生物化学：第五章 当的分解与合成代谢
生物化学第五章糖代谢
生物化学第五章糖代谢第五章糖代谢一、糖类的生理功用：①氧化供能：糖类是人体最主要的供能物质，占全部供能物质供能量的70%；与供能有关的糖类主要是葡萄糖和糖原，前者为运输和供能形式，后者为贮存形式。
②作为结构成分：糖类可与脂类形成糖脂，或与蛋白质形成糖蛋白，糖脂和糖蛋白均可参与构成生物膜、神经组织等。
③作为核酸类化合物的成分：核糖和脱氧核糖参与构成核苷酸，DNA，RNA等。
④转变为其他物质：糖类可经代谢而转变为脂肪或氨基酸等化合物。
二、糖的无氧酵解：糖的无氧酵解是指葡萄糖在无氧条件下分解生成乳酸并释放出能量的过程。
其全部反应过程在胞液中进行，代谢的终产物为乳酸，一分子葡萄糖经无氧酵解可净生成两分子ATP。
糖的无氧酵解代谢过程可分为四个阶段：1. 活化（己糖磷酸酯的生成）：葡萄糖经磷酸化和异构反应生成1,6-双磷酸果糖(FBP)，即葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→6-磷酸果糖→1,6-双磷酸果糖（F-1,6-BP)。
这一阶段需消耗两分子ATP，己糖激酶（肝中为葡萄糖激酶）和6-磷酸果糖激酶-1是关键酶。
2. 裂解（磷酸丙糖的生成）：一分子F-1,6-BP裂解为两分子3-磷酸甘油醛，包括两步反应：F-1,6-BP→磷酸二羟丙酮+ 3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮→3-磷酸甘油醛。
3. 放能（丙酮酸的生成）：3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括五步反应：3-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。
此阶段有两次底物水平磷酸化的放能反应，共可生成2×2=4分子ATP。
丙酮酸激酶为关键酶。
4．还原（乳酸的生成）：利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使NADH重新氧化为NAD+。
即丙酮酸→乳酸。
三、糖无氧酵解的调节：主要是对三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶进行调节。
己糖激酶的变构抑制剂是G-6-P；肝中的葡萄糖激酶是调节肝细胞对葡萄糖吸收的主要因素，受长链脂酰CoA的反馈抑制；6-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解代谢途径流量的主要因素，受ATP和柠檬酸的变构抑制，AMP、ADP、1,6-双磷酸果糖和2,6-双磷酸果糖的变构激活；丙酮酸激酶受1,6-双磷酸果糖的变构激活，受ATP的变构抑制，肝中还受到丙氨酸的变构抑制。
生物化学 第五章 生物膜
(2) 嵌 入 蛋 白
这类蛋白被紧密连 在膜上，并且不易溶 于水。主要靠疏水作 用通过某些非极性氨 基酸残基与膜脂疏水 部分相结合。 只有用破坏膜结构 的试剂，如有机溶剂 （氯仿）、超声波、 或去污剂（TritonX100）、SDS才能把它 们从膜中提取出来。
1998,美国MacKinnan 实验室获得链霉菌 倒锥形跨膜K+通道的 晶体。
4个亚单位，每个亚单位 包括两段跨膜螺旋。
K+半径=0.133nm Na+半径=0.093nm
膜锚蛋白
内在蛋白的一 种特殊形式
有些膜内在蛋白本身并没有进入膜内，他们以共价键 与脂质、脂酰链或通过糖分子间接与脂质相结合并通过 他们的疏水部分插入到膜内，这种形式的内在蛋白称为 膜锚蛋白。
3. 糖类
影响膜脂流动性的因素
A.磷脂分子中脂肪酸链的长短及不饱和程度： 链越短,不饱和程度越高,流动性越大. B.胆固醇的含量：胆固醇对膜脂流动性有一定 的调控作用,
在相变温度以上，胆固醇的闭合环状结构干扰了 脂酰链的旋转异构化运动，因此降低膜的流动性， 在相变温度以下，阻止脂酰链的有序排列，降低 相变温度，保持膜的流动性。
鞘磷脂
H H O CH3 H3C-(CH2)12-C C- C- C- CH2-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3 H OH N-H OCH3 鞘氨醇 O C 胆碱鞘磷脂 R1
鞘氨醇作骨架 分子中有亲水的磷酸化的头部（胆碱或乙醇胺）和
疏水的两个碳氢链，其中一条来自鞘氨醇，另一条 来自脂肪酸。脂肪酸以酰胺键连在鞘氨醇上。
双半乳糖甘油二酯
③固 醇
又名甾醇，也是一类 重要的膜脂。 动物膜固醇主要是胆 固醇，植物主要有豆 固醇、谷固醇等，许 多真菌以麦角固醇为 主。
运动生理学---第五章-物质与能量代谢PPT课件
三大能源系统及供能特点
磷酸原系统 （ATP-CP）
乳酸系统
无氧代谢
无氧代谢
有氧系统 有氧代谢
十分迅速
迅速
慢
化学能源：CP
食物能源：糖原
食物能源：糖原、 脂肪、蛋白质
ATP生成很少 肌肉存贮量少 高功率、短时间
ATP生成有限 乳酸致肌肉疲劳
用于1.~3分钟
ATP生成较多
无致疲劳副产品
ห้องสมุดไป่ตู้
耐力运动
31
运动过程中能源物质的动员
氮平衡：一天食物中摄取蛋白质的含氮量与当 天排泄物中的含氮量平衡
正氮平衡：儿童、孕妇、病后恢复、运动锻炼 过程中，蛋白质摄取量大于排泄量
负氮平衡：衰老、饥饿、营养不良、消耗性疾 病时，蛋白质摄取量小于排泄量
.
