4-1 糖代谢

• 本章提要： 本章主要内容是生物体内糖类的分 解途径、合成途径、生物氧化途径及其 调节和控制；以及多种糖代谢紊乱的机 理。
第四章 糖代谢(Metabolism of carbohydrate)
第一节 糖的消化、吸收和转运 第二节 糖酵解(glycolysis) 第三节 三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle, TCA cycle) 第四节 生物氧化 第五节 磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路） (hexosephosphate shunt) 第六节 糖的异生(gluconeogenesis) 第七节 糖原合成与分解 第八节 结构多糖组分的生物合成 第九节 糖代谢的调节 第十节 糖代谢的紊乱： 糖尿病(diabetes mellitus)
三 无氧条件下丙酮酸的去路
发酵——丙酮酸转化为乳酸、乙醇
乳酸发酵：乳酸菌将NADH的氢用来还原丙酮酸 使之形成乳酸的过程。 单纯乳酸发酵 (homolatic fermentation) ：供氧不足 时，动物细胞与乳酸菌类似，丙酮酸产生的速度 大于它能被三羧酸循环氧化的速度，丙酮酸被还 原成乳酸。
3-磷酸甘 油酸激酶
3-磷酸甘油酸
2, 3-BPG
2, 3-BPG 磷酸酶
乳酸
2,3-BPG 旁 路
9. 2 - P-甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸：
O O烯醇化酶 （enolase）
O
C H-C-OPO32CH2OH
（2-PG）
OC C-OPO32H-C-H
（ phosphoenolpyruvate, PEP）
GAP
FBP
DHAP
反应机制: 羟醛缩合反应(aldol condensation)
课后复习
碳-碳键的形成与断裂反应： 羟醛缩合反应(aldol condensation)
Lys His Cys Cys Cys
亚胺阳离子或 质子化的西佛碱
酶促酸碱催化机制 共价催化机制, 烯胺中间体
His
Cys
His
• 2，3－二磷酸甘油酸（2，3－BPG）支路
1,3-二磷酸甘油酸变位酶 H 20 Pi+H+
1,3-BPG
2,3-BPG
3-PG
2,3-二磷酸甘油酸磷酸酶
3-PG
mutase)
2,3-BPG是二磷酸甘油酸变位酶（phosphoglycerate 的强竞争性抑制剂
葡萄糖
二磷酸甘油酸变位酶
1, 3-BPG 15-50%
第一节 糖的消化、吸收和转运
一 糖的消化(digestion) ：从口腔开始。 食物
口腔：糖 + 唾液淀粉酶
部分水解 （近中性）
麦芽糖（少量）
胃：胃酸抑制唾液淀粉酶作用
十二指肠： 淀粉
-淀粉酶
-淀粉酶
麦芽糖 + 极限糊精+单糖
寡糖酶、蔗糖酶
二糖、寡糖
-葡萄糖苷酶、-半乳糖苷酶
各种单糖
小肠：糖的吸收和转运的场所。
主要内容
一、糖酵解途径
二、糖酵解途径总结
三、无氧条件下丙酮酸的去路
四、糖酵解作用的调节
五、其他六碳糖进入糖酵解途径
第二节 糖酵解(glycolysis)
• 糖酵解(glycolysis, Embden-Meyerhof途径，EM途径)
(Embden-Meyerhof-Pamas途径，EMP途径)
已糖激酶 I、II、III 别名 分布 底物 对G的亲和力 已糖激酶 不同组织 G、F、M等 Km低，亲和力高
已糖激酶IV 葡萄糖激酶 肝脏 G Km高，亲和力低
抑制
用途
受G-6-P抑制
主要用于糖的合成
磷酰基转移: phosphoryl group transferation 三角形双金字塔结构的中间物 四面体磷酰基构型反转 P8
• 糖酵解——无氧条件下葡萄糖分解为两个分
子的丙酮酸，并产生ATP的过程。
• 一 糖酵解途径(EMP)
糖酵解在细胞溶胶进行。从葡萄糖开始，共需
要十步，每一步由一个特定的酶催化，大多需 Mg2+ 。
G6P • 己糖激酶(hexokinase): 催化Glc、Fru磷酸化 需要Mg2+或Mn2+等 Mg2+与ATP形成复合物 反应基本不可逆 是别构调节酶、同工酶 (-): G6P. • 葡萄糖激酶(glucokinase): 肝脏中由此酶催化, 是诱导酶。Km高。
二 糖的吸收和转运(absorption and transport)
1. 糖的吸收：
单糖：由小肠粘膜细胞吸收，进入血液。
不被消化的糖类（二糖、寡糖、多糖）：经 肠道细菌分解为酸、CH4、CO2 、H2等排出。
2. 糖的转运:
根皮苷
D-葡萄糖 D-半乳糖
小肠上皮细胞膜内的 Na+-单糖协同转运系统
糖酵解——糖的共同分解途径 糖的分解代谢 柠檬酸循环——糖的最终氧化途径 糖原的分解 功能：供能；中间产物转化或合成为其他物质
糖的中间代谢:
磷酸戊糖途径——各种糖的相互转化 乙醛酸途径 糖醛酸途径 糖原的合成——葡萄糖储备
糖的合成代谢
糖的异生作用——非糖物质合成糖
