动物生物化学8糖类代谢

1、本章主要内容本章主要内容4 糖在动物体内的一般概况糖在动物体内的一般概况4 糖的分解供能糖的分解供能4 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 4 葡萄糖异生途径葡萄糖异生途径4 糖原的分解与合成糖原的分解与合成4 糖代谢各途径之间的关系糖代谢各途径之间的关系 动物机体主要的能源和碳源动物机体主要的能源和碳源 提供提供70%的能量，神经系统、胎儿和乳的合成消耗更多的能量，神经系统、胎儿和乳的合成消耗更多的葡萄糖为氨基酸和脂肪合成提供的葡萄糖为氨基酸和脂肪合成提供c的来源的来源 构成组织细胞的成分构成组织细胞的成分 核酸中的核糖，结缔组织中的蛋白多糖，核酸中的核糖，结缔组织中的蛋白多糖， 细胞膜上的糖脂细胞膜

2、上的糖脂和糖蛋白等和糖蛋白等 其他方面其他方面 如信号传导，免疫机能如信号传导，免疫机能1.糖在动物体内的一般概况糖在动物体内的一般概况1.1 糖的生理功能糖的生理功能1.2 糖的来源和去路糖的来源和去路葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖 意义意义 反映机体的能量水平，糖的分解和利用的动态平衡，对大脑、反映机体的能量水平，糖的分解和利用的动态平衡，对大脑、胎儿尤为重要胎儿尤为重要 激素的调节作用激素的调节作用 胰岛素下调、胰高血糖素上调、肾上腺素上调、糖皮质激素胰岛素下调、胰高血糖素上调、肾上腺素上调、糖皮质激素上调上调 糖尿糖尿 血糖水平相对恒定，超过肾糖阈值，葡萄糖随尿排出血糖水平相对恒

3、定，超过肾糖阈值，葡萄糖随尿排出1.3 血糖血糖 1897年，年，buchner兄弟由蔗糖发酵成乙醇的实验中发现。兄弟由蔗糖发酵成乙醇的实验中发现。 酵解酵解是在无氧或缺氧的条件下，葡萄糖或糖原分解成乳酸并且有能量是在无氧或缺氧的条件下，葡萄糖或糖原分解成乳酸并且有能量（atp）释放的过程。）释放的过程。 总反应为总反应为: 葡萄糖葡萄糖 乳酸乳酸 + 能量能量 g. embden 和和 meyerhof揭示了其途径。揭示了其途径。 酵解途径的酶系存在于胞液中。酵解途径的酶系存在于胞液中。2.糖的分解代谢糖的分解代谢2.1 糖酵解糖酵解(glycolysis)糖的无氧氧化糖的无氧氧化2+mg

4、atp -6- adp 己糖激酶葡萄糖 葡萄糖磷酸 ohohohhhohhohch2opo3hohch2ohhch2opo3ohhhhoo葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸磷酸葡萄糖异构酶mg2+2-2-第一阶段第一阶段 葡萄糖（葡萄糖（6c6c）断裂变为）断裂变为2 2个磷酸丙糖（个磷酸丙糖（3c3c） 注意，这个过程消耗了注意，这个过程消耗了2 2个个atpatp分子分子不可逆反应不可逆反应ohch2ohhch2opo3ohhhhoo果糖-6-磷酸ohch2opo3hch2opo3ohhhhoo果糖-1,6-二磷酸atp+磷酸果糖激酶mg2+2-2-2-ohch2opo3hch2opo3ohh

5、hhoo果糖-1,6-二磷酸cch2opo32-ch2ohohccch2opo32-ohho二羟丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸+醛缩酶2-2-丙糖磷酸异构酶二羟丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸不可逆反应不可逆反应反应倾向生成磷酸甘油醛反应倾向生成磷酸甘油醛, ,往下以往下以2 2分子甘油醛分子甘油醛-3-p-3-p作为底物进行作为底物进行 第二阶段第二阶段 生成丙酮酸生成丙酮酸 在这个阶段发生了氧化反应（生成在这个阶段发生了氧化反应（生成nadh）和第一次形）和第一次形成了高能键，共产生了成了高能键，共产生了2个个atp分子分子hccch2opo32-ohho甘油醛-3-磷酸nad+pihccch2opo3

