生物化学 糖代谢

生物化学糖代谢〔之一〕第六章糖代谢§1糖的概述§2糖的消化与吸收[目的要求]糖原合成与分解、TCA、EMP、PPP氧化途径的能量代谢、生理意义及调节重点掌握分解代谢：糖酵解、有氧氧化糖异生合成代谢：反响过程、酶系统掌握PPP非氧化阶段的反响一般了解其它单糖的代谢

糖的概况§1糖的概述糖的根本概念糖的结构与分类糖的主要生理功能返回一、糖的根本概念多羟基的醛或多羟基的酮及其缩聚物和衍生物的统称〔旧时称为碳水化合物〕。§1糖的概述返回〔一〕概念：醛糖Aldose酮糖KetoseD-葡萄糖(D-glucose)123456D-果糖(D-fructose)

123456§1糖的概述返回甘油醛(glycerose)123二羟丙酮(dihydroxyacetone)123核糖(ribose)32145核酮糖(ribulose)32145〔二〕糖的主要生理功能1、氧化供能§1糖的概述返回2、构成组织细胞的根本成分3、转变为体内的其它成分核酸脂类〔三〕分类：§1糖的概述均一多糖混合多糖由2－10个单糖聚合而成

单糖

寡糖

多糖二、单糖的分类与结构三碳糖〔丙糖):〔一〕单糖的种类：七碳糖〔庚糖〕：六碳糖〔己糖〕：五碳糖〔戊糖〕：四碳糖〔丁糖〕：二羟丙酮赤藓糖核糖景天糖葡萄糖按碳原子的多少分〔二〕单糖的立体结构1、单糖的构型〔线型〕多羟基以距离羰基最远的不对称碳原子上的羟基方向来判断L-型D－型羟基朝左羟基朝右环形的为α、β型2、单糖环状结构：以葡萄糖〔Glucose〕为例环状

(Haworthprojection)D-葡萄糖(D-glucose)123456椅式

(chairform)β-D-吡喃葡萄糖(β-D-glucopyranose)6α-D-吡喃葡萄糖(α-D-glucopyranose)123456开链(straightchain)返回α-D-吡喃葡萄糖

β-D-吡喃葡萄糖OHα-D-吡喃葡萄糖和β

-D-吡喃葡萄糖互为异头物乳糖、蔗糖、麦芽糖等。麦芽糖(maltose)14α-D-葡萄糖-〔1→4〕-α-D-葡萄糖返回三.双糖：蔗糖112α-D-葡萄糖-〔1→2〕-β-D-果糖乳糖14β-D-半乳糖-〔1→4〕-β-D-葡萄糖返回六.多糖〔polysaccharides〕：返回淀粉糖原纤维素淀粉(starch)①返回CH2OHCH2OHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOH直链淀粉：只含α-〔1→4〕-糖苷键CH2OHCH2OHOHOHOHOHOCH2O支链淀粉：含〔1→4〕与α-〔1→6〕-糖苷键,后者存在于分支处。①①①①①④④④④④④⑥OO糖原(glycogen)非还原端还原端

糖原的结构与淀粉类似，但分支多而分支短返回糖原在体内的作用：糖原贮存的主要器官:返回体内糖的贮存形式肝脏和肌肉组织体内糖的来源糖的消化糖的吸收糖吸收后的去向§2糖的消化与吸收返回一、体内糖的来源糖原外源性：内源性：返回消化吸收马、骡、驴、兔单胃动物异生反刍动物当＞160mg/100ml五、糖的去向血糖〔80－120mg/100ml〕氧化分解合成转化脂肪、氨基酸等糖原〔肝、肌肉、肾〕无氧氧化：乳酸、酒精等有氧氧化：CO2、H2O、大量能量去路来源食物中的淀粉肝糖原甘油等消化吸收分解糖异生糖尿排泄糖代谢一、多糖和寡聚糖的酶促降解二、糖的无氧降解及厌氧发酵三、葡萄糖的有氧分解代谢四、PPP途径五、糖的合成、糖异生第一节多糖和寡聚糖的酶促降解糖代谢包括分解代谢和合成代谢。植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能〔主要是糖类化合物〕，是自然界规模最大的一种能量转换过程。动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。一、概述多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，生产中常称为糖化。二、淀粉水解淀粉糊精寡糖麦芽糖G

