糖代謝 Metabolism of carbohydrate

1、l 糖類是指多羥基醛或酮及其衍生物。糖糖類是指多羥基醛或酮及其衍生物。糖 類在生物體的生理功能主要有：類在生物體的生理功能主要有： 氧化供能氧化供能：糖類占人體全部供能量的：糖類占人體全部供能量的 70%70%。 作為結(jié)構(gòu)成分作為結(jié)構(gòu)成分：作為生物膜、神經(jīng)組：作為生物膜、神經(jīng)組 織等的組分?？椀鹊慕M分。 作為核酸類化合物的成分作為核酸類化合物的成分：構(gòu)成核苷：構(gòu)成核苷 酸，酸，DNADNA，RNARNA等。等。 轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)：轉(zhuǎn)變?yōu)橹净虬被恨D(zhuǎn)變?yōu)橹净虬被?酸等化合物。酸等化合物。 一、新陳代謝基本概念 新陳代謝包括物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)換。 物質(zhì)代謝可分為合成代謝和分解代謝。

2、合成代謝是合成用于細(xì)胞維持和生長(zhǎng)所 需分子的代謝；分解代謝是降解復(fù)雜分 子為生物體提供小的構(gòu)件分子和能量的 代謝。 二、新陳代謝的普遍原理和特點(diǎn) 1、代謝途徑是由一系列酶促反應(yīng)驅(qū)動(dòng) 多步酶促反應(yīng)組成一個(gè)代謝途徑， 這一系列連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成一化 學(xué)反應(yīng)鏈，稱代謝反應(yīng)鏈，即一個(gè) 多酶促序列。 反應(yīng)鏈的形式： （1）線性反應(yīng)途徑 ABCDE 酶1的產(chǎn)物為酶2的底物，依次類推。 （2）環(huán)狀途徑 如乙酰基氧化為CO2、H2O經(jīng)過的 三羧酸循環(huán)途徑。 （3）螺旋形代謝途徑 如脂肪酸的生物合成中，同樣的一組 酶可以重復(fù)用于給定分子的鏈的延伸 （圖7-28）。 2、代謝的總輪廓特征 三句話： 分解代謝會(huì)聚到

3、少數(shù)幾個(gè)終產(chǎn)物。 合成代謝分叉產(chǎn)生許多產(chǎn)物。 分解代謝第三階段具有雙重功能。 根據(jù)代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，可以將 分解代謝過程大致分為三個(gè)階段： 階段1：蛋白質(zhì)、多糖、脂類等生物大 分子首先降解為主要的構(gòu)件分子。 如多糖戊糖或己糖; 脂肪甘油、脂肪酸 階段2：構(gòu)件分子進(jìn)一步降解為更小， 更簡(jiǎn)單的中間物。 如戊糖、己糖、甘油丙酮酸乙酰 CoA 階段3：中間產(chǎn)物最終降解為CO2、H2O、 NH3等 如需氧生物乙酰CoA三羧酸循環(huán) CO2、H2O 合成代謝過程也可視為三個(gè)階段： 階段1：利用分解代謝階段3產(chǎn)生的小 分子為合成的原料（前體） 階段2：先合成各種生物大分子的構(gòu)建 單元 階段3：從構(gòu)件分子合

4、成大分子化合物 3、ATP是代謝反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)移的重要 載體 分解代謝過程如葡萄糖和其它燃 料分子的降解，所釋放的能量通過 ADPATP過程被貯存，然后再經(jīng)過 ATP的水解釋放可作功的自由能，做 四種功： （1）驅(qū)動(dòng)合成反應(yīng)做功 （2）細(xì)胞運(yùn)動(dòng)或肌肉收縮 （3）跨膜逆濃度梯度，主動(dòng)運(yùn)輸營養(yǎng) 物質(zhì) （4）DNA、RNA、蛋白質(zhì)生物合成過程 中參與遺傳信息傳遞 在產(chǎn)能和需能的代謝過程中，ATP作 為能量攜帶者，故稱ATP為生物體內(nèi) 自由能的通用貨幣，ATP自身形成一 能量循環(huán)： ADPATP，ATP-ADP CycleATP-ADP Cycle。 4 4、NADPHNADPH以還原力形式攜帶能量 N

5、ADPH系攜帶分解代謝釋放能量的另 一種形式：NADP+是一些分解代謝中 脫氫酶輔酶，結(jié)合釋放的高能氫原 子轉(zhuǎn)化為NADPH再通過其氧化，將能 量轉(zhuǎn)移到需能的合成反應(yīng)，因此它 攜帶的是高能氫原子，提供還原力。 生物合成過程系一還原反應(yīng)過程， 需要?dú)湓踊螂娮有纬蛇€原力，通 過NADPH將分解代謝釋放的部分能量 供給生物合成需要，從而實(shí)現(xiàn)能量 的傳遞，在此過程中 NADP+H+eNADPH 實(shí)現(xiàn)自身循 環(huán)。 注意：NADH和FADH2等主要作為生物 氧化過程中氫和電了攜帶者，經(jīng)電 子傳遞鏈，用于產(chǎn)生ATP。 NADPH則僅用于還原性的生物合成過 程。 5、各種代謝途徑定位于細(xì)胞不同區(qū)域 細(xì)胞部位

