糖代谢

掌握各种代谢途径的概念，关键酶，生理意义；熟悉糖的各代谢途径的全过程概貌，与各个糖代谢途径之间的联系。乳酸循环血糖来源与去向及血糖的调节因素。了解糖的生理功能，消化吸收及糖代谢状况

糖代谢

• 概述
  • 糖的生理功能
    • 氧化供能（主要）
    • 作为结构成分
    • 作为核酸类化合物的成分
    • 转变为其他物质：如脂肪，氨基酸等化合物
  • 糖的消化吸收主要在小肠
    • 糖的消化
      • 人类食物中的糖以淀粉为主
      • 消化部位：主要在小肠，少量在口腔
      • 淀粉的分子结构
        • 
      • 糖原的分子结构
        • 
    • 糖的吸收
      • 主要在小肠上段以单糖形式吸收
  • 糖代谢概况
    • 
• 糖的无氧氧化（糖酵解，glycolysis）
  • 重要概念：是指葡萄糖在无氧条件下分解生成乳酸，并释放出能量的过程
  • 糖无氧氧化的反应过程包括糖酵解途径和乳酸生成两个阶段
    • 糖的无氧氧化的全部反应过程在胞质中进行，共11步
    • 无氧氧化代谢的终产物是乳酸（lactate）
    • 1分子葡萄糖经无氧氧化可净生成2分子ATP
    • 
    • （一）葡萄糖经糖酵解途径分解为2分子丙酮酸
      • 1.活化（Activation）——己糖磷酸酯的生成：
        • 活化阶段是指
          • 
        • 活化阶段由3步化学反应组成
          • 
            • （1）关键酶：己糖激酶/葡萄糖激酶 （3）关键酶：6-磷酸果糖激酶-1
      • 2.裂解（lysis）——磷酸丙糖的生成：
        • 1分子F-1,6-BP 裂解为2分子可以互变的磷酸丙糖。
        • 包括两步反应
          • 
      • 3.放能（Releasing energy）——丙酮酸的生成：
        • 3-磷酸甘油醛经脱氢，磷酸化，脱水及放能等反应生成丙酮酸
        • 包括五步反应：
          • 
            • （10）关键酶：丙酮酸激酶
    • （二）丙酮酸被还原成乳酸
      • 此阶段利用丙酮酸接受糖酵解途径中产生的NADH，使NADH重新氧化为NAD＋，以确保反应的继续进行
      • 
    • 总结：①糖无氧氧化代谢途径可将1分子葡萄糖分解为2分子乳酸,净生成2分子ATP ②三个关键酶
  • 无氧氧化的调控通过对三个关键酶活性的改变来实现
    • 主要是通过各种变构剂对三个关键酶进行变构调节
      • 葡萄糖激酶是肝调节葡萄糖吸收的主要关键酶
      • 6-磷酸果糖激酶-1是调节糖无氧氧化代谢途径 流量的主要因素
  • 无氧氧化的生理意义
    • 在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补充途径
    • 在有氧条件下，作为某些组织细胞主要的供能途径
      • 成熟红细胞
      • 特定组织：视网膜，胃肠道，皮肤
      • 病理情况：感染性休克，肿瘤
• 糖的有氧氧化（aerobic oxidation of glucose）
  • 重要概念：葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解，生成二氧化碳和水，并释放出大量能量的过程
  • 绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化途径获得能量，此代谢过程在细胞的胞质和线粒体中进行
  • 1分子葡萄糖彻底氧化分解可净生成30/32分子ATP
  • 糖有氧氧化的反应过程分为三个阶段
    • 
    • （一）葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸
      • 此阶段在细胞胞质中进行一分子葡萄糖分解后， 净生成2分子丙酮酸，2分子ATP和2分子（NADH＋H＋）
      • 2分子（NADH＋H＋）在有氧条件下，可进入线粒体产能
      • 第一阶段可净生成5或7分子ATP
    • （二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA
      • 丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶复合体的催化下，氧化脱羧生成乙酰CoA
      • 由1分子葡萄糖氧化分解产生2分子丙酮酸，故可生成2分子乙酰CoA，2分子二氧化碳和2分子（NADH＋H＋）
      • 5分子ATP
      • 反应不可逆
      • 丙酮酸的氧化脱羧作用
        • 
          • 关键酶：丙酮酸脱氢酶复合体
