生物化学课件第11章糖代谢

生物化学教材及参考书教科书《PrinciplesofBiochemistry》,H.R.Horton等编著第四版教学参考书

《生物化学》,王镜岩主编,第三版高等教育出版社《Biochemistry》,J.M.Berg等编著《Biochemistry》,C.K.Mathews等编著《PrinciplesofBiochemistry》,A.L.Lehninger等编著《生物化学》,张曼夫主编中国农业大学出版社《动物生物化学》,周顺伍等主编第三版中国农业大学出版社生物化学教材及参考书教科书1第十一章糖代谢第十一章糖代谢2KeyTerms

glycolysislacticacidfermentationalcoholicfermentationgluconeogenesisobligateanaerobefacultativeanaerobehexokinasekinasephosphofructokinase(PFK)thioesterintermediateKeyTerms

glycolysis3substrate-levelphosphorylationmutaseenolphosphatepyruvatekinasebifunctionalenzymefeedforwardstimulationcommittedsteppyruvatecarboxylasebiotinglucose6-phosphatasesubstratecycleCoricycleII.Transducingsubstrate-levelphosphorylatio4一糖的生理功能构成组织和细胞的成分（核糖，粘多糖，细胞膜，神经组织）氧化供能（1克葡萄糖完全氧化可放出4千卡能量）转变成其他物质一糖的生理功能构成组织和细胞的成分（核糖，粘多糖，细胞膜，5二糖的来源与去路来源：消化道吸收；不同动物有不同的形式非糖物质转变而来：肝脏中的糖异生去路：小肠吸收→肝：合成糖原

氧化供能

进入血液→☆机体组织细胞

转变成其他物质☆机体组织细胞：合成肌糖原氧化供能转变成其他物质二糖的来源与去路来源：6三糖原的合成与分解

☆糖原的合成☆糖原的分解☆糖原的合成7生物化学课件第11章糖代谢8生物化学课件第11章糖代谢9GlycogenStructure.

Inthisstructureoftwoouterbranchesofaglycogenmolecule,theresiduesatthe

nonreducingendsareshowninredandresiduethatstartsabranchisshowningreen.Therestoftheglycogenmolecule

isrepresentedbyR.

GlycogenStructure.

Inthiss10ElectronMicrographofaLiverCell.

Thedenseparticlesinthecytoplasmareglycogengranules.[CourtesyofDr.GeorgePalade.]

ElectronMicrographofaLiver11生物化学课件第11章糖代谢12FatesofGlucose6-Phosphate.Glucose6-phosphatederivedfromglycogencan(1)beusedasafuelforanaerobicoraerobicmetabolismasin,forinstance,muscle;(2)beconvertedintofreeglucoseintheliverandsubsequentlyreleasedintotheblood;(3)beprocessedbythepentosephosphatepathwaytogenerateNADPHorriboseinavarietyoftissues.

FatesofGlucose6-Phosphate.13AnOverviewofGlycogenMetabolism

Glycogendegradationandsynthesisarerelativelysimplebiochemicalprocesses.Glycogendegradationconsistsofthreesteps:(1)thereleaseofglucose1-phosphatefromglycogen,(2)theremodelingoftheglycogensubstratetopermitfurtherdegradation,and(3)theconversionofglucose1-phosphateintoglucose6-phosphateforfurthermetabolism.Theglucose6-phosphatederivedfromthebreakdownofglycogenhasthreefates(Figure21.3):(1)Itistheinitialsubstrateforglycolysis,(2)itcanbeprocessedbythepentosephosphatepathwaytoyieldNADPHandribosederivatives;and(3)itcanbeconvertedintofreeglucoseforreleaseintothebloodstream.Thisconversiontakesplacemainlyintheliverandtoalesserextentintheintestinesandkidneys.AnOverviewofGlycogenMetabo14Glycogensynthesisrequiresanactivatedformofglucose,uridinediphosphateglucose(UDP-glucose),whichisformedbythereactionofUTPandglucose1-phosphate.UDP-glucoseisaddedtothenonreducingendofglycogenmolecules.Asisthecaseforglycogendegradation,theglycogenmoleculemustberemodeledforcontinuedsynthesis.Theregulationoftheseprocessesisquitecomplex.Severalenzymestakingpartinglycogenmetabolismallostericallyrespondtometabolitesthatsignaltheenergyneedsofthecell.Theseallostericresponsesallowtheadjustmentofenzymeactivitytomeettheneedsofthecellinwhichtheenzymesareexpressed.Glycogenmetabolismisalsoregulatedbyhormonallystimulatedcascadesthatleadtothereversiblephosphorylationofenzymes,whichalterstheirkineticproperties.Regulationbyhormonesallowsglygogenmetabolismtoadjusttotheneedsoftheentireorganism.Byboththesemechanisms,glycogendegradationisintegratedwithglycogensynthesis.Wewillfirstexaminethemetabolism,followedbyenzymeregulationandthentheelaborateintegrationofcontrolmechanisms.Glycogensynthesisrequiresan15（一）糖原合成及参与的酶己糖激酶（Hexokinase）磷酸葡萄糖变位酶UDP-葡萄糖焦磷酸化酶糖原合成酶分支酶（一）糖原合成及参与的酶己糖激酶（Hexokinase）16糖原合成糖原合成17

