生物化学 课件 第二节 糖的分解代谢

第二节糖的分解代谢糖的无氧氧化（糖酵解）糖的有氧氧化磷酸戊糖途径

糖的氧化分解方式根据反应条件和反应途径的不同分为三种一、糖的无氧氧化（一）无氧氧化的概念

葡萄糖或糖原在无氧或缺氧情况下，分解成乳酸和少量ATP的过程。（二）无氧氧化过程全过程在细胞液中进行反应分三个阶段

第一阶段：葡萄糖裂解为2分子磷酸丙糖（利用ATP阶段）第二阶段：磷酸丙糖转变为丙酮酸（生成ATP阶段）第三阶段：丙酮酸还原为乳酸1.葡萄糖裂解为2分子磷酸丙糖

（1）葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖

消耗ATP的不可逆反应，由已糖激酶催化，Mg2+是其必需激活剂，该酶是酵解途径的限速酶之一。己糖激酶已糖激酶是无氧氧化的限速酶之一，Mg2+是其必需激活剂。现已发现，哺乳动物体内已糖激酶同工酶有四种：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型主要存在于肝外组织

1.专一性不强，对多种已糖起作用

2.Km较低，在0.1mmol/L左右，对葡萄糖有较强的亲和力

3.保证大脑等重要组织器官在血糖浓度较低时仍能利用葡萄糖供能Ⅳ型存在于肝细胞中，也称葡萄糖激酶

1.专一性较强，只对葡萄糖起作用

2.Km较高，在10mmol/L左右，对葡萄糖的亲和力较低，只有在血糖浓度较高时才能发挥作用

3.在维持血糖水平中起重要作用（2）6-磷酸葡萄糖转化为6-磷酸果糖

H为磷酸已糖异构酶催化的可逆反应，需Mg2＋参与。（3）6-磷酸果糖生成1,6二磷酸果糖HH6-磷酸果糖激酶-1是糖酵解途径中最重要的限速酶。胰岛素可诱导其生成。（4）磷酸丙糖的生成

在醛缩酶作用下，1分子1,6-二磷酸果糖裂解为2分子磷酸丙糖磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛是同分异构体，在磷酸丙糖异构酶的催化下可互相转变。2.磷酸丙糖氧化为丙酮酸产生ATP（1）3-磷酸甘油醛氧化

在3-磷酸甘油醛脱氢酶催化下，3-磷酸甘油醛的醛基脱氢氧化再磷酸化生成含有一个高能磷酸键的1，3-二磷酸甘油酸。反应脱下的氢由NAD＋接受生成NADH＋H＋。

在磷酸甘油酸激酶的催化下，1，3-二磷酸甘油酸将高能磷酸基转移给ADP生成ATP，自身则转变为3-磷酸甘油酸。这是糖酵解过程中第一次产生ATP的反应。这种直接将底物分子中的高能磷酸键转移给ADP生成ATP的方式，称为底物水平磷酸化作用。（2）1，3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸（3）3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸反应由磷酸甘油酸变位酶催化（4）磷酸烯醇式丙酮酸的生成

在烯醇化酶的催化下，2-磷酸甘油酸脱水，分子内部能量重新分布形成了一个高能磷酸键，产生了高能磷酸化合物——磷酸烯醇式丙酮酸。

在丙酮酸激酶的催化下，磷酸烯醇式丙酮酸转变为烯醇式丙酮酸，后者自发地转变为丙酮酸。这是酵解途径中第二次底物水平磷酸化反应。（5）丙酮酸的生成丙酮酸激酶为第三个限速酶3.乳酸的生成缺氧情况下，乳酸脱氢酶催化丙酮酸还原成乳酸。所需的NADH+H+提供来自3-磷酸甘油醛的脱氢反应。葡萄糖6-磷酸果糖

磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛2×2-磷酸甘油酸2×丙酮酸6-磷酸葡萄糖ADPATP1,6-二磷酸果糖ADPATP2×1,3-二磷酸甘油酸2×Pi2×NADH+2H+2×NAD+2×3-磷酸甘油酸2×ADP2×ATP2×磷酸烯醇式丙酮酸2×H2O2×烯醇式丙酮酸2×ADP2×ATP2×乳酸无氧氧化反应全过程（三）无氧氧化特点无氧氧化反应的全过程没有氧的参与，乳酸是必然产物。反应释放的能量较少，1分子葡萄糖可净生成2分子ATP。若从糖原开始，则净生成3分子ATP。糖酵解全过程有三步步可逆反应，分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶催化。其中以磷酸果糖激酶活性最低，是最重要的限速酶。（四）糖无氧氧化的生理意义无氧氧化是机体在缺氧情况下供应能量的重要方式生理性缺氧情况：剧烈运动时病理性缺氧情况：呼吸或循环机能障碍、严重贫血或失血等无氧氧化是红细胞功能的主要方式

成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧氧化某些组织细胞如视网膜、睾丸、白细胞、肿瘤细胞等，即使在有氧条件下仍以无氧氧化为其主要功能方式二、糖的有氧氧化（一）有氧氧化的概念

葡萄糖在有氧条件下彻底分解生成CO2和H20并释放大量能量的过程。（二）有氧氧化的反应过程分三个阶段

1.葡萄糖生成丙酮酸

2.丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A3.乙酰辅酶A进入三羧酸循环彻底氧化为H2O和CO2并释放较多能量1.葡萄糖生成丙酮酸

