糖代谢思维导图

一张思维导图带你学习生物化学第九版糖代谢的知识，包括糖的摄取和利用、血糖及其调节、糖的无氧氧化、糖异生、糖原合成与分解等。

糖代谢

• 糖的摄取和利用
  • 糖消化后以单体形式吸收
    • 单糖形式被小肠吸收
    • 通过钠离子依赖性葡糖转运蛋白（SGLT）转运，存在于小肠粘膜和肾小管上皮
  • 细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白
    • 依赖葡糖转运蛋白（GLUT）
    • GLUT1和3与葡萄糖亲和力较高
    • GLUT2存在于肝和胰，与葡萄糖亲和力低
    • GLUT4存在于肌和脂肪组织，以胰岛素依赖的方式摄取葡萄糖
    • GLUT5主要分布与小肠，果糖进入细胞的重要转运载体
  • 体内糖代谢涉及分解，储存和合成三方面
• 糖的无氧氧化
  • 糖酵解
    • 定义
    • 葡萄糖分解为两分子丙酮酸
      • 葡萄糖磷酸化生成G-6-P
        • 反应不可逆，第一个限速过程，耗能
        • 己糖激酶，肝中为IV型（葡萄糖激酶，对葡萄糖的亲和力低，受激素调控，对G-6-P反馈机制不敏感）
      • 葡糖-6磷酸转变为果糖-6-磷酸
        • 可逆反应，需要镁离子
        • 磷酸己糖异构酶
      • 果糖-6-磷酸转变为果糖-1，6-磷酸
        • 反应不可逆，第二个限速过程，耗能
        • 磷酸果糖激酶-～（PFK-1）
      • 果糖-1，6-磷酸裂解成两分子磷酸丙糖
        • 可逆，分解成磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛
        • 醛缩酶
          • 有三个同工酶，其中B类的底物还可以是F-1-P，缺乏会导致果糖不耐受
      • 磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛
        • 可逆
        • 磷酸丙糖异构酶
        • 磷酸二羟丙酮还可转变为α-磷酸甘油，是联系葡萄糖代谢和脂肪代谢的重要枢纽
      • 3-磷酸甘油醛氧化为1，3-二磷酸甘油酸
        • 可逆，唯一的脱氢反应，其氢离子可以为丙酮酸被还原为乳糖时使用
        • 3-磷酸甘油脱氢酶（GAPDH）
          • 受砷化物抑制
        • 生成含高能磷酸键的酸酐
      • 1，3-二磷酸甘油酸转变为3磷酸甘油酸
        • 可逆，逆反应耗能
        • 生成ATP，磷酸甘油酸激酶
        • 底物水平磷酸化
      • 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸
        • 可逆
        • 磷酸甘油酸变位酶
      • 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
        • 引起分子内部电子重排和能量重新分布，形成高能磷酸键
        • 烯醇化酶（对镁离子依赖性极高，可用F与镁离子结合以达到抑制作用）
      • 磷酸烯醇式丙酮酸底物水平磷酸化生成丙酮酸
        • 不可逆，第三个限速步骤，生成能量
        • 丙酮酸激酶（PK）
      • 总共生成4分子ATP，前期消耗2分子，净生成2分子
  • 丙酮酸被还原为乳酸
    • 乳酸脱氢酶（LDH）催化
    • 还原所需氢离子来源于NADH和第六步的氢离子
  • 小结
    • 反应部位：胞质
    • 不用氧的产能过程
    • 有三步不可逆，可以用别的酶使反应反向进行
    • 方式：底物水平磷酸化
    • 终产物：乳糖，ATP（2分子）
  • 糖酵解的调节取决于三个关键酶活性
• 糖的有氧氧化
  • 葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸
  • 丙酮酸进入线粒体氧化脱羧形成乙酰CoA
    • 此反应绝对不可逆
    • 丙酮酸脱氢酶复合体催化
      • 丙酮酸脱氢酶（E1），需要TPP，镁离子
      • 二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2），需要硫辛酸，CoA
      • 二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3），需要FAD，NAD+
  • 乙酰CoA经三羧酸循环及氧化磷酸化提供能量
  • 三羧酸循环使乙酰CoA彻底氧化
    • 八步反应
      • 乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸
        • 第一个限速步骤
