王玮生物化学第8章

1、第八章糖 代 谢本章内容本章内容 糖的消化吸收与储存糖的消化吸收与储存 糖的分解代谢糖的分解代谢糖酵解、三羧酸循环糖酵解、三羧酸循环 糖的合成代谢糖的合成代谢糖原异生、糖原合成糖原异生、糖原合成 血糖及其调节血糖及其调节 糖代谢紊乱糖代谢紊乱8-1 糖的消化吸收与储存糖的消化吸收与储存 糖类的主要功能：糖类的主要功能： 能源能源：生物所需能量主要来自糖的分解代谢；：生物所需能量主要来自糖的分解代谢； 碳源碳源：是构成生物体的主要组分：是构成生物体的主要组分： 人类对糖的利用须将较复杂的糖分子经人类对糖的利用须将较复杂的糖分子经酶解成单糖后方可吸收利用。酶解成单糖后方可吸收利用。一、消化（酶水解

2、）一、消化（酶水解） 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。一、糖的消化吸收与储存一、糖的消化吸收与储存唾液淀粉酶唾液淀粉酶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 + 半乳半乳二、吸收二、吸收1、部位：、部位：小肠小肠2、途径：、途径：一、糖的消化吸收与储存一、

3、糖的消化吸收与储存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3、机理：、机理： 载体假说载体假说三、转运三、转运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。一、糖的消化吸收与储存一、糖的消化吸收与储存四、储存：四、储存：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。8-2 糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢 葡萄糖的无氧分解：葡萄糖的无氧

4、分解： 糖酵解糖酵解糖的共同分解途径糖的共同分解途径 葡萄糖的有氧分解葡萄糖的有氧分解： 糖酵解（糖酵解（EMP） 三羧酸循环（三羧酸循环（TCA）葡萄糖葡萄糖CO2+H2O+ATP 电子传递链电子传递链 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 乙醛酸循环途径乙醛酸循环途径一、糖酵解一、糖酵解(glycolysis)（一）概念：（一）概念：1、糖酵解、糖酵解是在是在细胞质细胞质中，酶将中，酶将葡萄糖葡萄糖氧化氧化成成丙酮酸丙酮酸并伴随生成并伴随生成ATP的过程。的过程。 Embden -Meyerhof-Parnas途径，简称途径，简称EMP二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢好氧有机体中：好氧有机体中

5、： 丙酮酸丙酮酸TCA CO2+H2O +ATP NADH 电子传递链电子传递链 ATP +H2O 氧不足：氧不足： 丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸2）发酵）发酵(fermentation)： 葡萄糖或有机物降解产生葡萄糖或有机物降解产生ATP的过的过程，其中有机物既可作电子受体又程，其中有机物既可作电子受体又可作电子供体可作电子供体。由于产物不同分：。由于产物不同分：A、乙醇发酵：、乙醇发酵：B、乳酸发酵：、乳酸发酵： 二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢葡萄糖6-磷酸果糖6-磷酸葡萄糖ATPADPEE1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟基丙酮1,3-二磷酸甘油酸ATP ADPEEENADNA

6、DHPiE丙酮酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸烯醇式丙酮酸EH2OEATPADPEEATPADP（二）反应历程：（二）反应历程：在在细胞质细胞质中进行中进行二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢葡萄糖葡萄糖2丙糖磷酸丙糖磷酸 无无ATP生成生成第一阶段：二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢1）Glc G-6-P 己糖激酶( hexokinase)： 以6碳糖为底物，专一性不强。为限速酶 葡萄糖激酶：对D-葡萄糖专一 不可逆反应。 激酶(kinase) ：凡催化磷酰基从ATP分子上转移到受体上的酶称，需Mg2+等。 2) G-6-P F -6-P 磷酸葡萄糖异构酶(phosphoglucoi

