生物化學(xué)-第四章糖代謝

第四章糖代謝Metabolismofcarbohydrate生化與分子生物學(xué)系物質(zhì)代謝的重點(diǎn)內(nèi)容重要概念重點(diǎn)反應(yīng)：反應(yīng)物-終產(chǎn)物；重要中間產(chǎn)物；重要反應(yīng)(關(guān)鍵步驟、產(chǎn)能與耗能反應(yīng))反應(yīng)部位：器官，細(xì)胞內(nèi)定位生理意義：生成ATP的數(shù)量；NADPH等代謝調(diào)節(jié)：典型關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)各代謝途徑之間的聯(lián)系：樞紐物質(zhì)；物質(zhì)轉(zhuǎn)變2糖類——重要的生物大分子之一糖和蛋白質(zhì)、核酸、類脂一起，被稱為涉及生命活動(dòng)本質(zhì)的重要生物分子，是維持生命機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最根本的物質(zhì)基礎(chǔ)。糖不僅僅是生物體的結(jié)構(gòu)材料或能量?jī)?chǔ)備形式，在細(xì)胞的表面，以低聚糖集合物形式存在的糖是接收外來(lái)信號(hào)及進(jìn)行分子識(shí)別的重要物質(zhì)。糖化學(xué)盡管已有上百年的發(fā)展史，但由于其結(jié)構(gòu)和立體化學(xué)的多樣性，仍然是“成熟”了的化學(xué)難于處置的對(duì)象，對(duì)它們的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)不及蛋白質(zhì)及核酸。3第一節(jié)概述Introduction4最初發(fā)現(xiàn)的這一類化合物都是由C、H、O三種元素組成，分子中H:O=2:1，且可用通式Cn(H2O)m表示，所以稱為碳水化合物(Carbohydrates)。如：葡萄糖分子式為C6H12O6

。后來(lái)發(fā)現(xiàn)有些化合物具有上述這些化合物的性質(zhì)，但其分子式并不符合此通式，例如：鼠李糖，C6H12O5；某些符合此通式的化合物，如乳酸，C3H6O3，卻屬于羥基酸，在性質(zhì)上與這類化合物沒有共同之處。糖(Saccharide)：多羥基醛或多羥基酮類化合物及其衍生物或多聚物。一、糖類的組成、分類5單糖(monosacchride):不能被水解為更小分子的糖。寡糖/低聚糖(oligosacchride):6個(gè)、10或20個(gè)以下。多糖(polysacchride):20個(gè)以上。根據(jù)能否水解和水解后生成物的不同分類6amylopectinglycogen糖原是動(dòng)物體內(nèi)葡萄糖的儲(chǔ)存形式糖原是動(dòng)物體內(nèi)的儲(chǔ)備糖，又稱為動(dòng)物淀粉。以肝臟和肌肉中含量最大，因而也叫肝糖。7二、糖的生理功能1.能源：氧化供能（4千卡/g）。2.細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分：糖脂----構(gòu)成神經(jīng)組織和生物膜的成分氨基多糖----結(jié)締組織的基本成分核糖/脫氧核糖----RNA/DNA的結(jié)構(gòu)成分糖蛋白----細(xì)胞膜成分，血漿球蛋白(包括抗體)幾乎都是糖蛋白，某些激素、酶和凝血因子也是糖蛋白3.碳源：提供合成某些氨基酸、脂肪、膽固醇、核苷等物質(zhì)的原料。8糖的消化吸收少量麥芽糖很少分解葡萄糖

血液

肝臟(肝葡萄糖

肝糖原)分解

肌肉(肌葡萄糖

肌糖原)食物

口腔

胃

十二指腸

腸血糖正常范圍：3.9~6.1mmol/L

a-淀粉酶胰a-淀粉酶麥芽糖酶主動(dòng)吸收其他淀粉等a-糊精酶麥芽糖(40%)異麥芽糖(5%)麥芽三糖(25%)α-臨界糊精(30%)1.糖的消化92.糖的吸收ADP+PiATPGNa+K+Na+泵小腸粘膜細(xì)胞腸腔門靜脈Na+依賴型葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體(Na+-dependentglucosetransporter,SGLT)刷狀緣細(xì)胞內(nèi)膜（1）部位：小腸上段（2）形式：?jiǎn)翁?0（3）吸收機(jī)制：主動(dòng)吸收乳糖不耐受綜合癥(lactoseintolerancesyndrom):

有些成年人由于乳糖酶缺乏，在食用牛奶后乳糖不能在小腸內(nèi)完全消化吸收，進(jìn)入大腸后由細(xì)菌轉(zhuǎn)化為有害物質(zhì)，引起腹脹、腹瀉等癥狀。blood11血糖酵解途徑丙酮酸有氧無(wú)氧H2O及CO2乳酸糖異生途徑乳酸氨基酸甘油糖原糖原分解肝糖原合成磷酸戊糖途徑

