糖代謝-糖的分解代謝（生物化學）

糖代謝生物化學糖的分解代謝生物化學一、糖的無氧氧化

(Glycolysis)

（一）概念與部位：在不需氧情況下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的過程稱之為糖的無氧氧化，又稱為糖酵解。其反應(yīng)部位在胞漿。可分為三個階段：第二階段:由磷酸丙糖分解成丙酮酸。第三階段:由丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸。第一階段: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）反應(yīng)過程：第一階段：葡萄糖分解成磷酸丙糖注意：1.己糖激酶：第一個限速酶2.糖原6-磷酸葡萄糖，不消耗能量。⑵6-磷酸葡萄糖異構(gòu)化轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖

磷酸已糖異構(gòu)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：第二個限速酶（4）1,6-二磷酸果糖裂解生成2分子磷酸丙糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮醛縮酶磷酸丙糖異構(gòu)酶1，6-磷酸果糖（F-1，6-BP）（1）3-磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸

NAD+NADH+H+3-磷酸甘油醛脫氫酶3-磷酸甘油醛

PCH2OOHCHOCH1,3-二磷酸甘油酸

PCH2OOHCCHPOO第二階段：磷酸丙糖分解成丙酮酸(2)1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸

注意：此反應(yīng)為第一次通過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-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸

2-磷酸甘油酸

磷酸甘油酸變位酶Mg2+3-磷酸甘油酸

PCH2OOHCOOHCHPCH2OHCOOHCHO（4）2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖?/p>

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.這是糖酵解途徑中的第二次底物水磷酸化。

2.第三個限速酶：丙酮酸激酶乳酸注意：反應(yīng)中的NADH+H+來自于上述反應(yīng)中的

3-磷酸甘油醛脫氫反應(yīng)。乳酸脫氫酶(LDH)

NADH+H+NAD+

第三階段：丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸丙酮酸COOHC=OCH3總結(jié)第一階段：第二階段第三階段耗能過程G+2ATP2磷酸丙糖+2ADPG(n+1)+ATPGn+2磷酸丙糖+ADP產(chǎn)能過程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

磷酸二羥丙酮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葡萄糖糖酵解過程小結(jié)反應(yīng)部位：胞液(三)糖酵解反應(yīng)特點1.反應(yīng)部位胞漿。無氧參加。產(chǎn)物乳酸。2.反應(yīng)全過程中有三步不可逆的反應(yīng)。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)凈生成ATP數(shù)量：從G開始2×2-2=2ATP

從Gn開始2×2-1=3ATP3.無氧條件下進行，氧化不完全，產(chǎn)能少。產(chǎn)能的方式和數(shù)量

(1)產(chǎn)能方式為底物水平磷酸化，是某些細胞在供氧正常時的重要供能途徑，如紅細胞。也是機體在缺氧情況下獲取能量的有效方式。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

變位酶磷酸酶H2OPi

紅細胞中存在2,3-BPG支路。2,3-BPG與Hb結(jié)合，可降低Hb與氧的親和力，促進氧的釋放，以滿足組織細胞對氧的需要。(四)糖酵解的意義1、糖酵解是機體在缺氧情況下供能的主要方式。2、糖酵解是成熟紅細胞供能的主要方式。3、2,3-BPG對于調(diào)節(jié)紅細胞的帶氧功能具有重要生理意義。4、某些組織細胞如視網(wǎng)膜、睪丸、白細胞、瘤細胞等即使在有氧條件下，仍以糖酵解為主要供能方式，此種現(xiàn)象稱為反巴斯德效應(yīng)。5、為體內(nèi)其他物質(zhì)的合成提供原料。Crabtree效應(yīng)

Crabtree效應(yīng)（亦稱反Pasteur作用）：一些組織細胞給予葡萄糖時，無論供氧充足與否，均呈現(xiàn)很強的酵解反應(yīng)，而糖的有氧氧化受抑制，這種作用稱為Crabtree效應(yīng)。

實驗現(xiàn)象：在癌細胞中有Crabtree現(xiàn)象，后發(fā)現(xiàn)某些正常組織細胞(如視網(wǎng)膜、睪丸、小腸粘膜、顆粒性白細胞、腎髓質(zhì)、成熟紅細胞等)亦有此現(xiàn)象。

(五)糖酵解的調(diào)節(jié)主要是通過對己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶三個關(guān)鍵酶的活性的調(diào)節(jié)，分為激素調(diào)節(jié)和代謝物的變構(gòu)調(diào)節(jié)及共價修飾調(diào)節(jié)。1、激素調(diào)節(jié)：胰島素----促進糖酵解。2、代謝物的變構(gòu)調(diào)節(jié)1）6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1)

