复旦大学生化课件糖代谢1

糖代谢

(CarbohydrateMetabolism)糖的消化吸收糖的分解代谢血糖及其调节糖元的合成与分解糖元异生糖代谢紊乱

“燃料”物质共同的代谢过程第Ⅰ阶段，首先，有机物酶解为组成物质[单体]。小的燃料分子分解为几种常见的中间物，主要是丙酮酸和乙酰-CoA，可放出少量能量。第Ⅱ阶段，一条共同代谢途径，即Krebs循环。中间物被完全氧化成CO2，生成的电子传递给NAD+等电子载体，释放少量能量，生成的中间物可用作生物合成的前体。第Ⅲ阶段,电子传递和氧化磷酸化，电子传递给O2，生成H2O，释放的能量用于ATP生成。分解代谢的几个阶段糖的消化吸收

淀粉(starch)等糖类物质

口腔，

-amylase，少量作用

胃，几乎不作用

小肠，胰

-amylase，主要的消化场所麦芽糖、糊精、食物中的蔗糖乳糖等

麦芽糖酶，糊精酶，蔗糖酶，乳糖酶等

葡萄糖、半乳糖、果糖等

肠粘膜细胞

肠壁毛细血管

门静脉

血液

组织、细胞（

…代谢）口腔胃小肠淀粉-淀粉酶（唾液、胰）麦芽糖麦芽寡糖-糊精麦芽糖酶-糊精酶葡萄糖糖的消化(Digestion)amylase糖的吸收

糖类被分解成单糖时才能被吸收。吸收速率：若以葡萄糖的吸收速率为100，各种单糖的吸收速率依次为：

半乳糖（110）＞葡萄糖（100）＞果糖（43）＞甘露糖（19）＞木糖（15）＞阿拉伯糖（9）。吸收方式:主动转运

肠粘膜上皮细胞纹状缘上的转运体蛋白选择性的将葡萄糖、半乳糖从肠腔粘膜表面转入细胞内，然后再扩散入血液。转运蛋白的作用需要钠离子转运的存在-Na+依赖型葡萄糖转运体

(Na+-dependentglucosetransporter，SGLT)，分布于小肠、肾小管上皮。葡萄糖是哺乳动物细胞能量及碳架代谢的主要原料，是一种极性分子，只能以主动转运和易化扩散的方式通过细胞膜。其跨膜转运由钠依赖性葡萄糖转运体(sodiumdepedentglucosetransporter,SGLTs)和易化扩散的葡萄糖转运体(faciliatedglucosetransporter,GLUTs)两大家族来完成。至今为止，SGLT家族中已发现6种亚型，GLUT家族中已发现12种亚型。每种葡萄糖转运体都有特异的组织分布和生化特性。GLUTs除转运葡萄糖外，还可转运去氢抗坏血酸、D-甘露醇、D-半乳糖和D-果糖等。小肠肠腔肠粘膜上皮细胞门静脉肝脏体循环各种组织细胞GLUTSGLTD-葡萄糖的代谢GlucoseMetabolismD-葡萄糖的代谢命运D-Glc在代谢中占有中心地位,葡萄糖含有较高的能量，氧化生成H2O和CO2放出自由能2840kj/mol；转变成淀粉或糖元贮存又可维持相对低的摩尔渗透压浓度，需要能量时又可分解成葡萄糖氧化供能。葡萄糖不仅仅是一个能量分子，还是一个常见的前体分子，可为生物合成反应提供中间物，如大肠杆菌可利用葡萄糖和其碳架合成所有的氨基酸、核苷酸、辅酶、脂肪酸和生长所需的各种代谢中间物。葡萄糖有成千上万种转化，高等动植物中主要有三种：变成糖元或淀粉贮存、酵解为三碳化合物（丙酮酸）或通过HMP（戊糖磷酸途径）变为戊糖。葡萄糖的主要代谢命运糖酵解[Glycolysis]与发酵

[Fermentation]无氧条件下糖的降解过程，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Glc分解产生能量的共同代谢途径，称为酵解途径[Glycolyticpathway]，或称为Embden-Meyerhof-Parnas(EMP)pathway。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。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+用于把丙酮酸

