第六單元 糖代謝

第五章糖類代謝第一節(jié)概述第二節(jié)糖的分解代謝第三節(jié)糖原的合成與分解第四節(jié)糖異生作用第五節(jié)血糖一、糖類的生理功能1、糖類物質(zhì)通過氧化釋放大量的能量，葡萄糖完全氧化為二氧化碳和水可釋放2867.48kJ/mol能量；2、糖在體內(nèi)可作為合成蛋白質(zhì)、核酸、脂類等物質(zhì)的原料；3、糖是體內(nèi)重要的信息和結(jié)構(gòu)物質(zhì)，如核糖、脫氧核糖是細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)核酸的組成成分；4、糖與脂類、蛋白質(zhì)組成的糖復合物，如糖脂、糖蛋白、蛋白多糖等是細胞膜、神經(jīng)組織、結(jié)締組織的主要成分，其糖鏈部分還參與細胞間的識別及信息傳遞等過程。5、某些具有生理功能的物質(zhì)，如免疫球蛋白、部分激素及大部分凝血因子等，均屬于糖蛋白。糖尿?。╠iabetes）是由遺傳因素、免疫功能紊亂、微生物感染及其毒素、自由基毒素、精神因素等等各種致病因子作用于機體導致胰島功能減退、胰島素抵抗(InsulinResistance，IR)等而引發(fā)的糖、蛋白質(zhì)、脂肪、水和電解質(zhì)等一系列代謝紊亂綜合征，臨床上以高血糖為主要特點，典型病例可出現(xiàn)多尿、多飲、多食、消瘦等表現(xiàn)，即“三多一少”癥狀。第一節(jié)概述一、糖的概念*糖主要由碳、氫、氧三種元素構(gòu)成，是一類多羥基醛、多羥基酮或是它們的縮聚物或衍生物。乳酸C3H6O3糖類也稱為碳水化合物:Cm(H2O)n

葡萄糖C6H12O6麥芽糖C12H22O11不符合通式的糖：

鼠李糖C6H12O5脫氧核糖C5H10O4符合通式但不屬于糖：

單糖：不能再水解的糖；寡糖：水解能生成2~10個單糖分子的糖；

多糖：能水解生成許多單糖的高分子化合物。二、糖的分類（根據(jù)其能否被水解）同多糖：由一種單糖組成的多糖；雜多糖：多種單糖或單糖衍生物組成的單糖。**醛糖：葡萄糖、半乳糖、（脫氧）核糖按功能基分單糖酮糖：果糖按碳原子數(shù)目分：丙糖、丁糖、戊糖、己糖寡糖如雙糖（麥芽糖、乳糖、蔗糖）同多糖：淀粉、糖原、纖維素、右旋糖苷多糖雜多糖：透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、肝素（含N或S）（含N）（含N和S）（含N和S）三、糖在生物界的分布與生物學作用幾乎存在于所有動、植物、微生物體內(nèi)：細胞核、細胞質(zhì)中的脫氧核糖和核糖；綠色植物根、莖、葉、果實中葡萄糖、蔗糖、淀粉和纖維素；動物肝臟、肌肉中的糖原，結(jié)締組織中的糖胺聚糖。生物學作用：1.生物體生命活動所需能量的主要來源；2.生物體的結(jié)構(gòu)成分之一。甘油醛構(gòu)型

一、葡萄糖的分子結(jié)構(gòu)*

1.葡萄糖的開鏈結(jié)構(gòu)與構(gòu)型

第二節(jié)單糖葡萄糖是具有五個羥基和一個醛基的己醛糖

葡萄糖開鏈式結(jié)構(gòu)與構(gòu)型

①開鏈式有4個手性碳原子（*C2～*C5），具有旋光性；②葡糖3左有一羥（不能變動）；③以甘油醛為標準，決定單糖構(gòu)型，若末端第二個-OH在右側(cè)，為D型（天然葡萄糖均為D型），末端第二個-OH在左側(cè)，為L型。C1醛基和C5-OH在空間位置上很靠近，易起分子內(nèi)親核加成反應，生成環(huán)式半縮醛結(jié)構(gòu)化合物。由于成環(huán)反應，使原來C1也成為異頭碳原子，即手性碳原子“*C”。根據(jù)半縮醛羥基在空間排布的不同，環(huán)狀葡萄糖又有兩種異構(gòu)體，C1-OH在右側(cè)，為α型異頭物，即α-D-葡萄糖；C1-OH在左側(cè)，為β型異頭物，即β-D-葡萄糖。2.環(huán)狀結(jié)構(gòu)的哈沃斯式和構(gòu)象式哈沃斯式：β-D-葡萄糖α-D-葡萄糖