23
蛋白质代谢
蛋白质
氨基酸 合成代谢
组成蛋白质
分解代谢
血浆蛋白
丙酮酸 ＋ NH3
尿素
性的需要； 水解复杂的食物成分，使之便与吸收； 通过分泌粘液、抗体和大量液体，保护消化
道粘膜。
.
10
营养物质在消化道内各部位的消化
口腔：主要是咀嚼和少量唾液淀粉酶消化糖 类，分解成麦芽糖；
胃：机械和化学消化，胃液含盐酸，呈酸性， Ph值在0.9-1.5，胃蛋白酶。食物在胃中的 排空速度，糖类>蛋白质>脂肪。
溶液（35-40%），服用量为40-50克 长时间运动中饮用低浓度饮料，每次15-20克 一般补充人工合成的低聚糖（2-10个G）
.
19
(二)脂肪代谢
脂肪在体内的作用 含能量最多，最重要的供能物质 构成细胞 贮存体内：能量储备，保护器官、减少摩擦、
生物化学的名词解释
19新陈代谢——指生物体内一些化学变化的总称，是生物体表现其生命活动的重要特征之一。
是由多种酶协同作用的化学反应网络。
从物质代谢来说，新陈代谢包括分解代谢和合成代谢。
分解代谢——生物大分子通过一系列的酶促反应步骤，转变为较小的、较简单的物质的过程。
合成代谢——生物体利用小分子或大分子的结构元件合成自身生物大分子的过程。
能量代谢——在生物体内，以物质代谢为基础，与物质代谢过程相伴随发生的，是蕴藏在化学物质中的能量转化，统称为能量代谢20机体内许多磷酸化合物，当其磷酰基水解时，释放出大量的自由能（一般水解时能释放出5kcal/mol以上的自由能）。
这类化合物称为高能磷酸化合物。
其释放高能量的化学键叫“高能键”，有符号“~”表示。
磷酸肌酸和磷酸精氨酸以高能磷酸基团的转移作为贮能物质统称为磷酸原21生物膜是构成细胞所有膜的总称，包括围在细胞质外围的质膜和细胞器的内膜系统。
被动运输 指物质从高浓度的一侧，通过膜运输到低浓度的一侧，物质顺浓度梯度的方向跨膜运输的过程。
不需要消耗代谢能的穿膜运输。
特点：物质的运送速率既依赖于膜两侧运送物质的浓度差；又与被运送物质的分予大小，电荷和在脂双层中的溶解性有关。
主动运输指物质逆浓度梯度的穿膜运输过程。
需消耗代谢能，并需专一性的载体蛋白。
特点：①专一性。
有的细胞膜能主动运输某些氨基酸，但不能运送葡萄糖。
有的则相反。
②运送速度可以达到“饱利“状态。
③方向性。
如细胞为了保持其内、外的K+、Na+的浓度梯度差以维持其正常的生理活动，细胞主动地向外运送Na+ ，而向内运送K+ 。
④选择性抑制。
各种物质的运送有其专一的抑制剂阻遏这种运送。
⑤需要提供能量。
如果一种物质的运输与另一种物质的运输相关而且方向相同，称为同向运输。
方向相反则称为反向运输，这二者又统称为协同运输。
Na+、K+-泵实际是分布在膜上的Na+、K+-ATP酶。
通过水解ATP提供的能量主动向外运输Na+，而向内运输K+ 。
生物化学讲义第五章糖代谢
第五章糖代谢【目的和要求】1、掌握糖分解代谢，糖酵解和有氧氧化的途径及催化所需的酶，特别是关键酶和主要的调节因素以及各通路的生理意义。
2、掌握肝糖原合成、分解及糖异生的途径及关键酶。
掌握磷酸戊糖途径的关键酶和生理意义。
掌握乳酸循环的过程及生理意义。
3．熟悉糖的主要生理功能，糖是生物体主要的供能物质, 血糖的概念，正常值以及血糖的来源、去路。
4．了解糖的吸收方式是通过主动转运过程，糖代谢异常。
【本章重难点】⒈糖酵解及有氧氧化的基本途径及关键酶⒉TAC、糖异生的生理意义⒊糖原合成分解的调节⒋血糖的调节⒌TAC循环、生理意义、调控⒍糖异生学习内容第一节概述第二节糖的无氧分解第三节糖的有氧氧化第四节磷酸戊糖途径第五节糖原的合成与分解第六节糖异生第七节血糖及其调节第一节概述糖的主要生理功能⑴是提供生命活动所需要的能量，据估计人体所需能量50%～70%左右是由糖氧化分解提供的。
⑵糖也是组成人体的重要成分，如核糖构成核苷酸及核酸成分；蛋白多糖构成软骨、结缔组织等的基质；糖脂是生物膜的构成成分等。
⑶体内还具有一些特殊生理功能的糖蛋白。
糖的消化和吸收食物中糖类主要为淀粉，口腔唾液腺及胰腺分泌有淀粉酶，仅能水解淀粉中的α-1,4糖苷键，产生分子大小不等的线形糖。
淀粉主要在小肠内受淀粉酶作用而消化。
在小肠黏膜细胞刷状缘上，含有α-葡萄糖苷酶，继续水解线形寡糖的α-1，4糖苷键，生成葡萄糖。
消化道吸收入体内的单糖主要是葡萄糖，葡萄糖经门静脉进入肝，部分再经肝静脉入体循环，运输到各组织，血液中的葡萄糖称为血糖，是糖在体内的运输形式。
糖的储存形式是糖原。
第二节糖的无氧分解糖的分解代谢是糖在体内氧化供能的重要过程。
糖氧化分解的途径主要有三条：①无氧酵解；②有氧氧化；③磷酸戊糖途径。
在供氧不足的情况下，葡萄糖或糖原的葡萄糖单位通过糖酵解途径分解为丙酮酸，进而还原为乳酸的过程称为糖的无氧分解，由于此过程与酵母菌使糖生醇发酵的过程基本相似，故又称为糖酵解（glycolysis）。
5第五章 代谢调控育种
⑷利用营养缺陷型回复突变株或条件突变株的方法， 解除终产物对关键酶的调节；
