第七章 糖代谢2 5.25

丙酮酸脱氢酶复合物的调节
丙酮酸脱氢酶复合物存在别构和共价修饰两种调控机制。 1、产物抑制：乙酰CoA和NADH是丙酮酸脱氢酶复合物的抑制剂， 当乙酰CoA浓度高时抑制二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2），高浓度的 NADH 也抑制二氢硫辛酸脱氢酶（ E 3 ），NAD ＋ 和 CoA 则是丙酮酸脱 氢酶复合物的激活剂。 2 、共价调节：丙酮酸脱氢酶激酶催化复合物中的丙酮酸脱氢酶 （E1 ）磷酸化，导致该酶复合物失去活性，而丙酮酸脱氢酶磷酸 酶催化脱磷酸，激活丙酮酸脱氢酶复合物。 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 CoA 、 NADH 增 加磷酸化作用。 3、核苷酸的反馈调节：E1受GTP抑制，被AMP活化。
一个六碳酸和一个五碳酸经过氧化脱 羧释放出两分子CO2后，形成的四碳酸 经过几步反应后又重新转换为草酰乙 酸，用于下一轮与新进入循环的乙酰 CoA的缩合反应。由于草酰乙酸可以再 生，所以柠檬酸循环可以看作是一个
催化多步反应的催化剂，使得乙酰CoA
中的二碳单位乙酰基氧化成CO2，每完 成一轮反应后又回到起始点。
NADH和FADH2通过位于线粒体内膜的电子传递链可以被氧化，伴随着 氧化过程可以通过氧化磷酸化生成ATP。就象我们将在氧化磷酸化一章看 到的那样，通过电子传递和氧化磷酸化每一分子的NADH被氧化为NAD＋时 可以生成3分子ATP；而一分子FADH2被氧化为FAD时可以产生2分子ATP， 因此一分子乙酰CoA通过三羧酸循环和氧化磷酸化可以产生12分子ATP。 三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸降解产生的乙酰CoA的最后氧化阶段， 如果将酵解阶段也考虑在内，一分子葡萄糖的降解可以产生多少 ATP呢？ 一分子葡萄糖经酵解可以净产生2分子ATP和2分子丙酮酸，而2分子丙酮 酸转化为2分子乙酰CoA可生成2分子NADH，经氧化磷酸化可产生6分子ATP， 2分子乙酰CoA经三羧酸循环可生成24分子ATP，所以共产生32分子ATP。

糖代谢概况
糖 原
肝糖原分解 有氧氧化
糖原合成
H2O+CO2
核糖 磷酸戊糖途径 葡萄糖 + NADPH
消化吸收
糖酵解
丙酮酸
无氧酵解
糖异生途径
乳酸
淀粉
乳酸、氨基酸、甘油
生物体内葡萄糖(或糖原)的分解代谢途径有很 多，但最主要的有3条途径：
(1)在无氧情况下，葡萄糖(糖原)经酵解生成乳酸。 葡萄糖→丙酮酸→乳酸 (2)在有氧情况下，葡萄糖(糖原)最后经三羧酸循环 彻底氧化为水和二氧化碳。 (3)葡萄糖(糖原)经戊糖磷酸循环被氧化为水和二氧 化碳。
ADP Mg2+ ATP
乳酸
NAD+
NADH+H+
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
ATP ADP
Mg
E3 2+
丙酮酸的去路

