生物化学 第九章 糖代谢

生物化学第九章糖代谢第一页，共五十八页，编辑于2023年，星期日本章内容第一节多糖的酶促降解第二节葡萄糖的酵解（EMP途径）第三节三羧酸循环第四节葡萄糖的有氧分解代谢第五节单磷酸己糖支路（HMP途径）第六节糖异生第二页，共五十八页，编辑于2023年，星期日第一节多糖的酶促降解一、淀粉水解酶类凡是能催化淀粉分子及其分子片段中的α-葡萄糖苷键水解的酶，统称淀粉酶。α-淀粉酶β-淀粉酶γ-淀粉酶异淀粉酶

第三页，共五十八页，编辑于2023年，星期日1、α-淀粉酶：又叫淀粉α-1,4-糊精酶，液化酶，系统名称α-1,4-葡聚糖葡聚糖水解酶。是一种内淀粉酶,从淀粉分子内部以随机方式水解α-1,4-糖苷键，能将淀粉切断成分子量较小的糊精。作用于淀粉时，粘度下降，碘反应：蓝紫红无色，还原力逐渐增强；消色点水解率：达到消色点时的水解率；极限水解率：反应液还原力不再增加时的水解率。第四页，共五十八页，编辑于2023年，星期日2、β-淀粉酶：又叫淀粉-1,4-麦芽糖苷酶，系统名：α-1,4-葡聚糖麦芽糖苷酶。一种外淀粉酶，从链的非还原性末端开始，依次切割α-1,4-麦芽糖苷键，每次切下两个葡萄糖单位－麦芽糖。不能水解，也不能越过α-1,6-糖苷键，遇到分支点就停止作用。第五页，共五十八页，编辑于2023年，星期日3、糖化酶：又叫淀粉-1,4(1,6)-葡萄糖苷酶、γ-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶，系统名称：α-1,4-葡聚糖葡萄糖水解酶。一种外淀粉酶，从淀粉分子非还原性末端，依次切割α-1,4-葡萄糖苷键，释放β-葡萄糖，也能水解α-1,6-和α-1,3-葡萄糖苷键，最终可以将淀粉完全水解成葡萄糖。4、异淀粉酶：又叫淀粉-1,6-葡萄糖苷酶,系统名称：葡聚糖-6-葡聚糖水解酶。一种内淀粉酶，水解支链淀粉或糖原的α-1,6-糖苷键，生成长短不一的直链淀粉。第六页，共五十八页，编辑于2023年，星期日淀粉酶的专一性α-淀粉酶β-淀粉酶γ-淀粉酶异淀粉酶支链淀粉分子示意图第七页，共五十八页，编辑于2023年，星期日第二节葡萄糖的酵解（EMP途径）第八页，共五十八页，编辑于2023年，星期日葡萄糖的主要代谢途径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）糖异生

磷酸解酮糖(PK)途径

脱氧酮糖酸(ED)途径第九页，共五十八页，编辑于2023年，星期日酵解（glycolysis）：又称二磷酸己糖途径（HDP）、EMP或EM途径；葡萄糖经1,6－二磷酸果糖和3－磷酸甘油酸降解成丙酮酸，并生成ATP的过程；在细胞质中进行；是动物、植物、微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径，有氧无氧均能进行。一、酵解与发酵的涵义第十页，共五十八页，编辑于2023年，星期日发酵（fermentation）无氧条件下，微生物将葡萄糖或其他有机物发酵分解生成ATP及NADH，又以不完全分解产物作为电子受体，还原生成发酵产物的无氧代谢过程称为发酵。若将酵解产生的NADH上的氢，传递给丙酮酸，生成乳酸，则称乳酸发酵。若NADH中的氢传递给丙酮酸脱羧生成的乙醛，生成乙醇，此过程是酒精发酵。一、酵解与发酵的涵义第十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期日二、酵解途径的反应历程反应部位：细胞质（胞浆）；从葡萄糖到丙酮酸共十步，划分为三个阶段：第一个阶段：葡萄糖分子活化，葡萄糖转化成1,6－二磷酸果糖（F-1,6-P2），需能过程，共消耗2个ATP。第二阶段：己糖裂解阶段，一分子己糖生成二分子3－磷酸甘油醛。第三阶段：氧化产能阶段，3－磷酸甘油醛生成丙酮酸，同时发生二次底物水平磷酸化反应，各生成一分子ATP。第十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期日1、葡萄糖的磷酸化第一阶段（己糖激酶）己糖激酶是糖酵解途径的第一个限速酶。ATP