6、2-ohopo32-o+甘油醛-3-磷酸脱氢酶1,3-二磷酸甘油酸nadh+ h+hccch2opo32-ohopo32-o1,3-二磷酸甘油酸adphccooch2opo32-oh3-磷酸甘油酸atp+磷酸甘油激酶mg2+hccooch2opo32-ohhccooch2ohopo32-mg2+磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸hccooch2ohopo32-2-磷酸甘油酸ccooch2opo32-烯醇化酶磷酸烯醇式丙酮酸ccooch2opo32-adpccooch3oatp+丙酮酸激酶mg2+k+,磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸接着，烯醇化酶催化的反应使分子内部基团重排能量接着，烯醇化酶催

7、化的反应使分子内部基团重排能量重新分布，形成了第二个高能键，共生成重新分布，形成了第二个高能键，共生成2 2个个atpatp分子分子不可逆反应不可逆反应第三阶段第三阶段 丙酮酸还原成乳酸丙酮酸还原成乳酸 在无氧的条件下，丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下，加氢还在无氧的条件下，丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下，加氢还原生成乳酸，所需的原生成乳酸，所需的nadh 来自第二阶段的反应。来自第二阶段的反应。ccooch3o+nadh h+hccooch3ohnad+乳酸脱氢酶+丙酮酸乳酸葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛

8、1,3- 1,3- 二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乙醛乙醛乳酸乳酸乙醇乙醇己糖激酶己糖激酶磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶醛缩酶醛缩酶脱氢酶脱氢酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶变位酶变位酶烯醇化酶烯醇化酶丙酮酸激丙酮酸激酶酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶-atp-atp+atp+atp糖原糖原1-p-g糖酵解途径汇总糖酵解途径汇总由由1分子分子g在无氧条件下氧化分解，在无氧条件下氧化分解，最终产生最终产生2分子分子atp。如果从糖原。如果从糖原开始，则可得到开始，则可得

9、到3分子分子atp(见下一节见下一节)注意酵解途径中的注意酵解途径中的3 3个个关键酶催化的不可逆关键酶催化的不可逆反应反应. .他们是他们是: :1.1. 己糖激酶己糖激酶2.2. 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶3.3. 丙酮酸激酶丙酮酸激酶糖酵解的生理意义糖酵解的生理意义 是动物机体在无氧或供氧不充分的情况下通过分解葡萄糖是动物机体在无氧或供氧不充分的情况下通过分解葡萄糖或糖原获得部分能量的重要方式。或糖原获得部分能量的重要方式。 运动和使役的动物肌肉，一些供氧不足的组织，如视网膜、运动和使役的动物肌肉，一些供氧不足的组织，如视网膜、皮肤、睾丸以及肿瘤等组织通过这个途径获得部分能量。皮肤、睾丸以

10、及肿瘤等组织通过这个途径获得部分能量。 酵解途径与糖的有氧氧化途径、磷酸戊糖途径以及异生途径酵解途径与糖的有氧氧化途径、磷酸戊糖途径以及异生途径都有密切联系。都有密切联系。2.2 有氧氧化（有氧氧化（aerobic oxidation） 有氧条件下有氧条件下,葡萄糖彻底氧化生成葡萄糖彻底氧化生成co2和和h2o,并伴有能量并伴有能量释放的过程释放的过程c6h12o6 + 6o2 6co2 + 6h2o + 能量能量过程分三阶段过程分三阶段,第一阶段在胞液第一阶段在胞液(同酵解同酵解)，后两个阶段在线粒体中进行，后两个阶段在线粒体中进行2 丙酮酸丙酮酸第一阶段第一阶段 由葡萄糖由葡萄糖第二阶段第

11、二阶段 丙酮酸的氧化丙酮酸的氧化 丙酮酸（丙酮酸（3c3c）转变为乙酰）转变为乙酰coacoa（2c2c），在线粒体中进行，），在线粒体中进行，由丙酮酸脱氢酶系催化，由丙酮酸脱氢酶系催化，为不可逆反应为不可逆反应，它包含有三个酶，它包含有三个酶 。 总反应如下总反应如下：h3c cocoohhscoah3c coscoa乙酰coa+co2丙酮酸脱氢酶复合体nad+nadh+ h+丙酮酸与无氧酵解相同与无氧酵解相同, 在胞液中进行在胞液中进行注意注意 产物为产物为2 2分子乙酰分子乙酰coacoa丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体三个酶分别是三个酶分别是: e1 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶e2

12、二氢硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸乙酰转移酶e3 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶还有还有6种辅助因子种辅助因子tpp、硫辛酸、硫辛酸、coa、 fad、 nad+和和mg2+丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvate dehydrogenasecomplex, pdc) 催化的反应催化的反应 第三阶段第三阶段 三羧酸循环三羧酸循环 1937年年crebs提出。又称提出。又称柠檬酸循环柠檬酸循环或或crebs循环。循环。 以乙酰以乙酰coa与草酰乙酸缩与草酰乙酸缩合成柠檬酸（含合成柠檬酸（含3个羧基）个羧基）的反应为起始，对乙酰基团的反应为起始，对乙酰基团进行氧化脱羧再生成草酰乙进行氧

