导图社区 糖代谢
糖代谢思维导图。该导图内容包含有糖的摄取与利用、糖的无氧氧化、糖的有氧氧化、糖原的合成与分解等内容。
编辑于2021-06-22 19:25:51糖代谢
糖的摄取与利用
糖消化后以单体形式吸收
消化
人类食物中以淀粉为主;人体内缺少β-葡糖苷酶,无法消化纤维素
淀粉消化部位
主要在小肠,少量在口腔
吸收
吸收部位
小肠上段
吸收形式
单糖
吸收机制
主动转运,同时伴有Na+的转运
载体:Na+依赖型葡糖转运蛋白
主要存在于小肠黏膜和肾小管上皮细胞
细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白
葡萄糖进入细胞依赖一类葡糖转运蛋白(GLUT)
GLUT2主要存在于肝和胰β细胞中,与葡萄糖亲和力低,只有高浓度才能转运
这些GLUT成员的组织分布不同,生物功能不同,从而使各组织对葡萄糖的利用效率有所差异
体内糖代谢涉及分解、储存、合成三方面
糖的无氧氧化
一些概念
糖酵解
一分子葡萄糖在细胞质中可裂解为两分子丙酮酸
葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径
乳酸发酵
不能利用氧或氧供应不足时,人体将丙酮酸在胞液中还原生成乳酸
乙醇发酵
在某些植物和微生物中,丙酮酸可转变为乙醇和二氧化碳
过程
均在细胞质中进行
葡萄糖经糖酵解分解成两分子丙酮酸
过程
1、葡萄糖磷酸化生成葡糖-6-磷酸
不可逆,第一个限速步骤
己糖激酶
在肝细胞中为IV型,称为葡糖激酶
特点
Km值高,对葡萄糖亲和力很低
受激素调控,对葡糖6-磷酸的反馈抑制并不敏感
2、葡糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸
磷酸己糖异构酶
3、果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸
不可逆,第二个限速步骤
磷酸果糖激酶-1(PEK-1)
双功能酶,磷酸果糖激酶-2和果糖-2-磷酸酶只有一个能发挥作用
4、果糖-1,6-二磷酸裂解成2分子磷酸丙糖
醛缩酶
5、磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛
在磷酸丙糖异构酶的催化下可互相转变
6、3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油醛
3-磷酸甘油醛脱氢酶
NAD+为辅基
7、1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸
第一次底物水平磷酸化
磷酸甘油酸激酶
底物水平磷酸化:底物将自身高能键转给ADP(GDP)生成ATP(GTP)的过程
8、3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸
磷酸甘油变位酶
9、2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
烯醇化酶
10、磷酸烯醇式丙酮酸发生底物水平磷酸化生成丙酮酸
不可逆,第三个限速步骤
第二次底物水平磷酸化
丙酮酸激酶
产能阶段:5—10步
2分子磷酸丙糖经两次底物磷酸化转变为2分子丙酮酸,产生4分子ATP
限速反应(不可逆)
1、3、10
关键酶
己糖激酶(HK)、磷酸果糖激酶-1(PEK-1)、丙酮酸激酶(PK)
底物水平磷酸化
7、10
产能数量
从G(葡萄糖)开始,2x2-2=2 ATP
从Gn(糖原)开始,2x2-1=3 ATP
丙酮酸被还原为乳酸
乳酸脱氢酶
反应中NADH和H+由糖酵解第6步提供
终产物乳酸去路
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)
糖酵解的调节取决于三个关键酶活性
AMP和ATP作用永远相反
磷酸果糖激酶-1对调解糖酵解速率最重要
别构调节
激活剂
AMP、ADP、果糖1,6-二磷酸
果糖2,6-二磷酸(最强的激活剂)
作用是与AMP一起取消ATP、柠檬酸的抑制作用
抑制剂
ATP(较高浓度才能抑制)、柠檬酸
化学修饰
胰高血糖素抑制
丙酮酸激酶是第二个重要的调节点
别构调节
激活剂
果糖1,6-二磷酸酶
抑制剂
ATP、丙氨酸
化学修饰
蛋白激酶A、依赖钙离子和钙调蛋白的蛋白激酶均可使其磷酸化而失活
胰高血糖素抑制