①變構(gòu)激活劑：AMP;ADP;F-1,6-BP;F-2,6-BP。②變構(gòu)抑制劑：檸檬酸;

ATP；長鏈脂肪酸。③F-1,6-BP正反饋調(diào)節(jié)該酶。

3）己糖激酶或葡萄糖激酶①6-磷酸葡萄糖可反饋抑制己糖激酶，但對葡萄糖激酶無影響。②長鏈脂肪酰CoA為葡萄糖激酶變構(gòu)抑制劑。在饑餓時可減少肝攝取葡萄糖。2）丙酮酸激酶②變構(gòu)抑制劑：ATP,丙氨酸①變構(gòu)激活劑：1,6-二磷酸果糖二、糖有氧氧化葡萄糖或糖原在有氧條件下，徹底氧化分解生成CO2和H2O并釋放大量能量的過程。(一）糖的有氧氧化概念：

有氧氧化是糖氧化的主要方式，絕大多數(shù)組織細胞都通過有氧氧化獲得能量。（二）糖有氧氧化的過程第一階段：

丙酮酸的生成（胞漿）四個階段第二階段：

丙酮酸氧化脫羧生成乙酰

CoA（線粒體）第三階段：

乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)徹底氧化（線粒體）第四階段：氧化磷酸化糖有氧氧化概況葡萄糖→…→丙酮酸→丙酮酸→乙酰CoACO2+H2O+ATP三羧酸循環(huán)糖的有氧氧化乳酸糖酵解線粒體內(nèi)胞漿2.丙酮酸的氧化脫羧

丙酮酸進入線粒體，氧化脫羧為乙酰CoA(acetylCoA)。丙酮酸乙酰CoANAD+,HSCoACO2,NADH+H+

丙酮酸氧化脫氫酶系(1)總反應(yīng)式:

1.丙酮酸的生成(同無氧氧化)

丙酮酸脫氫酶系3種酶：

E1:丙酮酸脫氫酶(TPP、Mg2+)E2:二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶(硫辛酸、輔酶A)E3:二氫硫辛酸脫氫酶(FAD、NAD+)6種輔助因子：

TPP、Mg2+、硫辛酸、輔酶A、FAD、NAD+

（含B1、泛酸、B2、PP、硫辛酸五種維生素）

E1E2E3FADE1E2E3FADTPPTPPE1E2E3FADCO2CoASHNAD+NADH+H+E1E2E3TPPFADE1E2E3TPPFADH2丙酮酸脫氫酶復(fù)合體作用機制3、乙酰輔酶A進入三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle，TAC)又稱檸檬酸循環(huán)

乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合成含3個羧基的檸檬酸開始，經(jīng)過一系列代謝反應(yīng)，乙?；粡氐籽趸?，草酰乙酸得以再生的過程稱為三羧酸循環(huán)。⑴乙酰CoA與草酰乙酸

縮合形成檸檬酸檸檬酸合酶草酰乙酸CH3CO～SCoA乙酰輔酶A檸檬酸CoASH+H2OAMPATP長鏈脂酰CoA（–）（+）異檸檬酸H2O⑵

檸檬酸異構(gòu)化生成異檸檬酸檸檬酸順烏頭酸烏頭酸酶CO2NAD+異檸檬酸⑶異檸檬酸氧化脫羧

生成α-酮戊二酸α-酮戊二酸草酰琥珀酸NADH+H+異檸檬酸脫氫酶AMPADPATP（–）（+）CO2⑷α-酮戊二酸氧化脫羧

生成琥珀酰輔酶A

α-酮戊二酸脫氫酶系CoASHNAD+NADH+H+琥珀酰CoAα-酮戊二酸⑸琥珀酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁徵牾oA合成酶琥珀酰CoAGDP+PiGTPATPADP琥珀酸CoASH底物水平磷酸化FAD⑹琥珀酸氧化脫氫生成延胡索酸琥珀酸琥珀酸脫氫酶延胡索酸FADH2⑺延胡索酸水化生成蘋果酸延胡索酸延胡索酸酶蘋果酸H2O⑻蘋果酸脫氫生成草酰乙酸

蘋果酸脫氫酶

草酰乙酸蘋果酸NAD+NADH+H+草酰乙酸CH2CO～SoA(乙酰輔酶A)蘋果酸琥珀酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸異檸檬酸檸檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸2H2H三羧酸循環(huán)總圖

(三)三羧酸循環(huán)的特點1、三羧酸循環(huán)必須在有氧的條件下進行。巴斯德（Pasteur）效應(yīng)Pasteur效應(yīng)：糖的有氧氧化對糖酵解的抑制作用稱為Pasteur效應(yīng)。有氧時NADH+H+可進入線粒體內(nèi)氧化，于是丙酮酸就進行有氧氧化而不生成乳酸---有氧氧化可抑制糖酵解。

