生物化学课件第九章 糖代谢

一、多糖和寡聚糖的酶促降解二、糖酵解glycolysis三、三羧酸循环TCAcycle四、磷酸戊糖途径pentosephosphate五、糖的异生gluconeogenesis糖代谢所有内容都是生物化学的重点，其中糖酵解，TCA循环是重中之重。第九章糖代谢

分解代谢途径合成代谢途径

糖酵解（糖的无氧氧化）柠檬酸循环（糖的有氧氧化）磷酸戊糖途径糖原合成糖异生糖代谢包括分解代谢和合成代谢糖类代谢概述糖类是自然界分布最广泛的有机物，对于人体来说具有重要作用人体中糖类的主要存在形式是糖原和葡萄糖（为了简化描述，下面用G代表糖）糖类对于其他生物体也有重要作用（提供能量、特别对脑、红细胞等组织更为重要）一.胞外降解细胞外多糖和低聚糖胞外水解酶（淀粉酶、寡糖酶）二.胞内降解细胞内储备的糖原或淀粉磷酸化酶活化、水解转移酶去分支酶断支链磷酸化酶活化、水解单糖主要是葡萄糖第一节多糖和低聚糖的酶促降解7磷酸化酶(别构酶)ATP抑制-AMP激活

例肝糖元的分解α葡萄糖1,4糖苷键α葡萄糖1,6糖苷键糖原核心糖原核心

G-1-P

+去分枝酶1G-1-P糖原核心磷酸化酶G-1-P去单糖降解转移酶糖原核心总论丙酮酸葡萄糖“糖酵解”不需氧“磷酸戊糖途径”需氧有氧情况缺氧情况好氧生物厌氧生物“三羧酸循环”“乙醛酸循环”

CO2+H2O“乳酸发酵”乳酸“乳酸发酵”、“乙醇发酵”乳酸或乙醇

CO2+H2O重点第二节糖酵解（glycolysis）糖经一系列的酶促反应变成丙酮酸，并生成ATP，是一切生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径，也称Embden-Meyerhof-Parnas(EMP)pathway。无氧条件下，厌氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成的NADH+H+用于还原丙酮酸生成乙醛，进而产生乙醇，称为乙醇（酒精）发酵（fermentation）。肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，酵解中生成的NADH+H+用于丙酮酸乳酸，称为乳酸发酵。

EMP途径的生化历程学习糖酵解过程中需要注意的重点问题1ATP的消耗和生成2限制步骤和限速酶3是否生成NADH，NADH的去向4底物磷酸化一糖酵解的主要过程我们可以将糖酵解分为两个阶段，每阶段包括5步化学反应。第一阶段：磷酸丙糖生成阶段（耗能）包括5步反应。葡萄糖在己糖激酶、磷酸葡萄糖异构酶、磷酸果糖激酶、醛缩酶和磷酸丙糖异构酶作用下生成2分子3-磷酸甘油醛，同时消耗2个ATP，进行2次磷酸化反应。磷酸丙糖(3C)5步反应，5种酶，消耗2分子ATP糖酵解第一阶段，耗能已糖（6C）第二阶段：丙酮酸生成阶段（放能），也包括5步反应。本阶段中，3-磷酸甘油醛在3-磷酸甘油醛脱氢酶、磷酸甘油酸激酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶和丙酮酸激酶作用下生成丙酮酸，同时进行两次底物磷酸化，产生2个ATP。由于一分子葡萄糖产生两分子3－磷酸甘油醛，因此第二阶段共生成4分子ATP。2分子3-磷酸甘油醛2分子丙酮酸5步反应，5种酶，消耗2分子ATP糖酵解第二阶段，放能一分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛（第一阶段）甘油醛-3磷酸二羟丙酮磷酸磷酸果糖激酶己糖激酶磷酸己糖异构酶葡萄糖6－磷酸果糖6－磷酸葡萄糖1，6－二磷酸果糖ATPADPATP磷酸化酶糖原1－磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶ADP己糖激酶磷酸果糖激酶ATPATP3-磷酸甘油醛降解为丙酮酸（第二阶段）磷酸烯醇式丙酮酸2ATP2ATP3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶2ADP烯醇化酶磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸脱氢酶NAD++PiNADH+H+2ATP2ADP2ATP第一阶段耗能过程1ATP的γ-磷酸基转移，不可逆，保证G迅速磷酸化2