乳酸，称为乳酸发酵。

糖酵解(Glycolysis)

酵解（Glycolysis，希腊语glykys，意为sweet和lysis)。一分子葡萄糖通过一系列的酶促反应生成2分子丙酮酸，并生成ATP和NADH。

是第一个发现和研究得最清楚的生物化学代谢途径，1897年Hans和EdwardBuchner兄弟俩通过发酵的酵母抽提物发现发酵可以在活细胞外进行，否定了LouisPaster统治了近40年的观点，打开了新陈代谢研究之门。1940年GustarEmbden和OttoMeyerhof发现肌肉中存在与酵母细胞一样的不需要氧的糖分解代谢过程—酵解。最终在1941年由FritzLipmann和HermanKalckar完成了对整个代谢途径的研究。EMPPathway可以分为三个阶段：1）Glc

磷酸化形成己糖磷酸酯[反应1、2、3]，消耗2ATP，产物为F-1,6-diP。2）磷酸己糖裂解为两分子三碳糖（反应4），由醛缩酶(aldolase)催化，产物为3-P-甘油醛（G-3-P）和磷酸二羟丙酮(DHAP)，断裂在己糖的C3-C4间。3）三碳糖经一系列的反应（反应5--10）生成丙酮酸，其中反应6生成NADH+H+，并生成高能磷酸化合物（1,3-二磷酸甘油酸）；反应7和10生成2ATP（底物水平磷酸化）。分为两个阶段

六碳糖分解为2分子丙酮酸需经10步反应前5步反应为第一阶段/准备阶段(preparatoryphase)，1Glc转变为2三碳物：磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛，消耗2ATP。

第二阶段是能量获得（代偿）阶段（payoffphase)，3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸，生成4ATP和2NADH+H+。

葡萄糖的碳架分解产生丙酮酸、磷酸化ADP产生ATP、产生的氢转变为NADH。PreparatoryPhasePayoffPhase？（1）葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖

(phosphorylationofglucose)

glucose(G)己糖激酶(HK)

hexokinase

ATPADP关键酶glucose-6-phosphate(G-6-P）Mg2+限速酶/关键酶

(rate-limitingenzyme/keyenzyme)1.催化非可逆反应特点2.催化效率低3.受激素或代谢物的调节4.常是在整条途径中催化初始反应的酶5.活性的改变可影响整个反应体系的速度和方向糖原分解成6-磷酸葡萄糖糖原(Gn)H3PO4磷酸化酶

糖原(Gn-1)1-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)（2）6-磷酸葡萄糖异构化转变为6-磷酸果糖(phosphorylationoffructose-6-phosphate)

glucose-6phosphate(G-6-P）

磷酸己糖异构酶fructose-6-phosphate(F-6-P）（3）6-磷酸果糖再磷酸化生成1,6-二磷酸果糖

(F-6-P）

磷酸果糖激酶-1

（PFK-1）ATPADPMg2+关键酶1,6-二磷酸果糖(fructose-1,6-diphosphate,FDP)phosphofructokinasel（4）磷酸丙糖的生成fructose-1,6-diphosphate(FDP）磷酸二羟丙酮(dihydroxyacetonephosphate)3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate,Gly-3-P)醛缩酶6C3C（5）磷酸丙糖的互换磷酸二羟丙酮(dihydroxyacetonephosphate,DHAP)3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate,Gly-3-P)磷酸丙糖异构酶1,6-二磷酸果糖2×3-磷酸甘油醛（6）3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate,Gly-3-P)NAD＋＋H3PO4NADH+H+3-磷酸甘油醛脱氢酶糖酵解中唯一的脱氢反应1,3-二磷酸甘油酸1,3-diphospho--glycerae

