糖代谢

糖代谢思维导图：糖原的合成与分解、糖异生、血糖调节、磷酸戊糖途径、有氧氧化、无氧氧化（葡萄糖→葡糖－6符号－磷酸己糖激酶 消耗ATP）等等

糖代谢

• 糖的摄取和利用
  • 糖消化后以单体形式吸收
  • 细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白
    • 葡糖转运蛋白（GLUT）
  • 体内糖代谢涉及分解、储存和合成三方面
• 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
    • 丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA
      • 丙酮酸+NAD+HS-CoA==乙酰CoA+NADH+H+CO2（丙酮酸脱氢酶复合体催化<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<焦磷酸硫胺素TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA>
    • 乙酰CoA经三羧酸循环及氧化磷酸化提供能量
      • 一次循环发生2次脱羧反应、释放2分子CO2、一次底物水平磷酸化、一分子NTP、4次脱氢反应、3分子NADH+H和一分子FADH2
  • 三羧酸循环使乙酰CoA彻底氧化
    • 三羧酸循环由八步反应组成（4次脱氢、2次脱羧、1次底物水平磷酸化，释放2分子CO2）
      • 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸（柠檬酸合酶、限速步骤）
      • 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸（顺乌头酸酶）
      • 异柠檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶、氧化脱羧、限速步骤）
      • α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA（α-酮戊二酸脱氢酶复合体、氧化脱羧、限速步骤
      • 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应（琥珀酰CoA合成酶）
      • 琥珀酸脱氢生成延胡索酸（琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜，辅因子FAD、生成1.5ATP）
      • 延胡索酸加水生成苹果酸（延胡索酸酶）
      • 苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）
    • 三羧酸循环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
  • 糖的有氧氧化是糖分解功能的主要方式
    • NADH生成2.5ATP，FADH2生成1.5ATP，底物水平磷酸化生成1ATP；一分子乙酰CoA彻底氧化生成10ATP，从丙酮酸脱氢计算产生12.5ATP；1mol葡萄糖彻底氧化生成30/32molATP
  • 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
      • 细胞内能量状态和代谢产物生成量（ATP、乙酰CoA、NADH别构抑制，AMP别构激活）
    • 三羧酸循环的关键酶调节乙酰CoA的氧化速率
      • 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体
        • 底物的别构激活作用
        • 产物的别构抑制作用
        • 能量状态的调节作用
        • Ca2+的激活作用
      • 柠檬酸是协同调节糖代谢1和脂代谢的枢纽物质
    • 糖的有氧氧化各阶段相互调节
      • 通过共同的代谢物别构调节各阶段的关键酶
        • 柠檬酸、NADH别构剂
      • 能量阶段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：肌组织在有氧条件下，糖的有氧氧化活跃，而无氧氧化受到抑制
    • 瓦伯格效应：增殖活跃的组织即使在有氧条件下，葡萄糖也不会彻底氧化，而是被分解生成乳酸
• 糖的无氧氧化
  • 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（前五步耗能，两次磷酸化反应、消耗2分子ATP；后五‍步产能、2分子磷酸丙糖经两次底物水平磷酸化转化成2分子丙酮酸、生成4ATP）
      • 葡萄糖磷酸化生成葡糖-6-磷酸（己糖激酶、磷酸化反应、限速步骤、需My2+)
      • 葡糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸（磷酸己糖异构酶、醛糖与酮糖间异构反应、需My2+）
      • 果糖-6-磷酸转变为果糖-1，6-二磷酸（磷酸果糖激酶-1、磷酸化反应、需ATP，My2+、限速步骤)
      • 果糖-1，6-二磷酸裂解成2分子磷酸丙糖（醛缩酶、磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛）
      • 磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛（磷酸丙糖异构酶、α-磷酸甘油是联系葡萄糖代谢和脂肪代谢的重要枢纽物质）
      • 3-磷酸甘油醛氧化为1，3-二磷酸甘油酸（3-磷酸甘油醛脱氢酶）
      • 1，3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸（磷酸甘油酸激酶、生成ATP、需My2+、底物水平磷酸化）
      • 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸（磷酸甘油酸变构酶、需My2+）
      • 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸（烯醇化酶）
      • 磷酸烯醇式丙酮酸发生底物水平磷酸化生成丙酮酸（丙酮酸激酶、需K+、My2+、限速步骤、底物水平磷酸化）
    • 丙酮酸被还原为乳酸
      • 乳酸脱氢酶LDH、NADH+H[来自第六步反应]提供还原所需H
  • 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
      • 别构抑制剂-ATP、柠檬酸；别构激活剂-ADP\AMP、果糖-1，6-二磷酸、果糖-2，6-二磷酸<最强>
    • 丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点
      • 别构激活剂-果糖-1，6-二磷酸；ATP、肝内丙氨酸具有抑制作用
    • 己糖激酶受到反馈抑制调节
  • 糖的无氧氧化为机体快速供能
    • 不利用氧迅速提供能量，产生大量乳酸被肝利用进行糖异生
  • 其他单糖可转变为糖酵解的中间产物
    • 果糖磷酸化后进入糖酵解
      • 主要在肝内代谢
      • 周围组织中代谢
    • 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

