糖代谢通论课件

第七章糖代谢主要内容：一、糖的消化、吸收和转运

二、糖的分解代谢(一)糖酵解(二)柠檬酸循环(三)戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径(四)糖的异生(五)乙醛酸循环(六)糖酵解和糖异生的调节三、糖原的分解与生物合成四、糖原代谢的调控五、光合作用(一)光反应(二)暗反应糖代谢通论一、糖的消化、吸收和转运

（一）糖的消化（糖的酶水解）

1.淀粉（或糖原）的酶水解

糖代谢通论产物：

糊精、寡糖、少量麦芽糖麦芽糖、极限糊精

产物：α-淀粉酶非还原端还原端极限糊精β-淀粉酶糖代谢通论α,β-淀粉酶：水解α-1,4苷键，但不能水解α-1,6苷键。α-1,6葡萄糖苷酶：水解α-1,6苷键糖代谢通论2．二糖的酶水解

麦芽糖蔗糖

乳糖糖代谢通论（二）糖的吸收和转运

转运蛋白（Transportprotein）Na+G细胞膜－葡萄糖转运系统Na+糖代谢通论二、糖的分解代谢

葡萄糖酵解丙酮酸OX乙酰CoA三羧酸循环CO2+H2O无氧分解（有氧、无氧）有氧分解（有氧）糖代谢通论（一）糖酵解(Glycolysis)1.糖酵解途径

（1）葡萄糖的磷酸化

己糖激酶

GF-1，6-dip 包括反应1,2,3

糖代谢通论主要用于糖的合成

主要用于糖的分解

用途

不受G-6-P抑制

受G-6-P抑制

抑制

Km高，亲和力低

Km低，亲和力高

对G的亲和力

G

G、F、M等

底物

肝脏

不同组织

分布

葡萄糖激酶

已糖激酶

别名

已糖激酶IV

已糖激酶I、II、III

糖代谢通论G-6-P+H2OG-6-P（酯）酶D-G+H3PO4Go′=-3.3kcal/molG-6-PG-6-P异构酶F-6-PPFK是一个别构酶，受许多效应剂的影响。

ATP

柠檬酸AMP、ADP或H3PO4F-6-PMg2+ATPADPPFKF-1,6-dip糖代谢通论己糖激酶，G-6-P（酯）酶

G-6-P异构酶磷酸果糖激酶，F-1,6-dip（酯）酶

Go′=-4.0kcal/molF-1,6-dip（酯）酶F-1,6-dip+H2OF-6-P+Pi糖代谢通论从G开始，磷酸化，异构，磷酸化；消耗2分子ATP

调控点：已糖激酶，磷酸果糖激酶

第一阶段总结：糖代谢通论（2）二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸F-1，6-dip甘油醛-3-P，包括反应4，5

第二阶段总结：分子断裂，异构

糖代谢通论（3）甘油醛-3-磷酸甘油酸-2-磷酸，包括反应6，7，8甘油醛-3-磷酸甘油酸-1,3-二磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸-3-磷酸甘油酸-3-磷酸甘油酸-2-磷酸第三阶段总结：氧化磷酸化，转磷酸基，变位；产生了2分子NADH，2分子ATP

糖代谢通论（4）甘油酸-2-磷酸→丙酮酸，包括反应9，10

第四阶段总结：烯醇化，转磷酸基产生了ATP

糖代谢通论2．酵解过程中能量的产生

以葡萄糖为起点

无氧情况下:

G→G-6-P -1ATP

F-6-P→F-1，6-dip -1ATP

2×1,3-二磷酸甘油酸→2×甘油酸-3-磷酸+2ATP

2PEP→2Py+2ATP除2分子ATP外，还生成2分子NADH

净增2ATP糖代谢通论3．丙酮酸的去路

丙酮酸无氧或相对缺氧

有氧：

（酒精发酵）

糖酵解还原丙酮酸乳酸

丙酮酸

丙酮酸脱羧酶乙醛乙醇乙醇脱氢酶丙酮酸CO2+H2O

氧化脱羧CH3COSCoATCAcycle肌肉中：酵母菌中：

糖代谢通论4．糖酵解的调节

（1）已糖激酶的调节

（2）磷酸果糖激酶的调节

①ATP②柠檬酸③H+抑制④果糖-2,6-二磷酸

（3）丙酮酸激酶的调节

糖代谢通论5．糖酵解的生理意义

（1）供能

（2）提供生物合成所需的物质

（3）糖酵解不仅是葡萄糖的降解途径，也是其它一些单糖的分解代谢途径

（4）为糖的彻底降解作了准备

糖代谢通论（二）柠檬酸循环

PyCH3COSCoACO2＋H2O氧化脱羧TCAcycle糖代谢通论1．丙酮酸的氧化脱羧

丙酮酸脱氢酶复合物包括了三种酶:

（1）丙酮酸脱氢酶（也称丙酮酸脱羧酶）:

辅基TPP，E1。

功用：

Py2c单位

脱羧（2）二氢硫辛酸转乙酰基酶：辅基硫辛酰胺（或称硫辛酸），E2。

功用：氧化2C单位，并将2C单位先转到硫辛酰胺上，再转到CoA上。

（3）二氢硫辛酸脱氢酶：是一种黄酶，辅基FAD，E3。

功用：Red型硫辛酰胺→OX型硫辛酰胺

糖代谢通论丙酮酸脱氢酶复合物催化的总反应：

丙酮酸脱氢酶复合物

CH3COCOOH＋HSCoA＋NAD＋CH3CO～SCoA＋CO2＋NADH＋H＋Go′=-8.0kcal/mol糖代谢通论丙酮酸的氧化脱羧分五步进行：

（1）Py+TPP羟乙基-TPP+CO2

E1（2）羟乙基-TPP乙酰基-硫辛酰胺

OXE2（3）乙酰基-硫辛酰胺＋CoA乙酰CoA+硫辛酰胺

E2（4）Red型硫辛酰胺OX型硫辛酰胺

E3（5）糖代谢通论大肠杆菌丙酮酸脱氢酶多酶复合物

糖代谢通论糖代谢通论糖代谢通论糖代谢通论丙酮酸脱氢酶复合物的活性调节

（1）产物抑制：

丙酮酸氧化脱羧的二个产物乙酰CoA和NADH都抑制丙酮酸脱氢酶复合物。

糖代谢通论（2）核苷酸的反馈调节：

丙酮酸脱氢酶复合物的活性受细胞的能量负荷（能荷）控制

能量负荷=

一般来说高的能荷抑制产生ATP的途径

ATP水平高时，丙酮酸脱氢酶复合物活性↓，丙酮酸氧化脱羧减慢，特别是E1（丙酮酸脱氢酶）受GTP抑制，被AMP活化。

糖代谢通论（3）可逆磷酸化作用的共价调节

细胞内、、的比值增高时，激活了激酶，丙酮酸脱氢酶活性↓，丙酮酸氧化脱羧↓。而丙酮酸抑制了激酶，使丙酮酸脱氢酶活性↑，丙酮酸氧化脱羧↑。

丙酮酸脱氢酶＋3ATP

丙酮酸脱氢酶-3P＋3ADP

磷酸酶

（有活性）

（无活性）

激酶糖代谢通论2．三羧酸循环

柠檬酸循环三羧酸循环Tricarboxylicacidcycle(TCAcycle)

Krebs循环

糖代谢通论三羧酸循环总图

糖代谢通论第一阶段:

草酰乙酸（OAA）→α-酮戊二酸（α-KGA），包括反应1，2，3，4，5

糖代谢通论糖代谢通论第一阶段总结：

C链延长，脱水加水，脱氢脱羧（产生了NADH和CO2）。二个调控点：Cit合酶，异Cit脱氢酶。糖代谢通论第二阶段：α-KGA→琥珀酸（succinate,Suc），包括反应6,7。糖代谢通论第二阶段总结：