6、 代謝途徑 線粒體TCACycle 電子傳遞和氧化磷酸化 脂肪酸氧化 氨基酸分解代謝 胞液酵解 脂肪酸合成 糖異生（部分途徑） 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脂類合成 類固醇合成 細(xì)胞核DNA復(fù)制 各種RNA合成 糖原顆粒糖原合成與降解 三、細(xì)胞代謝是一個(gè)經(jīng)濟(jì)的、精密的三、細(xì)胞代謝是一個(gè)經(jīng)濟(jì)的、精密的 調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)過程 1、體內(nèi)各代謝途徑本身及相互之間 的調(diào)控，以最經(jīng)濟(jì)的方式滿足機(jī)體 對(duì)有機(jī)物和能量需求。如能量過剩 情況下，產(chǎn)能的代謝途徑受到抑制。 2、機(jī)體對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)調(diào)節(jié)。當(dāng)外界 環(huán)境改變時(shí)，機(jī)體能迅速調(diào)節(jié)改變體內(nèi) 代謝途徑，建立新的代謝平衡，以適應(yīng) 環(huán)境，得以生存發(fā)展。 如大腸桿菌在加入氨基酸于培養(yǎng)基內(nèi)， 經(jīng)

7、一段時(shí)間后能直接利用氨基酸，減少 利用銨鹽，節(jié)省了能量。學(xué)習(xí)代謝不僅 要了解代謝途徑和過程，也不能忽略代 謝調(diào)節(jié)機(jī)制。 代謝調(diào)控一般可歸納為三個(gè)途徑： （1）神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié) （2）激素調(diào) 節(jié) （3）細(xì)胞內(nèi)酶的調(diào)控 本課內(nèi)容主要涉及激素和酶調(diào)節(jié) （酶活性）。 激素調(diào)控機(jī)制：激素與靶細(xì)胞表面專 一受體結(jié)合，通過第二信使（cAMP) 產(chǎn)生級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)，調(diào)控代謝過程 的酶活性，進(jìn)而影響代謝途徑。 酶的調(diào)節(jié)包括酶活力和酶量的調(diào) 控。 （1）酶活力調(diào)節(jié)往往通過調(diào)節(jié)酶起 作用，調(diào)控代謝反應(yīng)的速率。 調(diào)節(jié)酶： 共價(jià)調(diào)節(jié)酶經(jīng)化學(xué)修飾改變酶的活 性。常見的是磷酸化、腺苷酸化. 變構(gòu)酶效應(yīng)物與酶別構(gòu)中心結(jié)合， 引起酶

8、構(gòu)象改變而影響酶的活性 （激活或抑制效應(yīng)）。 效應(yīng)物：引起酶活性改變的作用物， 如中間產(chǎn)物，底物，其它化學(xué)分子。 調(diào)節(jié)酶通常對(duì)一系列酶促反應(yīng)中的 第一步起調(diào)節(jié)作用，此步反應(yīng)速率 對(duì)此代謝序列反應(yīng)起關(guān)鍵作用，常 稱為限速步驟（限速酶）。 （2）酶合成（酶量）的調(diào)節(jié)則通過酶 基因的表達(dá)調(diào)控實(shí)現(xiàn) 主要機(jī)制：酶合成的誘導(dǎo)和阻遏 效應(yīng)等. l糖酵解糖酵解（glycolysis)glycolysis)是指將葡是指將葡 萄糖降解為丙酮酸并伴隨著萄糖降解為丙酮酸并伴隨著ATPATP 生成的一系列反應(yīng)。糖酵解途徑生成的一系列反應(yīng)。糖酵解途徑 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱EMPEMP途徑。途徑。 l糖 酵 解 的 全 部 反 應(yīng) 過

9、 程 在糖 酵 解 的 全 部 反 應(yīng) 過 程 在 胞 液胞 液 (cytoplasm)(cytoplasm)中進(jìn)行，代謝的終產(chǎn)物中進(jìn)行，代謝的終產(chǎn)物 為為丙酮酸丙酮酸，一分子葡萄糖經(jīng)糖酵解可，一分子葡萄糖經(jīng)糖酵解可 凈生成兩分子凈生成兩分子ATPATP。 l糖酵解的反應(yīng)過程可分為糖酵解的反應(yīng)過程可分為三三個(gè)階段：個(gè)階段： 己糖的磷酸化、磷酸己糖的裂解及己糖的磷酸化、磷酸己糖的裂解及 ATPATP和丙酮酸的生成。和丙酮酸的生成。 l葡萄糖經(jīng)磷酸化和異構(gòu)反應(yīng)生成葡萄糖經(jīng)磷酸化和異構(gòu)反應(yīng)生成 1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖(FBP)(FBP)的反應(yīng)過程。的反應(yīng)過程。 該過程共由三步化學(xué)反應(yīng)組

10、成。該過程共由三步化學(xué)反應(yīng)組成。 葡萄糖葡萄糖(glucose)(glucose)磷酸化磷酸化生成生成6-6-磷酸葡萄磷酸葡萄 糖糖(glucose-6-phosphate,G-6-P)(glucose-6-phosphate,G-6-P)； G-6-P G-6-P異構(gòu)異構(gòu)為為6-6-磷酸果糖（磷酸果糖（fructose-6-fructose-6- phosphate,phosphate,F-6-PF-6-P）；）； F-6-P F-6-P再磷酸化再磷酸化為為 1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 （fructose-1,6-biphosphate,fructose-1,6-biphospha

