第八章糖代谢

1、糖 代 谢糖酵解糖酵解三羧酸循环三羧酸循环磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径糖异生糖异生糖原降解糖原降解糖原合成糖原合成l以动物消化淀粉为例：以动物消化淀粉为例：1、口腔：、口腔： 淀粉淀粉 糊精糊精+麦芽糖麦芽糖2、胃：、胃： 口腔消化的继续，胃酸浸透食物，口腔消化的继续，胃酸浸透食物， 消化停止，进入肠道。消化停止，进入肠道。3、小肠：、小肠：含必需的含必需的酶酶和和pH环境环境，多、寡、双糖几，多、寡、双糖几乎全转化为单糖乎全转化为单糖: 麦芽糖麦芽糖 2 葡萄糖，葡萄糖， 蔗蔗 糖糖 葡葡 + 果；果； 乳乳 糖糖 葡葡 + 半乳半乳唾液淀粉酶唾液淀粉酶1、部位：、部位：小肠小肠2、途径：、途径

2、：毛细血管毛细血管肝门静脉肝门静脉肝肝体循环体循环单糖单糖1、入肝前：、入肝前： 肝门静脉血中肝门静脉血中糖种类糖种类由食物糖类型决定；由食物糖类型决定； 2、出肝循环血中：、出肝循环血中：正常情况下正常情况下仅为葡萄糖仅为葡萄糖。以多糖形式（植物：淀粉）以多糖形式（植物：淀粉） 1、糖原糖原形式储存在肝、肌肉等组织中；形式储存在肝、肌肉等组织中； 2、过量时，葡萄糖、过量时，葡萄糖脂肪脂肪。（一）概念：1、无氧条件下，在细胞质中酶将葡萄糖氧化成2分子丙酮酸并伴随生成ATP的过程。 Embden -Meyerhof-Parnas途径，简称EMP糖酵解过程全部都在细胞质中进行，整个过程虽然有氧化

3、还原反应，但是没有氧的参加。葡萄糖转变为乙醇发酵作用(fermentation)葡萄糖转变为乳酸酵解作用 发酵和酵解是两种都不需要氧的糖代谢过程，代谢的起始物和终产物不同，但经历的中间反应步骤则完全相同，且都能够放出少量的能量。l是糖酵解过程中的第二个磷酸化反应。是EMP途径中第二个使用ATP的反应。l磷酸果糖激酶 (phosphofructokinase，PFK)为限速酶，受ATP抑制，ADP和Pi可解除抑制；l此为EMP关键反应步骤。l反应不可逆。磷酸果糖激酶l 醛缩酶 (aldolase)l反应可逆，并有利于磷酸己糖的合成，但是生理条件下甘油醛-3-P不断形成丙酮酸，故甘油醛-3-P低，

4、反应向裂解方向进行。l 丙糖磷酸异构酶 (triose phosphate isomerase)丙糖磷酸异构酶l反应包括氧化还原反应、磷酸化反应，均由3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehgde 3-phosphate dehydrogenase) 催化，NAD+ 为辅酶，接受氢和电子，需要无机磷酸参加。 lEMP第一次氧化作用l磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase) l底物水平磷酸化：产生2个ATP，在磷酸甘油酸激酶的催化下，1，3二磷酸甘油酸羧基上的高能磷酸基转移给ADP，生成ATP及3磷酸甘油酸，这是整个酵解过程中生成ATP的第一个反应。此反应需要有镁离子

5、的存在，而且可以逆行。磷酸甘油酸激酶 同分异构体的相互转变，反应可逆，需要Mg2+参加磷酸甘油酸变位酶(phosphglycerate mutase)磷酸甘油酸变位酶 烯醇化酶(enolase)催化；此反应引起分子内电子重排和能量重分布，形成一个高能磷酸键，为下一步底物水平磷酸化作准备。烯醇化酶l 丙酮酸激酶 (pyruvate kinase), 并需要 Mg2+, K+l第二次底物水平磷酸化，产生2个ATP。l反应不可逆，此为EMP限速步骤之三。2磷酸丙糖2丙酮酸 有ATP生成糖酵解的总反应式葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2OATP：消耗:反

