导图社区 4.生物化学 糖代谢
糖是人体所需的一类重要营养物质,其主要生理功能是为生命活动提供能源和碳源。糖是体内的主要供能物质,处于被优先利用的地位。1mol葡萄糖(glucose)完全氧化生成二氧化碳和水可释放2840kJ的能量,其中约34%转化储存于ATP,以供应机体生理活动所需的能量。
编辑于2022-05-12 20:55:59"胃食管反流病(GERD)是胃酸‘造反’伤食道的常见病!核心是食管下括约肌(LES)功能障碍,典型症状为烧心、反酸诊断靠胃镜(金标准)和食管pH监测,需与心绞痛等鉴别治疗分三步走:基础调整(如抬高床头)、抑酸药(核心手段),严重者需手术长期不控制可能引发食管炎甚至癌变,术后患者需警惕复发记住:早诊早治是关键!"
骨髓增生异常综合征(MDS)是造血干细胞的恶性克隆性疾病,以骨髓衰竭、病态造血和白血病转化风险为特征 (内容结构) 1. 核心定义:造血干细胞异常导致血细胞减少和病态造血 2. 分型与诊断:WHO2016分型体系,诊断需结合骨髓象、血象及细胞遗传学 3. 治疗原则:分层治疗,低危以支持治疗为主,高危需强化疗或移植 4. 预后随访:IPSSR评分系统指导预后,定期监测血常规和骨髓变化 (关键点)贫血常见,原始细胞≥20%提示白血病转化,需长期随访。
"白血病:一场造血系统的恶性‘叛乱’!这种造血干细胞恶性克隆性疾病的核心是细胞增殖失控 分化凋亡障碍,导致骨髓被白血病细胞‘霸占’诊断需抓住‘三步曲’:①临床表现(贫血/感染/出血三联征 器官浸润)→②血象异常筛查→③骨髓象 MICM分型确诊治疗双管齐下:核心疗法(化疗/靶向/移植)联合支持治疗(抗感染/输血/并发症管理)。预后关键看分型、遗传学特征和MRD监测早发现复发苗头才能抢占先机!"
社区模板帮助中心,点此进入>>
"胃食管反流病(GERD)是胃酸‘造反’伤食道的常见病!核心是食管下括约肌(LES)功能障碍,典型症状为烧心、反酸诊断靠胃镜(金标准)和食管pH监测,需与心绞痛等鉴别治疗分三步走:基础调整(如抬高床头)、抑酸药(核心手段),严重者需手术长期不控制可能引发食管炎甚至癌变,术后患者需警惕复发记住:早诊早治是关键!"
骨髓增生异常综合征(MDS)是造血干细胞的恶性克隆性疾病,以骨髓衰竭、病态造血和白血病转化风险为特征 (内容结构) 1. 核心定义:造血干细胞异常导致血细胞减少和病态造血 2. 分型与诊断:WHO2016分型体系,诊断需结合骨髓象、血象及细胞遗传学 3. 治疗原则:分层治疗,低危以支持治疗为主,高危需强化疗或移植 4. 预后随访:IPSSR评分系统指导预后,定期监测血常规和骨髓变化 (关键点)贫血常见,原始细胞≥20%提示白血病转化,需长期随访。
"白血病:一场造血系统的恶性‘叛乱’!这种造血干细胞恶性克隆性疾病的核心是细胞增殖失控 分化凋亡障碍,导致骨髓被白血病细胞‘霸占’诊断需抓住‘三步曲’:①临床表现(贫血/感染/出血三联征 器官浸润)→②血象异常筛查→③骨髓象 MICM分型确诊治疗双管齐下:核心疗法(化疗/靶向/移植)联合支持治疗(抗感染/输血/并发症管理)。预后关键看分型、遗传学特征和MRD监测早发现复发苗头才能抢占先机!"
