生物化學(xué) 課件 第二節(jié) 糖的分解代謝

第二節(jié)糖的分解代謝糖的無氧氧化（糖酵解）糖的有氧氧化磷酸戊糖途徑

糖的氧化分解方式根據(jù)反應(yīng)條件和反應(yīng)途徑的不同分為三種一、糖的無氧氧化（一）無氧氧化的概念

葡萄糖或糖原在無氧或缺氧情況下，分解成乳酸和少量ATP的過程。（二）無氧氧化過程全過程在細(xì)胞液中進(jìn)行反應(yīng)分三個階段

第一階段：葡萄糖裂解為2分子磷酸丙糖（利用ATP階段）第二階段：磷酸丙糖轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔ㄉ葾TP階段）第三階段：丙酮酸還原為乳酸1.葡萄糖裂解為2分子磷酸丙糖

（1）葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖

消耗ATP的不可逆反應(yīng)，由已糖激酶催化，Mg2+是其必需激活劑，該酶是酵解途徑的限速酶之一。己糖激酶已糖激酶是無氧氧化的限速酶之一，Mg2+是其必需激活劑?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，哺乳動物體內(nèi)已糖激酶同工酶有四種：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型主要存在于肝外組織

1.專一性不強，對多種已糖起作用

2.Km較低，在0.1mmol/L左右，對葡萄糖有較強的親和力

3.保證大腦等重要組織器官在血糖濃度較低時仍能利用葡萄糖供能Ⅳ型存在于肝細(xì)胞中，也稱葡萄糖激酶

1.專一性較強，只對葡萄糖起作用

2.Km較高，在10mmol/L左右，對葡萄糖的親和力較低，只有在血糖濃度較高時才能發(fā)揮作用

3.在維持血糖水平中起重要作用（2）6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)化為6-磷酸果糖

H為磷酸已糖異構(gòu)酶催化的可逆反應(yīng)，需Mg2＋參與。（3）6-磷酸果糖生成1,6二磷酸果糖HH6-磷酸果糖激酶-1是糖酵解途徑中最重要的限速酶。胰島素可誘導(dǎo)其生成。（4）磷酸丙糖的生成

在醛縮酶作用下，1分子1,6-二磷酸果糖裂解為2分子磷酸丙糖磷酸二羥丙酮和3-磷酸甘油醛是同分異構(gòu)體，在磷酸丙糖異構(gòu)酶的催化下可互相轉(zhuǎn)變。2.磷酸丙糖氧化為丙酮酸產(chǎn)生ATP（1）3-磷酸甘油醛氧化

在3-磷酸甘油醛脫氫酶催化下，3-磷酸甘油醛的醛基脫氫氧化再磷酸化生成含有一個高能磷酸鍵的1，3-二磷酸甘油酸。反應(yīng)脫下的氫由NAD＋接受生成NADH＋H＋。

在磷酸甘油酸激酶的催化下，1，3-二磷酸甘油酸將高能磷酸基轉(zhuǎn)移給ADP生成ATP，自身則轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸。這是糖酵解過程中第一次產(chǎn)生ATP的反應(yīng)。這種直接將底物分子中的高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給ADP生成ATP的方式，稱為底物水平磷酸化作用。（2）1，3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸（3）3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成2-磷酸甘油酸反應(yīng)由磷酸甘油酸變位酶催化（4）磷酸烯醇式丙酮酸的生成

在烯醇化酶的催化下，2-磷酸甘油酸脫水，分子內(nèi)部能量重新分布形成了一個高能磷酸鍵，產(chǎn)生了高能磷酸化合物——磷酸烯醇式丙酮酸。

在丙酮酸激酶的催化下，磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐际奖幔笳咦园l(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楸?。這是酵解途徑中第二次底物水平磷酸化反應(yīng)。（5）丙酮酸的生成丙酮酸激酶為第三個限速酶3.乳酸的生成缺氧情況下，乳酸脫氫酶催化丙酮酸還原成乳酸。所需的NADH+H+提供來自3-磷酸甘油醛的脫氫反應(yīng)。葡萄糖6-磷酸果糖

磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛2×2-磷酸甘油酸2×丙酮酸6-磷酸葡萄糖ADPATP1,6-二磷酸果糖ADPATP2×1,3-二磷酸甘油酸2×Pi2×NADH+2H+2×NAD+2×3-磷酸甘油酸2×ADP2×ATP2×磷酸烯醇式丙酮酸2×H2O2×烯醇式丙酮酸2×ADP2×ATP2×乳酸無氧氧化反應(yīng)全過程（三）無氧氧化特點無氧氧化反應(yīng)的全過程沒有氧的參與，乳酸是必然產(chǎn)物。反應(yīng)釋放的能量較少，1分子葡萄糖可凈生成2分子ATP。若從糖原開始，則凈生成3分子ATP。糖酵解全過程有三步步可逆反應(yīng)，分別由己糖激酶、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶催化。其中以磷酸果糖激酶活性最低，是最重要的限速酶。（四）糖無氧氧化的生理意義無氧氧化是機體在缺氧情況下供應(yīng)能量的重要方式生理性缺氧情況：劇烈運動時病理性缺氧情況：呼吸或循環(huán)機能障礙、嚴(yán)重貧血或失血等無氧氧化是紅細(xì)胞功能的主要方式

成熟紅細(xì)胞沒有線粒體，不能進(jìn)行有氧氧化某些組織細(xì)胞如視網(wǎng)膜、睪丸、白細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞等，即使在有氧條件下仍以無氧氧化為其主要功能方式二、糖的有氧氧化（一）有氧氧化的概念

葡萄糖在有氧條件下徹底分解生成CO2和H20并釋放大量能量的過程。（二）有氧氧化的反應(yīng)過程分三個階段

1.葡萄糖生成丙酮酸

2.丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A3.乙酰輔酶A進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化為H2O和CO2并釋放較多能量1.葡萄糖生成丙酮酸

葡萄糖經(jīng)糖酵解途徑生成丙酮酸，此過程在胞液中進(jìn)行。

無氧條件下，丙酮酸還原成乳酸，稱為無氧氧化。

有氧條件下，丙酮酸轉(zhuǎn)運入線粒體，進(jìn)行有氧氧化。2.丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A

丙酮酸脫氫酶復(fù)合體由丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶和二氫硫辛酰胺脫氫酶三種酶組成的多酶復(fù)合體。

有5種輔酶，即TPP、硫辛酸、FAD、NAD＋和HSCoA，分別含有B1、硫辛酸、B2、PP、泛酸等5種維生素。當(dāng)這些維生素缺乏將導(dǎo)致糖代謝障礙。3.三羧酸循環(huán)概念：三羧酸循環(huán)是指乙酰CoA和草酰乙酸縮合生成檸檬酸，經(jīng)過一系列脫氫、脫羧反應(yīng)，再生成草酰乙酸的循環(huán)過程。由于此循環(huán)是從生成含有三個羧基的檸檬酸開始的，故得名三羧酸循環(huán)，也稱檸檬酸循環(huán)。該循環(huán)是由德國科學(xué)家HansKrebs于1937年首先提出，又稱Krebs循環(huán)。三羧酸循環(huán)的反應(yīng)過程（1）檸檬酸的生成：在檸檬酸合酶催化下，乙酰CoA與草酰乙酸縮合生成檸檬酸。（2）檸檬酸異構(gòu)為異檸檬酸：是由順烏頭酸酶催化的可逆反應(yīng)，經(jīng)過中間產(chǎn)物順烏頭酸，將檸檬酸C3上的羥基轉(zhuǎn)移到C2上。（3）第一次氧化脫羧：在異檸檬酸脫氫酶的催化下，異檸檬酸脫氫、脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮戊二酸，此為不可逆反應(yīng)。脫下的氫由NAD＋接受，異檸檬酸脫氫酶是三羧酸循環(huán)的限速酶。（4）第二次氧化脫羧：α-酮戊二酸氧化脫羧生成含有高能硫酯鍵的琥珀酰CoA。這是三羧酸循環(huán)的第三步不可逆反應(yīng)，由α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體催化。