            • 由三种酶单体构成：丙酮酸脱氢酶（E1）,硫辛酸乙酰基转移酶（E2）, 二氢硫辛酸脱氢酶（E3）
            • 该多酶复合体包含六种辅助因子：TPP，硫辛酸，NAD＋，FAD，HSCoA和Mg＋
    • （三）乙酰CoA经三羧酸循环及氧化磷酸化彻底氧化分解
      • 三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA循环，柠檬酸循环）：是指在线粒体中，乙酰CoA首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸再生的循环反应过程。
      • 三羧酸循环及氧化磷酸化在线粒体中进行
      • 1分子乙酰CoA氧化分解后共可产生10分子ATP，此阶段可生成20分子ATP
      • 
        • 关键酶：①柠檬酸合酶 ③异柠檬酸脱氢酶 ④α-酮戊二酸脱氢酶系
      • 三羧酸循环特点
        • 循环反应在线粒体中进行，为不可逆反应
        • 每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成10分子ATP
        • 循环的中间产物既不能通过此循环反应生成，也不被此循环所消耗。
        • 循环中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP
        • 三羧酸循环中有两次脱羧反应，生成两分子CO2。
        • 三羧酸循环的三个关键酶是柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶系。
        • 循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADH和一分子FADH2
      • 三羧酸循环的生理意义
        • 是糖，脂，蛋白质三大物质分解供能的共同通路
        • 是糖，脂，蛋白质三大物质互变的共同途径
  • 糖有氧氧化是糖分解生成ATP的主要方式
    • 1分子葡萄糖彻底氧化分解总共获得30或32ATP
  • 糖有氧氧化的调节是基于能量需求
    • 第一阶段：见糖无氧氧化的调节
    • 第二阶段
    • 第三阶段：主要通过酶的变构调节控制三个关键酶的活性。
      • 调节有氧氧化第三阶段代谢流量的关键酶主要是异柠檬酸脱氢酶
  • 糖有氧氧化可抑制无氧氧化
    • 巴斯德效应（Pastuer effect）：是指糖的有氧氧化可以抑制糖的无氧氧化的现象。
    • 有氧时，由于无氧氧化产生的NADH和丙酮酸进入线粒体而产能，故糖的无氧氧化代谢受抑制
    • Warburg效应：增殖活跃的细胞中，有氧时糖的无氧氧化增强
      • 意义：积累碳源用于生物合成
• 磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway）
  • 概念：是指从G-6-P脱氢反应开始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解代谢途径的一条旁路代谢途径。
  • 磷酸戊糖途径在细胞的胞质中进行
  • 磷酸戊糖途径关键酶是葡糖-6-磷酸脱氢酶
  • 
  • 磷酸戊糖途径分为两个阶段
    • 1.G-6-P氧化分解生成5-磷酸核酮糖：
      • （1）G-6-P 脱氢氧化生成6-磷酸葡萄糖酸内酯
      • （2）6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸
      • （3）6-磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖
    • 2. 5-磷酸核酮糖的基因转移反应过程
      • 5-磷酸核酮糖经一系列基团转移及差向异构反应生成3-磷酸甘油醛和果糖-6-磷酸
      • 此阶段的所有反应均为可逆反应
      • 在此阶段，经由5-磷酸核酮糖的异构可生成核糖-5-磷酸
  • 磷酸戊糖途径的生理意义是生成NADPH和磷酸戊糖
    • 是体内生成NADPH的主要代谢途径
      • NADPH在体内可用于： ①作为供氢体，参与体内的合成代谢。 ②参与羟化反应 ③使氧化型谷胱甘肽还原 ④维持巯基酶的活性。 ⑤维持红细胞膜的完整性：由于葡糖-6-磷酸脱氢酶遗传性缺陷可导致蚕豆病，表现为溶血性贫血。（抗疟疾：伯氨喹，磺胺）
    • 是体内生成核糖-5-磷酸的唯一代谢途径
      • 磷酸戊糖途径是体内糖代谢与核苷酸及核酸代谢的交汇途径。
• 糖原的合成与分解
  • 糖原（glycogen）是由许多葡萄糖分子聚合而成的，带有分支的高分子多糖类化合物
  • 直链部分借α-1,4-糖苷键连接，支链借α-1,6-糖苷键连接。