UDP-葡萄糖焦磷酸化酶6-磷酸葡萄糖+UTP→UDP-葡萄糖+PPiUDP-葡萄糖焦磷酸化酶:二磷酸尿苷葡萄糖焦磷酸化酶UDP-葡18葡萄糖残基（n）葡萄糖残基（n+1）糖原合成酶葡萄糖残基（n）葡萄糖残基（n+1）糖原合成酶19糖原合成酶糖原合成酶20分支酶分支酶21生物化学课件第11章糖代谢22

糖原合成葡萄糖首先在己糖激酶的作用下转变成6-磷酸葡萄糖，再经几步反应转变成UDP-葡萄糖，在少量葡萄糖残基（n＞4）存在下，由n个葡萄糖残基转变成n+1个葡萄糖残基。当α-1,4糖苷键延长6个残基以上时，分支酶催化一部分残基脱落，以α-1,6糖苷键与原分子中的另一个残基相连，形成分支。然后再延长，再分支，形成具有很多分支的糖原。糖原合成23

（二）糖原分解及参与的酶磷酸化酶（Phosphorylase）关键酶变位酶6-磷酸葡萄糖酶（只在肝，肾中存在）转移酶脱支酶☆转移酶和脱支酶是16万kd的酶的多肽链上的两个活性位点（二）糖原分解及参与的酶磷酸化酶（Phosphorylas24

磷酸化酶磷酸化酶25糖原(n)+磷酸→1-磷酸葡萄糖+糖原(n-1)1-磷酸葡萄糖→6-磷酸葡萄糖

6-磷酸葡萄糖酶（肝，肾）

6-磷酸葡萄糖→

葡萄糖磷酸化酶糖原(n)+磷酸→1-磷酸葡萄糖+糖原(n-1)磷酸化酶26生物化学课件第11章糖代谢27生物化学课件第11章糖代谢28PhosphoglucomutaseConvertsGlucose1-phosphateintoGlucose6-phosphateLiverContainsGlucose6-phosphatase,aHydrolyticEnzymeAbsentfromMusclePhosphoglucomutaseConvertsGl29转移酶转移酶30生物化学课件第11章糖代谢31脱支酶磷酸化酶转移酶脱支酶磷酸化酶转移酶32

糖原分解

糖原分解的关键酶是磷酸化酶。该酶与糖原分子非还原性末端结合，形成1-磷酸葡萄糖。然后转变成6-磷酸葡萄糖。6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖酶的作用下生成葡萄糖。此酶只在肝，肾中存在。然后转移酶的作用使分支减少，分支点α-1,6糖苷键脱支酶分解。转移酶和脱支酶是一个酶的不同部分。

转移酶把三个葡萄糖残基作为一组从外面的分支转移到另一个分支上。脱支酶又称α-1,6葡萄糖苷酶，水解α-1,6糖苷键。糖原分解

糖原33GlycogenRemodeling.First,a-1,4-glycosidicbondsoneachbrancharecleavedbyphosphorylase,

leavingfourresiduesalongeachbranch.Thetransferaseshiftsablockofthreeglycosylresiduesfromoneouterbranch

totheother.Inthisreaction,thea-1,4-glycosidiclinkbetweentheblueandthegreenresiduesisbrokenandanewa-1,4

linkbetweentheblueandtheyellowresiduesisformed.Thegreenresidueisthenremovedbya-1,6-glucosidase,

leavingalinearchainwithalla-1,4linkages,suitableforfurthercleavagebyphosphorylase.GlycogenRemodeling.First,a-134生物化学课件第11章糖代谢35缺乏糖原合成和分解的哪一种酶时会出现如下情况？☆

糖原量大，结构正常，肝增大，严重低血糖，酮病等☆糖原量大，外面的分支短，肝增大，低血糖，酮病等。☆糖原量正常，分支特长，肝逐渐硬化在2岁前肝功能丧失致死。缺乏糖原合成和分解的哪一种酶时会出现如下情况？☆糖原量36四由遗传病决定的糖原储藏病☆缺乏6-磷酸葡萄糖酶的病

