9.糖代谢

寡聚1，4→1，4葡聚糖转移酶将以1，6-键连接于分支 点的4个葡糖残基的3个转移至另一链的非还原端，而在分支 点处还留下一个1，6-糖苷键连接的葡萄糖残基。脱支酶为α1，6糖苷酶，水解1，6-糖苷键上的葡萄糖残基。
Glycogen breakdown near an (1→6) branch point. Following sequential removal of terminal glucose residues by glycogen phosphorylase, glucose residues near a branch are removed in a two-step process that requires a bifunctional ―debranching enzyme.‖ First, the transferase activity of the enzyme shifts a block of three glucose residues from the branch to a nearby nonreducing end, to which they are reattached in (1→4) linkage. The single glucose residue remaining at the branch point, in (1→6) linkage, is then released as free glucose by the enzyme’s (1→6) glucosidase activity. The glucose residues are shown in shorthand form, which omits the -H, -OH, and -CH2OH groups from the pyranose rings.
除提供能源外，糖类分解代谢的中间产物还可为 氨基酸、核苷酸、脂肪酸、类固醇的合成提供碳原子 或碳骨架。 绿色植物和光合微生物利用日光作为能源，将二 氧化碳和水合成葡萄糖并释放氧气的过程称光合作用 （photosynthesis）。依靠光合作用每年地球上约有 1011吨CO2的碳被被转化成纤维素等有机化合物。
磷酸葡萄糖变位酶 （phosphoglucomutase）的作用
Reaction catalyzed by phosphoglucomutase. The reaction begins with the enzyme phosphorylated on a Ser residue. In step (1) , the enzyme donates its phosphoryl group (green) to glucose 1-phosphate, producing glucose 1,6bisphosphate. In step (2 ), the phosphoryl group at C-1 of glucose 1,6-bisphosphate (red) is transferred back to the enzyme, re-forming the phosphoenzyme and producing glucose 6phosphate.
9.1.1 淀粉和糖原的酶促水解
动物的消化液中有α-淀粉酶， 植物的种子与块根中有α-及β-淀粉 酶。α-淀粉酶可以水解淀粉任何部 位的α-1，4糖苷键，β-淀粉酶只能 从非还原端水解α-1，4糖苷键生成 麦芽糖，α与β淀粉酶均不能水解α1，6糖苷键。 水解α-1，6糖苷键的酶是α-1， 6糖苷酶，植物中的R-酶和小肠粘 膜上的α-糊精酶等都属于α-1，6糖 苷酶。
巴斯德认 为酵解或生醇 发酵是活细胞 中“生命力” 作用的结果。
Eduard Buchner (1860 ～1917) was a German chemist, awarded with the 1907 Norbel Prize in Chemistry for his work on fermentation. During World War Ⅰ, Buchner served as a Major in a front-line at Romania. He was wounded on August 3, 1917 and died of these wounds nine 发酵不需要“生命力” days later in Munich at age 57.
第9章 糖代谢
成人每天所需的能量 （7500～9200KJ）约60%～ 70%来自糖代谢。糖在体内 以糖原的形式储存，以葡萄 糖的形式在血液中运输。葡 萄糖氧化产生的能量约34% 转化为ATP，为人体的各种 生命活动提供能量。
糖类物质是生命过程中最重要的能源和碳源。糖代谢包 括糖的分解代谢与合成代谢。 糖可以在有氧和无氧条件下氧化分解，产生的能量以ATP 的形式捕获。人类很早就利用发酵酿酒、制面包。无氧条件 下糖的分解代谢机制主要是靠酵母菌的生醇发酵和肌糖原的 酵解过程阐明的。1875法国著名科学家L.Pasteur 发现，在无 氧条件下，酵母菌可使葡萄糖转化成乙醇和CO2。1897年， Hans Buchner和Edward Buchner兄弟第一次发现了酵母菌浸出 液存在发酵现象。1905年，发现加入发酵液中的无机磷酸会 很快消失，并从发酵液中分离得到了果糖-1，6-二磷酸，从而 证实了原来的推测，即发酵过程确实形成了有机磷酸酯。之 后发现，利用氟化物可抑制发酵过程，造成3-磷酸甘油酸和2磷酸甘油酸的积累；碘乙酸可造成果糖-1，6-二磷酸的积累。 上述实验均对发酵机理的阐明提供了重要证据。
9.1.2 纤维素和双糖的酶促水解
人的消化道中没有水解纤维素的酶，但不少微生物如细 菌、真菌、放线菌、原生动物等能产生纤维素酶及纤维二糖 酶，它们能催化纤维素完全水解成葡萄糖。 双糖酶广泛分布于植物、微生物、与动物的小肠液中， 重要的有麦芽糖酶、纤维二糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等。
