11第十一章 糖类代谢

第十一章糖类代谢第一节概述一、特点糖代谢可分为分解与合成两方面，前者包括酵解与三羧酸循环，后者包括糖的异生、糖原与结构多糖的合成等，中间代谢还有磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。

糖代谢受神经、激素和酶的调节。

同一生物体内的不同组织，其代谢情况有很大差异。

脑组织始终以同一速度分解糖，心肌和骨骼肌在正常情况下降解速度较低，但当心肌缺氧和骨骼肌痉挛时可达到很高的速度。

葡萄糖的合成主要在肝脏进行。

不同组织的糖代谢情况反映了它们的不同功能。

二、糖的消化和吸收（一）消化淀粉是动物的主要糖类来源，直链淀粉由300-400个葡萄糖构成，支链淀粉由上千个葡萄糖构成，每24-30个残基中有一个分支。

糖类只有消化成单糖以后才能被吸收。

主要的酶有以下几种：随机水解链内α1，4糖苷键，产生α-构型的还原末端。

产物主要是糊精及少量麦芽糖、葡萄糖。

最适底物是含5个葡萄糖的寡糖。

在豆、麦种子中含量较多。

是外切酶，作用于非还原端，水解α-1，4糖苷键，放出β-麦芽糖。

水解到分支点则停止，支链淀粉只能水解50%。

存在于微生物及哺乳动物消化道内，作用于非还原端，水解α-1，4糖苷键，放出β-葡萄糖。

可水解α-1，6键，但速度慢。

链长大于5时速度快。

4.其他α-葡萄糖苷酶水解蔗糖，β-半乳糖苷酶水解乳糖。

二、吸收D-葡萄糖、半乳糖和果糖可被小肠粘膜上皮细胞吸收，不能消化的二糖、寡糖及多糖不能吸收，由肠细菌分解，以CO2、甲烷、酸及H2形式放出或参加代谢。

三、转运1.主动转运小肠上皮细胞有协助扩散系统，通过一种载体将葡萄糖（或半乳糖）与钠离子转运进入细胞。

此过程由离子梯度提供能量，离子梯度则由Na-K-ATP酶维持。

细菌中有些糖与氢离子协同转运，如乳糖。

另一种是基团运送，如大肠杆菌先将葡萄糖磷酸化再转运，由磷酸烯醇式丙酮酸供能。

果糖通过一种不需要钠的易化扩散转运。

需要钠的转运可被根皮苷抑制，不需要钠的易化扩散被细胞松驰素抑制。

2.葡萄糖进入红细胞、肌肉和脂肪组织是通过被动转运。

其膜上有专一受体。

红细胞受体可转运多种D-糖，葡萄糖的Km最小，L型不转运。

此受体是蛋白质，其转运速度决定肌肉和脂肪组织利用葡萄糖的速度。

心肌缺氧和肌肉做工时转运加速，胰岛素也可促进转运，可能是通过改变膜结构。

第二节糖酵解一、定义1.酵解是酶将葡萄糖降解成丙酮酸并生成ATP的过程。

它是动植物及微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。

有氧时丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环彻底氧化生成CO2和水，酵解生成的NADH则经呼吸链氧化产生ATP和水。

缺氧时NADH把丙酮酸还原生成乳酸。

2.发酵也是葡萄糖或有机物降解产生ATP的过程，其中有机物既是电子供体，又是电子受体。

根据产物不同，可分为乙醇发酵、乳酸发酵、乙酸、丙酸、丙酮、丁醇、丁酸、琥珀酸、丁二醇等。

二、途径共10步，前5步是准备阶段，葡萄糖分解为三碳糖，消耗2分子ATP；后5步是放能阶段，三碳糖生成丙酮酸，共产生4分子ATP。

总过程需10种酶，都在细胞质中，多数需要Mg2+。

酵解过程中所有的中间物都是磷酸化的，可防止从细胞膜漏出、保存能量，并有利于与酶结合。

ATP磷酸化，产生6-磷酸葡萄糖。

反应放能，在生理条件下不可逆（K大于300）。

由己糖激酶或葡萄糖激酶催化，需要Mg2+或Mn2+。

己糖激酶可作用于D-葡萄糖、果糖和甘露糖，是糖酵解过程中的第一个调节酶，受6-磷酸葡萄糖的别构抑制。

有三种同工酶。

葡萄糖激酶存在于肝脏中，只作用于葡萄糖，不受6-磷酸葡萄糖的别构抑制肌肉的己糖激酶Km=0.1mM，肝脏的葡萄糖激酶Km=10mM，平时细胞中的葡萄糖浓度时5mM，只有进后葡萄糖激酶才活跃，合成糖原，降低血糖浓度，葡萄糖激酶是诱导酶，胰岛素可诱导它的合成。