6、应1,3 各1个 -2 产生:反应7,10 各2个 +4 净得2个ATP无氧条件下2分子NADH将H交给丙酮酸生成乳酸葡萄糖+2Pi+2ADP 2乳酸+2ATP+2H2O1）反应中NAD+得到再生，保证了NADH的周转。2）许多生物在无或缺氧时以此方式获能。糖酵解途径多数反应是可逆的：可逆反应的方向和速度是由底物和产物的浓度控制；可逆反应的酶活性的变化不能决定反应的方向。糖酵解途径有三个不可逆的反应：己糖激酶（葡萄糖激酶）（HK或GK）6磷酸果糖激酶（PFK）丙酮酸激酶（PK）糖酵解途径流量的三个调节点，受到变构剂和激素的调节。1）FPK-1为变构酶： 变构激活剂:Pi、AMP、ADP、 F-

7、6-P 、F-2,6-BP 变构抑制剂: ATP2） 柠檬酸 抑制EMPl可增强F-6-P与E的亲和力，解除ATP对E活的抑制，使酶活化，加速EMP。l二E组成相同，仅因-Ser的磷酸化与否而活性不同。 +Pi：PFK2 Pi： PFK24）FPK2/果糖二磷酸酶2的活性受胰高血糖素共价修饰。cAMP促进磷酸化。FPK2F-6-PF-2,6-BP果糖二磷酸酶2 受F-6-P反馈抑制3、丙酮酸激酶：、丙酮酸激酶：反应10 被F-1,6-BP活化；ATP和Ala变构抑制。l体内ATP/AMP调控EMP速率 当ATP/AMP酶被抑制， EMP受抑； 当ATP/AMP酶激活， EMP加速。l调控目的：

8、 在于根据机体对能量的需要来调整糖酵解速度以适应机体组织器官的需要。1、迅速提供能量、净得2个ATP： A、剧烈运动，肌肉相对缺氧， EMP B、病理情况下，呼吸或循环障碍，EMP 供能； C、红细胞只能靠EMP 供能； D、神经、骨髓也常由EMP 供能；2、提供细胞生物合成的原料，联系三大代谢；丙酮酸可以转变成丙氨酸，丙氨酸可以转也变成其它的氨基酸。蛋白质和脂肪可以转变为糖酵解的中间产物，在肝中转变为肝糖元和葡萄糖。3、EMP的普遍性，反映大气缺氧时期原始生物的获能方式。葡萄糖在有氧的条件下彻底氧化成水和二氧化碳的过程。是绝大多数细胞利用葡萄糖获取能量的方式。包括： EMP：葡萄糖丙酮酸丙酮

9、酸进入线粒体氧化脱羧乙酰CoA TCA：丙酮酸乙酰CoA CO2+ H+ 电子传递链： H+1/2O2 H2Ol葡萄糖经过糖酵解生成丙酮酸，在线粒体膜上由丙酮酸脱氢酶系催化丙酮酸不可逆的氧化脱羧，并与CoA结合形成乙酰- CoA和CO2丙酮酸脱氢酶 l处于代谢途径的分支点，生成的乙酰-CoA既可以进入TCA循环参加能量代谢，又可以作为脂类合成的起始物，参与脂肪的合成。 1）2种产物抑制，相应反应物解抑制； 乙酰CoA E2 /CoA ， NADH E3 / NAD+；3）E1的可逆磷酸化的共价调节： 磷酸化 -失活；去磷酸化 -恢复活性又称为柠檬酸循环或Krebs循环是由多种酶催化的连续的化学

10、反应定义：在有氧条件下，酵解产物丙酮酸被氧化分解成CO2和H2O,并以ATP形式贮备大量能量的代谢系统丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA草酰草酰琥珀酸琥珀酸-酮酮戊二酸戊二酸琥珀琥珀酸酸延胡延胡索酸索酸苹果苹果酸酸草酰草酰乙酸乙酸柠檬柠檬酸酸琥珀酰琥珀酰CoA异柠异柠檬酸檬酸NADHNADHCOCO2 21GTP1GTPFADHFADH2 2NADHNADH加入加入2C2CNADHNADHCOCO2 2TCATCA反应包括8步：乙酰乙酰- CoA(2C) + 柠檬酸柠檬酸(6C) 草酰乙酸草酰乙酸(4C)柠檬酸合酶B、G0= -31.4 KJ/mol ，反应不可逆；C、柠檬酸合酶对草酰乙酸Km很