糖代谢
概述
¤糖即碳水化合物.其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。 ¤食物中含有的大量纤维素,因人体内无β-糖苷酶而不能对其分解利用,但其却具有刺激肠蠕动等作用。
分类
单糖
¤不能再水解的糖。 ¤葡萄糖(己醛糖)、果糖(己酮糖)、半乳糖(己醛糖)、核糖(戊醛糖)
寡糖
¤能水解生成几分子单糖的糖,各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。 ¤麦芽糖(葡糖一葡糖)、蔗糖(葡萄糖—果糖)、乳糖(葡糖-半乳糖)。
多糖
¤能水解生成多个分子单糖的糖。 ¤淀粉、糖原、纤维素。
结合糖
¤糖与非糖物质的结合物。 ¤糖脂、糖蛋白。
生理功能
¤主要生理功能:氧化供能 4kcal。 ¤是细胞的组成成分: §糖脂∶构成神经组织和生物膜的成分。 §氨基多糖及其与蛋白质的结合物∶结缔组织的基本成分。 §核糖及脱氧核糖∶分别是 RNA 及 DNA的结构成分。 §糖蛋白∶细胞膜成分,血浆球蛋白(包括抗体)几乎都是糖蛋白;某些激素,酶和凝血因子也是糖蛋白。
糖的摄取与利用
糖消化后以单体形式吸收
¤唾液和胰液中都有α-淀粉酶,可水解淀粉分子内的α-1,4-糖苷键。由于食物在口腔停留的时间很短,淀粉消化主要在小肠内进行。 ¤胰液α-淀粉酶作用,淀粉被水解为仅含有α-1,4-糖苷键的麦芽糖、麦芽三糖,少量含有α-1,6-糖苷键的异麦芽糖、带分支的寡聚葡萄糖混合物(称为 α-极限糊精)。 ¤有些人由干缺乏乳糖酶,在食用牛奶后发生乳糖消化吸收障碍,而引起腹胀、腹泻等症状,称为乳糖不耐受。
细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白
葡萄糖吸收入血后,在体内代谢首先需进入细胞,依赖一类葡糖转运蛋白(GLUT)实现的。
体内糖代谢涉及分解、储存和合成三方面
¤在缺氧时,葡萄糖进行无氧氧化生成乳酸。 ¤饱食后肝内由于合成脂质的需要,葡萄糖经磷酸戊糖途径代谢生成磷酸核糖和 NADPH。 ¤葡萄糖的储存仅在餐后活跃进行,以糖原形式储存于肝和肌组织中,以便在短期饥饿时补充血糖或不利用氧快速供能。 ¤葡萄糖的合成代谢在长期饥饿时尤其活跃,某些非糖物质如甘油、氨基酸等经糖异生转变成葡萄糖,以补充血糖。
糖的无氧氧化
相关概念
¤一分子葡萄糖在细胞质中可裂解为两分子丙酮酸,此过程称为糖酵解,是葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径。 ¤在不能利用氧或氧供应不足时,某些微生物和人体组织将糖酵解生成的丙酮酸进一步在细胞质中还原生成乳酸,称为乳酸发酵或糖的无氧氧化。 ¤在某些植物、无脊椎动物和微生物中,糖酵解产生的丙酮酸可转变为乙醇和二氧化碳,称为乙醇发酵。 ¤氧供应充足时,丙酮酸主要进入线粒体中彻底氧化为CO2和 H2O2即糖的有氧氧化。
糖的无氧氧化分为糖酵解和乳酸生成两个阶段
糖酵解的调节取决于三个关键酶活性
磷酸果糖激酶-1对调节糖酵解速率最重要
¤变构抑制剂:ATP、柠檬酸。 ¤变构激活剂:AMP、ADP、1,6-二磷酸果糖(产物反馈激,比较少见)和2.6-二磷酸果糖(最强的激活剂)。 ¤别构抑制剂:柠檬酸;ATP(高浓度)。
丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点
¤变构抑制剂:ATP,肝内的丙氨酸。 ¤变构激活剂:1,6-二磷酸果糖。
己糖激酶受到反馈抑制调节
变构抑制剂:6-磷酸葡萄糖,长链脂酰CoA
糖酵解的生理意义
¤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。 ¤成熟红细胞完全依赖糖酵解供能,神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃,即使不缺氧也常由糖酵解提供部分能量。 ¤肌肉中产生的乳酸、丙氨酸(由丙酮酸转变)在肝脏中能作为糖异生的原料,生成葡萄糖。 ¤红细胞内1,3-二磷酸甘油酸转变成的2,3-二磷酸甘油酸可与血红蛋白结合,使氧气与血红蛋白结合力下降,释放氧气。
糖的无氧氧化为机体快速供能
¤糖无氧氧化时每分子磷酸丙糖进行2次底物水平磷酸化,可生成2分子ATP,因此1mol葡萄糖可生成4mol ATP,扣除消耗的2mol ATP,净得2mol ATP。 ¤lmol葡萄糖经无氧氧化可释放196kJ/mol的能量,而在标准状态下2mol ATP水解为ADP和Pi时释放能量61kJ/mol,故此时ATP的储能效率为31%。
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
¤果糖不耐受是一种遗传病,其病因是缺乏B型醛缩酶。 ¤病人进食果糖会引起果糖-1-磷酸堆积,通过别构抑制磷酸化酶而阻止肝糖原分解,故病人即使有丰富的肝糖原储备,此时仍会出现严重的低血糖。 ¤同时因肝内Pi被大量消耗,使氧化磷酸化受抑制,导致ATP耗竭而损伤肝细胞。
半乳糖转变为葡糖-1-磷酸进入糖酵解
¤半乳糖血症是一种遗传病,表现为半乳糖不能转变成葡萄糖。 ¤其最常见的病因是缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶,引起血中半乳糖浓度显著升高,进而还原生成有毒副产物半乳糖醇。 ¤半乳糖醇在晶状体中积累,使之吸收水分而发生肿胀、混浊,导致形成白内障。还包括肝大、智力迟钝等,在某些病例中可因肝损伤致死。
露糖转变为果糖-6-磷酸进入糖酵解
糖的有氧氧化
过程