核糖+NADPH+H+食物糖消化吸收ATP糖原ATP脂類、氨基酸等代謝轉(zhuǎn)變其它己糖代謝轉(zhuǎn)變糖醛酸途徑

UDP-葡萄糖醛酸(肝,腎)(肝,肌)(肝,肌)(肝)(肝)(肝)糖的代謝概況第二節(jié)糖的無(wú)氧分解Glycolysis13一、酵解途徑1、基本過(guò)程：二個(gè)階段，共10步反應(yīng)*糖酵解(glycolysis)：在缺氧條件下，葡萄糖分解生成乳酸(lactate)并釋放能量的過(guò)程。

*酵解途徑(glycolyticpathway)

：葡萄糖轉(zhuǎn)變成丙酮酸的過(guò)程。

*反應(yīng)部位：胞漿前5步為準(zhǔn)備階段：

1個(gè)6C糖2個(gè)3C糖

G

1,6二磷酸果糖2個(gè)3-磷酸甘油醛

后5步為產(chǎn)生ATP的貯能階段：

2個(gè)3－磷酸甘油醛2個(gè)丙酮酸

2ATP4ATP1415（1）葡萄糖的磷酸化激酶：催化ATP分子的γ-磷?；D(zhuǎn)移到底物上。+

ADPOCH2OHHOOHOHOH+ATP

已糖激酶（Glucokintase）OCH2OHOOHOHOHP葡萄糖(G)葡糖-6-磷酸(G-6-P)△G0=-4.0Kcal/molMg2+或Mn2+反應(yīng)不可逆16哺乳類動(dòng)物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有4種己糖激酶(Ⅰ~Ⅳ型)。肝細(xì)胞的己糖激酶是Ⅳ型，稱葡萄糖激酶(glucokinase):①對(duì)葡萄糖的親和力很低②受激素調(diào)控：由胰島素誘導(dǎo)合成。己糖激酶的同工酶調(diào)節(jié)己糖激酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)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。長(zhǎng)鏈脂肪酰CoA可別構(gòu)抑制肝葡萄糖激酶。17⑵6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖

6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)己糖磷酸異構(gòu)酶Glucosephosphateisomerase△G0=0.4Kcal/mol⑶6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?,6-雙磷酸果糖

OCH2OHOCH2POHOH+ATP磷酸果糖激酶-1（PFK-1）OCH2OOCH2POHOHP果糖-1,6-二磷酸

(F-1,6-2P)+ADP△G0=-3.4Kcal/mol限速步驟Mg2+18PFK1的別構(gòu)調(diào)節(jié)激活劑：AMP;ADP;F-1,6-2P（正反饋）;F-2,6-2P（最強(qiáng)的激活劑）抑制劑：檸檬酸;ATP（高濃度）

此酶有二個(gè)結(jié)合ATP的部位：①活性中心底物結(jié)合部位（低濃度時(shí)）②活性中心外別構(gòu)調(diào)節(jié)部位（高濃度時(shí)）

6-磷酸果糖激酶-16-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖ADPATPAMP檸檬酸2，6-二磷酸果糖

+-+19F-6-PF-1,6-2PATPADPPFK-1磷蛋白磷酸酶PiPKAATPADPPi胰高血糖素ATPcAMP活化F-2,6-2P+++–/+AMP+檸檬酸–AMP+檸檬酸–PFK-2（有活性）FBP-2（無(wú)活性）6-磷酸果糖激酶-2PFK-2（無(wú)活性）FBP-2（有活性）PP果糖雙磷酸酶-220（4）磷酸丙糖的生成CH2OC=OCH2OHP磷酸二羥丙酮

(DHAP)+CHOCHOHCH2OP甘油醛-3-磷酸

(GAP)456123OCH2OOCH2POHOHP醛縮酶（Aldolase）△G0=+5.73Kcal/mol21⑸磷酸丙糖的同分異構(gòu)化3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮磷酸丙糖異構(gòu)酶(phosphotrioseisomerase)△G0=+1.8Kcal/mol22此反應(yīng)既是氧化反應(yīng)，又是磷酸化反應(yīng)。重金屬離子和碘乙酸可與酶的-SH結(jié)合，抑制此酶活性，砷酸鹽能與磷酸底物競(jìng)爭(zhēng)，使氧化作用與磷酸化作用解偶聯(lián)。

⑹3-磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸Pi+NAD+NADH+H+

3-磷酸甘油醛脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase)3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸△G0=+1.5Kcal/mol23（7）甘油酸-3-磷酸的生成底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過(guò)程，稱為底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)。CO~CHOHCH2OPPO+ADPCOHCHOHCH2OPO+ATP

