《精简糖代谢E》课件

第四章糖代谢Chapter4Metabolismofcarbohydrate第四章糖代谢Chapter4Metabolism本章提要：本章主要内容是生物体内糖类的分解途径、合成途径、生物氧化途径及其调节和控制；以及多种糖代谢紊乱的机理。第四章糖代谢本章提要：第四章糖代谢第一节糖的消化、吸收和转运

第二节糖酵解(glycolysis)

第三节三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle,TCAcycle)

第四节生物氧化

第五节磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）

(hexosephosphateshunt)

第六节糖的异生(gluconeogenesis)

第七节糖原合成与分解

第八节结构多糖组分的生物合成

第九节糖代谢的调节

第十节糖代谢的紊乱：糖尿病(diabetesmellitus)第四章糖代谢(Metabolismofcarbohydrate)

第一节糖的消化、吸收和转运

第二节糖酵解(glyco

糖酵解——糖的共同分解途径糖的分解代谢柠檬酸循环——糖的最终氧化途径糖原的分解功能：供能；中间产物转化或合成为其他物质磷酸戊糖途径——各种糖的相互转化糖的中间代谢:乙醛酸途径糖醛酸途径糖原的合成——葡萄糖储备糖的合成代谢糖的异生作用——非糖物质合成糖寡糖及糖蛋白的生物合成光合作用——葡萄糖、淀粉合成

第一节糖的消化、吸收和转运糖的消化(digestion)：从口腔开始。食物

口腔：糖+唾液淀粉酶部分水解麦芽糖（少量）

（近中性）胃：胃酸抑制唾液淀粉酶作用十二指肠：淀粉-淀粉酶

麦芽糖+极限糊精+单糖

-淀粉酶

二糖、寡糖寡糖酶、蔗糖酶

各种单糖

-葡萄糖苷酶、-半乳糖苷酶

小肠：糖的吸收和转运的场所。

第一节糖的消化、吸收和转运糖的消化(digestion)二糖的吸收和转运(absorptionandtransport)1.糖的吸收：

单糖：由小肠粘膜细胞吸收，进入血液。不被消化的糖类（二糖、寡糖、多糖）：经肠道细菌分解为酸、CH4、CO2、H2等排出。

二糖的吸收和转运(absorptionandtran2.糖的转运:

根皮苷D-葡萄糖小肠上皮细胞膜内的

上皮细胞循环系统D-半乳糖Na+-单糖协同转运系统D-果糖不需Na+的易化扩散系统上皮细胞被动扩散循环系统

细胞松弛素图葡萄糖的协同运送系统GLUT52.糖的转运:图葡萄糖的协同运送系统GLUT5细胞对葡萄糖的摄入：

葡萄糖转运体（glucosetransporter，GLUT）Na+-葡萄糖协同转运体(Na+-glucosecotransporter)

单向运输协同运输课后复习细胞对葡萄糖的摄入：单向运输协同运输课后复习GLUT1和GLUT3:哺乳动物细胞,负责基本葡萄糖摄取,Km=1mmol/LGLUT2:肝和胰腺的

细胞及肠,

Km=15-20mmol/LGLUT4:肌肉和脂肪组织,Km=5mmol/L,Insulin→GLUT4↑GLUT5:小肠粘膜细胞、肾小管上皮细胞,果糖转运体GLUT7:内质网膜上，使Glc释出内质网.GLUTs：PassivetransportFacilitateddiffusion

易化扩散转运葡萄糖课后复习GLUT1和GLUT3:哺乳动物细胞,负责基本葡萄糖摄取课后复习课后复习主动吸收，需载体蛋白，耗能，逆浓度梯度葡萄糖的主动吸收GLUT2课后复习Na+-glucosecotransporterNa+-葡萄糖协同转运体

主动吸收，需载体蛋白，耗能，逆浓度梯度葡萄糖的主动吸收GL《精简糖代谢E》课件第二节糖酵解(glycolysis)◆掌握一些基本概念：★糖酵解作用，单纯乳酸发酵，乳酸发酵，乙醇发酵，★底物水平磷酸化◆★熟悉酵解途径中的各步酶促反应以及限速酶和关键酶的作用特点,及与发酵途径的区别◆★会分析和计算酵解途径中产生的能量，以及底物分子中标记碳的去向。学习目标第二节糖酵解(glycolysis)◆掌握一些基本一、糖酵解途径二、糖酵解途径总结三、无氧条件下丙酮酸的去路四、糖酵解作用的调节五、其他六碳糖进入糖酵解途径主要内容第二节糖酵解一、糖酵解途径主要内容第二节糖酵解第二节糖酵解(glycolysis)糖酵解(glycolysis,Embden-Meyerhof途径，EM途径)(Embden-Meyerhof-Pamas途径，EMP途径)糖酵解——无氧条件下葡萄糖分解为两个分子的丙酮酸，并产生ATP的过程。一糖酵解途径(EMP)糖酵解在细胞溶胶进行。从葡萄糖开始，共需要十步，每一步由一个特定的酶催化，大多需Mg2+。第二节糖酵解(glycolysis)糖酵解(glycol《精简糖代谢E》课件己糖激酶(hexokinase):