氧化脱羧（产生了NADH和CO2），脱去CoA的反应（合成了ATP），由5C二羧酸变成了4C二羧酸。

糖代谢通论第三阶段：

琥珀酸→草酰乙酸，包括反应8，9，10。

糖代谢通论第三阶段总结：

脱氢（产生了FADH2），加水，脱氢（产生了NADH），至此从OAA开始又回到了OAA，完成了一次循环。

糖代谢通论三羧酸循环的总反应式

CH3COSCoA＋3NAD＋＋FAD＋GDP＋Pi＋2H2O

2CO2＋3NADH＋3H＋＋FADH2＋GTP＋CoASH

糖代谢通论三羧酸循环中有两步反应是不可逆的

（1）Cit的合成

（2）α-KGA的氧化脱羧

所以TCACycle是单方向进行，不能逆转。

糖代谢通论三羧酸循环的能量生成：

从乙酰CoA开始

（7）1ATP（4），（6），（10）3NADH3×3ATP（8）1FADH22ATP12ATP从丙酮酸开始15ATP从葡萄糖开始8ATP(or6ATP)+15ATP×2=38ATP(or36ATP)

糖代谢通论糖代谢通论三羧酸循环的生理意义：

（1）供能。

（2）为生物合成提供中间物。（3）TCACycle不仅是糖代谢的重要途径，而且也是脂类化合物和蛋白质最终氧化成CO2和H2O的重要途径。

（4）TCACycle是CO2的重要来源之一。

糖代谢通论三羧酸循环的调节：

1.三羧酸循环中的三个调控酶

糖代谢通论（1）OAA+乙酰CoA→Cit，Cit合酶，限速酶，受琥珀酰CoA、NADH、ATP和脂酰CoA的抑制。

（2）异Cit→α-KGA,异Cit脱氢酶，ADP是别构激活剂，ATP和NADH是抑制剂。

（3）α-KGA→琥珀酰CoA，α-KGA脱氢酶被反应产物琥珀酰CoA和NADH抑制，也被高的能荷抑制。

糖代谢通论三羧酸循环中最主要的调控物质是底物乙酰CoA和草酰乙酸，以及它的产物NADH。乙酰CoA和草酰乙酸在线粒体中的浓度都未达到使柠檬酸合酶饱和的水平，因此柠檬酸合酶对底物催化的速度随底物浓度而变化，并被底物的存在而调控。

2.底物和产物对三羧酸循环的调节：糖代谢通论3.Ca2+对三羧酸循环的调节

Ca2+在机体内的生物功能是多方面的，除了许多其他生物功能外，它还在几个位点上调节三羧酸循环。它激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶，从而激活丙酮酸脱氢酶复合物，产生乙酰CoA。Ca2+还激活异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶。因此Ca2+不仅是刺激肌肉收缩的信号，而且也促进ATP的生成，以提供能量。

糖代谢通论糖代谢通论（三）戊糖磷酸途径和糖的其它代谢途径

戊糖磷酸途径的发现戊糖磷酸途径的概况：从6分子G-6-P开始循环一圈变成5分子G-6-P，净结果是1分子G-6-P彻底氧化成CO2和H2O，另外在这个过程中产生了大量的NADPH。

