Metabolism of Carbohydrates

Presentation on theme: "Metabolism of Carbohydrates"— Presentation transcript:

1 Metabolism of Carbohydrates
第 九 章 糖 代 谢 Metabolism of Carbohydrates

2 物质代谢概述 物质代谢的概念 从有生命的单细胞到复杂的人体，都与周围环境不断的进行物质交换，这种物质交换称为物质代谢或新陈代谢。物质代谢是生命活动的基本特征。 物质代谢的合成和分解反应（指分子量大小的改变) 合成代谢常吸收能量，分解代谢常释放能量

3 物质代谢的三个阶段： 1 消化吸收 多糖、蛋白质、脂类及核酸必须经过消化才能被吸收到体内。 2 中间代谢 即组织细胞的合成和分解代谢 ，同时释放能量供机体利用。 3 排泄 将代谢产物排除体外

4 本章重点 掌握血糖浓度正常值。 掌握血糖浓度的来源与去路、肝脏和激素对血糖的调节作用。 掌握糖酵解的ＡＴＰ的生成及生理意义。
掌握糖有氧氧化的ＡＴＰ的生成、生理意义。 掌握糖耐量实验的意义。 掌握糖异生途径、生理意义及乳酸循环概念。

5 单糖 什么是糖类？ 糖类 根据其水解产物分 结合糖 寡糖 多糖 杂多糖 同多糖

6 糖的概念： 糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。

7 糖的分类： 寡糖 能水解生成几分子单糖的糖。二糖是一种寡糖：如麦芽糖，蔗糖，乳糖。（有甜味）
单糖 不能再水解的糖。如葡萄糖，果糖，半乳糖。 寡糖 能水解生成几分子单糖的糖。二糖是一种寡糖：如麦芽糖，蔗糖，乳糖。（有甜味） 多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。 如植物淀粉，动物糖原。 结合糖 糖与非糖物质的结合物。糖脂 (glycolipid)：是糖与脂类的结合物。糖蛋白 (glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。

8 第 一 节 概 述 Introduction

9 一、糖的生理功能 2. 提供合成体内其他物质的原料 1. 氧化供能 （主要功能）60%～70%以上的能量来源
1. 氧化供能 （主要功能）60%～70%以上的能量来源 2. 提供合成体内其他物质的原料 3. 作为机体组织细胞的组成成分

10 二、糖的消化与吸收 （一）糖的消化 人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。
消化部位： 主要在小肠， 少量在口腔

11 （二）糖的吸收 部位：小肠上段 形式 ：单 糖 途径 ：小肠肠腔 肠粘膜上皮细胞 门静脉 肝脏 体循环 各种组织细胞

12 三、糖代谢的概况 葡萄糖 糖原 ATP H2O及CO2 核糖 + 丙酮酸 乳酸 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油 糖原合成 肝糖原分解
有氧 核糖 + NADPH+H+ 磷酸戊糖途径 酵解途径 葡萄糖 丙酮酸 无氧 乳酸 消化与吸收 糖异生途径 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油

13 第 二 节 糖的无氧分解 Glycolysis

14 一、糖酵解的反应过程 定义： 在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸的过程。 反应部位：胞浆

15 （一）葡萄糖分解成丙酮酸 -----（10个步骤）----- （过程略）

16 丙酮酸 乳酸 反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。 (二) 丙酮酸转变成乳酸（过程略）
乳酸脱氢酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 丙酮酸 乳酸 反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。

17 糖酵解小结 （1） 反应部位：胞浆 （2） 糖酵解是一个不需氧的产能过程 （3）糖酵解释放的能量较少（1分子葡萄糖生成2分子ATP）

18 三、糖酵解的生理意义 1. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。 2. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。
1. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。 2. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。 ① 无线粒体的细胞，如：红细胞 糖酵解的利与弊？ 利：补充供能 弊：主要表现在酸中毒和代谢耗能（如肿瘤）

19 糖代谢的概况 葡萄糖 糖原 ATP H2O及CO2 核糖 + 丙酮酸 乳酸 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油 糖原合成 肝糖原分解 NADPH+H+
有氧 核糖 + NADPH+H+ 磷酸戊糖途径 酵解途径 葡萄糖 丙酮酸 无氧 乳酸 消化与吸收 糖异生途径 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油

20 第 三 节 糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate

21 * 概念 糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。 * 部位：胞液及线粒体

22 一、有氧氧化的反应过程 第三阶段：三羧酸循环 G（Gn） 胞液 第一阶段：酵解途径 丙酮酸 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧 乙酰CoA 线粒体
第四阶段：氧化磷酸化 TAC循环 NADH+H+ FADH2 [O] CO2 H2O ATP ADP

23 （二）三羧酸循环 * 概述 三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。 * 反应部位 所有的反应均在线粒体中进行。