催化Glc、Fru磷酸化需要Mg2+或Mn2+等Mg2+与ATP形成复合物反应基本不可逆是别构调节酶、同工酶

(-):G6P.葡萄糖激酶(glucokinase):肝脏中由此酶催化,是诱导酶。Km高。G6P己糖激酶(hexokinase):葡萄糖激酶(glucok主要用于糖的合成

主要用于糖的分解

用途

不受G-6-P抑制

受G-6-P抑制

抑制

Km高，亲和力低

Km低，亲和力高

对G的亲和力

G

G、F、M等

底物

肝脏

不同组织

分布

葡萄糖激酶

已糖激酶

别名

已糖激酶IV已糖激酶I、II、III主要用于糖的合成主要用于糖的分解用途不受G-6-P抑制

G0’=1.67kJ/mol=0.4kcal/mol，反应可逆。磷酸葡萄糖异构酶：绝对底物专一性，立体专一性机理：酸碱催化G0’=1.67kJ/mol=0.4G0’=-14.23kJ/mol=-3.4kcal/mol，反应不可逆。磷酸果糖激酶：EMP限速酶。磷酸果糖激酶为四聚体别构酶：(-)：ATP，PEP，柠檬酸；ADP、AMP、F-2,6-BP

(+)有多种同工酶：A：心肌、骨骼，对磷酸肌酸、柠檬酸、Pi的抑制最敏感B：肝、红细胞，被2,3–2P-甘油酸（BPG）敏感激活C：脑，对腺嘌呤核苷酸作用敏感★G0’=-14.23kJ/mol=-3.4kc磷酸果糖激酶-1（phosphofructokinase-1，PFK-1）限速酶F6PFBP磷酸果糖激酶-1（phosphofructokinase-1醛缩酶（adolase）：G0’=24kJ/mol=5.73kcal/mol

A—肌肉I型：高等植物、动物。有三种同工酶：B—肝脏C—脑II型：细菌、真菌、藻类。与I型不同：含二价金属离子。醛缩酶（adolase）：G0’=24kJ/mol=GAPDHAPFBP反应机制:羟醛缩合反应(aldolcondensation)GAPDHAPFBP反应机制:羟醛缩合反应(aldolc5.二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸（GAP）HHOH-3C-OH丙糖磷酸异构酶

C

2C=O（triosephosphateC-OH

1CH2OPO32-isomerase）CH2OPO32-（DHAP）（GAP）G’=7.7kJ/mol=1.83kcal/molDHAP与GAP的互变十分迅速，两者浓度常处于平衡状态。5.二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸（GAP）DHAPGAPGAPDHAPGAPGAP六碳糖转换成三碳糖后，碳原子的归属

六碳糖转换成三碳糖后，碳原子的归属6.甘油醛-3-磷酸氧化（脱氢）1,3-2P-甘油酸HONAD+,PiNADHOO~PO32-

C甘油醛-3-磷酸脱氢酶CHC-OH（glyceraldehyde3-PHC-OH

CH2OPO32-

dehydrogenase）CH2OPO32-（GAP）

（1,3-BPG）

G’=6.27kJ/mol=1.5kcal/mol产生EMP中的唯一的一个NADH。甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH)

6.甘油醛-3-磷酸氧化（脱氢）1,3-2P-甘油甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH)

含巯基，受重金属离子和烷化剂（碘乙酸）抑制甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH)砷酸盐(arsenate,AsO43-)做为Pi类似物抑制反应。生成1-砷酸-3-磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸解偶联的作用:氧化与磷酸化的偶联

BPG砷酸盐(arsenate,AsO43-)做为Pi类似物抑制磷酸甘油酸激酶（phosphoglyceratekinase,PGK)产生EMP中的第一个ATP分子。★底物水平磷酸化作用(substratelevelphosphorylation)

：从一个高能化合物（例如1,3-二磷酸甘油酸）上，将磷酰基转移给ADP形成ATP的过程称为底物水平磷酸化作用，即ATP的形成直接与一个代谢中间物上的磷酰基转移相偶联。或高能键断裂释放的能量直接用于ATP的合成。底物水平磷酸化不需要氧，是酵解中形成ATP的机制。7.1,3-二磷酸甘油酸（1,3-BPG）转变为3-磷酸甘油酸（3-PG）磷酸甘油酸激酶（phosphoglyceratekinas8.3-P-甘油酸2-P-甘油酸：OO-OO-

C磷酸甘油酸变位酶CHC-OH（bisphosphoglycerateH-C-OPO32-CH2OPO32-

mutase）CH2OH（3-PG）

（2-PG）

G’=4.45kJ/mol=1.06kcal/mol变位酶：催化分子内基团移位的酶。转变过程的中间产物：2，3-BPG。8.3-P-甘油酸2-P-甘油酸：2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）作为引物磷酸甘油酸变位酶（phosphoglyceratemutase)2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）作为引物2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）的作用：1作为引物，参与糖酵解中3-PG→2-PG调节血红蛋白的运氧功能。稳定脱氧血红蛋白的构象，降低血红蛋白对氧的亲和力2,3-二磷酸甘油酸的合成与降解：2，3－二磷酸甘油酸（2，3－BPG）支路2,3-BPG是二磷酸甘油酸变位酶（phosphoglyceratemutase)的强竞争性抑制剂H20Pi+H+3-PG1,3-BPG2,3-BPG3-PG1,3-二磷酸甘油酸变位酶2,3-二磷酸甘油酸磷酸酶2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）的作用：H20葡萄糖1,3-BPG3-磷酸甘油酸2,3-BPG2,3-BPG磷酸酶二磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油酸激酶乳酸