甘油酸磷酸激酶(Phosphoglycerickinase)甘油酸-3-磷酸△G0=-4.50Kcal/mol（8）甘油酸-2-磷酸的生成中間產(chǎn)物是：2,3-二磷酸甘油酸(BPG)COOH

甘油酸磷酸變位酶(Phosphoglyceromutase)甘油酸-2-磷酸△G0=+1.1Kcal/molPH—C—O—CH2—OHCOHCHOHCH2OPO24⑼磷酸烯醇式丙酮酸的生成

烯醇化酶(enolase)2-磷酸甘油酸+

H2O磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)△G0=+0.4Kcal/mol（10）丙酮酸的生成+ADPCOOHC—O~CH2P丙酮酸激酶

(Pyruvate

kinase)COOHC—OHCH2烯醇丙酮酸+

ATP△G0=-7.5Kcal/mol第二次底物水平磷酸化反應(yīng)磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸反應(yīng)不可逆25抑制劑：ATP,丙氨酸，長(zhǎng)鏈脂肪酸激活劑：1,6-雙磷酸果糖丙酮酸激酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)丙酮酸激酶的共價(jià)調(diào)節(jié)丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATPADPPi磷蛋白磷酸酶（無(wú)活性）（有活性）胰高血糖素PKA,CaM激酶PPKA：蛋白激酶A(proteinkinaseA)CaM：鈣調(diào)蛋白262、丙酮酸的轉(zhuǎn)變NADH+H+

來(lái)源：3-磷酸甘油醛脫氫。乳酸的去路：肝內(nèi)分解利用或進(jìn)行乳酸循環(huán)（糖異生）

糖酵解的意義：（1）是機(jī)體缺氧時(shí)獲能的有效方式。（2）是某些細(xì)胞供氧正常時(shí)的重要供能途徑：①無(wú)線粒體的紅細(xì)胞，等；②代謝活躍的白細(xì)胞、骨髓細(xì)胞，等缺氧條件下轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗嵊醒鯒l件下進(jìn)一步氧化分解丙酮酸乳酸乳酸脫氫酶(LDH)

NADH+H+NAD+27糖酵解(glycolysis)：在缺氧條件下，葡萄糖分解生成乳酸并釋放能量的過(guò)程。酵解途徑(glycolyticpathway)：葡萄糖轉(zhuǎn)變成丙酮酸的過(guò)程。1、基本過(guò)程：二個(gè)階段，共10步反應(yīng)（1）耗能階段：前五步反應(yīng)（2）產(chǎn)能階段：后五步反應(yīng)2、特點(diǎn)（1）亞細(xì)胞定位：胞液（2）二步耗能、二步產(chǎn)能(底物水平磷酸化)；一步脫氫，生成1分子NADH高能化合物：1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇式丙酮酸。NADH的利用：無(wú)氧時(shí)，用于還原丙酮酸生成乳酸；產(chǎn)能量：1分子葡萄糖無(wú)氧酵解時(shí)凈生成2分子ATP，有氧酵解凈生成5或7分子ATP小結(jié)28（3）三步單向反應(yīng)、三種關(guān)鍵酶己糖激酶：不受ATP/AMP的調(diào)節(jié)

磷酸果糖激酶1（限速酶）丙酮酸激酶：受ATP/AMP的抑制3、糖酵解的生理意義（1）緊急供能：肌肉劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)。（2）生理供能：紅細(xì)胞、視網(wǎng)膜、睪丸、腦和骨髓等（3）病理供能：嚴(yán)重貧血、呼吸障礙和循環(huán)功能障礙。激活劑：2,6-二磷酸果糖，1,6-二磷酸果糖（正反饋）AMP抑制劑：檸檬酸，ATP+/-29第三節(jié)糖的有氧分解AerobicOxidationof

Carbohydrate30第一階段：酵解途徑第二階段：丙酮酸的氧化脫羧第三階段：三羧酸循環(huán)G（Gn）第四階段：氧化磷酸化丙酮酸乙酰CoACO2NADH+H+FADH2H2O[O]ATPADPTAC循環(huán)胞液線粒體糖的有氧氧化：糖在有氧的條件下，徹底分解成H2o和CO2，同時(shí)釋放出能量的過(guò)程。31一、丙酮酸的氧化脫羧丙酮酸進(jìn)入線粒體，氧化脫羧為乙酰CoA(acetylCoA)。丙酮酸乙酰CoA

NAD+,HSCoACO2,NADH+H+

丙酮酸脫氫酶復(fù)合體總反應(yīng)式:2丙酮酸＋CoA~SH

2乙酰CoA＋2NADH＋H＋＋2CO232丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成

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

輔酶

TPP

硫辛酸（)HSCoAFAD,NAD+SSL33

丙酮酸脫氫酶系的變構(gòu)調(diào)節(jié)磷酸化失活；去磷酸化激活激活劑：AMP、ADP、NAD+、CoA-SH、Ca2+抑制劑：ATP、NADH、乙酰CoA、脂肪酸