糖代谢通论戊糖磷酸途径可分为三个阶段：

第一阶段是氧化阶段。

第二，第三阶段是非氧化阶段。

糖代谢通论第一阶段：

G-6-P→Ru-5-P，包括反应1，2，3总结第一阶段：脱氢，水解，脱氢脱羧（氧化脱羧），产生了NADPH（2分子NADPH/1分子G-6-P）。

糖代谢通论第二阶段：戊糖磷酸的异构包括反应4，4′

糖代谢通论糖代谢通论3Ru-5-P

1R-5-P

2Xu-5-P

糖代谢通论第三阶段：分子重组产生3C、4C、5C、6C、7C糖的磷酸酯，包括反应5，6，7，8。有2个特殊的酶催化：糖代谢通论糖代谢通论3Ru-5-P

1R-5-P

2Xu-5-P

2F-6-P＋1G-3-P糖代谢通论戊糖磷酸途径的总反应式：

6G-6-P+12NADP++7H2O→5G-6-P+6CO2+12NADPH+12H++H3PO4

净结果是1分子G-6-P彻底降解放出6CO2，同时还原12分子NADP成12分子NADPH。

糖代谢通论戊糖磷酸途径的生理意义：

（1）供能。

（2）产生大量的NADPH，可供给组织中合成代谢的需要

。（3）产生的R-5-P是核酸生物合成的必需原料。

（4）戊糖磷酸途径是戊糖代谢的重要途径

。（5）戊糖磷酸途径与糖酵解和光合作用有密切关系

。（6）CO2的重要来源之一。糖代谢通论戊糖磷酸途径代谢的调节：

戊糖磷酸途径的调节点主要是G-6-P脱氢酶，这是一个不可逆反应，是戊糖磷酸途径中的限速一步。

NADPH是G-6-P脱氢酶的竞争性抑制剂，当NADPH/NADP+的比值大于10时，其抑制作用可达90%。

糖代谢通论（四）糖的异生

糖的异生是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。

糖异生的途径基本上是糖酵解的逆转，糖酵解中有三步反应是不可逆的。

糖代谢通论前面二个反应的逆反应可由相应的酯酶催化

G-6-P+H2O

由Py→PEP需二个酶的催化

F-1,6-dip+H2O

糖代谢通论Thepyruvatecarboxylasereaction糖代谢通论ThePEPcarboxykinasereaction糖代谢通论Comparisonofglycolysisandgluconeogenesispathways糖代谢通论GPEPPyOAA在线粒体内Py羧化酶CO2ATPADP+PiGDPGTPCO2PEP羧激酶在胞浆糖代谢通论（五）乙醛酸循环

糖代谢通论糖代谢通论乙醛酸循环的总反应：

2乙酰-CoA+NAD++2H2O→琥珀酸+2CoA+NADH+H+

或2乙酰-CoA+2NAD++FAD→草酰乙酸+2CoA+2NADH+FADH2+2H+

糖代谢通论乙醛酸循环的生理意义：

（1）乙醛酸循环提高了生物体利用乙酰CoA的能力，只要极少量的草酰乙酸作引物，乙酰CoA就可以无限制地转变为四碳二羧酸和六碳三羧酸，因此某些微生物能以乙酸等二碳化合物作唯一的碳源和能源。

（2）乙醛酸循环开辟了一条从脂肪转变成糖的途径。

糖代谢通论(六)糖酵解和糖异生的调节:糖代谢通论三、糖原的分解与生物合成

（一）糖原的降解

糖代谢通论糖代谢通论糖代谢通论糖原＋H3PO4(磷酸解）磷酸化酶脱支酶G-1-PG-6-P糖酵解糖代谢通论（二）糖原的生物合成糖代谢通论糖代谢通论G-1-PUDP-G糖原UTPPPiUDPG焦磷酸化酶引物糖原合成酶分支酶糖代谢通论UDPGGUTPPPiUDPG焦磷酸化酶引物糖原合成酶分支酶糖原磷酸化酶脱支酶G-1-PG-6-PH3PO4EMP途径糖代谢通论

葡萄糖是脑的主要代谢燃料，循环着的血液中的葡萄糖必须维持在大约5mmol·L-1的浓度。糖原降解产生的葡萄糖也是肌肉收缩的主要能量来源。糖原代谢的控制受糖原磷酸化酶和糖原合酶的交互调节。因此，糖原磷酸化酶的激活与糖原合酶的抑制是紧密相连的，反之亦然。糖原代谢的调节涉及代谢途径调节酶的别构控制和共价修饰控制。

