第九章糖代谢课件

第八章糖代谢

Chapter8Metabolismofcarbohydrate1目的要求：要求重点掌握糖的分解代谢途径中的糖酵解和糖的有氧氧化分解途径；掌握磷酸戊糖途径的生理意义；掌握糖合成代谢中的糖原的合成、糖异生作用。了解糖代谢调节。2教学重点、难点：（1）糖酵解作用（2）糖有氧氧化（3）糖异生作用（4）磷酸戊糖的生理意义糖的化学糖(carbohydrates)即碳水化合物，是指多羟基醛或多羟基酮及其衍生物或多聚物。根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。单糖(monosacchride)寡糖(oligosacchride)多糖(polysacchride)结合糖(glycoconjugate)单糖葡萄糖(glucose)——已醛糖果糖(fructose)——已酮糖

半乳糖(galactose)——已醛糖

核糖(ribose)——戊醛糖

寡糖麦芽糖(maltose)

葡萄糖—葡萄糖蔗糖(sucrose)

葡萄糖—果糖乳糖(lactose)

葡萄糖—半乳糖多糖淀粉(starch)糖原(glycogen)纤维素(cellulose)淀粉的分子结构

-1,4-糖苷键

-1,6-糖苷键淀粉颗粒

-1,4-糖苷键

-1,6-糖苷键糖原的分子结构β-1,4-糖苷键纤维素的分子结构糖与非糖物质的结合物。结合糖

糖脂(glycolipid)：是糖与脂类的结合物。糖蛋白(glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。

第一节糖在人体内的一般概述一、糖的生理功能

糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物。糖类在生物体的生理功能主要有：①氧化供能：糖类占人体全部供能量的70%。②作为结构成分：作为生物膜、神经组织等的组分。③作为核酸类化合物的成分：构成核苷酸等。④转变为其他物质：转变为脂肪或氨基酸等化合物。二、糖的消化

淀粉麦芽糖+麦芽三糖α-临界糊精+异麦芽糖α-葡萄糖苷酶（包括麦芽糖酶）α-临界糊精酶（包括异麦芽糖酶）葡萄糖葡萄糖淀粉酶三、糖的吸收糖被消化成单糖后在小肠被吸收，再经门静脉进入肝。四、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

第二节糖的分解代谢

糖分解代谢的主要途径磷酸戊糖途径无氧条件糖酵解乳酸有氧条件有氧分解CO2H2ONADPHCO2葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA6-磷酸葡萄糖磷酸戊糖途径（有氧）（无氧）三羧酸循环糖酵解（有氧或无氧）葡萄糖的主要分解代谢途径

糖酵解（glycolysis)是指葡萄糖在无氧条件下分解生成乳酸并释放出能量的过程。糖酵解的全部反应过程在胞液(cytoplasm)中进行，代谢的终产物为乳酸(lactate)，一分子葡萄糖经无氧酵解可净生成两分子ATP。无氧酵解的反应过程可分为活化、裂解、放能和还原四个阶段。一、糖的无氧分解（糖酵解）丙酮酸的生醇发酵及葡萄糖的无氧分解

葡萄糖EMP

NADH+H+

NAD+CH2OHCH3乙醇

NADH+H+

NAD+CO2

乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛CHOCH3COOHC==OCH3丙酮酸

葡萄糖的生醇发酵

1.活化(activation)-己糖磷酸酯的生成

活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异构反应生成1,6-二磷酸果糖(FDP)的反应过程。该过程共由三步化学反应组成。（一）糖酵解途径葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(G-6-P)G-6-P异构为6-磷酸果糖（F-6-P）F-6-P再磷酸化为1,6-二磷酸果糖(F-1,6-BP）……（1）……（2）……（3）ADPATPADP**己糖激酶/葡萄糖激酶(1)磷酸己糖异构酶(2)磷酸果糖激酶-1(3)ATP无氧酵解的活化阶段第一阶段总结：消耗ATP不生成ATP从葡萄糖开始→2分子ATP从糖原开始→1分子ATP2.裂解（lysis)——磷酸丙糖的生成：

一分子F-1,6-BP裂解为两分子可以互变的磷酸丙糖（triosephosphate)，包括两步反应：F-1,6-BP裂解为3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮异构为3-磷酸甘油醛……（5）……（4）fructose-1,6-bisphosphate