在溶液中，開鏈式與環(huán)式結(jié)構(gòu)，兩者可互變，有變旋現(xiàn)象：α-D-葡萄糖D-葡萄糖β-D-葡萄糖36%0.024%64%+112°+18.7°平衡后（變旋現(xiàn)象）*+52.7°

從開鏈或環(huán)式改寫成哈沃斯式，要將左側(cè)原子或原子團寫在上方，右側(cè)原子或原子團寫在下方。

構(gòu)象式(立體結(jié)構(gòu))：船式構(gòu)象椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象：α-D-葡萄糖β-D-葡萄糖α-D-葡萄糖（哈沃斯式）α-D-葡萄糖（椅式）二、單糖的旋光異構(gòu)體

理論上含有n個手性碳原子的單糖有2n個旋光異構(gòu)體。****如己醛糖，開鏈結(jié)構(gòu)有24=16個旋光異構(gòu)體；環(huán)狀結(jié)構(gòu)有25=32個旋光異構(gòu)體。三、重要的單糖*1.果糖與半乳糖①果糖①似葡2酮是果糖；②開鏈式有3個手性碳原子（*C3～*C5），具有旋光性；③以甘油醛為標準，決定構(gòu)型，C5-OH在右側(cè)，為D型，C5-OH在左側(cè)，為L型。α-D-果糖環(huán)式結(jié)構(gòu)：游離存在（溶液中）結(jié)合型四、單糖的化學性質(zhì)1.氧化反應*醛糖可使溴水褪色，而酮糖不具備此性質(zhì)能被弱氧化劑班氏試劑氧化的糖稱為還原糖。果糖也是還原糖，原因在于其α-羥甲基酮在堿性條件下可通過酮-烯醇式互變異構(gòu)轉(zhuǎn)變成醛：2.還原反應3.與酸的作用與α-萘酚作用呈紫色4.成酯反應*5.成苷反應*一、二糖

1.麥芽糖（1）組成和結(jié)構(gòu)第三節(jié)寡糖葡萄糖α-1，4糖苷鍵葡萄糖14（2）化學性質(zhì)①有還原性（分子中存在半縮醛羥基），能被班氏試劑氧化；②麥芽糖在酸性條件或麥芽糖酶作用下水解，生成2分子的葡萄糖。2.乳糖（1）組成和結(jié)構(gòu)β-半乳糖β、α-1，4糖苷鍵葡萄糖14（2）化學性質(zhì)①乳糖具有還原性，能被班氏試劑氧化；

②乳糖在酸性條件或乳糖酶作用下水解，生成β-D-半乳糖和D-葡萄糖。

3.蔗糖

（1）組成和結(jié)構(gòu)

α-D-葡萄糖α，β-（12）糖苷鍵β-D-果糖12

（2）化學性質(zhì)①無還原性（分子中無半縮醛羥基），不能被班氏試劑氧化；②蔗糖在酸性條件或蔗糖酶作用下水解，生成葡萄糖和果糖，此時的水解液具有還原性。三、寡糖鏈寡糖鏈由單糖及其衍生物通過糖苷鍵連接而成，對細胞識別、信息傳遞等起重要作用，有細胞“化學天線”之稱。構(gòu)成寡糖鏈的單糖有D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖和它們的氨基糖衍生物以及L-巖藻糖、D-木糖、D-艾杜糖酸、唾液酸等。第四節(jié)多糖一、同多糖1.淀粉化學性質(zhì)：