13、化脱羧再生成草酰乙酸的单向循环反应序列。酸的单向循环反应序列。 在线粒体中进行。在线粒体中进行。三三 羧羧 酸酸 循循 环环 反反 应应三羧酸循环的产物三羧酸循环的产物 乙酰乙酰coa（2c）经过三羧酸循环完全分解释放）经过三羧酸循环完全分解释放2个个co2，同时，同时生成生成3个个nadh2，1个个fadh2，1个个gtp（或（或atp）。）。 nadh2 和和 fadh2 所携带的所携带的h原子来自循环中代谢中间物的脱氢。原子来自循环中代谢中间物的脱氢。 在有氧条件下，每在有氧条件下，每2个个h原子可以通过呼吸链（电子传递系统）原子可以通过呼吸链（电子传递系统）传递给传递给1/2o2，生成

14、生成h2o，并且有能量释放用以合成，并且有能量释放用以合成atp。 1分子分子nadh2 经呼吸链生成经呼吸链生成1分子分子h2o和和2.5个个atp 1分子分子fadh2 经呼吸链生成经呼吸链生成1分子分子h2o和和1.5个个atp以以1分子的葡萄糖完全氧化为例进行能量计算分子的葡萄糖完全氧化为例进行能量计算第一阶段（胞液）：生成第一阶段（胞液）：生成2atp 生成生成2nadh2 计计7（5）atp第二阶段（线粒体）：第二阶段（线粒体）：2nadh2 2co2 计计5atp第三阶段（线粒体）第三阶段（线粒体） ：6nadh2 4co2 2fadh2 2gtp（或（或2atp） 计计20at

15、p 共计共计 32（30）atp和和6co2 有氧氧化的生理意义有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是动物获得能量的主要方式。糖的有氧氧化是动物获得能量的主要方式。 糖的有氧氧化是糖、脂和氨基酸等营养物质分解代谢的糖的有氧氧化是糖、脂和氨基酸等营养物质分解代谢的共同归宿。共同归宿。 糖的有氧氧化也是糖、脂和氨基酸等营养物质互相转变糖的有氧氧化也是糖、脂和氨基酸等营养物质互相转变和联系的共同枢纽。和联系的共同枢纽。 糖的有氧氧化途径为嘌呤、嘧啶、尿素的合成提供糖的有氧氧化途径为嘌呤、嘧啶、尿素的合成提供二氧化碳，也是大自然碳循环的重要组成部分。二氧化碳，也是大自然碳循环的重要组成部分。 不依赖于有氧

16、或无氧的葡萄糖分解途径，约有不依赖于有氧或无氧的葡萄糖分解途径，约有30%的葡萄的葡萄糖经过这条途径代谢，在胞液中进行，尤其在合成代谢旺盛糖经过这条途径代谢，在胞液中进行，尤其在合成代谢旺盛的组织中活跃。的组织中活跃。 从从6-p-葡萄糖开始，经过两个阶段：葡萄糖开始，经过两个阶段： 1. 氧化阶段氧化阶段 产生产生nadph2、co2和和5-p-核酮糖；核酮糖； 2. 非氧化阶段非氧化阶段 通过基团的交换和分子内部的重组，通过基团的交换和分子内部的重组，5-p-核核酮糖又转变为磷酸己糖。酮糖又转变为磷酸己糖。2.3 磷酸戊糖途径（磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathwa

17、y）磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径注意注意: : 途径的氧化阶段途径的氧化阶段生成生成nadphnadph的和释放的和释放coco2 2 非氧化阶段中非氧化阶段中基团交换和重组基团交换和重组的结果生成磷酸果的结果生成磷酸果糖和糖和3-3-磷酸甘油醛，磷酸甘油醛，后者又可以转变成后者又可以转变成磷酸果糖。磷酸果糖。氧氧 化化 阶阶 段段非非 氧氧 化化 阶阶 段段磷酸戊糖途径的生理意义磷酸戊糖途径的生理意义 途径生成的途径生成的nadphnadph用于用于还原性生物合成还原性生物合成，如脂肪酸、胆固醇、，如脂肪酸、胆固醇、脱氧核苷酸、谷胱甘肽等的合成，维持细胞的还原性，也可以氧脱氧核苷酸、谷胱甘肽等的

