第七章糖类代谢1

第一节

双糖和多糖的分解一、蔗糖的分解

蔗糖是光合作用的产物，是糖积累贮存的形式，在植物体内也以蔗糖形式进行运输的。主要通过蔗糖酶的作用，这个酶也称转化酶，在植物中广泛存在。蔗糖+H2O＝＝葡萄糖+果糖

1.蔗糖的水解S+H2O==G+F

蔗糖酶也叫转化酶，属第三大酶类，蔗糖的比旋光度是[α]20D=+66.50，α-葡萄糖是+52.20，β-果糖是-930,而混合物的[α]20D=-20.40，因为旋光发生了变化，所以叫蔗糖酶为转化酶，转化酶是不可逆反应。C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6

蔗糖D-GlcD-Fru[α]D+66.4º+52.5º-92º[α]

-20º右旋左旋蔗糖+UDPorADP＝＝UDPG(ADPG)+果糖

这是由蔗糖合酶催化的可逆反应，总反应有利于逆向反应。

UDPGorADPG，为淀粉的合成提供糖基。2、

蔗糖合酶途径淀粉是植物的贮藏多糖，在质体中形成，最终形成固体的淀粉粒。结构:天然颗粒状，外层支链75-85%，内层直链15-25%。二、淀粉和糖原的分解1、淀粉的酶水解淀粉的酶促降解可通过二种途径，一是水解途径；二是磷酸解途径，产物也不相同。淀粉的酶促水解直链淀粉分子内只需水解a-1,4糖苷链，就可彻底水解为葡萄糖，而支链淀粉则需要水解a-1,4糖苷链、a-1,6糖苷链才能彻底水解为G，参与淀粉水解的有a-淀粉酶、β-淀粉脱支酶、麦芽糖酶、异麦芽糖酶。

A:

a-淀粉酶：为淀粉内切酶，其作用方式是在淀粉分子内任意水解a-1,4糖苷链。产物：直链：G，麦芽糖麦芽三糖支链：G，麦芽糖，1－6糖苷键，a-极限糊精B:β-淀粉酶：淀粉外切酶水解a-1,4糖苷链，作用有严格的顺序性，只能从淀粉的非还原端开始。直链淀粉水解后生成定量的β-麦芽糖，而支链淀粉除生成麦芽糖外，还生成带有许多分支的不再被β-淀粉酶水解的β-极限糊精。

a-淀粉酶只有当种子萌发时才被诱导合成，只存在于发芽的种子(谷类)中，β-淀粉酶分布很广，除存在于休眠的谷类种子中外，在大豆、块茎、块根等器官中均有分布。谷类种子萌发时，先由a-淀粉酶作用，后经β-淀粉酶作用。两种酶对温度和pH的敏感性有所不同。

a-淀粉酶：

70℃(<15’)耐受，pH3.3敏感。β-淀粉酶：

70℃失活，

pH3.3耐受。

极限糊精：指支链淀粉经α和β-淀粉酶消化后，仍然存在着带支链的核心部分。糊精分子的大小可以用碘试剂，大分子糊精（淀粉）与碘作用是兰色糊精，再小一点的与碘液作用是红色糊精，麦芽糖、葡萄糖与碘液作用是消色糊精。

C:脱支酶(R酶)

上述两种酶作用的支链淀粉,均留有根限糊精中都带有1,6糖苷键，由脱支酶水解，得到不带分支的葡聚糖继续由a,β-淀粉酶水解，生成麦芽糖、异麦芽糖和葡萄糖。

D:麦芽糖酶和异麦芽糖酶:

该酶与淀粉酶同时存在，因此植物体内很少积累麦芽糖。

2.淀粉的磷酸解淀粉磷酸化酶加无机磷酸降解生成G-1-P的过程称为磷酸解。降解时从非还原端加磷酸切断a-1,4糖苷链，该酶不能水解a-1,6糖苷链，支链淀粉只能被降解至离分支点5-6个葡萄糖残基处，生成许多短分枝的淀粉磷酸化酶极限糊精，在脱支酶的配合下，则可完全分解生成G-1-P。(G)n淀粉+H3PO4G-1-P+(G)n-13.糖原的磷酸解降解糖原的糖原磷酸化酶是限速酶，有活性和非活性两种形式，分别称为糖原磷酸化酶a，糖原磷酸化酶b，两者在一定条件下可相互转变。

在磷酸化酶a的作用下从糖原的非还原性端逐个加磷酸切下Glucose生成G-1-P，切至离分支点4个Glucose残基处停止然后由a-1,4糖苷转移酶将abc三个Glucose残基转移到d上形成新的a-1,4糖苷链,最后由脱支酶水解a-1,6糖苷链。切下的直链部分仍由磷酸化酶a来磷酸解。一、酵解与发酵:

1.酵解是酶将G降解成丙酮酸并伴随着生成ATP的过程，它是动物、植物、微生物细胞中G分解产生能量的共同代谢途径。

第二节糖酵解在好O2的有机体中，酵解生成的丙酮酸进入线粒体，经TCA彻底氧化成CO2和H2O，酵解生成的NADH经呼吸链氧化而产生ATP和H2O，所以，酵解是氧化磷酸和TCA的前奏。若供氧不足，NADH把丙酮酸还原成乳酸。

2.发酵:厌氧有机体(如酵母或其它微生物)把酵解生成的NADH中的H交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，使之形成乙醇（酒精发酵），这个过程称为生醇发酵。若把H交给丙酮酸则生成乳酸(乳酸发酵)。二、酵解途径

从G开始，酵解全过程共有10步，可分为两个阶段，前5步为准备阶段，这期间G通过磷酸化分解成C3糖，每分解一个已糖分子消耗又分子ATP，后5步为产生ATP的贮能阶段。

1．G被ATP磷酸化而形成G-6-P

已糖激酶:这是酵解途径的第一个调节酶、肌肉中已糖激酶是一个别构酶，被G-6-P抑制，葡萄糖激酶，存在肝细胞，不被G-6-P抑制。2.

G-6-P转化F-6-P:这是一个同分异构化反应，反应偏向左边，由于下一步反应是不可逆，反应仍向生成F-6-P方向进行。3.

F-1,6-2P的生成(FDP)

这一步是酵解反应中的关键步骤:酵解的速度决定于6-磷酸果糖激酶的活性，因此它是一个限速酶。MW3400的四聚体是一个别构酶，ATP抑制效应、柠檬酸、脂肪酸时加强抑制。AMP、ADP、无机磷酸增加酶活。4.

F-1,6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮。F-1,6-2P在1,6-二磷酸果糖醛缩酶的催化下，使C3和C4之间链裂解，产生二个三碳糖、一个酮糖、DHAP一个醛糖、3-磷酸甘油醛。该反应的标准自由能△G0’=+23.85KJ.mol-1,平衡有利于逆反应方向，醛缩酶的名称就是由此而来。5.

磷酸三碳糖的同分异构化酵解途径只有3,-磷酸甘油醛进入,，DHAP则不能。在异构酶的催化下迅速转化成3-磷酸甘油醛。虽然平衡偏向左边，但异构酶催化的速度极快，每分钟能转化十万个分子，满足下一步需要也使反应实际上向右进行。上述酵解的前5步需消耗2分子ATP，产生2分子3-磷酸甘油醛。6.