7、somerase) 3） F -6-P F -1,6-BP 磷酸果糖激酶 (phosphofructokinase,PFK) 为限速酶，受ATP抑制，ADP和Pi可解除抑制； 此为EMP关键反应步骤。 反应不可逆。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢4) F -1,6-BP 甘油醛甘油醛-3-P +磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 （DHAP） 醛缩酶 (aldolase) 生理条件下G-3-P 不断形成丙酮酸，故 G-3-P低，反应向裂解方向进行。 5) DHAP 甘油醛-3-P 三糖磷酸异构酶 (triose phosphate isomerase)EMP第1阶段小结 6C 2 3C 消耗2A

8、TP第二阶段： 2丙糖磷酸2丙酮酸 有ATP生成二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢6)甘油醛甘油醛-3-P 1,3-BP-甘油酸甘油酸 3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehgde 3-phosphate dehydrogenase) ，NAD+ 为辅酶。 EMP第一次氧化作用7) 1,3-BP-甘油酸甘油酸 3-P-甘油酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase) 底物水平磷酸化：产生2个ATP8) 3-P-甘油酸甘油酸 2 -P-甘油甘油酸酸 磷酸甘油酸变位酶(phosphglycerate mutase)二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢9

9、) 2 -P-甘油酸甘油酸 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸 烯醇化酶(enolase)10)磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸激酶 (pyruvate kinase), Mg2+, K+ 又一次底物水平磷酸化，产生2个ATP。 反应不可逆，此为EMP限速步骤之三。 3、总反应式、总反应式二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢（三）能量转化1、ATP：消耗:反应1,3 各1个 -2 产生:反应7 , 10 各2个 +4 净得2个ATP2）NADH： 反应6 产生 2个 无氧时：用来还原丙酮酸产生乳酸； 有氧时：2个NADH通过电子传递链 可产生6/4个ATP。EMP途径中， 能量

10、总计： 无氧：得2个ATP； 有氧：得8/6个ATP。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢(四) NADH的去向：进入线粒体继续氧化1、磷酸甘油穿梭系统： 发生在肌肉、神经细胞中，产生2个ATP2、苹果酸-Asp穿梭系统： 发生在肝、心肌细胞中，产生3个ATP（五）（五）丙酮酸的去向丙酮酸的去向：1、无氧时： 丙酮酸乳酸 丙酮酸乙醛乙醇发酵的意义：发酵的意义：1）反应中NAD+得到再生，保证了Co的周转。2）许多生物在无或缺氧时以此方式获能。2、有氧时：1）被丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase)转化为乙酰-CoA，后者进入三羧酸循环。 丙酮酸+ NAD+ +CoA

11、乙酰-CoA+CO2+NADH2）细胞能量水平过高时，乙酰-CoA积累， 可转化为脂肪酸或酮体。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢（六）糖酵解途径的调节（六）糖酵解途径的调节二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢1、磷酸果糖激酶（FPK）：(反应3)1）FPK-1为变构酶： 变构激活剂:AMP、ADP、F-6-P 、 F-2,6-BP 、F-1,6-BP(正反馈） 变构抑制剂: ATP 、2） 柠檬酸 抑制EMP3）H + ： EMP4）F-2,6-BP 的形成及作用 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。 二E组成相同，仅因-Ser的磷酸化与否而

12、活性不同。 +P：PFK2 P： PFK25）FPK2/磷酸果糖酶的活性受胰高血糖素共价修饰。cAMP促进磷酸化。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢FPK2F-6-PF-2,6-BP果糖二磷酸酶2、己糖激酶：、己糖激酶：反应1 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；受激素作用，胰高血糖素通过cAMP抑制。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢由此可见： 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。 调控目的： 在于根据机体对能量的需要来调整糖酵解速

13、度以适应机体组织器官的需要。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢（七）（七）EMP的生理意义：的生理意义：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；3、 EMP的普遍性，反映大气缺氧时期原始生 物的获能方式。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢二、糖的有氧分解二、糖的有氧分解葡萄糖有氧分解包括： EMP：葡萄糖丙酮酸 TCA：丙酮酸乙酰CoA CO2+ H+ 电子传递链： H+1/2O2 H2O二、二、糖

