第九章 糖代谢（Carbohydrate metabolism）.ppt

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1、1,第九章 糖 代 谢（Carbohydrate metabolism）,2,主 要 内 容,糖的生理功能 糖的消化吸收 糖的分解(无氧、有氧、旁路) 糖原的合成与分解和糖异生 血糖及其浓度调节 糖代谢紊乱,3,第一节 糖的生理功能,1) 氧化供能 2) 糖脂 3) 糖蛋白 4) 蛋白多糖 5) 核糖和脱氧核糖,4,第二节 糖的消化和吸收,唾 液 - 淀 粉 酶,小肠是消化糖类的主要部位胰 - 淀 粉 酶麦 芽 糖 酶- 糊 精 酶,5,一、糖的消化,淀粉,-淀粉酶,（唾液 和胰液）,麦芽糖,麦芽寡糖-糊精,葡萄糖,-糊精酶,麦芽糖酶,-淀粉酶和麦芽糖酶 水解-1，4-糖苷键； -糊精酶 水解

2、-1，4-和-1，6-糖苷键。,6,二、糖的吸收单纯扩散作用高 低 , 被动扩散，吸收慢，不耗能；2. 主动吸收(active absorption)低 高 , 主动转运，吸收快， 耗能、需钠。（需载体蛋白帮助）,顺浓度差,G,逆浓度差,G,7,葡萄糖的主动吸收需载体蛋白参与的、耗能、需钠的主动吸收过程。,8,第三节 糖的氧化分解,乳酸 + 少量能量（有氧氧化）磷酸戊糖 NADPH + H+,糖的无氧分解,糖的有氧氧化,磷酸戊糖途径,（代谢旁路）,（糖酵解）,葡萄糖,CO2 + H2O +大量能量,9,一、糖酵解(glycolisis),概念：糖酵解全过程共有11步化学反应，分为以下4个阶段：

3、,1） 葡萄糖（G）转变为1，6- =磷酸果糖（FDP） 2） FDP分解为2分子磷酸丙糖 3） 3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸 4） 丙酮酸还原为乳酸,10,ATP,ADP,Mg2+,己糖激酶（肝外）,葡萄糖激酶（肝内）,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,P,（一）反应过程 1) 葡萄糖（G）转变为 1，6- =磷酸果糖（FDP）,（G-6-P）,糖原磷酸化酶糖原 G-1-P G-6-P （Gn） （不耗ATP）,H3PO4,11,6-磷酸果糖,磷酸果糖激酶,ATP,ADP,Mg2+,1，6 - 二磷酸果糖,P,6-磷酸葡萄糖,磷酸己糖异构酶,6-磷酸果糖,（ FDP）,12,2) FDP分解为2分子磷酸

4、丙糖,1，6二磷酸果糖,醛缩酶,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,13,3) 3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸,1,3二磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,ADP,ATP,Mg2+,3-磷酸甘油酸,底物水平磷酸化,14,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸激酶,ADP,ATP,Mg2+,烯醇式丙酮酸,丙酮酸,底物水平磷酸化,15,4) 丙酮酸还原为乳酸,16,17,(二) 糖酵解小结 1. 亚细胞部位: 胞液 需O2情况: 不需氧 产物: 乳酸 产能情况(1分子G): 2分子ATP 关键酶(3个): 己糖激酶( 肝:葡萄糖激酶 )磷酸果糖激酶丙酮酸激酶(三) 糖酵解意义,18,二、糖的有氧氧化（aerobic oxidat

5、ion）,有氧氧化,葡萄糖 丙酮酸 乙酰CoA,NADH + H+,乳酸,无氧酵解,三羧酸 循环,CO2+H2O+能量,(线粒体),( 胞液 ),概念:,19, 葡萄糖 丙酮酸（胞液） 丙酮酸 乙酰CoA （线粒体） 乙酰CoA CO2 + H2O + ATP （线粒体）（三羧酸循环）,(一) 有氧氧化的反应过程(3个阶段),20,G,2分子 CH3COCOOH,2 x (NADH + H+),线粒体 呼吸链,H2O + 2 x (2或3)分子ATP,1. 葡萄糖氧化分解成丙酮酸 (此阶段反应基本上类似糖酵解过程),2分子ATP,胞液,21,丙酮酸脱氢酶系,2CH3COSCoA+ 2CO2,2

