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生化第三章糖代谢,分享了糖的摄取和利用、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、糖异生的知识。
编辑于2023-09-22 18:30:27 宁夏回族自治区生化第十四章RNA的合成的思维导图,生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。两种RNA合成方式::DNA指导的RNA合成(DNA转录)为生物体内合成RNA的主要方式;RNA依赖的RNA合成(RNA复制),常见于病毒,是除逆转录病毒外RNA病毒在宿主细胞以RNA为模板合成RNA的方式。
生化第十二章DNA的合成,内容有DNA复制的基本规律、DNA复制的酶学和拓扑学、原核生物的DNA复制过程、逆转录、真核生物的DNA合成过程。
生化第十三章DNA损伤和损伤修复,修复方式有光复活修复、碱基切除修复、核苷酸切除修复、错配修复、重组修复、SOS修复(跨损伤修复)。
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生化第十四章RNA的合成的思维导图,生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。两种RNA合成方式::DNA指导的RNA合成(DNA转录)为生物体内合成RNA的主要方式;RNA依赖的RNA合成(RNA复制),常见于病毒,是除逆转录病毒外RNA病毒在宿主细胞以RNA为模板合成RNA的方式。
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生化第十三章DNA损伤和损伤修复,修复方式有光复活修复、碱基切除修复、核苷酸切除修复、错配修复、重组修复、SOS修复(跨损伤修复)。
糖代谢
第一节:糖的摄取和利用
糖的生理功能
氧化供能:正常情况下,糖氧化供能占机体总能量的50%~70%
构成组织细胞的基本成分
核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成成分
糖与脂类和蛋白质结合构成糖脂或糖蛋白/蛋白聚糖(统称糖复合体)
组成抗体,许多酶类和凝血因子等糖蛋白
转化为其他物质
糖是合成脂类(脂肪酸,脂肪)的重要前体
糖在体内可转变为非必需氨基酸
糖消化后以单体形式吸收
吸收过程
吸收机制
细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白
已知五种GLUT的相关功能
GLUT1/3:广泛分布;高亲和力;细胞摄取葡萄糖的基本转运载体
GLUT2:分布于肝与胰β细胞中;低亲和力;使肝从餐后血中摄取过量的葡萄糖,调节胰岛分泌
GLUT4:主要分布于肌和脂肪组织中;以胰岛素依赖方式摄取葡萄糖:胰岛素可使原本位于细胞内囊泡中的GLUT4重新分布于细胞膜;耐力训练可使其数量增加
GLUT5:主要分布于小肠;是果糖进入细胞的主要运载体
体内糖代谢涉及分解,储存和合成三方面
分解
根据不同细胞代谢特点和供养情况
有氧氧化:葡萄糖氧化成二氧化碳和水
无氧氧化:葡萄糖氧化乳酸
磷酸戊糖:饱食后由于有合成脂质的需要,葡萄糖生成磷酸核糖和NADPH
储存
仅在餐后活跃进行,以糖原方式储存在肝和肌组织中,以便在短期饥饿时补充血糖或不利用氧快速供能
合成
在长期饥饿时尤其活跃,某些非糖物质如甘油,氨基酸等经糖异生转变成葡萄糖
在各种激素调节下相互制约,相互协作
第二节:糖的无氧氧化
发生位置:细胞质
发生阶段
摄入细胞,磷酸化后不可随意进出细胞膜
糖酵解(葡萄糖转化为丙酮酸)
分步
1.葡萄糖磷酸化生成葡糖-6-磷酸
已糖激酶
2.葡糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸
3.果糖-6磷酸磷酸化转变为果糖-1,6二磷酸
磷酸果糖激酶-1
4.果糖-1,6二磷酸裂解为两分子磷酸丙糖(磷酸二羟基丙酮和3-磷酸甘油醛)
磷酸二羟基丙酮可转变为α-磷酸甘油,为葡糖代谢和脂肪代谢的重要枢纽
5.磷酸二羟基丙酮转变为3-磷酸甘油醛
消耗能量,共消耗2分子ATP
6.3-磷酸甘油醛转变为1,3-二磷酸甘油酸
三磷酸甘油醛脱氢酶催化,NAD为辅酶接受氢和电子