糖原量大，结构正常，肝增大，严重低血糖，酮病等☆缺乏脱支酶的病糖原量大，外面的分支短，肝增大，低血糖，酮病等。☆缺乏分支酶的病糖原量正常，分支特长，肝逐渐硬化，在2岁前肝功能丧失而致死。四由遗传病决定的糖原储藏病☆缺乏6-磷酸葡萄糖酶的病37生物化学课件第11章糖代谢38生物化学课件第11章糖代谢39生物化学课件第11章糖代谢40生物化学课件第11章糖代谢41生物化学课件第11章糖代谢42生物化学课件第11章糖代谢43SummaryGlycolysisIsanEnergy-ConversionPathwayinManyOrganismsGlycolysisisthesetofreactionsthatconvertsglucoseintopyruvate.The10reactionsofglycolysistakeplaceinthecytosol.Inthefirststage,glucoseisconvertedintofructose1,6-bisphosphatebyaphosphorylation,anisomerization,andasecondphosphorylationreaction.TwomoleculesofATPareconsumedpermoleculeofglucoseinthesereactions,whicharethepreludetothenetsynthesisofATP.Inthesecondstage,fructose1,6-bisphosphateiscleavedbyaldolaseintodihydroxyacetonephosphateandglyceraldehyde3-phosphate,whicharereadilyinterconvertible.Inthethirdstage,ATPisgenerated.Glyceraldehyde3-phosphateisoxidizedandphosphorylatedtoform1,3-bisphosphoglycerate,anacylphosphatewithahighphosphoryl-transferpotential.ThismoleculetransfersaphosphorylgrouptoADPtoformATPand3-phosphoglycerate.Aphosphorylshiftandadehydrationformphosphoenolpyruvate,asecondintermediatewithahighphosphoryltransferpotential.AnothermoleculeofATPisgeneratedasphosphoenolpyruvateisconvertedintopyruvate.ThereisanetgainoftwomoleculesofATPintheformationoftwomoleculesofpyruvatefromonemoleculeofglucose.Theelectronacceptorintheoxidationofglyceraldehyde3-phosphateisNAD+,whichmustberegeneratedforglycolysistocontinue.Inaerobicorganisms,theNADHformedinglycolysistransfersitselectronstoO2throughtheelectrontransportchain,whichtherebyregeneratesNAD+.Underanaerobicconditionsandinsomemicroorganisms,NAD+isregeneratedbythereductionofpyruvatetolactate.Inothermicroorganisms,NAD+isregeneratedbythereductionofpyruvatetoethanol.Thesetwoprocessesareexamplesoffermentations.Summary44TheGlycolyticPathwayIsTightlyControlledTheglycolyticpathwayhasadualrole:itdegradesglucosetogenerateATP,anditprovidesbuildingblocksforthesynthesisofcellularcomponents.Therateofconversionofglucoseintopyruvateisregulatedtomeetthesetwomajorcellularneeds.Underphysiologicconditions,thereactionsofglycolysisarereadilyreversibleexceptfortheonescatalyzedbyhexokinase,phosphofructokinase,andpyruvatekinase.Phosphofructokinase,themostimportantcontrolelementinglycolysis,isinhibitedbyhighlevelsofATPandcitrate,anditisactivatedbyAMPandfructose2,6-bisphosphate.Intheliver,thisbisphosphatesignalsthatglucoseisabundant.Hence,phosphofructokinaseisactivewheneitherenergyorbuildingblocksareneeded.Hexokinaseisinhibitedbyglucose6-phosphate,whichaccumulateswhenphosphofructokinaseisinactive.ATPandalanineallostericallyinhibitpyruvatekinase,theothercontrolsite,andfructose1,6-bisphosphateactivatestheenzyme.Consequently,pyruvatekinaseismaximallyactivewhentheenergychargeislowandglycolyticintermediatesaccumulate.TheGlycolyticPathwayIsTigh45GlucoseCanBeSynthesizedfromNoncarbohydratePrecursors

Gluconeogenesisisthesynthesisofglucosefromnoncarbohydratesources,suchaslactate,aminoacids,andglycerol.Severalofthereactionsthatconvertpyruvateintoglucosearecommontoglycolysis.Gluconeogenesis,however,requiresfournewreactionstobypasstheessentialirreversibilityofthreereactionsinglycolysis.Intwoofthenewreactions,pyruvateiscarboxylatedinmitochondriatooxaloacetate,whichinturnisdecarboxylatedandphosphorylatedinthecytosoltophosphoenolpyruvate.Twohigh-energyphosphatebondsareconsumedinthesereactions,whicharecatalyzedbypyruvatecarboxylaseandphosphoenolpyruvatecarboxykinase.Pyruvatecarboxylasecontainsabiotinprostheticgroup.Theotherdistinctivereactionsofgluconeogenesisarethehydrolysesoffructose1,6-bisphosphateandglucose6-phosphate,whicharecatalyzedbyspecificphosphatases.Themajorrawmaterialsforgluconeogenesisbytheliverarelactateandalanineproducedfrompyruvatebyactiveskeletalmuscle.Theformationoflactateduringintensemuscularactivitybuystimeandshiftspartofthemetabolicburdenfrommuscletotheliver.GlucoseCanBeSynthesizedfro46GluconeogenesisandGlycolysisAreReciprocallyRegulated

Gluconeogenesisandglycolysisarereciprocallyregulatedsothatonepathwayisrelativelyinactivewhiletheotherishighlyactive.Phosphofructokinaseandfructose1,6-bisphosphatasearekeycontrolpoints.Fructose2,6-bisphosphate,anintracellularsignalmoleculepresentathigherlevelswhenglucoseisabundant,activatesglycolysisandinhibitsgluconeogenesisbyregulatingtheseenzymes.Pyruvatekinaseandpyruvatecarboxylaseareregulatedbyothereffectorssothatbotharenotmaximallyactiveatthesametime.Allostericregulationandreversiblephosphorylation,whicharerapid,arecomplementedbytranscriptionalcontrol,whichtakesplaceinhoursordays.GluconeogenesisandGlycolysis47

糖酵解是在无氧条件下，一个分子葡萄糖降解成二个分子乳酸，同时产生ATP的过程。糖酵解在细胞质中进行，分四大部分12步反应。

五糖酵解（Glycolysis）五糖酵解48生物化学课件第11章糖代谢49糖酵解的概况葡萄糖可被需氧和厌氧的两类有机体利用，起始阶段的代谢途径是相同的：无氧条件下发酵，使葡萄糖降解为小分子化合物供应机体能量，小分子化合物成了代谢废物，到生物由厌氧进化到需氧有机体后才将小分子化合物彻底氧化成CO2和H2O，获得更多的能量。需氧生物是厌氧生物之后出现的。无氧的葡萄糖降解过程称为糖酵解，严格的说是1摩尔葡萄糖产生2摩尔乳酸，无氧酵解共12部反应，分四大阶段。糖酵解的概况葡萄糖可被需氧和厌氧的两类有机体利用，起始阶段的50Ⅰ1，6二磷酸果糖生成：Ⅱ

