糖代谢-糖的分解代谢（生物化学）

糖代谢生物化学糖的分解代谢生物化学一、糖的无氧氧化

(Glycolysis)

（一）概念与部位：在不需氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖的无氧氧化，又称为糖酵解。其反应部位在胞浆。可分为三个阶段：第二阶段:由磷酸丙糖分解成丙酮酸。第三阶段:由丙酮酸转变成乳酸。第一阶段:由葡萄糖分解成磷酸丙糖。⑴

葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖葡萄糖激酶（肝）葡萄糖Mg2+ATP

己糖激酶ADP6-磷酸葡萄糖（二）反应过程：第一阶段：葡萄糖分解成磷酸丙糖注意：1.己糖激酶：第一个限速酶2.糖原6-磷酸葡萄糖，不消耗能量。⑵6-磷酸葡萄糖异构化转变为6-磷酸果糖

磷酸已糖异构酶6-磷酸葡萄糖(G-6-P）OCH2OHOHOHHOHHPCH2OH6-磷酸果糖（F-6-P）（G-6-P）⑶6-磷酸果糖再磷酸化

生成1,6-二磷酸果糖ADPATP

磷酸果糖激酶-1

（PFK-1）（G-6-P）1，6-磷酸果糖（F-1，6-BP）6-磷酸葡萄糖注意：1.消耗1分子ATP2.磷酸果糖激酶-1：第二个限速酶（4）1,6-二磷酸果糖裂解生成2分子磷酸丙糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮醛缩酶磷酸丙糖异构酶1，6-磷酸果糖（F-1，6-BP）（1）3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸

NAD+NADH+H+3-磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛

PCH2OOHCHOCH1,3-二磷酸甘油酸

PCH2OOHCCHPOO第二阶段：磷酸丙糖分解成丙酮酸(2)1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸

注意：此反应为第一次通过底物水平磷酸化生成ATP

ADP

ATP

磷酸甘油酸激酶Mg2+

1,3-二磷酸甘油酸

PCH2OOHCCHPOOPCH2OOHCOOHCH3-磷酸甘油酸

（3）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸

2-磷酸甘油酸

磷酸甘油酸变位酶Mg2+3-磷酸甘油酸

PCH2OOHCOOHCHPCH2OHCOOHCHO（4）2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸

烯醇化酶(enolase)

磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸

PCH2OHCOOHCHOPCH2COOHCHO（5）丙酮酸的生成PCH2COOHCHO

磷酸烯醇式丙酮酸ADP

ATP

丙酮酸激酶丙酮酸COOHC=OCH3注意：1.这是糖酵解途径中的第二次底物水磷酸化。

2.第三个限速酶：丙酮酸激酶乳酸注意：反应中的NADH+H+来自于上述反应中的

3-磷酸甘油醛脱氢反应。乳酸脱氢酶(LDH)

NADH+H+NAD+

第三阶段：丙酮酸转变成乳酸丙酮酸COOHC=OCH3总结第一阶段：第二阶段第三阶段耗能过程G+2ATP2磷酸丙糖+2ADPG(n+1)+ATPGn+2磷酸丙糖+ADP产能过程2磷酸丙糖+4ADP+2NAD+

2丙酮酸+4ATP+2NADH+2H+2丙酮酸

+

2NADH+2H+2乳酸2×丙酮酸2×烯醇式丙酮酸2×ADP2×ATP2×乳酸6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖ADPATP2×1,3-二磷酸甘油酸

磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛2×Pi2×NADH+2H+2×NAD+2×3-磷酸甘油酸2×ADP2×ATP2×2-磷酸甘油酸2×磷酸烯醇式丙酮酸2×H2O糖原(Gn)

6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖PiGn-1ADPATP葡萄糖糖酵解过程小结反应部位：胞液(三)糖酵解反应特点1.反应部位胞浆。无氧参加。产物乳酸。2.反应全过程中有三步不可逆的反应。GG-6-PATP

ADP己糖激酶

ATP

ADPF-6-PF-1,6-BP磷酸果糖激酶-1ADP

ATP

PEP丙酮酸丙酮酸激酶

(2)净生成ATP数量：从G开始2×2-2=2ATP

从Gn开始2×2-1=3ATP3.无氧条件下进行，氧化不完全，产能少。产能的方式和数量

(1)产能方式为底物水平磷酸化，是某些细胞在供氧正常时的重要供能途径，如红细胞。也是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。4.2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)支路