1、生成乳酸 2、乙醇的生成 3、进入三羧酸循环 4、糖异生

糖酵解小结
反应部位：胞浆； 糖酵解是一个不需氧的产能过程； 反应全过程中有三步不可逆的反应：
第七章 糖代谢
学习一条代谢途径需要掌握的内容
1、一条代谢途径的场所和功能 2、进入和离开一条代谢途径的各种代谢物的名称 3、一条代谢途径是如何跟其他代谢途径整合和协调的 4、机体如何刺激或抑制一条代谢途径的总体代谢状况 5、一条代谢途径的限速步骤、限速酶的名称 6、调节限速酶活性的各种别构效应的名称，并能判断 是正效应还是负效应 7、生成或消化ATP的反应 8、参与一条代谢途径的辅酶或辅助因子 9、一条代谢途径中的某些关键酶的缺少引起的后果 10、抑制一条代谢途径的抑制剂
第三阶段--柠檬酸循环
柠檬酸循环又称之三羧酸循环（简写TCA循环 ,tricarboxylic acid cycle），因为循环中存在三羧酸中间产物。又因为该循环是 由H.A.Krebs首先提出的，所以又叫做Krebs循环（1953年获诺贝尔 奖）。 三羧酸循环是有氧代谢的枢纽，糖、脂肪和氨基酸的有氧分解 代谢都汇集在柠檬酸循环的反应，同时柠檬酸循环的中间代谢物又
上面的计算还没有计算酵解中甘油醛脱氢酶催化的反应中生成的2分 子NADH。在缺氧条件下，丙酮酸转化为乳酸时，NADH再氧化为NAD＋，可 使得酵解连续地进行。在有氧条件下，NADH不再氧化，而用于生产ATP。 由于这两个NADH位于胞液里（酵解是在胞液里进行的），而真核生物中的 电子传递链是位于线粒体。两个NADH可以通过苹果酸穿梭途径和甘油磷酸 途径两种穿梭途径进入线粒体，绝大多数的情况下，都是经过苹果酸穿梭 途径进入线粒体的。一分子NADH经苹果酸穿梭途径进入线粒体可以产生3 分子ATP，即2分子NADH可以产生6分子ATP；一分子NADH经甘油磷酸途径可 以产生2分子ATP，2分子NADH产生4分子ATP。一分子葡萄糖降解考虑到酵 解生成的2分子NADH时，它产生的总的ATP数量是38个或36个。
ATP G 己糖激酶 ATP F-6-P ADP F-1,6-2P ADP G-6-P
6-磷酸果糖激酶-1
ADP ATP 丙酮酸激酶
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量：从G开始 2×2-2= 2ATP 从Gn开始 2×2-1= 3ATP
终产物乳酸的去路
二、糖的有氧氧化
葡萄糖的有氧分解代谢途径是一条完整的代谢途径。 是从葡萄糖到丙酮酸经三羧酸循环，彻底氧化成二氧化碳 与水的一系列连续反应。
糖有氧氧化三个阶段


1、葡萄糖至丙酮酸 2、丙酮酸进入线粒体被氧化脱羧成乙酰 辅酶A 3、乙酰辅酶A 进入三羧酸循环生成水和 二氧化碳。
三羧酸循环中的酶分布在原核生物的细胞质和真核生物的线 粒体中。细胞质中通过酵解生成的丙酮酸必须首先转换成乙酰CoA 才可以进入柠檬酸循环。在真核生物中，丙酮酸首先要转运到线 粒体内，然后才能进行转换成乙酰CoA的反应。 线粒体是由双层膜包围着的一个亚细胞器，丙酮酸可以扩散 通过线粒体外膜，但进入基质需要内膜上的蛋白转运。嵌在内膜 中的丙酮酸转运酶可以特异地将丙酮酸从膜间质转运到线粒体的
激酶，磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶调节。
己糖激酶控制葡萄糖的进入，丙酮酸激酶调节酵解的出口。细
胞在不同的生理条件下需要不同的酶进行调节。 磷酸果糖激酶是酵解过程最关键的限速酶。
（一）磷酸果糖激酶
--对调节酵解途径的流量最重要
别构调节
别构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P
丙酮酸脱氢酶系反应机制
（ 1 ）丙酮酸脱羧，生成羟乙基 -TPP ，反应不可逆， 由E1催化。 （2）羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺， E2 催化。 （ 3 ）乙酰基转移给 CoA ，形成乙酰 CoA ，并生成二氢 硫辛酰胺，E2催化。 （4）二氢硫辛酰胺被氧化，并将H+传给FAD。 （5）FADH2将NAD+还原成NADH。
别构抑制剂：柠檬酸; ATP（高浓度）
2,6-二磷酸果糖对磷酸果糖激酶的调节：