丙酮酸脫氫酶系的共價(jià)調(diào)節(jié)34（1）部位：線粒體內(nèi)膜（2）脫氫、脫羧同時(shí)進(jìn)行，凈生成1分子NADH（3）中間物不脫離酶復(fù)合體，反應(yīng)單向進(jìn)行（4）丙酮酸脫氫酶復(fù)合體組成：3種酶、5種輔酶

丙酮酸脫氫酶：TPP

二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶：硫辛酸、輔酶A

二氫硫辛酰胺脫氫酶：FAD、NAD+小結(jié)35二、三羧酸循環(huán)(TricarboxylicacidCycle,TAC)*反應(yīng)部位：線粒體三羧酸循環(huán)：指乙酰CoA和草酰乙酸縮合生成含三個(gè)羧基的檸檬酸，反復(fù)的進(jìn)行脫氫脫羧，又生成草酰乙酸，再重復(fù)循環(huán)反應(yīng)的過(guò)程。因?yàn)檠h(huán)反應(yīng)中的第一個(gè)中間產(chǎn)物是檸檬酸，也稱為檸檬酸循環(huán)。由于Krebs正式提出了三羧酸循環(huán)的學(xué)說(shuō)，故此循環(huán)又稱為Krebs循環(huán)。C2C6C4C5CO2CO236CoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH⑧①②③④⑤⑥⑦②H2O①檸檬酸合酶②順烏頭酸酶③異檸檬酸脫氫酶④α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體⑤琥珀酰CoA合成酶⑥琥珀酸脫氫酶⑦延胡索酸酶⑧蘋果酸脫氫酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶37檸檬酸合酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)：激活劑：ADP抑制劑：ATP、檸檬酸、NADH、琥珀酰輔酶A等檸檬酸合酶反應(yīng)不可逆草酰乙酸乙酰CoA檸檬酸（1）乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合成檸檬酸38順烏頭酸酶順烏頭酸酶檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸（2）異檸檬酸的生成39異檸檬酸脫氫酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)：激活劑：ADP、Ca2+抑制劑：ATP（3）α-酮戊二酸的生成異檸檬酸脫氫酶反應(yīng)不可逆異檸檬酸α-酮戊二酸Mg2+(Mn2+)40酮戊二酸脫氫酶系的變構(gòu)調(diào)節(jié)：激活劑：Ca2+抑制劑：NADH、琥珀酰輔酶Aα–酮戊二酸脫氫酶系反應(yīng)不可逆α–酮戊二酸琥珀酰CoA（4）α-酮戊二酸的氧化脫羧反應(yīng)41（5）從琥珀酰輔酶A到琥珀酸琥珀酰CoA合成酶底物水平磷酸化在哺乳動(dòng)物中，先合成GTP，然后在核苷二磷酸激酶的作用下，GTP轉(zhuǎn)化成ATP。高能硫酯鍵42（6）琥珀酸被氧化成延胡索酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶是TCA循環(huán)中唯一嵌入線粒體內(nèi)膜的酶。丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，可阻斷三羧酸循環(huán)。43（7）蘋果酸的生成延胡索酸酶（8）蘋果酸被氧化為草酰乙酸蘋果酸脫氫酶44三羧酸循環(huán)的代謝調(diào)節(jié)受本身制約系統(tǒng)的和ATP、ADP和Ca2+對(duì)檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)(1)底物(乙酰CoA、草酰乙酸)的推動(dòng)，產(chǎn)物(NADH)的抑制(2)檸檬酸合酶(限速酶)：受ATP、NADH、琥珀酰-CoA、酯酰-CoA等的抑制。琥珀酰-CoA是檸檬酸合酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。(3)異檸檬酸脫氫酶：是一個(gè)變構(gòu)酶NADH、ATP、丙二酸可抑制此酶，ADP可活化此酶。(4)α-酮戊二酸脫氫酶：與丙酮酸脫羧酶的調(diào)節(jié)相似。受NADH和琥珀酰CoA和亞砷酸鹽抑制。(5)Ca2+刺激糖原的降解、啟動(dòng)肌肉收縮對(duì)異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶有激活作用。45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(fù)合體–ATP

+ADP

ADP

+ATP

–檸檬酸

琥珀酰CoANADH–琥珀酰CoANADH

+Ca2+Ca2+①ATP、ADP的影響②產(chǎn)物堆積引起抑制③循環(huán)中后續(xù)反應(yīng)中間產(chǎn)物別位反饋抑制前面反應(yīng)中的酶④其他，如Ca2+可激活許多酶46葡萄糖有氧氧化生成的ATP1.5或2×2.52.51.52.52.530或32個(gè)ATP2.547TAC中的某些中間代謝物能夠轉(zhuǎn)變合成其他物質(zhì)，借以溝通糖和其他物質(zhì)代謝之間的聯(lián)系。例如：草酰乙酸天冬氨酸α-酮戊二酸

