第八章 糖代谢2016

1、第八章第八章 糖代谢（Metabolite of Sugar）第五节 血糖及血糖含量调节第四节 糖原的合成与分解第三节 糖异生第二节 糖的分解代谢第一节 概述一、糖的基本结构式是(CH2O)n，故也称碳水化合物。 糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖； 在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。第一节 概述 重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。OOHHHHOHOHHOHHOHOOHHHOHHOHHOHHOH -D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖 -D-吡喃半乳糖吡喃半乳糖OOHOHHHOHOHHHHOHO

2、OHHOHOHHHOHOH -D-吡喃甘露糖吡喃甘露糖 -D-呋喃果糖呋喃果糖 蔗糖蔗糖OOOCH2OHCH2OHHOCH212324OCH2OHOHOHOHCH2OHOHOHCH2OH 葡萄糖葡萄糖- - ， （1 12 2）果糖苷）果糖苷葡萄糖葡萄糖- - （1 14 4）半乳）半乳糖苷糖苷CH2OHOHOHOOHOHOHCH2OHOH14OCH2OHOCH2OHOHO14123 (1).淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉）淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉） 直链淀粉直链淀粉分子量约1万-200万，250-260个葡萄糖分子，以（14）糖苷键聚合而成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。 支链淀粉支链淀粉中除

3、了（14）糖苷键构成糖链以外，在支点处存在（16）糖苷键，分子量较高。遇碘显紫红色。 (2).纤维素纤维素 由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成 的直链，不溶于水。 (3).几丁质（壳多糖）几丁质（壳多糖） N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷键缩合而成的线性均一多糖。 (4).杂多糖杂多糖 糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等） 透明质酸 硫酸软骨素 硫酸皮肤素 硫酸角质素 肝素 机体内的化学反应是在酶催化下完成的。在细胞内这些反应不是相互独立的，而是相互联系的，一个反应的产物可能就是下一个反应的底物，这样构成一连串的反应，称为代谢途径(pathway)，由不同的代谢途径相互交叉构成一个有组织有目的的

4、化学反应网络(network)，称为代谢(metabolism)。 二、代谢的基本概念(Basis concepts of Metabolism)合成代谢(anabolism)：由小分子(如氨基酸等)生成大子(如 蛋白质)的过程。体内的代谢途径主要分为两类：分解代谢(catabolism)：由大分子(多糖、蛋白、脂类等)不断 降解为小分子(如CO2，NH3，H2O)的过程，分三个阶段：3 乙酰CoA氧化生成CO2和H2O的过程，期间生成的NADH， FADH2通过氧化磷酸化过程，生成大量ATP。 1 由复杂的大分子分解为物质基本组成单位的过程，即糖、 脂肪和蛋白质降解生成葡萄糖、脂肪酸、甘油和

5、氨基酸；2 第二阶段是由这些基本分子转变为代谢中间产物，即活 泼二碳化合物的过程，期间有少量能量释放，生成ATP； 合成代谢一般不是分解代谢简单的逆向反应，而是由不同酶催化的，通常需要消耗ATP，还原供氢体多为NADPH。 分解代谢是一个发散的过程(divergent process)； 合成代谢是一个集合过程(convergent process)。 在正常的机体内，代谢受着严格的调控(regulation)，处在动态平衡状态中，这种调节主要是通过各种代谢途径中关键的限速酶的活性变化来实现的。调控发生在两个水平上：一个是细胞内水平，主要由代谢底物、产物的多少来完成；第二个是整体水平，主要通过

6、神经内分泌系统来实现。三、食物中糖的消化和吸收(Digestion and absorption of carbohydrates)食物中的植物淀粉(starch)和动物糖原(glycogen)两类可消化吸收的多糖、少量蔗糖 (sucrose)、麦芽糖(maltose)、异麦芽糖(isomaltose)和乳糖(lactose)等寡糖或单糖部分水解-1，4糖苷键(-1.4glycosidic bond)进一步水解生成麦芽糖，异麦芽糖和含4个糖基的临界糊精(-dextrins)水解为葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)、半乳糖(galatose)这些单糖可吸收入小肠细胞。此吸收过程是

7、一个主动耗能的过程，由特定载体完成，同时伴有Na+转运，不受胰岛素的调控口腔被唾液中的淀粉酶(-amylase)小肠, 被胰液中的淀粉酶小肠粘膜, 麦芽糖酶(maltase)、乳糖酶(lactase)和蔗糖酶(sucrase) 由于人体内无-糖苷酶，食物中含有的纤维素(cellulose)无法被人体分解利用，但是其具有刺激肠蠕动等作用，对于身体健康也是必不可少的。临床上，有些患者由于缺乏乳糖酶等双糖酶，可导致食物中糖类消化吸收障碍而使未消化吸收的糖类进入大肠，被大肠中细菌分解产生CO2、H2等，引起腹胀，腹泻等症状。OHHOHHOHOHOHHHOHOHHOHHOHHOHHOHOH-D-B-D-

8、 除了供给机体能量以外，糖也是组成人体组织结构的重要成分： a）与蛋白质结合形成糖蛋白(glycoprotein)构成细胞表面受体、配体，在细胞间信息传递中起着重要作用； b）与脂类结合形成糖脂(glyeolipid)是神经组织和细胞膜中的组成成分； c）还有血浆蛋白、抗体和某些酶及激素中也含有糖。四、糖的主要生理功能(Functions of carbohydrate) 糖是自然界最丰富的物质之一，人体每日摄入的糖比蛋白质、脂肪多，占到食物总量的百分之五十以上，糖是人体能量的主要来源之一，以葡萄糖为主供给机体各种组织能量，1克葡萄糖完全氧化分解产生2840J/mol的能量；第二节 糖的分解代

