第11章糖类代谢王镜岩《生物化学》第三版笔记打印版.doc

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：

1.α-淀粉酶哺乳动物的消化道中较多,是内切酶,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。

2.β-淀粉酶在豆、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%。

3.葡萄糖淀粉酶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。6-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。

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。

1,3-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。

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