谷氨酸檸檬酸脂肪酸琥珀酰CoA卟啉機(jī)體供能不足時(shí)，蘋果酸、草酰乙酸可脫羧生成丙酮酸，再進(jìn)一步生成乙酰CoA進(jìn)入TAC氧化分解。蘋果酸蘋果酸酶丙酮酸CO2NAD+NADH+H+草酰乙酸草酰乙酸脫羧酶丙酮酸CO2482.

三羧酸循環(huán)的生理意義高效供能是三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的共同途徑；是機(jī)體內(nèi)一切有機(jī)物的碳鏈骨架氧化成CO2和H2O的必經(jīng)途徑。產(chǎn)生的中間產(chǎn)物在許多生物合成中充當(dāng)前體原料。所以TCA循環(huán)具有分解代謝和合成代謝雙重性或稱兩用性。是聯(lián)系三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的樞紐；為其它物質(zhì)代謝提供小分子前體；是生物體內(nèi)糖類、脂類、蛋白質(zhì)等重要有機(jī)物相互轉(zhuǎn)變的主要樞紐。三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物類似催化劑的作用，反應(yīng)前后本身無(wú)量的變化，不可能通過(guò)三羧酸循環(huán)直接從乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循環(huán)中的其他產(chǎn)物，同樣中間產(chǎn)物也不能直接在三羧酸循環(huán)中被氧化為CO2及H2O。49保持三羧酸循環(huán)順利進(jìn)行，要有充足的草酰乙酸、蘋果酸、琥珀酸等C4有機(jī)物。草酰乙酸必須不斷被更新補(bǔ)充（添補(bǔ)反應(yīng)）：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+

ATP+H2O蘋果酸蘋果酸脫氫酶NADH+H+NAD+天冬氨酸谷草轉(zhuǎn)氨酶α-酮戊二酸

谷氨酸ADP+Pi50（1）部位：線粒體（基質(zhì)、內(nèi)膜）

（2）4步脫氫（3個(gè)NADH＋1個(gè)FADH2）、1步底物水平磷酸化（GTP）1個(gè)乙酰輔酶A經(jīng)過(guò)TAC生成10個(gè)ATP1個(gè)丙酮酸徹底氧化生成CO2和水時(shí)生成12.5個(gè)ATP1個(gè)葡萄糖徹底氧化生成CO2和水時(shí)生成30或32個(gè)ATP（3）投入1個(gè)乙酰基，產(chǎn)出2個(gè)CO2；中間物凈含量不變（4）1種酶復(fù)合體（α酮戊二酸脫氫酶系），1種呼吸鏈組成成分（琥珀酸脫氫酶）

（5）3種關(guān)鍵酶：后2種酶為主要調(diào)節(jié)酶檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶（限速酶）酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體（由3種酶5種輔酶組成）（6）主要生理意義：高效供能；代謝樞紐小結(jié)51巴斯德效應(yīng)(Pastuereffect)：有氧氧化抑制糖酵解。有氧時(shí)，NADH+H+進(jìn)入線粒體內(nèi)氧化，丙酮酸進(jìn)入線粒體進(jìn)一步氧化而不生成乳酸;缺氧時(shí)，酵解途徑加強(qiáng)，NADH+H+在胞漿濃度升高，丙酮酸作為氫接受體生成乳酸。52第四節(jié)糖的磷酸戊糖途徑PentosePhosphatePathway53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(jìn)一步轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應(yīng)過(guò)程。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

*細(xì)胞定位：胞液

第一階段：氧化反應(yīng)生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2*反應(yīng)過(guò)程可分為二個(gè)階段

第二階段則是非氧化反應(yīng)包括一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移。546-磷酸葡萄糖酸NADPH+H+NADP+⑴H2O6-磷酸葡萄糖脫氫酶HCOH6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯1.

