生物化學-05糖代謝

第5章糖代謝1.新陳代謝的概念和特點※代謝總論

新陳代謝（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物與周圍環(huán)境進行物質交換和能量交換的過程。生物一方面不斷地從周圍環(huán)境中攝取能量和物質，通過一系列生物反應轉變成自身組織成分，即所謂同化作用（assimilation）；另一方面，將原有的組成成份經過一系列的生化反應，分解為簡單成分重新利用或排出體外，即所謂異化作用（dissimilation），通過上述過程不斷地進行自我更新。(1)概念(2)特點a.代謝反應絕大多數(shù)都由酶催化，條件溫和。b.代謝中的化學反應都是通過一系列中間過程，有序進行的。c.代謝反應往往表現(xiàn)出靈敏的自我調節(jié)特性，各個反應間都是相互協(xié)調，相互聯(lián)系，有條不紊地進行。d.同一物質，其分解代謝和合成代謝途徑一般是不同的。e.分解代謝和合成代謝可共同利用某些特殊的代謝環(huán)節(jié)，這種特殊的代謝環(huán)節(jié)稱為兩用代謝。2.中間代謝和代謝途徑中間代謝：物質進入細胞后，在細胞內的合成和分解過程。代謝途徑：中間代謝中按嚴格順序進行的一系列反應即構成了某物質的代謝途徑。f.糖類、脂質和蛋白質都有其特定的代謝途徑，但也有某些共同的代謝途徑。g.通常分解代謝是收斂的，合成代謝是發(fā)散的。3.糖代謝的概念糖代謝包括分解代謝和合成代謝。動物和大多數(shù)微生物所需的能量，主要是由糖的分解代謝提供的。另方面，糖分解的中間產物，又為生物體合成其它類型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳鏈骨架。植物和某些藻類能夠利用太陽能，將二氧化碳和水合成糖類化合物，即光合作用。光合作用將太陽能轉變成化學能（主要是糖類化合物），是自然界規(guī)模最大的一種能量轉換過程。一、糖的生物學功能第一節(jié)生物體內的糖類1.氧化供能

如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、膽固醇、核苷等物質的原料。3.作為機體組織細胞的組成成分——這是糖的主要功能。2.提供合成體內其他物質的原料如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的組成成分。4.作為機體組織的結構物質如纖維素1.概念及分類糖類物質是一類多羥基醛或多羥基酮類化合物或聚合物；糖類物質可以根據其水解情況分為：單糖、寡糖和多糖；在生物體內，糖類物質主要以均一多糖、雜多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。二、糖的分類及結構1）單糖不能再水解的糖。（1）單糖的D-及L-構型D型：結構式中,位號最大的手性碳原子的構型與D-(+)-甘油醛中C-2構型一致。L型：結構式中,位號最大的手性碳原子的構型與L-(-)-甘油醛中C-2構型一致。D系醛糖的立體結構D(+)-阿洛糖D(+)-阿桌糖D(+)-葡萄糖D(+)-甘露糖D(+)-古洛糖D(-)-艾杜糖D(+)-半乳糖D(+)-塔羅糖(allose)(altrose)(glucose)(mannose)(gulose)(idose)(galactose)(talose)D(-)-赤鮮糖(erythrose)D(-)-蘇糖(threose)D(+)-甘油醛(allose)D(-)-核糖(ribose)D(-)-阿拉伯糖(arabinose)D(+)-木糖(xylose)D(-)-米蘇糖(lysose)D系酮糖的立體結構D(-)-赤蘚酮糖(erythrulose)D(-)-核酮糖(ribulose)D(+)-木酮糖(xylulose)D(+)-阿洛酮糖(psicose,allulose)D(-)-果糖(fructose)D(+)-山梨糖(sorbose)D(-)-塔格糖(tagalose)二羥丙酮(dihytroasetone)（2）環(huán)狀結構糖在絕大多數(shù)情況下是以環(huán)狀結構存在的吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）吡喃呋喃-D-吡喃葡萄糖（主要）-D-吡喃果糖-D-呋喃葡萄糖-D-呋喃果糖（主要）（2）重要的單糖戊糖：-D-呋喃核糖2-脫氧-D-呋喃核糖己糖：D-吡喃葡萄糖D-吡喃半乳糖D-吡喃甘露糖D-呋喃果糖重要的二糖蔗糖D-麥芽糖（

-型）乳糖（

-型）纖維二糖（

-型）2）雙糖2分子單糖以苷鍵結合3）多糖多糖通常難溶于水，沒有還原性，沒有甜味，性質較穩(wěn)定。（1）淀粉和糖原直鏈淀粉非還原端還原端-1,4-苷鍵a.淀粉直鏈淀粉的螺旋結構0.8nm1.4nm6個殘基支鏈淀粉或糖原分支點的結構-1,6-苷鍵b.糖原是動物體內葡萄糖的儲存形式(1,6)分支點支鏈淀粉或糖原分子示意圖（2）纖維素作為植物的骨架纖維素一級結構β-1,4-苷鍵纖維素片層結構(3)瓊膠水溶性高分子，膠凝劑(4)果膠水溶性高分子L-半乳糖D-半乳糖第二節(jié)雙塘和多糖的酶促降解一、雙糖的酶促降解1.蔗糖的降解多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，生產中常稱為糖化。蔗糖+H2O葡萄糖+果糖蔗糖酶蔗糖+UDPUDPG+果糖蔗糖合酶麥芽糖+H2O

2葡萄糖麥芽糖酶乳糖+H2O葡萄糖+半乳糖β-半乳糖苷酶2.麥芽糖的降解二、多糖的酶促降解1.淀粉的酶促降解淀粉糊精寡糖麥芽糖葡萄糖

淀粉的水解酶：

α－淀粉酶：在淀粉分子內部任意水解α-1,4糖苷鍵。（內切酶）

β－淀粉酶：從非還原端開始，水解α-１,4糖苷鍵，依次水解下一個β-麥芽糖單位（外切酶）

脫支酶（R酶）：水解α-淀粉酶和β-淀粉酶作用后留下的極限糊精中的1,6－糖苷鍵。2.糖原的分解糖原

是動物體內葡萄糖的儲存形式1.葡萄糖單元以α-1,4-糖苷鍵形成長鏈。2.

約10個葡萄糖單元處形成分枝，分枝處葡萄糖以α-1,6-糖苷鍵連接，分支增加，溶解度增加。3.每條鏈都終止于一個非還原端。非還原端增多，以利于其被酶分解。-1，6糖苷鍵-1，4-糖苷鍵

磷酸化酶（催化1.4-糖苷鍵斷裂）三種酶協(xié)同作用：轉移酶（催化寡聚葡萄糖片段轉移）

脫枝酶（催化1.6-糖苷鍵斷裂）糖原的磷酸解

糖原磷酸解的步驟非還原端還原端磷酸化酶（釋放8個1-P-G）轉移酶脫支酶（釋放1個葡萄糖）糖代謝的概況：葡萄糖酵解途徑丙酮酸有氧無氧H2O及CO2乳酸糖異生途徑乳酸、氨基酸、甘油糖原肝糖原分解

糖原合成

磷酸戊糖途徑核糖

+NADPH+H+淀粉消化與吸收

ATP

一.糖酵解的概念糖酵解是將葡萄糖降解為丙酮酸并伴隨著ATP生成的一系列反應，是生物體內普遍存在的葡萄糖降解的途徑。該途徑也稱作Embden-Meyethof-Parnas途徑，簡稱EMP途徑。第三節(jié)糖酵解

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸第一階段第二階段第三階段葡萄糖葡萄糖的磷酸化磷酸己糖的裂解甘油醛的氧化丙酮酸的生成第四階段二.糖酵解途徑的反應歷程1.第一階段（葡萄糖的磷酸化）：葡萄糖

1,6-二磷酸果糖2.第二階段（磷酸己糖的裂解）：1,6-二磷酸果糖

3-磷酸甘油醛3.第三階段（甘油醛的氧化）：3-磷酸甘油醛

2-磷酸甘油酸

※在以上反應中，底物分子內部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程，稱為底物水平磷酸化?！?.第四階段（丙酮酸的生成）：2-二磷酸甘油酸丙酮酸糖酵解的代謝途徑三.糖酵解小結（1）反應部位：胞漿（2）糖酵解是一個不需氧的產能過程（3）反應全過程中有三步不可逆的反應GG-6-PATPADP己糖激酶ATPADPF-6-PF-1,6-2P磷酸果糖激酶-1ADPATPPEP丙酮酸丙酮酸激酶（4）產能的方式和數(shù)量方式：底物水平磷酸化能量計算：氧化一分子葡萄糖凈生成

2ATP2NADH

6ATP（有氧時）（5）終產物乳酸的去路釋放入血，進入肝臟再進一步代謝。分解利用乳酸循環(huán)（糖異生）四.EMP途徑的生物學意義

★是葡萄糖在生物體內進行有氧或無氧分解的共同途徑,通過糖酵解，生物體獲得生命活動所需要的能量；

★形成多種重要的中間產物，為氨基酸、脂類合成提供碳骨架；★亦是其他單糖的基本代謝途徑；

★為糖異生提供基本途徑。果糖己糖激酶（肌肉中）GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP丙酮酸半乳糖1-磷酸半乳糖1-磷酸葡萄糖半乳糖激酶變位酶甘露糖6-磷酸甘露糖己糖激酶變位酶除葡萄糖外，其它己糖也可轉變成磷酸己糖而進入酵解途徑。五.糖酵解的調節(jié)關鍵酶①

己糖激酶②

6-磷酸果糖激酶-1③

丙酮酸激酶1.己糖激酶或葡萄糖激酶*6-磷酸葡萄糖可反饋抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。2.果糖磷酸激酶別構激活劑：AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P別構抑制劑：檸檬酸;ATP（高濃度）3.丙酮酸激酶別構抑制劑：ATP,丙氨酸，乙酰CoA別構激活劑：1,6-二磷酸果糖六.丙酮酸的去路（有氧）（無氧）葡萄糖葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA三羧酸循環(huán)（有氧或無氧）丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA糖酵解途徑三羧酸循環(huán)（有氧或無氧）糖的有氧氧化：糖的有氧氧化(aerobicoxidation)指在機體氧供充足時，葡萄糖徹底氧化成H2O和CO2，并釋放出能量的過程。是機體主要供能方式。*部位：胞液及線粒體

第四節(jié)三羧酸循環(huán)一、丙酮酸的有氧氧化（EPM）葡萄糖COOHC==OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰CoA三羧酸循環(huán)

NAD+

NADH+H+CO2CoASH

葡萄糖的有氧分解丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系的組成

酶E1：丙酮酸脫氫酶E2：二氫硫辛酰胺轉乙酰酶E3：二氫硫辛酰胺脫氫酶HSCoANAD+

輔酶

TPP

硫辛酸（)HSCoAFAD,NAD+SSL1.丙酮酸脫氫酶系CO2CoASHNAD+NADH+H+5.

NADH+H+的生成1.-羥乙基-TPP的生成2.乙酰硫辛酰胺的生成3.乙酰CoA的生成4.硫辛酰胺的再生2.丙酮酸氧化脫羧二、乙酰輔酶A的徹底氧化分解

——三羧酸循環(huán)(TricarboxylicacidCycle,TCACycle)三羧酸循環(huán)(TricarboxylicacidCycle,TCA循環(huán))是乙酰CoA與草酰乙酸結合進入循環(huán)經一系列反應再回到草酰乙酸的過程。也稱為檸檬酸循環(huán)，這是因為循環(huán)反應中的第一個中間產物是一個含三個羧基的檸檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循環(huán)的學說，故此循環(huán)又稱為Krebs循環(huán)，它由一連串反應組成。*反應部位——線粒體

OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP三羧酸循環(huán)（TCA）草酰乙酸再生階段檸檬酸的生成階段氧化脫羧階段檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸-酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸蘋果酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+1.TCA第一階段：檸檬酸生成H2O草酰乙酸

OCH3-C-SCoACoASHH2O檸檬酸合成酶順烏頭酸酶順烏頭酸酶2.TCA第二階段：氧化脫羧CO2NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH異檸檬酸脫氫酶CO2-酮戊二酸脫氫酶復合物琥珀酰CoA合成酶GDP

GTP3.TCA第三階段：草酰乙酸再生FADFADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸琥珀酸脫氫酶延胡索酸水合酶蘋果酸脫氫酶三、小結1.三羧酸循環(huán)的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸縮合生成含三個羧基的檸檬酸，反復的進行脫氫脫羧，又生成草酰乙酸，再重復循環(huán)反應的過程。2.

TCA過程的反應部位是線粒體。3.三羧酸循環(huán)的要點經過一次三羧酸循環(huán)，消耗一分子乙酰CoA，經四次脫氫，二次脫羧，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。關鍵酶有：檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶

α-酮戊二酸脫氫酶復合物4.整個循環(huán)反應為不可逆反應5.三羧循環(huán)的化學計量和能量計量（1）總反應式：

CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3NADH+3H++FADH2+GTP能量“現(xiàn)金”:1GTP

能量“支票”:3NADH

1FADH2兌換率1：39ATP兌換率1：22ATP1ATP12ATP（2）三羧酸循環(huán)的能量計量葡萄糖完全氧化產生的ATP：酵解階段：2ATP

2

1NADH兌換率1：3(或2)2ATP2(3ATP或2ATP)三羧酸循環(huán)：21GTP

2

3NADH

21FADH221ATP29ATP24ATP兌換率1：3兌換率1：3丙酮酸氧化：2

1NADH兌換率1：323ATP總計：38ATP四、三羧循環(huán)的生物學意義是有機體獲得生命活動所需能量的主要途徑是機體中其它有機物碳鏈分解代謝的共同途徑循環(huán)的中間產物為機體合成其它有機物提供碳源表面上看來，三羧酸循環(huán)運轉必不可少的草酰乙酸在三羧酸循環(huán)中是不會消耗的，它可被反復利用。但是，例如：草酰乙酸

天冬氨酸α-酮戊二酸

谷氨酸Ⅰ機體內各種物質代謝之間是彼此聯(lián)系、相互配合的，TCA中的某些中間代謝物能夠轉變合成其他物質，借以溝通糖和其他物質代謝之間的聯(lián)系。五、三羧循環(huán)中間產物的回補Ⅱ機體糖供不足時，可能引起TCA運轉障礙，這時蘋果酸、草酰乙酸可脫羧生成丙酮酸，再進一步生成乙酰CoA進入TCA氧化分解。草酰乙酸

草酰乙酸脫羧酶丙酮酸CO2蘋果酸

蘋果酸酶丙酮酸

CO2NAD+

NADH+H+*所以，草酰乙酸必須不斷被更新補充。草酰乙酸檸檬酸檸檬酸裂解酶乙酰CoA丙酮酸丙酮酸羧化酶CO2蘋果酸蘋果酸脫氫酶NADH+H+NAD+天冬氨酸谷草轉氨酶α-酮戊二酸谷氨酸其來源如下：六、有氧氧化的調節(jié)關鍵酶①

酵解途徑：己糖激酶②丙酮酸的氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復合物③

三羧酸循環(huán)：檸檬酸合酶丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1α-酮戊二酸脫氫酶復合物異檸檬酸脫氫酶1.丙酮酸的氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復合物（1）別構調節(jié)別構抑制劑：乙酰CoA;NADH;ATP別構激活劑：AMP;ADP;NAD+*乙酰CoA/HSCoA或NADH/NAD+時，其活性受到抑制。（2）共價修飾調節(jié)2.三羧酸循環(huán)乙酰CoA檸檬酸草酰乙酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸異檸檬酸蘋果酸NADHFADH2GTPATP異檸檬酸脫氫酶檸檬酸合酶

α-酮戊二酸脫氫酶復合體–ATP

+ADP

ADP

+ATP

–檸檬酸琥珀酰CoANADH–琥珀酰CoANADH+Ca2+Ca2+a.ATP、ADP的影響b.產物堆積引起抑制c.循環(huán)中后續(xù)反應中間產物別位反饋抑制前面反應中的酶d.其他，如Ca2+可激活許多酶有氧氧化的調節(jié)特點（1）有氧氧化的調節(jié)通過對其關鍵酶的調節(jié)實現(xiàn)。（2）ATP/ADP或ATP/AMP比值全程調節(jié)。該比值升高，所有關鍵酶均被抑制。（3）氧化磷酸化速率影響三羧酸循環(huán)。前者速率降低，則后者速率也減慢。（4）三羧酸循環(huán)與酵解途徑互相協(xié)調。三羧酸循環(huán)需要多少乙酰CoA，則酵解途徑相應產生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-酮戊二酸檸檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖α-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸絲氨酸蘇氨酸色氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸蛋氨酸絲氨酸蘇氨酸纈氨酸酮體亮氨酸賴氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸谷氨酸精氨酸谷氨酰胺組氨酸纈氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代謝的聯(lián)系TCA第五節(jié)磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再進一步轉變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應過程，亦稱為磷酸己糖支路。*概念第一階段：氧化反應生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2一、磷酸戊糖途徑的反應歷程第二階段則是非氧化反應，包括一系列基團轉移。

6G-6-P6

葡萄糖酸-6-P6

核酮糖-5-P

6NADP+NADPH6NADP+6NADPH6CO26H2O6

核酮糖-5-P5

果糖-6-P5

葡萄糖-6-P1.磷酸戊糖途徑的氧化脫羧階段NADP+

NADPH+H+

H2O

NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸內酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脫氫酶內酯酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶2.磷酸戊糖途徑的非氧化分子重排階段H2OPi6

5-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛2

7-磷酸景天庚酮糖2

4-磷酸赤蘚丁糖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-磷酸果糖轉醛酶異構酶轉酮酶轉酮酶醛縮酶階段之一階段之二階段之三磷酸戊糖途徑的非氧化階段之一

（5-磷酸核酮糖異構化）差向異構酶異構酶5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸核酮糖磷酸戊糖途徑的非氧化階段之二

（基團轉移）+24-磷酸赤蘚糖+25-磷酸核糖23-磷酸甘油醛轉酮酶轉醛酶26-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖基團轉移（續(xù)前）+24-磷酸赤蘚糖+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖轉酮酶25-磷酸木酮糖H2OPi1,6-二磷酸果糖23-磷酸甘油醛6-磷酸果糖醛縮酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途徑的非氧化階段之三

（3-磷酸甘油醛異構、縮合與水解）異構酶二、磷酸戊糖途徑的特點（1）脫氫反應以NADP+為受氫體，生成NADPH+H+。

（2）反應過程中進行了一系列酮基和醛基轉移反應，經過了3、4、5、6、7碳糖的演變過程。（3）反應中生成了重要的中間代謝物——5-磷酸核糖。（4）一分子G-6-P經過反應，只能發(fā)生一次脫羧和二次脫氫反應，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。磷酸戊糖途徑的總反應式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+12NADPH+12H+三、磷酸戊糖途徑的生物學意義產生大量NADPH，主要用于還原（加氫）反應，為細胞提供還原力；產生大量的磷酸核糖和其它重要中間產物；與光合作用聯(lián)