11、te,F-1,6-F-1,6- BPBP）。）。 己糖激酶己糖激酶/葡萄糖激酶葡萄糖激酶 磷酸己糖異構(gòu)酶磷酸己糖異構(gòu)酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 ATP ADP ATPADP * * (1) (2) (3) l 一分子一分子F-1,6-BPF-1,6-BP裂解為裂解為兩分子兩分子可以互可以互 變的磷酸丙糖（變的磷酸丙糖（triose phosphate)triose phosphate)， 包括兩步反應(yīng)：包括兩步反應(yīng)： F-1,6-BP F-1,6-BP 裂解裂解為為3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 (glyceraldehyde-3-phosphate)(glyceraldehyde-3-p

12、hosphate)和磷和磷 酸二羥丙酮酸二羥丙酮(dihydroxyacetone (dihydroxyacetone phosphate)phosphate)； 磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮異構(gòu)異構(gòu)為為3-3-磷酸甘油醛。磷酸甘油醛。 磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸丙糖異構(gòu)酶 醛縮酶醛縮酶(4) (5) l 3-3-磷酸甘油醛經(jīng)脫氫、磷酸化、脫水及磷酸甘油醛經(jīng)脫氫、磷酸化、脫水及 放能等反應(yīng)生成丙酮酸，包括六步反應(yīng)。放能等反應(yīng)生成丙酮酸，包括六步反應(yīng)。 3- 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脫氫并磷酸化脫氫并磷酸化生成生成1,3-1,3-二二 磷 酸 甘 油 酸 （磷 酸 甘 油 酸 （ g l y c e r a

13、 t e - 1 , 3 -g l y c e r a t e - 1 , 3 - diphosphate)diphosphate)； 1,3- 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸脫磷酸脫磷酸, ,將其交給將其交給ADPADP 生成生成ATPATP ； 3- 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸異構(gòu)異構(gòu)為為2-2-磷酸甘油酸；磷酸甘油酸； (6) (7) (8) ATP ADP 磷酸甘油酸變位酶磷酸甘油酸變位酶 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 脫氫酶脫氫酶 磷酸甘油酸磷酸甘油酸 激酶激酶 NAD+PiNADH+H+ 2- 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸(glycerate-2-(glycerate-2- phospha

14、te)phosphate)脫水脫水生成磷酸烯醇式丙酮生成磷酸烯醇式丙酮 酸酸(phosphoenolpyruvate,PEP)(phosphoenolpyruvate,PEP)； 磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）將高能磷）將高能磷 酸基交給酸基交給ADPADP生成生成ATPATP； 烯醇式丙酮酸自發(fā)烯醇式丙酮酸自發(fā)轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?yōu)楸釣楸?(pyruvate) (pyruvate) 。 烯醇化酶烯醇化酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 * ATP ADP 自發(fā)自發(fā) H2O l糖酵解代謝途徑可將一分子葡萄糖糖酵解代謝途徑可將一分子葡萄糖 分解為分解為兩分子丙酮酸，凈生成兩分兩分子丙酮酸，

15、凈生成兩分 子子ATPATP。 l糖酵解代謝途徑有糖酵解代謝途徑有三個(gè)關(guān)鍵酶，即三個(gè)關(guān)鍵酶，即 己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果 糖激酶糖激酶-1-1、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶。 l糖酵解代謝途徑的調(diào)節(jié)主要是通過各糖酵解代謝途徑的調(diào)節(jié)主要是通過各 種變構(gòu)劑對(duì)三個(gè)關(guān)鍵酶進(jìn)行種變構(gòu)劑對(duì)三個(gè)關(guān)鍵酶進(jìn)行變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié)。 1. 1. 己糖激酶或葡萄糖激酶：己糖激酶或葡萄糖激酶： l葡萄糖激酶是葡萄糖激酶是肝臟調(diào)節(jié)葡萄糖吸收肝臟調(diào)節(jié)葡萄糖吸收的的 主要的關(guān)鍵酶。主要的關(guān)鍵酶。 己糖激酶己糖激酶 hexokinase 葡萄糖激酶葡萄糖激酶 glucokinase G-6-P 長(zhǎng)鏈

16、脂酰長(zhǎng)鏈脂酰CoA - - 2. 6-2. 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1： 6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1是調(diào)節(jié)糖酵解代謝是調(diào)節(jié)糖酵解代謝 途徑途徑流量流量的主要因素。的主要因素。 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 6-phosphofructokinase-1 ATP 檸檬酸檸檬酸 ADP、AMP 1,6-1,6-雙磷酸果糖雙磷酸果糖 2,6-2,6-雙磷酸果糖雙磷酸果糖 - + 3. 3. 丙酮酸激酶：丙酮酸激酶： 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 pyruvate kinase ATP 丙氨酸丙氨酸( (肝肝) ) 1,6-1,6-雙磷酸果糖雙磷酸果糖 -+ 1. 1. 在無氧或有

17、氧條件下為生命活動(dòng)提在無氧或有氧條件下為生命活動(dòng)提 供能量。供能量。 2. 2. 形成的許多中間產(chǎn)物為其他化合物形成的許多中間產(chǎn)物為其他化合物 的合成提供原料。的合成提供原料。 3. 3. 為糖異生作用提供基礎(chǔ)。為糖異生作用提供基礎(chǔ)。 l在無氧條件下： （1）生成乳酸 乳酸桿菌、動(dòng)物肌肉 細(xì)胞及藻類 （2） 生成乙醇 酵母菌及高等植物 l在有氧條件下： 丙酮酸氧化為乙酰CoA,再進(jìn)入三羧酸循 環(huán)。 酵母在厭氧條件下可將丙酮酸轉(zhuǎn)化成酵母在厭氧條件下可將丙酮酸轉(zhuǎn)化成 乙醇乙醇 酵解過程，葡萄糖轉(zhuǎn)換成丙酮酸，不僅產(chǎn)生了 ATP，同時(shí)還使氧化型的NAD+還原為NADH。 為了使酵解能連續(xù)進(jìn)行，細(xì)胞就應(yīng)