  • 糖原是一种无还原性的多糖
  • 糖原合成或分解时，葡萄糖残基的添加或去除，均在其非还原端进行
  • 糖原的合成与分解代谢主要发生在肝，肾和肌肉组织细胞的胞质中
  • 概述
  • 一，糖原合成是由葡萄糖连接成多聚体
    • 反应过程
      • 1.活化：由葡萄糖生成UDPG，是一耗能过程
        • 磷酸化
          • 
        • 异构：G-6-P转变为G-1-P
        • 转形：G-1-P转变为尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）
      • 2.缩合：在关键酶糖原合酶的催化下， 以原有糖原分子为引物，添加新的葡萄糖单位。
        • 关键酶：糖原合酶
      • 3.分支
    • 糖原合成的特点
      • 必须以原有糖原分子作为引物
      • 合成反应在糖原的非还原端进行
      • 合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗2个高能磷酸键
      • 关键酶是糖原合酶，为共价修饰酶
      • 需UTP参与
  • 二，糖原分解从非还原末端进行磷酸解
    • 反应过程
      • 1.水解：循环交替进行
        • 磷酸解：由糖原磷酸化酶催化对α-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P
          • 关键酶：糖原磷酸化酶
        • 转寡糖链
        • 脱枝
      • 2.异构
      • 3.脱磷酸：由葡糖-6-磷酸酶催化，生成自由葡萄糖。该酶只存在于肝及肾中。
    • 糖原分解的特点
      • 水解反应在糖原的非还原端进行
      • 是一非耗能过程
      • 关键酶是糖原磷酸化酶，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛
      • 产物主要是G-1-P，少量为自由葡萄糖。
  • 三，糖原合成与分解受严格调节
    • 人体内糖原的合成代谢与分解代谢主要通过改变其关键酶活性进行协同调节
    • 糖原合成的关键酶糖原合酶以及糖原分解的关键酶糖原磷酸化酶可受共价修饰调节和变构调节
  • 四，糖原合成与分解的生理意义
    • 储存能量
    • 调节血糖浓度
    • 利用乳酸：肝中可经糖异生途径利用糖无氧氧化产生的乳酸来合成糖原，这就是肝糖原合成的三碳途径或间接途径
• 糖异生（gluconeogenesis）
  • 概念：由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程
  • 糖异生代谢途径主要存在于肝及肾中
  • 糖异生途径大部分是无氧氧化的逆过程
    • 糖异生主要沿酵解途径逆行，仅有三部反应为不可逆反应，需经其他的代谢反应绕行
    • 1.G-6-P→G：由葡糖-6-磷酸酶 催化进行水解，该酶不存在于肌肉组织中，故肌肉组织不能生成自由葡萄糖
      • 
    • 2. F-1,6-BP→F-6-P：
      • 
    • 3. 丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸：经由丙酮酸羧化支路完成
      • 丙酮酸→草酰乙酸
        • 子主题
      • 草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）：
        • 
  • 糖异生的调节
  • 糖异生的原料
    • 生糖氨基酸
      • 
    • 甘油
    • 乳酸
  • 糖异生的生理意义
    • 在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定
    • 回收乳酸分子中的能量：经乳酸循环回收能量
      • 乳酸循环（Cori cycle）：葡萄糖在肌肉组织中经糖的无氧氧化产生的乳酸可经血循环转运至肝，再经糖的异生作用生成自由葡萄糖后，转运至肌肉组织加以利用的这一循环过程
      • 
    • 维持酸碱平衡：
      • 在肾组织细胞中进行的糖异生作用，有利于酸性物质的排泄
      • 
• 其他单糖的代谢
  • 血液中的葡萄糖含量称为血糖
  • 按真糖法测定，正常空腹血糖浓度为3.89～6.11mmol/L
  • 血糖的来源与去路
    • 
  • 血糖水平的调节
    • 组织器官
      • 肝
      • 肌肉等外周组织
    • 激素
      • 降低血糖浓度的激素——胰岛素
      • 升高血糖浓度的激素——胰高血糖素，肾上腺素，糖皮质激素，生长激素，甲状腺激素
    • 神经系统