24

25 表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，
Ⅰ 机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。 例如： 草酰乙酸 天冬氨酸 α-酮戊二酸 谷氨酸 柠檬酸 脂肪酸

26 Ⅱ 机体糖供不足时，可能引起TAC运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解。
苹果酸酶 丙酮酸 CO2 NAD+ NADH + H+ 草酰乙酸 草酰乙酸脱羧酶 丙酮酸 CO2

27 2. 三羧酸循环的生理意义 是三大营养物质氧化分解的共同途径； 是三大营养物质代谢联系的枢纽； 为其它物质代谢提供小分子前体；

28 有氧氧化生成的ATP 二、

29 在葡萄糖代谢过程中磷酸化产生的高能量. 每摩尔葡萄糖有氧情况下 产生 个ATP 每摩尔葡萄糖无氧情况下产生 个ATP

30 有氧氧化的生理意义 机体获取能量的主要方式 共同代谢途径 代谢联系枢纽

31 三、有氧氧化的调节 关键酶 ① 酵解途径：己糖激酶 丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1 ② 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体
③ 三羧酸循环：柠檬酸合酶 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶

32 1. 三羧酸循环的调节 – + – + + – 乙酰CoA ① ATP、ADP的影响 柠檬酸 草酰乙酸 ② 产物堆积引起抑制 异柠檬酸
α-酮戊二酸 异柠檬酸 苹果酸 NADH FADH2 GTP ATP 1. 三羧酸循环的调节 ATP – 柠檬酸 琥珀酰CoA NADH + ADP ① ATP、ADP的影响 柠檬酸合酶 ② 产物堆积引起抑制 异柠檬酸 脱氢酶 – ATP ③ 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶 ADP + Ca2+ α-酮戊二酸 脱氢酶复合体 + Ca2+ ④ 其他，如Ca2+可激活许多酶 – 琥珀酰CoA NADH

33 第 四 节（略） 磷酸戊糖途径 Pentose Phosphate Pathway

34 三、糖代谢的概况 葡萄糖 糖原 ATP H2O及CO2 核糖 + 丙酮酸 乳酸 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油 糖原合成 肝糖原分解
有氧 核糖 + NADPH+H+ 磷酸戊糖途径 酵解途径 葡萄糖 丙酮酸 无氧 乳酸 消化与吸收 糖异生途径 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油

35 *磷酸戊糖途径的概念 磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成NADPH+H+及磷酸戊糖（核糖）的反应过程。

36 三、磷酸戊糖途径的生理意义 （一）该途径生成的5-磷酸核糖为核苷酸及核糖的重要原料。核酸参与蛋白质的合成，利于机体的生长繁殖和损伤的修复
（二）作为供氢体参与多种代谢反应如脂肪的合成。心、肝缺血时该途径增强可发生心肌变性和脂肪肝

37 第 五 节 糖原的合成与分解 Glycogenesis and Glycogenolysis

38 三、糖代谢的概况 葡萄糖 糖原 ATP H2O及CO2 核糖 + 丙酮酸 乳酸 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油 糖原合成 肝糖原分解
有氧 核糖 + NADPH+H+ 磷酸戊糖途径 酵解途径 葡萄糖 丙酮酸 无氧 乳酸 消化与吸收 糖异生途径 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油

39 功能：储存葡萄糖在需要时调整并恢复它的含量
糖 原 (glycogen) 是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。 功能：储存葡萄糖在需要时调整并恢复它的含量 糖原储存的主要器官及其生理意义 肌肉：肌糖原，180 ~ 300g，主要供肌肉收缩所需 肝脏：肝糖原，70 ~ 100g，维持血糖水平

40 一、糖原的合成代谢 （一）定义 （二）合成部位 糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。
组织定位：主要在肝脏、肌肉

41 二、糖原的分解代谢 * 定义 * 肝糖元的分解 1. 糖原的磷酸解
糖原分解 (glycogenolysis )习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。 * 肝糖元的分解 1. 糖原的磷酸解 糖原n+1 糖原n + 1-磷酸葡萄糖 磷酸化酶

42 * 肌糖原的分解（剧烈运动时) 肌糖原 血乳酸 肝糖原 血糖 肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。

43 第 六 节 糖 异 生 Gluconeogenesis

44 三、糖代谢的概况 葡萄糖 糖原 ATP H2O及CO2 核糖 + 丙酮酸 乳酸 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油 糖原合成 肝糖原分解
有氧 核糖 + NADPH+H+ 磷酸戊糖途径 酵解途径 葡萄糖 丙酮酸 无氧 乳酸 消化与吸收 糖异生途径 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油

45 概念：是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。
部位：主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体-非肌肉 原料：主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸

46 一、糖异生途径 * 定义 糖异生途径(gluconeogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的过程。