寡糖及糖蛋白的生物合成 光合作用 ——葡萄糖、淀粉合成
质子化 的西佛碱
Cys
烯胺 中间体
5. 二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸（GAP）
H H O H- 3C-OH 丙糖磷酸异构酶 C 2C=O （triose phosphate C-OH 1CH OPO 2isomerase） CH2OPO322 3
（DHAP） （GAP）
G’= 7.7kJ/mol =1.83kcal/mol • DHAP与GAP的互变十分迅速，两者浓度常处
（GAP） （1,3-BPG）
G’= 6.27kJ/mol = 1.5kcal/mol • 产生EMP中的唯一的一个NADH。
甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH)
甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH) 含巯基，受重金属离子和烷化剂（碘乙酸）抑制
BPG
砷酸盐(arsenate, AsO43-)做为Pi类似物抑制反应。 生成1-砷酸-3-磷酸甘油酸 → 3-磷酸甘油酸
G’= 1.84 kJ/mol = 0.44 kcal/mol 消除反应中间产物：负碳离子中间物。 烯醇化酶 ：需要Mg 2+ 、Mn2+等二价阳离子激活。 氟化物中的F -可与Mg2+、Pi形成络合物并结合在酶 上而产生强烈抑制。
10. 磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸：
O OADP ATP
不可逆反应 抑制剂：ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸 激活剂：F-1,6-BP和磷酸烯醇式丙酮酸（PEP)
二 糖 酵 解 途 径 总 结:
二 糖酵解途径总结:
葡萄糖＋2ADP＋2NAD＋＋2Pi → 2丙酮 酸＋2ATP＋2NADH＋2H＋＋2H2O 1. EMP从葡萄糖到丙酮酸：10步反应。 2. 最重要的生物学意义：是在不需氧的情况下 （缺氧或不缺氧），产生ATP的供能方式。 3. 能量代谢总结： 产生2个NADH 底物磷酸化: 产生4 ATP 两步磷酸化: 消耗2 ATP
2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）作为引物 磷酸甘油酸变位酶（phosphoglycerate mutase)
2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）的作用：
1 作为引物，参与糖酵解中3-PG → 2-PG
2 调节血红蛋白的运氧功能。稳定脱氧血红蛋白的构 象，降低血红蛋白对氧的亲和力
2,3-二磷酸甘油酸的合成与降解：
8. 3 - P-甘油酸 2-P-甘油酸：
O
O-
O
O-
C 磷酸甘油酸变位酶 HC-OH （bisphosphoglycerate CH2OPO32mutase）
（3 - PG） （2 - PG）
C H -C-OPO32CH2OH
G’= 4.45 kJ/mol = 1.06 kcal/mol • 变位酶：催化分子内基团移位的酶。 • 转变过程的中间产物：2，3-BPG。
课后复习
G0’ = 1.67kJ/mol = 0.4 kcal/mol， 反应可逆。
• 磷酸葡萄糖异构酶：绝对底物专一性，立体专一性
• 机理：酸碱催化
课后复习
+ HN-Lys3
酸性催化开环 关环 His His His
C1上质子的取代 phosphoglucose Isomerase： 酶促酸碱催化机制 2 顺式-烯二醇中间体的形成
F6P
FBP
磷酸果糖激酶-1（phosphofructokinase-1，PFK-1） 限速酶
醛缩酶（adolase）：G0’ = 24kJ/mol = 5.73kcal/mol
A — 肌肉 I型：高等植物、动物。有三种同工酶： B — 肝脏 C—脑 II型：细菌、真菌、藻类。与I型不同：含二价金属离子。
1个葡萄糖经历EMP分解为2个分子的丙酮酸: 共计: 产生2个ATP + 2个NADH
EMP的生物学意义:
★ 是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的 共同途径,是机体相对缺氧时补充能量的一种有 效方式（机体缺氧、剧烈运动肌肉局部缺血等， 能迅速获得能量）。 ★ 某些组织在有氧时也通过糖酵解供能：成熟 红细胞、视网膜、睾丸、肾髓质、皮肤、肿瘤 细胞; ★ 形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类 合成提供碳骨架； ★ 为糖异生提供基本途径。 ★ 乳酸的利用
GLUT5
上皮细胞
循环系统
D-果糖 不需Na+的易化扩散系统 上皮细胞 细胞松弛素
被动扩散
循环系统
图 葡萄糖的协同运送系统
课后复习
3. 细胞对葡萄糖的摄入：
单向运输 协同运输