生物化学第六章糖代谢

糖的有氧氧化糖的有氧氧化体内组织在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化分解生成CO2和H2O的过程。糖的有氧氧化是指：

有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多数组织细胞都通过有氧氧化获得能量。C6H12O6+6O26CO2+6H2O+30/32ATP糖有氧氧化概况葡萄糖→…→丙酮酸→丙酮酸→乙酰CoACO2+H2O+ATP三羧酸循环糖的有氧氧化乳酸糖酵解线粒体内胞浆糖的有氧氧化与糖酵解细胞胞浆线粒体葡萄糖→→……→→丙酮酸→乳酸葡萄糖→→……→→丙酮酸CO2+H2O+ATP(糖的有氧氧化）丙酮酸(糖酵解)原核细胞细胞质真核生物线粒体基质（线粒体）一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoA

PyruvateIsOxidizedtoAcetyl-CoAandCO2

丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶复合体催化反应的图解羟乙基TPP高能键

E.coli丙酮酸脱氢酶复合物的组成Enzyme辅酶亚基分子量每个复合物中的亚基数目Pyruvatedehydrogenase(E1)TPP96,00024Dihydrolipoyltransacetylase(E2)硫辛酸,CoA65,000-70,00024Dihydrolipoyldehydrogenase(E3)FAD,NAD56,00012三羧酸循环（TricarboxylicAcidCycle）Krebs循环（1937，Krebs提出）在好氧真核生物线粒体基质或好氧原核生物细胞质中，乙酰CoA脱羧、脱氢，彻底氧化为CO2、H2O并产生ATP的过程。二、柠檬酸循环（CitricAcidCycle)柠檬酸循环概貌

CitricAcidCycle

如何学习生化中的循环反应为什么要进行这个反应（反应的生理意义）反应发生的部位？组织、细胞器抓住几个关键点：起始反应物和终末产物关键步骤（往往是耗能步骤）多关注受调控步骤反复记忆、加深印象，跳出小圈、着眼大局①乙酰CoA和草酰乙酸缩合形成柠檬酸(柠檬酸合成酶)柠檬酰CoA中间体

这是三羧酸循环中的第一个不可逆的限速步骤。第一步：缩合反应

柠檬酸合成酶的构象a:结合底物前b：结合底物后

②柠檬酸经顺乌头酸酶异构化为异柠檬酸第二步：脱水加水反应

③异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸(异柠檬酸脱氢酶)

这是三羧酸循环的第一个氧化反应，第一次脱羧的反应，也是第二个不可逆的反应。第三步：氧化脱羧反应4.α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA(α-酮戊二酸脱氢酶复合物)TPPFAD硫辛酸Mg2+

这是三羧酸循环中第三个不可逆的调控反应，也是发生第二次脱羧和第二次氧化还原的反应。第四步：氧化脱羧反应5.琥珀酰CoA转化成琥珀酸(琥珀酰CoA合成酶)

这是三羧酸循环中唯一一次底物水平磷酸化反应。第五步：底物磷酸化反应

6.琥珀酸氧化成延胡索酸(琥珀酸脱氢酶)这是三羧酸循环中的第三次氧化还原反应。第六步：脱氢7.延胡索酸水化生成苹果酸(延胡索酸酶)第七步：加水8.苹果酸氧化生成草酰乙酸(苹果酸脱氢酶)这是三羧酸循环中的第四次脱氢反应。第八步：脱氢

(3)(4)(5)(6)(8)CH3COCOOHNAD+NADH

+

H+CoASHCO2CH3CO~SCoAOCCOOHCH2COOHCH2COOHC(OH)COOHCH2COOHCH2COOHCHCOOHCH(OH)COOHNAD(P)NAD(P)H+HCH2COOHCHCOOHCOCOOHCH2COOHCH2COCOOHNADH+HNADNADH

+

H++CO~SCoACH2CH2COOHGDP+PiGTPCoASHCH2COOHCH2COOHFADH2FADCHCOOHCHCOOHHOCCOOHCH2COOHH+NAD+CO2++CoASHH2OCoASHCO2丙酮酸乙酰CoA(1)(5)(6)(7)(8)(3)(4)(2)(3)柠檬酸异柠檬酸草酰琥珀酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸L-苹果酸草酰乙酸HO2丙酮酸脱氢酶复合体(1)

柠檬酸合成酶(2)

顺乌头酸酶(3)异柠檬酸脱氢酶(4)α-酮戊二酸脱氢酶复合体(5)

琥珀酰CoA合成酶(6)

琥珀酸脱氢酶(7)