己糖激酶受到反馈抑制调节
反馈抑制
葡糖激酶因无其别构调节部位而不受影响
葡糖-6-磷酸
别构抑制
长链脂酰CoA
糖的无氧氧化为集体快速供能
糖无氧氧化最重要生理意义是不利用氧迅速提供能量,这对肌收缩更为重要
同时是某些细胞在氧供应正常情况夏的重要功能途径
无线粒体的细胞:红细胞
胰高血糖素通过激活蛋白激酶A抑制丙酮酸激酶活性
代谢活跃的细胞:白细胞、骨髓细胞
1mol葡萄糖可经底物水平磷酸化生成4mol ATP,在葡萄糖和果糖-6-磷酸磷酸化时消耗2mol ATP,故净生成2mol ATP
其他单糖可转变为糖酵解的中间产物
果糖被磷酸化后进入糖酵解
主要在肝代谢
还可以在周围组织中代谢
果糖不耐受
缺乏B型醛缩酶
半乳糖转变为葡糖-1-磷酸进入糖酵解
半乳糖血症
半乳糖不能转变成葡萄糖
缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶
甘露糖转变为果糖-6-磷酸进入糖酵解
糖的有氧氧化
糖的有氧氧化分为三个阶段
糖酵解
丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA
总反应式
丙酮酸+NAD+ +HS-CoA→乙酰CoA+NADH+H+ +CO2
丙酮酸脱氢酶复合体
丙酮酸脱氢酶(E1)、二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)、二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)
辅因子
TPP(焦磷酸硫胺素)、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA
三羧酸循环及氧化磷酸化
三羧酸循环使乙酰CoA彻底氧化
三羧酸循环/柠檬酸循环/Krebs循环
是线粒体内一系列酶促反应所构成的循环反应体系
场所:线粒体
八步反应
1. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
第一个限速步骤,不可逆
柠檬酸合酶
对草酰乙酸Km很低,即草酰乙酸浓度很低也能反应
2. 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸
顺乌头酸酶
异构化可逆互变反应
3. 异柠檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸
第二个限速步骤,不可逆
异柠檬酸脱氢酶
ADP为激活剂
4. α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA
第三个限速步骤,不可逆
α-酮戊二酸脱氢酶复合体
5. 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应生成琥珀酸
琥珀酰CoA合成酶
唯一的底物水平磷酸化反应
6. 琥珀酸脱氢生成延胡索酸
琥珀酸脱氢酶
7. 延胡索酸加水生成苹果酸
延胡索酸酶
8. 苹果酸脱氢生成草酰乙酸
苹果酸脱氢酶
要点
主要特点
4次脱氢生成3分子NADH和1分子FADH2
2次脱羧生成2分子CO2(3、4)
1次底物水平磷酸化生成1分子GTP(主要)
不是主要产能方式
1分子乙酰CoA彻底氧化可生成10分子ATP(三羧酸循环的一半)
关键酶
柠檬酸合酶、α酮戊二酸脱氢酶复合体、异柠檬酸脱氢酶(1、3、4)
中间产物
本身无量的变化,起催化剂的作用
每进行一轮循环,再生的草酰乙酸的碳架就被更新一半,但含量没变
草酰乙酸的补充主要来源于丙酮酸的直接羧化
在三大营养物质代谢中占核心地位
三羧酸循环是三大营养物质分解产能的共同通路
三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽
一分子丙酮酸在线粒体内氧化为CO2和H2O时生成12.5分子ATP
糖的有氧氧化是糖分解功能的主要方式
1mol葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O,可净生成30/32mol ATP
有氧氧化的调节
关键酶
糖酵解
己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶
丙酮酸的氧化脱羧
丙酮酸脱氢酶复合体
三羧酸循环
柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体
丙酮酸脱氢酶复合体的调节
别构调节
细胞内能量状态
ATP抑制
AMP激活
代谢产物生成量
乙酰CoA、NADH抑制
底物CoA、NAD+激活
化学修饰(可逆)
丙酮酸脱氢酶激酶抑制,丙酮酸脱氢酶磷酸酶激活
三羧酸循环的关键酶的调节
异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶复合体的调节更为重要
底物的别构激活作用
乙酰CoA和草酰乙酸激活柠檬酸合酶
产物的别构抑制作用
柠檬酸、琥珀酰CoA、NADH抑制柠檬酸合酶
琥珀酰CoA、NADH抑制α-酮戊二酸脱氢酶复合体
能量状态的调节作用
ATP抑制柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶
ADP激活柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶
钙离子的激活作用
不仅可以增加异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体活性,而且可以激活丙酮酸脱氢酶复合体
各阶段互相协调
通过共同的代谢物别构调节各阶段的关键酶
能量状态协同调节糖有氧氧化各阶段的关键酶
糖氧化产能方式的选择有组织偏好
巴斯德效应
有氧氧化抑制无氧氧化的现象
血糖及其调节
血糖
血中的葡萄糖
血糖水平保持恒定
3.9~6.0mmol/L
短期饥饿
肝糖原分解
长期饥饿
糖异生
血糖稳态主要受激素调节
胰岛素是降低血糖的主要激素
体内有多种升高血糖的激素
胰高血糖素
糖皮质激素
肾上腺素
糖代谢障碍导致血糖水平异常
低血糖
低于2.8mmol/L
高血糖
空腹高于7mmol/L
糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病
高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应
葡萄糖的其他代谢途径
糖醛酸途径生成葡萄糖
主要生理意义
生成活化的葡萄糖醛酸
多元醇途径生成少量多元醇(木糖醇、山梨醇)
糖异生
糖异生
由非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程
主要器官是肝,肾的糖异生能力相对较弱,但在长期饥饿时可增强
原料:乳酸、甘油、生糖氨基酸(除赖氨酸、亮氨酸之外的18种氨基酸)、三羧酸循环的所有中间产物
饥饿时,主要为甘油和生糖氨基酸
糖异生不完全是糖酵解的逆反应
大多数反应可逆,但糖酵解中3个关键酶反应在糖异生时由另外的反应和酶替代
丙酮酸经丙酮酸羧化支路生成磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸羧化支路包括两步反应
生成草酰乙酸
丙酮酸羧化酶
只存在于线粒体
因此丙酮酸需先进入线粒体,草酰乙酸再运出
将草酰乙酸运出线粒体有两种方式
经苹果酸转运
经天冬氨酸转运
生成磷酸烯醇式丙酮酸
磷酸烯醇丙酮酸羧激酶
线粒体和细胞质都有
果糖-1,6-二磷酸水解为果糖-6-磷酸
果糖二磷酸酶-1
葡糖-6-磷酸水解为葡萄糖
葡糖-6-磷酸酶
关键酶
丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、果糖二磷酸酶-1、葡糖-6-磷酸酶
糖异生和糖酵解的反向调节主要针对两个底物循环
底物循环
3个限速步骤分别由不同的酶催化底物互变
若催化互变反应的两种酶活性相等,为无效循环
要进行有效的糖异生就必须抑制糖酵解,反之亦然
第一个底物循环调节果糖-6-磷酸与果糖-1,6-二磷酸的互变
果糖-2,6-二磷酸和AMP反向调节第一个底物循环
糖酵解激活,糖异生抑制
果糖-2,6-二磷酸是肝内糖异生与糖酵解的主要调节信号
第二个底物循环调节磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸的互变
丙酮酸激酶受别构调节和磷酸化修饰调节
果糖-1,6-二磷酸促进糖酵解
胰高血糖素可减少其生成,进而抑制糖酵解
丙氨酸抑制糖酵解
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶受激素诱导的含量调节