ADP第十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期日葡萄糖磷酸化反应的意义将葡萄糖磷酸化易参加代谢反应的活化形式；磷酸化的葡萄糖有防止胞内葡萄糖外渗的作用；为后续进行的底物水平磷酸化贮备了磷酸基团。第十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期日2、磷酸己糖异构化（磷酸己糖异构酶）第一阶段第十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期日3、1,6-二磷酸果糖的生成磷酸果糖激酶是糖酵解途径的最重要的限速酶。（磷酸果糖激酶）第一阶段ADPATP

第十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期日第一阶段：葡萄糖分子活化ATP

ADPATPADP己糖激酶磷酸果糖激酶异构酶第一阶段是消能过程，1G消耗2个ATP。第十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期日4、1,6-二磷酸果糖的裂解第二阶段（醛缩酶）123456第十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期日5、磷酸丙糖异构相当于1,6-二磷酸果糖裂解为两分子的3-磷酸甘油醛。第二阶段丙糖磷酸异构酶△G0′=7.65kJ/mol第十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期日第二阶段：磷酸己糖的裂解醛缩酶磷酸丙糖异构酶第二十页，共五十八页，编辑于2023年，星期日6、3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸这是糖酵解过程中唯一一步脱氢反应。（3-磷酸甘油醛脱氢酶）第三阶段第二十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期日7、高能磷酸基团的转移糖酵解中第一次底物水平磷酸化，1分子葡萄糖产生2分子ATP。（磷酸甘油酸激酶）第三阶段第二十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期日8、3-磷酸甘油酸变为2-磷酸甘油酸（磷酸甘油酸变位酶）第三阶段第二十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期日9、磷酸烯醇式丙酮酸的生成（烯醇化酶）

第三阶段第二十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期日糖酵解中第二次底物水平磷酸化；丙酮酸激酶是第三个限速酶；1分子葡萄糖又产生2分子ATP。10、丙酮酸生成（丙酮酸激酶）

第三阶段第二十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期日第三阶段：氧化产能NAD+

NADH+H+

PiADP

ATPH2OMg或MnATPADP丙酮酸PEP丙酮酸激酶3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油酸激酶变位酶烯醇化酶第二十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期日E1:己糖激酶E2:6-磷酸果糖激酶E3:丙酮酸激酶磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP丙酮酸E3GluATP

ADPG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPE2E1第二十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期日1、整个过程无氧参加；2、三个关键酶；3、从葡萄糖开始净生成2分子ATP，4、一次脱氢，辅酶为NAD＋，生成NADH＋H＋。有氧条件下：NADH可通过呼吸链体被氧化，以氧为最终受氢体；无氧条件下，以丙酮酸或丙酮酸降解产物为受氢体。总反应式:

G+2NAD+

+2ADP+2Pi2丙酮酸+2NADH+2H++2ATP+2H2O糖酵解反应特点第二十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期日影响酵解的调控位点及相应调节物

3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮21，3-二磷酸甘油酸6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖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abc