3-磷酸甘油醛氧化成1,3-二磷酸甘油酸磷酸甘油醛脱氢酶所催化

+NAD++Pi+NADH+H△

G0’=-43.2KJ/mol-13-磷酸甘油醛在脱氢酶催化下醛基上脱氢发生氢化，这是一个高度放能反应。释放的自由能一方面促进辅酶NAD还原，另一方面又通过磷酸化作用在分子内形成一个高能磷酸基团。

７．1,3-二磷酸甘油酸→

3-磷酸甘油酸

上述反应放能49.38KJ/mol-1，其中7.3千卡/mol转到ADP中，共产生2分子ATP，实际放能18.85KJ.mol-1。这是糖酵解中首次放能。

通过底物氧化形成高能磷酸基团直接转移给ADP偶联生成ATP，这种ATP生成的方式称为底物磷酸化。8.

3-磷酸甘油酸→

2-磷酸甘油酸。磷酸甘油酸变位酶将C3的磷酰基移至C2，凡能催化分子内化学功能团的位置移动的酶称为变位酶。G0’=+4.6KJ/mol这是个吸能反应，由于下一步反能,所以反应向右进行。9.磷酸烯醇式丙酮酸PEP的形成烯醇化酶催化，脱去H2O生成PEP。2-磷酸甘油酸分子内脱水形成双键，第二个C2被氧化,C3被还原,分子内能重新分配，C2上的低能(P)变成高能(P)。PEP中的∽(P)△G0’=-62.1KJ/mol+H2O10.丙酮酸的形成:PEP经丙酮酸激酶催化将∽(P)转移给ADP,形成ATP。丙酮酸激酶是一个别构酶，是一个重要的调节酶。长链脂肪酸、乙酰COA、ATP和Ala抑制该酶活性，F-1,6-2P活化此酶。归纳EMP途径中的反应：1、磷酸基团的转移：G+ATP→G-6-P+ADP

F-6-P+ATP→FDP+ADP1-3-DPG+ADP→3-PGA+ATPPEP+ADP→Enol-Pyr+ATP

2、磷酸基团的移位：磷酸在一个分子内从一个基团转移到另一个基团上，EMP途径中只有一次:

3PGA→2PGA。3、异构化作用：糖有醛酮异构，发生异构的有2步：G-6-P→F-6-PDHAP→G-3-P4、脱水反应：

2磷酸甘油酸在烯醇化酶作用下脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸，整个过程只有一次：

2PGA→2PEP+H2O。5、醇醛裂解作用（或醇醛缩合作用）

1,6FDP→G-3-P+DHAP

6、氧化作用：G-3-P+NAD+→1,3-DPG+NADH三、酵解过程ATP的合成

及生理意义生理意义:(1)

1分子G经酵解生成2分子ATP(e.g：休克，供O2不足)缺氧时供能。(2)

是糖类物质分解的通道。(3)有三个不可逆反应，但其它反应均是可逆的，它为糖异生作提供基本途径，是糖类物质合成与分解的通道。(4)代谢中间产物是合成其它物质的原料。限速酶:催化一系列化学反应中，反应速度最慢的酶，也是这一系列反应中关键酶。四、糖酵解的调节:在糖酵解的化学历程中，有三个不可逆反应:(1)已糖激酶;(2)磷酸果糖激酶;(3)丙酮酸激酶是糖酵解的限速反应，这三种酶激酶均为别构酶，其活性受变构剂调节，其中最关键的酶是磷酸果糖激酶，是糖酵解中主要控制部位，此外3-磷酸甘油醛脱氢酶也是别构调节酶。是最关键的限速酶

(1)ATP是该E的底物也是变构调节物，高浓度的ATP会降低E对6-磷酸果糖的亲和力，ATP与E的调节位点结合，ATP的抑制作用可被AMP逆转，这是细胞在能量水平的调节:ATP/AMP比值高细胞处于高能荷状态，此酶没有活性，糖酵解作用降低，一旦ATP消耗，细胞能荷降低，该E活性恢复，增加酵解。

1.