14、的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢（一）丙酮酸氧化脱羧（一）丙酮酸氧化脱羧 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CO21、丙酮酸脱氢酶系： 包括：3酶6因子 E1：丙酮酸脱氢酶、 E2：二氢硫辛酸转乙酰基酶 E3：二氢硫辛酸脱氢酶 辅助因子：硫胺素焦磷酸（TPP）、硫辛 酸、Mg2+ 、CoA、FAD和NAD。 意义： 以多酶复合体形式，使反应快速进行。2、反应过程：二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢( (乙酰乙酰CoACoA) )丙酮酸丙酮酸3、意义： 处于代谢途径的分支点，是关键性不可逆反应。 G0= -33.4 KJ/mol 产生2

15、个NADH： 即：23=6个ATP4、调控： 1）2种产物抑制，相应反应物解抑； 乙酰CoA E2， NADH E3； 2）核苷酸反馈抑制： GTP E1 3）可逆磷酸化的共价调节： 磷酸化 -失活；去磷酸化 -恢复活性（二）三羧酸循环（二）三羧酸循环 tricarboxylic acid,TCA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异柠异柠檬酸檬酸定义：定义：在有氧条件下，酵在有氧条件下，酵解产物丙酮酸被氧化分解解产物丙酮酸被氧化分解成成COCO2 2和和H H2 2O,O,

16、并以并以ATPATP形式形式贮备大量能量的代谢系统贮备大量能量的代谢系统。NADHNADHCOCO2 21GTP1GTPFADHFADH2 2NADHNADH加入加入2 2C CNADHNADHCOCO2 2二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢1、反应历程反应包括8步：乙酰乙酰- CoA(2C) + 柠檬酸柠檬酸(6C) 草酰乙酸草酰乙酸(4C)二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢柠檬酸合酶A、反应能量来自高能硫酯键；B、G0= -31.4 KJ/mol ，反应不可逆；C、柠檬酸合酶对草酰乙酸Km很低，反应可迅速进行。 柠檬酸柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸(6C) 乌头酸酶 中间产物形成顺-

17、乌头酸与酶形成复合物。 -OH从C2移到C3二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢异柠檬酸异柠檬酸 -酮戊二酸酮戊二酸(5C) +CO2 异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase) 此酶需NAD+，并被还原为NADH。 第1次氧化脱羧；-酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰 CoA (4C) +CO2 -酮戊二酸脱氢酶系，为3酶的复合体， 类似丙酮酸脱氢酶系。 第2次氧化脱羧。 辅酶为NAD+ ，有NADH形成。 G0= -30.24 KJ/mol 反应不可逆 琥珀酰- CoA合成酶； 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）。二、

18、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢琥珀酰琥珀酰CoA 琥珀酸琥珀酸(4C)琥珀酰- CoA合成酶(succinyl sythetase)作用机理琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸(4C) 琥珀酸脱氢酶，位于线粒体内膜上 辅基FAD还原成FADH2。延胡索酸延胡索酸+水水 苹果酸苹果酸(4C） 延胡索酸酶(fumarate hydratase) 催化水合反应苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸(4C) 苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase) 需NAD+，并被还原为NADH。小小 结：结： 1、TCA循环一周， 将乙酰- CoA的乙酰基氧化成2个CO2 ， 产生1个GTP、 1个FADH

19、和3个NADH。 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。2、 TCA循环产生的NADH和FADH2的氧化二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢3个NADH9个ATP1个FADH22个ATP1个乙酰个乙酰- CoA通过通过TCA产生产生12个个ATP1个ATP3、葡萄糖有氧分解产生的ATP EMP：产生 8/6个ATP 丙酮酸氧化脱羧： 产生： 2NADH (H +)3ATP = 6个 ATP TCA： 产生： 2 12ATP = 24个ATP 二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢4、TCA的意义A、形成大量A

