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糖糖 代代 谢谢Metabolism of Carbohydrates第第 四四 章章糖的概念糖的概念糖糖(carbohydrates)即即碳碳水水化化合合物物，其其化化学学本本质质为为多多羟羟醛醛或或多多羟羟酮酮类及其衍生物或多聚物。类及其衍生物或多聚物。葡萄糖（葡萄糖（glucose）结构）结构醛糖酮糖互变异构醛糖酮糖互变异构第第 一一 节节 概概 述述Introduction 一、糖的生理功能一、糖的生理功能1.氧化供能氧化供能如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。核苷等物质的原料。3.作为机体组织细胞的组成成分作为机体组织细胞的组成成分是糖的主要功能。是糖的主要功能。2.提供合成体内提供合成体内提供合成体内提供合成体内其他物质的原料其他物质的原料如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。二、糖的消化与吸收二、糖的消化与吸收（一）糖的消化（一）糖的消化人人类类食食物物中中的的糖糖主主要要有有植植物物淀淀粉粉、动动物物糖糖原原以以及及麦麦芽芽糖糖、蔗蔗糖糖、乳乳糖糖、葡葡萄萄糖糖等，其中以等，其中以淀粉淀粉为主。为主。消化部位：消化部位：主要在小肠，少量在口腔。主要在小肠，少量在口腔。淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖+麦芽三糖麦芽三糖（40%）（25%）-临界糊精临界糊精+异麦芽糖异麦芽糖 （30%）（5%）葡萄糖葡萄糖 唾液中的唾液中的-淀粉酶淀粉酶 -葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 -临界糊精酶临界糊精酶 消化过程消化过程 肠粘膜肠粘膜上皮细胞上皮细胞刷状缘刷状缘 胃胃 口腔口腔 肠腔肠腔 胰液中的胰液中的-淀粉酶淀粉酶 （二）糖的吸收（二）糖的吸收1.吸收部位吸收部位 小肠上段小肠上段 2.吸收形式吸收形式 单单 糖糖 ADP+Pi ATP G Na+K+Na+泵泵小肠粘膜细胞小肠粘膜细胞 肠肠腔腔 门静脉门静脉 3.吸收机制吸收机制Na+依赖型葡萄糖转运体依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter,SGLT)刷状缘刷状缘 细胞内膜细胞内膜 4.吸收途径吸收途径 小肠肠腔小肠肠腔 肠粘膜上皮细胞肠粘膜上皮细胞 门静脉门静脉 肝脏肝脏 体循环体循环SGLT 各种组织细胞各种组织细胞 GLUT GLUT：葡葡萄萄糖糖转转运运体体(glucose transporter)，已已发发现现有有5种种葡葡萄萄糖糖转转运运体体(GLUT 15)。三、糖代谢的概况三、糖代谢的概况葡萄糖转运体葡萄糖转运体（Glucose transporters，GLUT）有有GLUT15五种。五种。GLUT1:主要存在于主要存在于RBC GLUT4:主要存在于脂肪组织和肌肉主要存在于脂肪组织和肌肉糖代谢的概况糖代谢的概况 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 乳酸乳酸 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径磷酸磷酸核糖核糖+NADPH+H+淀粉淀粉消化与吸收消化与吸收 H2OCO2 ATP 第第 二二 节节 糖的无氧分解糖的无氧分解Glycolysis*糖糖酵酵解解(glycolysis)的的定定义义在在缺缺氧氧情情况况下下，葡葡萄萄糖糖生生成成乳乳酸酸(lactate)的过程称之为的过程称之为糖酵解糖酵解。葡萄糖葡萄糖乳酸乳酸无氧无氧 一、糖酵解的反应过程一、糖酵解的反应过程 第一阶段第一阶段 第二阶段第二阶段*糖酵解糖酵解(glycolysis)的定义的定义*糖酵解分为两个阶段糖酵解分为两个阶段*糖酵解的反应部位：糖酵解的反应部位：胞浆胞浆在在缺缺氧氧情情况况下下，葡葡萄萄糖糖生生成成乳乳酸酸(lactate)的的过程称之为过程称之为糖酵解糖酵解。由葡萄糖分解成丙酮酸由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之称之为为糖酵解途径糖酵解途径(glycolytic pathway)。由丙酮酸转变成乳酸。由丙酮酸转变成乳酸。（一）葡萄糖分解成丙酮酸（一）葡萄糖分解成丙酮酸1.葡萄糖葡萄糖磷酸化为磷酸化为6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate,G-6-P)磷酸化使葡萄糖不能自由逸出细胞；磷酸化使葡萄糖不能自由逸出细胞；己糖激酶己糖激酶(hexokinase,HK)分四型，肝中为葡萄糖激酶分四型，肝中为葡萄糖激酶(glucokinase,GK)；葡萄糖激酶葡萄糖激酶的特点是：的特点是：对葡萄糖的亲和力很低对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控受激素调控 反应反应不可逆不可逆。