 1. pyruvate的氧化脱羧 总反应式:

  41. HSCoA S NAD+ L S 辅 酶 TPP 硫辛酸( ) HSCoA FAD, NAD+ 丙酮酸脱氢酶复合体: 酶 E1:丙酮酸脱氢酶 E2:二氢硫辛酸乙酰转移酶 E3:二氢硫辛酸脱氢酶

  42. 1. -羟乙基-TPP的生成 CO2 2.乙酰二氢硫辛酸的生成 NADH+H+ 5.NADH+H+的生成 NAD+ CoASH 3.乙酰CoA的生成 4. 硫辛酸的生成

  43. 2.三羧酸循环 三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TCA)、柠檬酸循环citric acid cycle、Krebs cycle。 * 概述 • 反应部位:mitochondrion

  44. ⑴柠檬酸的合成: O=C-COOH CH3 CH2COOH CH2 + C=O HO-C-COO- COOH SCoA CH2COOH 草酰乙酸 乙酰辅酶A 柠檬酸 反应不可逆 柠檬酸合成酶 H2O CoA-SH

  45. ⑵异柠檬酸的生成 COO- COO- COO- CH2 CH H-C-OH - OOC-C-OH- OOC-C - OOC-C-H CH2 CH2 CH2 COO- COO- COO- 柠檬酸 酶-顺乌头酸 异柠檬酸 H2O H2O

  46. ⑶第一次氧化脱羧生成α-酮戊二酸: COO- COO- H-C-OH C=O -OOC-C-H CH2 CH2 CH2 COO- COO- 异柠檬酸 α-酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶 Mg2+ NADH+H+ CO2 NAD+ 反应不可逆

  47. ⑷第二次氧化脱羧生成琥珀酰CoA: COO-O=C~SCoA C=O CH2 CH2 CH2 CH2 COO- COO- α-酮戊二酸 琥珀酰CoA α-酮戊二酸脱氢酶复合体 NAD+ NADH+H+ CoA-SH CO2 反应不可逆

  48. ⑸底物水平磷酸化:琥珀酰-CoA合成酶催化 O=C~SCoA COO- CH2 CH2 CH2 CH2 COO- COO- 琥珀酰-CoA 琥珀酸 • TAC中唯一的底物水平磷酸化反应,产生GTP。 琥珀酰-CoA合成酶 +CoA GDP+Pi GTP

  49. ⑹琥珀酸脱氢生成延胡索酸: CH2-COO- HC-COO- CH2-COO- -OOC-CH 琥珀酸 延胡索酸 琥珀酸脱氢酶 FAD FADH2

  50. ⑺苹果酸的生成: HC-COO- HO-CH-COO- -OOC-CH CH2-COO- 延胡索酸 苹果酸 延胡索酸酶 H2O

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