6、 NAD+ 2 HSCoA,2 (NADH+H+),2,2. 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA,呼吸链,2 x 3 分子ATP,TPP硫辛酸FAD,（线粒体）,22,丙酮酸脱氢酶,二氢硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,TPP Vit B1,HSCoA 泛酸,硫辛酸 硫辛酸,FAD Vit B2 NAD+ Vit PP,酶,辅酶 含有的 Vit.,丙酮酸脱氢酶系的组成,23,3. 三羧酸循环 （tricarboxylic acid cycle, TCAC）,（1） 反应过程,-酮戊二酸,丙酮酸 乙酰辅酶 A,TCAC,24,CH3COCOOH,CO2,25,（2） 三羧酸循环的反应特点 （小结）,

7、 循环一次,消耗1分子乙酰CoA,产生,2分子CO2 3H2 3 x 3 = 9分子ATP 4H22H 2分子ATP 1次底物水平磷酸化 1分子ATP,NADH 呼吸链,FADH2呼吸链,共产生: 12分子ATP 整个循环高度不可逆（3个不可逆反应）,26,各中间物参与循环，虽量不变，但在不断更新草酰乙酸 天冬氨酸酮戊二酸 谷氨酸丙酮酸 丙氨酸 欲使中间物彻底氧化分解，必需先转变为丙酮酸 需消耗氧 在线粒体内进行,转氨基作用,27,（二） 糖的有氧氧化的生理意义 1. 产生大量能量（比较1分子G经有O2氧化与无O2酵解的产能情况）G 2. 丙酮酸 2. 乙酰CoA TCAC2.ATP 2(NA

8、DH+H+ ) 2 x 3 ATP2 x 12 ATP,胞液 线粒体,有氧氧化 G 36或38分子ATP 糖酵解 G 乳酸 + 2 分子ATP,O,酵解,2. TCAC是三大营养物（糖、脂和蛋白质）氧化供能的共同途径，也是三者互变的联系枢纽,2 X （2或3）ATP,28,三羧酸循环是联系糖、脂和氨基酸代谢的枢纽,葡萄糖,丙氨酸,氨基酸,丙酮酸,甘 油,脂肪酸,脂肪,29,(三) 糖的有氧氧化的小结(与无氧酵解比较) 有氧氧化 无氧酵解相同点: G 2分子丙酮酸不同点:部位: 胞液 线粒体 胞液 需氧情况: 需氧 不需氧终产物: CO2 + H2O 乳酸 能量净生成(G): 36或38 分子

9、2分子关键酶: 4个 3个,胞液,己糖激酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶,丙酮酸脱氢酶系 柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶系,30,三、磷酸戊糖途径 (一) 简要反应过程,H2O,31,（二） 磷酸戊糖途径小结6-磷酸葡萄糖 5-磷酸核糖 + NADPH + H+,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,（关键酶）,（胞液）,(三) 磷酸戊糖途径生理意义 1. 生成5-磷酸核糖为核苷酸与核酸的合成提供原料,32,2. 产生NADPH + H+ 及其功用 为脂肪酸、胆固醇等物质的合成提供氢 作为谷胱甘肽(GSSG)还原酶的辅酶，促进GSH的生成 作为羟化酶系的辅酶，参与生物转化作用* 先天性缺乏6-磷酸

10、葡萄糖脱氢酶患者， 进食蚕豆 后易诱发溶血性贫血或溶血性黄疸，被称为蚕豆病。,33,第四节 糖原的合成与分解和糖异生,非还原性末端是糖原合成与分解的起始点,34,一、糖原合成（glycogenesis）,（一） 反应过程,4、UDPG + Gn UDP + Gn+1,糖原合成酶*,（糖原引物）,分支酶,（ UDP + ATP UTP + ADP ）,GK / HK,变位酶,UDPG焦磷酸化酶,35,糖原合成酶催化的反应,糖原合成酶,36,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O

