第八章 糖代谢

Chapter8MetabolismofCarbohydrates第八章糖代谢8.1概述8.2糖的分解代谢8.3糖原的生物合成和葡萄糖异生作用8.4糖代谢在工业上的应用§8.1概述葡萄糖及其他单糖经分解代谢可为机体提供大量的能量，成人每天所需能量的60%~70%均来自糖类。植物和光合细菌能利用CO2和H2O合成糖类——自养，人类和动物则利用植物制造的糖类获取能量——异养。淀粉和糖原是异养生物能源和碳源。

多糖酶促降解的两种方式细胞外降解——水解（由动物的消化酶类或微生物胞外酶完成）。各种糖苷酶水解多糖，如：淀粉酶类。细胞内降解——磷酸解。由磷酸化酶催化底物加磷酸同时降解。一、多糖及寡糖的酶促降解⑴α-淀粉酶(α-amylase)名称：α-糊精酶或液化酶。作用：内切酶，内部随机水解α-1,4-糖苷键。

不能水解α-1,6-糖苷键。产物：直链淀粉→G、麦芽糖、糊精支链淀粉→G、麦芽糖、异麦芽糖、糊精存在：动物的唾液和胰液、植物的麦芽；微生物枯草杆菌、芽孢杆菌、米曲霉、黑曲霉。1、细胞外降解——糖苷酶（glycosidase）（2）β-淀粉酶(β-amylase)

名称：α-1,4-麦芽糖苷酶。

作用：外切酶，水解淀粉α-1,4-糖苷键，从非还原端依次切下2个G单位，不能水解α-1,6-糖苷键，作用于支链淀粉时，遇到分支点即停止作用，剩下的大分子量分支糊精，称为β-极限糊精或核心糊精（coredextrin）。产物：直链淀粉→麦芽糖;支链淀粉→麦芽糖+核心糊精（β-极限糊精）。

存在：麦芽、麸皮、大豆、甘薯、细菌等。

α-淀粉酶和β-淀粉酶的区别在于α-淀粉酶水解-1，4糖苷键，β-淀粉酶水解β-1，4糖苷键。（3）γ–淀粉酶(γ-amylase)名称：又称糖化酶或葡萄糖淀粉酶。作用：

外切酶，水解淀粉的α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键，从非还原端顺次切下一个葡萄糖分子，并转位形成β-葡萄糖。产物：葡萄糖。存在：动物组织、霉菌、细菌。糖化酶主要用途是淀粉糖化剂，是淀粉工业转化的主要水解酶，它与α-淀粉酶一起广泛用于淀粉糖生产和发酵（4）R酶(glucosiduse)名称：α-1,6-葡萄糖苷酶。作用：水解支链淀粉α-1,6-糖苷键。产物：支链淀粉→直链糊精。存在：植物、动物、微生物。各种淀粉水解酶的专一性（5）纤维素酶(cellulase)作用：水解纤维素分子的β-1,4-糖苷键。产物：纤维素→纤维二糖+葡萄糖。存在：微生物。

反刍类哺乳动物牛、羊肠道中的细菌能分泌纤维素酶可以降解纤维素。（1）糖原磷酸化酶：水解糖原α-1,4-糖苷键，从非还原端起切下的葡萄糖C1位磷酸化形成G-1-P。（2）脱支酶：水解糖原分支点的α-1,6-糖苷键。2、细胞内降解非还原端+G-1-P

极限糊精寡聚-（1,4→1,4)葡萄糖转移酶α-1,4-糖苷+GH2O脱支酶+G-1-P磷酸化酶磷酸化酶Pi（3）水解双糖的酶麦芽糖葡萄糖+葡萄糖蔗糖葡萄糖+果糖乳糖葡萄糖+半乳糖蔗糖酶麦芽糖酶乳糖酶β-半乳糖苷酶二、单糖的吸收与转运1、单糖可被吸收2、参与消化的酶类