20、TP的主要途径： 有氧：8+6+24=38个ATP/1分子葡萄糖； 无氧（EMP）：8个ATP /1分子葡萄糖。B、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。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢TCA是联系三大代谢的枢纽5、TCA的调节TCA受底物效应；产物积累的反馈抑制作用；循环中形成的中间产物的别构抑制；二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢三、戊糖磷酸途径 此途径从G-6-P开始，又称磷酸己糖支路（hexosephosphate shunt，简称HMS) 。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢1、戊糖磷酸途径的主要反应可

21、分3个阶段：1）氧化脱羧： G-6-P 核酮糖-5-P+2NADPH (H +)二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢2）异构化： 核酮糖-5-P 核糖-5-P 3）通过转酮酶和 转醛酶与EMP连接：R-5-P+赤藓糖4-P F-6-P +G-3-P经一系列反应： 6C6 5C5 + 6CO2 总反应： 6(G-6-P) 5(R-5-P) + 6CO2 + 12NADPH2、反应特点； 不经EMP和TCA，葡萄糖直接脱氢脱羧； 反应中脱氢酶的辅酶是NADP +； 有快慢两途径, 已证实的为慢途径。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢3、调控： 反应1为限速不可逆反应， G-6-P脱氢酶被

22、NADP + 调节： 细胞需NADPH时，NADP + ，刺激酶活，加速反应。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢4、生物学意义：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、TCA、HMP）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。二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢( (五）糖原分解与合成五）糖原分解与合成糖原（glycogen)： 其葡萄糖残基大部分以-1，4-糖苷键连接，分支由-1，6-糖苷键连接的多糖。1、糖原分解 指在胞内为生成AT

23、P、维持血糖，动员肝糖原的过程。2、 酶：糖原磷酸化酶 寡聚葡聚糖转移酶 糖原脱支酶 磷酸变位酶G-6-PG-1-P肌肉EMP产能肝脏葡萄糖血G-6-P酶 糖原 + Pi 糖原 + G-1-P(n残基) (n-1残基）二、二、糖的胞内分解代谢糖的胞内分解代谢3、糖原代谢的重要性： 1）维持血糖水平；2）提供能量储备；3）为组织提供易代谢的能源血糖所必需。 三、糖的合成代谢三、糖的合成代谢 淀粉植物储存多糖； 糖原动物淀粉（肌肉、肝脏） 生物合成的共同点：1）直链延长是在原有直链(引物)上逐步增加葡萄糖残基；2）支链的增多是把直链的一部分拆下来装 配成侧链。（一）糖原的合成 糖原合成作用： 指体

24、内的葡萄糖合成糖原的过程。1、过程：2、需要的3种酶： 1）UDP-葡萄糖焦磷酸化酶：2）糖原合酶：3）分支酶:三、糖的合成代谢三、糖的合成代谢3、分支形成： 分支酶将6-7个G与邻近糖以-1,6糖苷键连接。 分支形成的意义： 1）增加水溶性； 2）使分解或合成的速率大大加快。三、糖的合成代谢三、糖的合成代谢（二）糖异生作用 糖异生作用： 由非糖物质合成糖或糖原的过程。 这在饥饿或剧烈活动时对保持血糖水平是重要的。脑和红细胞几乎完全靠血糖作能源。 此作用主要在肝、肾。三、糖的合成代谢三、糖的合成代谢1、糖异生前体1）丙酮酸： 凡生成丙酮酸的物质均可转变为葡萄糖（生糖aa、有机酸等）。2）甘油：

25、 脂肪水解形成，转变成二羟丙酮-P，可生糖。3）琥珀酰CoA： 来自反刍动物奇数脂肪酸的转化，再生糖。4）-酮戊二酸、草酰乙酸： 来自aa脱氨。三、糖的合成代谢三、糖的合成代谢2、糖异生过程3、能量使用： 丙酮酸草酰乙酸： - 1个ATP 草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸: - 1个GTP 甘油酸-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丙酮酸丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH (H+)+6H2O G+2NAD+4ADP+2GDP+6Pi 三、糖的合成代谢三、糖的合成代谢4、意义： 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。三、糖的合成代谢三、糖的合成代谢5、调控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