复原末端非复原末端α-1，4糖苷键α-1，6糖苷键淀粉的酶促水解：水解淀粉的淀粉酶有α与β淀粉酶，二者只能水解淀粉中的α-1，4糖苷键，水解产物为麦芽糖。α-淀粉酶可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的α-1，4糖键，β淀粉酶只能从非复原端开始水解。水解淀粉中的α-1，6糖苷键的酶是α-1，6糖苷键酶淀粉水解的产物为糊精和麦芽糖的混合物。三、淀粉〔或糖原〕的磷酸解第二节糖的无氧降解及厌氧发酵一、糖酵解途径(glycolysis)〔EmbdenMeyerhofParnasEMP〕1、EMP途径的生化历程糖酵解过程ab12341〕第一阶段：葡萄糖1,6-二磷酸果糖2〕第二阶段：1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛3〕第三阶段：3-磷酸甘油醛2-磷酸甘油酸4〕第四阶段：2-二磷酸甘油酸丙酮酸2、糖酵解过程中能量的产生葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式：直接产生ATP；生成高能分子NADH或FADH2，后者在线粒体呼吸链氧化并产生ATP。糖酵解：1分子葡萄糖

2分子丙酮酸，共消耗了2个ATP，产生了4个ATP，实际上净生成了2个ATP，同时产生2个NADH。3.丙酮酸的无氧降解〔酵解与厌氧发酵〕〔1〕乳酸发酵〔同型乳酸发酵〕lacticfermation动物乳酸菌〔乳杆菌、乳链球菌〕G+2ADP+2Pi2乳酸＋2ATP+2水〔2〕酒精发酵〔酵母的第Ⅰ型发酵〕

alcoholicfermation〔3〕甘油发酵〔酵母的第Ⅱ型发酵〕二、糖酵解的调控反响过程中有三步不可逆反响，其他均为可逆反响，故催化这三步反响的酶为整个过程的限速酶，是葡萄糖无氧酵解的三个调节点，因为可逆反响的酶活性改变，并不能决定反响方向，其反响方向由底物\产物浓度控制。机体对糖酵解的调节主要是对三个关键酶的调节，主要调节特点如下：

：①1，6-双磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-1反应产物，这种产物正反馈作用较少见，一般来说，产物皆起抑制作用，而在此是为便利于糖的分解。②2，6-双磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-1最强的变构激活剂，可与AMP一起解除ATP柠檬酸的变构抑制作用。③2，6-双磷酸果糖也是通过激酶催化6-磷酸果糖生成，胰高血糖素可通过共价修饰使此激酶活性降低，减少2，6-二磷酸果糖的含量，从而抑制糖酵解，升高血糖。④葡萄糖激酶不受6-磷酸葡萄糖的影响，因为不存在其变构部位，但胰岛素可通过转录途径促进此酶的合成。总之，糖酵解是葡萄糖分解供能的一条重要途径，当消耗能量多，细胞内ATP/AMP的比例下降，6-磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶均被激活，加速糖的分解以供能。三、糖酵解途径的生理意义