唾液（含α-淀粉酶）

----水解α-1,4糖苷键

产物:G，麦芽糖，糊精3、吸收部位：小肠——单糖（酶）方式：消耗能量的主动运输过程

4、血糖：血液中的葡萄糖。

血糖的主要来源与去路

血糖

食物中糖氧化供能其它糖，复合糖肝糖原分解糖原合成非糖物质（脂肪、非必需AA）糖异生(肾糖域)尿糖高血糖：›8.8mmol/L；低血糖：‹3.8mmol/L。

正常：4.4~6.7mmol/L葡萄糖与Na+同向协同运输

3、糖代谢概况

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核糖+NADPH+H+磷酸戊糖途径淀粉消化与吸收

（1）需氧分解（有氧呼吸）——氧为最终受氢体糖在有氧条件下彻底分解成CO2和H2O，同时放出能量的过程，称为糖的有氧氧化或有氧呼吸。【总反应式】：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+686千卡自由能（2）不需氧分解（无氧呼吸）少数生物或组织在缺氧或暂时缺氧时葡萄糖的分解反应，产生较少ATP。G在细胞内进行无氧呼吸生成乳酸的过程，称为酵解(glycolysis)。C6H12O62丙酮酸2乳酸+47千卡自由能酵解还原

——代谢中间产物为最终受氢体C6H12O62丙酮酸2乙醇+2CO2+52千卡自由能（3）以无机物为受氢体的无氧呼吸

厌氧生物以无机硫或硝酸盐、亚硝酸盐为糖氧化的受氢体。微生物在分解糖时也获取部分能量。发酵葡萄糖经酵母菌无氧呼吸作用生成

乙醇的过程，称为发酵。还原§8.2糖的分解代谢EMP途径无氧乙醛丙酮酸受氢体——无氧分解和有氧分解的共同阶段从葡萄糖→丙酮酸的10步反应，称为EMP途径或糖酵解途径。一、EMP途径（糖酵解途径）EMP途径是1933年Embden和Meyerhof、Parnas发现糖酵解及发酵的关键性中间产物而得名。EMP途径的反应过程：fructose-1,6-bisphosphate

磷酸己糖异构酶(2)fructose-6-phosphate

（1）活化阶段（-2ATP）glucose

glucose-6-phosphate

磷酸果糖激酶-1ATPADP(3)己糖激酶/葡萄糖激酶ATPADP(1)GG-6-PF-6-PF-1,6-2P第一限速第二限速（EC2.）（EC5.）（EC2.）fructose-1,6-bisphosphate

（2）裂解阶段磷酸丙糖异构酶(5)醛缩酶(4)dihydroxyacetonephosphate

glyceraldehyde-3-phosphate

F-1,6-2P(FBP/FDP)二羟丙酮磷酸（DHAP）甘油醛-3-磷酸（GAP）醛缩酶的产物是：（

）A．G-6-P

B．F-6-P

C．F-D-P

D．1，3-二磷酸甘油酸（EC4.）（EC5.）glyceraldehyde-3-phosphate

(6)甘油醛-3-磷酸脱氢酶NAD++PiNADH+H+glycerate-1,3-diphosphate

(7)ATPADP磷酸甘油酸激酶/Mg2+

glycerate-3-phosphate

(8)磷酸甘油酸变位酶glycerate-2-phosphate

（3）放能阶段

（+4ATP、+2H）甘油醛-3-磷酸（GAP）甘油酸-1,3-二磷酸（1,3-BPG）甘油酸-3-磷酸底物水平磷酸化甘油酸-2-磷酸（EC1.）（EC2.）（EC5.）甘油酸-2-磷酸磷酸烯醇式丙酮酸

丙酮酸底物水平磷酸化葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2OEMP总反应式：

第三限速glycerate-2-phosphate

烯醇化酶⑼H2Ophosphoenolpyruvate丙酮酸激酶⑽ATPADPpyruvateH-（EC2.）（EC4.）第一限速步骤第二限速步骤唯一脱氢氧化第三限速步骤底物水平磷酸化底物水平磷酸化己糖激酶糖酵解时哪一对代谢物提供P使ADP生成ATP：（

）A．3-磷酸甘油醛及磷酸烯醇式丙酮酸B．1,3-二磷酸甘油酸及磷酸烯醇式丙酮酸C．1-磷酸葡萄糖及1,6-二磷酸果糖D．6-磷酸葡萄糖及2-磷酸甘油酸1、最初指糖类在微生物细胞内无氧分解，生成酒精的过程。2、最终受氢体——乙醛；终产物——乙醇。3、现在凡利用微生物生产产品，需氧或不需氧，糖或其它物质代谢，统称发酵。1、多数组织细胞在缺氧时进行酵解作用。2、最终受氢体——丙酮酸；终产物——乳酸。（二）发酵（一）酵解——成熟红细胞主要能源二、无氧分解的还原阶段(-2H)在缺氧条件下，丙酮酸还原为乳酸的意义是使NAD+再生。乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+⑾pyruvatelactate丙酮酸乳酸CHOCH3CH2OHCH3+NADH+H++NAD+COOHC=OCH3+CO2CHOCH3丙酮酸脱羧酶丙酮酸乙醛乙醇乙醛乙醇脱氢酶1.