延胡索酸酶(8)L-苹果酸脱氢酶三羧酸循环产能步骤3NAD(P)H1FADH21GTP(3)(4)-产能脱碳2NADH+2CO2→

3步不可逆反应三、三羧酸循环的特点在乙酰CoA与草酰乙酸缩合时，有两个碳原子进入此循环，在以后的脱羧反应中，有两个碳原子以CO2的形式离开此循环。有四对H在四个氧化反应中离开此循环。发生一次底物水平磷酸化，生成一分子的GTP。分子氧不直接参加TCA,但无氧时TCA不能进行。四、柠檬酸循环的能量计算异柠檬酸α-酮戊二酸1NADH2.5α-酮戊二酸琥珀酰-CoA1NADH2.5琥珀酰-CoA琥珀酸1A/GTP1琥珀酸延胡索酸1FADH21.5苹果酸草酰乙酸1NADH2.5Total10ATP底物磷酸化糖酵解+三羧酸循环的效率

糖酵解

1G→2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸

=2+2×2.5=7ATP2丙酮酸→2乙酰-COA+CO2+2NADH+2H+=2×2.5=5ATP三羧酸循环

2乙酰-COA→20ATP+4CO2+4H2O———————————————————————

32ATP

储能效率=32×30.5/2870=34%提问：其余能量何处去？答案：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。1、丙酮酸羧化乙酰CoA激活须补充三羧酸循环的中间物质(回补反应)

2、PEP羧化（大脑和心脏）3、Asp和Glu脱氨

Asp草酰乙酸

Gluα酮戊二酸PEP羧激酶五、柠檬酸循环的调控速率受细胞能量状态、生物合成需求调节分为两方面的调控1.柠檬酸循环本身所具有的内部相互制约系统的调节2.ADP、ATP和Ca2+对柠檬酸循环的调节。总的来说都是对酶的调控。限速酶：1.柠檬酸合酶

变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA

竞争性抑制剂：柠檬酸

AMP可解除抑制2.异柠檬酸脱氢酶变构抑制剂：ATP、NADH

变构激活剂：ADP、Ca2+3.α—酮戊二酸脱氢酶系

抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA

激活剂：AMP、ADP、Ca2+

六、柠檬酸循环的生物意义（1）是好氧生物体内最主要的产能途径！（2）是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径！（3）提供合成其他化合物的碳骨架如：草酰乙酸→Asp、Asnα-酮戊二酸→

Glu→

其他氨基酸琥珀酰CoA→

血红素柠檬酸循环—焚烧炉和百宝库记忆方法

乙酰草酰成柠檬，柠檬又成α-酮,

琥酰琥酸延胡索，苹果落在草丛中。乙醛酸循环二、乙醛酸循环——三羧酸循环支路乙醛酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径异柠檬酸柠檬酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环乙酰CoA乙醛酸乙酰CoACoASH①②

只有一些植物和微生物兼具有这样的途径；异柠檬酸裂解酶异柠檬酸琥珀酸乙醛酸①②乙醛酸乙酰CoA苹果酸苹果酸合成酶这种途径对于植物和微生物意义重大！

只保留三羧酸循环中的最后一步脱氢（1NADH）产能，只相当于产生2.5个ATP，意义不在于产能，在于生存。1.种子发芽糖异生油类植物种子中的油脂代谢糖乙醛酸循环草酰乙酸乙酰CoA2.原始细菌生存乙酸菌以乙酸为主要食物的细菌（物质循环中的重要一环）乙酸NH3生存乙醛酸循环四碳、六碳化合物转化乙酸

+ATP+CoASH→

乙酰CoA+H2O+AMP+PPi乙酰CoA合成酶三、磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路--HMS）NADPH22CO磷酸戊糖途径细胞质中

磷酸戊糖——磷酸戊糖为代表性中间产物。支路——糖酵解在磷酸己糖处分生出的新途径。

氧化阶段（G-6-P脱氢脱羧成5－磷酸核糖:两次脱氢产生2NADPH）

非氧化阶段（磷酸戊糖分子重排，产生不同碳链长度的磷酸单糖，进入糖酵解途径）1.过程5-磷酸核糖5-磷酸木酮糖6-磷酸葡萄糖糖酵解6-磷酸葡萄糖酸NADP+NADPH+H+5-磷酸核酮糖NADP+NADPH+H+CO27-磷酸景天酮糖3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖4-磷酸赤藓糖3-磷酸甘油醛