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)。 ¤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。
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)
糖的有氧氧化是糖分解供能的主要方式
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。
1mol葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O,可净生成30/32mol ATP
糖的有氧氧化主要受能量供需平衡调节
丙酮酸脱氢酶复合体调节乙酰 CoA 的生成速率
¤对丙酮酸脱氢酶复合体的调节: §别构抑制剂:乙酰CoA、NADH、ATP §别构激活剂:AMP、ADP、NAD+、钙离子。 §乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+上升时,其活性也受到抑制。
三羧酸循环的关键酶调节乙酰 CoA的氧化速率
¤柠檬酸合酶(限速酶): §受 ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA抑制。 §受乙酰CoA、草酰乙酸激活。 ¤异柠檬酸脱氢酶 §NADH、ATP可抑制此酶。 §ADP可活化此酶,当缺乏 ADP时就失去活性。 ¤a酮戊二酸脱氢酶 §受NADH 和琥珀酰CoA抑制。
糖的有氧氧化各阶段相互协调
1.通过共同的代谢物别构调节各阶段的关键酶 2.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
肌组织在有氧条件下,糖的有氧氧化活跃,而无氧氧化则受到抑制,这一现象称为巴斯德效应。
磷酸戊糖途径
定义
¤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
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)。
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
UDPG(焦磷酸化酶)可看作活体葡萄糖,在体内充当葡萄糖供体。
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)
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,胞浆内进行。
葡糖-1-磷酸可转变为葡糖-6-磷酸
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,糖原磷酸化酶催化。
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
是一类遗传性代谢病,病人某些组织器官中出现大量糖原堆积的现象,其病因是先天性缺乏糖原代谢的相关酶类。
糖异生
概述
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
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
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
因此丙酮酸需先进入线粒体,草酰乙酸再运出。
生成草酰乙酸
丙酮酸羧化酶
只存在于线粒体
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
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。
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。
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)
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
(1)促进肌细胞、脂肪细胞摄取葡萄糖。 (2)促进糖原合成,抑制精原分解。 (3)加快糖有氧氧化。 (4)抑制糖异生作用。 (5)减缓脂肪的动员,从而减少脂肪酸对糖氧化的抑制。
升高血糖的激素
胰高血糖素
(1)促进肝糖原分解 (2)促进糖异生 (3)促进脂肪动员
糖皮质激素
(1)促进糖异生 (2)抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖 (3)协助促进脂肪的动员
肾上腺素
(1)加速糖原分解。 (2)促进肌糖原酵解生成乳酸,加快糖异生。
糖代谢障碍导致血糖水平异常
糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病
低血糖
低于2.8mmol/L
高血糖
空腹高于7mmol/L
高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应
执业大纲 1.糖的分解代谢 (1)糖酵解和无氧氧化的基本途径、关键酶和生理意义 (2)糖有氧氧化的基本途径、关键酶和生理意义 (3)三羧酸循环的生理意义 2.糖原的合成与分解 (1)肝糖原的合成 (2)肝糖原的分解 3.糖异生 (1)基本途径和关键酶 (2)生理意义 (3)乳酸循环 4.磷酸戊糖途径 (1)磷酸戊糖途径的关键酶和重要的产物 (2)生理意义 5.血糖及其调节 (1)血糖浓度 (2)胰岛素的调节 (3)胰高血糖素的调节 (4)糖皮质激素的调节