磷酸戊糖生成G-6-P5-磷酸核糖NADP+NADPH+H+NADP+NADPH+H+CO255催化第一步脫氫反應(yīng)的6-磷酸葡萄糖脫氫酶是此代謝途徑的關(guān)鍵酶。NADPH能強(qiáng)烈抑制此酶的活性。兩次脫氫均由NADP+接受氫生成NADPH+H+。供代謝合成和生物轉(zhuǎn)化所需還原當(dāng)量；六碳糖酸直接脫羧反應(yīng)生成的磷酸核糖是核苷酸合成的原料。不是生物體葡萄糖氧化供能的重要途徑。5-磷酸核酮糖NADP+

CO2

NADPH+H+⑵6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶

CH2OHCO5-磷酸核糖56每3分子6-磷酸葡萄糖同時(shí)參與反應(yīng)，在一系列反應(yīng)中，通過(guò)3C、4C、6C、7C等互變，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(jìn)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(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)57磷酸戊糖途徑第一階段第二階段5-磷酸木酮糖

C55-磷酸木酮糖

C57-磷酸景天糖

C73-磷酸甘油醛

C34-磷酸赤蘚糖

C46-磷酸果糖

C66-磷酸果糖

C63-磷酸甘油醛

C36-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖

C53NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脫氫酶3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶CO258NADPH和谷胱甘肽的抗氧化機(jī)制591、部位：細(xì)胞液

2、2步脫氫，產(chǎn)出2個(gè)NADPH3、六碳糖酸直接脫羧生成CO24、關(guān)鍵酶：6磷酸葡萄糖脫氫酶5、意義（1）生成磷酸核糖：提供核酸合成原料（2）生成NADPH：供代謝合成所需還原當(dāng)量

維持紅細(xì)胞功能供生物轉(zhuǎn)化所需還原當(dāng)量（3）連接3C、4C、5C、6C、7C小結(jié)60第五節(jié)糖原合成與分解GlycogenesisandGlycogenolysis61是動(dòng)物體內(nèi)糖的儲(chǔ)存形式之一，是機(jī)體能迅速動(dòng)用的能量?jī)?chǔ)備。肌肉：肌糖原，180~300g，主要供肌肉收縮所需

肝臟：肝糖原，70~100g，維持血糖水平

糖原(glycogen)糖原儲(chǔ)存的主要器官及其生理意義1.葡萄糖單元以α-1,4-糖苷鍵連接。2.

約10個(gè)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。3.終止于1個(gè)非還原端.62一、糖原的合成代謝糖原的合成(glycogenesis)：由葡萄糖合成糖原的過(guò)程。主要部位：肝、肌細(xì)胞漿葡萄糖+ATP己糖激酶葡萄糖激酶（肝）6-磷酸G+ADP6-磷酸G變位酶1-磷酸G1-磷酸G+UTPUDPG焦磷酸化酶UDPG+PPi（焦磷酸）UDPG+糖元（Gn）糖原合酶UDP+糖原（Gn+1）63*UDPG是“活性葡萄糖”，用作糖原合成的直接供體。+UTP尿苷PPPPPiUDPG焦磷酸化酶1-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變成尿苷二磷酸葡萄糖2Pi+能量1-磷酸葡萄糖

尿苷二磷酸葡萄糖(uridinediphosphateglucose,UDPG)64糖原n+UDPG糖原n+1+UDP

糖原合酶(glycogensynthase)

α-1,4-糖苷鍵生成*糖原n為原有的細(xì)胞內(nèi)的較小糖原分子，稱為糖原引物(primer)，作為UDPG上葡萄糖基的接受體。近來(lái)在糖原分子的核心發(fā)現(xiàn)了一種名為glycogenin的蛋白質(zhì)。Glycogenin可對(duì)其自身進(jìn)行共價(jià)修飾，將UDP-葡萄糖分子的C1結(jié)合到其分子的酪氨酸殘基上，從而使它糖基化。這個(gè)結(jié)合上去的葡萄糖分子即成為糖原合成時(shí)的引物。65糖原素glycogenin糖原素glycogeninG糖原素glycogeninG糖原合酶糖原素glycogenin糖原合酶UDP-UDPG糖原合酶UDP-GUDP糖原分枝的形成

分支酶

(branchingenzyme)α-1,6-糖苷鍵α-1,4-糖苷鍵

當(dāng)鏈長(zhǎng)度達(dá)到12~18個(gè)葡萄糖殘基時(shí)，由分枝酶催化，將鏈長(zhǎng)約7個(gè)葡萄糖殘基的糖鏈移至鄰近的糖鏈上，以1,6-糖苷鍵進(jìn)行連接，形成糖原分子的分枝。681、部位：細(xì)胞液

2、關(guān)鍵酶：葡萄糖激酶/己糖激酶；糖原合酶糖原合酶磷酸化后失活3、活性葡萄糖：UDPG4、意義（1）儲(chǔ)存能量（2）維持血糖小結(jié)69

二、糖原的分解代謝*亞細(xì)胞定位：胞漿（細(xì)胞液）糖原n+1糖原n+1-磷酸葡萄糖

糖原磷酸化酶糖原分解(glycogenolysis)習(xí)慣上指肝糖原分解成為葡萄糖的過(guò)程。1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖變位酶