氧化阶段(脱碳产能)非氧化阶段(重组)6-磷酸果糖6-磷酸-葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸-核酮糖66665-磷酸-核糖25-磷酸-木酮糖5-磷酸-木酮糖227-磷酸-景天庚酮糖3-磷酸-甘油醛226-磷酸-果糖4-磷酸-赤藓糖22++++6-磷酸-果糖23-磷酸-甘油醛+26-磷酸-葡萄糖46-磷酸葡萄糖氧化阶段1NADPHNADPH66CO26Pi1H+6H+6++非氧化阶段HO262.生物意义（1）NADPH为许多物质的合成提供还原力；（2）与糖的有氧、无氧代谢相联系；（3）与光合作用有密切关系；（4）中间产物是某些生物合成的原料。6-磷酸葡萄糖+12NADP++7H2O6CO2+12NADPH+12H++H3PO4四、糖异生糖异生作用——非糖（乳酸、甘油、丙酮酸、草酰乙酸、生糖氨基酸）物质合成葡萄糖。一、动物的糖异生部位：肝脏

1.过程糖酵解7步可逆步骤+

3特异反应第1步丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸提问：如何进行？答案：提供更多的活化能量。草酰乙酸丙酮酸丙酮酸羧化酶CO2

ATP

ADP+PiGTP

GDPCO2

磷酸烯醇丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸人和动物的丙酮酸羧化酶存在线粒体中，胞液中丙酮酸首先进入线粒体羧化草酰乙酸，再逸出线粒体，但草酰乙酸本身不能通过线粒体内膜：两种机制1.草酰乙酸天冬氨酸（穿膜）草酰乙酸谷草转氨酶（线粒体）谷草转氨酶（胞液）2.草酰乙酸苹果酸（穿膜）草酰乙酸苹果酸脱氢酶（线粒体）苹果酸脱氢酶（胞液）磷酸烯醇式丙酮酸逆行至1，6-二磷酸果糖第2步提问：如何进行？6-磷酸葡萄糖酯酶P6-磷酸果糖PP1，6-二磷酸果糖答案：在二磷酸果糖酯酶作用下水解。第3步提问：丙酮酸通过糖异生形成一个G，消耗多少个ATP能量？答案：6（4（⑩2×2）+2（⑦1×2））糖异生的生理意义1.饥饿状态下维持血糖浓度恒定。2.回收乳酸能量，补充肝糖原。3.调节酸碱平衡。提问：哪些物质可以通过糖异生途径形成糖元？答案：凡能转变成糖代谢中间产物的物质。乳酸回炉再造－解毒、节能饥饿状态下氨基酸、甘油维持血糖浓度纤维素有机酸微生物发酵糖异生葡萄糖、糖原

1、糖原的酶促磷酸解

糖原的结构及其连接方式

磷酸化酶a（催化1.4-糖苷键l磷酸解断裂）

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-糖苷键水解断裂）糖原的磷酸解

-1，4-糖苷键-1，6糖苷键非还原性末端五、糖原代谢糖原磷酸化酶的作用位点及产物

G-1-P磷酸化酶a非还原性末端磷酸+断键部位糖原磷酸解的步骤非还原端糖原核心磷酸化酶a转移酶脱枝酶（释放1个葡萄糖）

G

-1-PG

G

-6-PG2、糖原的生物合成

1、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（UDP-glucosepytophosphorylase）

——催化单糖基的活化形成糖核苷二磷酸，为各种聚糖形成时，提供糖基和能量。2、糖原合成酶（glycogensynthase）

——催化-1，4-糖苷键合成3.

糖原分支酶

（glycogenbranchingenzyme）

——催化-1，6-糖苷键合成UDPG的结构GUDP糖核苷酸的生成++PPi1-磷酸葡萄糖UTPUDPG糖原合成酶反应UDPGUDP糖原（n个G分子）糖原（n+1）糖原新分支的形成糖原核心糖原核心糖原核心糖原核心非还原性末端-1，4糖苷键-1，6糖苷键糖原分支酶3、糖原分解和合成的调控

糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其限速酶分别为磷酸化酶和糖原合成酶。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调节及变构效应的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。糖原合成酶a(有活性)糖原磷酸化酶b(无活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶b(无活性)糖原磷酸化酶a(有活性)PP激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图

ATP

cAMP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜cR蛋白激酶（无活性）c+RcAMP蛋白激酶（有活性）受体环化酶激素G蛋白非磷酸化蛋白激酶ATPADP磷酸化蛋白激酶cAMP激活蛋白激酶的作用机理

激素对肝糖原合成与分解的调控意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。肾上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（无活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶b（无活性）磷酸化酶a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液肾上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖ATPADPATPADP456

淀粉的结构特点

直链淀粉合成

由淀粉合成酶催化，需引物（Gn）,ADPG供糖基，形成α－1.4糖苷键。

支链淀粉合成

淀粉合成酶:催化形成α-1.4糖苷键

Q酶（分支酶）:既能催化α-1.4糖苷键的断裂，又能催化α-1、6糖苷键的形成淀粉的生物合成

淀粉的分枝结构开始分枝的残基非还原端残基两个葡萄糖单位之间的1，6-糖苷键两个葡萄糖单位之间的1，4-糖苷键直链淀粉的合成AADPG引物（Gn）++直链淀粉(Gn+1)AADP在Q酶作用下的支链淀粉的合成+Q酶（1）Q酶（2）BAAABBnmmmnn2、淀粉的分解淀粉磷酸化酶脱支酶淀粉+nH3PO4nG-1-p+少量葡萄糖淀粉的磷酸解淀粉的酶促水解解

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。α－淀粉酶β－淀粉酶糖代谢总图戊糖磷酸途径储存性糖类（糖原、淀粉等）葡糖-6-磷酸甘露糖葡萄糖果糖磷酸丙糖丙酮酸乳酸、乙醇乙酰辅酶AATPCO2+H2O三羧酸循环乙醛酸循环戊糖磷酸核糖CO2+H2O各种脂类其他生糖物质生糖氨基酸酵解发酵糖异生重点1.下列哪一项是血糖最主要的去路CA.在体内转变为脂肪B.在体内转变为其他单糖C.在各组织中氧化供能D.在体内转变为生糖氨基酸E.在肝、肌肉、肾等组织中合成糖原2.饥饿24小时后，血糖浓度的维持主要靠AA.肝中糖异生作用B.肾中糖异生作用C.肌糖原分解D.脂肪动员E.肝糖原分解3.关于糖酵解的叙述下列哪一项是正确的DA.终产物是CO2和H2OB.反应过程中均不消耗ATPC.通过氧化磷酸化作用生成ATPD.酵解中催化各反应的酶均在胞液中E.所有反应都是可逆的4.糖酵解途径中，第二步产能的是EA.葡萄糖到G-6-PB.F-6-PF-1,6-PC.3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸D.1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸E.磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸5.下列哪一种酶是糖酵解的限速酶BA.己糖激酶B.6-磷酸果糖激酶-1C.3-磷酸甘油醛脱氢酶D.丙酮酸激酶E.葡萄糖6-磷酸酶6.下列哪一种酶是有氧氧化的限速酶DA.己糖激酶B.6-磷酸果糖激酶-1C.丙酮酸激酶D.柠檬酸合酶E.异柠檬酸脱氢酶7.参与丙酮酸脱氢酶复合体的维生素CA.维生素B1,维生素B2,维生素B6,维生素PP,维生素B12B.维生素B1,维生素B2,维生素B6,维生素B12，泛酸C.维生素B1,维生素B2,硫辛酸,维生素PP，泛酸D.维生素B1,维生素B2,生物素,维生素PP，维生素EE.维生素B1,维生素B2,生物素,维生素PP，硫辛酸8.三羧酸循环和有关的呼吸链反应中产生ATP最多的步骤是CA.柠檬酸到异柠檬酸B.琥珀酸到延胡索酸C.异柠檬酸到α-酮戊二酸D.琥珀酸到苹果酸E.α-酮戊二酸到琥珀酸9.1分子乙酰CoA进入TCA循环CA.2CO2+2H2O+36ATPB.2CO2+2H2O+38ATPC.2CO2+2H2O+10ATPD.2CO2+4H2O+12ATPE.2CO2+4H2O+2ATP10.三羧酸循环下列哪一反应属于底物水平磷酸化反应BA.柠檬酸到异柠檬酸B.琥珀酰CoA到琥珀酸C.琥珀酸到延胡索酸D.异柠檬酸到α-酮戊二酸E.苹果酸到草酰乙酸11.下列那种化合物与生成ATP有直接关系CA.丙酮酸B.3-磷酸甘油醛C.1.3-二磷酸甘油酸D.3-磷酸甘油酸E.2-磷酸甘油酸12.关于糖原的合成，下列哪项是错误的E

A.糖原合成酶催化α-1.4-糖苷键B.共价修饰是糖原合成调节方式之一C.分支酶催化α-1.6-糖苷键的生成D.葡萄糖供体是UDPGE.1-磷酸葡萄糖可直接用于合成糖原13.有关磷酸戊糖途径叙述正确的是DA.是体内供能的主要途径B.可合成NADHC.可合成FADH2D.可合成NADPH,供合成代谢需要