四、糖原代谢的调控糖代谢通论

糖原磷酸化酶可被AMP别构激活，而ATP和葡萄糖-6-磷酸则能抑制该酶的活性。糖原合酶的活性则可被ATP和葡萄糖-6-磷酸促进。这两种酶的活性以及糖原代谢的方向取决于肌肉或者肝脏细胞的能量状况。当ATP和葡萄糖-6-磷酸很丰富时，糖原的合成被激活，而糖原的降解则被抑制。当细胞能量水平降低时(即高[AMP]和低[ATP]以及低[葡萄糖-6-磷酸])，糖原的合成停止，糖原的分解代谢受到刺激。（一）

糖原磷酸化酶和糖原合酶的别构调节

糖代谢通论

糖原磷酸化酶以两种构象状态存在，即有活性的R态和低活性(或无活性)的T态。AMP能启动向R态构象转变，而ATP、葡萄糖-6-磷酸等则有利于向低活性的T态转换。

糖代谢通论

（二）糖原磷酸化和糖原合酶的共价修饰调节

糖原磷酸化酶存在两种形式，即低活性的磷酸化酶b和有活性的磷酸化酶a,后来知道某种“转换酶”能将低活性的b形式转变成有活性的a形式。1959年E.Krebs和E.Fischer证实这种转换涉及到磷酸化的共价修饰机制。糖代谢通论

糖原磷酸化酶的共价修饰部位是每个亚基第14位Ser残基。在Ser14被磷酸化酶激酶(一种转换酶)催化而磷酸化时，糖原磷酸化酶由低活性的b形式转变成有活性的a形式。糖原磷酸化酶的活性变化是由于Ser14残基的磷酸化引起该酶的三级和四级结构发生了变化。这种构象变化与AMP的结合所引起的别构变化很相似，因而使该酶的T←→R平衡向有利于R态方向移动。当在另一种转换酶磷蛋白磷酸酶的作用下，糖原磷酸化酶a去磷酸化，复又转变成低活性的b形式。糖代谢通论

人的肌肉糖原合酶是一种同源4聚体蛋白，每个亚基由737个氨基酸残基组成。象糖原磷酸化酶一样，也存在两种酶促转换形式，即去磷酸化的、有活性的b形式(或Ⅰ形式)和磷酸化的、低活性的a形式(或D形式)。这种转换刚好与糖原磷酸化酶相反。糖原合酶活性的共价修饰转换所涉及到的转换酶与糖原磷酸化酶相同。糖代谢通论四、光合作用（photosynthesis）

糖代谢通论光反应阶段：

光能→化学能

H2O→O2H+，e-；ATP，NADPH

暗反应阶段：

还原能量CO2糖

糖代谢通论Photosynthesis:turningsunlightintoreducedcarbon糖代谢通论H2OCO2O2C6H12O6LightReactionDarkReactionLightisAdsorbedByChlorophyllWhichsplitswaterChloroplastATPandNADPH2ADPNADPCalvinCycleEnergyUsedEnergyandisrecycled.++Photosynthesis糖代谢通论（一）光反应（Thelightreactions）

光能化学能

光合色素1．光合色素和光（合）系统

糖代谢通论糖代谢通论糖代谢通论光合色素：chlorophyll(chl.),carotenoid

糖代谢通论糖代谢通论Thevisiblespectrum糖代谢通论糖代谢通论chla 430 660

chlb 453 640

糖代谢通论chlared(longwavelength):670,680,690,700(nm)

chlbred(longwavelength):650(nm)

chla680(P680),chla700(P700)

糖代谢通论2.光反应的电子传递链（光合链）

糖代谢通论糖代谢通论3．光合磷酸化（photophosphorylation）

电子由光系统II传递到光系统I的过程中发生了磷酸化，这磷酸化是由光能推动，称光合磷酸化。糖代谢通论noncyclicphotophosphorylation

糖代谢通论lightreactions:H2O+NADP++Pi+ADPO2+NADPH+H++ATP

chloroplastslight18ATP:12NADPH=1.5:1

darkreactions:In1954D.Arnon提出了Cyclic