復(fù)旦大學(xué)生化課件糖代謝1

糖代謝

(CarbohydrateMetabolism)糖的消化吸收糖的分解代謝血糖及其調(diào)節(jié)糖元的合成與分解糖元異生糖代謝紊亂

“燃料”物質(zhì)共同的代謝過程第Ⅰ階段，首先，有機物酶解為組成物質(zhì)[單體]。小的燃料分子分解為幾種常見的中間物，主要是丙酮酸和乙酰-CoA，可放出少量能量。第Ⅱ階段，一條共同代謝途徑，即Krebs循環(huán)。中間物被完全氧化成CO2，生成的電子傳遞給NAD+等電子載體，釋放少量能量，生成的中間物可用作生物合成的前體。第Ⅲ階段,電子傳遞和氧化磷酸化，電子傳遞給O2，生成H2O，釋放的能量用于ATP生成。分解代謝的幾個階段糖的消化吸收

淀粉(starch)等糖類物質(zhì)

口腔，

-amylase，少量作用

胃，幾乎不作用

小腸，胰

-amylase，主要的消化場所麥芽糖、糊精、食物中的蔗糖乳糖等

麥芽糖酶，糊精酶，蔗糖酶，乳糖酶等

葡萄糖、半乳糖、果糖等

腸粘膜細胞

腸壁毛細血管

門靜脈

血液

組織、細胞（

…代謝）口腔胃小腸淀粉-淀粉酶（唾液、胰）麥芽糖麥芽寡糖-糊精麥芽糖酶-糊精酶葡萄糖糖的消化(Digestion)amylase糖的吸收

糖類被分解成單糖時才能被吸收。吸收速率：若以葡萄糖的吸收速率為100，各種單糖的吸收速率依次為：

半乳糖（110）＞葡萄糖（100）＞果糖（43）＞甘露糖（19）＞木糖（15）＞阿拉伯糖（9）。吸收方式:主動轉(zhuǎn)運

腸粘膜上皮細胞紋狀緣上的轉(zhuǎn)運體蛋白選擇性的將葡萄糖、半乳糖從腸腔粘膜表面轉(zhuǎn)入細胞內(nèi)，然后再擴散入血液。轉(zhuǎn)運蛋白的作用需要鈉離子轉(zhuǎn)運的存在-Na+依賴型葡萄糖轉(zhuǎn)運體

(Na+-dependentglucosetransporter，SGLT)，分布于小腸、腎小管上皮。葡萄糖是哺乳動物細胞能量及碳架代謝的主要原料，是一種極性分子，只能以主動轉(zhuǎn)運和易化擴散的方式通過細胞膜。其跨膜轉(zhuǎn)運由鈉依賴性葡萄糖轉(zhuǎn)運體(sodiumdepedentglucosetransporter,SGLTs)和易化擴散的葡萄糖轉(zhuǎn)運體(faciliatedglucosetransporter,GLUTs)兩大家族來完成。至今為止，SGLT家族中已發(fā)現(xiàn)6種亞型，GLUT家族中已發(fā)現(xiàn)12種亞型。每種葡萄糖轉(zhuǎn)運體都有特異的組織分布和生化特性。GLUTs除轉(zhuǎn)運葡萄糖外，還可轉(zhuǎn)運去氫抗壞血酸、D-甘露醇、D-半乳糖和D-果糖等。小腸腸腔腸粘膜上皮細胞門靜脈肝臟體循環(huán)各種組織細胞GLUTSGLTD-葡萄糖的代謝GlucoseMetabolismD-葡萄糖的代謝命運D-Glc在代謝中占有中心地位,葡萄糖含有較高的能量，氧化生成H2O和CO2放出自由能2840kj/mol；轉(zhuǎn)變成淀粉或糖元貯存又可維持相對低的摩爾滲透壓濃度，需要能量時又可分解成葡萄糖氧化供能。葡萄糖不僅僅是一個能量分子，還是一個常見的前體分子，可為生物合成反應(yīng)提供中間物，如大腸桿菌可利用葡萄糖和其碳架合成所有的氨基酸、核苷酸、輔酶、脂肪酸和生長所需的各種代謝中間物。葡萄糖有成千上萬種轉(zhuǎn)化，高等動植物中主要有三種：變成糖元或淀粉貯存、酵解為三碳化合物（丙酮酸）或通過HMP（戊糖磷酸途徑）變?yōu)槲焯?。葡萄糖的主要代謝命運糖酵解[Glycolysis]與發(fā)酵

[Fermentation]無氧條件下糖的降解過程，糖經(jīng)一系列的酶促反應(yīng)變成丙酮酸，并生成ATP，是一切生物細胞中Glc分解產(chǎn)生能量的共同代謝途徑，稱為酵解途徑[Glycolyticpathway]，或稱為Embden-Meyerhof-Parnas(EMP)pathway。厭氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成的NADH+H+用于還原丙酮酸生成乙醛，進而產(chǎn)生乙醇，稱為乙醇（酒精）發(fā)酵。肌肉等組織或微生物在無氧或暫時缺氧條件下，酵解中生成的NADH+H+用于把丙酮酸