己糖激酶己糖激酶 葡萄糖激酶葡萄糖激酶存在部位存在部位 肝外组织肝外组织 肝肝Km 值值 0.1mmol/L 10mmol/L底物底物 G,果糖果糖,甘露糖甘露糖 G调节调节 G-6-P反馈抑制反馈抑制 胰岛素诱导胰岛素诱导己糖激酶和葡萄糖激酶的比较己糖激酶和葡萄糖激酶的比较 2.6-磷酸葡萄糖异构为磷酸葡萄糖异构为6-磷酸果糖磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)3.6-磷酸果糖转变成磷酸果糖转变成1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-BP)是第二个磷酸化反应，反应是第二个磷酸化反应，反应不可逆不可逆。磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1(phosphofructo-kinase-1,PFK-1)是糖酵解的是糖酵解的限速酶限速酶。4.磷酸己糖裂解成磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖分子磷酸丙糖反应可逆反应可逆,由醛缩酶由醛缩酶(aldolase)催化催化5.磷酸丙糖同分异构化磷酸丙糖同分异构化磷酸丙糖异构酶（磷酸丙糖异构酶（triose phosphate isomerase)G2分子分子3-磷酸甘油醛，消耗磷酸甘油醛，消耗2分子分子ATP。6.3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸l醛基氧化成羧基，并加入一分子磷酸，形成醛基氧化成羧基，并加入一分子磷酸，形成混合酸酐。脱下的氢由混合酸酐。脱下的氢由NAD+接受。接受。7.1,3-二磷酸甘油酸转变成二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸此步为此步为底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：底物分子内部能量重新分底物分子内部能量重新分布，释放高能键，使布，释放高能键，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程，的过程，称为称为底物水平磷酸化。底物水平磷酸化。反应可逆反应可逆8.3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸9.2-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)反应引起分子内能量重新分布，形成高能磷反应引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键。酸键。10.PEP转变成丙酮酸（转变成丙酮酸（pyruvate)第二个第二个底物水平磷酸化底物水平磷酸化，反应，反应不可逆不可逆。烯醇式立即自发转变为酮式。烯醇式立即自发转变为酮式。（二）丙酮酸转变成乳酸（二）丙酮酸转变成乳酸(lactate)此为还原反应，此为还原反应，NADH+H+来自于来自于3-磷酸磷酸甘油醛脱氢。甘油醛脱氢。乳酸是糖酵解的终产物乳酸是糖酵解的终产物。糖酵解的全过程糖酵解的全过程总反应总反应：C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2OATP的生成：的生成：糖酵解时，糖酵解时，1mol葡萄糖共生成葡萄糖共生成4molATP，净生成，净生成2molATP糖酵解小结糖酵解小结 反应部位：胞浆反应部位：胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应反应全过程中有三步不可逆的反应G G-6-P ATP ADP 己糖激酶己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 ADP ATP PEP 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸激酶激酶 产能的方式和数量产能的方式和数量方式：底物水平磷酸化方式：底物水平磷酸化净生成净生成ATP数量：从数量：从G开始开始 22-2=2ATP从从Gn开始开始 22-1=3ATP 终产物乳酸的去路终产物乳酸的去路释放入血，进入肝脏再进一步代谢。释放入血，进入肝脏再进一步代谢。分解利用分解利用 乳酸循环（糖异生）乳酸循环（糖异生）其它单糖的酵解其它单糖的酵解二、糖酵解的调节二、糖酵解的调节（一）（一）6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1（PFK-1）最重要最重要F-2,6-BP的生成的生成PFK-2是一种双功能酶，磷酸化后激酶活性是一种双功能酶，磷酸化后激酶活性下降，磷酸酶活性升高。下降，磷酸酶活性升高。（二）丙酮酸激酶（二）丙酮酸激酶变构调节：变构调节：F-1,6-BP为变构激活剂；为变构激活剂；ATP和肝内和肝内Ala为变构抑制剂。为变构抑制剂。共价修饰调节：胰高血糖素通过共价修饰调节：胰高血糖素通过cAMP和和PKA使其磷酸化而抑制其活性。使其磷酸化而抑制其活性。（三）葡萄糖激酶及己糖激酶（三）葡萄糖激酶及己糖激酶G-6-P 可反馈抑制己糖激酶可反馈抑制己糖激酶.胰岛素可诱导胰岛素可诱导葡萄糖激酶的合成葡萄糖激酶的合成.（一）机体缺氧时的主要供能方式。（一）机体缺氧时的主要供能方式。（二）机体供氧充足情况下少数组织的（二）机体供氧充足情况下少数组织的能量来源。如成熟红细胞、神经、能量来源。如成熟红细胞、神经、白细胞、骨髓、肿瘤细胞等。白细胞、骨髓、肿瘤细胞等。