11、低，反应可迅速进行。l乌头酸酶l中间产物形成顺-乌头酸与酶形成复合物。l-OH从C3移到C2l异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase)l此酶需NAD(P)+，并被还原为NAD(P)H。l第1次氧化脱羧，反应中间产物是一个不稳定的酮酸草酰琥珀酸，反应不可逆；NADP+NADPH+H+说明 A、 在高等动植物和大多数细菌中，异柠檬酸脱氢酶的辅酶有两种：NAD+和NADP+；前者只存在于线粒体中，并需要Mg+或Mn+激活，后者在细胞溶胶中也有发现。 B、异柠檬酸脱氢酶催化脱羧在生物化学酶催反应 中具有代表性：先由羟酸氧化为酮酸，引起脱羧反应，促进了相邻的CC键断裂，解决了具

12、有两个碳原子的乙酰基氧化和降解问题，这种反应类型称为裂解。 C、在植物和一些细菌中异柠檬酸的转化有两条途径：当需要能量时进行氧化脱羧生成-酮戊二酸 ；当能量充足时裂解为琥珀酸和乙醛酸，需要异柠檬酸裂解酶催化。l-酮戊二酸脱氢酶系，为3酶的复合体，类似丙酮酸脱氢酶系；但是，酮戊二酸脱氢酶系不受磷酸化和去磷酸化的共价修饰调节。l第2次氧化脱羧，形成一个高能硫脂键。l辅酶为NAD+ ，有NADH形成。lG0= -30.24 KJ/mol 反应不可逆l琥珀酰- CoA合成酶；l底物水平磷酸化； 高能键释放的能量用以合成GTP（主要在动物）或ATP（植物特有）。琥珀酰琥珀酰CoA 琥珀酸琥珀酸(4C)G

13、TP在生物合成中可以在蛋白质合成中提供磷酰基团；可以参与信号的传递；或将高能磷酸基团传递给ADP形成ATP。l琥珀酸脱氢酶，唯一位于线粒体内膜上的酶。l辅基FAD还原成FADH2，直接进入电子链氧化。l为何选择FAD作为H+受体，不选择NAD+？反丁烯二酸l延胡索酸酶(fumarate hydratase)l催化水合反应l苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase)l需NAD+，并被还原为NADH。l此反应在热力学上是不利进行的；但是由于草酰乙酸不断被用于合成柠檬酸，所以反应向生成草酰乙酸的方向进行。TCA循环一周，l将乙酰- CoA的乙酰基氧化成2个CO2l产生1个GTP、l1个

14、FADH2和3个NADH。l一次底物水平磷酸化 其它三羧酸、二羧酸并无减少，理论上这些酸只需微量，即可循环，促使乙酰CoA氧化。因有2步不可逆反应，故反应单方向进行。TCA表面上是一个二碳化合物被氧化成两分子的CO2 ，但是CO2中的碳是来自草酰乙酸并不是来自乙酰- COA； TCA的中间产物草酰乙酸可起催化剂的作用，本身无能量的消耗,但其中的碳的被置换。A、形成大量ATP的主要途径：代谢可产生ATP、NAD(P)H、FADH2 、GTP，最终形成ATPB、提供许多重要中间代谢产物。如： -酮戊二酸 Glu；草酰乙酸 AspC、TCA是联系三大代谢的枢纽糖、脂肪和氨基酸的氧化都产生乙酰-COA

15、，然后进入TCA循环进行降解。TCA受来自两个方面的调控：（1）柠檬酸循环本身所具有的内部相互制约系统的调节；底物效应：乙酰CoA和草酰乙酸；产物积累的反馈抑制作用：NADH循环中形成的中间产物的别构抑制：柠檬酸是草酰乙酸的竞争性抑制剂；琥珀酸CoA和乙酰CoA结构相似，对柠檬酸合酶有竞争性反馈抑制。（2）ADP、ATP、和Ca+对TCA的调节 机体活动消耗大量的ATP，使ADP的含量升高，ADP是异柠檬酸脱氢酶的变构促进剂，可增加酶对底物的亲和性；机体静止，ATP消耗减少，浓度上升，对异柠檬酸脱氢酶产生抑制作用。Ca+可作为信号的中介，对某些酶起到激活作用。 EMP：产生 8/7个ATP2A