另有一分子无机磷酸可参与形成混合酸酐:可生成ATP
7.1,3-二磷酸甘油酸底物水平磷酸化转变为3-磷酸甘油酸
8.3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸
9.2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
10.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
产生能量,共产生4分子ATP
乳酸生成(丙酮酸转化为乳酸)
分步
1.丙酮酸转化为乳酸
所需氢原子由NADH+H提供,NADH重新生成NAD
反应调节
调节方式
别构调节
别构激活剂
别构抑制剂
共价修饰调节
关键酶·
磷酸果糖激酶-1(最重要)
别构调节
有两个结合ATP的部位
低浓度时:活性中心底物结合部位
高浓度时:活性中心外别构调节部位
别构抑制剂
ATP,柠檬酸
别构激活剂
AMP(与ATP竞争别构部位,消除ATP的抑制作用),ADP,果糖-1,6-二磷酸(正反馈作用),果糖-2,6-二磷酸(最强)
共价修饰调节
以化学修饰方式改变酶的活性
丙酮酸激酶
别构调节
别构抑制剂
ATP,肝内的丙氨酸(相当于产物)
别构激活剂
果糖-1,6二磷酸
共价修饰调节
依赖钙离子的蛋白激酶和蛋白激酶A,以及胰高血糖素
已糖激酶
别构调节
别构抑制剂
长链脂酰CoA:对在饥饿时减少肝和其他组织分解葡萄糖具有重要作用
反馈调节
产物葡糖-6-磷酸的负反馈调节
各部分调节情况
肌组织
调节目的:适应各部分组织对能量的需要,即ATP/ATP的值
肝
以氧化脂肪酸为获取能量主要方式
进食后,胰高血糖素减少,胰岛素增加,果糖-2,6-二磷酸合成增多,糖酵解加快,有利于生成更多的乙酰CoA用以合成脂肪酸
饥饿时,胰高血糖素增加,果糖-2,6-二磷酸合成减少,丙酮酸激酶活性降低,抑制糖酵解,有益于糖异生
反应意义
为机体快速充能
无氧时
快速充能,为肌收缩更重要
净生成2分子ATP,无NADH生成
常氧时
为一些特殊细胞供能
无线粒体对细胞:成熟红细胞
增殖活跃的细胞:白细胞,骨髓细胞
其他单糖糖酵解途径
果糖磷酸化后进入糖酵解
半乳糖转变为磷酸-1-进入糖酵解
甘露糖转变为果糖-6-磷酸进入糖酵解
补充:
子主题
第三节:糖的有氧氧化
发生部位:细胞胞液及线粒体(细胞动力工厂)
发生阶段
1.葡萄糖在胞质中经糖酵解生成丙酮酸
2.丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA
由丙酮酸脱氢酶复合体催化
组成
丙酮酸脱氢酶(E1)
辅因子:TPP
二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)
辅因子:FAD和NAD
二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)
辅因子:硫辛酸和CoA
多酶复合体定义:多酶复合体是多种催化功能上有联系的几种酶经非共价键彼此嵌合形成的复合体,每个都有其特定的催化功能,且都有其催化活性必需多辅因子
重点催化反应步骤
第一步:由丙酮酸脱氢酶(E1)催化,丙酮酸脱羧产生二氧化碳
第三步:由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化,将乙酰基转移给CoA生成乙酰CoA
第四步:由二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化,将氢传递给FAD,生成FADH2
第五步:由二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化,将FADH2上的氢转移给NAD,形成NADH+H
一次脱氢
反应特点:中间产物不离开酶复合体,所以反应会很快完成,且没有副反应
3.乙酰CoA在线粒体中经三羧酸循环
反应步骤:
1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸,产生辅酶A
柠檬酸合酶
反应能量来自乙酰CoA的高能硫脂键
柠檬酸是协调脂质代谢和糖代谢多枢纽物质
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
异柠檬酸脱氢酶
