生物化学-05糖代谢

第5章糖代谢1.新陈代谢的概念和特点※代谢总论

新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用（dissimilation），通过上述过程不断地进行自我更新。(1)概念(2)特点a.代谢反应绝大多数都由酶催化，条件温和。b.代谢中的化学反应都是通过一系列中间过程，有序进行的。c.代谢反应往往表现出灵敏的自我调节特性，各个反应间都是相互协调，相互联系，有条不紊地进行。d.同一物质，其分解代谢和合成代谢途径一般是不同的。e.分解代谢和合成代谢可共同利用某些特殊的代谢环节，这种特殊的代谢环节称为两用代谢。2.中间代谢和代谢途径中间代谢：物质进入细胞后，在细胞内的合成和分解过程。代谢途径：中间代谢中按严格顺序进行的一系列反应即构成了某物质的代谢途径。f.糖类、脂质和蛋白质都有其特定的代谢途径，但也有某些共同的代谢途径。g.通常分解代谢是收敛的，合成代谢是发散的。3.糖代谢的概念糖代谢包括分解代谢和合成代谢。动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程。一、糖的生物学功能第一节生物体内的糖类1.氧化供能

如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。3.作为机体组织细胞的组成成分——这是糖的主要功能。2.提供合成体内其他物质的原料如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。4.作为机体组织的结构物质如纤维素1.概念及分类糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物；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。二、糖的分类及结构1）单糖不能再水解的糖。（1）单糖的D-及L-构型D型：结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与D-(+)-甘油醛中C-2构型一致。L型：结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与L-(-)-甘油醛中C-2构型一致。D系醛糖的立体结构D(+)-阿洛糖D(+)-阿桌糖D(+)-葡萄糖D(+)-甘露糖D(+)-古洛糖D(-)-艾杜糖D(+)-半乳糖D(+)-塔罗糖(allose)(altrose)(glucose)(mannose)(gulose)(idose)(galactose)(talose)D(-)-赤鲜糖(erythrose)D(-)-苏糖(threose)D(+)-甘油醛(allose)D(-)-核糖(ribose)D(-)-阿拉伯糖(arabinose)D(+)-木糖(xylose)D(-)-米苏糖(lysose)D系酮糖的立体结构D(-)-赤藓酮糖(erythrulose)D(-)-核酮糖(ribulose)D(+)-木酮糖(xylulose)D(+)-阿洛酮糖(psicose,allulose)D(-)-果糖(fructose)D(+)-山梨糖(sorbose)D(-)-塔格糖(tagalose)二羟丙酮(dihytroasetone)（2）环状结构糖在绝大多数情况下是以环状结构存在的吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）吡喃呋喃-D-吡喃葡萄糖（主要）-D-吡喃果糖-D-呋喃葡萄糖-D-呋喃果糖（主要）（2）重要的单糖戊糖：-D-呋喃核糖2-脱氧-D-呋喃核糖己糖：D-吡喃葡萄糖D-吡喃半乳糖D-吡喃甘露糖D-呋喃果糖重要的二糖蔗糖D-麦芽糖（

-型）乳糖（

-型）纤维二糖（

-型）2）双糖2分子单糖以苷键结合3）多糖多糖通常难溶于水，没有还原性，没有甜味，性质较稳定。（1）淀粉和糖原直链淀粉非还原端还原端-1,4-苷键a.淀粉直链淀粉的螺旋结构0.8nm1.4nm6个残基支链淀粉或糖原分支点的结构-1,6-苷键b.糖原是动物体内葡萄糖的储存形式(1,6)分支点支链淀粉或糖原分子示意图（2）纤维素作为植物的骨架纤维素一级结构β-1,4-苷键纤维素片层结构(3)琼胶水溶性高分子，胶凝剂(4)果胶水溶性高分子L-半乳糖D-半乳糖第二节双塘和多糖的酶促降解一、双糖的酶促降解1.蔗糖的降解多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，生产中常称为糖化。蔗糖+H2O葡萄糖+果糖蔗糖酶蔗糖+UDPUDPG+果糖蔗糖合酶麦芽糖+H2O

2葡萄糖麦芽糖酶乳糖+H2O葡萄糖+半乳糖β-半乳糖苷酶2.麦芽糖的降解二、多糖的酶促降解1.淀粉的酶促降解淀粉糊精寡糖麦芽糖葡萄糖

淀粉的水解酶：

α－淀粉酶：在淀粉分子内部任意水解α-1,4糖苷键。（内切酶）

β－淀粉酶：从非还原端开始，水解α-１,4糖苷键，依次水解下一个β-麦芽糖单位（外切酶）

脱支酶（R酶）：水解α-淀粉酶和β-淀粉酶作用后留下的极限糊精中的1,6－糖苷键。2.糖原的分解糖原

是动物体内葡萄糖的储存形式1.葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键形成长链。2.