另外，肝脏酵解途径的主要功能是另外，肝脏酵解途径的主要功能是为其他代谢提供合成原料。为其他代谢提供合成原料。三、糖酵解的生理意义三、糖酵解的生理意义Aerobic Oxidation of Glucose第三节第三节糖的有氧氧化糖的有氧氧化 葡萄糖在葡萄糖在有氧条件有氧条件下，彻底氧化成下，彻底氧化成水水和和CO2的反应过程称为的反应过程称为有氧氧化有氧氧化。这。这是糖氧化的主要方式。是糖氧化的主要方式。部位：部位：胞液及线粒体胞液及线粒体一、一、有氧氧化的反应过程有氧氧化的反应过程分为三个阶段：分为三个阶段：（一）（一）丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸的氧化脱羧经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰CoA，这是不可逆反应。在线粒体内进行。这是不可逆反应。在线粒体内进行。丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶由由三种酶三种酶组成组成 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶 二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶五种辅助因子五种辅助因子：TPP（VB1）、）、NAD+（Vpp）、）、硫辛酸、硫辛酸、FAD（VB2）、）、HSCoA（泛酸）泛酸）丙酮酸脱氢酶复合体的组成丙酮酸脱氢酶复合体的组成 酶酶E1：丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+辅辅 酶酶 TPP 硫辛酸（硫辛酸（)HSCoA FAD,NAD+SSL辅酶辅酶A结构结构CO2 CoASHNAD+NADH+H+5.NADH+H+的生成的生成1.-羟乙基羟乙基-TPP的生成的生成 2.乙酰硫辛酰乙酰硫辛酰胺的生成胺的生成 3.乙酰乙酰CoA的生成的生成4.硫辛酰胺的生成硫辛酰胺的生成 E1：丙酮酸脱氢酶：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶：二氢硫辛酰胺脱氢酶三羧酸循环三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle,TAC)也称为也称为柠檬酸循环柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循循环，它由一连串反应组成。环，它由一连串反应组成。部位：线粒体基质部位：线粒体基质（二）（二）三羧酸循环三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)CoASHNADH+H+NAD+COCO2 2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸梅异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体琥珀酰CoA合成酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶三羧酸循环小结：三羧酸循环小结：Reducing equivalents 三三羧羧酸酸循循环环的的概概念念：指指乙乙酰酰CoA和和草草酰酰乙乙酸酸缩缩合合生生成成含含三三个个羧羧基基的的柠柠檬檬酸酸，反反复复的的进进行行脱脱氢氢脱脱羧羧，又又生生成成草草酰酰乙乙酸酸，再再重重复复循循环反应的过程。环反应的过程。TAC过程的反应部位是线粒体。过程的反应部位是线粒体。三羧酸循环的要点三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环，经过一次三羧酸循环，消耗一分子乙酰消耗一分子乙酰CoACoA，经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。生成生成1 1分子分子FADHFADH2 2，3 3分子分子NADH+HNADH+H+，2 2分子分子COCO2 2，1 1分子分子GTPGTP。关键酶有：柠檬酸合酶关键酶有：柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 整个循环反应为不可逆反应整个循环反应为不可逆反应 三羧酸循环的中间产物三羧酸循环的中间产物三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰酰CoACoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为为COCO2 2及及H H2 2O O。例如：例如：草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 柠檬酸柠檬酸 脂肪酸脂肪酸 琥珀酰琥珀酰CoA 卟啉卟啉 机机体体内内各各种种物物质质代代谢谢之之间间是是彼彼此此联联系系、相相互互配配合合的的，TAC中中的的某某些些中中间间代代谢谢物物能能够够转转变变合合成成其其他他物物质质，借借以以沟沟通通糖糖和和其其他他物物质质代谢之间的联系。代谢之间的联系。机机体体糖糖供供不不足足时时，可可能能引引起起TAC运运转转障障碍碍，这这时时苹苹果果酸酸、草草酰酰乙乙酸酸可可脱脱羧羧生生成成丙丙酮酮酸酸，再再进一步生成乙酰进一步生成乙酰CoA进入进入TAC氧化分解。