葡萄糖经糖酵解途径生成丙酮酸，此过程在胞液中进行。

无氧条件下，丙酮酸还原成乳酸，称为无氧氧化。

有氧条件下，丙酮酸转运入线粒体，进行有氧氧化。2.丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A

丙酮酸脱氢酶复合体由丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰胺转乙酰酶和二氢硫辛酰胺脱氢酶三种酶组成的多酶复合体。

有5种辅酶，即TPP、硫辛酸、FAD、NAD＋和HSCoA，分别含有B1、硫辛酸、B2、PP、泛酸等5种维生素。当这些维生素缺乏将导致糖代谢障碍。3.三羧酸循环概念：三羧酸循环是指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成柠檬酸，经过一系列脱氢、脱羧反应，再生成草酰乙酸的循环过程。由于此循环是从生成含有三个羧基的柠檬酸开始的，故得名三羧酸循环，也称柠檬酸循环。该循环是由德国科学家HansKrebs于1937年首先提出，又称Krebs循环。三羧酸循环的反应过程（1）柠檬酸的生成：在柠檬酸合酶催化下，乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠檬酸。（2）柠檬酸异构为异柠檬酸：是由顺乌头酸酶催化的可逆反应，经过中间产物顺乌头酸，将柠檬酸C3上的羟基转移到C2上。（3）第一次氧化脱羧：在异柠檬酸脱氢酶的催化下，异柠檬酸脱氢、脱羧转变为α-酮戊二酸，此为不可逆反应。脱下的氢由NAD＋接受，异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环的限速酶。（4）第二次氧化脱羧：α-酮戊二酸氧化脱羧生成含有高能硫酯键的琥珀酰CoA。这是三羧酸循环的第三步不可逆反应，由α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化。

α-酮戊二酸脱氢酶复合体的组成及催化反应过程与丙酮酸脱氢酶复合体类似，所需辅助因子相同，氢最终也由NAD＋接受还原为NADH＋H＋。（5）底物水平磷酸化反应：在琥珀酸硫激酶的催化下，琥珀酰CoA转变为琥珀酸的同时，释放的能量使GDP磷酸化为GTP。这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。（6）琥珀酸脱氢氧化成延胡索酸：琥珀酸脱氢酶催化该反应，其辅基是FAD，它接受琥珀酸脱下的氢还原为FADH2。（7）延胡索酸加水生成苹果酸：延胡索酸酶催化此可逆反应。

（8）草酰乙酸再生：在苹果酸脱氢酶的催化下，苹果酸脱氢生成草酰乙酸，脱下的氢由NAD＋接受。

再生的草酰乙酸可再次与乙酰CoA结合生成柠檬酸。草酰乙酸CH2CO～SoA(乙酰辅酶A)苹果酸琥珀酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸异柠檬酸柠檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸三羧酸循环2H2H

三羧酸循环总反应式:

CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O

2CO2+CoASH+3NADH+3H++FADH2+GTP能量“现金”：1GTP

能量“支票”：

3NADH

1FADH2兑换率1：2.57.5ATP兑换率1：1.51.5ATP1ATP10ATP三羧酸循环的能量计量：三羧酸循环的特点

三羧酸循环必须在有氧条件下进行一次三羧酸循环生成12分子ATP

四次脱氢生成

3分子NADH＋H＋

1分子FADH2

氧化磷酸化11分子ATP

底物水平磷酸化1分子ATP三羧酸循环是单向反应体系

三个不可逆反应分别由柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化三羧酸循环必须不断补充中间产物×2.5=7.5×1.5=1.5（四）糖有氧氧化的生理意义有氧氧化是机体获得能量的主要方式。

三羧酸循环是三大营养素彻底氧化分解的共同通路。三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽。第一阶段：葡萄糖→2丙酮酸第二阶段：2丙酮酸→2乙酰CoA第三阶段：2乙酰CoA→2CO2+4H2O

2ATP

糖的有氧氧化

底物磷酸化氧化磷酸化2×2.5ATP2×10ATP葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP糖原中的1mol葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP

30/32ATP36/38ATP2×1.5/2.5ATP2×ATP糖有氧氧化过程中ATP的生成注意：糖酵解途径消耗2分子ATP三、磷酸戊糖途径由6-磷酸葡萄糖开始，生成具有重要生理功能的5-磷酸核糖和NADPH。在胞浆中进行。此途径主要发生在肝脏、脂肪组织、哺乳期乳腺、肾上腺皮质、性腺、骨髓和红细胞等。（一）磷酸戊糖途径的反应过程两个阶段：

1.氧化反应阶段

6-磷酸葡萄糖首先在6-磷酸葡萄糖脱氢酶的催化下脱氢氧化为6-磷酸葡萄糖酸，再由6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化脱氢脱羧转变为5-磷酸核酮糖，后者在异构酶作用下转变为5-磷酸核糖，或由差向异构酶催化生成5-磷酸木酮糖。反应中两次脱氢均由NADP＋接受，生成NADPH＋H＋，一次脱羧产生了CO2。

G-6-P

葡萄糖酸-6-P核酮糖-５-P

NADP+

NADPH+H+NADP+

NADPH+H+CO2

H2OH2OPi65-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三2.基团移换反应阶段

（二）磷酸戊糖途径的生理意义

1.5-磷酸核糖的生理作用

5-磷酸核糖是合成核苷酸、核酸的原料。磷酸戊糖途径是机体利用葡萄糖生成5-磷酸核糖的