第九章糖代谢

第九章糖代谢第1页，共86页，2023年，2月20日，星期一新陈代谢的概念及内涵

小分子大分子合成代谢（同化作用）需要能量

释放能量分解代谢（异化作用）大分子小分子物质代谢能量代谢新陈代谢信息交换第2页，共86页，2023年，2月20日，星期一物质在细胞中的合成和分解过程称为中间代谢第3页，共86页，2023年，2月20日，星期一二代谢中常见的有机化学反应机制基团转移反应氧化-还原反应消除、异构化和重排反应碳-碳键的形成与断裂反应第4页，共86页，2023年，2月20日，星期一三新陈代谢研究方法1同位素示踪法3H，14C，32P，35S，125I

（12.1年）（5568年）（14天）（87天）（60天）

质子数（核电荷数）相同，而中子数（质量数）不同的同一元素的多种原子，它们在周期表上站有同一位置，称为同位素。第5页，共86页，2023年，2月20日，星期一2酶抑制剂的应用3气体测量法4核磁共振波谱法5利用遗传缺陷症研究代谢途径第6页，共86页，2023年，2月20日，星期一

第二节糖的代谢

一糖的消化，吸收和转运（一）糖的消化（糖的酶水解）

1淀粉的酶水解

α,β-淀粉酶：都能水解α-1、4苷键，但不能水解α-1、6苷键。α-1、6葡萄糖苷酶：水解α-1、6苷键第7页，共86页，2023年，2月20日，星期一水解任何部位的α-1、4糖苷键产物：

糊精、寡糖、少量麦芽糖麦芽糖、极限糊精

水解从非还原端开始产物：α-淀粉酶（主要在动物体中）

非还原端还原端极限糊精β-淀粉酶

（主要在植物体中）第8页，共86页，2023年，2月20日，星期一2糖原的分解分解部位；肝脏和肌肉酶；磷酸化酶﹑转移酶﹑脱支酶﹑葡糖磷酸变位酶和

葡糖-6-磷酸酯酶糖原+Pi葡糖-1-磷酸1a1b1a反应由磷酸化酶a﹑转移酶和脱支酶催化。第9页，共86页，2023年，2月20日，星期一葡糖-1-磷酸葡糖-6-磷酸D-葡萄糖+Pi葡糖磷酸变位酶葡糖-6-磷酸酯酶反应见P329第10页，共86页，2023年，2月20日，星期一3二糖的酶水解蔗糖+H2O葡萄糖+果糖蔗糖酶麦芽糖+H2O2葡萄糖麦芽糖酶乳糖+H2O葡萄糖+半乳糖--β-半乳糖苷酶第11页，共86页，2023年，2月20日，星期一（二）糖的吸收和转运

转运蛋白（Transportprotein）Na+G细胞膜－葡萄糖转运系统Na+第12页，共86页，2023年，2月20日，星期一二糖的分解代谢

（一）葡萄糖的分解代谢葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA6-磷酸葡萄糖磷酸戊糖途径糖酵解（有氧）（无氧）三羧酸循环（有氧或无氧）第13页，共86页，2023年，2月20日，星期一

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。1糖酵解第14页，共86页，2023年，2月20日，星期一（1）EMP的化学历程

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丙酮酸和ATP的生成第15页，共86页，2023年，2月20日，星期一第一阶段：葡萄糖的磷酸化

ATPADPATPADP己糖激酶磷酸果糖激酶异构酶第16页，共86页，2023年，2月20日，星期一从G开始，磷酸化，异构，磷酸化；消耗2分子ATP

调控点：已糖激酶，磷酸果糖激酶

第一阶段总结：第17页，共86页，2023年，2月20日，星期一第二阶段：磷酸己糖的裂解醛缩酶异构酶第18页，共86页，2023年，2月20日，星期一第二阶段总结：分子断裂，异构

第19页，共86页，2023年，2月20日，星期一第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成

NAD+

NADH+H+

PiADP

ATPH2OMg或MnATPADP丙酮酸PEP丙酮酸激酶脱氢酶激酶变位酶烯醇化酶第20页，共86页，2023年，2月20日，星期一第三阶段总结：氧化磷酸化，转磷酸基，变位；烯醇化并产生NADH和ATP