        • 柠檬酸核酶，对草酰乙酸Km很低，可快速进行
        • 不可逆
      • 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸
        • 顺乌头酸酶
        • 柠檬酸与异柠檬酸是可逆互变
      • 异柠檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸
        • 异柠檬酸脱氢酶
        • 产生二氧化碳和NADH+氢离子
        • 第一次氧化脱羧，第二个限速步骤
      • α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA
        • 生成NADH+氢离子和二氧化碳
        • α-酮戊二酸脱氢酶复合体
        • 形成高能硫酯键，第二次氧化脱羧，第三个限速步骤
      • 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化
        • 水解生成琥珀酸，高能磷酸键
        • 唯一的底物水平磷酸化（三羧酸循环内）
        • 琥珀酰CoA合成酶具有同工酶，分别以GDP，ADP为辅因子，生成GTP，ATP，具有组织偏好
      • 琥珀酸脱氢形成延胡索酸
        • 琥珀酸脱氢酶，辅因子是FAD，生成FADH2
        • 三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶
        • 丙二酸竞争性抑制琥珀酸脱氢酶作用，减缓TCA速率
      • 延胡索酸加水生成苹果酸
        • 延胡索酸酶
        • 可逆
      • 苹果酸脱氢生成草酰乙酸
        • 苹果酸脱氢酶
        • 第四次脱氢
        • 生成NADH和氢离子
        • 可逆反应
    • TCA在营养代谢种的地位
      • 三大营养物质分解产能的共同通路
      • 糖，脂肪，氨基酸代谢联系的枢纽
        • 饱食时糖可以转变为脂肪
        • 乙酰CoA可以作为细胞质中脂肪酸合成及胆固醇合成的原料
        • 绝大部分氨基酸可以转变成糖
  • 糖的有氧氧化是糖分解供能的主要方式
  • 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
    • 别构调节
      • 细胞内能量状态
        • ATP抑制，AMP激活
      • 代谢产物生成量
        • 反应产物乙酰辅酶W和NADH抑制，底物激活
    • 化学修饰
      • 丙酮酸脱氢酶激酶催化使其磷酸化失活，丙酮酸脱氢酶磷酸酶使其去磷酸化恢复活性
  • TCA循环的关键酶调节乙酰CoA的氧化速率
    • 底物的别构激活
    • 产物的别构抑制
    • 能量状态的调节
    • 钙离子的激活
      • 钙离子浓度升高可激活
  • 糖氧化产能方式的选择有组织偏好
    • 巴斯德效应
    • 瓦伯格效应
• 磷酸戊糖途径
  • 是指从G-6-P开始形成旁路，通过氧化，基团转移两个阶段形成F-6-P和3-磷酸甘油醛从而返回糖酵解
    • 磷酸戊糖途径不能产生ATP，但可以生成NADPH和磷酸核糖
  • 两个阶段
    • 氧化阶段生成NADPH和磷酸核糖
      • G-6-P在G-6-PD催化下氧化成6-磷酸葡糖酸内酯
        • 生成NADPH
      • 由内酯酶催化生成6-磷酸葡糖酸
      • 由6-磷酸葡萄酸脱氢酶催化生成核酮糖-5-磷酸
        • 生成NADPH和CO2
      • 核酮糖-5-磷酸经异构酶催化转换成核糖-5-磷酸或者经差向异构酶催化转变成木酮糖-5-磷酸
    • 基团转移阶段生成磷酸己糖和磷酸丙糖
      • 需要三分子磷酸戊糖进入第二阶段
  • 磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADP+比值的调节
    • 比值升高，途径被抑制
  • 磷酸戊糖途径是NADPH和磷酸核糖的主要来源
    • 对于脂质合成旺盛的组织（肝，脂肪组织，哺乳期乳腺），增殖活跃组织（骨髓 肿瘤），红细胞等磷酸戊糖途径旺盛
    • 磷酸核糖参与核酸合成
    • 提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应
      • 合成代谢供氢体
      • 参与羟化反应
      • 维持谷胱甘肽的还原状态
• 糖原合成与分解
  • 糖原是葡萄糖的多聚体，是动物体内糖的储存形式。葡萄糖单位之间由α1-4糖苷键，分支是1-6
  • 糖原合成是将葡萄糖连接成多聚体
    • 葡萄糖生成糖原的过程，主要发生在肝和肾