氧化分解。草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸脱羧酶草酰乙酸脱羧酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 苹果酸苹果酸 苹果酸酶苹果酸酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 NAD+NADH+H+*所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。草草草草酰酰酰酰乙乙乙乙酸酸酸酸 柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸 柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸裂解酶裂解酶裂解酶裂解酶 乙酰乙酰CoA 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸羧化酶羧化酶羧化酶羧化酶 CO2 苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸 苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶 NADH+H+NAD+天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸 谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 其来源如下：其来源如下：三三羧酸循环的特点羧酸循环的特点在有氧条件下进行，产生的还原当量经在有氧条件下进行，产生的还原当量经氧化磷酸化可产生氧化磷酸化可产生ATP，是产生是产生ATP的的主要途径。主要途径。不可逆。不可逆。中间产物的回补：中间产物的回补：主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸；主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸；其次为丙酮酸还原成苹果酸其次为丙酮酸还原成苹果酸,再生成草再生成草酰乙酸。酰乙酸。2.三羧酸循环的生理意义三羧酸循环的生理意义是三大营养物质氧化是三大营养物质氧化分解的共同途径；分解的共同途径；是三大营养物质代谢是三大营养物质代谢联系的枢纽；联系的枢纽；为其它物质代谢提供为其它物质代谢提供小分子前体；小分子前体；为呼吸链提供为呼吸链提供H+e。三大营养物质的共三大营养物质的共同氧化途径。同氧化途径。三大物质代谢联系的枢纽。三大物质代谢联系的枢纽。二、二、有氧氧化生成有氧氧化生成的的ATPH+e 进入呼吸链彻底氧化生成进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同的同时时ADP偶联磷酸化生成偶联磷酸化生成ATP。NADH+H+H2O、2.5ATP O H2O、1.5ATP FADH2 O 葡萄糖有氧氧化生成的葡萄糖有氧氧化生成的ATP 此表按传统方式计算此表按传统方式计算ATP。目前有新的理论，在此不作详述目前有新的理论，在此不作详述G 2丙酮酸：净产生丙酮酸：净产生6或或8个个ATP。丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA：产生产生3个个ATP。TAC:一分子乙酰一分子乙酰CoA经经TAC产生产生3 （NADH+H+）和）和1个个FADH2，加上底物加上底物水平磷酸化生成水平磷酸化生成1个高能磷酸键，共产生个高能磷酸键，共产生12个个ATP。结论：结论：1molG彻底氧化成彻底氧化成CO2和和H2O，可可净生成净生成36或或38mol ATP。有氧氧化的生理意义有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是机体糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径产能最主要的途径。它不仅它不仅产能效率高产能效率高，而且由于产生的能量，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成逐步分次释放，相当一部分形成ATPATP，所所以以能量的利用率也高能量的利用率也高。三三、有氧氧化的调节、有氧氧化的调节 除对酵解途径三个关键酶的调节外，还对除对酵解途径三个关键酶的调节外，还对丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合酶柠檬酸合酶、异柠异柠檬酸脱氢酶檬酸脱氢酶和和-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体四四个关键酶存在调节。个关键酶存在调节。1.丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体变构变构调节：调节：共价修饰调节：共价修饰调节：磷酸化失活；胰岛素和磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其去磷酸化，促进其去磷酸化，使其活性增加。使其活性增加。2.