6-磷酸葡萄糖也可由糖原合成，由糖原磷酸化酶催化，生成1-磷酸葡萄糖，在磷酸葡萄糖变位酶的催化下生成6-磷酸葡萄糖。

此途径少消耗1个ATP。

By 湖风微竹/716-磷酸葡萄糖由葡萄糖6-磷酸酶催化水解，此酶存在于肝脏和肾脏中，肌肉中没有。

6-磷酸葡萄糖生成6-磷酸果糖反应中间物是酶结合的烯醇化合物，反应是可逆的，由浓度控制。

由磷酸葡萄糖异构酶催化，受磷酸戊糖支路的中间物竞争抑制，如6-磷酸葡萄糖酸。

戊糖支路通过这种方式抑制酵解和有氧氧化，pH降低使抑制加强，减少酵解，以免组织过酸。

6-磷酸果糖被ATP磷酸化，生成1，6-二磷酸果糖由磷酸果糖激酶催化，是酵解的限速步骤。

是别构酶，四聚体，调节物很多，ATP、柠檬酸、磷酸肌酸、脂肪酸、DPG是负调节物；果糖1，6-二磷酸、AMP、ADP、磷酸、环AMP等是正调节物。

PFK 有三种同工酶，A在心肌和骨骼肌中，对磷酸肌酸、柠檬酸和磷酸敏感；B在肝和红细胞中，对DPG 敏感；C在脑中，对ATP和磷酸敏感。

各种效应物在不同组织中浓度不同，更重要的是其浓度变化幅度不同，如大鼠在运动和休息时ATP含量仅差0.8ug/g肌肉，不能改变PFK活力，而磷酸肌酸浓度变化大，效应也大。

3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮由醛缩酶催化，有三种同工酶，A在肌肉中，B在肝中，C在脑中。

平衡有利于逆反应，由浓度推动反应进行。

生成西弗碱中间物。

DHAP生成磷酸甘油醛DHAP要转变成磷酸甘油醛才能继续氧化，此反应由磷酸丙糖异构酶催化，平衡时磷酸甘油醛占10%，由于磷酸甘油醛不断消耗而进行。

受磷酸和磷酸缩水甘油竞争抑制。

以上反应共消耗2分子ATP，产生2分子3-磷酸甘油醛，原来葡萄糖的3，2，1位和4，5，6位变成1，2，3位。

化G-3-P+NAD++H3PO4=1，3-DPG+NADH+H+由磷酸甘油醛脱氢酶催化，产物是混合酸酐，含高能键（11.8千卡）。

反应可分为两部分，放能的氧化反应偶联推动吸能的磷酸化反应。

酶是四聚体，含巯基，被碘乙酸强烈抑制。

砷酸盐与磷酸竞争，可产生3-磷酸甘油酸，但没有磷酸化，是解偶联剂。

NAD之间有负协同效应，ATP和磷酸肌酸是非竞争抑制剂，磷酸可促进酶活。

肌肉收缩开始的几秒，磷酸肌酸从20mM下降到10-5mM，使酶活升高；随着乳酸的积累，ATP抑制增强，酶活下降。

72By 湖风微竹 / 731，3-DPG+ADP=3-磷酸甘油酸+ATP 由磷酸甘油酸激酶催化，需Mg 。

是底物水平磷酸化，抵消了消耗的ATP 。

3-磷酸甘油酸变成2-磷酸甘油酸由磷酸甘油酸变位酶催化，需镁离子。

DPG 是辅因子，可由1，3-二磷酸甘油酸变位而来。

机理是DPG 的3位磷酸转移到底物的2位。

DPG 无高能键，可被磷酸酶水解成3-磷酸甘油酸。

红细胞中有15-50%的1，3-DPG转化为DPG ，以调节运氧能力。

在氧分压较高的肺泡，亲和力不变，而在组织中亲和力降低，可增加氧的释放。

PEP由烯醇酶催化，需镁或锰离子。

反应可逆，分子内能量重新分布，产生一个高能键。

F —可络合镁离子，抑制酶活，有磷酸盐时更强，可用来抑制酵解。

ATP由丙酮酸激酶催化，需镁离子，不可逆。

是别构酶，F-1，6-2P 活化，脂肪酸、乙酰辅酶A 、ATP 和丙氨酸抑制酶活。

有三种同工酶，L 型存在于肝脏中，被二磷酸果糖激活，脂肪酸、乙酰辅酶A 、ATP 和丙氨酸抑制；A 型存在于脂肪、肾和红细胞，被二磷酸果糖激活，ATP 和丙氨酸抑制；M型存在于肌肉中，被磷酸肌酸抑制。