11、,O,O,O,O,O,O,分支酶,1，6糖苷键相连,（12-G）,（6-7）,分支酶的作用,1，4糖苷键断裂,分支酶,37,关键酶 糖原合成酶 ；UDPG是葡萄糖的直接供体； 3. 每增加一个G单位，需消耗 2 分子ATP； 4. 需分支酶催化形成分枝； 5. 部位： 胞液。,（二）糖原合成特点,38,二、糖原的分解（glycogenolysis）,（一）反应过程,（只存在肝中）,脱支酶,变位酶,血糖,寡糖链,G,39,糖原磷酸化酶的作用,40,O,O,O,O,O,O,O,3,O,2,O,1,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,1 2 3,寡糖链,脱支酶,-1,6-糖苷键断裂释出游离“

12、G”,脱支酶的作用,极限糊精,转移3个糖单位,以1，4糖苷键相连,脱支酶,41,1. 关键酶 磷酸化酶 ； 脱支酶催化分支点3个糖单位转移，及生成少量游离葡萄糖；部位： 胞液；4. 葡萄糖6磷酸酶是肝脏特有的,（二） 糖原分解特点,42,肌糖原酵解特点通过Cori氏循环 间接提供血糖。,Cori氏循环意义（1） 间接补充血糖； （2）节约能源 。,43,糖原合成和分解的生理意义 1. 进食后，G 肝糖原和肌糖原； 不进食时，肝糖原 G 提供血糖；通过以上作用，参与维持血糖浓度相对恒定。3. 肌糖原 G-6-P G 间接补充血糖；,Cori氏循环,44,三. 糖异生（gluconeogenesi

13、s）概念： 原料： 甘油、 乳酸、丙酮酸 、生糖氨基酸等；器官： 主要在肝脏长期饥饿或酸中毒时，肾脏可加强糖异生作用；途径：基本上循糖酵解逆过程 （但必须绕过3个能障),45,（一）糖异生途径,1. 丙酮酸羧化支路,葡萄糖,（生物素）,46,2. 1，6-二磷酸果糖转变成6-磷酸果糖,3. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖,6-磷酸葡萄糖 葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶,已糖激酶,H2O,Pi,ADP,ATP,1，6-二磷酸果糖 6 - 磷酸果糖,果糖-1，6-二磷酸酶,6-磷酸果糖激酶,ADP,ATP,Pi,H2O,底物循环,47,(二) 糖异生关键酶丙酮酸羧化酶、 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖-二

14、磷酸酶、 葡萄糖-6-磷酸酶（三）糖异生意义1. 保证饥饿情况下血糖浓度的相对恒定 2. 糖异生作用有利于乳酸的回收利用3. 协助氨基酸的分解代谢,48,糖 异 生 （举 例）2分子乳酸 葡萄糖（消耗6分子ATP）,循糖酵解逆过程,49,第五节 血糖及其浓度调节,一、血糖的来源和去路,消化吸收,分解,非糖物质,合成,分解,转变,肾糖阈：肾脏所能保持的最高血糖浓度范围8.899.99mmol/L,50,二、血糖的调节,（一）肝脏调节1. 合成糖原2. 肝糖原分解3. 糖异生 （二）肾脏调节1. 血糖 肾糖阈时，肾小管重吸收葡萄糖2. 血糖 肾糖阈时，部分葡萄糖随尿排出（三）神经调节 （四）激素的

15、调节*,参与维持血糖浓度的相对恒定,51,（四）激素的调节血糖胰岛素* (insulin)血糖胰高血糖素* (glucagon)肾上腺素*(adrenaline/epinephrine)糖皮质激素 (glucocorticoid)生长激素 (grouth factor)甲状腺激素 (thyroid hormone),52,（增加血糖去路） 1. 促进肌肉、脂肪细胞载体活性，摄取葡萄糖； 2. 促进糖的氧化； 3. 促进糖原合成； 4. 促进糖转变为脂肪。（减少血糖来源） 1. 抑制糖原分解 2. 抑制糖异生。,insulin降低血糖的作用,53,adrenaline提高血糖浓度的作用,（增加血

16、糖来源）1. 促进肝糖原分解为葡萄糖；2. 促进肌糖原分解为乳酸，提供糖异生原料；3. 促进糖异生作用。,54,glucagon提高血糖浓度的作用（增加血糖来源）1. 促进肝糖原分解为葡萄糖；2. 促进糖异生作用。,55,第六节 糖代谢紊乱,正常人空腹血糖浓度： 4.44 6.67mmol/L （一）低血糖(hypoglycemia)空腹血糖浓度 3.89mmol/L （二）高血糖(hyperglycemia)空腹血糖浓度7.22 mmol/L （三）糖尿病（diabetes mellitus ）空腹血糖浓度8.89 9.99 mmol/L,56,原因： 生理性：饥饿时间过长，长时间剧烈运动，

