生物化学 第十章 糖代谢三

生物化学

第十章糖代谢第一节概述第二节糖的无氧分解第三节糖的有氧氧化第四节磷酸戊糖途径和乙醛酸循环第五节糖原的合成与分解第六节糖异生二、三羧酸循环三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle,TCA），又称柠檬酸循环或Krebs循环。反应过程特点生理意义调节乙酰CoA→CO2+H2O乙酰CoA的主要来源和去路糖原G三脂酰甘油FA、甘油蛋白质氨基酸三羧酸循环胆固醇、FA酮体乙酰CoA分步反应因为是需能反应，所以是不可逆反应。逆反应由柠檬酸裂解酶催化，并需ATP供能和HSCoA。乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸合成酶+＊＊＊＊柠檬酸①生成柠檬酸②异构化生成异柠檬酸柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸＊＊＊＊＊＊顺乌头酸酶③氧化脱羧生成α-酮戊二酸第一次氧化脱羧和脱氢6碳三羧酸变成5碳二羧酸异柠檬酸脱氢酶NAD+NADH+H+

CO2异柠檬酸＊＊＊＊

-酮戊二酸

(

-KG)④氧化脱羧生成琥珀酰CoA第二次氧化脱羧该脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系类同为不可逆反应

-酮戊二酸(

-KG)NAD+NADH+H+HSCoACO2

-KG脱氢酶复合体＊＊＊＊琥珀酰CoA⑤生成琥珀酸第一次底物水平磷酸化TCA中第一次生成ATP，GTP可用于糖异生、蛋白质生物合成等5碳变4碳琥珀酰CoAGDPGTP

PiHSCoA琥珀酰CoA合成酶琥珀酸＊＊＊＊GTP+ADPGDP+ATPGDPGTP

PiHSCoAGTP+ADPGDP+ATPGDPGTP

PiHSCoAGTP+ADP⑥脱氢生成延胡索酸TCA中第一次使用FAD作递氢体（1对氢仅产生2个ATP）产物是反式（顺式产物对人体有毒）丙二酸和琥珀酸由于结构类似，对脱氢酶有竞争性抑制TCA中第三次氧化脱氢反应该脱氢酶是唯一嵌入线粒体内膜的酶，其他TCA循环中的酶多存在于基质中琥珀酸琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸＊＊＊＊⑦水合生成苹果酸延胡索酸H2O

延胡索酸酶苹果酸＊＊＊＊⑧脱氢生成草酰乙酸TCA中最后一步反应。TCA中第四次氧化脱氢。苹果酸NAD+NADH+H+

苹果酸脱氢酶草酰乙酸＊＊＊＊三羧酸循环反应的全过程三羧酸循环的特点

在有O2条件下运转，是生成ATP的主要途径；循环中有4次脱氢，生成3分子NADH，1分子FADH2，另有1次底物水平磷酸化。共生成12分子ATP。（1NADH≡3ATP，1FADH2

≡2ATP）

循环一周产生2分子CO2；CO2来自草酰乙酸而不是乙酰CoA，但净结果是氧化了1分子乙酰CoA；三羧酸循环的特点（续）

限速酶：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、α-KG脱氢酶复合体；

三羧酸循环的中间产物包括草酰乙酸在内起着催化剂的作用，本身并无量的变化，不可能通过三羧酸循环从乙酰CoA合成草酰乙酸或其它中间产物；这些中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化成CO2和H2O。三羧酸循环的调节异柠檬酸脱氢酶和α-KG脱氢酶复合体是调节点。（－）：NADH/NAD+、ATP/ADP比率高（＋）：ADP、Ca2+三羧酸循环的生理意义是糖、脂肪、蛋白质分解的最终代谢通路；是三大物质代谢联系的枢纽；可为其他合成代谢提供小分子前体。营养物分解代谢的三个阶段糖原脂肪蛋白质葡萄糖脂肪酸甘油氨基酸乙酰CoAⅠⅡⅢTCA三羧酸循环与脂肪酸合成的关系糖有氧氧化生成的ATP

一分子葡萄糖彻底氧化成CO2和H2O，可生成38分子ATP葡萄糖→2丙酮酸：2ATP+2NADH=8ATP2丙酮酸→2乙酰CoA:2NADH=6ATP2乙酰CoA→4CO2（TCA）:12×2=24ATP糖有氧氧化的不可逆反应6个不可逆反应：

（1）G→G-6-P

（2）F-6-P→F-1,6-P

（3）磷酸烯醇式丙酮酸→烯醇式丙酮酸 （4）丙酮酸→乙酰CoA

（5）TCA中反应（生成柠檬酸） （6）TCA中反应（

-KG氧化脱羧生成琥珀酰CoA

）糖有氧氧化产生的CO2产生6个CO2：（1）丙酮酸→乙酰CoA（2）异柠檬酸→α–酮戊二酸（3）α-酮戊二酸→琥珀酰CoA

每个反应产生1个CO2，共产生6个CO2糖有氧氧化产生的H2O产生6个H2O：H2O的产生：第一阶段的反应6，第二阶段，第三阶段的反应3、4、6和8产生6个NADH，每个将产生1分子H2O；第一阶段的反应9生成1分子H2O。共计产生14分子H2O（7×2）。H2O的消耗：第一阶段反应6消耗1分子无机磷，相当于消耗1分子H2O；第三阶段反应1、5和7各消耗1分子H2O。共计消耗8分子H2O。所以，净得6分子H2O。有氧氧化的生理意义产生能量的重要途径：无氧分解仅产生2个ATP，有氧分解产生38个ATP；TCA是三大营养物质在体内相互转变及彻底氧化供能的共同代谢途径；TCA提供某些合成代谢所需要的CO2（碳架），如核酸的合成；TCA的一系列中间产物也是机体合成其它物质必不可少的原料，如乙酰CoA，α-酮戊二酸，草酰乙酸等。本小节的要求掌握糖有氧氧化的概念、反应的亚细胞部位、反应过程、ATP生成、生理意义；了解糖有氧氧化的调节。掌握三羧酸循环反应的亚细胞部位、反应过程、限速酶、特点及生理意义，了解其调节。第十章糖代谢第一节概述第二节糖的无氧分解第三节糖的有氧氧化第四节磷酸戊糖途径和乙醛酸循环第五节糖原的合成与分解第六节糖异生第四节磷酸戊糖途径和乙醛酸循环一、磷酸戊糖途径（HMP途径）HMP代谢反应的特点：G在HMP中直接脱羧脱氢，不需经过C3糖过程；产生NADPH，为生物合成提供还原力；在整个反应过程中，反应不需ATP；生物机体利用葡萄糖生成5-P-核糖的唯一途径，参加核酸代谢。反应过程第一阶段：G-6-P转变成磷酸戊糖（氧化阶段）

反应1：生成6-磷酸葡萄糖内酯

反应2：生成6-磷酸葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖脱氢酶内酯酶6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖内酯6-磷酸葡萄糖酸反应3：生成5-磷酸核酮糖（Ru-5-P）Ru-5-P可用于合成核酸6-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖第二阶段：

磷酸戊糖分子间基团转移（分子重排，非氧化阶段）反应4和5：磷酸戊糖的相互转化磷酸核糖异构酶磷酸戊糖差向酶（3）5-磷酸核酮糖（2）5-磷酸木酮糖（1）5-磷酸核糖反应6：生成7-磷酸景天庚酮糖辅酮醇酶5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖3-磷酸甘油醛7-磷酸景天庚酮糖反应7：生成四碳糖和六碳糖转醛醇酶7-磷酸景天庚酮糖3-磷酸甘油醛4-磷酸赤藓糖6-磷酸果糖反应8：五碳糖/四碳糖→三碳糖和六碳糖辅酮醇酶5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛4-磷酸赤藓糖6-磷酸果糖+总反应：一个G全部分解为CO2需6个循环过程6×G-6-P+6O2+12NADP+

→ 6CO2+5×G-6-P+12NADPH+12H++5H2O+H3PO4转酮醇酶磷酸核糖异构酶磷酸戊糖差向酶转醛醇酶HMP途径的生物学意义产生的NADPH为机体内许多还原性生物合成反应提供H原子；产生的核糖参与核酸的生物合成；在分解早期产生的ATP及NADPH经转化为NADH后产生的ATP提供了能量。6×G-6-P+6O2+12NADP+

→ 6CO2+5×G-6-P+12NADPH+12H++5H2O+H3PO46分子6-磷酸葡萄糖

4分子6-磷酸果糖

+1分子3-磷酸甘油醛1分子磷酸二羟丙酮

1分子6-磷酸果糖

HMP途径的调节6-P-葡萄糖脱氢酶的活性决定G-6-P进入此途径的流量，为限速酶。该酶受NADPH/NADP+的调节。第五节糖原的合成与分解肝糖原的合成与分解肝糖原的合成与分解的调节肌糖原的合成与分解肝糖原的合成与分解糖原的合成与分解都由非还原性末端开始。还原性末端非还原性末端非还原性末端α-1,4-糖苷键α-1,6-糖苷键一、糖原的合成分步反应：①G→G-1-P葡萄糖激酶磷酸葡萄糖转位酶GG-6-PG-1-P②尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）的合成++PPiUDPG焦磷酸化酶UDPG（被看成活性葡萄糖）③糖原合成糖原+UDPG糖原+UDP糖原合成酶引物原料分支的形成分支酶糖原合成与分解的全过程2Pi能量变化每延长一个葡萄糖需消耗2个ATP。

(1个ATP+1个UTP)二、糖原的分解分步反应：

①从糖链的非还原端开始磷酸化酶只能分解α-1,4-糖苷键，对α-1,6-糖苷键无作用。糖原+H3PO4糖原+G-1-P磷酸化酶脱分支转移酶α-1,6-糖苷酶α-1,6-糖苷酶和转移酶为同一种酶的二种活性，合称脱支酶（debranchingenzyme）。葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、肾中，而不存在于肌肉中，所以只有肝和肾可补充血糖，而肌糖原不能分解为葡萄糖，不能补充血糖，只能进行糖酵解或有氧氧化。②G-1-PG-6-P磷酸葡萄糖转位酶葡萄糖-6-磷酸酶（肝、肾）③G-6-PG+H3PO4肝糖原的合成与分解的调节共价修饰磷酸化酶：糖原分解的限速酶糖原合成酶：糖原合成的限速酶别构调节别构效应物：葡萄糖磷酸化酶b(无活性)(+)(+)(+)磷酸化酶a(活性)P磷酸化酶激酶

(活性)PA激酶(活性)ATP(+)cAMP腺苷酸环化酶胰岛素(+)(-)糖原合成酶a(活性)糖原合成酶b(无活性)P(+)A激酶(无活性)磷酸化酶激酶(无活性)升血糖降血糖肾上腺素胰高血糖素磷酸二酯酶5‘-AMP(+)腺苷酸环化酶PPiATP3’,5’-cAMP肌糖原的合成与分解受肾上腺素调节。别构效应剂：AMP：与磷酸化酶b结合，使其成为活化构象ATP：使磷酸化酶b处于无活性状态6-P-G：使磷酸化酶b处于无活性状态Ca2+的升高可以引起肌糖原的分解增加。因为Ca2+可激活磷酸化酶激酶，后者再激活磷酸化酶b为磷酸化酶aCa2+激活磷酸化酶激酶磷酸化酶b激酶（无活性）磷酸化酶b激酶（活性）肌糖原与肝糖原合成与分解的比较

肝糖原肌糖原葡萄糖激酶存在不存在三碳途径存在不存在G-6-P酶存在不存在激素影响胰高血糖素肾上腺素别构效应物葡萄糖ATP、AMP、G-6-P磷酸化酶激酶受A激酶调节受Ca2+调节糖原累积症：

患者体内有大量糖原堆积型别缺陷的酶受累器官糖原结构Ⅰ葡萄糖-6-磷酸酶肝、肾正常Ⅱ溶酶体α-葡萄糖苷酶所有组织正常Ⅲα-1,6-葡萄糖苷酶肝、肌肉分支多，外周糖链短Ⅳ分支酶所有组织

分支少，外周糖链特别长Ⅴ肌糖原磷酸化酶肌肉正常Ⅵ肝糖原磷酸化酶肝正常本小节的要求掌握肝糖原合成与分解的过程，熟悉限速酶及调节；熟悉肌糖原与肝糖原在合成与分解过程的异同第六节糖异生（gluconeogenesis)概念：从非糖物质（如丙酮酸、乳酸、甘油、生糖氨基酸等）转变成葡萄糖或糖原的过程。部位：肝、肾糖异生途径糖异生的调节糖异生的生理意义乳酸循环糖异生途径（gluconeogenesis）丙酮酸→葡萄糖糖酵解中三个不可逆反应须由其他反应完成。

PA→PEPF-1,6-P→F-6-PG-6-P→GPA→PEP①丙酮酸羧化酶（位于线粒体），辅酶为生物素。②磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶在线粒体和胞液中都存在。草酰乙酸丙酮酸羧化酶生物素2磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶线粒体天冬氨酸AspGOTGOT草酰乙酸苹果酸苹果酸MA草酰乙酸OXF-1,6-BP→F-6-P1,6-二磷酸果糖F-1,6-P果糖二磷酸