磷酸果糖激酶调节:(2)柠檬酸可增加ATP对酶的抑制作用，柠檬酸是TCA中的第一个产物，也是许多物质生物合成的前体，高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号，因此葡萄糖就不进一步酵解。

(3)该酶还可被H+抑制，它可防止骨肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒。2.已糖激酶的调控:

二磷酸果糖激酶被抑制，造成底物G-6-P的积累，进一步抑制已糖激酶的活性。在复杂的代谢途径中G-6-P还可转化成糖原或戊糖，因此已糖激酶不是酵解的关键反应步骤。3.丙酮酸激酶的调节:酵解途径中第三个不可逆步骤

(1)F-1,6-2P果糖使丙酮酸激酶活化,使其与磷酸果糖激酶催化加速相协调,接受大量代谢中间物，因此加速酵解。PEP+ADP+H+

→

丙酮酸+ATP

(2)酵解产物丙酮酸合成的Ala也可以别构抑制这个酶的活性，这是生物合成前体过剩的信号。4．3-磷酸甘油醛脱氢酶:

NAD+激活，促进脱氢，加速酵解，反之减低酵解速度。五抑制剂碘乙酰胺3-磷酸甘油醛脱氢酶氟化物烯醇化酶糖异生的途径不是简单的酵解途径逆转，从丙酮酸到葡萄糖的代谢中有7步是共同的可逆步骤，只有3步是不可逆步骤，它们由另一些酶来催化。糖的异生有特殊的调控酶，需要ATP供能，以保证合成途径的进行。因此必须克服从丙酮酸到葡萄糖3个不可逆反应中的能量障碍。六、葡萄糖的异生作用1.

丙酮酸生成PEP两步反应：

A．丙酮酸生成草酰乙酸。由丙酮酸羧化酶催化，这个酶的羧化作用需要ATP和二价离子Mg2+、Mn2+等参加。

此酶还需要生物素为辅酶，生物素在ATP供能情况下与CO2结合生成N-1-羧化生物素，然后转移羧基给丙酮酸生成草酰乙酸。酶—生物素+ATP+HCO3-

→酶-生物素∽CO2-+APP+Pi

酶-生物素∽CO2-+丙酮酸

→酶-生物系+草酰乙酸。丙酸酸羧化酶存在于线粒体内，胞质中的丙酮酸必须进入线粒体内才能进行羧化反应，该反应自由能变化不大，容易逆转。Ｂ．由PEP羧化激酶催化草酰乙酸与GTP反应，使草酰乙酸脱羧生成PEP:这一反应在胞质中进行的，线粒体中的草酰乙酸不能越过膜到胞质中，需要转氨作用转变成ASP后，再转运到胞质中，复经过转氨作用重新生成草酰乙酸，实现草酰乙酸由线粒体向胞质的转移。2.

F-1,6-P转变成F-6-PPEP沿酵解途径逆向反应生成F-1,6-P，然后由二磷酸果糖酯酶催化磷酸水解实现转变。

这个酶是一个别构酶，AMP为负效应物，是磷权利要糖激酶的正效应物，故AMP浓度的变化可同时调节两个相反的过程。生物体内糖过多消耗或不足时，AMP浓度降低，有利于上述反应进行，促进非糖有机物向葡萄糖转变。3.G-6-P转变成葡萄糖七、丙酮酸的去路

1.糖酵解产生的丙酮酸在有O2存在条件下，首先氧化脱羧生成乙酰CoA，而后经TCA循环彻底氧化生成CO2和H2O，并产生很多的ATP。

2.

