糖代谢

生物化学第五章糖代谢：磷酸戊糖途径：概述：在细胞中，除有氧氧化和无氧氧化分解产能外还存在其他不产能的分解代谢途径，即磷酸戊糖途径。

糖代谢

• 糖的摄取和利用
  • 糖消化后以单体形式吸收
    • 子主题
  • 血糖
    • 定义：指血中的葡萄糖
    • 血糖浓度的正常值；3.9~6.0mmol/L
    • 血糖恒定的意义：保证正常脑组织的能量供应
    • 血糖的来源和去路
• 糖酵解
  • 定义：一分子葡萄糖在细胞质中可裂解为两分子的丙酮酸
  • 上述前五步是糖酵解的耗能阶段，1分子葡萄糖经两次磷酸化消耗2分子ATP.后五步是糖酵解的产能阶段，2分子磷酸丙糖经两次底物水平磷酸化变成两分子丙酮酸，总共生成4ATP，净生成2ATP
  • 关键酶：己糖激酶，磷酸果糖激酶-1，丙酮酸激酶
  • 三个关键酶的活性决定糖酵解的调节
    • 糖酵解的大多数反应是可逆的，这些可逆反应的方向，速率由底物和产物的浓度控制，3个不可逆反应速率慢，由催化剂催化，是控制糖酵解流量的3个关键酶，其活性受到别构抑制剂和激素的调节。
    • 磷酸果糖激酶-1（PFK-1)
      • 是糖酵解调节速率最重要的酶
      • 别构抑制剂：ATP,柠檬酸
      • 别构激活剂
        • AMP：与ATP竞争结合位点，从而抵消ATP的作用
        • 果糖-1，6-二磷酸：正反馈
        • 果糖-2，6-磷酸：最强的别构激活剂
    • 丙酮酸激酶
      • 别构激活剂：果糖-1，6-二磷酸
      • 别构抑制剂：ATP
    • 己糖激酶HK
      • 受反馈调节
      • G-6-P抑制其活性
      • 注意：GK（肝葡糖激酶）其活性调节有：长链脂酰CoA抑制；胰岛素激活
• 糖的无氧氧化
  • 糖酵解
  • 丙酮酸还原为乳酸
  • 意义
    • 机体在缺氧时快速供能的有效办法
    • 某些细胞在供氧正常情况下供能的有效方式
      • 例如：无线粒体的细胞（成熟红细胞） 代谢活跃的细胞（神经细胞，视网膜细胞）
• 糖的有氧氧化
  • 三个阶段
    • 糖酵解
    • 丙酮酸脱氢脱羧成乙酰CoA
      • 丙酮酸在线粒体经5步反应氧化脱羧生成乙酰CoA
      • 由丙酮酸脱氢酶复合体催化
        • 三种酶：E1,E2,E3按比例组合而成
        • 五种辅因子：“赴美留学时小心法国的尼龙线”——CoA,焦磷酸硫胺素（TPP),硫辛酸，FAD,NAD+
    • 三羧酸循环
      • 图示
      • "宁异勿同，二虎言平，一同平虎，两虎一能“
      • 四次脱氢
        • 异柠檬酸脱氢
        • a-酮戊二酸氧化脱羧
        • 琥珀酸脱氢
        • 苹果酸脱氢
      • 一次底物水平磷酸化
      • 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生成速率
          • 抑制剂：ATP,乙酰CoA,NADH
          • 激活剂：AMP,CoANAD+
        • 三羧酸循环的关键酶调节乙酰CoA的氧化速率
        • 糖的有氧氧化各阶段相互协调
      • 意义
        • 三大营养物质共同氧化的途径
        • 三大物质代谢联系枢纽
        • 供能：脱氢，氧化磷酸化
          • 供能
            • 生成ATP的计算
              • 规则：每分子NADH的氢传递给氧时，可生成2.5分子ATP；每分子FAD可生成1.5ATP
              • 第一阶段：5/7ATP
              • 第二阶段：5ATP
              • 第三阶段：20ATP
• 磷酸戊糖途径
  • 概述：在细胞中，除有氧氧化和无氧氧化分解产能外还存在其他不产能的分解代谢途径，即磷酸戊糖途径
  • 部位：胞浆（2个阶段），由G-6-P开始生成F-6-P和三磷酸甘油醛
  • 产物：2分子NADPH,2-磷酸核糖，1分子CO2
  • 具体流程
    • 关键酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶
      • 激活:NADPH/NADP+比值下降
      • 抑制：NADPH/NADP+比值上升
  • 意义
    • 提供5-磷酸核糖和NADPH以及H+,即提供核酸合成原料以及递氢体
      • NADPH去路
        • 主要供氢体：加氢反应
        • 羟化反应：胆汁酸，类固醇激素
        • 使GSH处于还原状态
• 糖原的合成与分解
  • 糖原的合成
    • 糖原是机体内糖的主要储存形式
    • 关键酶：糖原合酶
    • 过程
    • 特点
      • 糖原合成需要引物，不能从单糖直接合成，类似于DNA合成
      • UDPG是葡萄糖的活性形式
      • 分支靠分支酶以a-1,6-糖苷键形式连接，主链是以a-1,4-糖苷键连接
        • 形成一分子糖苷键消耗1分子ATP
        • 分支与分支之间至少相隔4个
      • 糖原合成时，当糖链长度达11个或以上，分支酶从该链的非还原糖端将约6~7个葡萄糖转移到邻近的糖链上
      • 糖原合成是耗能过程，生成1分子G-6-P消耗1分子ATP,焦磷酸水解成2分子磷酸时又消耗两分子ATP,糖原合酶催化反应时，生成UDP必须利用ATP重新生成UTP,即消耗1分子ATP
  • 糖原的分解
    • 概述：糖原分解是指糖原分解为G-6-P而被机体利用的过程
    • 关键酶：糖原磷酸化酶
    • 部位：细胞液
    • 过程
      • 糖原磷酸化酶分解a-1,4-糖苷键释出葡糖-1-磷酸
      • 脱支酶分解a-1,6-糖苷键释出游离葡萄糖
      • 肌肉中无G-6-P酶故不能将G-6-P转化成G
  • 糖原合成与分解的关键酶活性调节彼此相反
    • 磷酸化修的糖原磷酸化酶是活化形式
    • 去磷酸化的糖原合酶是活性形式
    • 激素调节
      • 分解
        • 肾上腺素调节
        • 胰高血糖素
      • 合成
        • 胰岛素
    • 别构调节
• 糖异生
  • 概念：非糖物质转变葡萄糖的过程
  • 原料：丙酮酸，甘油，乳酸，氨基酸
  • 具体过程
    • 三步决速步骤
      • • 丙酮酸羧化酶只存在于线粒体中
        • 丙酮酸转变为草酰乙酸在线粒体内，二草酰乙酸徐转运出线粒体才能进行下一步
          • 草酰乙酸出线粒体的两种方式
            • 苹果酸转运
            • 天冬氨酸转运
    • 四个关键酶；其中丙酮酸羧化酶最重要
    • 图示
  • 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储备的重要途径
    • 肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡
  • 乳酸的糖异生
    • 肌收缩产生的乳酸在肝内糖异生形成乳酸循环
    • 1分子乳酸糖异生成葡萄糖需消耗3ATP
• 葡萄糖的其他代谢途径
  • 糖醛酸途径生成葡糖醛酸
    • 是指以葡糖醛酸为中间产物的葡萄糖代谢途径
    • 首先葡糖-6-磷酸转变为尿苷二磷酸葡萄糖，
      • 然后在UDPG脱氢酶的催化下，UDPG氧化生成尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDPGA)
        • 后者再转变为木酮糖-5-磷酸与磷酸戊糖连接
  • 多元醇途径生成少量多元醇
• 血糖及其调节
  • 血糖水平保持恒定
  • 血糖稳定主要受激素调节
    • 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（主要）
      • 糖皮质激素
      • 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
  • 高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应
• 肝（肌）糖原
• 脂肪，氨基酸
• 其他糖
• 丙酮酸
• 非糖物质
• 肝糖原
• 食物糖
• 血糖