9、谢(catabolism of carbohydrate)人体组织对糖进行分解代谢的四条主要分解途径： (1)无氧条件下进行的糖酵解途径； (2)有氧条件下进行的有氧氧化； (3)生成磷酸戊糖的磷酸戊糖通路； (4)生成葡萄糖醛酸的糖醛酸代谢。 糖酵解途径是指在细胞胞浆中分解葡萄糖生成丙酮酸(pyruvate)的过程，此过程中伴有少量ATP的生成。 在无氧条件下, 酵母菌将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳称为发酵作用。 在缺氧条件下由葡萄糖生成的丙酮酸被还原为乳酸(lactate)称为糖酵解。 有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环，生成CO2和H2O。一、糖酵解途径(glyc

10、olytic pathway) 葡萄糖不能直接扩散进入细胞内，其通过两种方式转运入细胞： 一种是与Na+共转运方式。它是一个耗能逆浓度梯度转运，主要发生在小肠粘膜细胞、肾小管上皮细胞等部位； 另一种方式是通过细胞膜上特定转运载体将葡萄糖转运入细胞内，它是一个不耗能、顺浓度梯度的转运过程。目前已知的具有组织特异性的转运载体有5种，如转运载体-1(GLUT-1)主要存在于红细胞，而转运载体-4(GLUT-4)主要存在于脂肪组织和肌肉组织：(一)葡萄糖的转运(transport of glucose)(二)糖酵解过程糖酵解过程糖酵解过程a6-磷酸葡萄糖葡萄糖果糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸

11、甘油醛磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油酸磷酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸b1234糖原1-磷酸葡萄糖 糖酵解分为两个阶段共10个反应，每分子葡萄糖经第一阶段5个反应，消耗2个分子ATP ，为耗能过程; 第二阶段5个反应生成4个分子ATP, 为释能过程。进入细胞内的葡萄糖首先在第6位碳上被磷酸化生成6-磷酸葡萄(glucose-6-phophate,G6P)，磷酸根由ATP供给，这一过程不仅活化了葡萄糖，有利于它进一步参与合成与分解代谢，同时还能使进入细胞的葡萄糖不再逸出细胞。催化此反应的酶是己糖激酶(hexokinase, HK)。1.第一阶段 (1)葡萄糖的磷酸化(phosph

12、orylation of glucose)由磷酸己糖异构酶(phosphohexose isomerase)催化6-磷酸葡萄糖(醛糖aldose sugar)转变为6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)的过程，可逆反应。 (2)6-磷酸葡萄糖的异构反应 (isomerization of glucose-6-phosphate)(3)6-磷酸果糖的磷酸化 (phosphorylation of fructose6phosphate) 此反应是6磷酸果糖第一位上的C进一步磷酸化生成1,6二磷酸果糖，磷酸根由ATP供给，催化此反应的酶是磷酸果糖激酶1(phosphof

13、ructokinase l,PFK1)。磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 (4)1.6-二磷酸果糖裂解反应 (cleavage of fructose-1,6 di/bis phosphate) 醛缩酶(aldolase)催化1.6-二磷酸果糖生成磷酸二羟丙酮(DHAP)和3-磷酸甘油醛，此反应是可逆的。(5)磷酸二羟丙酮的异构反应 (isomerization of dihydroxyacetonephosphate) 到此1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛，通过两次磷酸化作用消耗2分子ATP。 磷酸丙糖异构酶(triose phosphate isomerase)催化磷酸二羟丙酮转变为3磷酸甘油

14、醛，此反应也是可逆的。2.第二阶段：(6)3-磷酸甘油醛氧化反应 (oxidation of glyceraldehyde-3-phosphate) 此反应由3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde 3-phosphate-dehydrogenase)催化3-磷酸甘油醛氧化脱氢并磷酸化生成含有1个高能磷酸键的1，3-二磷酸甘油酸，本反应脱下的氢和电子转给脱氢酶的辅酶NAD+生成NADH+H+，磷酸根来自无机磷酸。 NAD+：烟酰胺嘌呤二核苷酸（辅酶I）(7)1.3二磷酸甘油酸的高能磷酸键转移反应在磷酸甘油酸激酶(phosphaglycerate kinase,PGK)催化下，1.3二

15、磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸，同时其C1上的高能磷酸根转移给ADP生成ATP，这种底物氧化过程中产生的能量直接将ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)。此激酶催化的反应是可逆的。(8)3-磷酸甘油酸的变位反应 在磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)催化下3-磷酸甘油酸C3位上的磷酸基转变到C2位上生成2磷酸甘油酸。此反应是可逆的。 (9)2-磷酸甘油酸的脱水反应 由烯醇化酶(enolase)催化，2-磷酸甘油酸脱水的同时，能量重新分配，生成含高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoen

16、olpyruvate PEP)。本反应也是可逆的。 (10)磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移 丙酮酸激酶(PK)是糖的有氧氧化过程中的限速酶，具有变构酶性质，ATP是变构抑制剂，ADP是变构激活剂，Mg2+或K+可激活丙酮酸激酶的活性，胰岛素可诱导PK的生成，烯醇式丙酮酸又可自动转变成丙酮酸。 在丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK)催化下，磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至ADP生成ATP，这是又一次底物水平上的磷酸化过程。但此反应是不可逆的。糖酵解过程的反应总结糖酵解过程的反应总结速控酶: 糖酵解工程虽然是氧化还原反应, 但无许样分子参加,因 此是一个不需氧的产能过程。在糖酵解反应