    • 葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖
      • 葡萄糖经糖酵解生成G-6-P，然后继续变位生成G-1-P，再生成UDPG，UDGP是葡萄糖的活化形式
      • 糖原合成起始需要引物
        • 糖原蛋白是起始物，是蛋白酪氨酸-葡糖基转移酶，可对自身进行糖基化修饰
      • UDPG中葡萄糖基连接形成支链和直链
        • 糖原合酶是糖原合成过程中的关键酶，能使糖链不断延长，但不能形成分支
        • 分支酶将非还原末端6～7个葡萄糖基转移到邻近糖链上，α1-6糖苷键连接形成分支
      • 糖原合成耗能
        • G-6-P消耗一个ATP，焦磷酸水解成两分子磷酸时又损失一个高能磷酸键，总共2个ATP
  • 糖原分解是从非还原末端进行磷酸解
    • 糖原分解不是糖原合成的逆反应
      • 糖原磷酸化酶分解α-1-4糖苷键释放出G-1-P
        • 糖原磷酸化酶，不能作用于分支
      • 脱支酶分解α-1-6糖苷键释放出游离葡萄糖
        • 距分支点4个葡萄糖基时，由于空间位阻，糖原磷酸化酶不能发挥作用，葡聚糖转移酶将3个葡萄糖基转移到邻近糖链的末端，剩余一个葡萄糖在α1-6葡萄糖苷酶作用下水解成游离葡萄糖，同一种酶的两种活性，合成脱支酶
      • 肝利用G-6-P生成葡萄糖而肌不能
        • 肝内存在G-6-PD，肌不具备
  • 糖原合成与分解的关键酶活性调节彼此相反
    • 磷酸化修饰对两个关键酶进行反向调解
      • 磷酸化的糖原磷酸化酶是活性形式
      • 去磷酸化是糖原合酶的活性形式
    • 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
      • 肌糖原分解主要受肾上腺素调节
      • 糖原合成主要受胰岛素调节
    • 肝糖原和肌糖原分解受不同的别构剂调节
      • 肝糖原磷酸化酶主要受葡萄糖别构抑制，果糖16二磷酸，果糖1磷酸也别构抑制
      • 肌糖原分解主要受能量和钙离子的别构调节
  • 糖原贮积症由先天性酶缺陷所致
    • I型缺陷G-6-PD，肝肾受害
• 糖异生
  • 由非糖化合物（乳酸，甘油，生糖氨基酸）转变为葡萄糖或糖原的过程
  • 糖异生不完全是糖酵解的逆反应
    • 乳酸和一些生糖氨基酸经由丙酮酸进行糖异生
      • 丙酮酸经丙酮酸缩化支路生成磷酸烯醇式丙酮酸
        • 包括两步反应，一个是丙酮酸羧化酶，辅因子生物素的作用下生成草酰乙酸，第二个反应是磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，消耗一个高能磷酸键，将草酰乙酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸
      • 将草酰乙酸运出线粒体的方式有两种
        • 苹果酸转运
          • 线粒体内苹果酸脱氢酶催化，伴随NADJ从线粒体到细胞质的转运
        • 天冬氨酸转运
          • 由线粒体内谷草转氨酶催化，无NADH伴随转运
      • 果糖-1，6-二磷酸水解为果糖-6-磷酸
      • 葡糖-6-磷酸水解为葡萄糖
  • 糖异生和糖酵解反向调节主要针对两个底物循环
    • 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
    • F-2，6-P和AMP反向调节第一个底物循环
    • 磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸的互变
      • 丙酮酸激酶受果糖-1，6-二磷酸激活，丙氨酸抑制，胰高血糖素减弱糖酵解
      • 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶受激素诱导的含量调节，胰高血糖素加快糖异生
      • 丙酮酸羧化酶受乙酰辅酶A的别构激活
  • 糖异生的生理意义
    • 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的重要途径
    • 肾糖异生增强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（Cori循环）
    • 乳酸通过细胞膜弥散进入血液后入肝，在肝内异生为葡萄糖，葡萄糖释入血后又可以被肌摄取，由此构成一个循环
    • 两分子乳酸异生成六分子葡萄糖
• 血糖及其调节
  • 血糖指血中的葡萄糖
  • 子主题
• TCA特点
  • 四次脱氢三分子NADH和一分子FADH2
  • 两次脱羧两分子二氧化碳
  • 一次底物水平磷酸化生成一分子ATP（GTP）
  • 整个循环不可逆
  • 线粒体产生
• 激酶
  • 以ATP提供的磷酸加到底物上
  • 反应单向
  • 往往以底物命名