47 三、糖异生的生理意义 （一）维持血糖浓度恒定 （二）补充肝糖原 （三）调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）
三碳途径： 指进食后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。 （三）调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）

48 【 】 【 】 八、乳酸循环(lactose cycle) ———（Cori 循环） 肌肉中糖异生低下 肝脏中糖异生活跃
有葡萄糖-6磷酸酶 【 】 肌肉中糖异生低下 没有葡萄糖-6磷酸酶 【 】

49 ⑵ 乳酸循环是一个耗能的过程 2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP。 ⑶ 生理意义 ① 乳酸再利用，避免了乳酸的损失。 ② 防止乳酸的堆积引起酸中毒。

50 第 七 节 血糖及其调节 Blood Glucose and The Regulation of Blood Glucose Concentration

51 血糖及血糖水平的概念 * 血糖，指血液中的葡萄糖。 * 血糖水平，即血糖浓度。 正常血糖浓度 ：3.89~6.11mmol/L

52 血糖水平恒定的生理意义 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。
脑组织不能利用脂肪酸，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。

53 血糖 一、血糖来源和去路 食 物 糖 CO2 + H2O 肝（肌）糖原 肝糖原 其它糖 非糖物质 脂肪、氨基酸 氧化分解 消化，吸收
糖原合成 肝（肌）糖原 肝糖原 分解 磷酸戊糖途径等 其它糖 非糖物质 糖异生 脂类、氨基酸合成代谢 脂肪、氨基酸

54 二、血糖水平的调节 * 主要依靠激素的调节 降低血糖：胰岛素(insulin) 主要调节激素 升高血糖：胰高血糖素(glucagon)
糖皮质激素 肾上腺素

55 （一） 胰岛素 —— 体内唯一降低血糖水平的激素

56 （二）胰高血糖素 —— 体内升高血糖水平的主要激素 * 此外，糖皮质激素和肾上腺素也可升高血糖， 肾上腺素主要在应急状态下发挥作用。

57 （三）糖皮质激素 ——引起血糖升高.

58 （四）肾上腺素 ——强有力的升高血糖的激素 肾上腺素的作用机制 通过加速(肝和肌肉)糖原分解。主要在应激状态下发挥调节作用。

59 总之，正常人体内存在一套精细的调节糖代谢的机制，在一次性食入大量葡萄糖后，血糖水平不会出现大的波动和持续升高。

60 *葡萄糖耐量(glucose tolerence)
指人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象。

61 糖耐量试验(glucose tolerance test, GTT)
目的：临床上用来诊断病人 有无糖代谢异常。 口服糖耐量试验的方法 被试者清晨空腹静脉采血测定血糖浓度，然后一次服用100g葡萄糖，服糖后的1/2、1、2h（必要时可在3h）各测血糖一次。以测定血糖的时间为横坐标（空腹时为0h），血糖浓度为纵坐标，绘制糖耐量曲线。

62 糖耐量曲线 正常人： 服糖后 1/2~1h达到 高峰，然后 逐渐降低， 一般2h左右 恢复正常值。 糖尿病患者：空腹血糖高于正常值，服糖后血糖浓度急剧升高，2h后仍可高于正常。

63 糖耐量试验 - 临床意义 　　（1）正常值：空腹3.9－6.1mmol/L，1小时血糖上升达高峰<11.1mmol/L，2小时下降<7.8mmol/L，3小时下降在空腹值。 　　（2）确诊糖尿病。空腹血糖≥7.0mmol/L或餐后血糖≥11.1mmol/L。

64 三、血糖水平异常 （一）高血糖及糖尿病 1. 高血糖(hyperglycemia)的定义 2. 肾糖阈的定义
临床上将空腹血糖浓度高于7.22~7.78mmol/L称为高血糖。 2. 肾糖阈的定义 当血糖浓度高于8.89~10.00mmol/L时，超过了肾小管的重吸收能力，则可出现糖尿。这一血糖水平称为肾糖阈。

65 3. 高血糖及糖尿的病理和生理原因 持续性高血糖和糖尿，主要见于糖尿病(diabetes mellitus, DM)。 糖尿病可分为二型:
Ⅰ型（胰岛素依赖型） Ⅱ型（非胰岛素依赖型） b. 血糖正常而出现糖尿，见于慢性肾炎、肾病综合征等引起肾对糖的吸收障碍。 c. 生理性高血糖和糖尿可因情绪激动而出现。

66 (二）低血糖 1. 低血糖(hypoglycemia)的定义 空腹血糖浓度低于3.33~3.89mmol/L时称为低血糖。
2. 低血糖的影响 血糖水平过低，会影响脑细胞的功能，从而出现 头晕、倦怠无力、心悸等症状，严重时出现昏迷，称为低血糖休克。