18、當(dāng)有辦法供給 氧化型的NAD+，如果生成的NADH不能及時(shí)地 被氧化成NAD+，所有的氧化型的NAD+將全部 以還原型的NADH積累，酵解過程將終止。 在有氧條件下，NADH的氧化伴隨著氧化磷酸 化過程，反應(yīng)需要分子氧；而在厭氧條件下，丙 酮酸轉(zhuǎn)化為乙醇或乳酸的過程中，消耗NADH， 生成NAD+，從而使得酵解繼續(xù)進(jìn)行。 在厭氧狀態(tài)下，酵母細(xì)胞將丙酮酸轉(zhuǎn)化成乙醇 和二氧化碳，同時(shí)NADH被氧化為NAD+。一分 子葡萄糖經(jīng)酵解和丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醇 的總反應(yīng)為： 葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP +2H2O l利用丙酮酸接受酵解代謝過程中產(chǎn)生的利用丙酮酸接受酵解代謝過程中產(chǎn)

19、生的 NADHNADH，使，使NADHNADH重新氧化重新氧化為為NADNAD+ +，以確保，以確保 反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 NAD+NADH+H+ l三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)（檸檬酸循環(huán)或檸檬酸循環(huán)或KrebsKrebs循環(huán)）循環(huán)） 是指在線粒體中，乙酰是指在線粒體中，乙酰CoACoA首先與草酰乙首先與草酰乙 酸縮合生成檸檬酸，然后經(jīng)過一系列的代酸縮合生成檸檬酸，然后經(jīng)過一系列的代 謝反應(yīng)，乙?；谎趸纸?，而草酰乙酸謝反應(yīng)，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸 再生的循環(huán)反應(yīng)過程。再生的循環(huán)反應(yīng)過程。 l 三羧酸循環(huán)在三羧酸循環(huán)在線粒體線粒體中進(jìn)行。一分子乙中進(jìn)行。一分

20、子乙 酰酰CoACoA氧化分解后共可生成氧化分解后共可生成1010分子分子ATPATP，故，故 此階段可生成此階段可生成2 210=2010=20分子分子ATPATP。 l丙酮酸進(jìn)入線粒體丙酮酸進(jìn)入線粒體(mitochondrion)(mitochondrion)，在丙，在丙 酮酸脫氫酶系酮酸脫氫酶系(pyruvate dehydrogenase (pyruvate dehydrogenase complex)complex)的催化下氧化脫羧生成乙酰的催化下氧化脫羧生成乙酰 CoA(acetyl CoA)CoA(acetyl CoA)。 丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系 NADNAD+ + +HS

21、CoA +HSCoANADH+HNADH+H+ + +CO +CO2 2 * l由一分子葡萄糖氧化分解產(chǎn)生兩分子由一分子葡萄糖氧化分解產(chǎn)生兩分子 丙酮酸丙酮酸(pyruvate)(pyruvate)，故可生成，故可生成兩分子兩分子 乙酰乙酰CoACoA(acetyl CoA)(acetyl CoA)，兩分子，兩分子COCO2 2和和 兩分子（兩分子（NADH+HNADH+H+ +），可生成，可生成2 22.52.5 分子分子ATPATP 。 l反應(yīng)為不可逆；反應(yīng)為不可逆；丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系 (pyruvate dehydrogenase complex)(pyruvate dehyd

22、rogenase complex) 是糖有氧氧化途徑的關(guān)鍵酶之一。是糖有氧氧化途徑的關(guān)鍵酶之一。 l丙酮酸脫氫酶系由三種酶單體構(gòu)成：丙酮丙酮酸脫氫酶系由三種酶單體構(gòu)成：丙酮 酸脫羧酶（酸脫羧酶（E E 1 1 ），硫辛酸乙?；D(zhuǎn)移酶），硫辛酸乙?；D(zhuǎn)移酶 （E E2 2），二氫硫辛酸脫氫酶（），二氫硫辛酸脫氫酶（E E3 3）。該多酶）。該多酶 復(fù)合體有六種輔助因子：復(fù)合體有六種輔助因子：TPPTPP，硫辛酸，硫辛酸， NAD+NAD+，F(xiàn)ADFAD，HSCoAHSCoA和和MgMg2+ 2+。 。 二、三羧酸循環(huán)（二、三羧酸循環(huán)（TCA Cycle） 三羧酸循途徑包括八步酶促反應(yīng) 注意：合酶

23、（Synthase)：催化縮合反 應(yīng)不需ATP參與，如檸檬酸合酶 （Citrate Synthase)。 合成酶（Synthatase)：催化需 ATP（GTP）參與的縮合反應(yīng)，如琥 珀酰C0A合成酶。 檸檬酸合酶檸檬酸合酶 + + * H H2 2O OHSCoAHSCoA 順烏頭酸酶順烏頭酸酶 異檸檬酸異檸檬酸 脫氫酶脫氫酶 NADNAD+ +NADH+HNADH+H+ +CO+CO2 2 * -酮戊二酸脫酮戊二酸脫 氫酶系氫酶系 NADH+HNADH+H+ + +CO+CO2 2 * NADNAD+ + +HSCoA+HSCoA 琥珀酰琥珀酰CoA 合成酶合成酶 GTP+GTP+HSCo

