生物化学4

五、戊糖磷酸途径phosphopentose pathway PPP
糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主要径，但 不是唯一途径。实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂 如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖 还有其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄 糖降解途径，即磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, PPP），也称为磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/shunt,HMP）。参与磷酸戊糖 途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有30%的葡 萄糖通过此途径分解。
O OH
CH2OH
•乳 糖
• 麦芽糖
CH2OH OH
OH 1
OH
CH2OH OH
4 OH O
OH
葡萄糖-（14） 半乳糖苷
CH2OH
O
1
4
O
CH2OH
O
1 32
OH
3. 多糖
(1).淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉） • 直链淀粉分子量约1万-200万，250-260
个葡萄糖分子，以（14）糖苷键聚合 而成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。 • 支链淀粉中除了（14）糖苷键构成糖 链以外，在支点处存在（16）糖苷键 ，分子量较高。遇碘显紫红色。
葡萄糖分解代谢过程中产生的总能量
糖酵解、丙酮酸氧化脱羧及三羧酸循环生成的 NADH和FADH2 ，进入线粒体呼吸链氧化并生成 ATP。线粒体呼吸链是葡萄糖分解代谢产生ATP的 最主要途径。
葡萄糖分解代谢总反应式 C6H6O6 + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP
G +2ADP+ 2Pi 水
2乳酸 ＋2ATP+2
（2）酒精发酵（酵母的第Ⅰ型发酵） alcoholic fermation
（3）甘油发酵（酵母的第Ⅱ型发酵）
四、葡萄糖的有氧分解代谢
有氧氧化：
EMP
pyr
大多数生物的主要代谢途径 TCA
可衍生许多其他物质
pyr脱羧
TCA
1. 丙酮酸氧化脱羧—乙酰CoA的生成
NADH + H+ NAD+ CHO
CHOH
CH2OPO3H2 3－磷酸甘油醛
磷酸甘油酸激酶
Mg
ADP
ATP
O COH CHOH CH2OPO3H2 3-磷酸甘油酸
磷酸甘油酸变位酶 O
COH
CHOPO3H2
CH2OH 2-磷酸甘油酸
4）第四阶段：2-二磷酸甘油酸 丙酮 酸
O COH C OPO3H2 CH2 磷酸烯醇式丙酮酸 Mg2 + 烯醇化酶
2、磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的催化 下形成草酰乙酸。在大脑和心脏中存在这个反应。
3.天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草 酰乙酸和α-酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸 、苏氨酸和甲硫氨酸也会形成琥珀酰CoA 。其反应将在氨基酸代谢中讲述。
4. 柠檬酸发酵
基本生化途径： 关键： 柠檬酸进一步降解 合成前体原料保证
OH
ADP
H
OH
OH H
6-磷酸果糖 ATP
Mg
己糖激酶
ATP
HO CH2 O
CH2OH
Mg 磷酸果糖激酶 H
OH OH
ATP CH2OH
H
OH
OH H
OH H
OH OH
ADP
H2O3PO CH2 O CH2OPO3H2
OH
H
OH
OH H
OH H 果糖
葡萄糖
1,6-二磷酸果糖
2）第二阶段：1, 6-二磷酸果糖 3磷酸甘油醛
第四章 糖代谢
一、代谢总论 Metabolism 二、多糖和寡聚糖的酶促降解 三、糖的无氧降解及厌氧发酵 四、葡萄糖的有氧分解代谢 五、戊糖磷酸途径phosphopentose pathway PPP 六、糖的合成、糖异生
一、糖代谢总论
糖代谢包括分解代谢和合成代谢。 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代
缩合1、脱水1、氧化4、底物水平磷酸化1、水化1
生成3分子还原型CoⅠ 生成1分子FADH2 生成1分子ATP
三羧酸循环总反应式
三羧酸循环的生物学意义 1.普遍存在 2.生物体获得能量的最有效方式 3.是糖类、蛋白质、脂肪三大物质转化的枢纽 4.获得微生物发酵产品的途径
柠檬酸、谷氨酸
谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合 成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等 ，提供碳源或碳链骨架。 植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成 糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化 学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种 能量转换过程。
糖与多糖
葡萄糖 果 糖
1 ， 6 - 二 磷 酸 果 糖
- 2
3
3 - 磷 酸 甘 油 酸 磷 酸 3 - 磷 酸 甘 油 酸
4
2-磷酸甘油酸
1）第一阶段：葡萄糖 1, 6-二磷酸果糖
CH2OPO3H2
H
OH
OH H
H2O3PO 磷酸己糖异构酶
OH
OH
H OH 6－磷酸葡萄糖
ADP
Mg 己糖磷酸激酶
CH2 O CH2OH
(2).纤维素 • 由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成 的
直链，不溶于水。 (3).几丁质（壳多糖） • N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷键
缩合而成的线性均一多糖。 (4).杂多糖 • 糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等） • 透明质酸 • 硫酸软骨素 • 硫酸皮肤素 • 硫酸角质素 • 肝素
糖原
焦磷酸硫胺素（TPP)、硫辛酸、 COASH、FAD、NAD+、Mg2+
2. 乙酰CoA的彻底氧化分解—— Tricarboxylic acid cycle TCA
化学反应历程（10步反应、8种酶） 糖酵解有二重作用：一是降解产生ATP，二是产
生含碳的中间物为合成反应提供原料。 在酵解过程中有三个不可逆反应，也就是说有三
O COH CHOPO3H2 CH2OH 2-磷酸甘油酸
O
丙酮酸激酶
COH
ADP M2g+ ATP
CHOH 丙酮酸
葡萄糖分解代谢过程中能量的产生
葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式 ：直接产生ATP；生成高能分子NADH或 FADH2，后者在线粒体呼吸链氧化并产生ATP。
1. 糖异生的证据如下：
• 用整体动物做实验，禁食24小时，大鼠肝脏中 的糖原由7%降低到1%，饲喂乳酸、丙酮酸或三 羧酸循环代谢的中间物后可以使大鼠肝糖原增 加。
• 根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有毒的糖苷 ，它能抑制肾小管将葡萄糖重吸收进入血液中 ，这样血液中的葡萄糖就不断的由尿中排出。 当给用根皮苷处理过的动物饲喂三羧酸循环中 间代谢物或生糖氨基酸后，这些动物尿中的糖 含量增加。
基本反应： 糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入 线粒体内室。在丙酮酸脱氢酶系的催化下 ，生成乙酰辅酶A。
催化酶：
这一多酶复合体位于线粒体内膜上， 原核细胞则在胞液中。
丙酮酸脱氢酶系
三种酶
E1-丙酮酸脱羧酶（也叫丙酮酸脱氢酶） E2-二氢硫辛酸乙酰基转移酶 E3-二氢硫锌酰胺脱氢酶。
六种辅助因子
糖酵解：1分子葡萄糖 2分子丙酮酸，共消 耗了2个ATP，产生了4 个ATP，实际上净生成 了2个ATP，同时产生2个NADH。（2）有氧分 解（丙酮酸生成乙酰CoA及三羧酸循环）产生的 ATP、NADH和FADH2
丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰CoA，生成1 个NADH。三羧酸循环：乙酰CoA CO2和 H2O，产生一个GTP（即ATP）、3个NADH和 1个FADH2。
• 糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物 或聚合物；
• 糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡 糖和多糖；
• 在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多 糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。
1.单糖的结构
• 重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘 露糖等。
OH
OH
H H
OH
HO
H
OH
H OH
OH
HO H
个调控步骤，分别被三个酶多点调节：己糖激酶 、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。己糖激酶可以控 制葡萄糖的进入，丙酮酸激酶调节酵解的出口。
苹果酸
乙酰辅酶A 草酰乙酸
延胡索酸 琥珀酸