乳酸，稱為乳酸發(fā)酵。

糖酵解(Glycolysis)

酵解（Glycolysis，希臘語glykys，意為sweet和lysis)。一分子葡萄糖通過一系列的酶促反應(yīng)生成2分子丙酮酸，并生成ATP和NADH。

是第一個發(fā)現(xiàn)和研究得最清楚的生物化學(xué)代謝途徑，1897年Hans和EdwardBuchner兄弟倆通過發(fā)酵的酵母抽提物發(fā)現(xiàn)發(fā)酵可以在活細胞外進行，否定了LouisPaster統(tǒng)治了近40年的觀點，打開了新陳代謝研究之門。1940年GustarEmbden和OttoMeyerhof發(fā)現(xiàn)肌肉中存在與酵母細胞一樣的不需要氧的糖分解代謝過程—酵解。最終在1941年由FritzLipmann和HermanKalckar完成了對整個代謝途徑的研究。EMPPathway可以分為三個階段：1）Glc

磷酸化形成己糖磷酸酯[反應(yīng)1、2、3]，消耗2ATP，產(chǎn)物為F-1,6-diP。2）磷酸己糖裂解為兩分子三碳糖（反應(yīng)4），由醛縮酶(aldolase)催化，產(chǎn)物為3-P-甘油醛（G-3-P）和磷酸二羥丙酮(DHAP)，斷裂在己糖的C3-C4間。3）三碳糖經(jīng)一系列的反應(yīng)（反應(yīng)5--10）生成丙酮酸，其中反應(yīng)6生成NADH+H+，并生成高能磷酸化合物（1,3-二磷酸甘油酸）；反應(yīng)7和10生成2ATP（底物水平磷酸化）。分為兩個階段

六碳糖分解為2分子丙酮酸需經(jīng)10步反應(yīng)前5步反應(yīng)為第一階段/準備階段(preparatoryphase)，1Glc轉(zhuǎn)變?yōu)?三碳物：磷酸二羥丙酮和3-磷酸甘油醛，消耗2ATP。

第二階段是能量獲得（代償）階段（payoffphase)，3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔?ATP和2NADH+H+。

葡萄糖的碳架分解產(chǎn)生丙酮酸、磷酸化ADP產(chǎn)生ATP、產(chǎn)生的氫轉(zhuǎn)變?yōu)镹ADH。PreparatoryPhasePayoffPhase？（1）葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖

(phosphorylationofglucose)

glucose(G)己糖激酶(HK)

hexokinase

ATPADP關(guān)鍵酶glucose-6-phosphate(G-6-P）Mg2+限速酶/關(guān)鍵酶

(rate-limitingenzyme/keyenzyme)1.催化非可逆反應(yīng)特點2.催化效率低3.受激素或代謝物的調(diào)節(jié)4.常是在整條途徑中催化初始反應(yīng)的酶5.活性的改變可影響整個反應(yīng)體系的速度和方向糖原分解成6-磷酸葡萄糖糖原(Gn)H3PO4磷酸化酶

糖原(Gn-1)1-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)磷酸葡萄糖變位酶6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)（2）6-磷酸葡萄糖異構(gòu)化轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖(phosphorylationoffructose-6-phosphate)

glucose-6phosphate(G-6-P）

磷酸己糖異構(gòu)酶fructose-6-phosphate(F-6-P）（3）6-磷酸果糖再磷酸化生成1,6-二磷酸果糖

(F-6-P）

磷酸果糖激酶-1

（PFK-1）ATPADPMg2+關(guān)鍵酶1,6-二磷酸果糖(fructose-1,6-diphosphate,FDP)phosphofructokinasel（4）磷酸丙糖的生成fructose-1,6-diphosphate(FDP）磷酸二羥丙酮(dihydroxyacetonephosphate)3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate,Gly-3-P)醛縮酶6C3C（5）磷酸丙糖的互換磷酸二羥丙酮(dihydroxyacetonephosphate,DHAP)3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate,Gly-3-P)磷酸丙糖異構(gòu)酶1,6-二磷酸果糖2×3-磷酸甘油醛（6）3-磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate,Gly-3-P)NAD＋＋H3PO4NADH+H+3-磷酸甘油醛脫氫酶糖酵解中唯一的脫氫反應(yīng)1,3-二磷酸甘油酸1,3-diphospho--glycerae