17、过程中, 除 了己糖激酶、6-磷酸果糖激酶、及丙酮酸激酶所催化的 反应为不可逆反应外，其余都是可逆反应，因此这三个 酶反应是糖酵解的关键反应。能量变化: 经过糖酵解途径，一个分子葡萄糖可氧化分解产生2 个分子丙酮酸。在此过程中，经两次底物水平磷酸化可 产生4个分子ATP，如与第一阶段葡萄糖磷酸化和磷酸果 糖的磷酸化消耗二分子ATP相互抵消，每分子葡萄糖降 解至丙酮酸净产生2分子ATP，如从糖原开始，因开始阶 段仅消耗1分子ATP，所以每个葡萄糖单位可净生成3分 子ATP 。 氧供应不足时从糖酵解途径生成的丙酮酸转变为乳酸。丙酮酸转变成乳酸由乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase

18、)催化丙酮酸乳酸脱氢酶乳酸在这个反应中丙酮酸起了氢接受体的作用。由3-磷酸甘油醛脱氢酶反应生成的NADH+H+，缺氧时不能经电子传递链氧化。正是通过将丙酮酸还原成乳酸，使NADH转变成NAD+，糖酵解才能继续进行。 (三)丙酮酸在无氧条件下生成乳酸 在某些病理情况下，如严重贫血、大量失血、呼吸障碍、肿瘤组织等，组织细胞也需通过糖酵解来获取能量。倘若糖酵解过度，可因乳酸产生过多，而导致酸中毒。 糖酵解是生物界普遍存在的供能途径，但其释放能量不多，而且在一般生理情况下，大多数组织有足够的氧以供有氧氧化之需，很少进行糖酵解，因此这一代谢途径供能意义不大，但少数组织（如视网膜等）使在有氧条件下，仍需从

19、糖酵解获得能量。(四)糖酵解的生理意义 在某些情况下，糖酵解有特殊的生理意义。如剧烈运动时能量需求增加，糖分解加速，此时即使呼吸和循环加快以增加氧的供应量，仍不能满足体内糖完全氧化所需的能量，这时肌肉处于相对缺氧状态，必须通过糖酵解过程，补充所需的能量。在剧烈运动后，可见血中乳酸浓度成倍升高，这是糖酵解加强的结果。又如人们从平原地区进入高原的初期，由于缺氧，组织细胞也往往通过增强糖酵解获得能量。 正常生理条件下，人体内的各种代谢受到严格而精确的调节，以满足机体的需要，保持内环境的稳定。这种控制主要是通过调节酶的活性来实现的。在一个代谢过程中往往催化不可逆反应的酶限制代谢反应速度，这种酶称为限速

20、酶。 糖酵解途径中主要限速酶是己糖激酶(HK)，磷酸果糖激酶-1(PFK-1)和丙酮酸激酶(PK)(五)糖酵解的调节1.激素的调节 胰岛素能诱导体内葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的合成，因而促进这些酶的活性，一般来说，这种促进作用比对限速酶的变构或修饰调节慢，但作用比较持久。 2.代谢物对限速酶的变构调节糖酵解的调节 葡萄糖在有氧条件下，氧化分解生成二氧化碳和水的过程称为糖的有氧氧化(aerobicoxidation)。有氧氧化是糖分解代谢的主要方式，大多数组织中的葡萄糖均进行有氧氧化分解供给机体能量。二、糖的有氧氧化 糖的有氧氧化分三个阶段进行： 第一阶段：是由葡萄糖生成丙酮酸，在细胞

21、液中进行。 第二阶段：是上述过程中产生的NADH+H+和丙酮酸在有氧状态下，进入线粒体中，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 。 第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环，进而氧化生成CO2和H2O; 同时NADH+H+等可经呼吸链传递，伴随氧化磷酸化过程生成H2O和ATP。(一)有氧氧化过程 从丙酮酸到乙酰CoA是糖有氧氧化中关键的不可逆反应，催化反应的丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenasesystem)。受到很多因素的影响，反应中的产物，乙酰CoA和NADH+H+可以分别抑制酶系中的二氢硫辛酸乙酰转移酶和二氢硫辛酸脱氢酶的活性，丙酮酸脱羧酶(pyruvate decarboxyl

22、ase,PDC)活性受ADP和胰岛素的激活，受ATP的抑制。 丙酮酸脱氢反应的重要特征是丙酮酸氧化释放的自由能贮存在乙酰CoA中的高能硫酯键中，并生成NADH+H+ 。C OCH3C+ CoASH + NAD+ CO2 + NADH + H+OO-C OCH3COSCoA丙酮酸 辅酶A 乙酰CoA1.丙酮酸的氧化脱羧 乙酰CoA进入由一连串反应构成的循环体系，被氧化生成H2O和CO2。由于这个循环反应开始于乙酰CoA与草酰乙酸(oxaloacetate)缩合生成的含有三个羧基的柠檬酸，因此称之为三羧酸循环或柠檬酸循环(citric acid cycle)。(tricarboxylic acid

23、 cycle or citric cycle or Krebs cycle)2.三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸a-a-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸辅酶辅酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A(1)乙酰CoA进入三羧酸循环 乙酰CoA具有硫酯键，乙酰基有足够能量与草酰乙酸的羧基进行醛醇型缩合。首先从CH3CO基上除去一个H+，生成的阴离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击，生成柠檬酰CoA中间体，然后高能硫酯键水解放出游离的柠檬酸，使反应不可逆地向右进行。 该反应由柠檬酸合成酶(citrate synthetase)催化，是