氧化脱羧生成二氧化碳,脱下的氢由NAD接受,生成NADH+H
4.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
继续氧化脱羧生成二氧化碳,脱下的氢由NAD接受,生成NADH+H
5.琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应生成琥珀酸
琥珀酰CoA合成酶
其有两种酶,以GTP/ADP作为辅因子,生成GTP/ATP,根据组织需要
6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸
琥珀酸脱氢酶(结合在线粒体内膜上)
辅因子为FAD,接受脱下来多氢生成FADH2
7.延胡索酸加水生成苹果酸
8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸
苹果酸脱氢酶
脱下来的氢由NAD接受,生成NADH+H
主要特点
整个中间产物量不变,不能通过三羧酸循环去合成中间产物
4次脱氢,生成3分子NADH(2.5分子ATP)和一分子FADH2(1.5分子ATP),为后续电子传递和氧化磷酸化提供足够还原当量
3个关键酶,催化3次不可逆反应
2次脱羧,生成2分子二氧化碳(来自草酰乙酸,而非乙酰CoA)
1次底物水平磷酸化(生成1分子ATP),消耗1分子乙酰CoA(释放10分子ATP)
三羧酸循环的生理意义
是三大营养物质体内氧化分解的共同途径
是三大营养产物代谢联系多枢纽
乙酰CoA转移到细胞质以合成脂肪酸和胆固醇
草酰乙酸与天冬氨酸相互转化
为物质代谢提供小分子前体,如胆固醇
为呼吸链提供氢离子和电子
4.产物在线粒体中氧化磷酸化产生能量
反应产生能量
1mol葡萄糖彻底氧化分解生成二氧化碳和水释放30或32mol能量
第一阶段(糖酵解):5或7molATP,其中NADH从细胞质运送至线粒体有两个机制
第二阶段(丙酮酸脱氢): 5mol
第三阶段(三羧酸循环) : 20mol
反应调节
丙酮酸脱氢酶复合体
别构调节
细胞内能量状态:能量越低,活性越强
代谢产物生成量:生成量越大,活性越低
共价调节
酶复合体可通过磷酸化失去活性
乙酰CoA和NADH可通过加强丙酮酸脱氢酶活性从而使酶复合体失活
三羧酸循环的调节
细胞内能量的影响
产物堆积引起抑制,底物缺少引起激活作用
钙离子浓度升高引起的激活作用
三羧酸循环和糖酵解以及丙酮酸脱氢相互调节:需要多少生成多少
反应产能方式的选择
巴斯德效应:糖的有氧氧化抑制无氧氧化,因为糖酵解所产生的NADH的去路决定量酵解产物丙酮酸的去路
瓦伯格效应:增殖活跃的细胞中,即使有氧,细胞也进行无氧氧化
第四节:磷酸戊糖途径
介绍:从糖酵解中间产物葡糖-6-磷酸开始形成旁路,通过氧化,基团转移生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛从而返回糖酵解的代谢途径
反应部位:细胞质
反应阶段
氧化阶段:生成NADPH,磷酸核糖和二氧化碳
1.葡糖-6-磷酸氧化成6-磷酸葡糖内酯
葡糖-6-磷酸脱氢酶
脱下的氢由NADP接受而生成NADPH+H
2.6-磷酸葡糖内酯水解成6-磷酸葡糖酸
3.6-磷酸葡糖酸氧化脱羧生成核酮糖-5-磷酸
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
拖下来的氢由NADP接受而生成NADPH+H,并产生二氧化碳
4.核酮糖-5-磷酸转变为核糖-5-磷酸
异构酶
基因转移阶段:生成磷酸己糖和磷酸丙糖
需要三分子才能完成所有基团转移
转醛酮酶反应:转移3碳单位
转酮醇酶反应:转1个酮基,1个醇基的2碳基团
最终3分子磷酸戊糖转变为2分子果糖-6-磷酸和1分子3-磷酸甘油醛
反应特点
1次脱羧反应,生成1分子二氧化碳
2次脱氢反应,生成2分子NADPH+H
3,4,5,6,7碳糖的演变过程经过了,整个反应过程中进行了一系列酮基和醛基的转移反应,
反应调节
与NADPH/NADP的比值成反比
原因
为适应肝中脂肪酸的合成对NADPH的需要,往往酶活性增高
NADPH对葡糖-6-磷酸脱氢酶有强烈的抑制作用
反应的生理意义
提供核酸核糖参与核酸的生物合成
提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应
NADPH是许多合成代谢(脂质,氨基酸)的供氢体