①無還原性；

②淀粉+碘→藍色反應；

③淀粉水解最終生成葡萄糖，水解程度可用碘加以檢測：

淀粉→糊精→麥芽糖→葡萄糖

藍藍紫→紅色無色無色

2.糖原化學性質(zhì)：①無還原性；②糖原+碘→紅褐色反應；③

糖原水解產(chǎn)物也是葡萄糖。

3.纖維素化學性質(zhì)：①無還原性；②其水解產(chǎn)物也是葡萄糖；③人體內(nèi)無水解β-1，4糖苷鍵的酶存在，不能利用纖維素作為能源物質(zhì)；④纖維素具有促進胃腸蠕動，幫助消化，防止便秘作用。4.右旋糖苷一種血漿代用品，具有升高膠體滲透壓作用。

二、雜多糖粘多糖：

又名氨基多糖，是主要由氨基己糖與己糖醛酸以及硫酸等脫水縮合而成的高分子化合物。1.透明質(zhì)酸由葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖通過β-1，3和β-1，4糖苷鍵反復交替連接而成的雙糖多聚體。透明質(zhì)酸是一種在體內(nèi)分布最廣的酸性粘多糖，存在于結(jié)締組織基質(zhì)中，是填充于細胞間的粘稠狀物質(zhì)；具有將細胞與細胞緊密粘合起來，以保護組織不受病菌等異物侵入的功用；還存在于關節(jié)滑液中，具有潤滑作用等。第二節(jié)糖的分解代謝一、在無氧條件下進行的無氧分解二、在有氧條件下進行的有氧氧化三、通過磷酸戊糖途徑進行的分解代謝糖氧化分解的主要途徑：二、多糖和寡聚糖的酶促降解概述多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，生產(chǎn)中常稱為糖化。2.淀粉3.淀粉水解淀粉糊精寡糖麥芽糖G

淀粉的酶促水解：水解淀粉的淀粉酶有α與β淀粉酶，二者只能水解淀粉中的α-1，4糖苷鍵，水解產(chǎn)物為麥芽糖。α-淀粉酶可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的α-1，4糖鍵，β淀粉酶只能從非還原端開始水解。水解淀粉中的α-1，6糖苷鍵的酶是α-1，6糖苷鍵酶淀粉水解的產(chǎn)物為糊精和麥芽糖的混合物。還原末端非還原末端α-1，4糖苷鍵α-1，6糖苷鍵一、糖的無氧酵解（一）定義：在無氧的條件下，葡萄糖或糖原分解成丙酮酸，進而還原為乳酸并釋放少量能量的過程稱為糖的無氧分解。這一過程與酵母菌使糖發(fā)酵的過程相似，又稱為糖酵解途徑，簡稱EMP途徑。（二）反應部位：細胞液（胞漿）動物細胞植物細胞細胞膜細胞質(zhì)線粒體高爾基體細胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)溶酶體細胞壁葉綠體有色體白色體液體晶體分泌物吞噬中心體胞飲細胞膜

丙酮酸氧化

三羧酸循環(huán)

磷酸戊糖途徑

糖酵解線粒體結(jié)構(gòu)圖外膜內(nèi)膜嵴基質(zhì)（三）反應過程反應經(jīng)過三個階段，第一階段是準備階段，生產(chǎn)3碳糖單位，包括5步反應，第二階段為產(chǎn)生ATP的貯能階段，包括5步反應，第三階段為無氧條件下丙酮酸還原階段，包括兩個去路。第一階段：準備階段ATPADP己糖激酶葡萄糖葡萄糖磷酸化反應的意義：將葡萄糖磷酸化易參加代謝反應的活化形式；磷酸化的葡萄糖有防止胞內(nèi)葡萄糖外滲的作用；為后續(xù)進行的底物水平磷化貯備了磷酸基團。激酶：轉(zhuǎn)移磷酸基團的酶反應需要Mg2+的參與，不可逆，限速酶①第一階段：準備階段ATPADPATPADP己糖激酶磷酸果糖激酶異構(gòu)酶葡萄糖CHOCH2OPCCHCH2OCOHOPHOHH①②③醛縮酶異構(gòu)酶CHOCH2OPCCHCH2OCOHOPHOHH第一階段：準備階段96％4％醛縮酶A型存在于肌肉中，只對1,6-FBP起作用，B型存在于肝臟中，對F-1-P和1,6-FBP起作用④⑤PiH2OADP