柠檬酸合酶柠檬酸合酶变构变构激活剂：激活剂：ADP变构抑制剂：变构抑制剂：NADH、琥珀酰琥珀酰CoA、柠檬柠檬酸、酸、ATP3.异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶变构激活剂：变构激活剂：ADP、Ca2+变构抑制剂：变构抑制剂：ATP4.酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体与与丙酮酸脱氢酶复合体相似。丙酮酸脱氢酶复合体相似。总体说，总体说，氧化磷酸化促进氧化磷酸化促进TAC。ATP/ADP，抑制抑制TAC，氧化磷酸化氧化磷酸化；ATP/ADP，促进促进TAC，氧化磷酸化氧化磷酸化。有氧氧化的调节特点有氧氧化的调节特点 有氧氧化的调节通过对其有氧氧化的调节通过对其关键酶关键酶的调节实现。的调节实现。ATP/ADPATP/ADP或或ATP/AMPATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。关键酶均被抑制。氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。后者速率也减慢。三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰少乙酰CoACoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰乙酰CoACoA。四、巴斯德效应四、巴斯德效应*概念概念*机制机制 有氧时，有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线立体进一步氧化而不生成乳酸酮酸进入线立体进一步氧化而不生成乳酸;缺氧时，酵解途径加强，缺氧时，酵解途径加强，NADH+H+在胞浆在胞浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。巴斯德效应巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑指有氧氧化抑制糖酵解的现象。制糖酵解的现象。第第 四四 节节磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径pentose phosphate pathway一、磷酸戊糖途径的反应过程一、磷酸戊糖途径的反应过程磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成，前者再进一步转变成3-磷酸甘油磷酸甘油醛和醛和6-磷酸果糖的反应过程。磷酸果糖的反应过程。在胞浆中进行。在胞浆中进行。TPP是转酮醇酶的辅酶。是转酮醇酶的辅酶。总反应式：总反应式：3G-6-P+6NADP+2F-6-P+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛+6NADPH+6H+3CO2*细胞定位：细胞定位：胞胞 液液 第一阶段：氧化反应第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，生成磷酸戊糖，NADPH+H+及及CO2一、磷酸戊糖途径的反应过程一、磷酸戊糖途径的反应过程*反应过程可分为二个阶段反应过程可分为二个阶段 第二阶段则是非氧化反应第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。包括一系列基团转移。6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 NADPH+H+NADP+H2O NADP+CO2 NADPH+H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶 H HCOCOH HCH2OH C O 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 1.磷酸戊糖生成磷酸戊糖生成 5-磷酸核糖磷酸核糖 催化第一步脱氢反应的催化第一步脱氢反应的6-6-磷酸葡萄糖脱磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。氢酶是此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由两次脱氢脱下的氢均由NADPNADP+接受生成接受生成NADPH+HNADPH+H+。G-6-P 5-磷酸核糖磷酸核糖 NADP+NADPH+H+NADP+NADPH+H+CO2 每每3分子分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生等演变阶段，最终生成成3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-磷酸果糖。磷酸果糖。3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途磷酸果糖，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路。径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路。2.