第九章糖代谢 Metabolism of Saccharide

第九章糖代谢Metabolism of Saccharide

※ 物质代谢(metabolism) • 从有生命的单细胞到复杂的人体，生存期间都必须与周围环境不断地进行物质交换，这种物质交换称为物质代谢或新陈代谢。 • 阶段性：消化吸收digestion and absorption、中间代谢intermediary metabolism、排泄excretion • 中间代谢：同化作用或合成代谢(anabolism) 异化作用或分解代谢(catabolism)

主要内容 • 糖的生物功能 • 糖的消化和吸收 • 血糖 • 糖代谢途径 • 糖原代谢和糖异生gluconeogenesis • 其它单糖的代谢 • 糖代谢紊乱（糖尿病diabetes）糖酵解glycolysis 糖的有氧氧化TCA cycle 磷酸戊糖途径PPP

教学重点 • 分类及其常见种类 • 糖的消化和吸收 • 血糖的概念、来源和去路 • 糖酵解glycolysis • 糖有氧氧化TCA cycle and PPP • 糖异生gluconeogenesis

第一节糖的生物功能 • 氧化功能（energy storage） • 人体重要组分（structural） • 提供碳源合成其他物质（active substances）

第二节Digestion and absorption 一、消化( Digestion) 1.食物中的糖：淀粉、糖原（动物淀粉）；麦芽糖、蔗糖、乳糖；葡萄糖 2.消化部位：主要在小肠，少量在口腔

3. 消化过程 淀粉口腔唾液α-淀粉酶胃肠腔胰液α-淀粉酶 α-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%）麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）肠粘膜上皮细胞刷状缘 α-葡萄糖苷酶 α-临界糊精酶葡萄糖蔗糖乳糖半乳糖果糖

二、吸收(Absorption) 1.部位：小肠上段 2.形式：单糖 3.机制：主动耗能 Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter，SGLT)分布于小肠、肾小管上皮

Na+泵 刷状缘细胞内膜小肠粘膜细胞门静脉肠腔 K+ ATP ADP+Pi Na+ Glu SGLT

4. 吸收途径 SGLT 小肠肠腔肠粘膜上皮细胞 GLUT：葡萄糖转运体(glucose transporter)，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 1～5)。门静脉肝脏 GLUT 体循环各种组织细胞

第三节 Blood sugar • Blood sugar：指血液中的单糖，主要是 glucose。 • BS level：指血糖浓度，与测定方法有关。（1）葡萄糖氧化酶法：特异性强、价廉、方法简单。正常空腹全血3.6～5.3mM；（2）邻甲苯胺法：结果可靠，正常空腹全血为3.3～5.6mM；（3）福林—吴氏法：数值比实际高，本法已趋淘汰。空腹血糖正常为4.4～6.7mM。

★保证重要组织器官的能量供应，特别是某 些依赖葡萄糖供能的组织器官。 • 血糖水平恒定的生理意义： • 脑组织不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡萄糖供能； • 红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获能； • 骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。

食物糖 消化吸收 CO2 + H2O 糖原合成肝（肌）糖原分解肝糖原磷酸戊糖途径等其它糖糖异生脂类、氨基酸合成代谢非糖物质脂肪、氨基酸 • 血糖的来源与去路有氧供能酵解途径丙酮酸无氧乳酸血糖

Regulation of BS level: 1. 肝脏调节： 2. 肾脏调节：肾糖阈renal threshold for glu: 8.89-9.99mmol/L 糖尿glucosuria：

降低血糖：胰岛素insulin 3. 激素调控升高血糖：胰高血糖素糖皮质激素肾上腺素甲状腺素生长激素

第四节糖的分解代谢 • 糖酵解（glycolysis) • 糖的有氧氧化(aerobic oxidation) • 磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway)

一、糖酵解(glycolysis)

*定义：在缺氧情况下，glucose生成乳酸lactic acid并释放出少量能量(ATP) ，过程与酵母生醇发酵相同，称为glycolysis 。 Glycolysis is the anaerobic catabolism of glucose. *过程分两个阶段： Glu——丙酮酸pyruvate; pyruvate——lactic acid。

Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P ATP ADP 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 Mg2+ 己糖激酶 NAD+ NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP 6-磷酸葡萄糖 G-6-P 葡萄糖 ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸（一）1 Glu——2 pyruvates ⑴ 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖需ATP供能不可逆

Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛己糖异构酶 NAD+ NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP 6-磷酸果糖 F-6-P ATP 6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑵ 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖

Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 ATP ADP Mg2+ NAD+ 6-磷酸果糖激酶-1 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 F-1,6-2P ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑶ 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖需ATP供能不可逆

Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP 磷酸二羟丙酮 F-1,6-2P 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛醛缩酶 + NAD+ NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP 3-磷酸甘油醛 1,6-双磷酸果糖 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑷ 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖

Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶 NAD+ NADH+H+ 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑸ 磷酸丙糖的同分异构化 glyceraldehyde 3-phosphate

一分子glucose转变为二分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。一分子glucose转变为二分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。 • 以下可看作2分子3磷酸甘油醛反应.

Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P Pi、NAD+ NADH+H+ 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 3-磷酸甘油醛脱氢酶 NAD+ NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油醛 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑹ 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸 glycolysis中唯一的脱氢反应

Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP ADP ATP F-1,6-2P 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油酸激酶 NAD+ 1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑺ 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸 ※ 第一次底物水平磷酸化反应

Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P 磷酸甘油酸变位酶磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 NAD+ 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑻ 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸

Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 +H2O 烯醇化酶 NAD+ NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑼ 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 Phosphoenolpyruvate, PEP

Glu ATP ADP G-6-P F-6-P ATP ADP F-1,6-2P ADP ATP 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 K+ Mg2+ NAD+ 丙酮酸激酶 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 ADP ATP PEP pyruvate 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 ⑽ 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸第二次底物水平磷酸化

NADH + H+ NAD+ 乳酸脱氢酶(LDH) (二) 2 pyruvates —— 2 lactic acids pyruvate lactic acid

※ brief summary of glycolysis ⑴ 反应部位：胞浆cytosol ⑵ 糖酵解是一个不需氧的(anaerobic) 产能过程 ⑶ 反应全过程中有三步不可逆的 (irreversible)反应

Glu G-6-P F-6-P F-1, 6-2P ATP ADP ATP ADP 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 E1:己糖激酶 NAD+ E2: 6-磷酸果糖激酶-1 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 E3: 丙酮酸激酶 ADP ATP 3-磷酸甘油酸乳酸 NAD+ 2-磷酸甘油酸 NADH+H+ ATP ADP 丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E1 E2 glycolysis的代谢途径 E3

⑷产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化净生成ATP数量：一分子葡萄糖 2×2-2= 2ATP 糖原的一个糖单位 2×2-1= 3ATP

Glu G-6-P F-6-P F-1, 6-2P ATP ADP ATP ADP 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 E1:己糖激酶 NAD+ E2: 6-磷酸果糖激酶-1 NADH+H+ 1,3-二磷酸甘油酸 E3: 丙酮酸激酶 ADP ATP 3-磷酸甘油酸乳酸 NAD+ 2-磷酸甘油酸 NADH+H+ ATP ADP 丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E1 E2 glycolysis的代谢途径 E3

⑸ 终产物lactic acid的去路： 分解利用 lactic acid cycle（糖异生）

机体在缺氧情况下获取能量的有 • 效方式。 ※ Biological functions of glycolysis 2. 某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。 ① 无线粒体细胞：红细胞 ② 代谢活跃细胞或者组织：白细胞、骨髓细胞、大脑等

二、糖的有氧氧化(aerobic oxidation)

*概念: 机体氧oxygen供充足时，glucose彻底氧化成H2O和CO2，并释放出大量能量energy的过程。 • 部位： • cytosol及线粒体mitochondrion

CO2 NADH+H+ FADH2 Glu （一）反应过程 cytosol 第一阶段：stage 1 of glycolysis 第二阶段：pyruvate氧化脱羧丙酮酸第三阶段：TCA cycle 乙酰CoA 第四阶段：氧化磷酸化 Mitoch- TAC [O] H2O ATP ADP

NAD+, HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸乙酰CoA 丙酮酸脱氢酶复合体 1. pyruvate的氧化脱羧总反应式:

HSCoA S NAD+ L S 辅酶 TPP 硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+ 丙酮酸脱氢酶复合体：酶 E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酸乙酰转移酶 E3：二氢硫辛酸脱氢酶

1. -羟乙基-TPP的生成 CO2 2.乙酰二氢硫辛酸的生成 NADH+H+ 5.NADH+H+的生成 NAD+ CoASH 3.乙酰CoA的生成 4. 硫辛酸的生成

2.三羧酸循环 三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TCA)、柠檬酸循环citric acid cycle、Krebs cycle。 * 概述 • 反应部位:mitochondrion

⑴柠檬酸的合成： O=C-COOH CH3 CH2COOH CH2 + C=O HO-C-COO- COOH SCoA CH2COOH 草酰乙酸乙酰辅酶A 柠檬酸反应不可逆柠檬酸合成酶 H2O CoA-SH

⑵异柠檬酸的生成 COO- COO- COO- CH2 CH H-C-OH - OOC-C-OH- OOC-C - OOC-C-H CH2 CH2 CH2 COO- COO- COO- 柠檬酸酶-顺乌头酸异柠檬酸 H2O H2O

⑶第一次氧化脱羧生成α-酮戊二酸： COO- COO- H-C-OH C=O -OOC-C-H CH2 CH2 CH2 COO- COO- 异柠檬酸 α-酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶 Mg2+ NADH+H+ CO2 NAD+ 反应不可逆

⑷第二次氧化脱羧生成琥珀酰CoA: COO-O=C～SCoA C=O CH2 CH2 CH2 CH2 COO- COO- α-酮戊二酸琥珀酰CoA α-酮戊二酸脱氢酶复合体 NAD+ NADH+H+ CoA-SH CO2 反应不可逆

⑸底物水平磷酸化：琥珀酰-CoA合成酶催化 O=C～SCoA COO- CH2 CH2 CH2 CH2 COO- COO- 琥珀酰-CoA 琥珀酸 • TAC中唯一的底物水平磷酸化反应，产生GTP。琥珀酰-CoA合成酶 +CoA GDP+Pi GTP

⑹琥珀酸脱氢生成延胡索酸: CH2-COO- HC-COO- CH2-COO- -OOC-CH 琥珀酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶 FAD FADH2

⑺苹果酸的生成： HC-COO- HO-CH-COO- -OOC-CH CH2-COO- 延胡索酸苹果酸延胡索酸酶 H2O

第九章糖代谢 Metabolism of Saccharide