NADPH参与羟化反应:合成胆汁酸,类胆固醇激素
NADPH用于维持谷胱甘肽的还原状态
蚕豆病(体内缺乏葡糖-6-磷酸脱氢酶)
缺乏NADPH使得谷胱甘肽维持还原状态
还原型谷胱甘肽对红细胞膜完整性维持具有重要意义,缺失会导致溶血
第五节:糖原的合成与分解
糖原的相关知识点
糖原的定义: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
糖原的生理意义:是动物体内的糖类储存方式,体内可迅速动用的能量储备
糖原的储存部位
肝糖原
血糖的主要来源
肌糖原
为肌收缩提供急需能量
糖原的组成结构特点
首先葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键形成长链,每条链终止于还原端
其次约十个葡萄糖单元发出分支,以α-1,6-糖苷酸相互连接,成树枝状分布
一个还原端和多个非还原端,葡萄糖单元的增减发生在非还原端,非还原端的增多利于其被酶分解
糖原的合成
定义:由葡萄糖生成糖原的过程,将葡萄糖连接成多聚体
反应部位:肝和骨骼肌
反应步骤:
1.葡糖-6-磷酸变构生成葡糖-1-磷酸
2.葡糖-1-磷酸与尿苷三磷酸(UTP)反应生成尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)和焦磷酸
尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)又被称为活性葡萄糖,在体内充当葡萄糖供体
3.糖原蛋白作为最初的葡萄糖受体接受UPDG上的葡萄糖基,初步延伸,直至形成与糖原蛋白相连的八糖单位,即糖原合成的初始引物,起始糖原合成
糖原蛋白为一种蛋白质酪氨酸-葡糖基转移酶,将UDPG上的葡糖基转移到自身的酪氨酸残基上,并进行自身糖基化修饰,由第一个糖原蛋白上的葡萄糖分子接受下一个UPDG的葡糖基,形成α-1,4-糖苷键
4.糖原引物进一步延伸形成直链和支链
由糖原合酶催化
使糖链不断延伸,葡糖基不断结合,形成α-1,4-糖苷键,延长糖链,助力直链,不可分支
分支酶催化
当长度达到11个葡糖基时非还原末端的部分葡糖基会转移到邻近的糖链上,形成分支
分支增加其水溶性,且增加非还原点,使其可以迅速分解
反应耗能:
焦磷酸水解消耗2分子ATP
糖原合成时UDP借ATP重新生成UTP,故无耗能
糖原每延长1个葡糖基,消耗2分子ATP
糖原的分解
定义:糖原分解为葡糖-1-磷酸而被机体利用的过程,不是糖原合成的逆反应
反应部位:非还原性末端开始
反应步骤:
1.糖原磷酸化酶分解α-1,4-糖苷键释放出葡糖-1-磷酸
糖原磷酸化酶
只作用于α-1,4-糖苷键
2.脱支酶分解出α-1,6-糖苷键释放出游离葡萄糖
脱支酶
α-1,6-葡糖苷酶:水解糖链,产生游离葡萄糖
葡聚糖转移酶:转移支链剩下的三个葡糖基至邻近糖链末端
分解利用:
肝可将葡糖-6-磷酸水解成葡萄糖(葡糖-6-磷酸酶)释放入血,维持血糖
肌中缺乏此酶,只可进行糖酵解,绕过葡糖磷酸化的起始步骤,故1mol葡萄糖基可净生成3分子ATP
糖原合成与分解反应调节
共价修饰调节
磷酸化
糖原磷酸化酶活性形式
去磷酸化
糖原合酶的活性形式
激素调节
调节方式
肝糖原分解受胰高血糖素,胰高血糖素促进糖原合成,即糖原合酶活性增强
肌糖原分解受肾上腺素调节,肾上腺素促进糖原合成
糖原合成受胰岛素影响,胰岛素促进糖原合成
调节特点
级联放大,调节速度快
别构调节
肝糖原磷酸化酶主要受葡萄糖别构抑制 ,磷蛋白磷酸酶-1使之去磷酸化失活
肌糖原受能量和钙离子的别构调节,能量ATP增多或原料增多,均可导致糖原合成。钙离子浓度上升,激活磷酸化酶,糖原分解促进,从而肌收缩
调节特点
关键酶都以活性或非活性两种形式存在,通过磷酸化或去磷酸化相互转变
双向调控:对合成酶系或分解酶系分别进行调节
双重调节别构调节和共价修饰调节
关键酶调节上具有级联效应(相互联系)
肝糖原与肌糖原之间各有特点
对比
糖原贮积症
先天性缺乏糖原代谢相关酶类
第六节:糖异生
定义:由非糖化合物(乳酸,甘油,生糖氨基酸等)转变为葡萄糖或糖原的过程
发生部位:肝,肾在饥饿时也会增强其能力
特点:糖酵解和糖异生有许多的反应是可逆的,但糖酵解的3个限速步骤所对应的逆反应需要由糖异生特有的关键酶催化
反应步骤:
子主题
第八节:血糖及其调节
第七节:葡萄糖的其他代谢途径