24、AHSCoA GDP+PiGDP+Pi FADFADFADHFADH2 2 琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶 H H2 2O O NADNAD+ + NADH+HNADH+H+ + 延胡索酸酶延胡索酸酶 蘋果酸蘋果酸 脫氫酶脫氫酶 TCA Cycle總結(jié) 一次底物水平磷酸化 GTPATP 二次氧化、脫羧，2摩爾CO2離開，但這2個(gè)碳 原子并不是這一循環(huán)中進(jìn)入的兩個(gè)碳原子（乙酰 C0A），而是草酰乙酸中的C1、C4。 三步不可逆過程和限速步驟 檸檬酸合酶、異 檸檬酸脫氫酶、-酮戊二酸脫氫酶催化 四次氧化反應(yīng)，有四對(duì)氫原子離開循環(huán) 反應(yīng)3：異檸檬酸氧化脫羧 反應(yīng)4： -酮戊二酸氧化脫羧 反應(yīng)8：蘋果酸氧化

25、 此三步形成3個(gè)NADH+H+ 反應(yīng)6：琥珀酸氧化 形成一個(gè)FADH2。 1摩爾葡萄糖完全氧化產(chǎn)能30（32）ATP。 TCACycle中間產(chǎn)物是許多生物大分子的前體： -酮戊二酸Glu其它AA、堿基等 草酰乙酸Asp 草酰乙酸丙酮酸葡萄糖 琥珀酰C0A卟啉血紅素 乙酰 C0A脂類 可見TCA Cycle既有分解代謝功能，也有合成代 謝功能。聯(lián)系蛋白質(zhì)、脂肪、糖代謝的樞紐，是 其重要生理意義之一。 l三羧酸循環(huán)的生理意義三羧酸循環(huán)的生理意義： 是生物有機(jī)體在有氧時(shí)獲能的主要是生物有機(jī)體在有氧時(shí)獲能的主要 途徑；途徑； 有機(jī)物徹底氧化的共同末端途徑；有機(jī)物徹底氧化的共同末端途徑； 是糖、脂、蛋白

26、質(zhì)三大物質(zhì)互變的是糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)互變的 樞紐；樞紐； 中間產(chǎn)物為其他物質(zhì)的合成提供原中間產(chǎn)物為其他物質(zhì)的合成提供原 料和碳骨架。料和碳骨架。 草酰乙酸的回補(bǔ)反應(yīng) 草酰乙酸生成的其它途徑。 動(dòng)物和酵母： 丙酮酸+CO2+ATP+H2O丙酮酸羧化酶草酰乙酸 +ADP+Pi 植物和細(xì)菌： PEP+HCO3-PEP羧化酶草酰乙酸+Pi 合成的草酰乙酸用于補(bǔ)充檸檬酸循環(huán)。 三、三、TCA Cycle的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) TCA Cycle的調(diào)節(jié)位點(diǎn)在三個(gè)不可逆的步驟： 1、檸檬酸合酶：受ATP、檸檬酸、琥珀酰C0A、 脂酰C0A抑制。 2、異檸檬酸脫氫酶：受ATP、NADH抑制，受 ADP激活。 3、-

27、酮戊二酸脫氫酶：受NADH、琥珀酰C0A 抑制。 此外，由于細(xì)胞中草酰乙酸濃度較低，其濃度 是決定TCA Cycle速度的重要因素之一。 四、酵解、四、酵解、 TCA Cycle及氧化磷酸化途徑的協(xié)調(diào)及氧化磷酸化途徑的協(xié)調(diào) 控制控制 巴斯德效應(yīng)：巴斯德發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行旺盛無氧酵解 的酵母中通入氧氣，葡萄糖消耗減少，乳酸堆積 迅速下降，說明糖的有氧氧化對(duì)酵解產(chǎn)生抑制作 用。 原因：有氧下 （1）酵解產(chǎn)生的NADH進(jìn)入氧化磷酸化，將H 傳遞給氧，并產(chǎn)生大量ATP。 （2）丙酮酸進(jìn)入TCA Cycle,乳酸自然減少，同 時(shí)經(jīng)TCA Cycle也產(chǎn)生大量ATP，同時(shí)檸檬酸濃 度增加。 高濃度ATP和檸檬酸進(jìn)

28、入胞液后，抑制PKA活 性，并間接由于G-6-P增多而反饋抑制己糖激酶， 使酵解減弱，葡萄糖消耗減少。 巴斯德效應(yīng)說明機(jī)體內(nèi)根據(jù)自身對(duì)能量的需求， 酵解、TCA Cycle和氧化磷酸化三個(gè)主要產(chǎn)能途 徑之間以最經(jīng)濟(jì)的方式，彼此協(xié)調(diào)控制。 五、植物中乙醛酸循環(huán)是檸檬酸循環(huán)的支路五、植物中乙醛酸循環(huán)是檸檬酸循環(huán)的支路 植物和微生物中存在著一個(gè)可以由二碳化合物 生成糖的生物合成途徑乙醛酸循環(huán)（圖7-23）。 乙醛酸循環(huán)的名稱來自循環(huán)中的一個(gè)二碳中間 代謝物乙醛酸，乙醛酸循環(huán)可以說是檸檬酸循環(huán) 的一個(gè)支路。如圖7-23所示，乙醛酸循環(huán)的一些 反應(yīng)與檸檬酸循環(huán)是共同的，例如從乙酰COA與 草酰乙酸縮合形