(1,3-DPG)～PNAD+：R為H；

NADP+：R為PO32-NAD+

輔酶INADP+

輔酶II煙酰胺腺嘌呤二核苷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（7）1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate,3-PG)ADPATP3-磷酸甘油酸激酶這是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反應(yīng)1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)(1,3-DPG)～P底物水平磷酸化反應(yīng)Substratelevelphosphorylation底物氧化、分子內(nèi)基團重排等所釋放的能量偶聯(lián)ATP的生成，稱為底物水平磷酸化。（8）3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate,2-PG)磷酸甘油酸變位酶（9）2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖?-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate,2-PG)烯醇化酶Mg2+或Mn2+磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)H2O高能磷酸鍵（10）磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐际奖崃姿嵯┐际奖?phosphoenolpyruvate,PEP)丙酮酸激酶PKADPATPMg2+或Mn2+烯醇式丙酮酸(enolpyruvate,EPV)糖酵解過程的第三個調(diào)節(jié)酶，也是第二次底物水平磷酸化反應(yīng)關(guān)鍵酶（11）烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸嵯┐际奖?enolpyruvate,EPV)自發(fā)進行丙酮酸(pyruvate,PA)酵解途徑的十步反應(yīng)TheGlycolyticPathway地點收獲反應(yīng)(三步不可逆)EMP途徑的說明I1）己糖激酶(hexokinase)需要Mg2+或其他二價陽離子及ATP，反應(yīng)不可逆，是酵解過程的第一個別構(gòu)[調(diào)節(jié)]酶，肌肉中受產(chǎn)物G-6-P強烈別構(gòu)抑制。肝臟中主要是以glucokinase存在，對Glc有特異活性，不受G-6-P的抑制。

2）果糖磷酸激酶[phosphofructokinase,PFK]，需要Mg2+及ATP，是酵解途徑的關(guān)鍵反應(yīng)[committedstep,keyreaction,rate-limitingreaction]酶，酵解進行的速度取決于該酶的活性，酶的調(diào)節(jié)也是別構(gòu)調(diào)節(jié)，ATP對其有抑制效應(yīng)，檸檬酸及脂肪酸的存在會加強ATP的抑制作用，AMP、ADP及Pi可消除抑制。己糖激酶和磷酸果糖激酶催化的反應(yīng)EMP途徑的說明II3）3-P-甘油醛dHE

(phosphoglyceraldehydedHE)，活性中心在酶的Cys-SH上，氧化型NAD+與酶緊密結(jié)合，受氫還原后與酶脫離，磷酸攻擊硫酯鍵生成1，3-二磷酸甘油酸。只有NAD+不斷取代NADH才能保持酶的催化活力，否則酵解就要停止。ICH2COOH與-SH反應(yīng)，可強烈抑制酶的活性。3-磷酸甘油醛氧化生成二磷酸甘油酸3-P-甘油醛脫氫酶碘乙酸是3-磷酸甘油醛

脫氫酶的抑制劑碘乙酸與脫氫酶活性位點的-SH共價結(jié)合，使酶失活。砷酸鹽的解偶聯(lián)作用AsAs1-砷酸-3-磷酸甘油酸3磷酸甘油醛脫氫酶3-磷酸甘油酸+砷酸砷酸鹽的解偶聯(lián)作用在砷酸存在下,反應(yīng)式:3-磷酸甘油醛+NAD++H2O

3-磷酸甘油酸+NADH++H+EMP途徑的說明Ⅲ4）磷酸甘油酸變位酶(phosphoglyceratemutase)，催化磷酸基團在C3和C2位可逆變位，Mg2+對反應(yīng)為必需。反應(yīng)分成兩步，由磷酸甘油酸變位酶介導(dǎo)磷酸基團在2,3-二磷酸甘油酸、3-磷酸甘油酸及2-磷酸甘油酸之間發(fā)生轉(zhuǎn)移。反應(yīng)中變位酶的磷酸化需要有特異的ATP依賴的激酶。雖然多數(shù)細胞中的2,3-二磷酸甘油酸很少（痕量水平），但在紅細胞中確是一個主要的成分（-5mM），調(diào)節(jié)血紅蛋白對氧的親和力。磷酸甘油酸變位酶反應(yīng)的機制EMP途徑的說明Ⅳ5)烯醇（化）酶（enolase），催化2-磷酸甘油酸脫水生成PEP，產(chǎn)生酵解途徑的第二個磷酸基團轉(zhuǎn)移能，有Mg2+或Mn2+存在時，酶才有活性，F(xiàn)-能與Mg2+形成絡(luò)合物并結(jié)合在酶分子上而抑制酶的活性。EMP途徑的說明V6）丙酮酸激酶（pyruvatekinase），別構(gòu)調(diào)節(jié)酶，需要Mg2+、K+，催化的反應(yīng)有ATP生成，是酵解途徑的重要調(diào)節(jié)酶，長鏈脂肪酸、乙酰CoA、ATP、Ala等均抑制酶活；F-1,6-diP可活化此酶。7）酵解10步反應(yīng)有4步是需能反應(yīng)（1、3、7、10四步反應(yīng)）8）整個酵解途徑的反應(yīng)中，1、3、10步反應(yīng)為嚴格意義上的不可逆反應(yīng)。底物水平磷酸化底物氧化、分子內(nèi)基團重排等所釋放的能量偶聯(lián)ATP的生成，涉及可溶性的酶和代謝中間物，不涉及膜結(jié)合的酶、跨膜質(zhì)子梯度和電子傳遞。丙酮酸激酶催化PEP生成丙酮酸底物水平磷酸化EMP途徑中間物濃度EMP的能量消