ATPMg或MnATPADP

丙酮酸PEP丙酮酸激酶Mg/K3磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸變位酶烯醇化酶第二階段產(chǎn)生ATP的貯能階段NAD+

NADH+H+

H高能鍵高能鍵⑥⑦⑧⑨⑩第三階段丙酮酸還原階段（1）乳酸發(fā)酵（同型乳酸發(fā)酵）

動物乳酸菌（乳桿菌、乳鏈球菌）（2）酒精發(fā)酵第三階段丙酮酸還原階段O糖酵解和發(fā)酵全過程（四）糖酵解的特點1、整個過程無氧參加；2、三個限速酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶3、從葡萄糖開始凈生成2分子ATP（1，3耗2個ATP，7，10放2*2個ATP）從糖原開始凈生成3分子ATP；4、一次脫氫，輔酶為NAD＋，生成的NADH＋H＋中的2H最后又交給丙酮酸生成了乳酸（或酒精）。（五）糖酵解的意義1、為機體缺氧時提供急需能量；2、是紅細胞和某些組織細胞的主要供能方式；3、在工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中具有重要的實踐意義。（六）影響酵解的調(diào)控位點及相應調(diào)節(jié)物

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2

1，3-二磷酸甘油酸2

3-磷酸甘油酸2

2-磷酸甘油酸2

磷酸烯醇丙酮酸2

丙酮酸葡萄糖abc

調(diào)控位點激活劑抑制劑a己糖激酶ATPG-6-PADPb磷酸果糖ADPATP

激酶AMP檸檬酸（限速酶）果糖-1,6-二磷酸

NADHc丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸ATP

Ala

規(guī)律：在糖酵解反應順序中，己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反應在能量上是不可逆的。其中，只有磷酸果糖激酶催化的反應處在最關鍵的控制位置上。ATP以及檸檬酸是磷酸果糖激酶的有效的別構(gòu)抑制劑，而AMP和ADP以及果糖-2,6-二磷酸是該酶的有效別構(gòu)激活劑，能減輕或解除ATP的抑制作用。

果糖、半乳糖和甘露糖可以酶促轉(zhuǎn)變成糖酵解的中間物而進入糖酵解途徑。二、糖的有氧分解（一）定義：葡萄糖在有氧的條件下徹底氧化生成CO2、H2O和大量ATP的代謝過程，稱為糖的有氧氧化。（二）反應部位：細胞液和線粒體（三）反應過程分為三個階段：第一階段：丙酮酸的生成（在細胞液中進行）葡萄糖＋2NAD＋＋2ADP＋2Pi2丙酮酸＋2ATP＋2NADH＋2H＋第二階段：丙酮酸的氧化脫羧（在線粒體中）三羧酸循環(huán)COOHC==OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰CoA線粒體丙酮酸載體蛋白NAD+

NADH+H+CO2CoASH

丙酮酸脫氫酶系

丙酮酸脫氫酶系:

由三種酶（丙酮酸脫羧酶、二氫硫辛酸脫氫酶、硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶）、六種輔助因子（TPP、二氫硫辛酸、CoASH、FAD、NAD+、Mg2+)第三階段：三羧酸循環(huán)1.定義反應從乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合成含有三個羧基的檸檬酸為開始，最終以生成草酰乙酸而為循環(huán),又稱為TCA循環(huán)。2.反應部位線粒體基質(zhì)3.反應過程（1）縮合反應（2）檸檬酸異構(gòu)化生成異檸檬酸（3）異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸（4）α-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA（5）琥珀酰CoA水解生成琥珀酸（6）琥珀酸脫氫生成延胡索酸（7）延胡索酸加水生成蘋果酸（8）草酰乙酸的再生TCA第一階段：檸檬酸生成H2OH2O

OCH3-C-SCoACoASH檸檬酸合成酶順烏頭酸酶OC—COOHCH2COOH草酰乙酸（1）（2）TCA第二階段：氧化脫羧CO2NAD+NADH+H+異檸檬酸脫氫酶NAD+NADH+H+CO2－酮戊二酸脫氫酶系GDP＋PiGTPCoASH琥珀酰CoA合成酶（3）（4）（5）～α-酮戊二酸脫氫酶復合酶系：