糖代谢

• 磷酸戊糖途径
  • 磷酸戊糖途径分为两个阶段
    • 氧化阶段生成NADPH和磷酸核糖
      • 葡糖-6-磷酸氧化为6-磷酸葡糖酸内酯（葡糖-6-磷酸脱氢酶、需My2+，NADP+接受H生成NADPH）
      • 6-磷酸葡糖酸内酯水解为6-磷酸葡糖酸（内酯酶）
      • 6-磷酸葡糖酸氧化脱羧生成核酮糖-5-磷酸（6-磷酸葡糖酸脱氢酶，生成NADPH和CO2）
      • 核酮糖转变为核糖-5-磷酸或木酮糖-5-磷酸（核酮糖-5-磷酸经异构酶）
    • 基因转移阶段生成磷酸己糖和磷酸丙糖
      • 3*葡糖-6-磷酸+6NADP+==2*果糖-6-磷酸+3-磷酸甘油醛+6NADPH+6H+6CO2
  • 磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADP+比值的调节
    • 葡糖-6-磷酸脱氢酶为关键酶
  • 磷酸戊糖途径是NADPH和磷酸核糖的主要来源
    • 提供磷酸核糖参与核糖的生物合成
      • 氧化阶段和基因转移阶段均生成
    • 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
        • 参与脂质合成
        • 参与氨基酸合成
      • NADPH参与羟化反应
      • NADPH用于维持谷胱甘肽的还原状态
• 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
      • 丙酮酸羧化支路包括两步反应
        • 丙酮酸羧化酶，辅因子生物素（CO2与生物素结合，消耗ATP，活化CO2再转移给丙酮酸生成草酰乙酸）
        • 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（草酰乙酸脱羧为磷酸烯醇式丙酮酸，消耗一个高能磷酸键）
      • 草酰乙酸运出线粒体有两种方式
        • 经苹果酸转移（苹果酸脱氢酶）
        • 经天冬氨酸转运（谷草转氨酶）
    • 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
    • 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-1，6-二磷酸和AMP反向调节第一个底物循环
      • 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
      • 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶受激素诱导的含量调节
      • 丙酮酸羧化酶受乙酰CoA的别构调节
    • 两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的恒定
    • 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存的重要途径
    • 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
• 血糖及其调节
  • 血糖水平保持恒定
  • 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
      • 胰高血糖素是升高血糖的主要激素
      • 糖皮质激素可升高血糖
      • 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
    • 高血糖是指空腹血糖高于7mmol/L
    • 糖尿病是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
  • 糖酵解途径生成葡糖醛酸
  • 多元醇途径生成少量多元醇
• 糖原的合成与分解
  • 糖原合成是将葡萄糖连接成多聚体
    • 葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖
    • 糖原合成的起始需要引物
    • UDPG中的葡萄糖基连接形成直链和支链
    • 糖原合成是耗能过程
  • 糖原分解是从非还原性末端进行磷酸解
    • 糖原磷酸化酶分解α-1，4糖苷键释放出葡糖-1-磷酸
    • 脱支酶分解α-1，6-糖苷键释放出游离葡萄糖
    • 肝利用葡糖-6-磷酸生成葡萄糖而肌不能
  • 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节
      • 磷酸化的糖原磷酸化酶是活化形式
      • 去磷酸化的糖原合酶是活化形式
    • 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抑制剂调节
      • 肝糖原磷酸化酶主要受葡萄糖别构抑制
      • 肌糖原分解主要受能量和Ca2+的别构调节
  • 糖原贮积症由先天性酶缺陷所致