基团转移反应基团转移反应 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5)3 5-磷酸核糖磷酸核糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 C34-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖 C46-磷酸果糖磷酸果糖 C66-磷酸果糖磷酸果糖 C63-磷酸磷酸甘油醛甘油醛 C3磷酸戊糖途径的特点磷酸戊糖途径的特点 脱氢反应以脱氢反应以NADPNADP+为受氢体，生成为受氢体，生成NADPH+HNADPH+H+。反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了了3 3、4 4、5 5、6 6、7 7碳糖的演变过程。碳糖的演变过程。反应中生成了重要的中间代谢物反应中生成了重要的中间代谢物5-5-磷酸核糖。磷酸核糖。一分子一分子G-6-PG-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子氢反应，生成一分子COCO2 2和和2 2分子分子NADPH+HNADPH+H+。二、二、磷酸戊糖途径的调节磷酸戊糖途径的调节6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶为为限速酶限速酶。此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。此酶活性主要受此酶活性主要受NADPH/NADP+比值比值的影响，比值升高的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈对该酶有强烈抑制作用。抑制作用。NADPH/NADP+，此途径抑制；，此途径抑制；NADPH/NADP+，此途径激活。，此途径激活。三、磷酸戊糖途径的生理意义三、磷酸戊糖途径的生理意义1为核酸的生物合成提供核糖。为核酸的生物合成提供核糖。2提供提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反作为供氢体参与多种代谢反应。应。NADPH是体内许多合成代谢的供氢体；是体内许多合成代谢的供氢体；NADPH参与体内羟化反应；参与体内羟化反应；NADPH用于维持谷胱甘肽的还原状态。用于维持谷胱甘肽的还原状态。第五节第五节糖原的合成与分解糖原的合成与分解Glycogen synthesis and catabolism是动物体内糖的储存形式之一，是机体能是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。迅速动用的能量储备。肌肉：肌糖原，肌肉：肌糖原，180 300g，主要供肌肉收缩所需主要供肌肉收缩所需 肝脏：肝糖原，肝脏：肝糖原，70 100g，维持血糖水平维持血糖水平 糖糖 原原(glycogen)糖原储存的主要器官及其生理意义糖原储存的主要器官及其生理意义 糖原糖原(glycogen)是糖的贮存形式。是糖的贮存形式。糖原分子只有一个还原端。糖原的合成分解糖原分子只有一个还原端。糖原的合成分解都是在都是在非还原端非还原端上进行的。上进行的。1.葡萄糖单元以葡萄糖单元以-1,4-1,4-糖苷糖苷 键键形成长链。形成长链。2.约约1010个葡萄糖单元处形成分个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以枝，分枝处葡萄糖以-1,6-1,6-糖苷键糖苷键连接，连接，分支增加，溶分支增加，溶解度增加。解度增加。3.每条链都终止于一个非还原每条链都终止于一个非还原端端.非还原端增多，以利于非还原端增多，以利于其被酶分解。其被酶分解。糖原的结构特点及其意义糖原的结构特点及其意义 -1,4-糖苷键糖苷键还原端还原端-1,6-糖苷键糖苷键非还原端非还原端一、一、糖原的合成代谢糖原的合成代谢(glycogenesis)UDPG是是G的活化形式，是的活化形式，是G活性供体。活性供体。糖原合成中，每增加一个糖原合成中，每增加一个G单位消耗单位消耗2个个P。糖原合酶是关键酶糖原合酶是关键酶。合成部位合成部位:组织定位：主要在肝脏、肌肉组织定位：主要在肝脏、肌肉 细胞定位：胞浆细胞定位：胞浆UDPG1.葡萄糖磷酸化生成葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 ATP ADP 己糖激酶己糖激酶;葡萄糖激酶（肝）葡萄糖激酶（肝）糖原合成途径糖原合成途径糖原合成途径糖原合成途径 1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 2.6-磷酸葡萄糖转变成磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 *UDPGUDPG可看作可看作“活性葡萄糖活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。，在体内充作葡萄糖供体。+UTP 尿苷尿苷 PPPPPi UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 3.1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖 2Pi+能量能量 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)糖原糖原n+UDPG 糖原糖原n+1+UDP 糖原合酶糖原合酶(glycogen synthase )UDP UTP ADP ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶4.