16、TP+2NADH 3 / 2.5 = 8/ 7 丙酮酸氧化脱羧产生： 2NADH (H +)3/2.5ATP = 6/5个 ATP TCA产生： 24/20个ATP2 (3NADH 3/2.5+FADH2 2/1.5+GTA(ATP) =24/20 (pentose phosphate pathway 简称PPP途径）此途径从G-6-P开始，又称磷酸己糖支路（hexose phosphate shunt，简称HMS) 。部位：胞浆此途径虽然是糖的分解途径，但主要意义不是产生ATP。可分2个阶段：氧化阶段和非氧化阶段整个反应历程中产生磷酸戊糖、二氧化碳和还原型辅酶；基团转移：产生不同碳原子数的磷

17、酸单糖1、氧化阶段 G-6-P 核酮糖-5-P+2NADPH (H +)+CO2G-6-P脱氢酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶2、非氧化阶段1）异构化 a、核酮糖-5-P 核糖-5-P该酶通过形成一个烯二醇的中间产物完成酮醛异构化。 b、核酮糖-5-P 木酮糖-5-P 差向异构酶（3表异构酶）可催化核酮糖5磷酸C3上的羟基与氢对调，即为木酮糖5磷酸。注意(1)如果需要NADPH和5-磷酸核糖参与其它反应，该通路就终止在这里；（2）如果只是需要NADPH而不需要5-磷酸核糖，那么5-磷酸核糖就可以通过碳骨架的重新整理回到6-磷酸葡萄糖而重新进入糖酵解途径。 通过基团转移可以产生不同碳原子数的单糖。

18、 最终核糖可以转变为6磷酸葡萄糖和3磷酸甘油醛，二者都进入糖酵解途径。中间有赤藓糖4磷酸和景天庚酮糖7磷酸生成。转酮酶：转移含有一个酮基和一个醇基的二碳单位（羟乙醛）转醛酶：转移三碳单位（二羟丙酮）两种酶转移基团的受体都是醛糖。 a、核糖-5-P 和木酮糖-5-P形成景天庚酮糖-7-磷酸和甘油醛-3-磷酸 b、景天庚酮糖-7-磷酸和甘油醛-3-磷酸形成赤藓糖- 4 -磷酸和果糖-6-磷酸 c、赤藓糖-4-磷酸和木酮糖-5-P形成甘油醛-3-磷酸和果糖-6-磷酸 6C6 5C6 + 6CO2 总反应： 6(G-6-P)+7H2O+12NADP+ 5(G-6-P) + 6CO2 + 12NADPH

19、+12H+Pil不经EMP和TCA，葡萄糖直接脱氢脱羧；l反应中脱氢酶的辅酶是NADP+；l可以产生3、4、5、6、7C分子骨架。l 第一步反应为限速不可逆反应,G-6-P脱氢酶为限速酶l G-6-P脱氢酶活性被NADP+ 调节： 细胞需NADPH时，NADP+ ，刺激酶活，加速反应。当NADPH /NADP+比值，抑制此途径当NADPH /NADP+比值，激活此途径磷酸戊糖途径流量取决于机体对NADPH的需求。 另外，还受到机体对核糖-5-磷酸和ATP的需求的调节。1）产生NADPH+H+ ，为生物合成提供还原力；2）产生磷酸戊糖参加核酸代谢；3）产生甘油醛-3-P将糖代谢的3条途径（EMP

20、、TCA、PPP）联系起来，构成糖分解代谢的多样性，以适应环境变化。4）提供多种C3C7的糖，为生物合成提供碳架来源。l葡糖异生作用：由非糖物质作为前体合成葡萄糖或糖原的过程。 v在饥饿或剧烈活动时对保持血糖水平是重要的。v脑和红细胞几乎完全靠血糖作能源。 此作用主要在肝、肾。糖异生前体：丙酮酸、甘油、琥珀酰CoA、 -酮戊二酸、草酰乙酸等。（1）由丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸 a、丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸需生物素和镁离子，镁离子与ATP结合，提供能量，生成羧基生物素，再转给丙酮酸，形成草酰乙酸。b、草酰乙酸过膜：异生在细胞质中进行，草酰乙酸要转化为苹果酸才能出线粒体膜，在细胞质中