2,3-BPG旁路15-50%葡萄糖1,3-BPG3-磷酸甘油酸2,3-BPG2,9.2-P-甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸：OO-OO-

C烯醇化酶CH-C-OPO32-

（enolase）C-OPO32-CH2OH

H-C-H

（2-PG）

（phosphoenolpyruvate,PEP）

G’=1.84kJ/mol=0.44kcal/mol消除反应中间产物：负碳离子中间物。烯醇化酶

：需要Mg2+、Mn2+等二价阳离子激活。氟化物中的F-可与Mg2+、Pi形成络合物并结合在酶上而产生强烈抑制。Mg2+9.2-P-甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸：10.磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸：OO-ADPATP

OO-

CMg2+CC-OPO32-丙酮酸激酶

C=OH-C-H（pyruvatekinase）CH3（PEP）

（pyruvate）

G’=-31.38kJ/mol=-7.5kcal/molPEP转移高能磷酸键并合成EMP的第二个ATP。底物水平磷酸化作用(substratelevelphosphorylation)丙酮酸激酶是一个四亚基别构酶，至少有三种同工酶。是EMP的第三个重要调节部位。10.磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸：O不可逆反应抑制剂：ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸激活剂：F-1,6-BP和磷酸烯醇式丙酮酸（PEP)不可逆反应二

糖

酵

解

途

径

总

结:二

糖

酵

解

途

径

总

结:1.EMP从葡萄糖到丙酮酸：10步反应。2.最重要的生物学意义：是在不需氧的情况下（缺氧或不缺氧），产生ATP的供能方式。3.能量代谢总结：产生2个NADH

底物磷酸化:产生4ATP两步磷酸化:消耗2ATP1个葡萄糖经历EMP分解为2个分子的丙酮酸:共计:产生2个ATP+2个NADH葡萄糖＋2ADP＋2NAD＋＋2Pi→2丙酮酸＋2ATP＋2NADH＋2H＋＋2H2O二糖酵解途径总结:1.EMP从葡萄糖到丙酮酸：10步反应。葡萄糖＋2ADEMP的生物学意义:

★是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,是机体相对缺氧时补充能量的一种有效方式（机体缺氧、剧烈运动肌肉局部缺血等，能迅速获得能量）。★某些组织在有氧时也通过糖酵解供能：成熟红细胞、视网膜、睾丸、肾髓质、皮肤、肿瘤细胞;★形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；★为糖异生提供基本途径。★乳酸的利用EMP的生物学意义:三无氧条件下丙酮酸的去路三无氧条件下丙酮酸的去路《精简糖代谢E》课件发酵——丙酮酸转化为乳酸、乙醇乳酸发酵：乳酸菌将NADH的氢用来还原丙酮酸使之形成乳酸的过程。单纯乳酸发酵(homolaticfermentation)：供氧不足时，动物细胞与乳酸菌类似，丙酮酸产生的速度大于它能被三羧酸循环氧化的速度，丙酮酸被还原成乳酸。酒精发酵：某些厌氧微生物（如酵母）把酵解生成的NADH中的氢交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，使之形成乙醇的过程。发酵——丙酮酸转化为乳酸、乙醇三无氧条件下丙酮酸的去路

1.丙酮酸生成乳酸:

COOHCOOH

C=O+NADH+H+

乳酸脱氢酶(LDH)HC-OH+NAD+

CH3(lactatedehydrogenase)

CH3(丙酮酸)(乳酸)

无氧条件下，葡萄糖生成乳酸的总反应式:C6H12O6+2ADP+2Pi2C3H6O3+2ATP+2H2O为葡萄糖的C3或C4乳酸发酵三无氧条件下丙酮酸的去路1.丙酮酸生成乳酸:为葡乙醇发酵:丙酮酸脱羧形成乙醇的过程。

(1)丙酮酸脱羧生成乙醛:

COOHCO2

C=O丙酮酸脱羧酶，TPP

CH3-CHOCH3(pyryvatedecarboxylase)(丙酮酸，pyruvate)(乙醛，acetaldehyde)

(2)乙醛被还原成乙醇:

CH3-CHO+NADH+H+乙醇脱氢酶，Zn2+

CH3–CHOH

(alcoholdehydrogenase)(乙醛)(乙醇，alcohol)为葡萄糖的C3或C4乙醇发酵:丙酮酸脱羧形成乙醇的过程。为葡萄糖的C3或C4《精简糖代谢E》课件《精简糖代谢E》课件葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸二羟丙酮乙醛乳酸乙醇己糖激酶磷酸己糖异构酶磷酸果糖激酶醛缩酶脱氢酶磷酸甘油酸激酶变位酶烯醇化酶丙酮酸激酶乳酸脱氢酶-ATP-ATP+ATP+ATP糖原1-P-G糖酵解途径汇总由1分子G在无氧条件下氧化分解，最终产生2分子ATP。如果从糖原开始，则可得到3分子ATP(见下一节)注意酵解途径中的3个关键酶催化的不可逆反应是:己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘己糖激酶四.糖酵解作用的调节：