-1,4-糖苷键式结合糖苷键式结合 *糖原糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物糖原引物(primer)，作为作为UDPG 上葡萄糖基的上葡萄糖基的接受体。接受体。糖原糖原n+UDPG 糖原糖原n+1+UDP 糖原合酶糖原合酶(glycogen synthase)（四）糖原分枝的形成四）糖原分枝的形成 分分 支支 酶酶 (branching enzyme)-1,6-糖苷键糖苷键 -1,4-糖苷键糖苷键 二、糖原的分解代谢二、糖原的分解代谢糖原分解（糖原分解（glycogenolysis）习惯上指肝习惯上指肝糖原分解成糖原分解成G。亚细胞定位：亚细胞定位：胞胞 浆浆磷酸化酶是糖原分解的关键酶磷酸化酶是糖原分解的关键酶。肌肉中肌肉中无无葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶。糖原的糖原的G单位酵解单位酵解净产生净产生3个个ATP。脱枝酶脱枝酶 (debranching enzyme)2.脱枝酶的作用脱枝酶的作用 转移葡萄糖残基转移葡萄糖残基水解水解-1,6-糖苷键糖苷键 磷磷 酸酸 化化 酶酶 转移酶活性转移酶活性 -1,6糖糖苷苷酶活性酶活性 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 3.1-磷酸葡萄糖转变成磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 4.6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶 （肝，肾）（肝，肾）葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 *肌糖原的分解肌糖原的分解由于肌肉组织中不存在葡萄糖由于肌肉组织中不存在葡萄糖-6 6-磷酸酶，所以生成磷酸酶，所以生成的的6-6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。G-6-P的代谢去路的代谢去路G（补充血糖）补充血糖）G-6-P F-6-P（进入酵解途径）进入酵解途径）G-1-PGn（合成糖原）合成糖原）UDPG 6-磷酸葡萄糖内酯磷酸葡萄糖内酯（进入磷酸戊糖途径）（进入磷酸戊糖途径）葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸（进入葡萄糖醛酸途径）（进入葡萄糖醛酸途径）小小 结结 反应部位：胞浆反应部位：胞浆 3.糖原的合成与分解总图糖原的合成与分解总图UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶糖原合酶 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 己糖己糖(葡萄糖葡萄糖)激酶激酶 糖原糖原n Pi 磷酸化酶磷酸化酶 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶（肝）磷酸酶（肝）糖原糖原n 三、糖原合成与分解的调节三、糖原合成与分解的调节 关键酶关键酶 糖原合成：糖原合酶糖原合成：糖原合酶 糖原分解：糖原磷酸化酶糖原分解：糖原磷酸化酶 这两种关键酶的重要特点：这两种关键酶的重要特点：*有有共价修饰共价修饰和和变构调节变构调节二种方式。二种方式。*都以活性、无（低）活性二种形式存在，都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。相互转变。调节有调节有级联放大级联放大作用，效率高；作用，效率高；两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；此调节为酶促反应，调节速度快；此调节为酶促反应，调节速度快；受激素调节。受激素调节。1 1.共价修饰调节共价修饰调节 腺苷环化酶腺苷环化酶 （无活性）（无活性）腺苷环化酶（有活性）腺苷环化酶（有活性）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受受体体 ATP cAMP PKA(无活性无活性)磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶-P PKA(有活性有活性)磷酸化酶磷酸化酶b 磷酸化酶磷酸化酶a-P 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-P Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 Pi Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂-P 磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂 PKA（有活性）有活性）2.