调控位点激活剂抑制剂a

己糖激酶

ATPG-6-PADPb磷酸果糖

ADPATP

激酶

AMP柠檬酸（限速酶）

果糖-2,6-二磷酸

H+ATPc

丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸Ala

乙酰CoA

规律：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，被调节的酶多数为催化反应历程中不可逆反应的酶，通过酶的变构效应实现活性的调节，调节物多为本途的中间物或与本途径有关的代谢产物。第二十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期日小结酵解途径：葡萄糖转变为丙酮酸的过程；基本过程：十步反应，三个阶段（活化、裂解、放能）；反应部位：细胞质；特点：两步耗能、两步产能（底物水平磷酸化），一步脱氢，产生1分子NADH；三种关键酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶。第三十页，共五十八页，编辑于2023年，星期日三、酵解生理意义是单糖分解代谢的一条最重要的基本途径；组织和细胞在无氧条件下获得有限的能量维持生命活动（酵解1分子葡萄糖得2个ATP）；有氧条件下，酵解是单糖完全氧化分解成CO2和水的必要准备阶段（酵解1分子葡萄糖得7个ATP)

；第三十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期日其它糖进入单糖分解的途径ATPADP3-磷酸甘油甘油NADH+H+NAD+PiADP磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛进入糖酵解G-6-P葡萄糖F-6-PF-1,6-PATPATPADPUTPPPi半乳糖半乳糖-1-PUDP-半乳糖UDP-葡萄糖G-1-PATPADPUTPPPi半乳糖激酶变位酶ATPADP果糖己糖激酶糖原或淀粉磷酸化酶甘露糖ATPADP己糖激酶甘露糖-6-P

醛缩酶果糖激酶果糖-1-P

甘油醛第三十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期日四、丙酮酸的去路（有氧）（无氧）葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA三羧酸循环（有氧或无氧）糖酵解途径第三十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期日1、乳酸发酵（同型乳酸发酵）COOHC=OCH3丙酮酸乳酸脱氢酶

乳酸COOHCH(OH)CH3

NADH+H+

NAD+利用酵解反应生成的还原型辅酶NADH，将丙酮酸还原成乳酸。总反应式:

G+2ADP++2Pi

2乳酸+2ATP+2H2O第三十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期日2、酒精发酵COOHC=OCH3丙酮酸乙醛CHOCH3CO2丙酮酸脱羧酶CH2OHCH3乙醇

NADH+H+

NAD+乙醇脱氢酶利用酵解途径生成的NADH将乙醛还原成乙醇。总反应式:

G+2ADP++2Pi

2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O第三十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期日3、甘油发酵磷酸二羟基丙酮CH2OHC=OCH2OPα-磷酸甘油脱氢酶

NADH+H+

NAD+CH2OHHCOHCH2OPα-磷酸甘油

H2O

H3PO4α-磷酸甘油磷酸酯酶CH2OHHCOHCH2OH甘油正常酒精发酵，会产生少量甘油，因为酒精发酵之初，细胞内没有足够的乙醛作为NADH的受氢体。第三十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期日第三节

葡萄糖的有氧氧化

（EMP－TCA）第三十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期日葡萄糖的有氧分解（EMP）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CO2NADH+H+FADH2ATPH2O第三十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期日机体在氧供应充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。发生部位：

原核生物：细胞质真核生物：细胞质及线粒体一、有氧氧化途径（EMP－TCA）第三十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期日反应过程

酵解途径丙酮酸的氧化脱羧

三羧酸循环G（Gn）丙酮酸

乙酰CoA

CO2NADH+H+FADH2H2O

[O]

ATP

ADP

TCA循环胞液

线粒体

氧化磷酸化第四十页，共五十八页，编辑于2023年，星期日二、丙酮酸氧化脱羧COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸脱氢酶复合体CH3-C-SCoAO乙酰CoA＋CoASH辅酶A＋CO2NAD＋NADHH+总反应式：在真核细胞的线粒体基质中进行，是连接糖酵解

TCA的中心环节。E1：丙酮酸脱羧酶E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶第四十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期日丙酮酸脱氢酶复合体