丙酮酸激酶受激素影响，胰岛素可增加其合成。

三、能量变化有氧时2个NADH 经呼吸链可产生6个ATP ，共产生8个ATP ；无氧时生成乳酸，只有2个ATP 。

在骨骼肌和脑组织中，NADH 进入线粒体要经过甘油磷酸穿梭系统，在细胞质中由3-磷酸甘油脱氢酶催化，将磷酸二羟丙酮还原生成3-磷酸甘油，进入线粒体后再氧化生成磷酸二羟丙酮，返回细胞质。

因为其辅酶是FAD ，所以生成FADH2，只产生2个ATP 。

这样其还原当量（2H++2e ）被带入线粒体，生成FADH2，进入呼吸链，结果共生成6个ATP 。

其他组织如肝脏和心肌等，通过苹果酸穿梭系统，在苹果酸脱氢酶作用下还原草酰乙酸，生成苹果酸，进入线粒体后再氧化生成草酰乙酸。

不过草酰乙酸不能通过线粒体膜，必需经谷草转氨酶催化生成天冬氨酸和α-酮戊二酸才能返回细胞质。

线粒体中苹果酸脱氢酶的辅酶是NAD ，所以可生成3个ATP 。

四、丙酮酸的去向1.生成乙酰辅酶A：有氧时丙酮酸进入线粒体，脱羧生成乙酰辅酶A，通过三羧酸循环彻底氧化成水和CO2。

2.生成乳酸：乳酸菌及肌肉供氧不足时，丙酮酸接受3磷酸甘油醛脱氢时产生的NADH上的H，在乳酸脱氢酶催化下还原生成乳酸。

LDH有5种同工酶，A4在骨骼肌，B4在心肌。

A4以高速催化丙酮酸的还原，使骨骼肌可在缺氧时运动；H4速度慢并受丙酮酸抑制，所以心肌在正常情况下并不生成乳酸，而是将血液中的乳酸氧化生成丙酮酸，进入三羧酸循环。

骨骼肌产生的大量乳酸还可由肝脏氧化生成丙酮酸，再通过糖的异生转变为葡萄糖，供骨骼肌利用，称为乳酸循环或Coli氏循环。

3.生成乙醇：在酵母菌中，由丙酮酸脱羧酶催化生成乙醛，再由乙醇脱氢酶催化还原生成乙醇。

五、其他单糖1.果糖：可由己糖激酶催化形成6-磷酸果糖而进入酵解。

己糖激酶对葡萄糖的亲和力比果糖大12倍，只有在脂肪组织中，果糖含量比葡萄糖高，才由此途径进入酵解。

肝脏中有果糖激酶，可生成1-磷酸果糖，再被1-磷酸果糖醛缩酶裂解生成甘油醛和磷酸二羟丙酮，甘油醛由三碳糖激酶磷酸化生成3-磷酸甘油醛，进入酵解。

2.半乳糖：在半乳糖激酶催化下生成1-磷酸半乳糖（需镁离子），再在1-磷酸半乳糖尿苷酰转移酶催化下与UDP-葡萄糖生成UDP-半乳糖和1-磷酸葡萄糖，UDP-半乳糖被UDP-半乳糖4-差向酶催化生成UDP-葡萄糖。

反应是可逆的，半乳糖摄入不足时可用于合成半乳糖。

3.甘露糖：由己糖激酶催化生成6-磷酸甘露糖，被磷酸甘露糖异构酶催化生成6-磷酸果糖，进入酵解。

第三节三羧酸循环一、丙酮酸脱氢酶复合体（一)反应过程：5步，第一步不可逆。

1.脱羧，生成羟乙基TPP，由E1催化。

2.羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺。

由E2催化。

3.形成乙酰辅酶A。

由E2催化。

4.氧化硫辛酸，生成FADH2。

由E3催化。

5.氧化FADH2，生成NADH。

复合体有60条肽链组成，直径30nm，E1和E2各24个，E3有12个。

其中硫辛酰胺构成转动长74By 湖风微竹 / 75臂，在电荷的推动下携带中间产物移动。

（二)活性调控此反应处于代谢途径的分支点，收到严密调控： 1.产物抑制：乙酰辅酶A 抑制E2，NADH 抑制E3。

可被辅酶A 和NAD+逆转。

2.核苷酸反馈调节：E1受GTP 抑制，被AMP 活化。

3.共价调节：E1上的特殊丝氨酸被磷酸化时无活性，水解后恢复活性。

丙酮酸抑制磷酸化作用，钙和胰岛素增加去磷酸化作用，ATP 、乙酰辅酶A 、NADH 增加磷酸化作用。