己糖激酶，非特异性，Km小，容易接合G，提高机体G利用率，肌肉中受G6P的别构抑制。3葡萄糖激酶（肝脏）不受G6P的抑制，但Km大己糖激酶葡糖糖激酶（肝脏）第一步：葡糖→葡糖6磷酸1自由能变化小，反应可逆2异构化反应，需开链进行，醛糖变酮糖磷酸葡萄糖异构酶第二步：葡糖6磷酸→果糖6磷酸糖酵解限速步骤（非常重要）1糖酵解的限速步骤2磷酸化通常伴随着ATP消耗3磷酸果糖激酶是一种关键酶，且为别构调节酶第三步：果糖6磷酸→果糖1,6二磷酸磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-糖酵解的限速酶含有四个亚基。属于别构调节酶酶的调节也是别构调节，受ATP、H+的抑制，柠檬酸及脂肪酸的存在会加强ATP的抑制作用。AMP、ADP及Pi可消除抑制。有两种类型的醛缩酶（I型存在于动植物体中，II型存在于细菌、酵母、真菌，含有金属离子）。第四步：果糖1,6二磷酸→二羟丙酮磷酸+甘油醛-3-磷酸醛缩酶丙糖磷酸异构酶催化反应非常迅速，一旦接触即刻完成。第五步：二羟丙酮磷酸→甘油醛-3-磷酸丙糖磷酸异构酶第二阶段放能过程1酰基磷酸是有高能磷酸基团转移势能的化合物2在3-磷酸甘油醛脱氢酶作用下，由磷酸和NAD+参与完成的酰基磷酸。第六步：甘油醛-3-磷酸→1,3二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛脱氢酶1该反应在磷酸甘油酸激酶催化下进行，需要Mg离子参与2释放出大量能量推动ATP生成3该过程伴随底物磷酸化第七步：1,3二磷酸甘油酸+ADP→3-磷酸甘油酸+ATP磷酸甘油酸激酶底物磷酸化底物氧化、分子内基团重排等所释放的能量偶联ATP的生成（即底物磷酸化），涉及可溶性的酶和代谢中间物，不涉及膜结合的酶、跨膜质子梯度和电子传递，因而区别于与呼吸相连的氧化磷酸化。第八步：3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶1该反应在变位酶作用下完成，属于异构酶类2由于后续反应是高度放能，因此该反应能向2-磷酸甘油酸方向进行3反应并不直接发生，有活性的变位酶活性部位His结合有一个磷酸基，当3-磷酸甘油酸进入到该酶活性部位时，首先生成2，3-二磷酸甘油酸-酶复合物，然后复合物分解，释放出2-磷酸甘油酸烯醇化酶第九步：2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸1该反应在烯醇化酶作用下进行2生成的磷酸烯醇式丙酮酸具有高能磷酸键1丙酮酸激酶是别构调节酶，需要Mg2+，K+，催化ATP生成，是酵解途径的重要调节酶，长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP、Ala等均抑制酶活；2整个酵解途径的反应1、3、10为调控步骤。3

该反应又是一次底物水平磷酸化第十步：磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸+ATP丙酮酸激酶糖酵解途径葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸二糖酵解的化学计量从葡糖糖酵解总的化学反应方程式：葡萄糖+2NAD+2Pi+2ADP→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O1、从葡萄糖开始的化学计量二糖酵解的化学计量2、从糖原开始的化学计量从糖原开始，整个反应过程可生成3分子ATP。1-4glycosidicbond-1-6glycosidicbond糖原磷酸化酶（amylophosphorylase）转移酶(transferase)糖原磷酸化酶转移酶脱支酶糖原磷酸解生成1－磷酸葡萄糖，1－磷酸葡萄糖经变位酶生成6－磷酸葡萄糖，进入糖酵解过程。磷酸解过程中的磷酸是由磷酸本身来提供，而并非ATP来提供，因此少消耗1分子ATP。