⑸应用遗传工程技术，创造理想微生物（即构建目 的工程菌株）。
此外，发酵条件如pH值、NH3的供应、溶氧水平、 营养浓度控制及表面活性剂的使用等也非常重要。
一. 切断支路代谢
1. 营养缺陷突变株的应用
营养缺陷型即菌株发生基因突变，合成途径中某一 步骤发生缺陷，丧失了合成某些物质的能力，必须在 培养基中添加该营养物质才能生长。
第五章 微生物 代谢控制育种
第一节 代谢控制育种的基础
代谢控制发酵理论的建立
代谢控制发酵理论最开始是应用于氨基酸高产菌株 的选育中；随后，核苷类物质发酵生产菌也以代谢控 制理论去选育，并奋起直追成为后起之秀。
随着研究的深入，代谢控制发酵理论的作用，已由 野生型菌株的发酵向高度人为控制的发酵转移，由依 赖于微生物分解代谢的发酵向依赖于生物合成代谢的 发酵，即向代谢产物大量积累的发酵转移。
一个菌株经过突变和回复突变后，某一结构基因 编码的酶会经历失活→恢复活性的过程，但酶的调节 部位的结构常常并没有恢复。所以经过此过程后，该 酶的反馈抑制被解除或削弱。因此可以利用营养缺陷 型的回复突变来获得解除反馈抑制从而提高产量的菌 株。
例如，先将金霉素生产菌绿链霉菌诱变成蛋氨酸 缺陷型，然后再回复突变成原养型，结果其中有85% 的回复突变株的金霉素产量提高了1.2~3.2倍。
通过选育某些营养缺陷型或结构类似物抗性突变株 以及克隆某些关键酶的基因，也可以使目的产物前体 的合成增加，从而有利于目的产物的大量积累。
1. 在分支合成途径中，切断控制共用酶的非目的终 产物的分支合成途径，增多目的产物的前体，使目的 产物的产量提高。
在谷氨酸棒状杆菌、北京棒状杆菌、黄色短杆菌、 大肠杆菌等微生物中，Lys、Thr、Met的合成关键酶是 天冬氨酸激酶，该酶受Lys、Thr的协同反馈抑制，即 天冬氨酸激酶在Lys或Thr单独存在时不受抑制，仅当 两者同时过量时才引起抑制作用。因此，在Thr限量培 养时，即使Lys过剩，也能进行由天冬氨酸生成天冬酰 磷酸的反应（即第一步反应）。
第五章 代谢调控
末端代谢产物阻遏在微生物代谢调节中有 着重要的作用，它保证了细胞内各种物质维持 适当的浓度。当微生物已合成了足量的产物， 或外界加入该物质后，就停止有关酶的合成。 而缺乏该物质时，又开始合成有关的酶。
2.2 分解代谢物对酶合成的阻遏
当细胞内同时存在两种可利用底 物(碳源或氮源)时，利用快的底物会阻 遏与利用慢的底物有关的酶合成。现 在知道，这种阻遏并不是由于快速利 用底物直接作用的结果，而是由这种 底物分解过程中产生的中间代谢物引 起的，所以称为分解代谢物阻遏。
培养基中加入精氨酸阻遏精氨酸合成酶系的合成
大肠杆菌的甲硫氨酸是由高丝氨酸经胱硫醚 和高半胱氨酸合成的，在仅含葡萄糖和无机盐 的培养基中，大肠杆菌细胞含有将高丝氨酸转 化为甲硫氨酸的三种酶，但当培养基中加入甲 硫氨酸时，这三种酶消失。
甲硫氨酸反馈阻遏大肠杆菌的蛋氨酸合成酶的合成 (R)：表示反馈阻遏
｛ • 酶活性
对酶活性的前馈 对酶活性的反馈
四. 次级代谢与次级代谢调节
次级代谢是相对于初级代谢而言的， 所谓初级代谢是一类普遍存在于生物中 的代谢类型，是与生物生存有关的，涉 及能量产生和能量消耗的代谢类型。初 级代谢产物如单糖、核苷酸、脂肪酸等 单体，以及由它们组成的各种大分于聚 合物，如蛋白质、核酸、多糖、脂类等。
调节酶的抑制剂通常是代谢终产物或其结构类 似物，作用是抑制酶的活性。效应物的作用是 可逆的，一旦效应物浓度降低，酶活性就会恢 复。调节酶常常是催化分支代谢途径一系列反 应中第一个反应的酶，这样就避免了不必要的 能量浪费。
综上，微生物代谢的调节方式包括以下几点：
｛ • 酶合成
酶合成的诱导 末端产物对酶合成的阻遏 分解代谢产物对酶合成的阻遏
第五章 代谢调控
《生物化学》-第五章 酶化学
—CH2—·O·：
H
底物中典 型的亲电 中心包括：
磷酰基
Cys-SH
—CH2—·S·：
H
脂酰基 糖基
His-咪唑基
—CH2—C=CH
HN N：
CH
（五）金属离子催化
金属离子作为酶的辅助因子起作用的方式：
1.与酶蛋白紧密结合稳定酶的天然构象，亲电催化 2.与酶结合较弱，作为激活剂存在。 3.通过价态的可逆变化，参与氧化还原反应。
其他成分的酶：
核酶（ribozyme） ：具有催化活性的天然RNA。 近年还有DNA分子具有催化活性报道。
酶的概念： 酶是生物催化剂。由活细胞产生的具有高效催化能力 和催化专一性的蛋白质、核酸或其复合体。
脲酶：专一性水解尿素。
第一个被分离提取的酶，并证明其化学本质为蛋白质。 抗体酶：是用化学反应的过渡态类似物作免疫原产生 的催化性抗体，是一种具有催化能力的蛋白质，其本 质上是免疫球蛋白。
（6）对于结合酶，辅酶、辅基往往参与酶活中心的 组成。
第二节 酶催化作用的机制
一、酶与底物的结合——中间复合物学说
该学说认为，在酶促反应中，酶（E）总是先和底 物（S）结合生成不稳定的中间复合物（ES），再 分解成产物（P），并释放出酶（E）。 ——中间复合物学说能较好的解释酶为什么能降 低反应的活化能。