29、成檸檬酸，然后又轉(zhuǎn)換成異檸檬 酸的反應(yīng)都是相同的。但生成的異檸檬酸不走檸 檬酸循環(huán)的路了，而是沿著乙醛酸途徑代謝。異 檸檬酸首先在異檸檬酸裂解酶異檸檬酸裂解酶的催化下裂解生成 乙醛酸乙醛酸和琥珀酸，其中，乙醛酸在蘋果酸合成酶蘋果酸合成酶 的催化下與乙酰COA縮合生成四碳分子蘋果酸， 而琥珀酸走的是部分檸檬酸循環(huán)的路，氧化生成 延胡索酸，直至轉(zhuǎn)換成草酰乙酸。 乙醛酸循環(huán)的總反應(yīng)式是 2乙酰COA+2NAD+Q草酰乙酸+2COASH +2NADH+QH2+2H+ 從總反應(yīng)式中可以看出，在乙醛酸循環(huán)中，乙 酰COA的碳原子并沒有以CO2形式釋放，而是凈 合成了一分子草酰乙酸，草酰乙酸正是合成葡萄 糖

30、的前體。所以乙醛酸循環(huán)在植物和微生物的代 謝中起著重要的作用。例如酵母可以在乙醇中生 長(zhǎng)，因?yàn)榻湍讣?xì)胞可以將乙醇氧化成乙酰COA， 乙酰 COA經(jīng)乙醛酸循環(huán)生成草酰乙酸。 l細(xì)胞內(nèi)絕大部分葡萄糖的分解代謝細(xì)胞內(nèi)絕大部分葡萄糖的分解代謝 是通過有氧氧化生成是通過有氧氧化生成ATPATP而供能的，而供能的， 這是葡萄糖代謝的主要途徑。此外這是葡萄糖代謝的主要途徑。此外 尚存在其他代謝途徑，尚存在其他代謝途徑，磷酸戊糖途磷酸戊糖途 徑徑(pentose phosphate pathway)(pentose phosphate pathway) 就是另一重要途徑。葡萄糖可經(jīng)此就是另一重要途徑。葡萄糖可

31、經(jīng)此 途徑代謝生成磷酸核糖、途徑代謝生成磷酸核糖、NADPHNADPH 和和COCO2 2，而主要意義不是生成，而主要意義不是生成ATPATP。 l該途徑的起始物是該途徑的起始物是G-6-PG-6-P，返回的代，返回的代 謝 產(chǎn) 物 是謝 產(chǎn) 物 是 3 -3 - 磷 酸 甘 油 醛磷 酸 甘 油 醛 (glyceraldehyde-3-phosphate)(glyceraldehyde-3-phosphate)和和 6 -6 - 磷 酸 果 糖磷 酸 果 糖 ( f r u c t o s e - 6 -( f r u c t o s e - 6 - phosphate)phosphate)

32、，其重要的中間代謝產(chǎn)，其重要的中間代謝產(chǎn) 物是物是5-5-磷酸核糖和磷酸核糖和NADPHNADPH。 l整個(gè)代謝途徑在整個(gè)代謝途徑在胞液胞液(cytoplasm)(cytoplasm)中中 進(jìn)行。關(guān)鍵酶是進(jìn)行。關(guān)鍵酶是6-6-磷酸葡萄糖脫氫磷酸葡萄糖脫氫 酶酶(glucose-6-phosphate dehydro-(glucose-6-phosphate dehydro- genase)genase)。 l磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑(pentose phosphate (pentose phosphate pathway)pathway)的總反應(yīng)式：的總反應(yīng)式： G-6-P + 12NADPG

33、-6-P + 12NADP+ + + 7H + 7H2 2O O 6CO 6CO2 2 + 12NADPH + 12H + 12NADPH + 12H+ + + H + H3 3POPO4 4 l即六分子即六分子G-6-PG-6-P可生成可生成6 6分子分子COCO2 2，4 4分子分子F-6-F-6- P P，2 2分子分子3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和1212分子分子NADPHNADPH。 l 全部代謝過程可分為兩個(gè)階段：全部代謝過程可分為兩個(gè)階段： 1. G-6-P1. G-6-P氧化分解生成氧化分解生成5-5-磷酸核酮糖：磷酸核酮糖： G-6-P G-6-P脫氫氧化生成脫氫氧化生成6

34、-6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯：磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯： 6-6-磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸葡萄糖脫氫酶 G-6-P + NADPG-6-P + NADP+ + 6- 6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯 + NADPH + H+ NADPH + H+ + * * 6- 6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯水解生成磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯水解生成6-6-磷酸葡萄糖酸：磷酸葡萄糖酸： 內(nèi)酯酶內(nèi)酯酶 6-6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯 + H+ H2 2O O 6- 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 6- 6-磷酸葡萄糖酸再脫氫脫羧生成磷酸葡萄糖酸再脫氫脫羧生成5-5-磷酸核酮糖：磷酸核酮糖： 6-6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶磷酸葡萄糖酸脫氫酶

35、 6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸+NADP+NADP+ + 5- 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖+ NADPH + H+ NADPH + H+ + +CO2 2. 5-2. 5-磷酸核酮糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)過程：磷酸核酮糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)過程： l5-5-磷酸核酮糖經(jīng)一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)生磷酸核酮糖經(jīng)一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)生 成成3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-6-磷酸果糖磷酸果糖。在此階。在此階 段中，經(jīng)由段中，經(jīng)由5-5-磷酸核酮糖異構(gòu)可生成磷酸核酮糖異構(gòu)可生成5-5- 磷酸核糖磷酸核糖。 6-磷酸-葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸-內(nèi)酯 6-磷酸葡萄糖酸 5-磷酸-核酮糖 6 6 6 6 5-磷酸-核糖25

