糖代谢

糖代谢知识点总结，包括糖的摄取与利用、糖的无氧氧化、糖的有氧氧化、磷酸戊糖途径、糖原的合成与分解等内容。

06 第六章 糖代谢

• 血糖及其调节
  • 血糖的来源和去路相对平衡
    • 血糖的来源有 3 个
      • 饱食时，食物消化吸收提供血糖
      • 短期饥饿时，肝糖原分解补充血糖
      • 长期饥饿时，非糖物质通过糖异生补充血糖
    • 血糖的去路有 4 个
      • 1.有氧氧化分解供能
      • 2.合成肝糖原和肌糖原储备
      • 3.转变成其他糖
      • 4.转变成脂肪或者氨基酸
      • 饱食时，这4个去路均活跃；短期饥饿时，仅有氧氧化通路保持开放；长期饥饿时，所有去路都关闭以节约葡萄糖
  • 血糖水平的平衡主要受激素调节
    • 胰岛素是唯一降低血糖的激素
      • 胰岛素降低血糖的机制是使血糖去路增强、来源减弱，主要包括
        • ①促进肌、脂肪细胞等通过葡萄糖转运蛋白摄取葡萄糖
        • ②通过激活磷酸二酯酶而降低cAMP水平，使糖原合酶被活化、磷酸化酶被抑制，从而加速糖原合成、抑制糖原分解
        • ③通过激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶而使丙酮酸脱氢酶活化，加快糖的有氧氧化
        • ④抑制肝内糖异生，这一方面是因为磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成受到抑制，另一方面是由于氨基酸加速合成肌蛋白质从而使糖异生的原料减少
        • ⑤通过抑制脂肪组织内的激素敏感性脂肪酶，减少脂肪动员而以葡萄糖分解来获取能量
    • 体内有多种升高血糖的激素
      • 胰高血糖素是升高血糖的主要激素
        • 胰高血糖素升高血糖的机制是使血糖来源增强、去路减弱，主要包括
          • ①诱导依赖cAMP的磷酸化反应，抑制糖原合酶而激活磷酸化酶，加速肝糖原分解
          • ②通过抑制磷酸果糖激酶 2、激活果糖二磷酸酶-2，从而减少果糖-2 ,6-二磷酸的合成。由于后者是磷酸果糖激酶-1 的最强的别构激活剂,也是果糖二磷酸酶-1的抑制剂，故糖酵解被抑制而糖异生则加速
          • ③抑制肝内丙酮酸激酶从而阻止磷酸烯醇式丙酮酸进行糖酵解，同时促进磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，使糖异生加强
          • ④激活脂肪组织内激索敏感性脂肪酶,以脂肪分解供能而节约血中的葡萄糖
      • 糖皮质激素可升高血糖
        • 糖皮质激素可升高血糖糖皮质激素升高血糖的机制主要
          • ①促进肌蛋白质分解而使糖异生的原料增多，同时使磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成加强，从而加速糖异生
          • ②通过抑制丙酮酸的氧化脱羧,阻止体内葡萄糖的分解利用
          • ③协同增强其他激素促进脂肪动员的效应,促进机体利用脂肪酸供能
      • 肾上腺素是强有力的升高血糖的激素
  • 糖代谢障碍导致血糖水平异常
    • 低血糖是指血糖浓度低于 2.8mmol/L
      • 出现低血糖的病因;;
        • ①胰性(胰岛β细胞功能亢进、胰岛a细胞功能低下等)
        • ②肝性(肝癌、糖原累积症等)
        • ③内分泌异常(垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等)
        • ④肿瘤(胃癌等)
        • ⑤饥饿或不能进食者等
    • 高血糖是指空腹血糖高于 7. 1mmol/L
      • 引起糖尿的可能原因;
        • ①遗传性胰岛素受体缺陷
        • ②某些慢性肾炎、肾病综合征等使肾重吸收糖发生障碍，但血糖及糖耐量曲线均正常
        • ③情绪激动引起交感神经兴奋，肾上腺素分泌增加，使肝糖原大量分解
        • ④临床上静脉滴注葡萄糖速度过快，使血糖迅速升高
  • 高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应