无氧酵解的裂解阶段磷酸丙糖异构酶(5)醛缩酶(4)dihydroxyacetonephosphate

glyceraldehyde-3-phosphate

第二阶段总结：1、一分子六碳糖分解为2分子能够互变的磷酸丙糖。2、既不消耗ATP，也不生成ATP。3.放能(releasingenergy)——丙酮酸的生成

3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括六步反应。3-磷酸甘油醛脱氢并磷酸化生成1,3-二磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸脱磷酸,将其交给ADP生成ATP3-磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸……（6）……（7）……（8）(8)磷酸甘油酸变位酶(7)ATPADP磷酸甘油酸激酶(6)3-磷酸甘油醛脱氢酶NAD++PiNADH+H+2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)⑾自发……（9）烯醇化酶⑼H2O……（11）烯醇式丙酮酸自发转变为丙酮酸(pyruvate)

……（10）⑽*ATPADP丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）将高能磷酸基交给ADP生成ATP第三阶段总结：3-磷酸甘油醛脱氢生成的NADH+H+用于丙酮酸还原为乳酸无氧条件通过穿梭作用进入呼吸链氧化有氧条件2、生成丙酮酸1、3、生成ATP1分子磷酸丙糖→2分子ATP1分子葡萄糖→2分子磷酸丙糖→4分子ATP（两次底物磷酸化）4．还原(reduction)—乳酸的生成

利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使NADH重新氧化为NAD+，以确保反应的继续进行。乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+⑿糖酵解反应的全过程糖的无氧酵解途径

全部反应过程无氧参与.糖酵解代谢途径可将一分子葡萄糖分解为2分子乳酸，净生成2分子ATP。糖酵解代谢途径有三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶。在糖酵解的过程中，所有物质都带有磷酸基团。糖酵解反应的特点:(二）糖酵解的调节糖酵解中大多数反应是可逆的。有3步反应是不可逆的，是糖酵解途径流量的3个调节点。催化这3步反应的酶分别受变构效应剂和激素的调节。6-磷酸果糖激酶-1

丙酮酸激酶葡萄糖激酶或己糖激酶

1、6-磷酸果糖激酶-16-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解代谢途径的主要因素。ATP柠檬酸ADP、AMP1,6-双磷酸果糖2,6-双磷酸果糖6-磷酸果糖激酶-16-phosphofructokinase-1-+1,6-双磷酸果糖丙酮酸激酶pyruvatekinaseATP丙氨酸(肝)-+

2、丙酮酸激酶

丙酮酸激酶是第二个重要调节点。

3、葡萄糖激酶或己糖激酶

己糖激酶受其反应产物6-磷酸葡萄糖的反馈抑制，葡萄糖激酶分子内不存在6-磷酸葡萄糖酶的变构部位,故不受6-磷酸葡萄糖的影响.长链脂酰CoA对其有变构抑制作用,这在饥饿时减少肝和其他组织摄取葡萄糖有一定意义.己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂G-6-P己糖激酶hexokinase长链脂酰CoA葡萄糖激酶glucokinase--(三)糖酵解的生理意义是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径；在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补充途径。在有氧条件下，作为某些组织细胞（如成熟的红细胞）主要的供能途径。形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；在病理情况下引起机体缺氧，组织细胞增强糖酵解获得能量。二、糖的有氧氧化

葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成CO2和H2O，并释放出大量能量的过程称为糖的有氧氧化（aerobicoxidation)。

葡萄糖丙酮酸乳酸缺氧有氧乙酰CoA三羧酸循环二、糖的有氧氧化

绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程在细胞胞液和线粒体(cytoplasmandmitochondrion)内进行。。

一分子葡萄糖(glucose)彻底氧化分解可产生36/38分子ATP。。

糖的有氧氧化代谢途径可分为：葡萄糖酵解、丙酮酸氧化脱羧和三羧酸循环三个阶段。TAC循环

G（Gn）

丙酮酸

乙酰CoA

CO2NADH+H+FADH2H2O

[O]ATPADP胞液

线粒体

（一）有氧氧化的反应过程

糖的有氧氧化代谢途径可分为：葡萄糖酵解、丙酮酸氧化脱羧和三羧酸循环三个阶段。1、葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸：

葡萄糖2×丙酮酸＋2×(NADH+H+)胞液中酵解2×(ADP+Pi)2ATP此阶段在细胞胞液(cytoplasm)中进行，一分子葡萄糖(glucose)分解后净生成2分子丙酮酸(pyruvate)，2分子ATP，和2分子（NADH+H+）。2分子（NADH+H+）在有氧条件下可进入线粒体(mitochondrion)产能，共可得到2×2或者2×3分子ATP。故第一阶段可净生成6或8分子ATP。有氧氧化第一阶段的特点2、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA：

丙酮酸进入线粒体(mitochondrion)，在丙酮酸脱氢酶系(pyruvatedehydrogenasecomplex)的催化下氧化脱羧生成乙酰CoA(acetylCoA)。