葡萄糖-6-磷酸酶（肝，腎）葡萄糖6-磷酸葡萄糖7071脫枝酶

(debranchingenzyme)磷酸化酶轉(zhuǎn)移酶活性α-1,6糖苷酶活性脫枝酶：1種雙功能酶①轉(zhuǎn)移葡萄糖殘基②水解-1,6-糖苷鍵分枝水解72肌糖原的分解由于肌肉組織缺少葡萄糖-6-磷酸酶，所以肌糖原分解生成的6-磷酸葡萄糖不能轉(zhuǎn)變成葡萄糖釋放入血，只能進(jìn)入酵解途徑代謝。肌糖原的分解與合成與乳酸循環(huán)有關(guān)。73腺苷環(huán)化酶（無(wú)活性）腺苷環(huán)化酶（有活性）激素（胰高血糖素、腎上腺素等）+受體ATPcAMPPKA(無(wú)活性)磷酸化酶b激酶糖原合酶糖原合酶-PPKA(有活性)磷酸化酶b磷酸化酶a-P磷酸化酶b激酶-PPi磷蛋白磷酸酶-1PiPi磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶-1–––磷蛋白磷酸酶抑制劑-P磷蛋白磷酸酶抑制劑PKA（有活性）高活性低活性低活性高活性74調(diào)節(jié)特點(diǎn)（3）協(xié)調(diào)調(diào)控：雙向協(xié)調(diào)：對(duì)合成酶系與分解酶系分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，如加強(qiáng)合成則減弱分解，或反之。方式協(xié)調(diào)：別構(gòu)調(diào)節(jié)與共價(jià)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)進(jìn)行。（1）雙重調(diào)節(jié)：別構(gòu)調(diào)節(jié)和共價(jià)修飾調(diào)節(jié)。（5）肝糖原和肌糖原調(diào)節(jié)各有特點(diǎn)：調(diào)節(jié)肝糖原分解的激素主要為胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要為腎上腺素。（4）級(jí)聯(lián)放大（2）關(guān)鍵酶以活性、無(wú)（低）活性二種形式存在，二者通過(guò)磷酸化和去磷酸化而相互轉(zhuǎn)變。751、部位：細(xì)胞液，微粒體2、關(guān)鍵酶：糖原磷酸化酶；葡萄糖6磷酸酶糖原磷酸化酶磷酸化后激活3、肌肉組織缺少葡萄糖6磷酸酶，故肌糖原不能補(bǔ)充血糖4、意義（1）肌糖原供能（2）肝糖原維持血糖小結(jié)76糖原的合成與分解簡(jiǎn)圖UDPG焦磷酸化酶G-1-PUTPUDPGPPi糖原n+1UDPG-6-PG糖原合酶磷酸葡萄糖變位酶己糖(葡萄糖)激酶糖原nPi磷酸化酶葡萄糖-6-磷酸酶（肝）糖原n77G-6-P的代謝去路G（補(bǔ)充血糖）G-6-P

F-6-P（進(jìn)入酵解途徑）G-1-PGn（合成糖原）UDPG

6-磷酸葡萄糖內(nèi)酯（進(jìn)入磷酸戊糖途徑）

葡萄糖醛酸（進(jìn)入葡萄糖醛酸途徑）(參與肝臟的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng))78

三、糖原積累癥糖原累積癥(glycogenstoragediseases)是一類遺傳性代謝病，其特點(diǎn)為體內(nèi)某些器官組織中有大量糖原堆積。引起糖原累積癥的原因是患者先天性缺乏與糖原代謝有關(guān)的酶類。

79型別缺陷的酶受害器官糖原結(jié)構(gòu)Ⅰ葡萄糖-6-磷酸酶缺陷肝、腎正常Ⅱ溶酶體α1→4和1→6葡萄糖苷酶所有組織正常Ⅲ脫支酶缺失肝、肌肉分支多，外周糖鏈短Ⅳ分支酶缺失所有組織分支少，外周糖鏈特別長(zhǎng)Ⅴ肌磷酸化酶缺失肌肉正常Ⅵ肝磷酸化酶缺陷肝正常Ⅶ肌肉和紅細(xì)胞磷酸果糖激酶缺陷肌肉、紅細(xì)胞正常Ⅷ肝臟磷酸化酶激酶缺陷腦、肝正常糖原積累癥分型80第六節(jié)糖異生Gluconeogenesis非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^(guò)程81

糖異生的原料轉(zhuǎn)變成糖代謝的中間產(chǎn)物生糖氨基酸α-酮酸-NH2甘油

α-磷酸甘油磷酸二羥丙酮乳酸丙酮酸2H8283一概念：非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變成葡萄糖的過(guò)程。二、糖異生途徑8485反應(yīng)部位：胞液和線粒體關(guān)鍵酶：

丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、

果糖二磷酸酶，葡萄糖磷酸酶。8687二、糖異生的調(diào)節(jié)作用物的互變分別由不同酶催化其單向反應(yīng)，這種互變循環(huán)稱之為底物循環(huán)(substratecycle)。當(dāng)兩種酶活性相等時(shí)，代謝不能向前推進(jìn)，結(jié)果只有ATP分解釋放出能量，因而稱為無(wú)效循環(huán)(futilecycle)。6-磷酸果糖1,6-雙磷酸果糖6-磷酸果糖激酶-1

果糖雙磷酸酶-1ADPATPPi6-磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶己糖激酶ATPADPPiADP+PiPEP

丙酮酸草酰乙酸丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶ADPATPCO2+ATPGTP磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶GDP+Pi+CO2886-磷酸果糖1,6-雙磷酸果糖ATPADP6-磷酸果糖激酶-1Pi果糖雙磷酸酶-12,6-雙磷酸果糖AMP6-磷酸果糖與1,6-雙磷酸果糖之間的代謝調(diào)節(jié)

89磷酸烯醇式丙酮酸與丙酮酸之間的代謝調(diào)節(jié)PEP丙酮酸ATPADP丙酮酸激酶1,6-雙磷酸果糖丙氨酸乙酰CoA草酰乙酸90激素調(diào)節(jié)腎上腺素胰高血糖素糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)肝臟合成糖異生的四種關(guān)鍵酶，特別是磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶。促進(jìn)肝外組織蛋白分解促進(jìn)脂庫(kù)動(dòng)員糖異生原料

誘導(dǎo)肝細(xì)胞中磷酸烯醇式丙酮酸的生成。促進(jìn)脂肪動(dòng)員脂肪酸分解乙酰CoA激活丙酮酸羧化酶甘油：糖異生原料。胰島素抑制四種關(guān)鍵酶的合成。對(duì)抗腎上腺素和胰高血糖素的作用。抑制糖異生91乳酸循環(huán)(lactosecycle)或Cori循環(huán)肝血液肌肉葡萄糖丙酮酸乳酸葡萄糖丙酮酸乳酸乳酸葡萄糖NADHNADH糖異生糖酵解92乳酸循環(huán)的生理意義：①乳酸再利用，避免了乳酸的損失。②防止乳酸的堆積引起酸中毒。乳酸循環(huán)是一個(gè)耗能的過(guò)程：2分子乳酸異生為1分子葡萄糖需6分子ATP。

93

三、糖異生的生理意義1、維持血糖濃度恒定2、補(bǔ)充肝糖原三碳途徑：指進(jìn)食后，大部分葡萄糖先在肝外細(xì)胞中分解為乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再進(jìn)入肝細(xì)胞異生為糖原的過(guò)程。3、調(diào)節(jié)酸堿平衡（乳酸異生為糖）94糖異生(Gluconeogenesis)：非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^(guò)程1、部位：線粒體，細(xì)胞液，微粒體2、原料：甘油、生糖氨基酸、乳酸等3、關(guān)鍵酶：丙酮酸羧化酶：激活劑（乙酰CoA）磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖二磷酸酶（限速酶）：激活劑（檸檬酸）；抑制劑（2,6-二磷酸果糖）葡萄糖6磷酸酶：糖原分解及糖異生途徑共有的關(guān)鍵酶4、肌肉缺少葡萄糖6磷酸酶，需進(jìn)行乳酸循環(huán)5、主要生理意義：調(diào)節(jié)血糖小結(jié)95第七節(jié)血糖及其調(diào)節(jié)BloodGlucoseandTheRegulationofBloodGlucoseConcentration96血糖水平恒定的生理意義腦組織不能利用脂酸，主要依賴葡萄糖供能紅細(xì)胞沒有線粒體，完全通過(guò)糖酵解獲能骨髓及神經(jīng)組織代謝活躍，經(jīng)常利用葡萄糖供能

血糖：血液中的葡萄糖。

血糖水平：血糖的濃度。正常值為80～120mg/dl（3.89~6.11mmol/L）

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一、血糖來(lái)源和去路血糖(3.89~6.11mM)

食物糖消化吸收肝糖原分解非糖物質(zhì)糖異生氧化分解CO2+H2O糖原合成

肝（肌）糖原磷酸戊糖途徑等其它糖合成代謝脂肪、氨基酸尿糖>8.89mM去路來(lái)源9899

二、血糖水平的調(diào)節(jié)主要調(diào)節(jié)激素降低血糖：胰島素(insulin)升高血糖：胰高血糖素(glucagon)、糖皮質(zhì)激素、腎上腺素*主要依靠激素的調(diào)節(jié)100（一）胰島素①促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入肝外細(xì)胞；②加速糖原合成，抑制糖原分解；③加快糖的有氧氧化；④抑制肝內(nèi)糖異生；⑤減少脂肪動(dòng)員?！w內(nèi)唯一降低血糖