实际上，底物与酶结合是一种相互作用的过程， 底物可诱导蛋白质构象改变，蛋白质必需基团也可使 底物敏感键发生变化，更好“契合” 。 3.“三点附着”模型：该模型认为底物与酶活中心的 结合有三个结合位点，只有当这三个位点都匹配的时 候，酶才会催化相应的反应。
二、酶作用高效率机制
（一）底物与酶的邻近、定向效应
1）绝对专一性
《生物化学教学》第五章 生物氧化
例如，哺乳动物细胞内的泛醌中有10个 异戊二烯单位，故该泛醌又被叫做CoQ10。 至于其它细胞，则或为6个，或为8个。
整理课件
CoQ能可逆地还原为氢醌，据此而传 递质子和电子。
CoQ在线粒体内膜上未与蛋白质结合 ，又具脂溶性，故可在膜脂中自由泳动。
它不仅是呼吸链中的传递体，而且可以 在膜的内外两侧之间同时传递质子和电子 。
整理课件
NADH泛醌还原酶
简写为NADHQ还原酶, 即复合物I， 它的作用是催化NADH的氧化脱氢以及 Q的还原。所以它既是一种脱氢酶，也是 一种还原酶。 NADHQ还原酶最少含有16
个多肽亚基。它的活性部分含有辅基FMN和 铁硫蛋白。
FMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质 子，形成还原型FMNH2。还原型FMNH2可以 进一步将电子转移给Q。
２. 电子传递抑制剂
能在某一部位阻断呼吸链中电子传递的物质 即是电子传递抑制剂。
NADH → FMN→ FeS →CoQ → Cytb→ FeS→ Cytc1
I
II
→ Cytc → Cytaa3 →O2 III
例如，位点I处的鱼藤酮、安密妥； 位点II处的抗霉素A； 位点III处的氰化物、CO等．
QH2-cyt. c 还原酶 QH2 + 2 Cyt. c (Fe3+) ==== Q + 2 Cyt. c (Fe2+) + 2H+
QH2-Cyt. c还原酶由9个多肽亚基组成。活性 部分主要包括细胞色素b 和c1，以及铁硫蛋白（ 2Fe-2S）。
整理课件
线粒体呼吸链
整理课件
整理课件
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一般以NADH 呼吸链为最多，存在最为广泛 。
生物化学简明教程 第五章—糖代谢
糖类代谢
三羧酸循环 草酰 乙酸 苹果 酸 NADH
定义：在有氧条件下，酵解产物丙酮 酸被氧化分解成CO 2 和H 2 O,并以ATP形 式贮备大量能量的代谢系统。
乙酰CoA 加入2C 柠檬 酸
丙酮酸
异柠 檬酸 NADH 草酰 琥珀酸 CO2 NADH
延胡 索酸 FADH2 琥珀 酸 1ATP 琥珀酰
GTP 琥珀酸
-酮戊二酸脱氢酶系
α- 酮戊二酸
琥珀酰CoA GDP Succinyl-CoA Pi
NADH CO2
TCA循环特点：
（1）进行部位：线粒体 （2）关键酶：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶复合体
（3）三羧酸循环：
4次脱氢（其中三次以NAD+为受氢体,一次以FAD为受氢体） 2次脱羧
----已糖激酶
Hexokinase Glucose
or葡萄糖激酶(肝） Glucose 6-phosphate 反应不可逆
-G6P
已糖激酶以六碳糖为底物，专一性不强，可催化一切己糖转变为已糖磷酸 葡萄糖激酶只作用于葡萄糖,仅存在于肝脏
已糖激酶需为Mg2+或其他二价金属如Mn2+所活化
（2）6－磷酸葡萄糖转化成6－磷酸果糖(Fructose-F6P)
Fructose 6-phosphate
Phospho-fructokinase Enolase
-2PG
-PEP FBP
----Pyruvate kinase ----Pyruvate
4、特点： （1）反应部位：胞液 （2）关键酶：己糖激酶,6-磷酸果糖激酶,丙酮酸激酶 （3）能量的净生成：2ATP，同时生成2NADH
α-酮 戊二酸
CoA
生物化学第五节 糖原的合成与分解
小节练习第五节糖原的合成与分解2015-07-07 71699 0摄入的糖类除分解供能外，大部分转变成脂肪（甘油三酯）储存于脂肪组织内，还有一小部分合成糖原。
糖原( glycogen)是葡萄糖的多聚体，是体内糖的储存形式。
葡萄糖单位主要以α-1，4-糖苷键连接，分支处为α-1，6-糖苷键。
糖原分子呈树枝状，中心分支多，外区分支较少。
糖原的合成具有重要意义，当机体需要葡萄糖时它可以被迅速动用，而脂肪则不能。
肝和骨骼肌是储存糖原的主要组织器官，但肝糖原和肌糖原的生理意义不同。
肝糖原是血糖的重要来源，这对于某些依赖葡萄糖供能的组织（如脑、红细胞等）尤为重要。
而肌糖原主要为肌收缩提供急需的能量。
一、糖原合成是由葡萄糖连接成多聚体糖原合成( glycogenesis)是指由葡萄糖生成糖原的过程，主要发生在肝和骨骼肌。