第21页，共86页，2023年，2月20日，星期一（1）EMP的化学历程

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丙酮酸和ATP的生成第22页，共86页，2023年，2月20日，星期一以葡萄糖为起点

无氧情况下:

G→G-6-P -1ATP

F-6-P→F-1，6-dip -1ATP

2×1,3-二磷酸甘油酸→2×甘油酸-3-磷酸+2ATP

2PEP→2Py+2ATP

除2分子ATP外，还生成2分子NADH

净增2ATP（2）酵解过程中能量的产生第23页，共86页，2023年，2月20日，星期一总反应式:

C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi2C3H4O3+2NADH+2H++2ATP+2H2O能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成

2ATP

2NADH

6ATP或4ATP

第24页，共86页，2023年，2月20日，星期一（3）糖酵解的生理学意义A供能

B提供生物合成所需的物质

C糖酵解不仅是葡萄糖的降解途径，也是其它一些单糖的分解代谢途径

D为糖的彻底降解作了准备

第25页，共86页，2023年，2月20日，星期一（4）糖酵解的调节第26页，共86页，2023年，2月20日，星期一糖酵解的调控位点及相应调节物

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丙酮酸葡萄糖

机理：主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度，被调节的酶为催化反应历程中不可逆反应的三种酶，通过酶的别构效应或共价修饰实现活性的调节，调节物多为本途的中间物中间物或与本途径有关的代谢产物。

磷酸果糖激酶丙酮酸激酶己糖激酶AMPG-6-PATP

+-F-2,6-BPAMP+-柠檬酸NADHATP

ATPAlaF-1,6-BP-+第27页，共86页，2023年，2月20日，星期一（5）丙酮酸的去路

丙酮酸无氧或相对缺氧

有氧：

（酒精发酵）

糖酵解还原丙酮酸乳酸

丙酮酸

丙酮酸脱羧酶乙醛乙醇乙醇脱氢酶丙酮酸CO2+H2O

氧化脱羧CH3COSCoATCAcycle肌肉中：酵母菌中：

第28页，共86页，2023年，2月20日，星期一2丙酮酸的有氧氧化PyCH3COSCoACO2＋H2O氧化脱羧TCAcycle第29页，共86页，2023年，2月20日，星期一（1）丙酮酸的氧化脱羧

丙酮酸脱氢酶复合物包括了三种酶:

A丙酮酸脱氢酶（也称丙酮酸脱羧酶）:

辅基TPP，E1。

功用：Py2c单位

脱羧B二氢硫辛酸转乙酰基酶：辅基硫辛酰胺（或称硫辛酸），E2。

功用：氧化2C单位，并将2C单位先转到硫辛酰胺上，再转到CoA上。

C二氢硫辛酸脱氢酶：是一种黄酶，辅基FAD，E3。

功用：Red型硫辛酰胺→OX型硫辛酰胺

第30页，共86页，2023年，2月20日，星期一丙酮酸的氧化脱羧分四步进行

①

Py+TPP羟乙基-TPP+CO2

E1②羟乙基-TPP乙酰基-硫辛酰胺

OXE2③乙酰基-硫辛酰胺＋CoA乙酰CoA+硫辛酰胺

E2④Red型硫辛酰胺OX型硫辛酰胺

E3第31页，共86页，2023年，2月20日，星期一丙酮酸脱氢酶NAD++H+丙酮酸脱羧酶FAD硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶CO2乙酰硫辛酸二氢硫辛酸NADH+H+TPP硫辛酸CoASHNAD+CH3-C-SCoAO第32页，共86页，2023年，2月20日，星期一（2）三羧酸循环

柠檬酸循环

三羧酸循环Tricarboxylicacidcycle(TCAcycle)

Krebs循环

第33页，共86页，2023年，2月20日，星期一

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+第34页，共86页，2023年，2月20日，星期一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第35页，共86页，2023年，2月20日，星期一TCA第二阶段：氧化脱羧CO2GDP＋PiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶CO2－酮戊二酸脱氢酶琥珀酰CoA合成酶第36页，共86页，2023年，2月20日，星期一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合成酶苹果酸脱氢酶第37页，共86页，2023年，2月20日，星期一三羧酸循环的化学计量和能量计量a、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1：22ATP1ATP12ATPb、三羧酸循环的能量计量第38页，共86页，2023年，2月20日，星期一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