糖酵解与所有代谢途径一样，酵解速度是受调节控制的，有三个调控步骤。其中最主要的是EMP第三步，即由磷酸果糖激酶催化6－磷酸果糖生成1，6－二磷酸果糖。三EMP途径的调控为什么磷酸果糖激酶处在最关键的控制部位？丙酮酸激酶：丙酮酸激酶催化的是EMP最后一步，因而不可能成为控制G进入EMP的主要控制点。己糖激酶：己糖激酶催化产生的G-6-P也可直接通过糖原降解产生，而且G-6-P可进入糖其他代谢途径，如磷酸戊糖途径。磷酸果糖激酶处在最关键控制部位上。三磷酸果糖激酶的活性调节ADP和AMP对此酶有激活作用，而ATP、NADH、柠檬酸和长链脂肪酸是此酶的别构效应物，能抑制此酶活性。当细胞处于低能时，ADP/AMP较多，而ATP较少，此时磷酸果糖激酶被激活，与底物亲和力增高；细胞处于高能状态时，ATP含量增加，与酶调节部位结合，使酶构象改变，与底物亲和力降低，反应速率下降。另外，柠檬酸是丙酮酸有氧状态下的中间产物，也是一种别构效应物。

2，6-二磷酸果糖对糖酵解有重要调节作用。是磷酸果糖激酶强有力的激动剂。三、己糖激酶的活性调节己糖激酶活性受到产物6-磷酸葡萄糖浓度的调控——产物抑制。丙酮酸激酶

1，6－二磷酸果糖和磷酸烯醇式丙酮酸是丙酮酸激酶的激活剂。

ATP、柠檬酸和长链脂肪酸是抑制剂，调控方式类似于果糖激酶。四、糖酵解的生物学意义为生物体提供一定的能量，糖酵解的中间物为生物合成提供原料，是某些特殊细胞在氧供应正常情况下的重要获能途径。形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架为糖异生提供基本途径

五、糖酵解产物的去向？葡萄糖+2NAD+2ADP+2Pi→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O糖酵解后，丙酮酸去向何方？NADH的命运如何？H又落脚何处？酵解产生的丙酮酸的三个可能的分解代谢命运无氧条件无氧条件酵解产生的丙酮酸的可能的合成代谢命运其它物质，如Ala高能量，脂类物质NADH，H的命运无氧条件下:

通过乙醇发酵受氢通过乳酸发酵受氢有氧条件下:

通过呼吸链递氢，最终生成H2O，并生成ATP。其他己糖进入糖酵解反应的途径第三节三羧酸循环一、丙酮酸的氧化脱羧二、三羧酸循环的化学途径三、回补反应四、TCA循环的生理意义五、三羧酸循环的调节一、丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸（糖酵解产生）在有氧条件下，进入线粒体内膜。在丙酮酸脱氢酶系作用下，氧化脱羧生成乙酰CoA。方程式如下：丙酮酸乙酰CoA丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶复合体

—连接糖酵解与TCA循环的桥梁1丙酮酸脱氢酶系——多酶复合体（3酶5辅因子）（1）酶E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶E3：二氢硫辛酰脱氢酶（2）辅因子TPP，FAD，CoASH，NAD，硫辛酸

三羧酸循环首先从乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，经多步反应回到草酰乙酸，消耗乙酰CoA产生CO2、NADH、FADH2和ATP。分8步反应。草酰乙酸二、三羧酸循环的化学途径三羧酸循环TCA循环是燃料物质氧化分解的中心途径?TCA循环的三个名字三羧酸循环柠檬酸循环Krebs循环TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1953"forhisdiscoveryofthecitricacidcycle"