磷酸丙糖生成过程：Ⅲ

丙酮酸生成过程：有一步脱氢反应是糖酵解途径中唯一的，主要是释放能量使ADP→ATP.有两步底物磷酸化反应。Ⅳ

乳酸的生成：这是NADH转变为NAD+(为3-磷酸甘油醛脱氢反应提供)的过程无氧条件下NADH→NAD+是靠丙酮酸还原为乳酸来完成的Ⅰ1，6二磷酸果糖生成：51生物化学课件第11章糖代谢52生物化学课件第11章糖代谢53生物化学课件第11章糖代谢54生物化学课件第11章糖代谢55生物化学课件第11章糖代谢56生物化学课件第11章糖代谢57生物化学课件第11章糖代谢58Figure18.37.Glycerol3-PhosphateShuttle.ElectronsfromNADHcanenterthemitochondrialelectrontransportchainbybeingusedtoreducedihydroxyacetonephosphatetoglycerol3-phosphate.Glycerol3-phosphateisreoxidizedbyelectrontransfertoanFADprostheticgroupinamembrane-boundglycerol3-phosphatedehydrogenase.SubsequentelectrontransfertoQtoformQH2allowstheseelectronstoentertheelectron-transportchain.Figure18.37.Glycerol3-Phosp59生物化学课件第11章糖代谢60生物化学课件第11章糖代谢61生物化学课件第11章糖代谢62生物化学课件第11章糖代谢63生物化学课件第11章糖代谢64生物化学课件第11章糖代谢65生物化学课件第11章糖代谢66生物化学课件第11章糖代谢67

乳酸发酵乳酸发酵68生物化学课件第11章糖代谢69

总反应式：

Glc+2Pi+2ADP+2NAD+

2丙酮酸+2ATP+2(NADH+H+)+2H2O

葡萄糖磷酸化-2ATP-2底物磷酸化22ATP4糖酵解过程中ATP的形成净生成2ATP

葡萄糖磷酸化-2ATP70

糖酵解的生理意义在无氧或缺氧条件下（剧烈运动，重役及病理性休克等）为机体提供生命活动所需的能量，但是能量有限。成熟的红细胞仅靠糖酵解来获得能量糖酵解的生理意义在无氧或缺氧条件下（剧烈71葡萄糖→丙酮酸(与糖酵解过程基本相同，但是由于在有氧条件下进行，NADH的去向不同，胞质中进行）丙酮酸→乙酰辅酶A（线粒体）三羧酸循环（线粒体）六葡萄糖有氧氧化葡萄糖→丙酮酸(与糖酵解过程基本相同，但是由于在有氧条件下进72生物化学课件第11章糖代谢73（一）葡萄糖→丙酮酸（一）葡萄糖→丙酮酸74生物化学课件第11章糖代谢75葡萄糖→丙酮酸ATP的形成

总反应式：

Glc+2Pi+2ADP+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2(NADH+H+)+2H2O

葡萄糖磷酸化-2ATP-2底物磷酸化22ATP42NADH23ATP6/42FADH222ATP-------------------------------------------

净生成8/6ATP

葡萄糖→丙酮酸ATP的形成总反应式：葡萄糖磷酸化76（二）丙酮酸→乙酰辅酶A

丙酮酸脱氢酶系（含三种酶,六种辅助因子）（二）丙酮酸→乙酰辅酶A

丙酮酸脱氢酶系77丙酮酸脱氢酶系

☆三种酶

丙酮酸脱羧酶硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶☆六种辅助因子NAD+

，FAD+，辅酶A，硫辛酸，硫氨素焦磷酸（TPP），镁离子

丙酮酸脱氢酶系

☆三种酶78

Beriberi-(脚气病）

Avitamin-deficiencydiseasefirstdescribedin1630byJacobBonitus,aDutchphysicianworkinginJava:"Acertainverytroublesomeaffliction,whichattacksmen,iscalledbytheinhabitantsBeriberi(whichmeanssheep).Ibelievethose,whomthissamediseaseattacks,withtheirkneesshakingandthelegsraisedup,walklikesheep.Itisakindofparalysis,orratherTremor:foritpenetratesthemotionandsensationofthehandsandfeetindeedsometimesofthewholebody."

Beriberi-(脚气病）

Avitamin-defi79TheDisruptionofPyruvateMetabolismIstheCauseofBeriberiandPoisoningbyMercuryandArsenic