21FADH221

ATP29ATP24ATP兑换率1：3兑换率1：3丙酮酸氧化：2

1NADH兑换率1：323ATP总计：38

ATP或36

ATP第39页，共86页，2023年，2月20日，星期一

OCH3-C-SCoACoASH三羧酸循环的调节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

调节位点柠檬酸合成酶（限速酶）

异柠檬酸脱氢酶－酮戊二酸脱氢酶ADP+NADHATP-琥珀酰CoANADH-琥珀酰CoANADHATP-苹果酸草酰乙酸第40页，共86页，2023年，2月20日，星期一（1）OAA+乙酰CoA→Cit，Cit合酶，限速酶，受琥珀酰CoA、NADH、ATP和脂酰CoA的抑制。

（2）异Cit→α-KGA,异Cit脱氢酶，ADP是别构激活剂，ATP和NADH是抑制剂。

（3）α-KGA→琥珀酰CoA，α-KGA脱氢酶被反应产物琥珀酰CoA和NADH抑制，也被高的能荷抑制。

第41页，共86页，2023年，2月20日，星期一三羧酸循环的生理意义：

（1）供能。

（2）为生物合成提供了中间物。

（3）TCACycle不仅是糖代谢的重要途径，而且也是脂类化合物和蛋白质最终氧化成CO2和H2O的重要途径。

（4）TCACycle是CO2的重要来源之一。

第42页，共86页，2023年，2月20日，星期一3磷酸戊糖途径

（pentosephosphatepathway,ppp）

特点：氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段戊糖磷酸途径的概况：从6分子G-6-P开始循环一圈变成5分子G-6-P，净结果是1分子G-6-P彻底氧化成CO2和H2O，另外在这个过程中产生了大量的NADPH。

第43页，共86页，2023年，2月20日，星期一磷酸戊糖途径的两个阶段

2、非氧化分子重排阶段

6核酮糖-5-P

5

果糖-6-P5

葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段

6G-6-P6

葡萄糖酸-6-P6

核酮糖-５-P

6NADP+6NADPH+6H+6NADP+6NADPH+6H+6CO26H2O第44页，共86页，2023年，2月20日，星期一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第45页，共86页，2023年，2月20日，星期一磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段

H2OPi65-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖23-磷酸甘油醛27-磷酸景天庚酮糖24-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第46页，共86页，2023年，2月20日，星期一戊糖磷酸途径的总反应式：

6G-6-P+12NADP++7H2O→5G-6-P+6CO2+12NADPH+12H++H3PO4

净结果是1分子G-6-P彻底降解放出6CO2，同时还原12分子NADP成12分子NADPH。

第47页，共86页，2023年，2月20日，星期一戊糖磷酸途径的生理意义：

（1）供能。

（2）产生大量的NADPH，可供给组织中合成代谢的需要

。（3）产生的R-5-P是核酸生物合成的必需原料。

（4）戊糖磷酸途径是戊糖代谢的重要途径

。（5）戊糖磷酸途径与糖酵解和光合作用有密切关系

。（6）CO2的重要来源之一。第48页，共86页，2023年，2月20日，星期一戊糖磷酸途径代谢的调节

戊糖磷酸途径的调节点主要是G-6-P脱氢酶，这是一个不可逆反应，是戊糖磷酸途径中的限速一步。

NADPH是G-6-P脱氢酶的竞争性抑制剂，当NADPH/NADP+的比值大于10时，其抑制作用可达90%。

第49页，共86页，2023年，2月20日，星期一

三糖的合成代谢

（一）光合作用光合作用是指绿色植物的叶绿素吸收太阳光能进行光化学反应使水活化，活化水放出氧同时还原CO2成简单糖类。222nOOCHOnHnCO2n+¾®¾+)(叶绿素光第50页，共86页，2023年，2月20日，星期一光反应阶段：

光能→化学能

H2O→O2H+，e-；ATP，NADPH

暗反应阶段：

还原能量CO2糖

第51页，共86页，2023年，2月20日，星期一Photosynthesis:turningsunlightintoreducedcarbon第52页，共86页，2023年，2月20日，星期一光能化学能