约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以α-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。3.每条链都终止于一个非还原端。非还原端增多，以利于其被酶分解。-1，6糖苷键-1，4-糖苷键

磷酸化酶（催化1.4-糖苷键断裂）三种酶协同作用：转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）

脱枝酶（催化1.6-糖苷键断裂）糖原的磷酸解

糖原磷酸解的步骤非还原端还原端磷酸化酶（释放8个1-P-G）转移酶脱支酶（释放1个葡萄糖）糖代谢的概况：葡萄糖酵解途径丙酮酸有氧无氧H2O及CO2乳酸糖异生途径乳酸、氨基酸、甘油糖原肝糖原分解

糖原合成

磷酸戊糖途径核糖

+NADPH+H+淀粉消化与吸收

ATP

一.糖酵解的概念糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称EMP途径。第三节糖酵解

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸第一阶段第二阶段第三阶段葡萄糖葡萄糖的磷酸化磷酸己糖的裂解甘油醛的氧化丙酮酸的生成第四阶段二.糖酵解途径的反应历程1.第一阶段（葡萄糖的磷酸化）：葡萄糖

1,6-二磷酸果糖2.第二阶段（磷酸己糖的裂解）：1,6-二磷酸果糖

3-磷酸甘油醛3.第三阶段（甘油醛的氧化）：3-磷酸甘油醛

2-磷酸甘油酸

※在以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化。↑4.第四阶段（丙酮酸的生成）：2-二磷酸甘油酸丙酮酸糖酵解的代谢途径三.糖酵解小结（1）反应部位：胞浆（2）糖酵解是一个不需氧的产能过程（3）反应全过程中有三步不可逆的反应GG-6-PATPADP己糖激酶ATPADPF-6-PF-1,6-2P磷酸果糖激酶-1ADPATPPEP丙酮酸丙酮酸激酶（4）产能的方式和数量方式：底物水平磷酸化能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成

2ATP2NADH

6ATP（有氧时）（5）终产物乳酸的去路释放入血，进入肝脏再进一步代谢。分解利用乳酸循环（糖异生）四.EMP途径的生物学意义

★是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量；

★形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；★亦是其他单糖的基本代谢途径；

★为糖异生提供基本途径。果糖己糖激酶（肌肉中）GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP丙酮酸半乳糖1-磷酸半乳糖1-磷酸葡萄糖半乳糖激酶变位酶甘露糖6-磷酸甘露糖己糖激酶变位酶除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。五.糖酵解的调节关键酶①

己糖激酶②

6-磷酸果糖激酶-1③

丙酮酸激酶1.己糖激酶或葡萄糖激酶*6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。2.果糖磷酸激酶别构激活剂：AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P别构抑制剂：柠檬酸;ATP（高浓度）3.丙酮酸激酶别构抑制剂：ATP,丙氨酸，乙酰CoA别构激活剂：1,6-二磷酸果糖六.丙酮酸的去路（有氧）（无氧）葡萄糖葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA三羧酸循环（有氧或无氧）丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA糖酵解途径三羧酸循环（有氧或无氧）糖的有氧氧化：糖的有氧氧化(aerobicoxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。*部位：胞液及线粒体

第四节三羧酸循环一、丙酮酸的有氧氧化（EPM）葡萄糖COOHC==OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰CoA三羧酸循环

NAD+

NADH+H+CO2CoASH

葡萄糖的有氧分解丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系的组成

酶E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+

辅酶

TPP

硫辛酸（)HSCoAFAD,NAD+SSL1.丙酮酸脱氢酶系CO2CoASHNAD+NADH+H+5.

NADH+H+的生成1.-羟乙基-TPP的生成2.乙酰硫辛酰胺的生成3.乙酰CoA的生成4.硫辛酰胺的再生2.丙酮酸氧化脱羧二、乙酰辅酶A的彻底氧化分解

——三羧酸循环(TricarboxylicacidCycle,TCACycle)三羧酸循环(TricarboxylicacidCycle,TCA循环)是乙酰CoA与草酰乙酸结合进入循环经一系列反应再回到草酰乙酸的过程。也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。*反应部位——线粒体

OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP三羧酸循环（TCA）草酰乙酸再生阶段柠檬酸的生成阶段氧化脱羧阶段柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸-酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸苹果酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+1.TCA第一阶段：柠檬酸生成H2O草酰乙酸

OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合成酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶2.TCA第二阶段：氧化脱羧CO2NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶CO2-酮戊二酸脱氢酶复合物琥珀酰CoA合成酶GDP

GTP3.TCA第三阶段：草酰乙酸再生FADFADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸琥珀酸脱氢酶延胡索酸水合酶苹果酸脱氢酶三、小结1.三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。2.

