1、第七章 糖 代 謝,Metabolism of Carbohydrates,* 糖代謝的概況,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖 + NADPH+H+,淀粉,第一節(jié) 糖 酵 解,Glycolysis,一、糖酵解的基本概念: 1.糖酵解（glycolysis）:指葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)楸岬倪^ 程。 2.glycolysis (from the Greek glykys, meaning sweet, and lysis, meaning splitting) 3.研究過程： 1897年，Hans Buchner 和Edward Buchner兄弟發(fā) 現(xiàn)酵母提取液可使葡

2、萄糖變?yōu)榫凭投趸迹?1905年，Arthur Harden 和William Young發(fā)現(xiàn)無機磷酸是發(fā)酵過程不可缺少的因子，分離出果糖-1,6-二磷酸，并發(fā)現(xiàn)NAD；,1930年，Gustar Embden和 Otto Meyerhof闡明肌肉中的酵解途徑；故糖酵解又稱為Embden-Meyerhof Pathway(EMP)。 1941年，F(xiàn)ritz Lipmann 和Herman Kalckar 發(fā)現(xiàn)高能化合物如ATP在代謝中的作用。,二、糖酵解途徑,* 反應(yīng)部位：胞漿,* 分為兩個階段,第一階段,葡萄糖磷酸丙糖。,第二階段,磷酸丙糖丙酮酸。,(1)葡萄糖6-磷酸葡萄糖（G-6-P

3、),1.磷酸丙糖的生成：,己糖激酶 （關(guān)鍵酶）,(2)G-6-P 6-磷酸果糖 （F-6-P),磷酸己糖 異構(gòu)酶,(3)F-6-P1,6-雙磷酸果糖 ( F-1,6-2P),磷酸果糖激酶 -1（關(guān)鍵酶）,(4) F-1,6-2P2分子磷酸丙糖,醛縮酶,磷酸二 羥丙酮,3-磷酸 甘油醛,(5)磷酸丙糖的同分異構(gòu)化,磷酸丙糖 異構(gòu)酶,(6) 3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸,2.丙酮酸的生成：,3-磷酸甘 油醛脫氫酶,3-磷酸甘油醛脫氫酶作用機制：,碘乙酸抑制3-磷酸甘油醛脫氫酶的活性：,(7)1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸(第一次底物水平磷酸化),在以上反應(yīng)中，底物分子內(nèi)部能量重新分布，生

4、成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程，稱為底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。,磷酸甘油 酸激酶,(8) 3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸,磷酸甘油 酸變位酶,(9) 2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸( PEP),烯醇化酶,(10)磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸(第二次底物水平磷酸化),丙酮酸激酶 （關(guān)鍵酶）,三、糖酵解總觀 1.總反應(yīng)式： Glucose +2NAD+ +2ADP+2Pi 2Pyruvate+2NADH+2H+2ATP+2H2O,2.產(chǎn)能的方式和數(shù)量 方式：底物水平磷酸化 凈生成ATP數(shù)量：從G開始 22-2= 2ATP 從Gn開始 22

5、-1= 3ATP,3.途徑的調(diào)節(jié) 三個關(guān)鍵酶，其中磷酸果糖激酶-1催化的反應(yīng)為途徑的限速反應(yīng)。,4.除葡萄糖外，其它己糖也可轉(zhuǎn)變成磷酸 己糖而進入酵解途徑。,四、丙酮酸的命運,1.發(fā)酵：指無氧條件下，細胞轉(zhuǎn)變NADH為NAD+，同時產(chǎn)生ATP的過程。 是生物界普遍存在的一種獲能方式。,(1)乳酸發(fā)酵（lactic acid fermentation）: 見于動物肌肉細胞。,反應(yīng)中的NADH+H+ 來自于上述第6步反應(yīng)中的 3-磷酸甘油醛脫氫反應(yīng)。,乳酸 脫氫酶,乳酸發(fā)酵的生理意義：, 迅速提供能量,肌肉收縮時尤其如此。,是某些細胞在氧供應(yīng)正常情況下的重要供能途徑。,*無線粒體的細胞：成熟紅細胞

6、,*代謝活躍的細胞：神經(jīng)、白細胞、骨髓,(2)生醇發(fā)酵（alcohol fermentation): 見于酵母菌及厭氧微生物 。 生理意義： 厭氧微生物和生活在缺氧環(huán)境下的深海魚類等，都以此方式獲得能量。,丙酮酸 脫羧酶,醇脫氫酶,2.巴斯德效應(yīng)(Pasteur effect)： * Louis Pasteur發(fā)現(xiàn)，在酵母培養(yǎng)液中，無氧條件下葡萄糖的消耗量比有氧條件下增加約10倍。 *巴斯德效應(yīng)指有氧氧化抑制糖酵解的現(xiàn)象。,第二節(jié) 葡萄糖的異生作用,Gluconeogenesis,概念： 葡萄糖的異生作用（gluconeogenesis，糖異生）是指由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程。 部位：

7、 主要在肝、腎細胞的胞漿和線粒體 一、糖異生的前體： 1.三碳化合物：丙酮酸、乳酸和甘油等。 2.生糖氨基酸。 3.檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物。,二、作用途徑,* 過程,酵解途徑中有3個由關(guān)鍵酶催化的不可逆反應(yīng)。在糖異生時，須由另外的反應(yīng)和酶代替。,糖異生途徑與酵解途徑大多數(shù)反應(yīng)是共有的、可逆的；,1.丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸（丙酮酸羧化支路）： (1)丙酮酸草酰乙酸,丙酮酸 羧化酶,生物素,(2)草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） ：,磷酸烯醇式丙 酮酸羧激酶,丙酮酸,線粒體,胞液,2. 1,6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖,3. 6-磷酸葡萄糖葡萄糖,H2O,（二）小結(jié)： 1.能量消耗：,2.生理意義

8、： (1) 補充糖供應(yīng)的不足，維持血糖濃度的恒定。 (2)乳酸再利用，防止酸中毒:乳酸循環(huán)（Cori cycle）,三、糖異生與糖酵解的協(xié)同調(diào)節(jié),底物的互變分別由不同酶催化，這種互變循環(huán)稱之為底物循環(huán)(substratecycle)。,為避免無效循環(huán)(futile cycle)，可通過調(diào)節(jié)使糖異生途徑與酵解途徑相互協(xié)調(diào)，主要是對后2個底物循環(huán)進行調(diào)節(jié)。,F-6-P,F-1,6-2P,ATP,ADP,PFK-1,磷蛋白磷酸酶,PKA,第三節(jié) 檸檬酸循環(huán),Citric Acid Cycle,一、丙酮酸的氧化: 1.丙酮酸的氧化脫羧：,丙酮酸進入線粒體，氧化脫羧為乙酰CoA (acetyl CoA)

9、。 總反應(yīng)式：,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體,2.丙酮酸脫氫酶復(fù)合體,酶 E1：丙酮酸脫氫酶（12個） E2：二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶 （60個） E3：二氫硫辛酰胺脫氫酶 （6個）,Electron micrograph of the pyruvate dehydrogenase complex isolated from E. coli, showing its subunit structure,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,(5) NADH+H+的生成,(1) -羥乙基-TPP的生成,(2)乙酰硫辛酰胺的生成,(3)乙酰CoA的生成,(4) 硫辛酰胺的生成,3. 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的

10、調(diào)節(jié), 別構(gòu)調(diào)節(jié), 共價修飾調(diào)節(jié),二、檸檬酸循環(huán)（citrate cycle) 途徑： 又稱為三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TAC)，由Hans Krebs發(fā)現(xiàn)，故又稱為Krebs循環(huán)。,（一） 反應(yīng)部位,在線粒體中進行。,（二） 反應(yīng)歷程,1.檸檬酸（citrate)的形成： 為限速反應(yīng)。,乙酰輔酶A,草酰乙酸,檸檬酸 合成酶,檸檬酸,2.異檸檬酸（isocitrate）的形成：,順烏頭酸,順烏 頭酸酶,The iron-sulfur center in aconitase acts in substrate binding and catalysis. Th

11、ree Cys residues of the enzyme bind three iron atoms in the iron-sulfur center (red); the fourth iron is bound to one of the carboxyl groups of citrate (blue). : B represents a basic residue on the enzyme that helps to position the citrate in the active site.,3.-酮戊二酸（-ketoglutatrate）的形成（第一次氧化脫羧）：限速反

12、應(yīng),異檸檬 酸脫氫酶,4.琥珀酰CoA （succinyl CoA）的形成（第二次氧化脫羧） ：限速反應(yīng),-酮戊二酸 脫氫酶復(fù)合體,5.琥珀酸（succinate）的形成（底物水平磷酸化反應(yīng)）：,琥珀酰CoA 合成酶,6.延胡索酸（fumarate）的生成：,琥珀酸脫氫酶,Malonate, an analog of succinate, is a strong competitive inhibitor of succinate dehydrogenase and therefore blocks the citric acid cycle.,7.蘋果酸（malate）的生成：,延胡索酸酶,

13、This enzyme is highly stereospecific; it catalyzes hydration of the trans double bond of fumarate but does not act on maleate, the cis isomer of fumarate. In the reverse direction (from L-malate to fumarate), fumarase is equally stereospecific: D-malate is not a substrate.,8.草酰乙酸（oxaloacetate ）生成：,蘋

14、果酸脫氫酶,（三）檸檬酸循環(huán)總結(jié) 1.總反應(yīng)式： CH3COCoA+3NAD+FAD+2H2O+GDP+Pi 2CO2+3NADH+3H+FADH2+HSCoA +GTP 2.循環(huán)要點： (1)消耗分子CH3COCoA (2)經(jīng)4次脫氫，2次脫羧，1次底物水平磷酸化 (3)生成1分子FADH2，3分子NADH+H+ ，2分子CO2和1分子GTP 。 (4)關(guān)鍵酶：檸檬酸合酶 -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 異檸檬酸脫氫酶,3.能量計算： (1)Krebs循環(huán)能量計算： 1次底物水平磷酸化：GTP（ATP） 3分子NADH+H+： 32.5=7.5ATP 1分子FADH2：1 1.5=1.5ATP 總計

15、： 7.51.510ATP,(2)葡萄糖有氧氧化時ATP的產(chǎn)生：,4.檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)： (1)底物的可用性調(diào)節(jié)： 乙酰CoA水平對丙酮酸氧化和檸檬酸循環(huán)都有調(diào)節(jié)作用，草酰乙酸的濃度變化可影響循環(huán)的速度。 (2)乙酰CoA進入檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié): 關(guān)鍵取決于三個限速酶,異檸檬酸 脫氫酶,檸檬酸合酶,-酮戊二酸 脫氫酶復(fù)合體,檸檬酸,Ca2+, ATP、ADP的影響, 產(chǎn)物堆積引起抑制, 循環(huán)中后續(xù)反應(yīng)中間產(chǎn)物反饋抑制前面反應(yīng)中的酶, 其他，如Ca2+可激活許多酶,5.檸檬酸循環(huán)的雙重功能及意義： 在有氧組織中，是一條兩用代謝途徑（amphibolic pathway） (1)為三大物質(zhì)（糖、脂肪

16、和氨基酸）氧化的共同途徑。 (2)為三大物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的樞紐。 (3)為其他物質(zhì)代謝提供小分子前體 (4)為呼吸鏈提供H+ + e。,檸檬酸循環(huán)在合成代謝中的作用,6.檸檬酸循環(huán)中間物的回補:,蘋果酸酶,7.乙酰CoA在Krebs循環(huán)中的命運：,三、乙醛酸循環(huán)（glyoxylate cycle ）途徑： 1.反應(yīng)歷程:見于植物,某些無脊椎動物和以乙酸為唯一碳源和能源的微生物。 2.意義：為四碳單位的合成途徑 (1)微生物：通過循環(huán)將乙酸轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁?，后者?jīng)糖異生途徑生成葡萄糖，為其生長提供碳源和能源。 (2)植物：種子脂肪酸分解產(chǎn)生的乙酰CoA經(jīng)循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)樗奶蓟衔锖推咸烟?，至根莖中供生長之需。

17、,異檸檬酸 裂解酶,蘋果酸 合酶,發(fā)芽黃瓜種子的電鏡圖,乙醛酸循環(huán)體,乙醛酸循環(huán)與檸檬酸循環(huán)反應(yīng)同時交織進行,第四節(jié) 磷酸戊糖途徑,Pentose Phosphate Pathway,磷酸戊糖途徑(pentose phosphate pathway)又稱為磷酸己糖支路(hexose monophosphate shunt,HMS) 一、反應(yīng)過程：,* 細胞定位：胞 液,* 反應(yīng)過程可分為二個階段,第一階段：氧化反應(yīng) 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,第二階段則是非氧化反應(yīng) 包括一系列基團轉(zhuǎn)移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脫氫酶,6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶,6-磷酸葡萄糖

18、,6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯,1. 磷酸戊糖生成,5-磷酸核糖,5-磷酸核酮糖(C5) 3,5-磷酸核糖 ( C5 ),2. 基團轉(zhuǎn)移反應(yīng),轉(zhuǎn)酮醇酶,7-磷酸 景天糖,5-磷酸 木酮糖,5-磷酸 核糖,轉(zhuǎn)醛醇酶,7-磷酸 景天糖,4-磷酸 赤蘚糖,4-磷酸 赤蘚糖,5-磷酸 木酮糖,轉(zhuǎn)酮醇酶,磷酸戊糖途徑,第一階段,第二階段,二、調(diào)節(jié),* 6-磷酸葡萄糖脫氫酶,為關(guān)鍵酶，其活性的高低決定G-6-P進入磷酸戊糖途徑的流量。,此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影響，比值升高則被抑制，降低則被激活。另外NADPH對該酶有強烈抑制作用。,三、生理意義： 1.為核酸和多種輔酶的合成提供5-磷酸核糖：

19、5-磷酸核糖是DNA、RNA、ATP、HSCoA、NAD、NADP和FAD等合成的前體。 2.提供NADPH+H+： (1)作為供氫體，參與生物合成反應(yīng)： 脂肪酸、膽固醇、類固醇激素等。 (2)參與體內(nèi)羥化反應(yīng)： 加單氧酶。,(3)在紅細胞中，維持GSH的還原狀態(tài)： NADPH+H+ NADP+ G-S-S-G 2G-SH 谷胱甘肽還原酶 3.為細胞內(nèi)其他含糖物質(zhì)的合成提供3、4、5、6和7碳糖等結(jié)構(gòu)成分。,第五節(jié) 糖原的代謝,Glycogenesis and Glycogenolysis,是動物體內(nèi)糖的儲存形式之一，是機體能迅速動用的能量儲備。,糖 原 (glycogen),糖原儲存的主要器

20、官及其生理意義,1. 葡萄糖單元以-1,4-糖苷 鍵形成長鏈。 2. 約10個葡萄糖單元處形成分枝，分枝處葡萄糖以-1,6-糖苷鍵連接，分支增加，溶解度增加。 3. 每條鏈都終止于一個非還原端.非還原端增多，以利于其被酶分解。,目 錄,糖原的結(jié)構(gòu)特點及其意義,糖原顆粒,一、糖原的合成（glycogenesis) 過程： 1. GG-6-P 2. G-6-P G-1-P 磷酸葡萄糖變位酶,3.G-1-P UDPG： 由UDPG焦磷酸化酶（UDPG pyrophosphorylase)催化。,4.UDPGglycogen(糖原）:,糖原合酶,5.分支酶（branching enzyme)的作用： 當(dāng)糖鏈長達1218個葡萄糖基時分支酶 將67個葡萄糖基轉(zhuǎn)移到鄰近的糖鏈上以1，6糖苷鍵連接新分支。,目 錄,二、糖原的分解代謝,* 定義,* 亞細胞定位：胞 漿,* 肝糖原的分解,1.糖原的磷酸解,糖原分解 (glycogenolysis )習(xí)慣上指肝糖原分解成為葡萄糖的過程。,糖原磷 酸化酶,2. G-1-PG-6-P,3. G-6-P葡萄糖,H2O Pi,4. 脫枝酶的作用,轉(zhuǎn)移葡萄糖殘基 水解-1,6-糖苷鍵,轉(zhuǎn)移酶活性,* 肌糖原的分解,與肝糖原分解基本相同,但肌肉組織中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，生成的G-6-P只能進入酵解途徑進一步代謝。 肌糖原的分解與合成與乳酸循環(huán)有