24、很强的放能反应。 由草酰乙酸和乙酰CoA合成柠檬酸是三羧酸循环的重要调节点，柠檬酸合成酶是一个变构酶，ATP是柠檬酸合成酶的变构抑制剂，此外，-酮戊二酸、NADH能变构抑制其活性，长链脂酰CoA也可抑制它的活性，AMP可对抗ATP的抑制而起激活作用(2)异柠檬酸形成 柠檬酸的叔醇基不易氧化，转变成异柠檬酸而使叔醇变成仲醇，就易于氧化，此反应由顺乌头酸酶催化，为一可逆反应。(3)第一次氧化脱酸 在异柠檬酸脱氢酶作用下，异柠檬酸的仲醇氧化成羰基，生成草酰琥珀酸(oxalosuccinate)的中间产物，后者在同一酶表面，快速脱羧生成-酮戊二酸(-ketoglutarate)、NADH和CO2，此反

25、应为-氧化脱羧，此酶需要Mn2+作为激活剂。 此反应是不可逆的，是三羧酸循环中的限速步骤，ADP是异柠檬酸脱氢酶的激活剂，而ATP，NADH是此酶抑制剂。4)第二次氧化脱羧 在-酮戊二酸脱氢酶系作用下，-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA、NADH+H+和CO2，反应过程完全类似于丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧，属于-氧化脱羧，氧化产生的能量中一部分储存于琥珀酰CoA的高能硫酯键中。 -酮戊二酸脱氢酶系也由三个酶(-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶)和五个辅酶(TPP、硫辛酸、HSCoA、NAD+、FAD)组成。 此反应也是不可逆的。FAD：焦磷酸化酶(5)底物磷酸化生成AT

26、P 在琥珀酸硫激酶(succinate thiokinase)的作用下，琥珀酰CoA的硫酯键水解，释放的自由能用于合成GTP，在细菌和高等生物可直接生成ATP，在哺乳动物中，先生成GTP，再生成ATP，此时，琥珀酰CoA生成琥珀酸和辅酶A。(6)琥珀酸脱氢 琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)催化琥珀酸氧化成为延胡索酸。该酶结合在线粒体内膜上，而其他三羧酸循环的酶则都是存在线粒体基质中的，这酶含有铁硫中心和共价结合的FAD，来自琥珀酸的电子通过FAD和铁硫中心，然后进入电子传递链到O2，丙二酸是琥珀酸的类似物，是琥珀酸脱氢酶强有力的竞争性抑制物，所以可以阻断三羧酸循环

27、。(7)延胡索酸的水化 延胡索酸酶仅对延胡索酸的反式双键起作用，而对顺丁烯二酸(马来酸)则无催化作用，因而是高度立体特异性的(8)草酰乙酸再生 在苹果酸脱氢酶(malic dehydrogenase)作用下，苹果酸仲醇基脱氢氧化成羰基，生成草酰乙酸(oxalocetate)，NAD+是脱氢酶的辅酶，接受氢成为NADH+H+。CO2的生成，循环中有两次脱羧基反应(反应3、4), 两次都同 时有脱氢作用，但作用机理不同，由异柠檬酸脱氢酶所催 化的-氧化脱羧，辅酶是NAD+，它们先使底物脱氢生成草 酰琥珀酸，然后在Mn2+的协同下，脱去羧基，生成-酮戊 二酸。 -酮戊二酸脱氢酶系所催化的-氧化脱羧反

28、应和前述丙 酮酸脱氢酶系所催经的反应基本相同。 应当指出，通过脱羧作用生成CO2，是机体内产生CO2的 普遍规律，由此可见，机体CO2的生成与体外燃烧生成CO2 的过程截然不同。三羰酸循环总结：三羧酸循环的四次脱氢，其中三对氢原子以NAD+为受氢 体，一对以FAD为受氢体，分别还原生成NADH+H+和 FADH2。它们又经线粒体内递氢体系传递，最终与氧结合 生成水，在此过程中释放出来的能量使ADP和Pi结合生成 ATP，凡NADH+H+参与的递氢体系，每2个H氧化成一分子 H2O，生成3分子ATP，而FADH2参与的递氢体系则生成2分 子ATP，再加上三羧酸循环中有一次底物磷酸化产生一分子 A

29、TP，那么，一分CH3CO-SCoA参与三羧酸循环，直至循环 终末共生成12分子ATP。乙酰CoA中乙酰基的碳原子随乙酰CoA进入循环，与四碳受 体分子草酰乙酸缩合，生成六碳的柠檬酸，在三羧酸循环中 有二次脱羧生成2分子CO2，与进入循环的二碳乙酰基的碳 原子数相等，但是，以CO2方式失去的碳并非来自乙酰基的 两个碳原子，而是来自草酰乙酸。三羧酸循环的中间产物，从理论上讲，可以循环不消耗但 是由于循环中的某些组成成分还可参与合成其他物质，而 其他物质也可不断通过多种途径而生成中间产物，所以说 三羧酸循环组成成分处于不断更新之中。 丙酮酸羧化酶催化生成草酰乙酸的反应最为重要：因为草酰乙酸的含量多

30、少，直接影响循环的速度，因此不断补充草酰乙酸是使三羧酸循环得以顺利进行的关键。 三羧酸循环中生成 的苹果酸和草酰乙酸也可以脱羧生成丙酮酸，再参与合成许多其他物质或进一步氧化：1.三羧酸循环是机体获取能量的主要方式。1个分子葡萄糖经无氧酵解仅净生成2个分子ATP，而有氧氧化可净生成38个ATP，其中三羧酸循环生成24个ATP，在一般生理条件下，许多组织细胞皆从糖的有氧氧化获得能量。糖的有氧氧化不但释能效率高，而且逐步释能，并逐步储存于ATP分子中，因此能的利用率也很高。 (二)糖有氧氧化的生理意义2.三羧酸循环是糖，脂肪和蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径，三羧酸循环的起始物乙酰辅