光合色素（1）叶绿体

1光反应（Thelightreactions）

第53页，共86页，2023年，2月20日，星期一植物细胞叶绿体第54页，共86页，2023年，2月20日，星期一（2）光合色素与光合系统光合色素；主要是叶绿素，其次还有胡罗卜素。第55页，共86页，2023年，2月20日，星期一光合系统；光系统Ⅰ（PS-Ⅰ）：作用中心叶绿素为P700，激发波长是680~700nm,激发后产生强还原剂和弱氧化剂，还原剂导致NADPH的产生。光系统Ⅱ（PS-Ⅱ）：作用中心叶绿素为P680，激发波长小于680nm,激发后产生强氧化剂和弱还原剂，氧化剂激发水分子裂解放出氧和电子。第56页，共86页，2023年，2月20日，星期一PS-ⅠPS-Ⅱ弱氧化剂弱还原剂强还原剂强氧化剂ATPNADPHO2+e-光（λ﹤700nm）光（λ﹤680nm）PSⅠ与PSⅡ在光合作用中的相互作用第57页，共86页，2023年，2月20日，星期一（3）光合电子传递链第58页，共86页，2023年，2月20日，星期一第59页，共86页，2023年，2月20日，星期一（4）光合磷酸化（photophosphorylation）

电子由光系统II传递到光系统I的过程中发生了磷酸化，产生ATP，这磷酸化是由光能推动，称光合磷酸化。光合磷酸化分循环式光合磷酸化和非循环式光合磷酸化。第60页，共86页，2023年，2月20日，星期一C3cycleC4cycle

2暗反应（Thedarkreactions）第61页，共86页，2023年，2月20日，星期一C3Cycle第62页，共86页，2023年，2月20日，星期一第63页，共86页，2023年，2月20日，星期一Stage1:CO2fixation

RuBp→3PGribulosebisphosphatecarboxylase(RuBpcarboxylase)

第64页，共86页，2023年，2月20日，星期一Stage2:Reduction3PG→G-3-P→F-6-P

3PGisconvertedintoG-3-Pintwostepsthatoveressentiallythereversalofthecorrespondingstepinglycolysis,withoneexception:thenucleotidecofacforforthereductionof1,3bisphosphoglycerateisNADPH,notNADH.

第65页，共86页，2023年，2月20日，星期一第66页，共86页，2023年，2月20日，星期一G-3-P→F-6-PThereversalofglycolysis

第67页，共86页，2023年，2月20日，星期一Stage3:RegenerationofRuBP

G-3-P→Ru-5-P→Ru-1,5-dip

第68页，共86页，2023年，2月20日，星期一第69页，共86页，2023年，2月20日，星期一6CO2+12NADPH+12H++18ATP→C6H12O6+12NADP++18ADP+18Pi

C3Cycle:第70页，共86页，2023年，2月20日，星期一（二）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。动物细胞中糖元合成时需UDPG；植物细胞中蔗糖合成时需UDPG，淀粉合成时需ADPG，纤维素合成时需GDPG和UDPG。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-糖苷键合成第71页，共86页，2023年，2月20日，星期一UDPG的结构GUDP第72页，共86页，2023年，2月20日，星期一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糖苷键糖原分支酶第73页，共86页，2023年，2月20日，星期一糖原的生物合成

引物：结合有一个寡糖链的多肽

酶：糖原合成酶，分支酶

糖基供体：UDPG第74页，共86页，2023年，2月20日，星期一

直链淀粉合成

由淀粉磷酸化酶催化，需引物（Gn）,ADPG供糖基，形成α－1.4糖苷键。

支链淀粉合成

淀粉磷酸化酶: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（三）淀粉的生物合成

第75页，共86页，2023年，2月20日，星期一（四）葡萄糖的生物合成

1糖异生作用合成葡萄糖

糖的异生是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。

糖异生的途径基本上是糖酵解的逆转，糖酵解中有三步反应是不可逆的。

第76页，共86页，2023年，2月20日，星期一糖异生主要途径和关键反应

非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下,绕过糖酵解途径的三个不可逆反应,利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生。

糖原（或淀粉）1-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2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶第77页，共86页，2023年，2月20日，星期一糖异生途径关键反应之一+H2O+Pi6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖第78页，共86页，2023年，2月20日，星期一糖异生途径关键反应之二

二磷酸果糖磷酸酯酶+

H2O+Pi1,6-二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖POH2COHOO