生化下冊夏濤第1頁/共132頁生物化學(xué)（下冊）

40學(xué)時

第2頁/共132頁

Chapter6

糖代謝

CarbohydrateMetabolism第3頁/共132頁要求1.掌握葡萄糖的分解代謝：糖酵解、三羧酸循環(huán)、磷酸戊糖途徑2.了解乙醛酸循環(huán)及其生物學(xué)意義3.掌握糖異生代謝途徑，糖原、蔗糖、淀粉合成途徑4.了解糖代謝的調(diào)節(jié)機(jī)理第4頁/共132頁第5頁/共132頁第6頁/共132頁生物能的來源第7頁/共132頁

糖氧化釋放能量第8頁/共132頁糖代謝的生物學(xué)功能：能量轉(zhuǎn)換（能量）物質(zhì)轉(zhuǎn)換（碳源）：氨基酸、脂肪酸、核苷酸糖的磷酸衍生物構(gòu)成重要的生物活性物質(zhì)：NAD、FAD、DNA、RNA、ATP第9頁/共132頁

分解代謝：多糖分解→葡萄糖→酵解→三羧酸循環(huán)磷酸戊糖途徑合成代謝：光合作用、糖異生→葡萄糖→糖原合成結(jié)構(gòu)多糖合成

第10頁/共132頁6.1

糖酵解Glycolysis一、酵解與發(fā)酵酵解：細(xì)胞質(zhì)中的酵解酶系將葡萄糖降解成丙酮酸，并生成ATP的過程。乳酸發(fā)酵：厭氧生物體內(nèi)，酵解產(chǎn)生的丙酮酸被NADH還原，生成乳酸。酒精發(fā)酵：丙酮酸脫羧生成的乙醛被NADH還原，生成乙醇。第11頁/共132頁葡萄糖分解代謝第12頁/共132頁二、糖酵解過程（EMP）

Embden-Meyerhof-ParnasPathway1940被發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。

1.反應(yīng)步驟

第13頁/共132頁第14頁/共132頁第15頁/共132頁（1）葡萄糖磷酸化，生成G-6-P

已糖激酶或葡萄糖激酶第16頁/共132頁激酶：催化ATP的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物上的酶，一般需要Mg2+或Mn2+作為輔基。

已糖激酶：催化Glc、Fru、Man磷酸化可被G-6-P抑制。

葡萄糖激：催化Glc磷酸化，主要在肝中，不被G-6-P抑制。第17頁/共132頁（２）G-6-P異構(gòu)化，生成F-6-P

反應(yīng)可逆，方向由底物與產(chǎn)物的量控制，磷酸Glc異構(gòu)酶將葡萄糖的羰基C由C1移至C2第18頁/共132頁（３）F-6-P磷酸化，生成F-1.6-2P

磷酸果糖激酶，是EMP的第二個調(diào)節(jié)酶限速酶。第19頁/共132頁（４）F-1.6-P裂解，生成3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮（DHAP）醛縮酶催化123456第20頁/共132頁（５）磷酸二羥丙酮（DHAP）異構(gòu)，生成3-磷酸甘油醛磷酸丙糖異構(gòu)酶第21頁/共132頁

碳原子編號變化第22頁/共132頁

碳原子編號變化第23頁/共132頁（６）3-磷酸甘油醛氧化，生成1.3－二磷酸甘油酸磷酸甘油醛脫氫酶第24頁/共132頁（７）1，3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸和

ATP磷酸甘油酸激酶第25頁/共132頁（８）3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化成2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶，磷酰基從C3移至C2第26頁/共132頁（９）2-磷酸甘油酸脫水，生成磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶第27頁/共132頁（１0）磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸丙酮酸激酶（第三個調(diào)節(jié)酶）第28頁/共132頁EMP總反應(yīng)式：1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O三、糖酵解的能量計算無氧情況下：凈產(chǎn)生2ATP

有氧條件下：凈產(chǎn)生7ATP

（２+2.5+2.5）第29頁/共132頁第30頁/共132頁第31頁/共132頁甘油磷酸穿梭：NADH→1.5ATPNADH將胞質(zhì)中磷酸二羥丙酮還原成3-磷酸甘油，3-磷酸甘油進(jìn)入線粒體，將2H傳遞給FAD。FADH2進(jìn)入呼吸鏈，產(chǎn)生1.5個ATP。蘋果酸穿梭：NADH→2.5ATP

胞質(zhì)中的NADH，經(jīng)蘋果酸脫氫酶催化，使草酰乙酸還原成蘋果酸，再通過蘋果酸-a-酮戊二酸載體轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)入線粒體內(nèi)。線粒體內(nèi)的蘋果酸脫氫酶催化，生成NADH和草酰乙酸。NADH進(jìn)入呼吸鏈，產(chǎn)生2.5個ATP。第32頁/共132頁四、糖酵解的調(diào)節(jié)糖酵解的主要作用:

降解產(chǎn)生ATP及含碳中間物

1.已糖激酶調(diào)節(jié)控制葡萄糖的進(jìn)入抑制劑：G-6-P和ATP

激活劑：ADP第33頁/共132頁2.磷酸果糖激酶調(diào)節(jié)（限速反應(yīng)）抑制劑：ATP、檸檬酸、脂肪酸和H+（ATP表示能量水平的高低，檸檬酸表示碳骨架水平的高低H+防止肌肉生成過量乳酸（血液酸中毒）激活劑：AMP、F-2.6-2P第34頁/共132頁3.丙酮酸激酶調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)糖酵解的出口抑制劑：乙酰CoA、長鏈脂肪酸、Ala和ATP

激活劑：F-1.6-2P第35頁/共132頁五、丙酮酸的去路

1.氧化脫羧－進(jìn)入三羧酸循環(huán)（檸檬酸循環(huán)）

2.還原－生成乳酸

3.脫羧后還原－生成乙醇酵母或其它微生物

4.丙酮酸還可重新合成糖（糖異生）第36頁/共132頁

乳酸發(fā)酵酒精發(fā)酵第37頁/共132頁六、其它單糖進(jìn)入糖酵解途徑

1．糖原降解產(chǎn)物G-1-P2．D-果糖3．D-半乳糖4．D-甘露糖第38頁/共132頁海藻糖

其它單糖進(jìn)入酵解途徑第39頁/共132頁6.2三羧酸循環(huán)葡萄糖有氧氧化包括四個階段:①糖酵解產(chǎn)生丙酮酸（2丙酮酸、2ATP、

2NADH）②丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA③三羧酸循環(huán)（CO2、H2O、ATP、NADH）④電子傳遞鏈和氧化磷酸化（NADH→ATP）第40頁/共132頁

三羧酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)

HansKrebs（德國）

1932-1936提出

1953年諾貝爾獎

Tricarboxylicacidcycle(TCA)

線粒體內(nèi)乙酰CoA經(jīng)過氧化、脫羧，最終生成CO2并釋放能量的過程。第41頁/共132頁

糖酵解三羧酸循環(huán)電子傳遞與氧化磷酸化第42頁/共132頁一、丙酮酸脫羧生成乙酰CoA

丙酮酸脫氫酶系第43頁/共132頁

泛酸

輔酶ACoA第44頁/共132頁1.丙酮酸脫氫酶系（多酶體系，線粒體膜上）

酶輔酶亞基數(shù)丙酮酸脫氫酶（E1）TPP24

二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶（E2）硫辛酸24

二氫硫辛酸脫氫酶（E3）FAD12

還需要CoA、Mg2+作為輔因子第45頁/共132頁第46頁/共132頁丙酮酸脫羧第47頁/共132頁２.反應(yīng)過程

（1）丙酮酸脫氫、脫羧，生成羥乙基-TPP（2）二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶（E2）使羥乙基氧化，生成乙酰基（3）E2將乙?；D(zhuǎn)給CoA，生成乙酰-CoA（4）E3氧化E2上的還原型二氫硫辛酸（5）E3還原NAD+，生成NADH

葡萄糖丙酮酸

C3和C4C1C2和C5C2C1和C6C3

第48頁/共132頁３.丙酮酸脫氫酶系的活性調(diào)節(jié)（1）共價調(diào)節(jié)：可逆磷酸化丙酮酸脫氫酶激酶（EA）丙酮酸脫氫酶磷酸酶（EB）磷酸化：無活性去磷酸化：有活性（2）別構(gòu)調(diào)節(jié)

ATP抑制E1

乙酰CoA抑制E2NADH抑制E3第49頁/共132頁二、三羧酸循環(huán)（TCA）1.反應(yīng)步驟第50頁/共132頁C1和C6C2和C5第51頁/共132頁（1）乙酰CoA+草酰乙酸→檸檬酸檸檬酸合酶第52頁/共132頁（２）檸檬酸→異檸檬酸順烏頭酸酶第53頁/共132頁

順烏頭酸酶催化的反應(yīng)第54頁/共132頁第55頁/共132頁第56頁/共132頁（３）異檸檬酸氧化脫羧→α-酮戊二酸和NADH

異檸檬酸脫氫酶（TCA中第二個調(diào)節(jié)酶）第57頁/共132頁（4）α-酮戊二酸氧化脫羧→琥珀酰CoA和NADHα-酮戊二酸脫氫酶第58頁/共132頁

TCA第一輪循環(huán)釋放的CO2來自草酰乙酸，乙酰CoA的羰基碳在第二輪循環(huán)中全部釋放，甲基碳的在第三輪循環(huán)中釋放50%，以后每循環(huán)一輪釋放余下的50%。第59頁/共132頁（5）琥珀酰CoA→琥珀酸和GTP

琥珀酰CoA合成酶（琥珀酸硫激酶）

TCA中唯一的底物水平磷酸化反應(yīng)，直接生成GTP。第60頁/共132頁（6）琥珀酸脫氫→延胡索酸（反丁烯二酸）和FADH

琥珀酸脫氫酶第61頁/共132頁丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑，可阻斷三羧酸循環(huán)。第62頁/共132頁（7）延胡索酸水化→L-蘋果酸延胡索酸酶延胡索酸酶具有立體異構(gòu)特性，OH只加入延胡索酸雙鍵的一側(cè)，生成L-型蘋果酸。第63頁/共132頁（8）L-蘋果酸脫氫→草酰乙酸和NADHL-蘋果酸脫氫酶第64頁/共132頁2.TCA循環(huán)小結(jié)（1）三羧酸循環(huán)簡圖第65頁/共132頁（2）總反應(yīng)式乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP→3NADH+FADH2+GTP+2CO2+H2O

丙酮酸+4NAD++FAD+GDP→4NADH+FADH2+GTP+3CO2+H2O（3）一次底物水平磷酸化二次脫羧反應(yīng)三個調(diào)節(jié)位點(diǎn)四次脫氫反應(yīng)第66頁/共132頁（4）三羧酸循環(huán)中碳骨架的不對稱反應(yīng)乙酰CoA上的C原子在第一輪TCA上不被氧化。被標(biāo)記的羰基碳在第二輪TCA中脫去。在第三輪TCA中，兩次脫羧，可除去最初甲基碳的50%，以后每循環(huán)一次，脫去余下甲基碳的50%。標(biāo)記Glucose的第二位碳原子，跟蹤EMP、TCA途徑中C2的去向。第67頁/共132頁３.一分子Glc完全氧化產(chǎn)生ATP的數(shù)量骨骼肌、腦細(xì)胞：

30ATP（甘油磷酸穿梭）其它組織：

32ATP（蘋果酸穿梭）第68頁/共132頁葡萄糖完全氧化的能量計算第69頁/共132頁４.三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)（1）檸檬酸合酶（限速酶）抑制：ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA

激活：乙酰CoA、草酰乙酸、ADP（2）異檸檬酸脫氫酶抑制：ATP、NADH

活化：ADP，Ca2+,缺乏ADP時失去活性（3）α-酮戊二酸脫氫酶抑制：琥珀酰CoA、NADH

活化：Ca2+第70頁/共132頁

三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)第71頁/共132頁三、TCA的生物學(xué)意義

1.氧化提供能量

2.TCA是生物體內(nèi)三大物質(zhì)代謝的樞紐草酰乙酸、α-酮戊二酸、檸檬酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等是合成氨基酸、脂肪酸、卟啉的原料

第72頁/共132頁四、TCA填補(bǔ)反應(yīng)

為合成其它化合物提供碳骨架第73頁/共132頁

草酰乙酸填補(bǔ)途徑有三個：

1.丙酮酸羧化成草酰乙酸乙酰CoA可以增加丙酮酸羧化酶活性

2.磷酸烯醇式丙酮酸羧化成草酰乙酸催化磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)化成草酰乙酸

3.Asp、Glu轉(zhuǎn)氨可生成草酰乙酸和α-酮戊二酸，

Ile、Val、Thr、Met生成琥珀酰CoA

最終生成草酰乙酸第74頁/共132頁TCA填補(bǔ)反應(yīng)第75頁/共132頁

TCA填補(bǔ)反應(yīng)第76頁/共132頁五、乙醛酸循環(huán)存在于植物和微生物體內(nèi)

乙醛酸第77頁/共132頁

乙醛酸循環(huán)體第78頁/共132頁

一分子乙酰CoA和草酰乙酸縮合成檸檬酸，經(jīng)異檸檬酸裂解成乙醛酸和琥珀酸。

琥珀酸進(jìn)入線粒體，生成蘋果酸。

乙醛酸與另一分子乙酰CoA合成蘋果酸，脫氫生成草酰乙酸。第79頁/共132頁

過量的草酰乙酸可以合成Glc

乙醛酸循環(huán)可以將脂肪酸的降解產(chǎn)物乙酰CoA經(jīng)草酰乙酸轉(zhuǎn)化成Glc。

2乙酰CoA+NAD++2H2O→

琥珀酸+2CoA+NADH+2H+

植物和微生物可以通過乙醛酸循環(huán)將脂肪轉(zhuǎn)化成糖。第80頁/共132頁

乙醛酸循環(huán)體

脂肪酸生糖

糖異生第81頁/共132頁

植物種子中甘油三酯轉(zhuǎn)化成糖第82頁/共132頁乙酰CoA氧化釋放能量或合成糖和氨基酸第83頁/共132頁6.3磷酸戊糖途徑

PentosephosphatePathway

又稱磷酸戊糖途徑，發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中兩個證據(jù)：①用碘乙酸抑制磷酸甘油醛脫氫酶，Glc的消耗不受影響，證明還有其它氧化分解途徑②用14C分別標(biāo)記Glc的C1和C6，然后分別測定14CO2生成量，發(fā)現(xiàn)C1標(biāo)記的Glc比C6標(biāo)記的Glc更快、更多地生成14CO2

第84頁/共132頁一、反應(yīng)過程第一階段：

6-磷酸葡萄糖氧化脫羧生成5-磷酸核糖第二階段：磷酸戊糖分子重排，生成不同碳鏈長度的磷酸單糖。第85頁/共132頁磷酸戊糖途徑第86頁/共132頁1.6-磷酸葡萄糖脫氫脫羧生成5-磷酸核糖

6-磷酸葡萄糖脫氫酶（調(diào)控酶），

NADPH抑制此酶活性。

第87頁/共132頁

第一階段第88頁/共132頁2.異構(gòu)生成5-磷酸木酮糖第89頁/共132頁3.磷酸戊糖轉(zhuǎn)酮、轉(zhuǎn)醛反應(yīng)生成酵解途徑的中間產(chǎn)物（F-6-P，3-磷酸甘油醛）（1）轉(zhuǎn)酮反應(yīng)

第90頁/共132頁

5-磷酸木酮糖將二碳（羥乙?；┺D(zhuǎn)移到5-磷酸核糖的C1上，生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸庚酮糖。第91頁/共132頁（2）轉(zhuǎn)醛反應(yīng)

轉(zhuǎn)醛酶將7-磷酸庚酮糖上的三碳（二羥丙酮基）轉(zhuǎn)到3-磷酸甘油醛的C1上，生成4-磷酸赤鮮糖和6-磷酸果糖。第92頁/共132頁（3）轉(zhuǎn)酮反應(yīng)（轉(zhuǎn)酮酶）第93頁/共132頁

4-磷酸赤鮮糖接受另一分子5-磷酸木酮糖上的二碳單位（羥乙酰基），生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。

磷酸戊糖分子重排的總結(jié)果是：

2個5-磷酸木酮糖+1個5-磷酸核糖→

2個6-磷酸果糖+1個3磷酸甘油醛

3個5-磷酸核糖→

2個6-磷酸果糖+1個3磷酸甘油醛第94頁/共132頁第95頁/共132頁

6個5碳糖轉(zhuǎn)化成5個6碳糖第96頁/共132頁二、磷酸戊糖途徑小結(jié)

1.可將G-6-P徹底氧化第一階段：3Glc3（G-6-P）

3（G-6-P酸內(nèi)酯）3（5-P核酮糖）

2（5-P木酮糖）+5-P核糖第二階段：5-P木酮糖+5-P核糖

F-6-P+4-P赤蘚糖

5-P木酮糖+4-P赤蘚糖

F-6-P+3-P甘油醛第97頁/共132頁最終結(jié)果：3Glc+6NADP+

2（F-6-P

）+3-P甘油醛+6NADPH+3CO26Glc+12NADP+

4（F-6-P

）+2（3-P甘油醛）+12NADPH+6CO26Glc+12NADP+

5（F-6-P

）+12NADPH+6CO2第98頁/共132頁2.轉(zhuǎn)酮酶（TPP）、轉(zhuǎn)醛酶催化可逆反應(yīng)轉(zhuǎn)移的都是酮，受體都是醛。轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)移的是二碳單位（羥乙?；┺D(zhuǎn)醛酶轉(zhuǎn)移的是三碳單位（二羥丙酮基）3.磷酸戊糖途徑的中間產(chǎn)物，可進(jìn)入糖酵解途徑中，反之亦可。主要是6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛第99頁/共132頁4.碳的釋放磷酸戊糖途徑釋放14C1

在TCA循環(huán)中：先釋放C3、C4（丙酮酸脫羧）第二輪后釋放C2、C5（乙酰CoA的羰基碳：

CH3C*=O-CoA，100%）第三輪后釋放C1、C6（乙酰CoA的甲基碳：*CH3C=O-CoA，每循環(huán)一輪釋放50%）第100頁/共132頁三、磷酸戊糖途徑的生理意義

1.產(chǎn)生大量的NADPH為生物合成提供還原力脂肪酸、固醇、四氫葉酸等的合成，非光合細(xì)胞中硝酸鹽、亞硝酸鹽的還原及氨的同化等。第101頁/共132頁第102頁/共132頁2.中間產(chǎn)物為許多化合物的合成提供碳骨架磷酸戊糖合成核酸

4-磷酸赤蘚糖與糖酵解中的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）經(jīng)莽草酸途徑可合成芳香族氨基酸。第103頁/共132頁4.NADPH也可用于ATP合成跨線粒體穿梭轉(zhuǎn)運(yùn)，將氫轉(zhuǎn)移至線粒體NAD+上。胞質(zhì)中：α-酮戊二酸+CO2+NADPH+H+