• 葡萄糖的其他代谢产物
  • 糖醛酸途径生成葡糖醛酸
    • 对人类而言，糖醛酸途径的主要生理意义是生成活化的葡糖醛酸一UDPGA
  • 多元醇途径生成木糖醇、山梨醇等
  • 2，3-二磷酸甘油酸旁路调节血红蛋白运氧
• 糖异生
  • 糖异生不完全是糖酵解的逆反应
    • 丙酮酸经丙酮酸羧化支路生成磷酸烯醇式丙酮酸
    • 果糖-1,6-二磷酸转变为果糖-6-磷酸
    • 葡糖-6-磷酸水解为葡萄糖
  • 糖异生的调控主要是对 2 个底物循环的调节
    • 维持血糖恒定是糖异生最重要的生理作用
      • 即使在饥饿状况下，机体也需消耗一定量的葡萄糖，以维持生命活动
      • 糖异生最主要的生理意义是饥饿时维持血糖水平恒定，其主要原料为乳酸、生糖氨基酸和甘油
  • 糖异生的主要生理意义是维持血糖恒定
    • 糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径
      • 三碳途径既能解释肝摄取葡萄糖能力虽低，但仍可合成糖原；又可解释为什么进食2 ~3小时内，肝仍要保持较高的糖异生活性
    • 肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡
      • 长期饥饿时，肾糖异生增强，有利于维持酸碱平衡。长期禁食后，酮体代谢旺盛，引起体液，pH降低，促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，从而使肾的糖异生作用增强
  • 骨骼肌中的乳酸在肝中糖异生形成乳酸循环
    • 葡萄糖释人血液后又可被肌摄取，由此构成了一个循环，称为乳酸循环，又称 Cori 循环
    • 乳酸循环的形成
    • 取决于肝和肌组织中酶的特点：肝内糖异生活跃，又有葡糖-6-磷酸酶，可将葡糖-6-磷酸水解生成葡萄糖；而肌内糖异生活性低，且没有葡糖-6-磷酸酶，因此肌内生成的乳酸不能异生释出葡萄糖
    • 乳酸循环具有重要的生理意义，既能回收乳酸中的能量，又可避免因乳酸堆积而引起酸中毒。乳酸循环是耗能的过程，2 分子乳酸异生成葡萄糖需消耗 6 分子 ATP
• 糖原的合成与分解
  • 糖原合成是由葡萄糖连接成多聚体
    • 葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖
    • 尿苷二磷酸葡萄糖连接形成直链和支链
      • UDPG 的葡萄糖基不能直接与游离葡萄糖连接，而只能与糖原引物相连
  • 糖原分解从非还原末端进行磷酸解
    • 糖原磷酸化酶分解α-1 ,4-糖苷键
    • 脱支酶分解α-1 ,6-糖苷键
  • 糖原的合成与分解受严格调控
    • 糖原磷酸化酶受化学修饰和别构调节
      • 磷酸化的糖原磷酸化酶是活性形式
      • 糖原磷酸化酶受别构调节
    • 糖原合酶受化学修饰和别构调节
      • 去磷酸化的糖原合酶是活性形式
      • 糖原合酶受别构调节
        • 糖原合酶的别构调节实际上取决于细胞内的能量状态
  • 糖原累积症是由先天性酶缺陷所致
    • 糖原累积症是指由于体内先天性缺乏糖原代谢的酶类，导致某些组织器官中大量糖原堆积，属于遗传性代谢病
    • 缺乏肝糖原磷酸化酶时，婴儿仍可成长，肝糖原沉积导致肝肿大
    • 缺乏葡糖6-磷酸酶，则不能动用肝糖原维持血糖
    • 溶酶体的a葡萄糖苷酶可分解α-1 ,4-糖苷键和α-1 ,6-糖苷键，缺乏此酶使所有组织均受损，患者常因心肌受损而猝死
• 糖的消化吸收与运转 P112
  • 糖消化后以单体形式吸收
    • 糖类被消化成单糖后才能在小肠被吸收
    • 葡萄糖被小肠黏膜细胞吸收后经门静脉进人血循环，供身体各组织利用。肝对于维持血糖稳定发挥关键作用。当血糖较高时，肝通过糖原合成和分解葡萄糖来降低血糖；当血糖较低时，肝通过糖原分解和糖异生来升高血糖
  • 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人细胞。这是依赖葡糖转运蛋白实现的
    • 葡萄糖摄取障碍可能诱发高血糖。进食高碳水化合物饮食后,血糖迅速升高，引起胰岛素分泌，胰岛索可以使原先位于脂肪细胞和肌细胞内囊泡中的 GLUT4 重新分布于细胞膜，从而促进这些细胞摄取并利用血糖。I型糖尿病患者由于胰岛索分泌不足，无法使脂肪和肌组织中的 GLUT4 转位至细胞膜，阻碍了血中葡萄糖转运进人这些细胞