31、酶A，不但是糖氧化分解产物，它也可来自脂肪的甘油、脂肪酸和来自蛋白质的某些氨基酸代谢，因此三羧酸循环实际上是三种主要有机物在体内氧化供能的共同通路，估计人体内2/3的有机物是通过三羧酸循环而被分解的。3.三羧酸循环是体内三种主要有机物互变的联结机构，因糖和甘油在体内代谢可生成-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循环的中间产物，这些中间产物可以转变成为某些氨基酸；而有些氨基酸又可通过不同途径变成-酮戊二酸和草酰乙酸，再经糖异生的途径生成糖或转变成甘油，因此三羧酸循环不仅是三种主要的有机物分解代谢的最终共同途径，而且也是它们互变的联络机构。(三)糖有氧氧化的调节 糖有氧氧化分为两个阶段，第一阶段糖酵解途径

32、的调节在糖酵解部分已探讨过，这里主要讨论第二阶段丙酸酸氧化脱羧生成乙酰CoA并进入三羧酸循环的一系列反应的调节。丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶复合体是这一过程的限速酶。三羧酸循环的抑制剂和激活剂 对三羧酸循环中柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶的调节，主要通过产物的反馈抑制来实现的，而三羧酸循环是机体产能的主要方式。因此ATP/ADP与 NADH/NAD+两者的比值是其主要调节物。ATP/ADP比值升高，抑制柠檬酸合成酶和异柠檬酶脱氢酶活性，反之ATP/ADP比值下降可激活上述两个酶。NADH/NAD+比值升高抑制柠檬酸合成酶和酮戊二酸脱氢酶活性

33、，除上述ATP/ADP与 NADH/NAD+之外其它一些代谢产物对酶的活性也有影响，如柠檬酸抑制柠檬酸合成酶活性，而琥珀酰CoA抑制-酮戊二酸脱氢酶活性。总之，组织中代谢产物决定循环反应的速度，以便调节机体ATP和NADH浓度，保证机体能量供给。 磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)又称已糖单磷酸旁路(hexose monophosphate shut HMS)或磷酸葡萄糖旁路(phosphogluconate shut)。此途径由6-磷酸葡萄糖开始生成具有重要生理功能的NADPH和5-磷酸核糖。全过程中无ATP生成，因此此过程不是机体产能的方式。其主要发生在肝脏

34、、脂肪组织、哺乳期的乳腺、肾上腺皮质、性腺、骨髓和红细胞等。三、磷酸戊糖途径 磷酸戊糖途径在细胞液中进行，全过程分为不可逆的氧化阶段和可逆的非氧化阶段。在氧化阶段，3个分子6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶等催化下经氧化脱羧生成6个分子NADPH+H+，3个分子CO2和3个分子5-磷酸核酮糖；在非氧化阶段，5-磷酸核酮糖在转酮基酶(TPP为辅酶)和转硫基酶催化下使部分碳链进行相互转换，经三碳、四碳、七碳和磷酸酯等，最终生成2分子6-磷酸果糖和1分子3-磷酸甘油，它们可转变为6-磷酸葡萄糖继续进行磷酸戊糖途径，也可以进入糖有氧氧化或糖酵解途径：6-磷酸葡萄糖 + 2NA

35、DP+ 5-磷酸核酮糖 + CO2 + 2NADPH + 2H+ 糖醛酸代谢(uronic acid metabolism)主要在肝脏和红细胞中进行，它由尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖(UDPG)上联糖原合成途径，经过一系列反应后生成磷酸戊糖而进入磷酸戊糖通路，从而构成糖分解代谢的另一条通路。糖醛酸代谢 1磷酸葡萄糖和尿嘧啶核苷三磷酸(UTP)在尿二磷葡萄糖焦磷酸化酶(UDPG焦磷酸化酶)催化下生成尿二磷葡萄糖(UDPG)，UDPG经尿二磷葡萄糖脱氢酶的作用进一步氧化脱氢生成尿二磷葡萄糖醛酸，脱氢酶的辅酶是NAD+，尿二磷葡萄糖醛酸(UDPGA)脱去尿二磷生成葡萄糖醛酸(glucuronic acid

36、)。葡萄糖醛酸在一系列酶作用下，经NADPH+H+供氢和NAD+受氢的二次还原和氧化过程，生成5-磷酸木酮糖进入磷酸戊糖通路四、糖醛酸代谢 非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生(gluconeogenesis)。非糖物质主要有生糖氨基酸(甘、丙、苏、丝、天冬、谷、半胱、脯、精、组等)、有机酸(乳酸、丙酮酸及三羧酸循环中各种羧酸等)和甘油等。不同物质转变为糖的速度不同。 进行糖异生的器官，首推肝脏，长期饥饿和酸中毒时肾脏中的糖异生作用大大加强，相当于同重量的肝组织的作用。第三节糖异生糖异生总的反应： 2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+ +6H2O 葡萄糖+2NAD+ +4AD

37、P+2GDP+6Pi+6H+ 糖异生的途径基本上是糖酵解或糖有氧氧化的逆过程，糖酵解通路中大多数的酶促反应是可逆的，但是糖酵解途径中己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶三个限速酶催化的三个反应过程，都有相当大的能量变化，因为己糖激酶(包括葡萄糖激酶)和磷酸果糖激酶所催化的反应都要消耗ATP而释放能量，丙酮酸激酶催化的反应使磷酸烯醇式丙酮酸转移其能量及磷酸基生成ATP，这些反应的逆过程就需要吸收相等量的能量，因而构成“能障”，为越过障碍，实现糖异生，可以由另外不同的酶来催化逆行过程，而绕过各自能障，这种由不同的酶催化的单向反应，造成两个作用物互变的循环称为作用物循环或底物循环。一、糖异生的途径由丙