糖原合成时，葡萄糖先活化，再连接形成直链和支链（图6-11）。
图6-11 糖原的合成与分解(a)磷酸葡萄糖变位酶；(b)UDPG焦磷酸化酶；(c)糖原合酶和分支酶；(d)糖原磷酸化酶和脱支酶（一）葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖糖原合成起始于糖酵解的中间产物葡糖-6-磷酸。
首先，葡糖-6-磷酸变构生成葡糖-1-磷酸。
后者再与尿苷三磷酸( UTP)反应生成尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)和焦磷酸，此反应可逆，由UDPG焦磷酸化酶（UDPG pyrophosphorylase）催化。
由于焦磷酸在体内迅速被焦磷酸酶水解，使反应向糖原合成方向进行。
体内许多合成代谢反应都伴有副产物焦磷酸生成，因此焦磷酸水解有利于合成代谢的进行。
UDPG可看作“活性葡萄糖”，是体内的葡萄糖供体。
（二）尿苷二磷酸葡萄糖连接形成直链和支链UDPG的葡萄糖基不能直接与游离葡萄糖连接，而只能与糖原引物相连。
糖原引物是指细胞内原有的较小的糖原分子，这些寡糖链的合成依赖一种糖原蛋白( glycogenin)作为葡萄糖基的受体。
糖原蛋白是一种自身糖基化酶，将UDPG分子的葡萄糖基连接到自身的酪氨酸残基上，这种糖基化的糖原蛋白可作为糖原合成的引物。
生物化学2012-05-12 糖原代谢
三、糖原代谢的调节
1、糖原合成与分解的关键酶是糖原磷酸化酶和糖原合成酶 ，两者均存在磷酸化和去磷酸化两种形式，受共价修饰
和别构效应的协同调节。
2、当两种酶磷酸化时，磷酸化的糖原磷酸化酶a活性高，磷 酸化的糖原合酶b活性低，糖原分解增强、合成下降。 当两种酶去磷酸化时，去磷酸化的糖原磷酸化酶b活性 低，去磷酸化的糖原合成酶a活性高，糖原合成加强、 分解下降。（进行共价修饰）
3、糖原磷酸化酶a和b均有活化的R和钝化的T别构状态，a
偏向R型，b偏向T型。（别构抑制）*
2 -
OH -D-Glucose-6-phosphate
-D-Glucose-1-phosphate
二、糖原的合成
1、糖原的合成需要3种酶：UDPG焦磷酸化酶、糖原合酶和糖原分支酶。 2、食物降解的Glc或糖异生的Glc经血液循环进入靶细胞生成Glc-6-P， 再转变为Glc-1-P。UDPG焦磷酸化酶催化Glc-1-P生成UDP-Glc。
H OH
3、糖原合酶将UDPG上Glc残基加到至少具有4个以α-1,4-糖
苷键相连的Glc残基链的非还原端形成α-1,4-糖苷键相连 的延长链。
当从头合成时，糖原合酶在引物生糖原蛋白自我催化形成的大约8个 以上α-1,4-糖苷键相连的Glc残基链上延长糖链，和生糖原蛋白 相连的第一个Glc是以共价键连在生糖原蛋白的Tyr的-OH上
糖 原 合 酶 b去 磷 酸 化
磷蛋白磷酸酶激活
磷酸化酶激酶去磷酸化失活 糖 原 合 酶 a激 活 糖 原 合 酶 b形 成 抑 制 糖原合成加强
生物化学 王镜岩 第五章 糖代谢
第五章糖代谢一、知识要点（一）糖酵解途径：糖酵解途径中，葡萄糖在一系列酶的催化下，经10步反应降解为2分子丙酮酸，同时产生2分子NADH+H+和2分子ATP。
主要步骤为（1）葡萄糖磷酸化形成二磷酸果糖；（2）二磷酸果糖分解成为磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮，二者可以互变；（3）磷酸甘油醛脱去2H及磷酸变成丙酮酸，脱去的2H被NAD+所接受，形成NADH+H+。
（二）丙酮酸的去路：（1）有氧条件下，丙酮酸进入线粒体氧化脱羧转变为乙酰辅酶A，同时产生1分子NADH+H+。
乙酰辅酶A进入三羧酸循环，最后氧化为CO2和H2O。
（2）在厌氧条件下，可生成乳酸和乙醇。
同时NAD+得到再生，使酵解过程持续进行。
（三）三羧酸循环：在线粒体基质中，丙酮酸氧化脱羧生成的乙酰辅酶A，再与草酰乙酸缩合成柠檬酸，进入三羧酸循环。
柠檬酸经脱水加水转变成异柠檬酸，异柠檬酸经连续两次脱羧和脱羧生成琥珀酰CoA；琥珀酰CoA发生底物水平磷酸化产生1分子GTP和琥珀酸；琥珀酸再脱氢，加水及再脱氢作用依次变成延胡索酸，苹果酸及循环开始的草酰乙酸。
三羧酸循环每循环一次放出2分子CO2，产生3分子NADH+H+，和一分子FADH2。
（四）磷酸戊糖途径：在胞质中，在磷酸戊糖途径中磷酸葡萄糖经氧化阶段和非氧化阶段被氧化分解为CO2，同时产生NADPH + H+。
其主要过程是G-6-P脱氧生成6-磷酸葡萄糖酸，再脱氢，脱羧生成核酮糖-5-磷酸。
6分子核酮糖-5-磷酸经转酮反应和转醛反应生成5分子6-磷酸葡萄糖。
中间产物甘油醛-3-磷酸，果糖-6-磷酸与糖酵解相衔接；核糖-5-磷酸是合成核酸的原料，4-磷酸赤藓糖参与芳香族氨基酸的合成；NADPH+H+提供各种合成代谢所需要的还原力。
（五）糖异生作用：非糖物质如丙酮酸，草酰乙酸和乳酸等在一系列酶的作用下合成糖的过程，称为糖异生作用。