α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體的組成及催化反應(yīng)過程與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體類似，所需輔助因子相同，氫最終也由NAD＋接受還原為NADH＋H＋。（5）底物水平磷酸化反應(yīng)：在琥珀酸硫激酶的催化下，琥珀酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁岬耐瑫r，釋放的能量使GDP磷酸化為GTP。這是三羧酸循環(huán)中唯一直接生成高能磷酸鍵的反應(yīng)。（6）琥珀酸脫氫氧化成延胡索酸：琥珀酸脫氫酶催化該反應(yīng)，其輔基是FAD，它接受琥珀酸脫下的氫還原為FADH2。（7）延胡索酸加水生成蘋果酸：延胡索酸酶催化此可逆反應(yīng)。

（8）草酰乙酸再生：在蘋果酸脫氫酶的催化下，蘋果酸脫氫生成草酰乙酸，脫下的氫由NAD＋接受。

再生的草酰乙酸可再次與乙酰CoA結(jié)合生成檸檬酸。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延胡索酸三羧酸循環(huán)2H2H

三羧酸循環(huán)總反應(yīng)式:

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

2CO2+CoASH+3NADH+3H++FADH2+GTP能量“現(xiàn)金”：1GTP

能量“支票”：

3NADH

1FADH2兌換率1：2.57.5ATP兌換率1：1.51.5ATP1ATP10ATP三羧酸循環(huán)的能量計量：三羧酸循環(huán)的特點

三羧酸循環(huán)必須在有氧條件下進(jìn)行一次三羧酸循環(huán)生成12分子ATP

四次脫氫生成

3分子NADH＋H＋

1分子FADH2

氧化磷酸化11分子ATP

底物水平磷酸化1分子ATP三羧酸循環(huán)是單向反應(yīng)體系

三個不可逆反應(yīng)分別由檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體催化三羧酸循環(huán)必須不斷補充中間產(chǎn)物×2.5=7.5×1.5=1.5（四）糖有氧氧化的生理意義有氧氧化是機體獲得能量的主要方式。

三羧酸循環(huán)是三大營養(yǎng)素徹底氧化分解的共同通路。三羧酸循環(huán)是糖、脂肪、氨基酸代謝聯(lián)系的樞紐。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2×2.5ATP2×10ATP葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP糖原中的1mol葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP

30/32ATP36/38ATP2×1.5/2.5ATP2×ATP糖有氧氧化過程中ATP的生成注意：糖酵解途徑消耗2分子ATP三、磷酸戊糖途徑由6-磷酸葡萄糖開始，生成具有重要生理功能的5-磷酸核糖和NADPH。在胞漿中進(jìn)行。此途徑主要發(fā)生在肝臟、脂肪組織、哺乳期乳腺、腎上腺皮質(zhì)、性腺、骨髓和紅細(xì)胞等。（一）磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程兩個階段：

1.氧化反應(yīng)階段

6-磷酸葡萄糖首先在6-磷酸葡萄糖脫氫酶的催化下脫氫氧化為6-磷酸葡萄糖酸，再由6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶催化脫氫脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸核酮糖，后者在異構(gòu)酶作用下轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸核糖，或由差向異構(gòu)酶催化生成5-磷酸木酮糖。反應(yīng)中兩次脫氫均由NADP＋接受，生成NADPH＋H＋，一次脫羧產(chǎn)生了CO2。

G-6-P

葡萄糖酸-6-P核酮糖-５-P

NADP+

NADPH+H+NADP+

NADPH+H+CO2

H2OH2OPi65-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛27-磷酸景天庚酮糖2

4-磷酸赤蘚丁糖26-磷酸果糖25-磷酸木酮糖23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖16-磷酸果糖轉(zhuǎn)醛酶異構(gòu)酶轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶醛縮酶階段之一階段之二階段之三2.基團(tuán)移換反應(yīng)階段

（二）磷酸戊糖途徑的生理意義

1.5-磷酸核糖的生理作用

5-磷酸核糖是合成核苷酸、核酸的原料。磷酸戊糖途徑是機體利用葡萄糖生成5-磷酸核糖的