36、-磷酸-木酮糖 5-磷酸-木酮糖 2 2 7-磷酸-景天庚酮糖3-磷酸-甘油醛22 6-磷酸-果糖4-磷酸-赤蘚糖 22 + + + 6-磷酸-果糖 2 3-磷酸-甘油醛 + 26-磷酸-葡萄糖4 6-磷酸 葡萄糖 氧化階段 1 NADPH NADPH 6 6CO26 Pi1 H+6 H+6 + + 非氧化階段 HO26 1. 1. 是體內(nèi)生成是體內(nèi)生成NADPHNADPH的主要代謝途徑的主要代謝途徑： NADPHNADPH在體內(nèi)可用于：在體內(nèi)可用于： 作為供氫體，參與體內(nèi)的合成代謝作為供氫體，參與體內(nèi)的合成代謝： 如參與合成脂肪酸、膽固醇，一些氨如參與合成脂肪酸、膽固醇，一些氨 基酸?；?。

37、 參與羥化反應(yīng)參與羥化反應(yīng)：作為加單氧酶的輔：作為加單氧酶的輔 酶，參與對(duì)代謝物的羥化。酶，參與對(duì)代謝物的羥化。 使氧化型谷胱甘肽還原使氧化型谷胱甘肽還原。 維持巰基酶的活性維持巰基酶的活性。 維持紅細(xì)胞膜的完整性維持紅細(xì)胞膜的完整性：由于：由于6-6-磷磷 酸葡萄糖脫氫酶酸葡萄糖脫氫酶遺傳性缺陷可導(dǎo)致遺傳性缺陷可導(dǎo)致 蠶豆病蠶豆病，表現(xiàn)為溶血性貧血。，表現(xiàn)為溶血性貧血。 l體內(nèi)合成核苷酸和核酸所需的核糖或體內(nèi)合成核苷酸和核酸所需的核糖或 脫氧核糖均以脫氧核糖均以5-5-磷酸核糖的形式提供，磷酸核糖的形式提供， 這是體內(nèi)這是體內(nèi)唯一唯一的一條能生成的一條能生成5-5-磷酸核磷酸核 糖糖的代謝途

38、徑。的代謝途徑。 l磷酸戊糖途徑是體內(nèi)糖代謝與核苷酸磷酸戊糖途徑是體內(nèi)糖代謝與核苷酸 及核酸代謝的交匯途徑。及核酸代謝的交匯途徑。 l由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^ 程稱為程稱為糖異生糖異生(gluconeogenesis)(gluconeogenesis)。 l糖異生代謝途徑主要存在于糖異生代謝途徑主要存在于肝及腎肝及腎中。中。 l糖異生主要沿酵解途徑逆行，僅有三步反糖異生主要沿酵解途徑逆行，僅有三步反 應(yīng)為不可逆反應(yīng)，故需經(jīng)其他的代謝反應(yīng)應(yīng)為不可逆反應(yīng)，故需經(jīng)其他的代謝反應(yīng) 繞行。繞行。 1 1G-6-P G G-6-P G ： l由由葡萄糖葡萄糖-6-6

39、-磷酸酶磷酸酶催化進(jìn)行水解。該酶催化進(jìn)行水解。該酶 不存在于肌肉組織中，故不存在于肌肉組織中，故肌肉組織不能生肌肉組織不能生 成自由葡萄糖。成自由葡萄糖。 G-6-P + H2O G + Pi 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶 * * 2F-1,6-BP F-6-P： F-1,6-BP + H2O F-6-P + Pi 3 3丙酮酸丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸：磷酸烯醇式丙酮酸： 經(jīng)由經(jīng)由丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路完成。完成。 果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶 * * 丙酮酸丙酮酸草酰乙酸：草酰乙酸： 丙酮酸丙酮酸 + ATP + CO+ ATP + CO2 2 草酰乙酸草酰乙酸 + ADP +

40、 Pi+ ADP + Pi 草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)(PEP)： 草酰乙酸草酰乙酸 + GTP+ GTP PEP + GDP + COPEP + GDP + CO 2 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 (生物素生物素) * * 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 * * 丙酮酸丙酮酸PEP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸 蘋果酸蘋果酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸 胞液胞液線粒體線粒體 乙酰乙酰CoA G PEP AMP F-2,6-BP ATP -+ 果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶 fructose biphosphatase-1 乙酰乙酰CoA + 丙酮酸

41、羧化酶丙酮酸羧化酶 pyruvate carboxylase 1 1生糖氨基酸生糖氨基酸： Ala, Cys, Gly, Ser, Thr, Trp Ala, Cys, Gly, Ser, Thr, Trp 丙酮酸丙酮酸 ProPro，HisHis，GlnGln，Arg Glu -Arg Glu -酮戊二酸酮戊二酸 IleIle，MetMet，SerSer，ThrThr，Val Val 琥珀酰琥珀酰CoACoA PhePhe，Tyr Tyr 延胡索酸延胡索酸 AsnAsn，Asp Asp 草酰乙酸草酰乙酸 2 2甘油甘油： 甘油三酯甘油三酯甘油甘油-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二磷酸二 羥丙酮。羥丙酮