糖异生作用不是糖酵解的逆反应，因为要克服糖酵解的三个不可逆反应，且反应过程是在线粒体和细胞液中进行的。
生物化学电子教案
第五章糖代谢从本章开始将讨论物质代谢，即糖、脂、蛋白质和核酸在体内的代谢变化规律。
这种代谢包括物质的分解代谢、合成代谢和能量代谢等，糖类的分解代谢是研究最早了解清楚的，同时糖代谢的最后途径-三羧酸循环亦为其他物质分解代谢所共有。
掌握糖代谢的主要途径：糖酵解、有氧氧化、糖原合成与分解、糖异生的反应过程及生理意义；熟悉血糖的来源、去路及调节，熟悉磷酸戊糖途径的生理意义。
一．糖类的消化吸收淀粉主要消化部位是小肠。
淀粉在消化道中经淀粉酶、a-葡萄糖苷酶等作用而成为葡萄糖，后者经门静脉吸收入体内。
二．葡萄糖的分解代谢糖在体内的主要分解途径包括糖酵解、糖的有氧氧化和磷酸戊糖途径。
（一）糖酵解1. 定义：糖的无氧分解是指葡萄糖或糖原在无氧条件下，分解成乳糖的过程。
因其反应过程与酵母的生酵发酵相似，故又称糖酵解。
2. 反应部位：在细胞浆内进行，因酵解过程中所有的酶均存于胞浆。
3. 反应过程：为便于理解，可分四个阶段：第一阶段：葡萄糖酸酯的生成特点：是G活化的过程，需消耗能量，从G→FDP，要消耗二分子ATP：从糖原→FDP，消耗一分子A TP。
有二步不可逆反应，分别由关键酶已糖激酶和磷酸果糖激酶-1(主要限速酶)催化。
己糖磷酸酯不易透出细胞，有利于糖的作用。
第二阶段：FDP裂解成二分子3 -磷酸甘油醛1.3-二磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮是同分异构体，可互变。
第三阶段：生成丙酮酸，产生ATP特点：此阶段中生成的1.3-二磷酸甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸分子中均含有一个高能磷酸键，这种高能磷酸基可转移到ADP分子上形成A TP，这种直接将作用物分子中高能磷酸基转移给ADP使其磷酸化为ATP的过程称作用水平磷酸化。
一分子G变2分子丙酮酸时可生成4分子ATP。
丙酮酸激酶催化的反应是糖酵解过程中第三个不可逆反应，是第三个关键酶。
第四阶段：丙酮酸还原成乳酸丙酮酸在无氧时加氢还原成乳酸，其中的NADH由3-磷酸甘油醛脱氢而来。
4. 肌肉及红细胞糖酵解（1）肌肉：运动初(2-3分钟)所需能量来于磷酸肌酸和糖酵解。
大学生物化学课件第五章 脂类代谢
4.脂酸氧化的能量生成
软脂酸（C16），进行７次β-氧化，生成：
７分子FADH２
７×1.5 ATP
７分子NADH＋Ｈ＋ ７×2.5 ATP
８分子乙酰CoA ８×10 ATP
共生成 108ATP－活化消耗２ATP
净生成 106 ATP
奇数碳原子脂酸的氧化
（三）酮体生成与利用
酮体 ketone body：概念: 脂肪酸在肝内氧化分解生成的中 间代谢产物， 包括： 乙酰乙酸（acetoacetate）
原料在线粒体内生成，合成脂酸在胞质，需要将乙 酰CoA运至胞质
柠檬酸-丙酮酸循环
3. 脂酸反应过程
（1）丙二酰CoA合成： 关键酶
乙酰CoA羧化酶
乙酰CoA
丙二酰CoA
生物素
（2） 脂酸合成
脂酸合成酶系
乙酰CoA＋7×丙二酰CoA
长链脂酸 ( 软脂酸 )
总的过程以软脂酸为例：
由1分子乙酰CoA和7分子丙二酰CoA缩合而成。 每次延长两个碳原子，连续 7 次重复加成。
2. 脂肪组织
① 利用食物脂肪（CM）或VLDL中脂酸合成脂肪 ② 主要以葡萄糖为原料合成脂肪。
脂肪细胞可大量储存脂肪，为机体合成、储存脂 肪的“仓库”。
小肠粘膜： • 利用脂肪消化产物合成TG，以CM形式运输。
TG，PL，ch，apoB48，C，AⅠ, A Ⅳ 等 → CM
（二）合成原料 1. 食物脂肪：（甘油 , 脂酸 ） 2. 葡萄糖
(三) 合成过程： 甘油三酯合成有甘油一酯和甘油二酯两条途径
1.脂酸活化－脂酰CoA生成
脂酰CoA合成酶
脂酸＋CoA-HS
脂酰～CoA ＋PPi
ＡＴＰ Mg2+ ＡＭＰ
生化第五章_生物化学糖与糖代谢知识总结
糖与糖代谢糖类单糖二羟丙酮没有手性缩醛和缩酮反应酮糖和醛糖的互变所有的单糖都是还原性的呈色反应Molish反应糖类与非糖类Seliwanoff反应酮糖和醛糖间苯三酚反应戊糖和其他单糖寡糖多糖贮能多糖淀粉、糖原和右旋糖酐结构多糖纤维素、几丁质和肽聚糖糖酵解概述全部反应葡萄糖的磷酸化不可逆磷酸葡糖的异构化6-磷酸葡糖-转变成6-磷酸果糖磷酸果糖的磷酸化糖酵解的限速步骤、不可逆1,6-二磷酸果糖的裂解由醛缩酶催化磷酸丙糖的异构化反应机制涉及烯二醇中间体产生4 ATP3-磷酸甘油醛的脱氢整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原第一步底物水平的磷酸化从高能磷酸化合物合成ATP磷酸甘油酸的变位磷酸基团从 C-3转移到C-2PEP的形成甘油酸-2-磷酸转变成 PEP、由烯醇化酶催化第二步底物水平的磷酸化PEP转化成丙酮酸，同时产生 ATP、不可逆、产生两个ATPNADH和丙酮酸的去向有氧状态NADH的命运：NADH在呼吸链被彻底氧化成H2O并 产生更多的ATP。