丙酮酸脱氢酶系NAD++HSCoANADH+H++CO2*

丙酮酸脱氢酶系由三种酶单体构成：丙酮酸脱羧酶（E1），硫辛酸乙酰基转移酶（E2），二氢硫辛酸脱氢酶（E3）。该多酶复合体有六种辅助因子：TPP，硫辛酸，NAD+，FAD，HSCoA和Mg2+。

丙酮酸脱氢酶系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

由一分子葡萄糖氧化分解产生两分子丙酮酸，故可生成两分子乙酰CoA，两分子CO2和两分子（NADH+H+），可生成2×3分子ATP

。反应不可逆；丙酮酸脱氢酶系是糖有氧氧化途径的关键酶。有氧氧化第二阶段特点3、三羧酸循环(tricarboxylic)

三羧酸循环（柠檬酸循环或Krebs循环）是指在线粒体中，乙酰CoA首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸再生的循环反应过程。三羧酸循环在线粒体中进行。一分子乙酰CoA氧化分解后共可生成12分子ATP，故此阶段可生成2×12=24分子ATP。+柠檬酸合酶*H2OHSCoA⑴顺乌头酸酶⑵异柠檬酸脱氢酶NAD+NADH+H++CO2⑶*α-酮戊二酸脱氢酶系NADH+H++CO2*NAD++HSCoA⑷琥珀酰CoA合成酶GTPGDP+Pi（H2O）⑸FADFADH2琥珀酸脱氢酶⑹H2O延胡索酸酶⑺NAD+NADH+H+苹果酸脱氢酶⑻草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸a-酮戊二酸琥珀酸辅酶A琥珀酸延胡索酸苹果酸乙酰辅酶A

+三羧酸循环（1）循环反应在线粒体中进行，为不可逆反应。

（2）每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰CoA。经过两次脱羧反应，生成两分子CO2。循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADH和一分子FADH2。循环中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP。共生成12分子ATP。三羧酸循环中有三处消耗水。三羧酸循环的特点：（3）循环中的各酸既不能通过此循环反应生成，也不被此循环反应所消耗。但是各酸在有机体中不断参与其它物质的形成。（4）三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶系。。

CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH苹果酸脱氢酶延胡索酸酶H2O柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体GTPGDPATPADP琥珀酸脱氢酶琥珀酰CoA合成酶顺乌头酸梅顺乌头酸梅三羧循环的生物学意义

是有机体获得生命活动所需能量的主要途径

是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽

形成多种重要的中间产物

是发酵产物重新氧化的途径（二）有氧氧化的生理意义反应ATP第一阶段两次耗能反应-2两次生成ATP的反应2×2一次脱氢(NADH+H+)2×2或2×3第二阶段一次脱氢(NADH+H+)2×3第三阶段三次脱氢(NADH+H+)2×3×3一次脱氢(FADH2)2×2一次生成ATP的反应2×1净生成36或38糖有氧氧化总的反应1、葡萄糖+2NAD+2丙酮酸+2NADH+2H+2、2丙酮酸+2NAD++2HSCoA

2乙酰CoA+2NADH+2H++2CO23、2乙酰CoA+6NAD++2FAD+6H2O6NADH+6H++2FADH2+4CO2+2HSCoA葡萄糖+10NAD++2FAD+H2O10NADH+10H++2FADH2+6CO2(三）糖有氧氧化调节

丙酮酸脱氢酶系Pyruvatedehydrogenasecomplex乙酰CoA、ATPNADH+H+-+AMP、ADPNAD+第一阶段：EMP第二阶段：丙酮酸脱氢酶复合体的调节第三阶段：三羧酸循环的调节第一个调节点是柠檬酸合成酶。其反映速度取决于乙酰CoA和草酰乙酸的量及琥珀酰CoA的浓度。第二个调节点是异柠檬酸脱氢酶。AMP、ADP是其变构激活剂，ATP是其变构抑制剂。第三个调节点是α-酮戊二酸脱氢酶复合体，该酶调节与丙酮酸脱氢酶复合体类似。三磷酸戊糖途径

磷酸戊糖途径(pentosephosphatepathway)是指从G-6-P脱氢反应开始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解代谢途径的一条旁路代谢途径。

该旁路途径的起始物是G-6-P，返回的代谢产物是3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，其重要的中间代谢产物是5-磷酸核糖和NADPH。整个代谢途径在胞液中进行。关键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶.（一）、磷酸戊糖途径的反应过程

磷酸戊糖途径(pentosephosphatepathway)的总反应式：

G-6-P+12NADP++6H2O6CO2+12(NADPH+H+)+H3PO4即六分子G-6-P可生成6分子CO2，4分子F-6-P，2分子3-磷酸甘油醛和12分子NADPH。

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+NADPH6NADP+6NADPH6CO26H2O1、氧化性分枝即从G-6-P氧化生成5-磷酸核酮糖：