• 糖的无氧氧化 P112
  • 糖的无氧氧化分为糖酵解和乳酸生成两个阶段
    • 葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸
      • 葡萄糖磷酸化生成葡糖-6-磷酸
      • 葡糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸
      • 果糖-6-磷酸转变为果糖-1 ,6-二磷酸
      • 磷酸二羟丙酮转变为 3-磷酸甘油醛
      • 磷酸二羟丙酮转变为 3-磷酸甘油醛
      • 3-磷酸甘油醛氧化为 1 ,3-二磷酸甘油酸
      • 1 ,3-二磷酸甘油酸转变成 3-磷酸甘油酸
      • 3-磷酸甘油酸转变为 2-磷酸甘油酸
      • 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
      • 磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸基转移给 ADP 生成 ATP 和丙酮酸
    • 丙酮酸被还原为乳酸
  • 糖酵解的调控是对 3 个关键酶活性的调节
    • 磷酸果糖激酶-1 对调节糖酵解速率最重要
      • 调节糖酵解流量最重要的是磷酸果糖激酶-1 的活性
      • 果糖-2,6-二磷酸是磷酸果糖激酶-1最强的别构激活剂,在生理浓度范围(μmol水平)内即可发挥效应。其作用是与 AMP 一起取消 ATP、柠檬酸对磷酸果糖激酶-1的别构抑制作用
    • 丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点
      • 果糖-1,6-二磷酸是丙酮酸激酶的别构激活剂，而ATP则有抑制作用
    • 己糖激酶受到反馈抑制调节
      • 已糖激酶受其反应产物葡糖-6-磷酸的反馈抑制，而葡萄糖激酶由于不存在葡糖-6-磷酸的别构部位，故不受葡糖-6-磷酸的影响。长链脂酰 CoA 对其有别构抑制作用，这在饥饿时减少肝和其他组织分解葡萄糖有一定意义。胰岛索可诱导葡糖激酶基因的转录，促进酶的合成
  • 糖无氧氧化的主要生理意义是机体不利用氧快速供能
    • 糖无氧氧化最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌收缩更为重要。肌内 ATP 含量很低，仅5-7umol/g新鲜组织，只要肌收缩几秒钟即可耗尽。这时即使氧不缺乏，但因葡萄糖进行有氧氧化的反应过程较长，来不及满足需要,而通过糖无氧氧化则可迅速得到 ATP
  • 其他单糖可转变成糖酵解的中间体
    • 果糖被磷酸化后进入糖酵解
    • 半乳糖转变为葡糖-1-磷酸进入糖酵解
    • 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
    • 葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸(同糖无氧氧化的第一阶段)
    • 丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰 CoA
      • 丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应分为5步
        • 1.丙酮酸脱发形成羟乙基-TPP。TPP噻唑环上的N与S之间活泼的碳原子可释放出H+，而成为碳离子，与丙酮酸的羰基作用，产生CO2，同时形成羟乙基-TPP
        • 2.由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化使羟乙基-TPP-E2 上的羟乙基被氧化成乙酰基，同时转移给硫辛酰胺,形成乙酰硫辛酰胺-E2
        • 3.二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)继续催化，使乙酰硫辛酰胺上的乙酰基转移给辅酶 A 生成乙酰 CoA 后，离开酶复合体，同时氧化过程中的 2 个电子使硫辛酰胺上的二硫键还原为 2 个巯基