ADPATP

磷酸甘油酸激酶Mg2+

1,3-二磷酸甘油酸

PCH2OOHCCHPOOPCH2OOHCOOHCH3-磷酸甘油酸

PPPCH2OOCOOHCHPP2,3-二磷酸甘油酸

变位酶磷酸酶H2OPi

红细胞中存在2,3-BPG支路。2,3-BPG与Hb结合，可降低Hb与氧的亲和力，促进氧的释放，以满足组织细胞对氧的需要。(四)糖酵解的意义1、糖酵解是机体在缺氧情况下供能的主要方式。2、糖酵解是成熟红细胞供能的主要方式。3、2,3-BPG对于调节红细胞的带氧功能具有重要生理意义。4、某些组织细胞如视网膜、睾丸、白细胞、瘤细胞等即使在有氧条件下，仍以糖酵解为主要供能方式，此种现象称为反巴斯德效应。5、为体内其他物质的合成提供原料。Crabtree效应

Crabtree效应（亦称反Pasteur作用）：一些组织细胞给予葡萄糖时，无论供氧充足与否，均呈现很强的酵解反应，而糖的有氧氧化受抑制，这种作用称为Crabtree效应。

实验现象：在癌细胞中有Crabtree现象，后发现某些正常组织细胞(如视网膜、睾丸、小肠粘膜、颗粒性白细胞、肾髓质、成熟红细胞等)亦有此现象。

(五)糖酵解的调节主要是通过对己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶三个关键酶的活性的调节，分为激素调节和代谢物的变构调节及共价修饰调节。1、激素调节：胰岛素----促进糖酵解。2、代谢物的变构调节1）6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1)

①变构激活剂：AMP;ADP;F-1,6-BP;F-2,6-BP。②变构抑制剂：柠檬酸;

ATP；长链脂肪酸。③F-1,6-BP正反馈调节该酶。

3）己糖激酶或葡萄糖激酶①6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但对葡萄糖激酶无影响。②长链脂肪酰CoA为葡萄糖激酶变构抑制剂。在饥饿时可减少肝摄取葡萄糖。2）丙酮酸激酶②变构抑制剂：ATP,丙氨酸①变构激活剂：1,6-二磷酸果糖二、糖有氧氧化葡萄糖或糖原在有氧条件下，彻底氧化分解生成CO2和H2O并释放大量能量的过程。(一）糖的有氧氧化概念：

有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多数组织细胞都通过有氧氧化获得能量。（二）糖有氧氧化的过程第一阶段：

丙酮酸的生成（胞浆）四个阶段第二阶段：

丙酮酸氧化脱羧生成乙酰

CoA（线粒体）第三阶段：

乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化（线粒体）第四阶段：氧化磷酸化糖有氧氧化概况葡萄糖→…→丙酮酸→丙酮酸→乙酰CoACO2+H2O+ATP三羧酸循环糖的有氧氧化乳酸糖酵解线粒体内胞浆2.丙酮酸的氧化脱羧

丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA(acetylCoA)。丙酮酸乙酰CoANAD+,HSCoACO2,NADH+H+

丙酮酸氧化脱氢酶系(1)总反应式:

1.丙酮酸的生成(同无氧氧化)

丙酮酸脱氢酶系3种酶：

E1:丙酮酸脱氢酶(TPP、Mg2+)E2:二氢硫辛酸乙酰转移酶(硫辛酸、辅酶A)E3:二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+)6种辅助因子：

TPP、Mg2+、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD+

（含B1、泛酸、B2、PP、硫辛酸五种维生素）

E1E2E3FADE1E2E3FADTPPTPPE1E2E3FADCO2CoASHNAD+NADH+H+E1E2E3TPPFADE1E2E3TPPFADH2丙酮酸脱氢酶复合体作用机制3、乙酰辅酶A进入三羧酸循环三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle，TAC)又称柠檬酸循环

乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成含3个羧基的柠檬酸开始，经过一系列代谢反应，乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程称为三羧酸循环。⑴乙酰CoA与草酰乙酸

缩合形成柠檬酸柠檬酸合酶草酰乙酸CH3CO～SCoA乙酰辅酶A柠檬酸CoASH+H2OAMPATP长链脂酰CoA（–）（+）异柠檬酸H2O⑵

柠檬酸异构化生成异柠檬酸柠檬酸顺乌头酸乌头酸酶CO2NAD+异柠檬酸⑶异柠檬酸氧化脱羧

生成α-酮戊二酸α-酮戊二酸草酰琥珀酸NADH+H+异柠檬酸脱氢酶AMPADPATP（–）（+）CO2⑷α-酮戊二酸氧化脱羧

生成琥珀酰辅酶A

α-酮戊二酸脱氢酶系CoASHNAD+NADH+H+琥珀酰CoAα-酮戊二酸⑸琥珀酰CoA转变为琥珀酸琥珀酰CoA合成酶琥珀酰CoAGDP+PiGTPATPADP琥珀酸CoASH底物水平磷酸化FAD⑹琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶延胡索酸FADH2⑺延胡索酸水化生成苹果酸延胡索酸延胡索酸酶苹果酸H2O⑻苹果酸脱氢生成草酰乙酸

苹果酸脱氢酶

草酰乙酸苹果酸NAD+NADH+H+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2H2H三羧酸循环总图