Beriberi,aneurologicandcardiovasculardisorder,iscausedbyadietarydeficiencyofthiamine(alsocalledvitaminB)1).ThediseasehasbeenandcontinuestobeaserioushealthproblemintheFarEastbecauserice,themajorfood,hasaratherlowcontentofthiamine.Thisdeficiencyispartlyamelioratedifthewholericegrainissoakedinwaterbeforemillingsomeofthethiamineinthehuskthenleachesintothericekernel.Theproblemisexacerbatedifthericeispolished,becauseonlytheouterlayercontainssignificantamountsofthiamine.Beriberiisalsooccasionallyseeninalcoholicswhoareseverelymalnourishedandthusthiaminedeficient.Thediseaseischaracterizedbyneurologicandcardiacsymptoms.Damagetotheperipheralnervoussystemisexpressedaspaininthelimbs,weaknessofthemusculature,anddistortedskinsensation.Theheartmaybeenlargedandthecardiacoutputinadequate.TheDisruptionofPyruvateMet80Whichbiochemicalprocessesmightbeaffectedbyadeficiencyofthiamine?Thiaminepyrophosphateistheprostheticgroupofthreeimportantenzymes:pyruvatedehydrogenase,a-ketoglutaratedehydrogenase,andtransketolase.Transketolasefunctionsinthepentosephosphatepathway,whichwillbediscussedinChapter20.ThecommonfeatureofenzymaticreactionsutilizingTPPisthetransferofanactivatedaldehydeunit.Inberiberi,thelevelsofpyruvateanda-ketoglutarateinthebloodarehigherthannormal.Theincreaseinthelevelofpyruvateinthebloodisespeciallypronouncedaftertheingestionofglucose.Arelatedfindingisthattheactivitiesofthepyruvateanda-ketoglutaratedehydrogenasecomplexesinvivoareabnormallylow.Thelowtransketolaseactivityofredcellsinberiberiisaneasilymeasuredandreliablediagnosticindicatorofthedisease.WhydoesTPPdeficiencyleadprimarilytoneurologicaldisorders?Thenervoussystemreliesessentiallyonglucoseasitsonlyfuel.Incontrast,mostothertissuescanusefatsasasourceoffuelforthecitricacidcycle.Theproductofaerobicglycolysis,pyruvate,canenterthecitricacidcycleonlythroughthepyruvatedehydrogenasecomplex.Whichbiochemicalprocessesmi81生物化学课件第11章糖代谢82生物化学课件第11章糖代谢83生物化学课件第11章糖代谢84生物化学课件第11章糖代谢85（三）三羧酸循环

1937年美国著名生物学家Hanskrebs提出，1953年获诺贝尔奖。

☆乙酰CoA氧化成二氧化碳和水，产生12分子ATP。（三）三羧酸循环86生物化学课件第11章糖代谢87生物化学课件第11章糖代谢88生物化学课件第11章糖代谢89生物化学课件第11章糖代谢90生物化学课件第11章糖代谢91生物化学课件第11章糖代谢92生物化学课件第11章糖代谢93生物化学课件第11章糖代谢94柠檬酸合成酶乙酰辅酶A草酰乙酸柠檬酸柠檬酸合成酶乙酰辅酶A草酰乙酸柠檬酸95柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸酶柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸酶96异柠檬酸脱氢酶脱氢脱羧异柠檬酸a-酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶脱氢脱羧异柠檬酸a-酮戊二酸97a-酮戊二酸a-酮戊二酸脱氢酶系琥珀酰辅酶Aa-酮戊二酸a-酮戊二酸脱氢酶系琥珀酰辅酶A98琥珀酰辅酶A琥珀酸琥珀酰辅酶A合成酶底物磷酸化琥珀酰辅酶A琥珀酸琥珀酰辅酶A合成酶底物磷酸化99Figure17.13.ReactionMechanismofSuccinylCoASynthetase.TheformationofGTPattheexpenseofsuccinyl

CoAisanexampleofsubstrate-levelphosphorylation.Thereactionproceedsthroughaphosphorylatedenzyme

intermediate.

Figure17.13.ReactionMechani100琥珀酸琥珀酸脱氢酶延胡索酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶延胡索酸101生物化学课件第11章糖代谢102生物化学课件第11章糖代谢103生物化学课件第11章糖代谢104苹果酸延胡索酸酶延胡索酸苹果酸延胡索酸酶延胡索酸105苹果酸脱氢酶苹果酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸草酰乙酸106生物化学课件第11章糖代谢107

三羧酸循环总反应式乙酰CoA+3NAD++FAD++2H2O+ADP+Pi→2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+ATP+CoA-SH

三羧酸循环总反应式108

★三羧酸循环总结少数反应不可逆，按上述单方向进行。整个反应生成2分子CO2，4对氢原子经呼吸链产生4分子水，但循环中消耗2分子水（柠檬酸合成，苹果酸合成各消耗1分子水）净剩2分子水。柠檬酸循环净反应为乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→2CO2+3NADH+FADH+GTP+2H+CoA-SH

★三羧酸循环总结少数反应不可逆，按上109一个分子乙酰CoA在三羧酸循环中生成12分子ATP该循环不仅是糖彻底氧化分解的途径，也是脂肪，氨基酸及其他物质彻底氧化的必经途径。此循环产生ATP很多，在提供机体能量方面起着重要的作用。循环中各成员从理论上是不消耗的，但是它们参与其他反应，也是不断消耗和产生的。一个分子乙酰CoA在三羧酸循环中生成12分子ATP110葡萄糖有氧氧化ATP的生成

葡萄糖有氧氧化ATP的生成

111生物化学课件第11章糖代谢112

☆糖有氧氧化的生理意义

一分子葡萄糖彻底氧化为CO2和水时总共生成36或38个ATP分子，糖有氧分解产生的ATP为无氧酵解的19倍，因此一般情况下动物体内各组织细胞（除红细胞等少数外）都主要由糖的有氧分解获得能量。有氧分解的能量利用率高：