異檸檬酸+NADP+線粒體內(nèi)：異檸檬酸+NAD+α-酮戊二酸+CO2+NADH+H+一分子Glc→12分子NADPH，12×2.5–1=29ATP第104頁/共132頁6.4

糖的合成代謝光合作用，糖異生，單糖→多糖，結(jié)構(gòu)多糖的生物合成等第105頁/共132頁糖的合成第106頁/共132頁一、光合作用（葡萄糖的生物合成）卡爾文循環(huán)Calvin，由CO2和H2O合成已糖合成動力（能量）是葉綠素吸收的光能第一階段：原初反應(yīng)，吸收光能，并將光能轉(zhuǎn)化成電能。第二階段：電子傳遞和光合磷酸化，將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，推動ATP和NADPH的合成，后兩者稱為同化力，水被分解放出O2。第107頁/共132頁第三階段：CO2的固定和還原（CO2同化）將固定在1、5-二磷酸核酮糖（RuBP）上的CO2通過一系列反應(yīng)還原，終產(chǎn)物F-6-P再轉(zhuǎn)化成果糖或Glc。第108頁/共132頁二、糖的異生作用植物利用光、CO2和H2O合成糖動物可以將丙酮酸、甘油、乳酸及某些氨基酸等非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖。1.糖異生的證明大鼠禁食24h，肝糖原由7%降至1%。再喂乳酸、丙酮酸或TCA中間產(chǎn)物，肝糖原會增加。糖異生主要在肝臟中進(jìn)行，腎上腺皮質(zhì)中也有，腦和肌肉細(xì)胞中很少。第109頁/共132頁2.異生途徑

糖異生及降解途徑從丙酮酸到葡萄糖異生途徑必須饒過3步：①Glc到G-6-P②F-6-P到F-1.6-2P③PEP到丙酮酸第110頁/共132頁從丙酮酸開始合成PEP第111頁/共132頁第112頁/共132頁第113頁/共132頁（1）丙酮酸羧化成草酰乙酸（線粒體內(nèi)）丙酮酸+CO2+ATP→

草酰乙酸+ADP

人和其它哺乳動物的丙酮酸羧化酶主要在肝肝和腎的線粒體內(nèi)。第114頁/共132頁

丙酮酸羧化酶還催化三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)，草酰乙酸既是糖異生的中間物，又是三羧酸循環(huán)的中間物，丙酮酸羧化酶聯(lián)系著三羧酸循環(huán)和糖異生作用。若細(xì)胞內(nèi)ATP含量高，則三羧酸循環(huán)的速度降低，糖異生作用加強(qiáng)。丙酮酸羧化酶是別構(gòu)酶，受乙酰CoA和高比值A(chǔ)TP/ADP的激活。第115頁/共132頁（2）草酰乙酸被還原成蘋果酸（線粒體內(nèi)）草酰乙酸+NADH+H+

蘋果酸脫氫酶蘋果酸+NAD+

（3）蘋果酸被重新氧化成草酰乙酸（線粒體外）

蘋果酸脫氫酶草酰乙酸+NADH+H+蘋果酸+NAD+

第116頁/共132頁（4）草酰乙酸生成磷酸烯醇式丙酮酸

磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶

磷酸烯醇式丙酮酸+GDP+CO2

草酰乙酸+GTP第117頁/共132頁（5）磷酸烯醇式丙酮酸沿糖酵解的逆方向生成

1.6－二磷酸果糖（6）F-1.6-P→F-6-P

果糖二磷酸酶：

AMP、2.6-二磷酸果糖強(qiáng)烈抑制

ATP、檸檬酸和3-磷酸甘油酸激活（7）6-磷酸果糖異構(gòu)生成6-磷酸葡萄糖第118頁/共132頁（8）6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖

葡萄糖6-磷酸酶

G-6-P+H2O

Glc+Pi

糖異生總反應(yīng)：