(三)三羧酸循环的特点1、三羧酸循环必须在有氧的条件下进行。巴斯德（Pasteur）效应Pasteur效应：糖的有氧氧化对糖酵解的抑制作用称为Pasteur效应。有氧时NADH+H+可进入线粒体内氧化，于是丙酮酸就进行有氧氧化而不生成乳酸---有氧氧化可抑制糖酵解。

缺氧时，氧化磷酸化受阻，ADP与Pi不能合成ATP，致使ADP/ATP比值升高，而激活糖酵解途径的限速酶，故糖酵解消耗的葡萄糖量增加。2、三羧酸循环是机体的主要产能途径。一次循环，消耗一分子乙酰CoA。经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2，

1分子GTP。共生成10分子ATP。能量生成：3NADH+H+

2.5ATP=7.5ATP1FADH2

1.5ATP=1.5ATP一次底物水平磷酸化1ATP

共生成10分子ATP3、整个循环反应为不可逆反应。关键酶有：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体。4、三羧酸循环的中间产物，如草酰乙酸看似在循环中不消耗，其实不然，可转变成其他物质，故需不断补充。回补反应三羧酸循环中草酰乙酸的来源(1)丙酮酸+CO2+ATP草酰乙酸+ADP+Pi+CO2

+ATP+ADP+Pi丙酮酸羧化酶生物素、Mg2+三羧酸循环中草酰乙酸的来源(2)+CO2NADPH+H+NADP+NAD+NADH+H+丙酮酸+CO2

苹果酸草酰乙酸苹果酸酶苹果酸脱氢酶四、三羧酸循环的生理意义1、三羧酸循环是体内三大营养物质彻底代谢的共同通路。2、三羧酸循环是体内物质代谢相互联系的总枢纽。α-酮戊二酸草酰乙酸延胡索酸琥珀酰CoA柠檬酸乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸甘油三酯葡萄糖或糖原磷酸丙糖乳酸丙酮酸酮体磷酸甘油脂肪酸乙酰乙酰CoA亮、赖糖、脂、氨基酸代谢的联系谷

异亮、蛋异亮亮丙天冬天冬酰胺苯丙、酪（五）糖有氧氧化的生理意义

糖有氧氧化是机体获能的主要方式。糖有氧氧化过程中ATP的生成第一阶段：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2×2.5ATP2×9ATP葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP糖原中的1mol葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP30/32ATP31/33ATP2×1.5/2.5ATP2×ATP(六)有氧氧化的调节主要是通过对七个关键酶活性的调节，分为别构调节和共价修饰调节。关键酶

①

酵解途径：己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1

丙酮酸激酶②丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体③

三羧酸循环：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体1、丙酮酸脱氢酶复合体的调节（1）变构调节变构抑制剂：乙酰辅酶A、NADH、ATP。变构激活剂：AMP、NAD+。（2）化学修饰调节有活性无活性磷酸酶胰岛素(+)2Pi2H2O蛋白激酶2ATPADPNAD+(-)乙酰CoANADH(+)TPPTPPCa2+(+)2ADPTPPTPPPP2、三羧酸循环的调节三羧酸循环的速率和流量受多种因素的调控。柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶是该途径的关键酶。NADH/NAD+，ATP/ADP比率升高时这三个酶的活性都被反馈抑制，反之，其活性升高。ADP是异柠檬酸脱氢酶的变构激活剂。。异柠檬酸苹果酸柠檬酸草酰乙酸乙酰CoA丙酮酸丙酮酸脱氢酶复合体ATPNADHα–酮戊二酸琥珀酸CoAGTPFADH2三羧酸循环的调控(-)ATP(+)ADP(-)NADH,琥珀酸CoA,柠檬酸，ATPADP(+)(-)ATP，乙酰CoA，NADH，脂肪酸(+)AMP,CoA,NAD+(-)琥珀酸CoA,NADH磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。磷酸戊糖途径又称磷酸戊糖旁路代谢。三、磷酸戊糖途径（一）概念与部位(二)反应过程细胞定位：胞液反应过程可分为二个阶段

第一阶段：氧化反应。

第二阶段：非氧化基团转移反应。总反应式3×6-磷酸葡萄糖+6NADP+

2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2

G-6-P5-磷酸核糖NADP+

NADPH+H+

NADP+

NADPH+H+

CO2

①生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2。②关键酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶。③磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。(1.氧化反应阶段

(1)6-磷酸葡萄糖

转变为

6-磷酸葡萄糖酸内酯NADP+NADPH+H+6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PD)限速酶，对NADP+有高度特异性(2)

6-磷酸葡萄糖酸内酯

转变为6-磷酸葡萄糖酸

6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸H2O内酯酶CO2(3)6-磷酸葡萄糖酸转变为

5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖酸NADP+NADPH+H+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentosephosphateshunt)。2.基团转移反应

糖酵解途径3×6-磷酸葡萄糖5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸木酮糖7-磷酸景天糖3-磷酸甘油醛