HansAdolfKrebs(1900-1981)UnitedKingdom

Krebsdiscoveredtheureacyclein1932beforeheelucidatedthecitricacidcycle!三羧酸循环的途径柠檬酸异柠檬酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸乙酰CoA8步反应（一）TCA循环的具体过程1强放热反应，不可逆，第一个限速步骤2催化的酶为柠檬酸（缩）合酶3柠檬酸合酶属于别构酶，活性受ATP、NADH、琥珀酰CoA、酯酰CoA等抑制，是柠檬酸循环中的限速酶乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸柠檬酸合酶第一步：乙酰辅酶A+草酰乙酸→柠檬酸（三羧基）1该反应可逆，中间物为顺乌头酸2催化的酶为乌头酸酶柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸乌头酸酶乌头酸酶第二步：柠檬酸→异柠檬酸（三羧基）1放热反应，氧化还原反应之一，受氢体为NAD或NADP2催化的酶为异柠檬酸脱氢酶3异柠檬酸脱氢酶是一种别构调节酶。活性受ADP、NAD+激活，受ATP、NADH抑制α-酮戊二酸异柠檬酸

异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶1氧化还原反应之二，受氢体为NAD2催化的酶为α-酮戊二酸脱氢酶系，此酶系与丙酮酸脱氢酶系非常类似。3

第三个调控步骤，产生能量用于推动反应向氧化方向进行，大部分能量保存于高能硫酯键α-酮戊二酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸脱氢酶系第四步：α-酮戊二酸→琥珀酰辅酶A（一羧基）1琥珀酰CoA的高能硫酯键断裂与GDP的磷酸化偶联，在哺乳动物中生成GTP，在植物和微生物中生成ATP，是TCA循环中唯一的底物磷酸化2催化的酶为琥珀酰合成酶琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酰合成酶H2O第五步：琥珀酰CoA

→琥珀酸（二羧基）1氧化还原反应之三，可逆，受氢体为FAD2催化的酶为琥珀酸脱氢酶.琥珀酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶第六步：琥珀酸→延胡索酸（二羧基）1催化的酶是延胡索酸酶2延胡索酸具有严格的立体专一性延胡索酸L-苹果酸延胡索酸酶第七步：延胡索酸→L-苹果酸（二羧基）1催化的酶是苹果酸脱氢酶2氧化还原反应之四，受氢体为NAD3尽管该反应从自由能看应逆向进行，但由于乙酰CoA和草酰乙酸是强放热反应，因此反应向草酰乙酸方向进行L-苹果酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶第八步：L-苹果酸→草酰乙酸（二羧基）三羧酸循环的途径柠檬酸异柠檬酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸乙酰CoAOverviewCitricAcidCycle一次TCA循环的净结果是：乙酰基(carriedbyCoA)被氧化生成2CO2，同时合成1GTP，3NADH和1FADH2。（二）TCA循环的化学计量通过TCA循环产生的NADH和FADH2全部进入到线粒体内的电子传递链中，将所携带的H传递给O2，而本身重新生成NAD和FAD每分子NADH+H通过电子传递链产生2.5个ATP，每分子FADH2通过电子传递链产生1.5个ATP计算一分子葡糖糖彻底氧化分解所产生的ATP数量！糖酵解：2ATP,2NADH2+5（3）=7（5）2丙酮酸→2乙酰辅酶A:2NADH2.5x2=5TCA循环10x2=2030或322从G开始，有氧氧化过程中CO2的产生

（三）三羧酸循环的特点1从——和——开始，到——结束。每循环一周消耗一个——，进行——次脱羧，——次脱氢，——次底物磷酸化，能量和CO2主要在三羧酸循环中产生。2三羧酸循环必须在——氧条件下进行，若无氧，脱下的H无法进入呼吸链彻底氧化。3在——

、——、——步反应，生成NADH，在——步中生成FADH2，在第——步进行一次底物水平磷酸化。二TCA循环的生理意义1糖类代谢、脂类代谢以及氨基酸代谢的共同途径，即燃料物质氧化分解的共同途径2为各种生物分子的合成提供原料3通过TCA循环释放出ATP以及NADH+H，而NADH+H进入电子传递链将H传递给氧，同时释放出大量ATP的过程Aminoacids