1、α-酮戊二酸脫氫酶E1

2、琥珀酰轉(zhuǎn)移酶E2

3、二氫硫辛酸脫氫酶E3

4、六個輔助因子TCA第三階段：草酰乙酸再生FADFADH2H2O琥珀酸脫氫酶延胡索酸酶NAD+NADH+H+蘋果酸脫氫酶OC—COOHCH2COOH草酰乙酸（6）（7）（8）總反應式:

CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O

2CO2+CoASH+3NADH+3H++FADH2+GTP4.反應特點（1）需氧，消耗2分子水用于檸檬酸和蘋果酸的合成（2）不可逆：三個限速酶（1檸檬酸合成酶、3異檸檬酸脫氫酶、4－酮戊二酸脫氫酶）（3）兩次脫羧、四次脫氫（三次受體是NAD+，一次是FAD）、一次底物水平磷酸化，共產(chǎn)生12molATP（4）回補反應5.生理意義是生物體內(nèi)能源物質(zhì)氧化分解的共同途徑是生物體內(nèi)釋放能量最多的氧化分解階段是物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的基礎從化學計量看，檸檬酸循環(huán)的凈結(jié)果只是來自乙酰基上的兩個C原子被氧化降解，以CO2的形式釋放出來，而檸檬酸循環(huán)的任何中間物不因循環(huán)本身而有所增減。因此，由8個酶促反應構(gòu)成的檸檬酸循環(huán)起著一種多步催化劑的作用。

檸檬酸循環(huán)具有雙向的功能，它不僅是有機營養(yǎng)分子完全降解和產(chǎn)生能量的過程，也是為生物合成反應提供碳骨架的途徑。有不同的途徑可以補充該循環(huán)的中間物的濃度，以維持它的正常運轉(zhuǎn)。

由丙酮酸脫氫酶復合物催化的反應是控制丙酮酸進入檸檬酸循環(huán)的關鍵步驟。該酶復合物的活性可通過兩種不同的方式（別構(gòu)調(diào)節(jié)和共價修飾調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)。檸檬酸循環(huán)本身的活性控制部位是由檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復合物催化的。這三種酶活性主要通過底物的可用性、產(chǎn)物的抑制和反饋抑制來調(diào)節(jié)。磷酸戊糖途徑(Hexosmonophsphateshunt,HMS)1.定義：從6－磷酸葡萄糖開始，不經(jīng)糖酵解和檸檬酸循環(huán)，直接將其脫氫脫羧分解為磷酸戊糖，磷酸戊糖分子再經(jīng)重排最終又生成6－磷酸葡萄糖的過程，或稱為磷酸己糖旁路，簡稱HMP途徑。2.反應過程：反應可分為兩個階段

第一階段：氧化階段，由6－磷酸葡萄糖直接脫氫脫羧生成磷酸戊糖;

第二階段：非氧化階段，磷酸戊糖分子再經(jīng)重排最終又生成6－磷酸葡萄糖3.磷酸戊糖途徑的主要特點：

（1）是6-磷酸葡萄糖直接脫氫脫羧,不必經(jīng)過EMP,也不必經(jīng)過TCA；

（2）在整個反應中,脫氫酶的輔酶為NADP+而不是NAD+；

（3）磷酸戊糖經(jīng)復雜的轉(zhuǎn)化重新生成磷酸己糖4.磷酸戊糖途徑的生理意義

產(chǎn)生大量NADPH,主要用于還原（加氫）反應，為細胞提供還原力

產(chǎn)生大量的磷酸核糖和其它重要中間產(chǎn)物

與光合作用聯(lián)系，實現(xiàn)某些單糖間的轉(zhuǎn)變乙醛酸循環(huán)是一條僅在植物細胞（乙醛酸循環(huán)體）和某些微生物內(nèi)（酵母、青霉、黃色短桿菌，黑曲霉）運轉(zhuǎn)的途徑，異檸酸裂解酶和蘋果酸合酶是這個途徑所特有的酶。該