21、再氧化成草酰乙酸。c、 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化草酰乙酸生成PEP。反应需GTP提供磷酰基，速度受草酰乙酸浓度和激素调节。 总反应为：丙酮酸+ATP+GTP+H2O=PEP+ADP+GDP+Pi+H+ （2）果糖-1，6-二磷酸水解为果糖-6-磷酸 果糖二磷酸酶催化需镁离子，是别构酶，AMP强烈抑制酶活，平时抑制酶活50%。果糖2，6-二磷酸也抑制，ATP、柠檬酸和3-磷酸甘油酸可激活。 （3）6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖 由葡萄糖-6-磷酸酶催化，需钙离子。此酶存在于肝脏，脑和肌肉没有。葡萄糖-6-磷酸酶l丙酮酸草酰乙酸： - 1个ATPl草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸: - 1个GTPl甘油酸

22、-3-P 甘油酸-1,3-BP : - 1个ATP 2丙酮酸葡萄糖： - 6个ATP总反应： 2 2丙酮丙酮酸酸+4ATP+2GTP+2NADH (H+4ATP+2GTP+2NADH (H+ +)+6H)+6H2 2O O G G+2NAD+2NAD+ +4ADP+2GDP+6Pi+4ADP+2GDP+6Pi 1、是十分重要的生物合成葡萄糖的途径。 2、保持血糖浓度； 3、调节酸碱平衡： 有机酸、aa用于糖异生。1）己糖激酶： G-6-P抑制酵解，促进糖异生；2）F-2,6二磷酸酶： ATP 抑制糖异生，促进酵解； F-6-P抑制糖异生，促进酵解；3）丙酮酸羧化酶： 乙酰-CoA、ATP激活、

23、而ADP抑制； ATP、Ala、NADH抑制酵解。许多植物和微生物可将脂肪转化为糖，是通过一个类似三羧酸循环的乙醛酸循环，将2个乙酰辅酶A合成一个草酰乙酸。此循环生成异柠檬酸后经异柠檬酸裂解酶催化，生成琥珀酸和乙醛酸，乙醛酸与另一个乙酰辅酶A由苹果酸合成酶催化缩合产生苹果酸，然后与三羧酸循环相同。 2乙酰-CoA+2NAD+FAD草酰乙酸+2CoA-SH+2NADH+FADH2+2H+糖原是动物体内糖的储存形式，糖原作为葡萄糖储备的意义在于机体需要葡萄糖时可以迅速的动员。肝糖元主要是用以迅速补充血糖主要储存在肝脏和肌肉中肌糖原主要是供给肌肉收缩时的能量糖原（glycogen)的结构特点： 树枝

24、状的多聚葡萄糖，分子量100-1000万。糖原含有一个还原性末端和多个非还原性末端，（合成和分解都从此末端开始）。其直链12个葡萄糖残基大部分以-1，4-糖苷键连接，分支由-1，6-糖苷键连接。1、概念糖原分解为葡萄糖或1-磷酸葡萄糖的过程，在胞内可生成ATP、维持血糖平衡。正常人血糖水平为每100ml血液中含有80mg葡萄糖，约4.5mmol/L；饥饿时首先动员的是肝糖原，可在天内降低到正常水平的10%。机体为何选择糖原而不是脂肪作为动员对象呢？（1）糖原磷酸化酶只能从糖原的非还原性末端催化14糖苷键的磷酸解，距离-1，6糖苷键4个葡萄糖单位时，停止磷酸解。磷酸吡哚醛是磷酸化酶的必需辅助因子。2、过程糖原分解主要是磷酸解需要种酶共同作用：（2）糖原脱支酶（包括糖基转移酶） 脱支酶的肽链上具有两个作用不同的活性部位，一种可以起葡糖残基转移作用，称为糖基转移酶；另一种起分解葡糖16糖苷键的