真核生物：38.3%

原核生物：40.4%☆糖有氧氧化的生理意义

一分子葡萄糖彻底氧113

七三羧酸循环的填补反应☆天冬氨酸脱氨基→草酰乙酸动物中最重要！七三羧酸循环的填补反应☆天冬氨酸脱氨基→草酰乙酸动114

115生物化学课件第11章糖代谢116克隆狼2007年3月26日克隆狼117

八磷酸戊糖途径该途径由实验中发现，用碘乙酸和氟化物抑制3-磷酸甘油醛生成1,3-二磷酸甘油酸的反应，但葡萄糖仍能分解成CO2和水。实验还发现葡萄糖的第一个碳原子较第六位碳原子更易氧化生成CO2。说明还有其他途径的存在，这条途径就是磷酸戊糖途径。生成类固醇和脂肪的骨髓，乳腺，肝脏和脂肪组织中活跃。八磷酸戊糖途径该途径由实验中发现，用碘118

☆第一阶段：不可逆的氧化阶段生成

5-磷酸核酮糖，NADPH和CO2☆第二阶段：可逆的非氧化阶段磷酸己糖的再生3个五碳糖→2个6碳糖和+1个3碳糖磷酸戊糖途径

119磷酸戊糖途径参与的酶己糖激酶6-磷酸葡萄糖脱氢酶（对NADP+亲和性很高）6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸戊糖异构酶磷酸戊糖差向异构酶转酮醇酶转醛醇酶转酮醇酶磷酸戊糖途径参与的酶己糖激酶120

121PPP途径第一阶段6-磷酸葡萄糖脱氢酶PPP途径第一阶段6-磷酸葡萄糖脱氢酶122五碳糖的互变异构5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖五碳糖的互变异构5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖123生物化学课件第11章糖代谢124生物化学课件第11章糖代谢125

磷酸戊糖途径总反应式：

6-P-G+7H2O+12NADP+6CO2+12(NADPH+H+)+pi磷酸戊糖途径126磷酸戊糖途径的生理意义

☆

5-磷酸核糖为合成DNA和RNA等生物合成提供原料。☆磷酸戊糖途径产生的NADPH用于还原性的生物合成（合成脂肪，维持还原型谷胱甘肽等）。☆己糖和戊糖的相互转变，磷酸戊糖途径与糖的有氧和无氧分解是相联系的。☆磷酸戊糖途径与光合作用有密切关系

磷酸戊糖途径产生的3碳糖，5碳糖，7碳糖都是光合作用的中间产物。磷酸戊糖途径的生理意义

☆5-磷酸核糖为合成DNA和RNA127生物化学课件第11章糖代谢128

129生物化学课件第11章糖代谢130生物化学课件第11章糖代谢1316-磷酸葡萄糖的去向取决于体NADPH，

5-磷酸核糖及ATP的需要量。☆体内需要5-磷酸核糖比NADPH多得多

生成的6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛→5-磷酸核糖☆体内5-磷酸核糖和NADPH需要大致相等时反应向右进行☆体内需要NADPH比5-磷酸核糖多得多5-磷酸核糖→6-磷酸葡萄糖☆体内ATP需要比5-磷酸核糖多得多

5-磷酸核糖→丙酮酸进一步进入TCA

6-磷酸葡萄糖的去向取决于体NADPH，

5-磷酸核糖及AT132生物化学课件第11章糖代谢133

九葡萄糖异生作用

★在肝脏中由非糖物质合成葡萄糖的过程

★主要的非糖前体：

乳酸、氨基酸类、甘油，丙酮酸

★主要的进入点：丙酮酸、草酰乙酸、磷酸二羟丙酮九葡萄糖异生作用134葡萄糖异生参与得主要酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶1，6二磷酸果糖酶6-磷酸葡萄糖酶葡萄糖异生参与得主要酶丙酮酸羧化酶135☆糖异生☆糖异生136不可逆反应不可逆反应137二磷酸果糖酶二磷酸果糖酶138不可逆反应不可逆反应139生物化学课件第11章糖代谢140生物化学课件第11章糖代谢141丙酮酸→草酰乙酸反应在线粒体中草酰乙酸→苹果酸穿过线粒体膜细胞质中苹果酸→草酰乙酸草酰乙酸→→→→葡萄糖细胞质中丙酮酸→草酰乙酸反应在线粒体中142Figure18.38.Malate-AspartateShuttle.Figure18.38.Malate-Aspartate143生物化学课件第11章糖代谢144生物化学课件第11章糖代谢145生物化学课件第11章糖代谢146☆☆丙酮酸生成葡萄糖

消耗6个高能磷酸键丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸在丙酮酸羧化酶的作用下生成草酰乙酸（线粒体内），草酰乙酸再转变成磷酸烯醇式丙酮酸。此过程消耗2分子的ATP。磷酸烯醇式丙酮酸生成1,6-二磷酸果糖过程中3-磷酸甘油酸转变成1,3-二磷酸甘油醛时消耗ATP。而糖酵解时1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸时底物磷酸化生成ATP。

1,6-二磷酸果糖生成6-磷酸果糖此反应由1，6-二磷酸果糖酶催化，而糖酵解时是6-磷酸果糖激酶催化消耗ATP。6-磷酸果糖生成葡萄糖反应由6-磷酸葡萄糖酶催化。而糖酵解时是己糖激酶催化消耗ATP。☆☆丙酮酸生成葡萄糖