丙酮酸的命运：丙酮酸经过线粒体内膜上丙酮酸运输 体与质子一起进入线粒体基质，被基质内的丙酮酸脱 氢酶系氧化成乙酰-Co A缺氧状态或无氧状态乳酸发酵酒精发酵生理意义糖酵解的调节磷酸戊糖途径概述全部反应氧化相非氧化相功能调节糖异生概述糖异生的底物(动物)丙酮酸, 乳酸, 甘油, 生糖氨基酸，所有TCA循 环的中间物偶数脂肪酸不行因为偶数脂肪酸氧化只能产生乙酰CoA，而乙 酰CoA不能提供葡萄糖的净合成（奇数脂肪酸 可以）糖异生涉及的反应丙酮酸的羧化丙酮酸羧化酶催化，需要生物素(VB7)PEP的形成消耗GTP1,6 -二磷酸酶果糖的水解将 F-1,6-P水解成F-6-P6-磷酸葡糖的水解催化6-磷酸葡糖水解成葡萄糖生理功能植物和某些微生物使用乙酸作为糖异生的前体，使得 它们能以乙酸作为唯一碳源调节糖异生调节与糖酵解调节是高度协调的糖原代谢糖原的分解糖原磷酸化酶、糖原脱支酶、磷酸葡糖异构酶脱支酶具有1,4→1,4-葡萄糖糖基转移酶活性糖原合成糖原代谢的调节三羧酸循环概述全部反应柠檬酸的合成不可逆反应，由柠檬酸合酶催化柠檬酸的异构化柠檬酸异构化成异柠檬酸异柠檬酸的脱氢异柠檬酸氧化脱羧产生α-酮戊二酸、不可逆α-酮戊二酸的氧化脱羧第二次氧化脱羧反应（不可逆）底物水平的磷酸化TCA循环唯一的一步底物水平磷酸化反应琥珀酸的脱氢产生FADH2富马酸的形成双键的水合草酰乙酸的再生依赖于NAD+-的氧化还原反应、第四次氧化还原反应、苹果酸脱氢酶TCA 循环总结TCA循环的功能乙醛酸循环三羧酸循环的调控。
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第五章糖类的分解与合成代谢
（一）双糖和多糖的降解
1．淀粉和纤维素分解有两条途径：
水解→产生葡萄糖；磷酸解→产生磷酸葡萄糖
2.参与淀粉水解的酶主要有三种：淀粉酶、脱支酶、麦芽糖酶，淀粉酶是指参与淀粉a-1,4-糖苷键水解的酶，有a-淀粉酶和b-淀粉酶两种。
3.a-淀粉酶：（a-1,4-葡聚糖水解酶）可水解任何部位的a-1,4-糖苷键，所以又称为内切淀粉酶。
只有酶蛋白与Ca2+结合才表现出活性。
4.脱支酶：水解a-1,6-糖苷键,只能水解支链。
5.淀粉的磷酸解，其中，淀粉磷酸化酶又叫P-酶。
淀粉的磷酸解与水解相比，其优越性有：耗能少；产物不易扩散到胞外,而水解产物葡萄糖会因扩散而流失
6.由蔗糖合酶催化：蔗糖＋NDP→NDPG ＋果糖
UDPG和ADPG是葡萄糖的活化形式，在合成寡糖和多糖时作为葡萄糖基的供体。
这比将蔗糖水解要经济，因为从水解产物葡萄糖合成NDPG需要消耗能量。
（二）糖酵解（EMP）
1.糖酵解途径又称 EMP途径：指葡萄糖通过一系列步骤降解成三碳化合物（丙酮酸）并伴随着ATP生成的过程。
2.EMP的两个阶段
第一阶段——五步反应——磷酸丙糖生成阶段——耗能阶段；
第二阶段——五步反应——丙酮酸生成阶段——产能阶段。
第一步：葡萄糖——己糖激酶，镁离子——6-磷酸葡萄糖，己糖激酶是关键酶，磷酸化
第二步：6-磷酸葡萄糖——磷酸葡萄糖异构酶—6-磷酸果糖
第三步：6-磷酸果糖——磷酸果糖激酶——1，6-二磷酸果糖，磷酸化，关键酶（变构酶）第四步：1，6-二磷酸果糖—醛缩酶—磷酸二羟丙酮，3-磷酸甘油醛
第五步：磷酸二羟丙酮——磷酸丙糖异构酶—3-磷酸甘油醛
第六步：3-磷酸甘油醛—3-磷酸甘油醛脱氢酶—1，3-二磷酸甘油酸
第七步：1，3-二磷酸甘油酸—磷酸甘油酸激酶—3-磷酸甘油酸，底物磷酸化
第八步：3-磷酸甘油酸—磷酸甘油酸变位酶—2-磷酸甘油酸
第九步：2-磷酸甘油酸—烯醇化酶—磷酸烯醇式丙酮酸
第十步：磷酸烯醇式丙酮酸—丙酮酸激酶—丙酮酸，底物磷酸化
两次磷酸化，-2ATP;两次水平底物磷酸化：+4ATP；总计：+2ATP
（三）丙酮酸去路
1.丙酮酸的去路：在无氧或相对缺氧时——发酵，有两种发酵：酒精发酵、乳酸发酵；酒精发酵：由葡萄糖→乙醇的过程。
2.在无氧或相对缺氧时——酒精发酵
葡萄糖+2ADP+2Pi——2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O
3.在无氧或相对缺氧时——乳酸发酵
葡萄糖+2ADP+2Pi——2乳酸+2ATP+2H2O
4.在有氧条件下——丙酮酸有氧氧化丙酮酸被彻底氧化成CO2。
丙酮酸+NAD+——丙酮酸脱氢酶系——乙酰辅酶A+NADH+H+
丙酮酸脱氢酶系：TPP（焦磷酸硫胺素）、CoASH、FAD、NAD+、Mg2+和硫辛酸
2NAD+→2NADH ，+5ATP
（四）三羧酸循环（TCA）
1．三羧酸循环：又叫做TCA循环，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸，它含有三个羧基，