EMP的三个调节酶:

1己糖激酶：G-6-P(-)2磷酸果糖激酶：限速酶。ATP(-)、柠檬酸、脂肪酸加强(-)；AMP、ADP(+)或无机磷消除(-)F-2,6–2P(+)3丙酮酸激酶：长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP和Ala(-)1,6-二磷酸果糖(+)血液中葡萄糖水平主要的调节方式：变构效应可逆的共价修饰受到转录的控制己糖激酶四.糖酵解作用的调节：EMP的三个调节酶:磷酸果糖激酶-1是限速酶磷酸果糖激酶-1是限速酶《精简糖代谢E》课件ATP对磷酸果糖激酶-1(PFK-1)的变构调节ATP对磷酸果糖激酶-1(PFK-1)的变构调节F-2,6-BP对磷酸果糖激酶-1的激活作用和降低ATP的抑制作用F-2,6-BP对磷酸果糖激酶-1的激活作用和降低ATP的抑F-2,6-BP是磷酸果糖激酶-1(PFK-1)的强变构激活剂

PFK-2F-6-PFBPase-2F-6-PF-1,6-BPFBPase-1PFK-1血糖缺乏(Pi化)(去Pi化)血糖过剩F-2,6-BP(+)F-6-P的前馈刺激作用(feedforwardstimulation)调控PFK-1的活性F-2,6-BP(-)磷酸果糖激酶-2果糖二磷酸酶-2双功能酶F-6-P(+)F-6-P(-)F-2,6-BP是磷酸果糖激酶-1(PFK-1)的强变构激活

过剩缺乏前馈刺激作用(feedforwardstimulation)磷酸果糖激酶-2:双功能酶磷酸果糖激酶-1的变构激活剂课外阅读过剩缺乏前馈刺激作用(feedforwards

过剩缺乏过剩缺乏五其他己糖进入酵解的途径果糖(frucose)ATPADP在肌肉中:果糖

己糖激酶

果糖

–6-P

(hexokinase)在肝脏中:转变过程复杂ATPADP（1）果糖

果糖激酶

果糖

–1-P

(frucokinase)五其他己糖进入酵解的途径果糖(frucose)CH=OCH2-OH

(2)果糖

–1

–P

果糖-1-P醛缩酶(B型)

CH-OH+C=O

(frucose-phosphatealdolase)

CH2-OHCH2-OPO32-

(甘油醛)(DHAP)CH=OATPADPCH=OCH-OH甘油醛激酶

CH-OH

CH2-OH(glyceraldehydekinase)

CH2-OPO32-

(甘油醛)（3-P-甘油醛）NADH+H+醇脱氢酶

NAD+

CH2–OHATPADPCH2–OHNAD+NADH+H+CH–OH甘油激酶CH–OH甘油磷酸脱氢酶3-P-甘油醛CH2–OH(glyceraldehydekinase)CH2-OPO32-

（甘油）（3–P-甘油）

思考：给病人输入果糖优于葡萄糖吗？P87

酸中毒遗传病果糖不耐症(fructoseintolerance)的病因与症状？P87

肝中缺乏B型醛缩酶

思考：半乳糖激酶1-磷酸半乳糖1-磷酸半乳糖尿苷酰转移酶UDP-半乳糖差向异构酶二磷酸尿苷葡萄糖UDP-葡萄糖焦磷酸化酶UDP-葡萄糖焦磷酸化酶磷酸葡萄糖变位酶UDPG二磷酸尿苷半乳糖二磷酸尿苷葡萄糖H+123451-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖NAD+2.半乳糖(galactose)半乳糖激酶1-磷酸半乳糖1-磷酸半乳糖尿苷酰转移酶二磷酸尿苷思考：遗传病半乳糖血症(galactosemia)的病因与症状？P88缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶白内障生长停滞,智力迟钝,肝脏损伤而死思考：《精简糖代谢E》课件在哺乳动物中，除葡萄糖和糖原，其他糖来自饮食。大多数甘油来自脂类代谢。乳糖半乳糖麦芽糖甘露糖蔗糖果糖在酵解中使用非葡萄糖物质的途径在哺乳动物中，除葡萄糖和糖原，其他糖来自饮食。大多数甘油来自第二节糖酵解作用

糖酵解是单糖分解代谢的共同途径。催化糖酵解的10个酶都位于细胞溶胶中。每一个己糖可以转化为两分子的丙酮酸，同时净生成两分子ATP和两分子NADH。糖酵解分为两个阶段：准备阶段（消耗ATP）和贮能阶段（生成ATP）。