38、酮酸激酶催化的逆反应是由两步反应来完成：C OCH3COO-丙酮酸 草酰乙酸+ ATP4 - + HCO3-H2CCOO-CCOO-OHCOO-+ ADP3 - + Pi2 - + H+H2CCOO-CCOO-OHCOO-+ GTP4 -+ GDP4 - + CO2CCH2COO-OPO32 - 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸或表示为：这个过程中消耗两个高能键(一个来自ATP，另一个来自GTP)，而由磷酸烯醇式丙酮酸分解为丙酮酸只生成1个ATP。(一) 由丙酮酸到磷酸烯醇式丙酮酸Pyruvate to Phosphoenolpyruvate (PEP)：（二）由，二磷酸果糖到磷酸果糖：Fructo

39、se-1,6-bisphosphate to Fructose-6-phosphateCHOHCHOHCHCHOOCH2OPO32-CH2OPO32-+ H2OCHOHCHOHCHCHOOCH2OHCH2OPO32-+ Pi2- 1,6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖（三）由磷酸果糖到葡萄糖：Glucose-6-phosphate (G6P) to Glucose (or Glycogen)OHOHHO OHHHOHHCH2OPO32-HOHOHHO OHHHOHHCH2OHH+ H2O 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖肝与肾皮质中糖氧化与糖异生的通路三、糖异生途径的前体三、糖异生途径的前体1、凡是能生成丙酮

40、酸的物质都可以变成葡萄糖。例如三羧酸循环的中间物，柠檬酸、异柠檬酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸都可以转变成草酰乙酸而进入糖异生途径。 2、大多数氨基酸是生糖氨基酸如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、组氨酸、苏氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸等，它们可转化成丙酮酸、-酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循环中间物参加糖异生途径。3、Cori循环：剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，随血流流至肝脏，先氧化成丙酮酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来。这一乳酸葡萄糖的循环过程称为Cori循环。 4、反刍动物糖异生

41、途径十分活跃，牛胃中的细菌分解纤维素成为乙酸、丙酸、丁酸等奇数脂肪酸可转变成为琥珀酰CoA参加糖异生途径合成葡萄糖。 (一)糖异生作用的主要生理意义是保证在饥饿情况下， 血糖浓度的相对恒定。(二)糖异生作用与乳酸的作用密切关系在激烈运动时， 肌肉糖酵解生成大量乳酸，后者经血液运到肝脏可再 合成肝糖原和葡萄糖，因而使不能直接产生葡萄糖的 肌糖原间接变成血糖，并且有利于回收乳酸分子中的 能量，更新肌糖原，防止乳酸酸中毒的发生。(三)协助氨基酸代谢实验证实进食蛋白质后，肝中糖原 含量增加；禁食晚期、糖尿病或皮质醇过多时，由于 组织蛋白质分解，血浆氨基酸增多，糖的异生作用增 强，因而氨基酸成糖可能是氨

42、基酸代谢的主要途径。 (四)促进肾小管泌氨的作用，对于防止酸中毒有重要作用。三、糖异生的生理意义四、糖异生的调节 糖异生的限速酶主要有以下4个酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖二磷酸酶和葡萄糖磷酸酶。 (一)激素对糖异生的调节高血糖素水平升高对肝细胞外2，6二磷酸果糖浓度的影响1.糖异生原料的浓度对糖异生作用的调节血浆中甘油、乳 酸和氨基酸浓度增加时，使糖的异生作用增强。2.乙酰辅酶A浓度对糖异生的影响乙酰辅酶A决定了丙酮酸 代谢的方向，脂肪酸氧化分解产生大量的乙酰辅酶A可以 抑制丙酮酸脱氢酶系，使丙酮酸大量蓄积，为糖异生提供 原料，同时又可激活丙酮酸羧化酶，加速丙酮酸生成草酰 乙

43、酸，使糖异生作用增强。 此外乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠檬酸由线粒体内 透出而进入细胞液中，可以抑制磷酸果糖激酶，使果糖二 磷酸酶活性升高，促进糖异生。 (二)代谢物对糖异生的调节第四节第四节 糖原（糖原（Glycogen）的合成与分解）的合成与分解 糖原（Glycogen）由多个葡萄糖组成的带分枝的大分子多糖，是动物储存糖的形式。 糖原的结构：分子中葡萄糖主要以-1，4-糖苷键相连形成直链，其中部分以-1，6-糖苷键相连构成枝链Glucanes Containing alpha - glycosidic LinkagesStarch: alpha - 1 4 linkages are mo

44、st common in starch though 1 6 linkages do also occur (P. KARRER, 1921). Depending on the size of the molecule and its amount of 1 6 linkages is it distinguished between amylose and amylopectin. Amylose molecules are largely unbranched, water-soluble and contain mainly 1 4 linkages. They are, like m

45、ost polysaccharides, polydispers meaning that the length of the molecule is not exactly defined, the number of glucosyl residues being between 200 and more than 1000. 肝和肌肉是储存糖原的主要地方，但两者储存糖原的目的完全不同：肝糖原是用于维持血糖浓度，供全身利用；而肌糖原是供予肌肉本身产生ATP以作收缩之用。肌糖原和肝糖原的功能一、糖原的合成 由葡萄糖(包括少量果糖和半乳糖)合成糖原的过程称为糖原合成，反应在细胞质中进行，需要消