        • 4.二氢硫辛酰胺脱氢酶(E2)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢重新生成硫辛酰胺,以进行下一轮反应，同时将氢传递给FAD，生成 FADH2
        • 5.在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E2)催化下，将FADH2上的氢转移给NAD+，形成NADH+H+
    • 乙酰CoA进入柠檬酸循环以及氧化磷酸化生成ATP
  • 柠檬酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统
    • 柠檬酸循环由八步反应组成
      • 1.乙酰 CoA 与草酰乙酸缩合成柠檬酸
      • 2.柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸
      • 3.异柠檬酸氧化脱羧转变为 α-酮戊二酸
      • 4.α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoA
      • 5.琥珀酰 CoA 合成酶催化底物水平磷酸化反应
      • 6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸
      • 7.延胡索酸加水生成苹果酸
        • 延胡索酸酶催化此可逆反应
      • 8.苹昊酸脱氢生成草酰乙酸
    • 柠檬酸循环在三大营养物质代谢中具有重要生理意义
      • 柠檬酸循环是三大营养物质分解产能的共同通路
      • 柠檬酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽
  • 糖有氧氧化是糖分解生成 ATP 的主要方式
    • 糖的有氧氧化是产能的主要途径
  • 糖有氧氧化的调节
    • 丙酮酸脱氢酶复合体的调节
      • 丙酮酸脱氢酶复合体的酶活性调节方式有两种：别构调节和化学修饰
      • 一方面，丙酮酸脱氢酶复合体的反应产物乙酰 CoA 和 NADH+H+ 对酶有别构抑制作用。当乙酰 CoA/CoA 比例升高时，酶活性被抑制。NADH/NAD+ 比例升高也有同样的作用。这两种情况见于饥饿、大量脂肪酸被分解利用时,此时糖的有氧氧化被抑制，大多数组织器官以脂肪酸作为能源以确保葡萄糖对脑等重要组织的供给。ATP对丙酮酸脱氢酶复合体也有别构抑制作用，AMP则能激活之
      • 另一方面，在丙酮酸脱氢酶激酶催化下，丙酮酸脱氢酶复合体可被磷酸化而失去活性；丙酮酸脱氢酶磷酸酶则使之去磷酸化而恢复活性。乙酰 CoA 和 NADH+H+ 也可间接通过增强丙酮酸脱氢酶激酶的活性而使酶失活
  • 柠檬酸循环的调节
    • 柠檬酸循环有 3 个关键酶
      • 在柠檬酸循坏中有3步不可逆反应，分别由柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和 α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化
    • 柠檬酸循环与上游和下游反应相协调
      • 氧化磷酸化的速率对柠檬酸循环的运转也起着非常重要的作用。柠檬酸循环中有4次脱
      • 氢反应，从代谢物脱下的氢分别为NAD+和FAD所接受,然后H和e通过电子传递链进行氧化
      • 磷酸化。如不能有效进行氧化磷酸化,NADH+H+和FADH,仍保持还原状态,则柠檬酸循环中的
  • 糖有氧氧化可抑制糖无氧氧化
    • 酵母菌在无氧时进行生醇发酵；将其转移至有氧环境,生醇发酵即被抑制。这种有氧氧化抑制生醇发酵(或糖无氧氧化)的现象称为巴斯德效应
• 磷酸戊糖途径
  • 磷酸戊糖途径分为两个反应阶段
    • 第一阶段是氧化反应
    • 第二阶段是一系列基团转移反应
  • 磷酸戊糖途径主要受 NADPH/NADP+ 比值的调节
    • 葡糖-6-磷酸可进入多条代谢途径。葡糖-6-磷酸脱氢酶是磷酸戊糖途径的关键酶,其活性决定葡糖-6-磷酸进人此途径的流量
  • 磷酸戊糖途径的生理意义是生成 NADPH 和磷酸戊糖
    • 为核酸的生物合成提供核糖
    • 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 可维持谷胱甘肽的还原状态