1、糖酵解途径是动物进行剧烈运动，重役和休克、缺氧等病理情况下分解葡萄糖供能的主要代谢方式。每分子葡萄糖经糖酵解生成2分子乳酸，可产生2分子ATP。2、动物某些组织，如成熟的红细胞，那么主要以糖酵解途径分解葡萄糖供能。3、糖酵解途径是糖的其他代谢途径的根底，也是糖与脂肪、蛋白质等营养物质代谢相互联系的重要途径。第三节葡萄糖的有氧分解代谢糖的有氧氧化途径是葡萄糖彻底氧化分解生成CO2和H2O的主要途径。糖的有氧氧化途径大致分为三个阶段：G→→PA；PA→乙酰CoA和TCA循环。其中第一阶段的反响与糖酵解相同，在胞液中进行。后阶段的反响在线粒体中进行。代谢的最终产物是CO2和水，并生成大量ATP。糖的有氧氧化后阶段的反响如下：一、丙酮酸氧化脱羧—乙酰CoA的生成根本反响：糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒体内室。在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅酶A。催化酶：这一多酶复合体位于线粒体内膜上，原核细胞那么在胞液中。丙酮酸脱氢酶系三种酶六种辅助因子二、乙酰CoA的彻底氧化分解——TricarboxylicacidcycleTCA化学反响历程〔10步反响、8种酶〕糖酵解有二重作用：一是降解产生ATP，二是产生含碳的中间物为合成反响提供原料。在酵解过程中有三个不可逆反响，也就是说有三个调控步骤，分别被三个酶多点调节：己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。己糖激酶可以控制葡萄糖的进入，丙酮酸激酶调节酵解的出口。三羧酸循环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三羧酸循环过程总结(一次循环)从反响过程，有如下结论：①有三步不可逆反响：1，3，4步，催化这三步的酶分别是柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，α-酮戊二酸脱氢酶复合体，是三羧酸循环的限速酶，也是反响的调节点。②有一步底物水平磷酸化，第5步，生成GTP，这也是三羧酸循环中唯一一个直接生成高能磷酸键的反响。③1mol乙酰CoA三羧酸循环可生成3molNADH+H+和1molFADH２，而NADH+H+和FADH２需将电子传递给氧时才生成ATP，故循环本身意义主要并不是释放能量，而在于通过4次脱氢，为氧化磷酸化生成ATP提供复原当量。④因为草酰乙酸是循环利用，故草酰乙酸连同其他循环中的中间产物只起催化剂作用，本身并无量的变化，虽然其间通过原子置换，生成的CO2并不来自于乙酰CoA，但三羧酸循环一周，实际上氧化了1分子乙酰CoA，这些中间产物不能直接在循环中被氧化成CO２，也不能从乙酰CoA通过循环合成中间产物。三羧酸循环总反响式三羧酸循环的生物学意义1.普遍存在2.生物体获得能量的最有效方式，TCA循环过程相当于乙酰辅酶A这种“燃料〞在草酰乙酸的“气氛〞中“燃烧掉〞一样，是一个彻底氧化分解的反响过程。1分子乙酰CoA生成12分子ATP。3.TCA循环过程是联系糖、脂肪和蛋白质代谢的重要环节，也是这些物质互相转化的必经之路。三、三羧酸循环的回补途径三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它产生的中间产物也是生物合成的前体。例如卟啉的主要碳原子来自琥珀酰CoA，谷氨酸、天冬氨酸是从α-酮戊二酸、草酰乙酸衍生而成。一旦草酰乙酸浓度下降，势必影响三羧酸循环的进行。三羧酸循环的回补途径包括丙酮酸羧化支路和磷酸烯醇式丙酮酸的羧化反响。回补途径的意义在于补充草酰乙酸，使三羧酸循环得以正常进行。而且，通过该途径能够沟通糖酵解的一步不可逆反响，是糖异生的必经之路。

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。2、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。在大脑和心脏中存在这个反响。3.天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和α-酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸也会形成琥珀酰CoA。

四、五、糖的有氧氧化的生理意义

1、糖的有氧氧化是动物体大多数组织在氧供给充足的情况下，分解葡萄糖供能的主要代谢途径。通过这一途径和呼吸链，1分子葡萄糖彻底氧化分解生成6分子CO2，6分子H2O，同时生成38分子〔或36分子〕ATP。糖的有氧氧化的总反响方程式为：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量2、糖的有氧氧化中的三羧酸循环是联系糖、脂肪和蛋白质代谢的重要环节，也是这些物质互相转化的必经之路。