17、高强度体力劳动，妊娠妇女（需更多能量）等病理性：1、胰岛-细胞增生 胰岛素分泌过多2. 垂体前叶功能减退或肾上腺皮质机能减退等3、严重肝脏疾病等 症状：有饥饿感，四肢无力，头晕、心悸、出冷汗、面色苍白等，严重时可引起低血糖昏迷/甚至休克,一. Hypoglycemia,57,二. Hyperglycemia and glucosuria原因： 生理性：饮食性糖尿，情感性糖尿 病理性：脑垂体及肾上腺皮质功能亢进，肾性糖尿等。临床持续性高血糖和糖尿多见于糖尿病患者，中医称为“消渴证”,58,三. diabetes mellitus 病因：胰岛素不足 糖的来源 、去路 出现高血糖及糖尿；“三多一少”

18、症状 ：患者能量不足 有饥饿感 多食； 多食 血糖 大量糖随尿排出 多尿； 多尿 失水过多 血液浓缩 口渴 多饮 。由于产能不足 大量动员脂肪和蛋白质分解 严重时因消耗过多 身体逐渐消瘦 体重减轻（少） 。,糖的 氧化供能,59,糖尿病并发酮症酸中毒机理糖尿病未得到控制 脂肪代谢紊乱 大量 脂肪酸在肝内转变为酮体（乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮） 肝内生酮超过肝外利用能力 酮体在血中积聚，即“酮血症”； 过多酮体随尿排出，“酮尿症”；部分丙酮呼出体外“烂苹果味”。乙酰乙酸和-羟丁酸为酸性物质， 血中过多积聚时，血液pH（酮症酸中毒）。,60,病因： 胰岛素缺乏、受体数目减少、受体与胰岛素的亲 和力降

19、低症状：多饮、多食、多尿、 体重减轻（三多一少）类型： 胰岛素依赖型（1型）、非胰岛素依赖型（2型）,糖尿病,61,糖尿病合并症,62,男41岁，双眼视力下降4年，发现糖尿病2月，血糖12.2mmol/L。晶体轻度浑浊。眼底：右眼视乳头边界清，色泽正常，视乳头颞侧小血管旁可见硬性渗出及新生血管，黄斑外下方见一环形硬性渗出，中心部有新生血管，颞上肢静脉旁可见浅在出血，小分支的末端亦见出血渗出及多量散在微血管瘤。视力：右眼0.8，左眼0.6。,糖尿病性视网膜病变（右眼）,63,足趾坏死，足背溃烂，足掌部大面积溃烂，腐肉较多，脓水淋漓，前掌部皮肤紫暗，渐及坏疽,糖尿病坏疽（侧位）,64,四. 糖原累

20、积症 主要由于糖原结构异常或糖原在组织细胞内堆积过多而引起的遗传性疾病。,65,四. 糖原累积症,葡萄糖-6-磷酸酶缺陷糖原储积症型：一岁前后起病。矮小，进行性肝和脾肿大，腹部明显突出。严重低血糖，惊厥。乳酸性酸中毒。,主要由于糖原结构异常或糖原在组织细胞内堆积过多而引起的遗传性疾病。,66,（五） 糖耐量试验,人体处理所给予葡萄糖的能力葡萄糖耐量（glucose tolerance）,67,1分子-酮戊二酸彻底氧化,可以产生多少分子ATP ?-酮戊二酸 琥珀酰CoA 琥珀酸 延胡索酸3ATP ATP 3ATP 2ATP苹果酸 草酰乙酸丙酮酸 乙酰CoA3ATP草酰乙酸 柠檬酸-酮戊二酸,12ATP,3 + 1 + 2 + 3 + 3 + 12 = 24,68,1分子3-磷酸甘油醛彻底氧化,可以产生多少分子ATP?3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸2或3 ATP ATP ATP 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 3 ATP乙酰CoA草酰乙酸 柠檬酸 -酮戊二酸,12 ATP,2/3 + 1 +1 + 3 + 12 = 19/20,