(1,3-DPG)～PNAD+：R为H；

NADP+：R为PO32-NAD+

辅酶INADP+

辅酶II烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（7）1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate,3-PG)ADPATP3-磷酸甘油酸激酶这是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反应1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)(1,3-DPG)～P底物水平磷酸化反应Substratelevelphosphorylation底物氧化、分子内基团重排等所释放的能量偶联ATP的生成，称为底物水平磷酸化。（8）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate,2-PG)磷酸甘油酸变位酶（9）2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate,2-PG)烯醇化酶Mg2+或Mn2+磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)H2O高能磷酸键（10）磷酸烯醇式丙酮酸转变为烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)丙酮酸激酶PKADPATPMg2+或Mn2+烯醇式丙酮酸(enolpyruvate,EPV)糖酵解过程的第三个调节酶，也是第二次底物水平磷酸化反应关键酶（11）烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸烯醇式丙酮酸(enolpyruvate,EPV)自发进行丙酮酸(pyruvate,PA)酵解途径的十步反应TheGlycolyticPathway地点收获反应(三步不可逆)EMP途径的说明I1）己糖激酶(hexokinase)需要Mg2+或其他二价阳离子及ATP，反应不可逆，是酵解过程的第一个别构[调节]酶，肌肉中受产物G-6-P强烈别构抑制。肝脏中主要是以glucokinase存在，对Glc有特异活性，不受G-6-P的抑制。

2）果糖磷酸激酶[phosphofructokinase,PFK]，需要Mg2+及ATP，是酵解途径的关键反应[committedstep,keyreaction,rate-limitingreaction]酶，酵解进行的速度取决于该酶的活性，酶的调节也是别构调节，ATP对其有抑制效应，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。己糖激酶和磷酸果糖激酶催化的反应EMP途径的说明II3）3-P-甘油醛dHE

(phosphoglyceraldehydedHE)，活性中心在酶的Cys-SH上，氧化型NAD+与酶紧密结合，受氢还原后与酶脱离，磷酸攻击硫酯键生成1，3-二磷酸甘油酸。只有NAD+不断取代NADH才能保持酶的催化活力，否则酵解就要停止。ICH2COOH与-SH反应，可强烈抑制酶的活性。3-磷酸甘油醛氧化生成二磷酸甘油酸3-P-甘油醛脱氢酶碘乙酸是3-磷酸甘油醛

脱氢酶的抑制剂碘乙酸与脱氢酶活性位点的-SH共价结合，使酶失活。砷酸盐的解偶联作用AsAs1-砷酸-3-磷酸甘油酸3磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油酸+砷酸砷酸盐的解偶联作用在砷酸存在下,反应式:3-磷酸甘油醛+NAD++H2O

3-磷酸甘油酸+NADH++H+EMP途径的说明Ⅲ4）磷酸甘油酸变位酶(phosphoglyceratemutase)，催化磷酸基团在C3和C2位可逆变位，Mg2+对反应为必需。反应分成两步，由磷酸甘油酸变位酶介导磷酸基团在2,3-二磷酸甘油酸、3-磷酸甘油酸及2-磷酸甘油酸之间发生转移。反应中变位酶的磷酸化需要有特异的ATP依赖的激酶。虽然多数细胞中的2,3-二磷酸甘油酸很少（痕量水平），但在红细胞中确是一个主要的成分（-5mM），调节血红蛋白对氧的亲和力。磷酸甘油酸变位酶反应的机制EMP途径的说明Ⅳ5)烯醇（化）酶（enolase），催化2-磷酸甘油酸脱水生成PEP，产生酵解途径的第二个磷酸基团转移能，有Mg2+或Mn2+存在时，酶才有活性，F-能与Mg2+形成络合物并结合在酶分子上而抑制酶的活性。EMP途径的说明V6）丙酮酸激酶（pyruvatekinase），别构调节酶，需要Mg2+、K+，催化的反应有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；F-1,6-diP可活化此酶。7）酵解10步反应有4步是需能反应（1、3、7、10四步反应）8）整个酵解途径的反应中，1、3、10步反应为严格意义上的不可逆反应。底物水平磷酸化底物氧化、分子内基团重排等所释放的能量偶联ATP的生成，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。丙酮酸激酶催化PEP生成丙酮酸底物水平磷酸化EMP途径中间物浓度EMP的能量消