消耗6个高能磷酸键丙酮酸147☆☆☆糖异生的生理意义

a.非糖物质为机体提供糖牛羊等动物体内糖主要靠糖异生作用马驴兔等体内糖相当大的程度上靠糖异生作用所有家畜饥饿或糖摄入不足时，靠糖异生作用获得萄糖，首先用于维持血糖浓度恒定。b.清除家畜重役后产生的大量乳酸——防止酸中毒.c.同时还可使不能直接补充血糖的肌糖原能够转变成血糖。☆典型成年人脑日需120g，整个躯体需160g葡萄糖。☆☆☆糖异生的生理意义

148糖异生的不能直接补充血糖的肌糖原能够转变成血糖。糖异生的不能直接补充血糖的肌糖原能够转变成血糖。149生物化学课件第11章糖代谢150糖异生糖酵解代谢产物负反馈抑制代谢底物正反馈糖异生糖酵解代谢产物代谢底物151生物化学课件第11章糖代谢152蜂鸟

蜂鸟飞行的速度是90公里/小时，如果是俯冲的话，时速可以达到100公里。大部分专家认为蜂鸟的平均寿命为3～4年。在人工饲养下，蜂鸟寿命可达10年，野外记录的蓝胸蜂

雄鸟不参与筑巢，由雌鸟单独作巢，蜂鸟的巢是杯状的织物，通常悬挂在树枝上、洞穴里、岩石表面或大型的树叶上。蜂鸟一次产两个非常小的白色的卵，但是与鸟的身材比起来还是比较大的。卵的孵化期通常为15-19天。鸟的寿命仅有7年。

蜂鸟在阿兹特克的神话中被当作修兹罗皮契里(也称为呼兹洛波奇特里)——太阳神,也是战争之神。

旧金山土著民族Ohlone讲述了关于蜂鸟如何把火种带到人间的故事。蜂鸟(hummingbird)是雨燕目蜂鸟科动物的统称，是世界上已知最小的鸟类。蜂鸟身体很小，能够通过快速拍打翅膀（每秒15次到80次，取决于蜂鸟的大小）而悬停在空中。蜂鸟因拍打翅膀的嗡嗡声(humming)而得名。蜂鸟是唯一可以向后飞行的鸟。蜂鸟也可以在空中悬停以及向左和向右飞行。

蜂鸟

蜂鸟飞行的速度是90公里/小时，如果是俯冲的话，时速可153

在所有动物当中，蜂鸟的体态最妍美，色彩最艳丽。精雕和玉琢的精品也无法同这大自然的瑰宝媲美,蜂鸟是世界上最小的鸟，“以其微未博得盛誉”。小蜂鸟是大自然的杰作：轻盈、迅疾、敏捷，优雅、华丽的羽毛－－这小小的宠儿应有尽有。它身上闪烁着绿宝石、红宝石、黄宝石般的光芒，它从来不让地上的尘土玷污它的衣裳，而且它终日在空中飞翔，只不过偶尔擦过草地；它在花朵之间穿梭，以花蜜为食.尽管蜂鸟的大脑最多只有一粒米大小，但它们的记忆能力却相当惊人。来自英国和加拿大的科研人员最近发现，蜂鸟不但能记住自己刚刚吃过的食物种类，甚至还能记住自己大约在什么时候吃的东西，因此可以轻松地吃那些还没有被自己“品尝”的东西。

在所有动物当中，蜂鸟的体态最妍美，色彩最艳丽。精雕和玉琢的154

路透社报道，自然界中的蜂鸟都拥有自己的势力范围，它们不但能清楚记住自己曾采过哪些鲜花的蜜，甚至能判断光顾这些花朵的“大概时间”，进而根据不同植物的重新分泌花蜜的规律来寻找新的食物。这样，当蜂鸟再次出动的时候，就能做到不去“骚扰”那些花蜜已经被自己采空的植物了。研究人员指出，这些惊人的举动让蜂鸟成为唯一一种能记住“吃东西地点和时间”的野生动物。此前，科学家认为，只有人类才会具有类似的判断能力。

据悉，这种加拿大蜂鸟每年冬天都要从寒冷的落基山脉飞行数千公里抵达温暖的墨西哥地区越冬，等到了来年春天，它们还要再次千里迢迢地返回落基山繁育后代。科学家因此推测，蜂鸟拥有惊人记忆力的原因是，由于自身个体太小，年复一年的长途跋涉又需要很长时间，它们不能将宝贵的时间花费在寻找食物的工作上。研究人员宣称，小小的蜂鸟最多能分清楚八种不同类别鲜花的花蜜分泌规律。上述成果发表在一本名为“CurrentBiology”的生物学期刊上。

路透社报道，自然界中的蜂鸟都拥有自己的155

十

血糖★血糖来源与去路血糖的三个来源是消化道吸收，肝糖原分解及糖异生。血糖的二个去路是组织细胞利用和肝糖原合成。★血糖浓度是恒定的进食时血糖浓度上升，糖原合成加快，糖贮存饥饿时血糖浓度下降，糖原分解加快，补充血糖体内缺糖时肝中糖异生加快，补充血糖。★人的血糖浓度是80-120mg/100ml(4.4-6.7mM)十血糖★血糖来源与去路156

★激素的调控

胰岛素：主要是促血糖进入组织细胞；此外促糖的氧化分解；促糖原合成；抑制糖原分解；抑制糖异生，从而使血糖下降。肾上腺素、胰高血糖素、肾上腺皮质激素、生长激素等起抗胰岛素的作用，促血糖升高。交感神经兴奋可促进血糖升高。★激素的调控

胰岛素：主要是促血糖进入157

十一糖代谢总结消化吸收和糖异生是动物体内糖的来源；合成糖原是糖在体内的贮存方式；氧化分解是糖供给机体能量的代谢途径；血糖是糖在体内的运转形式；此外糖可在体内转变成其他物质。十一糖代谢总结消化吸收和糖异生是动物体内158十二糖代谢的三个交汇点☆6-磷酸葡萄糖☆3-磷酸甘油醛☆丙酮酸十二糖代谢的三个交汇点☆6-磷酸葡萄糖159十三

丙酮酸可以转变成乳酸，乙酰CoA和乙醇十三丙酮酸可以转变成乳酸，乙酰CoA和乙醇160

乳酸发酵乳酸发酵161丙酮酸转变成乙酰CoA丙酮酸转变成乙酰CoA162

乙醇发酵乙醇发酵163十四二磷酸果糖激酶是糖酵解的调控元件ATP和柠檬酸抑制二磷酸果糖激酶AMP（ADP）激活二磷酸果糖激酶为什么己糖激酶不作为糖酵解的调控元件？？？？十四二磷酸果糖激酶是糖酵解的调控元件ATP和柠檬164直接和间接的代谢产物负反馈抑制直接和间接的代谢产物负反馈抑制直接和间接的代谢产物负反馈抑制直接和间接的代谢产物负反馈抑制直接和间接的代谢产物直接和间接的代谢产物直接和间接的代谢产物165生物化学课件第11章糖代谢166思考题

有氧和无氧的条件下3-磷酸甘油醛脱下的氢的去向是不同的，其意义是什么？思考题

有氧和无氧的条件下3-磷酸甘油醛脱下的氢167Problems

1.Kitchenchemistry.Sucroseiscommonlyusedtopreservefruits.Whyisglucosenotsuitableforpreservingfoods?2.TracingcarbonatomsI.Glucoselabeledwith14CatC-1isincubatedwiththeglycolyticenzymesandnecessarycofactors.(a)Whatisthedistributionof14Cinthepyruvatethatisformed?(Assumethattheinterconversionofglyceraldehyde3-phosphateanddihydroxyacetonephosphateisveryrapidcomparedwiththesubsequentstep.)(b)Ifthespecificactivityoftheglucosesubstrateis10mCimM-1,whatisthespecificactivityofthepyruvatethatisformed?Problems

1.Kitchenchemistry.168Distinctivesugars.Theintravenousinfusionoffructoseintohealthyvolunteersleadstoatwo-tofivefoldincreaseintheleveloflactateintheblood,afargreaterincreasethanthatobservedaftertheinfusionofthesameamountofglucose.(a)Whyisglycolysismorerapidaftertheinfusionoffructose?(b)Fructosehasbeenusedinplaceofglucoseforintravenousfeeding.Whyisthisuseoffructoseunwise?Distinctivesugars.Theintrav169生物化学课件第11章糖代谢170生物化学课件第11章糖代谢171生物化学课件第11章糖代谢172生物化学课件第11章糖代谢173生物化学课件第11章糖代谢174生物化学课件第11章糖代谢175生物化学课件第11章糖代谢176生物化学课件第11章糖代谢177生物化学课件第11章糖代谢178生物化学课件第11章糖代谢179生物化学课件第11章糖代谢180生物化学课件第11章糖代谢181生物化学课件第11章糖代谢182生物化学课件第11章糖代谢183生物化学课件第11章糖代谢184生物化学课件第11章糖代谢185生物化学课件第11章糖代谢186生物化学课件第11章糖代谢187生物化学课件第11章糖代谢188生物化学课件第11章糖代谢189生物化学课件第11章糖代谢190生物化学课件第11章糖代谢191生物化学课件第11章糖代谢192生物化学课件第11章糖代谢193生物化学课件第11章糖代谢194生物化学课件第11章糖代谢195生物化学课件第11章糖代谢196生物化学课件第11章糖代谢197

生物化学教材及参考书教科书《PrinciplesofBiochemistry》,H.R.Horton等编著第四版教学参考书

《生物化学》,王镜岩主编,第三版高等教育出版社《Biochemistry》,J.M.Berg等编著《Biochemistry》,C.K.Mathews等编著《PrinciplesofBiochemistry》,A.L.Lehninger等编著《生物化学》,张曼夫主编中国农业大学出版社《动物生物化学》,周顺伍等主编第三版中国农业大学出版社生物化学教材及参考书教科书198第十一章糖代谢第十一章糖代谢199KeyTerms

glycolysislacticacidfermentationalcoholicfermentationgluconeogenesisobligateanaerobefacultativeanaerobehexokinasekinasephosphofructokinase(PFK)thioesterintermediateKeyTerms

glycolysis200substrate-levelphosphorylationmutaseenolphosphatepyruvatekinasebifunctionalenzymefeedforwardstimulationcommittedsteppyruvatecarboxylasebiotinglucose6-phosphatasesubstratecycleCoricycleII.Transducingsubstrate-levelphosphorylatio201一糖的生理功能构成组织和细胞的成分（核糖，粘多糖，细胞膜，神经组织）氧化供能（1克葡萄糖完全氧化可放出4千卡能量）转变成其他物质一糖的生理功能构成组织和细胞的成分（核糖，粘多糖，细胞膜，202二