六、三羧酸循环的调控1、有三步不可逆反响：1，3，4步，催化这三步的酶分别是柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，α-酮戊二酸脱氢酶复合体，是三羧酸循环的限速酶，也是反响的调节点。2、当机体处于饥饿状态时，大量脂肪酸被发动利用，乙酰CoA/CoA和NADH/NAD+比例升高，抑制糖的有氧氧化，大多数器官组织利用脂肪酸供能以确保大脑对葡萄糖的需要。

3、细胞消耗ATP时，ATP降低，ADP、AMP含量升高，有氧氧化过程中的多种限速酶均被激活，加速有氧氧化，补充ATP。

第四节戊糖磷酸途径phosphopentosepathwayPPP糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主要径，但不是唯一途径。实验研究也说明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即磷酸戊糖途径〔pentosephosphatepathway,PPP〕，也称为磷酸己糖旁路〔hexosemonophosphatepathway/shunt,HMP〕。参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。一、磷酸戊糖途径的反响过程〔一〕氧化分枝G-6-P氧化分解生成5-磷酸核酮糖：

⑴G-6-P脱氢氧化生成6-磷酸葡萄糖酸内酯：⑵6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸：⑶6-磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖：6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化此反响.磷酸戊糖的异构化

(二)非氧化分枝

1.磷酸戊糖通过转酮及转醛反响生成酵解途径的中间产物6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛

木酮糖上二碳单位〔CH2OH-CO-〕向醛糖转移的反响称为转酮〔醇〕反响。R-5-PXu-5-P7-磷酸景天酮糖/Su-7-PG-3-P（7-phosphatesedoheptulose/Su-7-p）CHOHC–OHHC-OHHC-OHCH2OCHOHC–OHCH2O转酮（醇）酶TPPMg++CCCCCCCH2OH=O-H-OH-OH-OHH2OHOHHH+CCCCCH2OH=OHOHH2OHO+

2.7-磷酸景天酮糖和3-磷酸甘油醛在转醛酶的催化下，生成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖,这种酮糖上三碳单位〔CH2OH-CO-CHOH-〕向醛糖转移的反响称为转醛〔醇〕反响。CH2OHHC=OHO-CHHC-OHHC-OHCH2OF-6-PCHOHC–OHCH2OG-3-PCH2OHHC=OHOC-H

HC-OHHC-OHHC-OHCH2O

Su-7-PCHOHC-OHHC-OHCH2O（4-phosphateerythrose/E-4-P）++

转醛（醇）酶TPPMg++3.5-磷酸木酮糖和4-磷酸赤藓糖在转酮酶的催化下，木酮糖二碳单位转给醛糖，生成新的醛糖3-磷酸甘油醛和新的酮糖6-磷酸果糖。

G-3-PF-6-PE-4-PXu-5-P二.磷酸戊糖途径的调控

1.6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的限速酶，其活性决定6-磷酸葡萄糖进入此途径的流量。其活性的调节主要靠NADPH/NADP+的影响，当比例升高时，磷酸戊糖途径被抑制，比例降低时被激活，如饥饿后重饲，脂肪酸合成需大量NADPH，那么此酶含量明显升高，所以磷酸戊糖途径的流量取决于机体对NADPH的要求。2.非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。5-磷酸核糖过多时，可转化成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醇进行酵解。三.