缺氧時，氧化磷酸化受阻，ADP與Pi不能合成ATP，致使ADP/ATP比值升高，而激活糖酵解途徑的限速酶，故糖酵解消耗的葡萄糖量增加。2、三羧酸循環(huán)是機體的主要產(chǎn)能途徑。一次循環(huán)，消耗一分子乙酰CoA。經(jīng)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。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、整個循環(huán)反應(yīng)為不可逆反應(yīng)。關(guān)鍵酶有：檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體。4、三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，如草酰乙酸看似在循環(huán)中不消耗，其實不然，可轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)，故需不斷補充。回補反應(yīng)三羧酸循環(huán)中草酰乙酸的來源(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+三羧酸循環(huán)中草酰乙酸的來源(2)+CO2NADPH+H+NADP+NAD+NADH+H+丙酮酸+CO2

蘋果酸草酰乙酸蘋果酸酶蘋果酸脫氫酶四、三羧酸循環(huán)的生理意義1、三羧酸循環(huán)是體內(nèi)三大營養(yǎng)物質(zhì)徹底代謝的共同通路。2、三羧酸循環(huán)是體內(nèi)物質(zhì)代謝相互聯(lián)系的總樞紐。α-酮戊二酸草酰乙酸延胡索酸琥珀酰CoA檸檬酸乙酰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體磷酸甘油脂肪酸乙酰乙酰CoA亮、賴糖、脂、氨基酸代謝的聯(lián)系谷

異亮、蛋異亮亮丙天冬天冬酰胺苯丙、酪（五）糖有氧氧化的生理意義

糖有氧氧化是機體獲能的主要方式。糖有氧氧化過程中ATP的生成第一階段：葡萄糖→2丙酮酸第二階段：2丙酮酸→2乙酰CoA第三階段：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)有氧氧化的調(diào)節(jié)主要是通過對七個關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)，分為別構(gòu)調(diào)節(jié)和共價修飾調(diào)節(jié)。關(guān)鍵酶

①

酵解途徑：己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1

丙酮酸激酶②丙酮酸的氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體③

三羧酸循環(huán)：檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體1、丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)節(jié)（1）變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)抑制劑：乙酰輔酶A、NADH、ATP。變構(gòu)激活劑：AMP、NAD+。（2）化學修飾調(diào)節(jié)有活性無活性磷酸酶胰島素(+)2Pi2H2O蛋白激酶2ATPADPNAD+(-)乙酰CoANADH(+)TPPTPPCa2+(+)2ADPTPPTPPPP2、三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)的速率和流量受多種因素的調(diào)控。檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶是該途徑的關(guān)鍵酶。NADH/NAD+，ATP/ADP比率升高時這三個酶的活性都被反饋抑制，反之，其活性升高。ADP是異檸檬酸脫氫酶的變構(gòu)激活劑。。異檸檬酸蘋果酸檸檬酸草酰乙酸乙酰CoA丙酮酸丙酮酸脫氫酶復(fù)合體ATPNADHα–酮戊二酸琥珀酸CoAGTPFADH2三羧酸循環(huán)的調(diào)控(-)ATP(+)ADP(-)NADH,琥珀酸CoA,檸檬酸，ATPADP(+)(-)ATP，乙酰CoA，NADH，脂肪酸(+)AMP,CoA,NAD+(-)琥珀酸CoA,NADH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(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應(yīng)過程。磷酸戊糖途徑又稱磷酸戊糖旁路代謝。三、磷酸戊糖途徑（一）概念與部位(二)反應(yīng)過程細胞定位：胞液反應(yīng)過程可分為二個階段

第一階段：氧化反應(yīng)。

第二階段：非氧化基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)。總反應(yīng)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關(guān)鍵酶：6-磷酸葡萄糖脫氫酶。③磷酸核糖是一個非常重要的中間產(chǎn)物。(1.氧化反應(yīng)階段

(1)6-磷酸葡萄糖

轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯NADP+NADPH+H+6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G6PD)限速酶，對NADP+有高度特異性(2)

6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯

轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖酸

6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯6-磷酸葡萄糖酸H2O內(nèi)酯酶CO2(3)6-磷酸葡萄糖酸轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖酸NADP+NADPH+H+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶每3分子6-磷酸葡萄糖同時參與反應(yīng)，在一系列反應(yīng)中，通過3C、4C、6C、7C等演變階段，最終生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可進入酵解途徑。因此，磷酸戊糖途徑也稱磷酸戊糖旁路(pentosephosphateshunt)。2.基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)

糖酵解途徑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