46、耗ATP和UTP。合成步骤：(3)1-磷酸葡萄糖+UTPU DPG+PPi(焦磷酸)(4) UDPG+糖原(Gn) UDP+糖原(Gn+1)(2)(1)UDP：尿苷二磷酸葡萄糖；UDPG：尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶biosynthetic pathway leading to glycogen糖原合成二、糖原的分解 糖原分解不是糖原合成的逆反应，除磷酸葡萄糖变位酶外（phosphoglucomutase），其它酶均不一样，反应包括： 这样将糖原中1个糖基转变为1分子葡萄糖，但是磷酸化酶（glycogen phosphorylase）只作用于糖原上的(14)糖苷键，并且催化至距(16)糖苷键4个

47、葡萄糖残基时就不再起作用，这时就要有脱枝酶(debranching enzyme)的参与才可将糖原完全分解。(1)Gn糖原+Pi G-1-P+G (n-1)(2) G-1-P G-6-P(3) G-6-P+H2O G+PIglycolysis by glycogen synthetase糖原的分解三、糖原代谢的调节 糖原合成酶和磷酸化酶分别是糖原合成与分解代谢中的限速酶，它们均受到变构与共价修饰两重调节。(一)糖原代谢的别构调节糖原合成和分解的调节6-磷酸葡萄糖可激活糖原合成酶，刺激糖原合成，同时，抑制糖原磷酸化酶阻止糖原分解，ATP和葡萄糖也是糖原磷酸化酶抑制剂，高浓度AMP可激活无活性的糖

48、原磷酸化酶b使之产生活性，加速糖原分解。Ca2+可激活磷酸化酶激酶进而激活磷酸化酶，促进糖原分解Control of glycogen synthetase (二)激素的调节糖原合成的抑制当机体受到某些因素影响，如血糖浓度下降和剧烈活动时，促进肾上腺素和胰高血糖素分泌增加，这两种激素与肝或肌肉等组织细胞膜受体结合，由G蛋白介导活化腺苷酸环化酶，使cAMP生成增加，cAMP又使cAMP依赖蛋白激酶(cAMP dependent protein kinase)活化，活化的蛋白激酶一方面使有活性的糖原合成酶a磷酸化为无活性的糖原合成酶b；另一面使无活性的磷酸化酶激酶磷酸化为有活性的磷酸化酶激酶，活化

49、的磷酸化酶激酶进一步使无活性的糖原磷酸化酶b磷酸化转变为有活性的糖原磷酸化酶a糖原合成的抑制第五节第五节 血糖及血糖含量调节血糖及血糖含量调节 血液中的葡萄糖称为血糖(blood sugar) ，血液中的血糖主要是供其它组织使用。 血糖的含量是反映体内糖代谢状况的一项重要指标。正常情况下，血糖含量有一定的波动范围，正常人空腹静脉血含葡萄糖3.896.11mmol/L，当血糖的浓度高于8.8910.00mmol/L，超过肾小管重吸收的能力，就可出现糖尿现象，通常将8.8910.00mmol/L，血糖浓度称为肾糖阈(renal threshold ofglucose)，即尿中出现糖时血糖的最低界限

50、。 血糖能维持平衡主要是血中葡萄糖的来源和去路每时每刻都保持平衡，是各个组织在糖酵解、糖氧化、糖原合成、糖原分解、糖异生等代谢协同的结果。血糖浓度升高 葡萄糖肝、肾、肌肉肝糖原一、血糖的来源和去路 血糖的每一来源和去路都是糖代谢反应的一条途径，血糖的根本来源是食物中的糖类，在不进食而血糖趋于降低时，则肝糖原分解作用加强，当长期饥饿时，则肝脏糖异生作用增强，因而血糖仍能继续维持在正常水平。 血糖的主要去路是在组织器官中氧化供能，也可合成糖原贮存或转变成脂肪及某些氨基酸等，血糖从尿中排出不是一种正常的去路，只是在血糖浓度超过肾糖阈时，一部分糖从尿中排出，称为糖尿(glucosuria)。血糖的来路

51、和去路多种激素参与对血糖浓度的调节: 胰岛素 使血糖浓度降低的激素 肾上腺素、胰高血糖素、肾上腺皮质激素、生长素使血糖升高的激素 它们对血糖的调节主要是通过对糖代谢各主要途径的影响来实现的。二、激素对血糖的调节作用 1.高血糖及糖尿症(hyperglycemia and glucosuria) 空腹血糖浓度高于7.227.78mmol/L(folin 吴宪法)称为高血糖，超过肾糖阈时出现糖尿。 在生理情况下也会出现高血糖和糖尿，如情绪激动时交感神经兴奋，使肾上腺素分泌增加，肝糖原分解，血糖浓度上升而出现糖尿，称为情感性糖尿(emotional glucosuria) 。 一次食入大量的糖，血糖

52、急剧增高，出现糖尿称为饮食性糖尿(alimentary glucosuria)。 临床上静脉点滴葡萄糖速度过快，每小时每公斤体重超过0.40.5克时，也会引起糖尿。 持续性高血糖和糖尿，特别是空腹血糖和糖耐量曲线高于正常范围，主要见于糖尿病(diabetes mellitus)。三、糖代谢障碍糖耐量曲线 空腹血糖浓度低于3.333.89mmol/L时称为低血糖。 低血糖影响脑的正常功能，因为脑细胞中含糖原极少，脑细胞所需要的能量主要来自葡萄糖的氧化，当血糖含量降低时，就会影响脑细胞的机能活性，因而出现头晕、倦怠无力、心悸、手颤、出冷汗、严重时出现昏迷，称为低血糖休克，如不及时给病人静脉注入葡萄

