知识要点 第八单元 糖代谢

第八单元糖代谢

分解代谢：酵解（共同途径）、三羧酸循环（最后氧化途径）、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用。可转化成多种中间产物，这些中间产物可进一步转化成氨基酸、脂肪酸、核苷酸。糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质：NAD、FAD、DNA、RNA 、ATP。分解代谢和合成代谢，受神经、激素、别构物调节控制。

一、糖酵解

（一）酵解与发酵

1.酵解（glycolysis，在细胞质中进行）

酵解酶系统将Glc降解成丙酮酸，并生成ATP的过程。它是动物、植物、微生物细胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径。在好氧有机体中，丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环被彻底氧化成CO2和H2O，产生的NADH经呼吸链氧化而产生ATP和水，所以酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。若供氧不足，NADH 把丙酮酸还原成乳酸（乳酸发酵）。

2.发酵（fermentation）

厌氧有机体（酵母和其它微生物）把酵解产生的NADH上的氢，传递给丙酮酸，生成乳酸，则称乳酸发酵。若NAPH中的氢传递给丙酮酸脱羧生成的乙醛，生成乙醇，此过程是酒精发酵。有些动物细胞即使在有O2时，也会产生乳酸，如成熟的红细胞（不含线粒体）、视网膜。

（二）糖酵解过程（Embden-Meyerhof Pathway，EMP）

（1）葡萄糖磷酸化形成G-6-P

此反应基本不可逆，调节位点。△G0= - 4.0Kcal/mol使Glc活化，并以G-6-P 形式将Glc限制在细胞内。催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。

已糖激酶：专一性不强，可催化Glc、Fru、Man（甘露糖）磷酸化。己糖激酶是酵解途径中第一个调节酶，被产物G-6-P强烈地别构抑制。

葡萄糖激酶：对Glc有专一活性，存在于肝脏中，不被G-6-P抑制。Glc激酶是一个诱导酶，由胰岛素促使合成，

肌肉细胞中已糖激酶对Glc的Km为0.1mmol/L，而肝中Glc激酶对Glc的Km为10mmol/L，因此，平时细胞内Glc浓度为5mmol/L时，已糖激酶催化的酶促反应已经达最大速度，而肝中Glc激酶并不活跃。进食后，肝中Glc浓度增高，此时Glc激酶将Glc转化成G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞中。

（2）G-6-P异构化为F-6-P

由于此反应的标准自由能变化很小，反应可逆，反应方向由底物与产物的含量水平控制。此反应由磷酸Glc异构酶催化，将葡萄糖的羰基C由C1移至C2，为C1位磷酸化作准备，同时保证C2上有羰基存在，这对分子的β断裂，形成三碳物是必需的。

（3）F-6-P磷酸化，生成F-1.6-P

此反应在体内不可逆，调节位点，由磷酸果糖激酶催化。磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的第二个调节酶。

（4）F-1.6-P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）

该反应在热力学上不利，但是，由于具有非常大的△G0负值的F-1.6-2P的形成及后续甘油醛-3-磷酸氧化的放能性质，促使反应正向进行。同时在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行。

（5）磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成3-磷酸甘油醛

由磷酸丙糖异构酶催化。已糖转化成3-磷酸甘油醛后，C原子编号变化：F-1.6-P的C1-P、C6-P都变成了3-磷酸甘油醛的C3-P。

（6）3-磷酸甘油醛氧化成1.3—二磷酸甘油酸

由磷酸甘油醛脱氢酶催化。此反应既是氧化反应，又是磷酸化反应，氧化反应的能量驱动磷酸化反应的进行。碘乙酸可与酶的-SH结合，抑制此酶活性，砷酸能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸化作用解偶连（生成3-磷酸甘油酸）。

（7）1．3-二磷酸甘油酸转化成3-磷酸甘油酸和ATP

由磷酸甘油酸激酶催化，是酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解中第一次产生ATP的反应。一分子Glc产生二分子三碳糖，共产生2ATP。

（8）3-磷酸甘油酸转化成2-磷酸甘油酸

磷酸甘油酸变位酶催化，磷酰基从C3移至C2。

（9）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸

2-磷酸甘油酸中磷脂键是一个低能键（△G= -17.6Kj /mol）而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇键是高能键（△G= -62.1Kj /mol），因此，这一步反应显著提高了磷酰基的转移势能。

（10）磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。

不可逆，调节位点。由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是酵解途径的第三个调节酶，这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化反应，磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP，生成ATP和丙酮酸。

（11）EMP总反应式

1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ →2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O （三）糖酵解的能量变化

无氧情况下，净产生2ATP（2分子NADH将2分子丙酮酸还原成乳酸）。（四）糖酵解中酶的反应类型

氧化还原酶（1种）：3—磷酸甘油醛脱氢酶；转移酶（4种）：己糖激酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶；裂合酶（1种）：醛缩酶；异构酶（4种）：磷酸Glc异构酶、磷酸丙糖异构酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶。（五）糖酵解的调节

1.已糖激酶调节

别构抑制剂（负效应调节物）：G-6-P和ATP；别构激活剂（正效应调节物）：ADP。

2.磷酸果糖激酶调节（关键限速步骤）

抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和H+，激活剂：AMP、F-2.6-2P；ATP细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。H+可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒。

3.丙酮酸激酶调节

抑制剂：乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala、ATP；激活剂：F-1.6-P。

（六）丙酮酸的去路

1.进入三羧酸循环

2.生成乳酸

在厌氧酵解时（乳酸菌、剧烈运动的肌肉），丙酮酸接受了3-磷酸甘油醛脱氢酶生成的NADH上的氢，在乳酸脱氢酶催化下，生成乳酸。

总反应：Glc + 2ADP + 2Pi →2乳酸+ 2ATP + 2H2O