18、合成，维持细胞的还原性，也可以氧化供能化供能 途径生成的磷酸核糖是途径生成的磷酸核糖是合成核苷酸合成核苷酸的原料的原料 与糖的酵解途径和有氧氧化途径相联系，也是其他单糖代谢与糖的酵解途径和有氧氧化途径相联系，也是其他单糖代谢和转变的途径和转变的途径 与植物的光合过程有密切联系与植物的光合过程有密切联系总反应总反应: 6 x 葡萄糖葡萄糖-6-p 5 x 葡萄糖葡萄糖-6-p+ 12 nadph2+ 6 co2+pi 非糖物质可以通过糖代谢途径中的某个代谢中间产物沿着糖的分解途径逆转转非糖物质可以通过糖代谢途径中的某个代谢中间产物沿着糖的分解途径逆转转变成葡萄糖或糖原。但是这种转变不是糖分解代谢

19、的简单逆转，必须克服那些变成葡萄糖或糖原。但是这种转变不是糖分解代谢的简单逆转，必须克服那些由关键酶所催化的不可逆反应造成的由关键酶所催化的不可逆反应造成的“能障能障”。主要有三个酶催化的反应。主要有三个酶催化的反应, 异生异生过程必须设法过程必须设法“绕过绕过”这三个反应这三个反应. 己糖激酶己糖激酶（葡萄糖激酶，肝）（葡萄糖激酶，肝）: 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶: 果糖果糖-6-磷酸磷酸 果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶: 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 +atp 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮

20、酸 3. 糖的异生作用糖的异生作用3.1 概述概述atpatpadp(1)(2)(3)(3)3.2 糖异生的反应过程糖异生的反应过程要克服糖分解代谢途径中的三个障碍要克服糖分解代谢途径中的三个障碍( (不可逆反应不可逆反应) )第一个反应的逆向反应是：第一个反应的逆向反应是：-6-2-6-h opi 葡萄糖磷酸酶葡萄糖磷酸葡萄糖第二个反应的逆向反应是：第二个反应的逆向反应是：-1 6-2-16-h o-6-pi 果糖 ，二磷酸酶果糖 ，二磷酸果糖磷酸肝脏肝脏第三个反应的逆转通过以下反应进行第三个反应的逆转通过以下反应进行: :2hpiadpohatpco22草酰乙酸丙酮酸丙酮酸羧化酶a：反应在

21、线粒体中进行反应在线粒体中进行, 该酶需要生物素作辅酶该酶需要生物素作辅酶coo-coch2co-o草酰乙酸+ gtpcoo-cch2opo-o-o磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶+ co2 + gdp磷酸烯醇式丙酮酸b：反应在胞液中进行，草酰乙酸通过苹果酸转运到胞液反应在胞液中进行，草酰乙酸通过苹果酸转运到胞液苹果酸在转运草酰乙酸时发挥了载体的作用苹果酸在转运草酰乙酸时发挥了载体的作用线粒体中进行线粒体中进行胞液中进行胞液中进行非糖物质非糖物质(甘油、乳酸和某些生糖氨基酸甘油、乳酸和某些生糖氨基酸)的异生途径的异生途径非糖物质的异生作用在非糖物质的异生作用在肝脏和肾脏肝脏和肾脏中进行中进行异生作用的意

22、义和乳酸的利用异生作用的意义和乳酸的利用 在糖的来源不足时，如饥饿、禁食等情况下，异生作用是维持在糖的来源不足时，如饥饿、禁食等情况下，异生作用是维持机体血糖水平的重要手段，对神经组织、大脑、胎儿尤其重要。机体血糖水平的重要手段，对神经组织、大脑、胎儿尤其重要。 反刍动物反刍动物50%葡萄糖的来源通过丙酸的异生作用葡萄糖的来源通过丙酸的异生作用(见脂代谢见脂代谢)。 肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸同时，还可将其转变为葡肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸同时，还可将其转变为葡萄糖或肝糖原，实现对乳酸的再利用萄糖或肝糖原，实现对乳酸的再利用, 称为称为coris 循环。循环。乳酸循环（乳酸循环