三羧酸循环
柠檬酸 异柠檬酸
琥珀酸 辅酶A
a-酮戊二酸
三羧酸循环过程总结(一次循环)
10步反应 8种酶催化 反应类型
H2O3PO CH2 O CH2OPO3H2
OH
醛缩酶
H
OH
OH H
1,6-二磷酸果糖
CH2OPO3H2
CO
96％
CH2OH 磷酸二羟丙酮
磷酸丙糖异构酶
CHO
CHOH
4％
CH2OPO3H2 3－磷酸甘油醛
3）第三阶段：3-磷酸甘油醛 2-磷酸甘 油酸
O
COPO3H2
CHOH
CH2OPO3H2 1,3-二磷酸甘油酸
还原末端 非还原末端 α-1，4糖苷键 α-1，6糖苷键
三、糖的无氧降解及厌氧发酵
1.糖酵解途径(glycolysis) 2.（Embden Meyerhof Parnas EMP）
(1) EMP途径的生化历程
糖酵解过程
糖 原 a 1 - 磷 酸 葡 萄 糖 b 6-磷酸葡萄糖
1
6 -磷 酸 果 糖
高能化合物与底物水平磷酸化（ substrate phosphorglate）
结果：脱氢 活化，产能 调节控制：磷酸果糖激酶（
phosphofructokinase PFK）
2. 丙酮酸的无氧降解（酵解与厌氧发酵）
（1） 乳酸发酵（同型乳酸发酵）lactic fermation
动物
乳酸菌（乳杆菌、乳链球菌）
OH
H
H
OH
H OH
OH
-D-吡喃葡萄糖
-D-吡喃半乳糖
OH
H H
OH
HO
H
HO OH
OH
OH
H
H
O H HO
OH H
OH OH
-D-吡喃甘露糖
-D-呋喃果糖
2.寡糖（二糖）
• 蔗糖
CH2OH
O1
2
O HOCH2 O
2 4
3 CH2OH
• 葡萄糖-，（12 ）果糖苷
CH2OH
OH OH
OH
CH2OH OH
+ 4Pi 6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 4 ATP 按照一个NADH能够产生3个ATP，1个FADH2能够 产生2个ATP计算，1分子葡萄糖在分解代谢过程中 共产生38个ATP： 4 ATP +（10 3）ATP + （2 2）ATP = 38
（2） 总 结
二、多糖和寡聚糖的酶促降解
1.概述
2.
多糖和寡聚糖只有分解成小分子
后才能被吸收利用，生产中常称为糖化。
3.2. 淀粉
4.3.淀粉水解 5. 淀粉 糊精
G 6.
寡糖 麦芽糖
淀粉的酶促水解： • 水解淀粉的淀粉酶有α与β淀粉酶，
二者只能水解淀粉中的α-1，4糖苷 键，水解产物为麦芽糖。 • α-淀粉酶可以水解淀粉(或糖原)中 任何部位的α-1，4糖键， • β淀粉酶只能从非还原端开始水解。 • 水解淀粉中的α-1，6糖苷键的酶是 α-1，6糖苷键酶 • 淀粉水解的产物为糊精和麦芽糖的混 合物。
1. 磷酸戊糖途径的反应过程
（1）G-6-P脱氢脱羧转化成5-磷酸核酮糖。
（2）磷酸戊糖的异构化
（3）磷酸戊糖通过转酮及转醛反应生成酵解 途径的中间产物6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。
2. 磷酸戊糖途径的调节
肝脏中的各种戊糖途径的酶中以6-磷酸葡萄 糖脱氢酶的活性最低，所以它是戊糖途径的限 速酶，催化不可逆反应步骤。其活性受 NADP+/NADPH比值的调节，NADPH竞争 性抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶的活性。机体内NAD+/NADH比 NADP+/NADPH的比值要高几个数量级，前 者为700，后者为0.014，这使NADHP可以进 行有效的反馈抑制调控。只有NADPH在脂肪 的生物合成中被消耗时才能解除抑制，再通过 6-磷酸葡萄糖脱氢酶产生出NADPH。
非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度 。5-磷酸核糖过多时，可转化成6-磷酸果糖和 3-磷酸甘油醇进行酵解。
六、糖的合成、糖异生
一、糖异生的证据及其生理意义
糖异生是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。非糖 物质包括丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油等均 可以在哺乳动物的肝脏中转变为葡萄糖或糖原。 这一过程基本上是糖酵解途径的逆过程，但具体 过程并不是完全相同，因为在酵解过程中有三步 是不可逆的反应，而在糖异生中要通过其它的旁 路途径来绕过这三步不可逆反应，完成糖的异生 过程。
3. 丙酮酸羧化支路（回补途径）
三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它产生 的中间产物也是生物合成的前体。例如卟 啉的主要碳原子来自琥珀酰CoA，谷氨酸 、天冬氨酸是从α-酮戊二酸、草酰乙酸衍 生而成。一旦草酰乙酸浓度下降，势必影 响三羧酸循环的进行。
1.丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸，需 要生物素为辅酶。