TCA过程的反应部位是线粒体。3.三羧酸循环的要点经过一次三羧酸循环，消耗一分子乙酰CoA，经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2，1分子GTP。关键酶有：柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶

α-酮戊二酸脱氢酶复合物4.整个循环反应为不可逆反应5.三羧循环的化学计量和能量计量（1）总反应式：

CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3NADH+3H++FADH2+GTP能量“现金”:1GTP

能量“支票”:3NADH

1FADH2兑换率1：39ATP兑换率1：22ATP1ATP12ATP（2）三羧酸循环的能量计量葡萄糖完全氧化产生的ATP：酵解阶段：2ATP

2

1NADH兑换率1：3(或2)2ATP2(3ATP或2ATP)三羧酸循环：21GTP

2

3NADH

21FADH221ATP29ATP24ATP兑换率1：3兑换率1：3丙酮酸氧化：2

1NADH兑换率1：323ATP总计：38ATP四、三羧循环的生物学意义是有机体获得生命活动所需能量的主要途径是机体中其它有机物碳链分解代谢的共同途径循环的中间产物为机体合成其它有机物提供碳源表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，例如：草酰乙酸

天冬氨酸α-酮戊二酸

谷氨酸Ⅰ机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TCA中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。五、三羧循环中间产物的回补Ⅱ机体糖供不足时，可能引起TCA运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TCA氧化分解。草酰乙酸

草酰乙酸脱羧酶丙酮酸CO2苹果酸

苹果酸酶丙酮酸

CO2NAD+

NADH+H+*所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。草酰乙酸柠檬酸柠檬酸裂解酶乙酰CoA丙酮酸丙酮酸羧化酶CO2苹果酸苹果酸脱氢酶NADH+H+NAD+天冬氨酸谷草转氨酶α-酮戊二酸谷氨酸其来源如下：六、有氧氧化的调节关键酶①

酵解途径：己糖激酶②丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合物③

三羧酸循环：柠檬酸合酶丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1α-酮戊二酸脱氢酶复合物异柠檬酸脱氢酶1.丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合物（1）别构调节别构抑制剂：乙酰CoA;NADH;ATP别构激活剂：AMP;ADP;NAD+*乙酰CoA/HSCoA或NADH/NAD+时，其活性受到抑制。（2）共价修饰调节2.三羧酸循环乙酰CoA柠檬酸草酰乙酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸异柠檬酸苹果酸NADHFADH2GTPATP异柠檬酸脱氢酶柠檬酸合酶

α-酮戊二酸脱氢酶复合体–ATP

+ADP

ADP

+ATP

–柠檬酸琥珀酰CoANADH–琥珀酰CoANADH+Ca2+Ca2+a.ATP、ADP的影响b.产物堆积引起抑制c.循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶d.其他，如Ca2+可激活许多酶有氧氧化的调节特点（1）有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。（2）ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。（3）氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。（4）三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖α-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸蛋氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸酮体亮氨酸赖氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸谷氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系TCA第五节磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程，亦称为磷酸己糖支路。*概念第一阶段：氧化反应生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2一、磷酸戊糖途径的反应历程第二阶段则是非氧化反应，包括一系列基团转移。

6G-6-P6

葡萄糖酸-6-P6

核酮糖-5-P

6NADP+NADPH6NADP+6NADPH6CO26H2O6

核酮糖-5-P5

果糖-6-P5

葡萄糖-6-P1.磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段NADP+

NADPH+H+

H2O

NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脱氢酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶2.磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段H2OPi6

5-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛2

7-磷酸景天庚酮糖2

4-磷酸赤藓丁糖26-磷酸果糖25-磷酸木酮糖23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖16-磷酸果糖转醛酶异构酶转酮酶转酮酶醛缩酶阶段之一阶段之二阶段之三磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一

（5-磷酸核酮糖异构化）差向异构酶异构酶5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸核酮糖磷酸戊糖途径的非氧化阶段之二

（基团转移）+24-磷酸赤藓糖+25-磷酸核糖23-磷酸甘油醛转酮酶转醛酶26-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖基团转移（续前）+24-磷酸赤藓糖+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖转酮酶25-磷酸木酮糖H2OPi1,6-二磷酸果糖23-磷酸甘油醛6-磷酸果糖醛缩酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三

（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）异构酶二、磷酸戊糖途径的特点（1）脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。

（2）反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。（3）反应中生成了重要的中间代谢物——5-磷酸核糖。（4）一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。磷酸戊糖途径的总反应式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+12NADPH+12H+三、磷酸戊糖途径的生物学意义产生大量NADPH，主要用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力；产生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物；与光合作用联