氨基酸Fattyacids

脂肪酸Glucose

葡萄糖Glycolysis

糖酵解Pyruvate

丙酮酸Acety1-CoA

乙酰CoACitrate

柠檬酸Oxaloacetate

草酰乙酸Respiratory

呼吸链1糖类代谢、脂类代谢以及氨基酸代谢的共同途径，即燃料物质氧化分解的共同途径2TCA循环为生物合成提供原料α-酮戊二酸柠檬酸谷氨酸嘌呤脂肪酸琥珀酰CoA卟啉苹果酸草酰乙酸丙酮酸乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖天冬酰氨天冬氨酸嘧啶各种氨基酸三回补反应

当柠檬酸循环的中间物因用于其他物质合成时，尤其当蛋白质合成旺盛时，其中间物的浓度会减少，从而导致该循环的终端产物草酰乙酸不能重复生成影响TCA循环正常进行。在这种情况下，为确保TCA循环，必须有相应补充中间物的途径，即回补途径1.丙酮酸羧化支路2.乙醛酸途径3.其他途径回补反应1.丙酮酸羧化支路植物和微生物动物乙醛酸循环－使乙酰－CoA转变为草酰乙酸而进入柠檬酸循环。植物（plants）、微生物和酵母通过乙醛酸循环途径可以利用乙酸作为唯一碳源动物组织没有乙醛酸循环，不能将脂肪酸转变为糖类异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循环特有的两种酶2.乙醛酸循环-TheGlyoxylateCycle乙醛酸循环乙醛酸循环——柠檬酸循环支路柠檬酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。（省了6步）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CoACoASH①②2乙酰-CoA＋2NAD++FAD→草酰乙酸+2NADH+FADH2+2H++2CoA-SH糖异生油料植物种子脂代谢糖乙醛酸循环草酰乙酸乙酰CoA3.其他途径某些氨基酸通过转氨基作用生成草酰乙酸或-酮戊二酸等NH2NH2柠檬酸循环中起关键调节作用的酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体的调节1.别构抑制（产物）：抑制剂乙酰CoA和NADH，乙酰CoA抑制E2，NADH抑制E3，抑制作用可被CoASH和NAD+逆转，底物和产物竞争酶的活性部位。2.共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶的磷酸化和去磷酸化四三羧酸循环的调节柠檬酸合酶抑制剂：ATP，NADH和琥珀酰CoA激活剂：NAD+，草酰乙酸和乙酰CoA异柠檬酸脱氢酶抑制剂：ATP，NADH激活剂：ADP，NAD+，Ca2+α-酮戊二酸脱氢酶复合体抑制剂：ATP，NADH和琥珀酰CoA激活剂：AMP三羧酸循环的调节FADH2NADH葡萄糖己糖磷酸丙糖磷酸丙酮酸乙酰CoA无O2乙醇酒精发酵乳酸乳酸发酵有O2糖酵解三羧酸循环电子传递和氧化磷酸化总结与提示CO2CO2ATPH2O2023/6/5乳酸、丙酮酸、甘油、一些氨基酸糖异生脂质、蛋白质糖异生乙酸丙酸乳酸糖异生糖异生的前体物质1)凡可生成丙酮酸的物质，例如肌肉剧烈运动产生的大量乳酸。2）TCA的中间产物，但乙酰CoA不能作为糖异生的前体；3)大多氨基酸是生糖氨基酸，分别变为丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸等进入糖异生；4）反刍动物分解纤维素产生的乙酸、丙酸、丁酸等5）奇数脂肪酸分解产生的琥珀酰CoA等。糖酵解与糖异生糖异生丙酮酸葡萄糖糖酵解？异生过程似乎是酵解过程的逆转反应，但实际过程也不完全可逆，因为两者尽管享有七步共同的反应步骤（可逆反应），但还有三步反应是不可逆的。

酵解过程的三步不可逆反应在体内不能被用于异生，必需有不同的酶催化反应来逾越三步不可逆反应。糖