小结第二节糖酵解作

在酵解的己糖阶段，首先是葡萄糖在己糖激酶的催化下磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸，消耗一分子ATP，然后经异构酶催化转换为果糖-6-磷酸，再经果糖激酶催化再次磷酸化生成果糖-1,6-二磷酸，又消耗一分子ATP；在丙糖阶段，果糖-1,6-二磷酸在醛缩酶催化下裂解生成磷酸二羟丙酮和甘油醛-3-磷酸（两个磷酸丙糖在异构酶催化下可以相互转换），后者在甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化下生成1,3-二磷酸甘油酸，同时使NAD＋还原为NADH，然后1,3-二磷酸甘油酸在甘油酸激酶催化的底物水平磷酸化反应中生成ATP和3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸经变位酶催化转换为2-磷酸甘油酸，再经烯醇化酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸，最后在丙酮酸激酶催化的又一次底物水平磷酸化反应中生成丙酮酸和ATP。小结

在酵解的己糖阶段，首先是葡萄糖在己糖激酶的催

在厌氧条件下，通过丙酮酸的还原代谢使得NADH重新氧化为NAD＋。在酵母的酒精发酵过程中，在丙酮酸脱羧酶催化下丙酮酸氧化脱羧生成乙醛，然后乙醛在乙醇脱氢酶的催化下被还原为乙醇，同时使NADH氧化生成NAD＋。而在肌肉缺氧下的酵解过程中，乳酸脱氢酶催化丙酮酸转化为乳酸，同时也伴随着NADH重新氧化为NAD＋。在酵解途径中存在3个不可逆反应，是分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的。这3个酶正是酵解途径的调节部位，调节涉及别构调节和共价修饰。磷酸果糖激酶是限速酶。小结

在厌氧条件下，通过丙酮酸的还原代谢使得NAD复习题作业题：P90，8P90，2，3，10，13什么是糖酵解?在哪里进行?限速酶是什么?写出糖酵解的10步反应及所需的酶，总反应是什么？增加以下各种代谢物的浓度对糖酵解有什么影响？

（a）葡萄糖-6-磷酸（b）果糖-1.6-二磷酸（C）柠檬酸（d）果糖-2.6-二磷酸在严格的厌氧条件下酒精发酵过程中，使用放射性标记的碳源进行示踪原子实验。

（a）如果葡萄糖的第1个碳用14C标记，那么14C将出现在产物乙醇的哪个位置上？

（b）在起始的葡萄糖分子的哪个位置上标记14C，才能使乙醇发酵释放出的二氧化碳都是14C标记的14CO2。复习题作业题：P90，8复习题6.当肌肉组织激烈活动时，与休息时相比需要更多的ATP。在骨骼肌里，例如兔子的腿肌或火鸡的飞行肌，需要的ATP几乎全部由厌氧酵解反应产生的。假设骨骼肌缺乏乳酸脱氢酶，它们能否进行激烈的体力活动，即能否借助于酵解反应高速率生成ATP？

7.名词解释:糖酵解作用，单纯乳酸发酵，乳酸发酵，乙醇发酵，底物水平磷酸化复习题6.当肌肉组织激烈活动时，与休息时相比需要更多的A69可编辑感谢下载69可编辑感谢下载第四章糖代谢Chapter4Metabolismofcarbohydrate第四章糖代谢Chapter4Metabolism本章提要：本章主要内容是生物体内糖类的分解途径、合成途径、生物氧化途径及其调节和控制；以及多种糖代谢紊乱的机理。第四章糖代谢本章提要：第四章糖代谢第一节糖的消化、吸收和转运

第二节糖酵解(glycolysis)

第三节三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle,TCAcycle)

第四节生物氧化

第五节磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）

(hexosephosphateshunt)

第六节糖的异生(gluconeogenesis)

第七节糖原合成与分解

第八节结构多糖组分的生物合成

第九节糖代谢的调节

第十节糖代谢的紊乱：糖尿病(diabetesmellitus)第四章糖代谢(Metabolismofcarbohydrate)

第一节糖的消化、吸收和转运

第二节糖酵解(glyco

糖酵解——糖的共同分解途径糖的分解代谢柠檬酸循环——糖的最终氧化途径糖原的分解功能：供能；中间产物转化或合成为其他物质磷酸戊糖途径——各种糖的相互转化糖的中间代谢:乙醛酸途径糖醛酸途径糖原的合成——葡萄糖储备糖的合成代谢糖的异生作用——非糖物质合成糖寡糖及糖蛋白的生物合成光合作用——葡萄糖、淀粉合成

第一节糖的消化、吸收和转运糖的消化(digestion)：从口腔开始。食物

口腔：糖+唾液淀粉酶部分水解麦芽糖（少量）

（近中性）胃：胃酸抑制唾液淀粉酶作用十二指肠：淀粉-淀粉酶

麦芽糖+极限糊精+单糖

-淀粉酶

二糖、寡糖寡糖酶、蔗糖酶

各种单糖

-葡萄糖苷酶、-半乳糖苷酶

小肠：糖的吸收和转运的场所。

第一节糖的消化、吸收和转运糖的消化(digestion)二糖的吸收和转运(absorptionandtransport)1.糖的吸收：

单糖：由小肠粘膜细胞吸收，进入血液。不被消化的糖类（二糖、寡糖、多糖）：经肠道细菌分解为酸、CH4、CO2、H2等排出。

二糖的吸收和转运(absorptionandtran2.糖的转运:

根皮苷D-葡萄糖小肠上皮细胞膜内的

上皮细胞循环系统D-半乳糖Na+-单糖协同转运系统D-果糖不需Na+的易化扩散系统上皮细胞被动扩散循环系统

细胞松弛素图葡萄糖的协同运送系统GLUT52.糖的转运:图葡萄糖的协同运送系统GLUT5细胞对葡萄糖的摄入：

葡萄糖转运体（glucosetransporter，GLUT）Na+-葡萄糖协同转运体(Na+-glucosecotransporter)

单向运输协同运输课后复习细胞对葡萄糖的摄入：单向运输协同运输课后复习GLUT1和GLUT3:哺乳动物细胞,负责基本葡萄糖摄取,Km=1mmol/LGLUT2:肝和胰腺的

细胞及肠,

Km=15-20mmol/LGLUT4:肌肉和脂肪组织,Km=5mmol/L,Insulin→GLUT4↑GLUT5:小肠粘膜细胞、肾小管上皮细胞,果糖转运体GLUT7:内质网膜上，使Glc释出内质网.GLUTs：PassivetransportFacilitateddiffusion

易化扩散转运葡萄糖课后复习GLUT1和GLUT3:哺乳动物细胞,负责基本葡萄糖摄取课后复习课后复习主动吸收，需载体蛋白，耗能，逆浓度梯度葡萄糖的主动吸收GLUT2课后复习Na+-glucosecotransporterNa+-葡萄糖协同转运体

主动吸收，需载体蛋白，耗能，逆浓度梯度葡萄糖的主动吸收GL《精简糖代谢E》课件第二节糖酵解(glycolysis)◆掌握一些基本概念：★糖酵解作用，单纯乳酸发酵，乳酸发酵，乙醇发酵，★底物水平磷酸化◆★熟悉酵解途径中的各步酶促反应以及限速酶和关键酶的作用特点,及与发酵途径的区别◆★会分析和计算酵解途径中产生的能量，以及底物分子中标记碳的去向。学习目标第二节糖酵解(glycolysis)◆掌握一些基本一、糖酵解途径二、糖酵解途径总结三、无氧条件下丙酮酸的去路四、糖酵解作用的调节五、其他六碳糖进入糖酵解途径主要内容第二节糖酵解一、糖酵解途径主要内容第二节糖酵解第二节糖酵解(glycolysis)糖酵解(glycolysis,Embden-Meyerhof途径，EM途径)(Embden-Meyerhof-Pamas途径，EMP途径)糖酵解——无氧条件下葡萄糖分解为两个分子的丙酮酸，并产生ATP的过程。一糖酵解途径(EMP)糖酵解在细胞溶胶进行。从葡萄糖开始，共需要十步，每一步由一个特定的酶催化，大多需Mg2+。第二节糖酵解(glycolysis)糖酵解(glycol《精简糖代谢E》课件己糖激酶(hexokinase):

催化Glc、Fru磷酸化需要Mg2+或Mn2+等Mg2+与ATP形成复合物反应基本不可逆是别构调节酶、同工酶

(-):G6P.葡萄糖激酶(glucokinase):肝脏中由此酶催化,是诱导酶。Km高。G6P己糖激酶(hexokinase):葡萄糖激酶(glucok主要用于糖的合成

主要用于糖的分解

用途

不受G-6-P抑制

受G-6-P抑制

抑制

Km高，亲和力低

Km低，亲和力高

对G的亲和力

G

G、F、M等

底物

肝脏

不同组织

分布

葡萄糖激酶

已糖激酶

别名

已糖激酶IV已糖激酶I、II、III主要用于糖的合成主要用于糖的分解用途不受G-6-P抑制

G0’=1.67kJ/mol=0.4kcal/mol，反应可逆。磷酸葡萄糖异构酶：绝对底物专一性，立体专一性机理：酸碱催化G0’=1.67kJ/mol=0.4G0’=-14.23kJ/mol=-3.4kcal/mol，反应不可逆。磷酸果糖激酶：EMP限速酶。磷酸果糖激酶为四聚体别构酶：(-)：ATP，PEP，柠檬酸；ADP、AMP、F-2,6-BP

(+)有多种同工酶：A：心肌、骨骼，对磷酸肌酸、柠檬酸、Pi的抑制最敏感B：肝、红细胞，被2,3–2P-甘油酸（BPG）敏感激活C：脑，对腺嘌呤核苷酸作用敏感★G0’=-14.23kJ/mol=-3.4kc磷酸果糖激酶-1（phosphofructokinase-1，PFK-1）限速酶F6PFBP磷酸果糖激酶-1（phosphofructokinase-1醛缩酶（adolase）：G0’=24kJ/mol=5.73kcal/mol

A—肌肉I型：高等植物、动物。有三种同工酶：B—肝脏C—脑II型：细菌、真菌、藻类。与I型不同：含二价金属离子。醛缩酶（adolase）：G0’=24kJ/mol=GAPDHAPFBP反应机制:羟醛缩合反应(aldolcondensation)GAPDHAPFBP反应机制:羟醛缩合反应(aldolc5.二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸（GAP）HHOH-3C-OH丙糖磷酸异构酶