食物中的糖类经肠道消化为葡萄糖、果糖、半乳糖等单 糖。单糖可被吸收入血。血液中的葡萄糖称为血糖。正常人 空腹血糖浓度为3.9～6.1mmol/L。正常人血糖浓度维持在一 个相对恒定的范围内，是因为血糖的代谢有来源有去路（图 9-2）。消化后吸收的单糖经门静脉入肝，一部分合成肝糖 原进行贮存；另一部分经肝静脉进入血液循环，输送给全身 各组织，在组织中分别进行合成与分解代谢。
光合作用的生化反应机制将在植物生理学中讨论。 关于糖的合成代谢，本章将着重讨论葡萄糖合成淀粉 和糖原，以及非糖物质如何转化为糖。 糖类代谢与脂类、蛋白质等物质代谢相互联系、 相互转化，不可分割聚糖由于分子大，不能透过细胞膜，所以在被 生物体利用之前必须依靠酶的催化水解成单糖。
淀粉或糖原在细胞内可经磷酸 化酶的磷酸解作用生成葡萄糖-1-磷 酸，糖原磷酸化酶作用于糖原分子 的非还原端，循序进行磷酸解，连 续释放葡糖-1-磷酸，直到在分支点 以前还有4个葡萄糖残基为止。
Glycogen breakdown by glycogen phosphorylase. The enzyme catalyzes attack by inorganic phosphate (pink) on the terminal glucosyl residue (blue) at the nonreducing end of a glycogen molecule, releasing glucose 1-phosphate and generating a glycogen molecule shortened by one glucose residue. The reaction is a phosphorolysis(not hydrolysis).
9.2 糖的分解代谢
为了尽量地利用糖分子中蕴藏的能量，生物体所采用 的取能方式是复杂的、微妙的、也是高效率的。动物体内 葡萄糖（或糖原）的分解代谢主要有3条途径: ① 在无氧情况下，葡萄糖（糖原）经酵解生成乳酸 （动物和一些微生物）或乙醇（植物和一些微生物）。 ② 在有氧情况下，葡萄糖（糖原）最后经三羧酸循环 彻底氧化为水和二氧化碳。
③ 葡萄糖（糖原）经戊糖磷酸途径被氧化为水和二氧 化碳。
植物体的分解代谢，除上述动物体的②、 ③条途径外， 还有生醇发酵及乙醛酸循环。
9.2.1 糖的无氧酵解 糖酵解是葡萄糖转变为丙酮酸（pyruvic acid）的反应历程。葡萄糖在人体组织中，经 无氧分解生成乳酸的过程，和酵母菌使葡萄 糖生醇发酵的过程基本相同，故称为糖酵解 作用（glycolysis）。糖酵解和生醇发酵都经 历葡萄糖氧化分解成丙酮酸的过程。糖酵解 时，丙酮酸直接还原成乳酸；生醇发酵时， 丙酮酸先脱羧成乙醛，然后再还原成乙醇。
葡萄糖-6-磷酸酶的反应机制
葡萄糖-6-磷酸酶 定位在内质网膜
Hydrolysis of glucose 6-phosphate by glucose 6- phosphatase of the ER. The catalytic site of glucose 6-phosphatase faces the lumen of the ER. A glucose 6phosphate (G6P) transporter (T1) carries the substrate from the cytosol to the lumen, and the products glucose and Pi pass to the cytosol on specific transporters (T2 and T3). Glucose leaves the cell via the GLUT2 transporter in the plasma membrane.
Cellulose breakdown by wood fungi. A wood fungus growing on an oak log. All wood fungi have the enzyme cellulase, which breaks the β (1→4) glycosidic bonds in cellulose, such that wood is a source of metabolizable sugar (glucose) for the fungus. The only vertebrates able to use cellulose as food are cattle and other ruminants (sheep, goats, camels, giraffes). The extra stomach compartment (rumen) of a ruminant teems with bacteria and protists that secrete cellulase.
瘤胃
Giraffes, cattle, deer, and camels are ruminant animals that are able to metabolize cellulose, thanks to bacterial cellulase in the rumen, a large first compartment in the stomach of a ruminant.
酵解（glycolysis）最初发现自肌肉提取液，指 能使葡萄糖转化为乳酸的过程。由于发酵和酵解经 历了由葡萄糖变成丙酮酸这段共同的生化反应历程， 所以统称这一过程为糖酵解。在Hans Krebs阐明了有 氧条件下，葡萄糖酵解生成的丙酮酸可经三羧酸循 环（tricarboxylic acid cycle，TCA） 继续氧化成CO2 和H2O，TCA循环也称为Krebs循环。 1931年Otto Warburg等发现了葡萄糖-6-磷酸脱氢 酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶以及这两种酶的辅酶 NADP+，从而发现了有氧条件下，糖的另一分解代 谢途径，即磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway）。