胰高血糖素加强糖异生
胰岛素减弱糖异生
丙酮酸羧化酶受乙酰CoA的别构激活
三个底物循环的调节相互联系和协调
糖异生的主要生理意义是维持血糖恒定
肝的糖异生
饥饿或运动时调节血糖
维持血糖恒定是肝糖异生最重要的生理作用
糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径
三碳途径
肾糖异生
有利于维持酸碱平衡
肌收缩产生的乳酸在肝内糖异生形成乳酸循环
2分子乳酸异生成葡萄糖需消耗6分子ATP
生理意义
既能回收乳酸中的能量,又可以避免乳酸堆积而引起酸中毒
糖原的合成与分解
糖原合成是将葡萄糖连接成多聚体
糖原的合成是指由葡萄糖合成糖原的过程葡萄糖先活化,再连接形成直链和支链
葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖
起始于葡糖-6-磷酸
葡糖-6-磷酸转变为葡糖-1-磷酸
葡糖-1-磷酸与尿苷三磷酸(UTP)反应生成尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)
UDPG可看作活体葡萄糖,在体内充当葡萄糖供体
UDPG焦磷酸化酶
糖原合成的起始需要引物
糖原蛋白
UDGP中的葡萄糖基连接形成直链和支链
糖原合酶
只能使糖链不断延长,但不能形成分支
分支酶
分支的形成不仅可增加糖原的水溶性,更重要的是可增加非还原末端的数量,以便磷酸化酶迅速分解糖原
糖原合成耗能,消耗2个ATP(葡萄糖磷酸化、焦磷酸分解)
糖原分解是从非还原性末端进行磷酸解
糖原分解
糖原分解为葡糖-1-磷酸而被机体利用的过程
不是糖原合成的逆反应
葡糖-1-磷酸可转变为葡糖-6-磷酸
胞浆
糖原磷酸化酶分解α-1,4-糖苷键释放出葡糖-1-磷酸
从非还原末端
糖原磷酸化酶
脱支酶分解α-1,6-糖苷键释放出游离葡萄糖
脱支酶
转移葡萄糖残基(葡聚糖转移酶)
水解α-1,6-糖苷键,使糖原磷酸化酶可以继续发挥作用(α-1,6-葡萄糖苷酶)
肝糖原分解直接产物为葡糖-1-磷酸和葡萄糖(脱支酶产生)
肝利用葡糖-6-磷酸释放葡萄糖而肌不能
肌糖原不能直接补充血糖是由于缺乏葡萄糖- 6-磷酸酶
糖原合成与分解的关键酶活性调节彼此相反
磷酸化修饰
磷酸化
蛋白激酶A,磷酸化酶B激酶,糖原合酶激酶
糖原磷酸化酶激活,促进糖原分解
去磷酸化
糖原合酶激活,促进糖原合成
激素反向调节糖原的合成与分解
肝糖原分解主要受胰高血糖素调节(促进)
肌糖原分解主要受肾上腺素调节(促进)
糖原合成主要受胰岛素调节(促进)
别构剂调节
糖原合酶
葡糖-6-磷酸激活
肝糖原磷酸化酶
葡萄糖别构抑制
肌糖原分解
AMP、钙离子激活
ATP、葡糖-6-磷酸抑制
糖原贮积症由先天性酶缺陷所致
磷酸戊糖途径
从糖酵解的中间产物葡糖-6-磷酸开始形成旁路,通过氧化、基团转移生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛,从而返回糖酵解的代谢途径
不能产生ATP,但能生成NADPH和磷酸核糖
过程
均在细胞质
氧化反应
关键酶
葡糖-6-磷酸脱氢酶
两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH和 H+
重要中间产物
5-磷酸核糖
基团转移反应
转酮醇酶反应
转醛醇酶反应
磷酸戊糖最终变为果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛
经历了一系列酮基和醛基的转移反应,经历了3、4、5、6、7碳糖的演变过程
一分子葡糖-6-磷酸经过反应只能发生一次脱羧、两次脱氢,生成一分子CO2和两分子NADPH和H+
主要受NADPH/NADP+比值的调节
NADPH对葡糖-6-磷酸脱氢酶有强烈抑制作用
比值升高→抑制;比值降低→激活
是NADPH和磷酸核糖的主要来源
提供磷酸核糖参与核酸的生物合成
提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应
NADPH是许多合成代谢的供氢体
NADPH参与羟化反应
NADPH用于维持谷胱甘肽的还原状态
促进肝脏的生物转化作用
葡糖-6-磷酸脱氢酶缺陷者,其红细胞不能经磷酸戊糖途径获得重组的NADPH,不足以使谷胱甘肽保持还原状态,红细胞易于破裂,溶血性黄疸(蚕豆病)
两个磷酸化