23、（cori 循环）循环） 糖原糖原( glycogen )，又称动物淀粉，支链，分子量数百万以上。主，又称动物淀粉，支链，分子量数百万以上。主要由葡萄糖以要由葡萄糖以 （1，4）糖苷键相连（）糖苷键相连（93%），以少量），以少量（1，6）糖苷）糖苷键（键（7%）形成分支。有肝糖原和肌糖原。）形成分支。有肝糖原和肌糖原。 4. 糖原的分解与合成糖原的分解与合成4.1 糖原结构糖原结构糖原磷酸化酶转移酶脱支酶4.2 糖原分解糖原分解1ohohhhohhohch2ohh41ohhhohhohch2ohho41ohhhohhohch2ohhoo41ohhohohhohch2ohhopooo1ohoh

24、hhohhohch2ohh41ohhhohhohch2ohho41ohhhohhohch2ohhoo41ohohhhohhohch2ohhophooo 断键部位+磷酸化酶糖原的非还原末端在磷酸化酶催化下糖原被磷酸解生在磷酸化酶催化下糖原被磷酸解生成葡萄糖成葡萄糖-1-磷酸磷酸,其分支由脱支酶其分支由脱支酶催化水解脱去催化水解脱去,生成葡萄糖生成葡萄糖piohohhhohhohch2ohhopo32-ohohhohhohhohch2opo32-hohohhohhohhohch2ohhpi+磷酸葡萄糖变位酶葡萄糖-6-磷酸酶葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-1-磷酸在磷酸葡萄糖

25、变位酶的作用下转变成葡萄糖磷酸在磷酸葡萄糖变位酶的作用下转变成葡萄糖-6-磷酸，后者或者进入糖的氧化分解途径磷酸，后者或者进入糖的氧化分解途径, 或者在葡萄糖磷酸酶或者在葡萄糖磷酸酶(肝肝脏脏)作用下水解成葡萄糖，释放进入血液。作用下水解成葡萄糖，释放进入血液。 过多摄入的葡萄糖可以通过合成糖原贮存在肝和肌肉中过多摄入的葡萄糖可以通过合成糖原贮存在肝和肌肉中.但是每个葡萄糖分子都但是每个葡萄糖分子都首先要磷酸化成为首先要磷酸化成为6-p-葡萄糖，再异构成葡萄糖，再异构成1-p-葡萄糖，后着再进一步活化为葡萄糖，后着再进一步活化为尿苷二尿苷二磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(udpg)。再在糖原引物的非还原

26、端逐个加上葡萄糖基，同时释放出。再在糖原引物的非还原端逐个加上葡萄糖基，同时释放出udp，糖原合成酶是这个反应的关键酶。糖原的分支由分支酶催化形成，糖原合成酶是这个反应的关键酶。糖原的分支由分支酶催化形成.4.3 糖糖 原合成原合成2+mg atp -6- adp 己糖激酶葡萄糖 葡萄糖磷酸 ohohhhohhohch2ohhopo32-ohohhohhohhohch2opo32-h磷酸葡萄糖变位酶葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸121-utpudp-ppi 葡萄糖-磷酸葡萄糖ppi2pi 无机焦磷酸酶nn+1udpg+gudpg 糖原合糖原（）糖原（）酶345udpg焦磷酸化酶催化焦磷酸化酶

27、催化g-1-p活化成为活化成为udp-葡萄糖葡萄糖(尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖)糖原糖原引物引物乳糖d _ 葡萄糖d _ 半乳糖+h2o乳糖酶或 _ 半乳糖苷酶（微生物）ohohhhohhohch2ohhohohohhhohhohch2ohhopo32-半乳糖激酶atpadp半乳糖半乳糖-1-磷酸ohohhhohhohch2ohhopo32-半乳糖-1-磷酸ohohhhohhohch2ohhopooopooo尿嘧啶半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶udp-葡萄糖葡萄糖-1-磷酸udp-半乳糖4.4 乳糖分解乳糖分解 udp-半乳糖可以异构成半乳糖可以异构成udp-葡萄糖葡萄糖,再进一步代谢转变再进一步代谢转变5. 糖代谢的调节糖代谢的调节5.1 糖代谢各途径之间的联系糖代谢各途径之间的联系第一个交汇点：第一个交汇点：6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 第二个交汇点：第二个交汇点：3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛第三个交汇点：第三个交汇点：丙酮酸丙酮酸 途径的相互影响途径的相互影响 细胞能量水平的提高，细胞能量水平的提高，atp通过抑制肌肉磷酸己糖激酶的通过抑制肌肉磷酸己糖激酶的活性降低酵解途径的活性，这种有氧氧化抑制酵解途径称巴斯活性降低酵解途径的活性，这种有氧氧化抑制酵解途径称巴斯德效应德效应 磷酸戊糖途径中的磷酸戊糖途径中的6-p-葡萄糖酸（作为一种竞争性抑制