酶E1：丙酮酸脱羧酶E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶

辅酶（辅基）

TPP

硫辛酸（

）

HSCoA

FAD、NAD+SSL第四十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期日反应历程第四十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期日丙酮酸脱氢酶系的活性调节可逆磷酸化的共价调节激酶/磷酸酶磷酸化的丙酮酸脱羧酶（无活性）去磷酸化的丙酮酸脱羧酶（有活性）别构调节抑制剂：ATP、乙酰CoA、NADH乙酰CoA抑制E2，ATP抑制E1，NADH抑制E3激活剂：AMP、ADP、CoASH、NAD＋第四十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期日小结1、部位：线粒体；2、脱羧、脱氢，净生成1分NADH；3、中间物不脱离酶复合体，反应单向进行；4、丙酮酸脱氢酸复合体组成：3种酶、5种辅酶（辅基）；丙酮酸脱羧酶：TPP；二氢硫辛酰胺转乙酰酶：硫辛酸、CoASH；二氢硫辛酰胺脱氢酶：FAD、NAD＋第四十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期日柠檬酸草酰乙酸乙酰CoACoAH2O柠檬酸合酶顺乌头酸琥珀酰CoA异柠檬酸H2OH2O异柠檬酸脱氢酶NAD+NADH+H+CO2α-酮戊二酸脱氢酶复合体柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体延胡索酸苹果酸FADFADH2H2O草酰琥珀酸CO2NAD+NADH+H+三羧酸循环琥珀酸GDPGTPATPNADH+H+NAD+α-酮戊二酸CO2CO2HHHHH2HHATP第四十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期日1、提供能量葡萄糖分解代谢总反应式：C6H12O6+6H2O+10NAD++2FAD+4ADP+4Pi→6CO2+10NADH+10H++2FADH2+4ATP三、有氧分解生理意义第四十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期日合计第二阶段32ATP产生辅酶反应

-1葡萄糖6-磷酸葡萄糖2.5×2

NAD+苹果酸草酰乙酸1.5×2FAD琥珀酸延胡索酸

1×2琥珀酰辅酶A琥珀酸2.5×2NAD+a-酮戊二酸琥珀酰辅酶A2.5×2NAD+异柠檬酸a-酮戊二酸2.5×2NAD+丙酮酸乙酰辅酶A1×2磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸1×21,3-二磷酸甘油酸

3-磷酸甘油酸2.5×2NAD+3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸

-1

6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖三羧酸循环酵解阶段丙酮酸氧化葡萄糖有氧氧化生成的ATP表9-6第四十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期日2、为生物合成提供碳链草酰乙酸苹果酸延胡索酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸柠檬酸卟啉谷氨酸谷酰胺脯氨酸精氨酸乙酰CoATCA循环草酰乙酸乙酰CoA脂肪酸葡萄糖天冬氨酸第四十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期日四、回补途径能为TCA循环补充中间产物的代谢途径称为回补途径。主要有：丙酮酸羧化支路乙醛酸循环第五十页，共五十八页，编辑于2023年，星期日1、丙酮酸羧化支路（1）丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸，需要生物素为辅酶。

丙酮酸羧化酶＋CO2＋ATP＋H2OCOOHC=OCH3丙酮酸O=C–COOHCH2–COOH草酰乙酸＋ADP＋Pi生物素、Mg2+动、植物和微生物中普遍存在这个反应。第五十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期日（2）苹果酸酶催化丙酮酸还原羧化成苹果酸。真核细胞生物中存在这个反应。苹果酸酶＋CO2＋NADPH＋H＋COOHC=OCH3丙酮酸HO–CH–COOHCH2–COOH苹果酸＋NADP＋第五十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期日（3）磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的催化下形成草酰乙酸。植物和细菌存在这个反应。磷酸烯醇式丙酮酸COOHC–O～PCH2＋CO2＋GDPMg2+＋GTPO=C–COOHCH2–COOH草酰乙酸第五十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期日HO–CH–COOHCH2–COOH苹果酸