42、。 3 3乳酸乳酸： 乳酸乳酸丙酮酸。丙酮酸。 1 1在饑餓情況下維持血糖濃度的相對(duì)恒定。在饑餓情況下維持血糖濃度的相對(duì)恒定。 2 2回收乳酸分子中的能量回收乳酸分子中的能量： 葡萄糖在肌肉組織中經(jīng)糖的無氧酵解葡萄糖在肌肉組織中經(jīng)糖的無氧酵解 產(chǎn)生的乳酸，可經(jīng)血循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟，再產(chǎn)生的乳酸，可經(jīng)血循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟，再 經(jīng)糖的異生作用生成自由葡萄糖后轉(zhuǎn)運(yùn)至經(jīng)糖的異生作用生成自由葡萄糖后轉(zhuǎn)運(yùn)至 肌肉組織加以利用，這一循環(huán)過程就稱為肌肉組織加以利用，這一循環(huán)過程就稱為 乳酸循環(huán)（乳酸循環(huán)（CoriCori循環(huán)）。循環(huán)）。 3 3維持酸堿平衡維持酸堿平衡。 l糖原糖原（glycogen)glycogen

43、)是由許多葡萄糖分是由許多葡萄糖分 子聚合而成的帶有分支的高分子多子聚合而成的帶有分支的高分子多 糖類化合物。糖類化合物。 l糖原分子的直鏈部分借糖原分子的直鏈部分借-1,4-1,4-糖苷糖苷 鍵鍵而將葡萄糖殘基連接起來，其支而將葡萄糖殘基連接起來，其支 鏈部分則是借鏈部分則是借-1,6-1,6-糖苷鍵糖苷鍵而形成而形成 分支。分支。 -1,4- -糖苷鍵糖苷鍵-1,6- -糖苷鍵糖苷鍵 l糖原合成或分解時(shí)，其葡萄糖殘基的糖原合成或分解時(shí)，其葡萄糖殘基的 添加或去除，均在其添加或去除，均在其非還原端非還原端進(jìn)行。進(jìn)行。 l糖原的合成與分解代謝主要發(fā)生在糖原的合成與分解代謝主要發(fā)生在肝、肝、 腎

44、和肌肉組織細(xì)胞的胞液腎和肌肉組織細(xì)胞的胞液中。中。 （一）反應(yīng)過程：（一）反應(yīng)過程： 糖原合成的反應(yīng)過程可分為三個(gè)階段：糖原合成的反應(yīng)過程可分為三個(gè)階段： 1 1活化：活化：由葡萄糖生成由葡萄糖生成UDPG(uridine UDPG(uridine diphosphate glucose)diphosphate glucose)，是一耗能過程。，是一耗能過程。 磷酸化：磷酸化： G + ATP G-6-P + ADP 己糖激酶己糖激酶(葡萄糖激酶葡萄糖激酶) 異構(gòu)：異構(gòu)：G-6-PG-6-P轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镚-1-PG-1-P： G-6-P G-1-P 轉(zhuǎn)形：轉(zhuǎn)形：G-1-PG-1-P轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?/p>

45、尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖 （UDPGUDPG）：）： G-1-P + UTP UDPG + PPi UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶 2 2縮合：縮合： UDPG + (G)n (G)n+1 + UDP 3 3分支：分支： l當(dāng)直鏈長(zhǎng)度達(dá)當(dāng)直鏈長(zhǎng)度達(dá)1212個(gè)葡萄糖殘基以上時(shí)，在個(gè)葡萄糖殘基以上時(shí)，在 分支酶分支酶(branching enzyme)(branching enzyme)的催化下，將的催化下，將 距末端距末端6 67 7個(gè)葡萄糖殘基組成的寡糖鏈由個(gè)葡萄糖殘基組成的寡糖鏈由 -1,4-1,4-糖苷鍵轉(zhuǎn)變?yōu)樘擒真I轉(zhuǎn)變?yōu)?1,6-1,6-糖苷鍵糖苷

46、鍵，使，使 糖原出現(xiàn)分支。糖原出現(xiàn)分支。 糖原合酶糖原合酶 * * -1,4-1,4 -1,6-1,6 1 1必須以必須以原有糖原分子作為引物原有糖原分子作為引物； 2 2合成反應(yīng)在糖原的合成反應(yīng)在糖原的非還原端進(jìn)行非還原端進(jìn)行； 3 3合成為一耗能過程，每增加一個(gè)葡萄糖合成為一耗能過程，每增加一個(gè)葡萄糖 殘基，需殘基，需消耗消耗2 2個(gè)高能磷酸鍵個(gè)高能磷酸鍵（2 2分子分子 ATPATP）；）； 4 4其其關(guān)鍵酶是糖原合酶關(guān)鍵酶是糖原合酶(glycogen (glycogen synthase)synthase)，為，為一共價(jià)修飾一共價(jià)修飾酶；酶； 5 5需需UTPUTP參與（以參與（以UDPUDP為載體）。為載體）。 （一）反應(yīng)過程：（一）反應(yīng)過程： 糖原的分解代謝可分為三個(gè)階段：糖原的分解代謝可分為三個(gè)階段： 1 1水解：水解：包括三步反應(yīng)，循環(huán)交替進(jìn)行。包括三步反應(yīng)，循環(huán)交替進(jìn)行。 磷酸解：由磷酸解：由糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(glycogen (glycogen phosphorylase)phosphorylase)催化對(duì)催化對(duì)-1,4-1,4-糖苷鍵磷糖苷鍵磷 酸解，生成酸解，生成G-1-PG-1-P。 (G)n + Pi (G)n-1 + G-1-P 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 * * 轉(zhuǎn)寡糖鏈：當(dāng)糖原被水解到離分支點(diǎn)四轉(zhuǎn)寡糖鏈：當(dāng)糖原被水解到離分支點(diǎn)四