别构调节别构调节磷磷酸酸化化酶酶二二种种构构像像紧紧密密型型(T)和和疏疏松松型型(R)，其其中中T型型的的14位位Ser暴暴露露，便便于于接接受受前前述的共价修饰调节。述的共价修饰调节。*葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。磷酸化酶磷酸化酶 a(R)疏松型疏松型磷酸化酶磷酸化酶 a (T)紧密型紧密型葡萄糖葡萄糖 胰高血糖素和肾上腺素升高血糖的机制胰高血糖素和肾上腺素升高血糖的机制胰高血糖素胰高血糖素肾上腺素肾上腺素ACcAMPG 蛋白蛋白受体受体PKA糖原分解糖原分解磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶 糖原合酶糖原合酶糖原合成糖原合成血糖血糖磷酸化酶磷酸化酶四、糖原累积症四、糖原累积症由于先天缺乏糖原代谢的有关酶，造成由于先天缺乏糖原代谢的有关酶，造成某些组织器官糖原大量堆积。某些组织器官糖原大量堆积。第六节第六节糖异生糖异生gluconeogenesis概念概念：由：由非糖物质非糖物质转变为转变为葡萄糖或糖葡萄糖或糖原原的过程称为糖异生。的过程称为糖异生。原料原料：乳酸、甘油、丙酮酸和生糖氨：乳酸、甘油、丙酮酸和生糖氨基酸等。基酸等。部位部位：主要在肝脏，其次是肾脏：主要在肝脏，其次是肾脏的胞的胞浆及线粒体浆及线粒体。一、糖异生途径一、糖异生途径从从丙酮酸生成丙酮酸生成G的具体反应过程称为糖的具体反应过程称为糖异生途径。异生途径。基本上是糖酵解的逆过程，但是糖酵解基本上是糖酵解的逆过程，但是糖酵解途径的三个关键酶催化的反应是放能的不可途径的三个关键酶催化的反应是放能的不可逆反应，又叫能障。需要另外的酶催化绕过逆反应，又叫能障。需要另外的酶催化绕过这三个能障。这三个能障。1.丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP ATP ADP+Pi CO2 GTP GDPCO2 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶辅酶为生物素（反应在线粒体）为生物素（反应在线粒体）磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）胞液）草酰乙酸转运出线粒体草酰乙酸转运出线粒体 出线粒体出线粒体 苹果酸苹果酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 出线粒体出线粒体 天冬氨酸天冬氨酸 草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 ATP+CO2ADP+Pi 苹果酸苹果酸 NADH+H+NAD+天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 天冬氨酸天冬氨酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP 磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶 GTP GDP+CO2 线线粒粒体体胞胞液液糖异生途径所需糖异生途径所需NADH+H+的来源的来源 糖异生途径中，糖异生途径中，1,3-二磷酸甘油酸生成二磷酸甘油酸生成3-磷磷酸甘油醛时，需要酸甘油醛时，需要NADH+H+。由乳酸为原料异生糖时，由乳酸为原料异生糖时，NADH+H+由下述由下述 反应提供。反应提供。乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 LDH NAD+NADH+H+由由氨氨基基酸酸为为原原料料进进行行糖糖异异生生时时，NADH+H+则则由由线线粒粒体体内内NADH+H+提提供供，它它们们来来自自于于脂脂酸酸的的-氧氧化化或或三三羧羧酸酸循循环环，NADH+H+转转运运则则通通过过草草酰酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。乙酸与苹果酸相互转变而转运。苹果酸苹果酸 线粒体线粒体 苹果酸苹果酸 草酰草酰乙酸乙酸草酰草酰乙酸乙酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+胞浆胞浆 2.1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 转变为转变为 6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 6-磷酸果糖磷酸果糖 Pi 果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶 3.6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖磷酸葡萄糖水解为葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 Pi 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶 非糖物质进入糖异生的途径非糖物质进入糖异生的途径 糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物 生糖氨基酸生糖氨基酸 -酮酸酮酸 -NH2 甘油甘油 -磷酸甘油磷酸甘油 磷酸