故此得名。
又称柠檬酸循环
2.TCA过程：
第一步：乙酰CoA与草酰乙酸¬——柠檬酸合酶——柠檬酸；关键酶
第二步：柠檬酸——顺乌头酸酶——异柠檬酸；
第三步：异柠檬酸——异柠檬酸脱氢酶——a-酮戊二酸；关键酶，限速酶，2NADH ，+5ATP 第四步：a-酮戊二酸——a-酮戊二酸脱氢酶复合体（TPP、CoA、FAD、NAD+、Mg2+和氧化型6,8-二硫辛酸）——琥珀酰CoA；调控点，2NADH ，+5ATP
第五步：琥珀酰CoA——琥珀酰硫激酶——琥珀酸；2GTP，+2ATP
第六步：琥珀酸——琥珀酸脱氢酶——延胡索酸；2FADH2，+3ATP
第七步：延胡索酸——延胡索酸酶——L-苹果酸；
第八步：L-苹果酸——苹果酸脱氢酶——草酰乙酸。
2NAD，+5ATP
总计：+20ATP
3. TCA循环的生物学意义：为生物体提供能量，是体内主要产生ATP的途径；循环中的中间物为生物合成提供原料；如草酰乙酸、a-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉；糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽。
4．产物NADH和FADH2的去路:由TCA循环产生的NADH和FADH2必须经呼吸链将电子交给O2，才能回复成氧化态，再去接受TCA循环脱下的氢。
TCA循环需要在有氧的条件下进行。
否则NADH和FADH2携带的H无法交给氧，即呼吸链氧化磷酸化无法进行，NAD+及FAD不能被再生，使TCA循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进行。
5.草酰乙酸的回补：丙酮酸生成草酰乙酸；磷酸烯醇式丙酮酸生成草酰乙酸；苹果酸酶催化丙酮酸羧化生成苹果酸；天冬氨酸与a-酮戊二酸生成草酰乙酸
（五）磷酸戊糖途径（PPP）
1.磷酸戊糖途径:又叫做PPP，该途径又叫做磷酸葡萄糖酸途径 (HMP)，该途径又称磷酸己糖支路(HMS) ，是由于从磷酸己糖开始该途径与EMP途径分支，HMP定位于细胞质，和EMP 等途径相通。
2.糖的脱氢、脱羧：6-磷酸葡萄糖→5-磷酸核酮糖
糖的相互转化：6个5-磷酸核酮糖→5个6-磷酸葡萄糖
3. HMP途径的生物学意义：产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力，NADPH 作为主要供氢体，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成、氨的同化等反应所必需；途径中的中间物为许多化合物的合成提供原料，可以产生各种磷酸单糖。
（六）糖异生作用
1糖的异生作用：由非糖有机物(如乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸)转变成葡萄糖的过程2．糖异生途径
⑴丙酮酸——丙酮酸羧化酶——草酰乙酸——PEP羧激酶——磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
⑵1，6-二磷酸果糖——果糖1，6-二磷酸酶——6-磷酸果糖
⑶6-磷酸葡萄糖——葡萄糖-6-磷酸酶——葡萄糖
3．糖异生的生理意义：糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖途径，红细胞和脑以葡萄糖为主要燃料。
哺乳动物的糖异生作用在肝脏中进行，高等植物主要发生在油料种子萌发时脂肪酸氧化产物和甘油向糖的转变；饥饿和剧烈运动造成糖原下降，糖异生使酵解产生的乳酸，脂肪分解产生的甘油，以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖，从而维持血糖浓度，满足组织对糖的需要。
4糖酵解和糖异生的互补调节：高水平的ATP、NADH变构抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶，而变构激活二磷酸果糖酯酶；Pi、AMP、ADP变构激活磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶，而变构抑制二磷酸果糖酯酶；ATP/ADP比值高时EMP途径关闭、糖异生打开； ATP/ADP比值低时，
EMP途径打开，糖异生活性降低；柠檬酸起类似作用；
（七）糖核苷酸的作用
1．磷酸蔗糖合酶：在蔗糖的合成中，葡萄糖基的供体是UDPG(尿苷二磷酸葡萄糖)，而果糖的供体是F-6-P(6-磷酸果糖)，两者首先结合形成磷酸蔗糖，后者再水解成蔗糖。
2．磷酸蔗糖合酶G1P + UTP + H2O → UDPG + 2Pi（UDPG焦磷酸化酶，焦磷酸酶）该反应的自由能变化很小，反应是可逆的。
但由于细胞内的焦磷酸酯酶能及时将焦磷酸水解成2分子磷酸，从而使反应向生成UDPG的方向进行。