酵解2.发酵（EC1.）（EC4.）（EC1.）无氧分解普遍存在，厌氧微生物主要产能途径。G为起始底物——净生成2ATP；

糖原为起始底物——净生成3ATP。酵解产能：

总△G0`=-196.6kJmol-1（-47kcal·mol-1）

贮能效率：

31%（1molATP=30.5kJ）发酵产能：总△G0`=-217.6kJ·mol-1(-52Kcal·mol-1)

贮能效率：

28%（三）糖无氧代谢的生理意义TAC循环

G（Gn）丙酮酸

乙酰CoA

CO2

NADH+H+FADH2H2O

[O]

ATP

ADP胞液

线粒体

三、糖的有氧氧化

——巴斯德效应途径：糖酵解途径（EMP）、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环（TCA）三阶段。EMP途径呼吸链（一）三羧酸(TCA)循环1.

准备阶段——EMP途径葡萄糖生成丙酮酸（线粒体外）特点：EMP途径中甘油醛-3-P脱下的2H进入呼吸链彻底氧化。共得2×2(1.5)或2×3(2.5)分子ATP。故第一阶段可净生成6(5)分子或8(7)分子ATP。此反应联系EMP途径和TCA。2.丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA（线粒体内）丙酮酸脱氢酶系NAD++HSCoANADH+H++CO2*pyruvateacetylCoA丙酮酸乙酰CoA2CO22×3(2.5)=6(5)ATP

E1催化的1~3脱羧反应为不可逆反应，丙酮酸脱氢酶系（多酶复合体）是葡萄糖有氧氧化体系的调节酶之一。【六种辅因子】：TPP+、硫辛酸、FAD、NAD+、CoASH、Mg2+。

丙酮酸脱氢酶系含三种酶：E1：丙酮酸脱氢酶(TPP+)E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶(硫辛酸)E3：二氢硫辛酸脱氢酶(FAD)丙酮酸脱氢酶系催化的反应不涉及下述哪种物质？（

）A．乙酰CoA

B．硫辛酸C．TPP

D．生物素

E．NAD+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.硫辛酰胺的生成五步反应3.乙酰CoA经TCA彻底氧化产物:2×12(10)=24(20)ATP

(4次脱H+1次底物磷酸化)和2×2CO2(2次脱羧)、H2O。反应循环进行,前4个中间产物都是六碳三羧酸,称三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle,TCA);因第一个产物是柠檬酸,又称柠檬酸循环;此循环代谢理论于1937年由H·A·Krebs提出,又称Krebs循环。TCA在线粒体基质中进行。⑴乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸*不可逆反应*柠檬酸合（成）酶---第一个限速酶TCA一次循环包括8步反应：合酶与合成酶的区别合酶synthase属裂合酶(EC4）或转移酶（EC2);合成酶synthetase是连接酶(EC6)。合酶涉及双键，合成酶需要ATP。现在有一部分合酶被转移到EC2，比如柠檬酸合酶citratesynthase，现在是EC2.3.3.1；糖原合酶Glycogensynthase:EC2.4.1.11；脂肪酸合酶fattyacidsynthase:EC2.3.1.85。蛋白激酶:EC2.7.1.126

ATP合酶ATPsynthase：EC3.6.3.14精氨琥珀酸合成酶Argininosuccinatesynthetase：EC6.3.4.5；合成酶现在也都叫ligase了。2×3(2.5)ATP2×CO2（2）柠檬酸异构为异柠檬酸（3）异柠檬酸氧化脱羧成α-酮戊二酸*不可逆反应（第一次氧化脱羧）

*异柠檬酸脱氢酶--第二限速酶(主要)EC4.（4）α-酮戊二酸氧化脱羧成琥珀酰CoA*不可逆反应（第二次氧化脱羧）

*

α-酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系类似（多酶复合体）--第三限速酶

2×3(2.5)ATP2×CO2（5）琥珀酰CoA变为琥珀酸*底物水平磷酸化（唯一）*琥珀酸硫激（琥珀酰CoA合成）酶

G在两次氧化脱羧阶段，共产生:

2×2×CO22×2×NADH+H（12ATP/10ATP）

2×1×GTP（=2ATP）EC6.2×2(1.5)ATP第三次氧化还原（6）琥珀酸脱氢为延胡索酸L-（7）延胡索酸水合为L-苹果酸（EC4.）TCA循环中催化琥珀酸形成延胡索酸的酶是琥珀酸脱氢酶，此酶的辅因子是A．NAD+

B．CoASHC．FAD

D．TPP

E．NADP+（EC1.）2×3(2.5)ATPL-第四次氧化还原（8）L-苹果酸脱氢为草酰乙酸(6)~(8)草酰乙酸的再生

2次脱氢——10(8)ATPFADH2

:2×1×2(1.5)ATP

NADH+H+

:2×1×3(2.5)ATP（EC1.）TCA循环中发生底物水平磷酸化的化合物是（）A．α-酮戊二酸

B．琥珀酰C．琥珀酰CoA

D．苹果酸TCA中底物水平磷酸化直接生成的是ATP。

C2C6C4C4C5NADH+H+CO2NADH+H+CO2GTPFADH2NADH+H+三羧酸循环概况TCA④①②③⑤⑦⑥⑧三羧酸循环中哪一个化合物前后各放出一个分子CO2：（

）A．柠檬酸

B．乙酰CoA

C．琥珀酸

D．α-酮戊二酸在有氧条件下，线粒体内下述反应中能产生FADH2步骤是：（

）A．琥珀酸→延胡索酸

B．异柠檬酸→α-酮戊二酸C．α-戊二酸→琥珀酰CoA

D．苹果酸→草酰乙酸4、TCA的调控关键底物：乙酰CoA（丙酮酸）、草酰乙酸（苹果酸）。反馈抑制：乙酰CoA、柠檬酸、琥珀酰CoA

。

Ca2+对异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶有激活作用；ADP是异柠檬酸脱氢酶变构促进剂。ATP和NADH浓度上升产生抑制作用。【三个调节酶—限速酶】：柠檬酸合酶（EC2.）、异柠檬酸脱氢酶（EC1.）、α-酮戊二酸脱氢酶系。(1)柠檬酸合酶——限速酶抑制物质：ATPNADH琥珀酰CoA激活物质：草酰乙酸乙酰CoA(2)异柠檬酸脱氢酶——限速酶抑制物质：ATPNADH激活物质：ADPCa2+

(3)

－酮戊二酸脱氢酶系——限速酶抑制物质：ATPNADH琥珀酰CoA激活物质：ADPNAD+Ca2+

5、TCA循环的生理意义（1）为生物体供能的主要途径

EMP途径——净生成6(5)或8(7)ATP

2次底物水平磷酸化：2×2=4ATP1次氧化磷酸化——

4(3)或6(5)ATP

2×2(1.5)ATP=4(3)ATP(FAD呼吸链)或2×3(2.5)ATP=6(5)ATP(NADH呼吸链)G→F-1,6-2P

消耗：-2ATP丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA:2×3(2.5)=6(5)ATPTCA——2次脱羧、4次氧化脱氢、

1次底物水平磷酸化共生成——2×12(10)=24(20)ATP。异柠檬酸脱氢:2×3(2.5)=6(5)ATP

α-酮戊二酸脱氢:

2×3(2.5)=6(5)ATP琥珀酰CoA→琥珀酸:2×1=2ATP琥珀酸脱氢:2×2(1.5)=4(3)ATP

苹果酸脱氢:

2×3(2.5)=6(5)ATP线粒体阶段可生成：6(5)+24(20)=

30(25)ATP

1molG氧化成CO2和H2O，可产生36(30)或38(32)ATP，与无氧分解产生2ATP比高19(16)倍。葡萄糖需氧代谢的贮能效率：C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi→6CO2+38ATP+6H2O（总反应式）1molG氧化放能2870kJ，产生38ATP贮能30.54kJ×38=1160.5kJ贮能效率=1160.5kJ/2870kJ≈40%原核生物中，有氧条件下，利用1摩尔葡萄糖生成的净ATP摩尔数与在无氧条件下利用1摩尔生成的净ATP摩尔数的最近比值是：

A．2：1

B．9：1

C．18：1D．19：1

E．25：1