C

2C=O（triosephosphateC-OH

1CH2OPO32-isomerase）CH2OPO32-（DHAP）（GAP）G’=7.7kJ/mol=1.83kcal/molDHAP与GAP的互变十分迅速，两者浓度常处于平衡状态。5.二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸（GAP）DHAPGAPGAPDHAPGAPGAP六碳糖转换成三碳糖后，碳原子的归属

六碳糖转换成三碳糖后，碳原子的归属6.甘油醛-3-磷酸氧化（脱氢）1,3-2P-甘油酸HONAD+,PiNADHOO~PO32-

C甘油醛-3-磷酸脱氢酶CHC-OH（glyceraldehyde3-PHC-OH

CH2OPO32-

dehydrogenase）CH2OPO32-（GAP）

（1,3-BPG）

G’=6.27kJ/mol=1.5kcal/mol产生EMP中的唯一的一个NADH。甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH)

6.甘油醛-3-磷酸氧化（脱氢）1,3-2P-甘油甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH)

含巯基，受重金属离子和烷化剂（碘乙酸）抑制甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH)砷酸盐(arsenate,AsO43-)做为Pi类似物抑制反应。生成1-砷酸-3-磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸解偶联的作用:氧化与磷酸化的偶联

BPG砷酸盐(arsenate,AsO43-)做为Pi类似物抑制磷酸甘油酸激酶（phosphoglyceratekinase,PGK)产生EMP中的第一个ATP分子。★底物水平磷酸化作用(substratelevelphosphorylation)

：从一个高能化合物（例如1,3-二磷酸甘油酸）上，将磷酰基转移给ADP形成ATP的过程称为底物水平磷酸化作用，即ATP的形成直接与一个代谢中间物上的磷酰基转移相偶联。或高能键断裂释放的能量直接用于ATP的合成。底物水平磷酸化不需要氧，是酵解中形成ATP的机制。7.1,3-二磷酸甘油酸（1,3-BPG）转变为3-磷酸甘油酸（3-PG）磷酸甘油酸激酶（phosphoglyceratekinas8.3-P-甘油酸2-P-甘油酸：OO-OO-

C磷酸甘油酸变位酶CHC-OH（bisphosphoglycerateH-C-OPO32-CH2OPO32-

mutase）CH2OH（3-PG）

（2-PG）

G’=4.45kJ/mol=1.06kcal/mol变位酶：催化分子内基团移位的酶。转变过程的中间产物：2，3-BPG。8.3-P-甘油酸2-P-甘油酸：2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）作为引物磷酸甘油酸变位酶（phosphoglyceratemutase)2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）作为引物2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）的作用：1作为引物，参与糖酵解中3-PG→2-PG调节血红蛋白的运氧功能。稳定脱氧血红蛋白的构象，降低血红蛋白对氧的亲和力2,3-二磷酸甘油酸的合成与降解：2，3－二磷酸甘油酸（2，3－BPG）支路2,3-BPG是二磷酸甘油酸变位酶（phosphoglyceratemutase)的强竞争性抑制剂H20Pi+H+3-PG1,3-BPG2,3-BPG3-PG1,3-二磷酸甘油酸变位酶2,3-二磷酸甘油酸磷酸酶2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）的作用：H20葡萄糖1,3-BPG3-磷酸甘油酸2,3-BPG2,3-BPG磷酸酶二磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油酸激酶乳酸

2,3-BPG旁路15-50%葡萄糖1,3-BPG3-磷酸甘油酸2,3-BPG2,9.2-P-甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸：OO-OO-

C烯醇化酶CH-C-OPO32-

（enolase）C-OPO32-CH2OH

H-C-H

（2-PG）

（phosphoenolpyruvate,PEP）

G’=1.84kJ/mol=0.44kcal/mol消除反应中间产物：负碳离子中间物。烯醇化酶

：需要Mg2+、Mn2+等二价阳离子激活。氟化物中的F-可与Mg2+、Pi形成络合物并结合在酶上而产生强烈抑制。Mg2+9.2-P-甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸：10.磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸：OO-ADPATP

OO-

CMg2+CC-OPO32-丙酮酸激酶

C=OH-C-H（pyruvatekinase）CH3（PEP）

（pyruvate）

G’=-31.38kJ/mol=-7.5kcal/molPEP转移高能磷酸键并合成EMP的第二个ATP。底物水平磷酸化作用(substratelevelphosphorylation)丙酮酸激酶是一个四亚基别构酶，至少有三种同工酶。是EMP的第三个重要调节部位。10.磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸：O不可逆反应抑制剂：ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸激活剂：F-1,6-BP和磷酸烯醇式丙酮酸（PEP)不可逆反应二

糖

酵

解

途

径

总

结:二

糖

酵

解

途

径

总

结:1.EMP从葡萄糖到丙酮酸：10步反应。2.最重要的生物学意义：是在不需氧的情况下（缺氧或不缺氧），产生ATP的供能方式。3.能量代谢总结：产生2个NADH

底物磷酸化:产生4ATP两步磷酸化:消耗2ATP1个葡萄糖经历EMP分解为2个分子的丙酮酸:共计:产生2个ATP+2个NADH葡萄糖＋2ADP＋2NAD＋＋2Pi→2丙酮酸＋2ATP＋2NADH＋2H＋＋2H2O二糖酵解途径总结:1.EMP从葡萄糖到丙酮酸：10步反应。葡萄糖＋2ADEMP的生物学意义:

★是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,是机体相对缺氧时补充能量的一种有效方式（机体缺氧、剧烈运动肌肉局部缺血等，能迅速获得能量）。★某些组织在有氧时也通过糖酵解供能：成熟红细胞、视网膜、睾丸、肾髓质、皮肤、肿瘤细胞;★形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；★为糖异生提供基本途径。★乳酸的利用EMP的生物学意义:三无氧条件下丙酮酸的去路三无氧条件下丙酮酸的去路《精简糖代谢E》课件发酵——丙酮酸转化为乳酸、乙醇乳酸发酵：乳酸菌将NADH的氢用来还原丙酮酸使之形成乳酸的过程。单纯乳酸发酵(homolaticfermentation)：供氧不足时，动物细胞与乳酸菌类似，丙酮酸产生的速度大于它能被三羧酸循环氧化的速度，丙酮酸被还原成乳酸。酒精发酵：某些厌氧微生物（如酵母）把酵解生成的NADH中的氢交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，使之形成乙醇的过程。发酵——丙酮酸转化为乳酸、乙醇三无氧条件下丙酮酸的去路

1.丙酮酸生成乳酸:

COOHCOOH

C=O+NADH+H+

乳酸脱氢酶(LDH)HC-OH+NAD+

CH3(lactatedehydrogenase)

CH3(丙酮酸)(乳酸)

无氧条件下，葡萄糖生成乳酸的总反应式:C6H12O6+2ADP+2Pi2C3H6O3+2ATP+2H2O为葡萄糖的C3或C4乳酸发酵三无氧条件下丙酮酸的去路1.丙酮酸生成乳酸:为葡乙醇发酵:丙酮酸脱羧形成乙醇的过程。

(1)丙酮酸脱羧生成乙醛:

COOHCO2

C=O丙酮酸脱羧酶，TPP

CH3-CHOCH3(pyryvatedecarboxylase)(丙酮酸，pyruvate)(乙醛，acetaldehyde)

(2)乙醛被还原成乙醇:

CH3-CHO+NADH+H+乙醇脱氢酶，Zn2+

CH3–CHOH

(alcoholdehydrogenase)(乙醛)(乙醇，alcohol)为葡萄糖的C3或C4乙醇发酵:丙酮酸脱羧形成乙醇的过程。为葡萄糖的C3或C4《精简糖代谢E》课件《精简糖代谢E》课件葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸二羟丙酮乙醛乳酸乙醇己糖激酶磷酸己糖异构酶磷酸果糖激酶醛缩酶脱氢酶磷酸甘油酸激酶变位酶烯醇化酶丙酮酸激酶乳酸脱氢酶-ATP-ATP+ATP+ATP糖原1-P-G糖酵解途径汇总由1分子G在无氧条件下氧化分解，最终产生2分子ATP。如果从糖原开始，则可得到3分子ATP(见下一节)注意酵解途径中的3个关键酶催化的不可逆反应是:己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘己糖激酶四.糖酵解作用的调节：

EMP的三个调节酶:

1己糖激酶：G-6-P(-)2磷酸果糖激酶：限速酶。ATP(-)、柠檬酸、脂肪酸加强(-)；AMP、ADP(+)或无机磷消除(-)F-2,6–2P(+)3丙酮酸激酶：长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP和Ala(-)1,6-二磷酸果糖(+)血液中葡萄糖水平主要的调节方式：变构效应可逆的共价修饰受到转录的控制己糖激酶四.糖酵解作用的调节：EMP的三个调节酶:磷酸果糖激酶-1是限速酶磷酸果糖激酶-1是限速酶《精简糖代谢E》课件ATP对磷酸果糖激酶-1(PFK-1)的变构调节ATP对磷酸果糖激酶-1(PFK-1)的变构调节F-2,6-BP对磷酸果糖激酶-1的激活作用和降低ATP的抑制作用F-2,6-BP对磷酸果糖激酶-1的激活作用和降低ATP的抑F-2,6-BP是磷酸果糖激酶-1(PFK-1)的强变构激活剂

PFK-2F-6-PFBPase-2F-6-PF-1,6-BPFBPase-1PFK-1血糖缺乏(Pi化)(去Pi化)血糖过剩F-2,6-BP(+)F-6-P的前馈刺激作用(feedforwardstimulation)调控PFK-1的活性F-2,6-BP(-)磷酸果糖激酶-2果糖二磷酸酶-2双功能酶F-6-P(+)F-6-P(-)F-2,6-BP是磷酸果糖激酶-1(PFK-1)的强变构激活

过剩缺乏前馈刺激作用(feedforwardstimulation)磷酸果糖激酶-2:双功能酶磷酸果糖激酶-1的变构激活剂课外阅读过剩缺乏前馈刺激作用(feedforwards

过剩缺乏过剩缺乏五其他己糖进入酵解的途径果糖(frucose)ATPADP在肌肉中:果糖

己糖激酶

果糖

–6-P

(hexokinase)在肝脏中:转变过程复杂ATPADP（1）果糖

果糖激酶

果糖

–1-P