磷酸戊糖途径的生理意义磷酸戊糖途径是葡萄糖不经过三羧酸循环而彻底氧化分解生成CO2和水的一个代谢途径。该途径相当于每6个分子G-6-P在氧化阶段经一次脱羧、2次脱氢〔NADPH2〕，生成6分子CO2，消耗掉相当于1分子的葡萄糖。生成的12分子NADPH2经呼吸链可生成36分子ATP。2.动物的某些组织，如脂肪和乳腺组织，以磷酸戊糖途径分解葡萄糖供能。3.磷酸戊糖途径可生成NADPH2，它是机体内许多合成反响，特别是脂肪酸合成过程所需要的复原剂，因此，联系了糖和脂肪代谢。

4.磷酸戊糖途径可产生R5P，通过它可联系糖与核酸代谢。第五节糖的合成、糖异生一.糖异生的途径2.糖异生作用的根本过程糖异生作用均为耗能过程，下面举出几个糖异生反响的实例：丙酮酸糖异生作用由于能障和代谢的分室作用，涉及到特殊的四步不可逆反响和两次跨线粒体膜的穿梭作用，其余可逆反响详见EMP和TCA途径。由丙酮酸异生成葡萄糖需13步反响，其中4步反响不可逆，总反响为：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+6H2O——→G+4ADP+2GDP+2NAD++6Pi

由丙氨酸异生成葡萄糖需14步反响，其中4步反响不可逆，总反响为：2丙氨酸+2〔α-酮戊二酸〕+4ATP+2GTP+2NADH+6H2O——→G+4ADP+2GDP+2NAD++6Pi+2谷氨酸

由乳酸异生成葡萄糖需14步反响，其中4步反响不可逆，总反响为：2乳酸+4ATP+2GTP+6H20——→G+4ADP+2GDP+6Pi

由甘油异生成葡萄糖需7步反响，其中3步反响不可逆，总反响为：2甘油+2ATP+2NAD++2H20——→G+2ADP+2NADH+2Pi

植物乙酰CoA异生成葡萄糖需16步反响，其中5步不可逆，总反响为：4乙酰CoA+2ATP+2GTP+2NAD++2FAD+12H2O——→G+2ADP+2GDP+2NADH+2FADH2+4CoA·SH+4Pi+2CO2

反刍动物瘤胃丙酸异生成葡萄糖需17步反响，其中5步反响不可逆，总反响为：2丙酸+8ATP+2FAD+6H2O——→G+6ADP+2FADH2+6Pi+2AMP+2PPi3.糖异生作用的机制：

糖异生途径的大局部反响是借用糖分解代谢的可逆反响进行的，少数反响是由不可逆反响构成，并由另外一些酶催化完成。糖异生途径随生糖物质种类而异，但丙酮酸异生到葡萄糖的过程具有代表性.〔1〕丙酮酸羧化酶在线粒体基质中，它催化丙酮酸羧化1分子CO2，生成草酰乙酸，同时消耗1分子的水和ATP。该酶的辅酶为生物素，同时还需Mg++参与。SLLN1-羧化生物素-丙酮酸羧化酶〔2〕磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，催化草酰乙酸脱羧生成磷酸烯醇式丙酮酸，同时消耗1分子GTP，并把GTP分子中未端的磷酸基团以酯的形成固定在生成分子的α-碳位上。

〔3〕果糖-16-二磷酸酸酶,催化F-1.6-BP第1位磷酸酯键水解生成6-P-F和自由磷酸。〔4〕葡萄糖-6-磷酸酶，催化G-6-P第6位磷酸酯键水解生成葡萄糖和自由磷酸2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2O→葡萄糖+2NAD++4ADP+2GDP+6Pi

在丙酮酸糖异生途径中，把丙酮酸羧化生成草酰乙酸，并通过苹果酸穿梭作用草酰乙酸再脱羧生成PEP的过程称为羧化支路。羧化支路可以看成是EMP途径PEP生成丙酮酸的逆反响过程或迂缭绕开能障的代偿性反响过程。这一过程由于丙酮酸羧化酶存在于线粒体基质中和草酰乙酸不能跨出线粒体膜，所以代谢物经历了进出线粒体的转运历程。

二.糖异生途径的调控

三.糖异生途径的生理意义

对人