丙酮酸的无氧降解:(1)EMP途径生成的丙酮酸在厌氧酵解时，乳酸杆菌、肌肉由于剧烈运动暂时缺氧状态，呼吸、循环系统机能障碍暂时供氧不足时，丙酮酸接受了磷酸甘油醛脱氢酶形成的NADH上的氢，在乳酸脱氢酶催化下，形成乳酸。

总反应:G+2Pi+2ADP→2乳酸+2ATP+2H2O(2)生成乙醇:在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸可经丙酮酸脱羧酶的催化，以B1(TPP)(焦磷酸硫胺素)为辅酶，脱羧变成乙醛，继而在醇脱氢酶的催化下，由NADH还原形成乙醇。

葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为:G+2Pi+2ADP+2H+

→2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O第三节

三羧酸循环TCA大多数动、植物和微生物，在有氧情况下将酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O，并产生能量的过程称三羧酸循环，又简写为TCA。部位：细胞器、线粒体。

通过一系列实验的总结，1937年Krebs提出了TCA。后来发现这一途径在动、植、微生物中普遍存在，不仅是糖分解代谢的主要途径，也是脂肪、蛋白质分解代谢的最终途径，具有重要的生理意义，为此Krebs于1953年获诺贝尔奖，并被称为TCA循环之父。Sir

Hanskrebs(1900-1981)

一.

丙酮酸的有氧降解:

丙酮酸进入线粒体内，在丙酮酸脱氢酶系的催化下，经脱羧并脱氢氧化生成乙酰CoA和NADH，总反应如下:

丙酮酸脱氢酶系丙酮酸+NAD++辅酶A

→乙酰CoA+CO2+NADH

参加反应的辅助因子:

TPP、NAD+、CoA、FAD、Mg2+、硫辛酸。

丙酮酸脱氢酶系:多酶复合体丙酮酸脱氢酶二氢硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶E．coli丙酮酸脱氢酶复合体由3种酶(丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酸转乙酰酶E2、二氢硫辛酸脱氢酶E3)组成。该复合体共含12个E1二聚体、24个E2和6个E3二聚合体，以非共价键维系。

丙酮酸脱氢酶系

(1)

丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP丙酮酸与脱羧酶上的TPP连接，发生亲核攻击脱羧,产生羟乙基-TPP。

(2)二氢硫辛酸乙酰转移酶使羟乙基氧化成乙酰基，并将乙酰基及一个H原子转移到硫辛酸上，PDH复原。

(3)二氢硫辛酸乙酰转移酶将乙酰基转移到COA形成乙酰COA，辅酶硫辛酸被还原成二氢硫辛酸。

(4)脱H酶将二氢硫辛酸脱H氧化成硫辛酸，脱下的氢被辅基FAD接受生成FADH2DLT复原。

(5)在脱H酶作用下，FADH2脱H氧化，H被NAD接受生成NADH+H+，从而完成丙酮酸氧化脱羧的全过程。二、三羧酸循环的途径:1.

柠檬酸的形成:这是一个调控酶、限速反应。△G0’=-32.22KJ/mol，是高度放能的不可逆反应。柠檬酸合酶为别构酶，乙酰CoA、草酰乙酸为正效应剂,NADH和琥珀酰CoA为负效应剂。2.

异柠檬酸的形成:

由乌头酸酶催化，脱水，然后又加水，从而致改变分子内OH-和H+的位置生成异柠檬酸，这两个反应由同一个酶催化。△G0’=+8.4KJ/mol△G0’=-2.1KJ/mol3.a-酮戊二酸的形成:调节酶,限速反应

△G0’=-8.4KJ/mol,△G0’=-20.93KJ/mol

这是三羧酸循环中第一次氧化作用，异柠檬酸脱H酶催化，这个酶是别构酶，被NADH和ATP抑制，NAD+、Mg++、Mn++活化。两步反应。４.

a-酮戊二酸生成琥珀酰辅酶A

5.琥珀酸的形成，并产生GTP。

琥珀酰CoA合成酶琥珀酰辅酶A+Pi+GDP

→琥珀酸+GTP+CoA

△G0’=-33.6KJ/mol

这是三羧酸循环中唯一底物水平磷酸化产生高能磷酸键的步骤。

琥珀酰CoA硫酯链水解的△G0’=-33.6KJ/mol，这是一个高能硫酯键，因此它可以在合成酶的催化下使GDP生成GTP。GTP可以用于蛋白质合成,也可以转换成ATP，GTP+ADP===ATP+GDP6.延胡索酸的生成:△G0’∽0KJ/mol