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

2、非氧化分枝即磷酸己糖的再生成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2

3-磷酸甘油醛27-磷酸景天庚酮糖2

4-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磷酸戊糖途径第一阶段第二阶段5-磷酸木酮糖C55-磷酸木酮糖C57-磷酸景天糖C73-磷酸甘油醛C34-磷酸赤藓糖C46-磷酸果糖C66-磷酸果糖C63-磷酸甘油醛

C36-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖C53NADP+3NADP+3H+

6-磷酸葡萄糖脱氢酶

3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶CO2磷酸戊糖途径

二、磷酸戊糖途径的生理意义1.是体内生成NADPH的主要代谢途径：NADPH在体内可用于：⑴作为供氢体，参与体内的合成代谢：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。⑵参与羟化反应：作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化。⑶使氧化型谷胱甘肽还原。⑷维持巯基酶的活性。⑸维持红细胞膜的完整性：由于6-磷酸葡萄糖脱氢酶遗传性缺陷可导致蚕豆病，表现为溶血性贫血。2.是体内生成5-磷酸核糖的唯一代谢途径：

(1)体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或脱氧核糖均以5-磷酸核糖的形式提供，这是体内唯一的一条能生成5-磷酸核糖的代谢途径。(2)磷酸戊糖途径是体内糖代谢与核苷酸及核酸代谢的交汇途径。第三节糖原的合成与分解

糖原（glycogen)是由许多葡萄糖分子聚合而成的带有分支的高分子多糖类化合物。糖原分子的直链部分借α-1,4-糖苷键而将葡萄糖残基连接起来，其支链部分则是借α-1,6-糖苷键而形成分支。α-1,4-糖苷键α-1,6-糖苷键糖原是一种无还原性的多糖。糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添加或去除，均在其非还原端进行。糖原的合成与分解代谢主要发生在肝、肾和肌肉组织细胞的胞液中。一、糖原的合成作用（一）反应过程：由葡萄糖合成糖原的过程,称为糖原合成。糖原合成的反应过程可分为三个阶段：1．活化：由葡萄糖生成，是一耗能过程。⑴磷酸化：

G+

ATP

G-6-P+ADP己糖激酶(葡萄糖激酶)G-6-P磷酸葡萄糖变位酶⑶转形：G-1-P转变为尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）⑵变位：G-6-P转变为G-1-PG-1-PUDPG焦磷酸化酶G-1-P+UTPUDPG+PPi＋PPiUDP-葡萄糖焦磷酸＋葡萄糖－1－磷酸三磷酸尿苷（UTP）UTP-葡萄糖焦磷酸化酶2．缩合：

UDPG+(G)n

(G)n+1+UDP3．分枝：当直链长度达6个葡萄糖残基以上时，在分枝酶的催化下，将距末端6-7个葡萄糖残基组成的寡糖链由α-1,4-糖苷键转变为α-1,6-糖苷键，使糖原出现分枝。

糖原合成酶*分枝酶的作用

分枝酶

(branchingenzyme)

α-1,6-糖苷键

α-1,4-糖苷键

葡萄糖ATPADP葡萄糖激酶Mg2+1葡糖－6－磷酸2葡糖磷酸变位酶Mg2+葡糖－1－磷酸UTPPPiUDPG焦磷酸化酶3UDPG（尿苷二磷酸葡糖）糖原合成酶引物R4UDPATPADPR-α-1,4-D-葡萄糖5分支酶糖原糖原的合成（二）糖原合成的特点：1．必须以原有糖原分子作为引物；2．合成反应在糖原的非还原端进行；3．合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗2个高能磷酸键（2分子ATP）；4．其关键酶是糖原合成酶为一共价修饰酶；5．需UTP参与（以UDP为载体）。二、糖原的分解代谢（一）反应过程：糖原的分解代谢可分为三个阶段：1．水解：包括三步反应，循环交替进行。⑴磷酸解：由糖原磷酸化酶催化对α-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P。(G)n+Pi(G)n-1+G-1-P糖原磷酸化酶*⑵转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个葡萄糖残基时，由葡聚糖转移酶催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链的非还原端，使分支点暴露。⑶脱枝：由α-1,6-葡萄糖苷酶催化。将α-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。

(G)n+H2O(G)n-1+G

α-1,6-葡萄糖苷酶脱枝酶

(debranchingenzyme)脱枝酶的作用

磷酸化酶转移酶活性α-1,6糖苷酶活性糖原的分解(示磷酸化酶的作用)2．变位：

G-1-PG-6-P3．脱磷酸：由葡萄糖-6-磷酸酶催化，生成自由葡萄糖。该酶只存在于肝及肾中。