53、糖液，就会死亡。 2.低血糖(hypoglycemia) 出现低血糖的病因有： (1)胰性(胰岛-细胞机能亢进、胰岛-细胞机能低下等)； (2)肝性(肝癌、糖原病等)； (3)内分泌异常(垂体机能低下，肾上腺皮质机能低下等)； (4)肿瘤(胃癌)等； (5)饥饿或不能进食者等。本章总结本章总结 糖酵解途径：糖酵解途径：糖酵解的过程：糖酵解的起始物和产物各是什么：糖酵解的能量变化：糖酵解的总方程式及其含义：乳酸的产生及代谢：糖酵解的生理意义 有氧氧化过程：有氧氧化过程：有氧氧化分的两个阶段：三羧酸循环的过程：三羧酸循环的物质和能量转化：意义 糖异生：糖异生的途径；糖异生的总反应及其含义；糖异生的

54、物质是什么；糖异生的生理意义 糖原：糖原代谢；生理意义 血血糖：血糖的来源和去路；血糖的调；血糖代谢障碍节 练习题练习题1.葡萄糖是如何在缺氧状态下转变成乳酸的? 剧烈运动所产 生的乳酸如何代谢?2.一分子葡萄糖彻底转化成二氧化碳和水能释放多少ATP?3.正常人的血糖范围是多少?肌体如何进行血糖调节? 糖尿病是一种非常古老的疾病，中医称之为“消渴”，即消瘦烦渴之意，现代医学发现它是一种常见的内分泌疾病，是由于人体内胰岛素绝对或相对缺乏而引起的血中葡萄糖浓度升高，进而糖大量从尿中排出，并出现多饮、多尿、多食、消瘦、头晕、乏力等症状。进一步发展则引起全身各种严重的急、慢性并发症，威胁身体健康。糖尿

55、病通常分为1型糖尿病和2型糖尿病两种。 近年来，我国糖尿病病人的数量正在以惊人的速度增多。从80年代初的不足1%，上升至现在的2.5%，其中60岁以上的人群中5%以上为糖尿病病人。保守地估计我国2型糖尿病有2000万人以上，如果不加以有效的控制，我国将成为世界上糖尿病病人人数最多的国家。糖尿病讲座血糖得的正常范围 空腹血糖 3.9-6.1mmol/L 餐后2小时血糖 3.9-7.8mmol/L糖尿病讲座 胰岛素由人体胰脏中的胰岛分泌，胰岛素就像一把金钥匙，只有它才能使血中的葡萄糖顺利进入各器官组织的细胞中，为它们提供能量。正常时，进餐后人体胰岛分泌胰岛素增多，而在空腹时分泌胰岛素会明显减少，因

56、此正常人血糖浓度虽然随进餐有所波动，但在胰岛素的调节下，能使这种波动保持在一定的范围内。而如果缺少胰岛素这把金钥匙或者金钥匙坏了不能正常工作时，就会使血中的葡萄糖无法敲开组织细胞的大门，无法进入细胞提供能量。血糖因此会升高并引起糖尿病。胰岛素缺乏的种类： 一、胰岛素绝对缺乏：即缺少打开组织细胞大门的“金钥匙”，葡萄糖无法利用，血糖升高，引起糖尿病，属1型糖尿病。必须用胰岛素终身治疗。 二、胰岛素相对缺乏：部分患者胰岛素水平并不降低，但其胰岛素的作用却大打折扣，即胰岛素工作效率降低，“金钥匙”虽有，但作用不大，也可引起糖尿病，属2型糖尿病。这类糖尿病可先用口服药物治疗，改善胰岛素的工作效率，但约

57、有50%的2型糖尿病患者渐渐会出现口服药物治疗效果不好，最终只好接受胰岛素治疗。 胰岛素与糖尿病胰岛素与糖尿病讲座 血糖的正常范围是空腹在3.96.1 mmol/L，餐后2小时小于7.8mmol/L。人体在正常情况下可以调整其血糖水平，使其不超过上述范围。但在疾病情况下，血糖超出（高于或低于）正常范围，就会引起高血糖或低血糖。 高血糖：血糖升高超过正常范围。 低血糖：血糖过低超过正常范围。 当血糖明显升高到某种程度（如空腹血糖超过7.0mmol/L或餐后2小时血糖超过11.1 mmol/L），既达到糖尿病的诊断标准，就称之为糖尿病。 如果血糖轻度升高，虽已超过正常范围，但仍未达到糖尿病的诊断标

58、准，如空腹血糖在6.2-7.0mmol/L之间，餐后2小时血糖在7.811.1mmol/L之间时，即为一种过度状态，称之为糖耐量减低（IGT），某种意义上讲，是一种糖尿病的危险信号。及早重视，可防止其发展为糖尿病。 需要提醒患者注意的是：低血糖与高血糖一样对人体是有害的，血糖过低则可引起各种低血糖不适反应，甚至昏迷，将危害生命。因此在糖尿病的治疗过程中，除了防止血糖升高的危害以外，同时千万要注意低血糖的危害性。低血糖与高血糖低血糖与高血糖讲座 又叫青年发病型糖尿病，这是因为它常常在35岁以前发病，占糖尿病的10%以下。1型糖尿病是依赖胰岛素治疗的，也就是说病友从发病开始就需使用胰岛素治疗，并且终身使用。原因在于1型糖尿病病友体内胰腺产生胰岛素的细胞已经彻底损坏，从而完全失去了产生胰岛素的功能。 在体内胰岛素绝对缺乏的情况下，就会引起血糖水平持续升高，出现糖尿病。 在1921年胰岛素发现以前，人们没有较好的方法来降低糖尿病病友的血糖，病友大多在发病后不久死于糖尿病的各种并发症。随着胰