这是TCA中第三步氧化还原反应，由琥珀酸脱氢酶催化，H的受体是酶的辅基，这个酶是铁黄素蛋白酶。每个酶分子中包含一分子FAD和四个非血红素铁，该酶牢固地结合在线粒体内膜上。7.苹果酸的生成△G0’=-3.78KJ/mol8.草酸乙酸的生成△G0’=+29.69KJ/mol

这是TCA中的第4次氧化还原反应，由苹果酸脱氢酶所催化，在标准热力学条件下，平衡有利于逆反应，但在生理条件下，因为合成柠檬酸而降低其在细胞中浓度很低，使反应向右进行。

1.

柠檬酸合成酶：EC.不可逆2.

乌头酸酶：EC.3.

异柠檬酸脱氢酶：限速E4.

a-酮戊二酸的脱氢酶系：不可逆5.

琥珀酰CoA合成酶：EC.66.

琥珀酸脱氢H酶：FAD7.

延胡索酸酶水合酶：EC.48.苹果酸脱氢酶

TCA循环所需酶：

1.

二次脱羧；2.

四次氧化、三次NAD+、一次FAD；3.

产生GTP；4.

消耗2molH2O。、三、TCA循环的特点:

1.

获得大量的能源在TCA循环中，除生成一个GTP，通过GTP生成ATP外，还生成3个NADH及一个FADH2，他们经电子传递链氧化，也可生成ATP。

四、TCA所产生的ATP

及生理意义:

在线粒体中每个NADH生成3个ATP，而每个FADH2生成2个ATP，故可生成（3×3）+（2×1）+1=12个ATP。若从丙酮酸脱氢开始，加上脱氢产生的一个NADH，就产生12+3=15个ATP，如果从葡萄糖开始反应，经糖酵解TCA和氧化磷酸化三个阶段，共产生（2×15）+8=38个ATP。可见通过TCA循环的彻底氧化，是体内最主要的ATP产生途径。

2.

TCA是脂、蛋白的代谢的枢纽。乙酰CoA、丙酮酸、a-酮戊二酸、草酸乙酸丙二酸单酰CoAAlaGluAsp产生的中间产物也是生物合成的前体。五、TCA循环反应速率的调节

三羧酸循环的速率是被精细的调节控制有三个调控酶：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶。１、

草酰乙酸和乙酰COA合成柠檬酸是TCA循环的重要控制点，ATP是柠檬酸合成酶的别构抑制剂，当ATP水平高时，该酶较少地被乙酰CoA饱和，柠檬酸生成则减少。２、

异柠檬酸脱氢酶是第二个控制点，受NAD+的正调节，受ATP和NADH·H+的负调节。３、α-酮戊二酸是第三个控制点。

α-酮戊二酸氧化脱羧的产物琥珀酰COA和NADH·H+可以抑制α-酮戊二酸脱氢酶体系的活性，如果NAD+的量增加又可以促进α-酮戊二酸脱羧酶的活性。

六、回补反应

七、TCA抑制剂１.

琥珀酸脱氢酶丙二酸最后TCA反应终止。

2.乌头酸酶氟代柠檬酸存在于南非的某些植物中,用作灭鼠药。柠檬酸累积。第四节

磷酸戊糖途径

(pentosephosphatepathway)

在一些组织的细胞匀浆中添加EMP和TCA循环的抑制剂，这些组织的葡萄糖的氧化速度会降低但不会完全停止，说明这些组织中还有其它的氧化降解途径存在。

降解G，获得能量。当有机体变得复杂时，除了需要EMP生成中间物供生物合成外，还需要某种”还原剂”。因为在糖酵解中产生的还原剂NADH又可在另一反应中被消