2,6-二磷酸果糖是磷酸果糖激酶最强的别 构激活剂；

其作用是与AMP一起取消ATP、柠檬酸 对磷酸果糖激酶的变构抑制作用。
（二）丙酮酸激酶
--是糖酵解的第二个重要的调节点

别构调节 共价修饰调节
别构调节
别构激活剂：1,6-二磷酸果糖
2)糖酵解途径中形成多种中间产物，其中某些中间产物可作 为合成其它物质的原料离开糖酵解途径转移到其它代谢途径，生成 别的化合物。如3-磷酸甘油醛或磷酸二羧丙酮可转变为甘油，丙酮 酸可转变为丙氨酸，6-磷酸葡萄糖可进入磷酸戊糖途径，从而使糖 酵解与其它代谢途径联系起来，实现某些物质间的相互转化。 3)糖酵解途径虽然有三步反应不可逆，但其余反应均可逆转， 所以，它为糖异生作用提供基本途径。
植物体、微生物体的分解代谢，除上述动物体的3条途径 外，还有生醇发酵及乙醛酸循环等。
一、糖酵解——葡萄糖分解的主
干道
糖酵解（glycolysis）是通过一系列酶促反应将葡萄糖 降解成丙酮酸并伴有ATP生成过程的途径（简称EMP途 径，Embden-Meyerhof-Parnas pathway）。糖酵解是动 物、植物以及微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代 谢途径。事实上在所有的细胞中都存在着糖酵解途径，对 于某些细胞（如红细胞），糖酵解是唯一生成 ATP的途径。
三羧酸循环产生的还原型辅酶成了通过氧化磷酸 化生成ATP的燃料
在三羧酸循环的总反应中，对于进入循环的每个乙酰 CoA 都可 以产生3分子NADH、1分子FADH2和1分子的GTP或ATP。 乙酰CoA＋3NAD＋＋FAD＋GDP（或ADP）＋Pi +2H2O→ CoASH＋3 NADH＋3H＋＋FADH2＋GTP（或ATP）＋2 CO2
ห้องสมุดไป่ตู้
AMP ADP 果糖-2,6-二磷酸 果糖-1,6-二磷酸
激活
果糖磷酸激酶
抑制
ATP（高浓度） 柠檬酸
果糖-1,6-二磷酸 磷蛋白磷酸酶
激活
丙酮酸激酶
抑制
ATP、丙氨酸 PKA、钙调蛋白
激活
胰岛素
己糖激酶 葡萄糖激酶
抑制
G-6-P 长链脂酰CoA
6脱氧葡糖
糖酵解的调控总结
糖酵解的生理意义
紧急功能：是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。
生理功能：是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能
途径。
① 无线粒体的细胞，如：红细胞 ② 代谢活跃的细胞，如：神经细胞、白细胞、骨髓细胞、视网 膜细胞
病理功能：严重贫血、呼吸功能障碍和循环功能障碍、
癌细胞功能。
糖酵解的生物学意义
1)糖酵解在所有生物体中普遍存在，它在无氧及有氧条件下都 能进行，是葡萄糖进行有氧或无氧分解的共同代谢途径。通过糖酵 解，生物体获得生命活动所需的能量。其中糖通过糖酵解途径的无 氧降解是厌氧生物获得能量的主要方式，因而是这类生物能在缺氧 环境中生存的主要原因。需氧生物则可通过糖的有氧降解，获得比 糖酵解更多的能量，更利于进行生命活动，这在地球的演变(从缺 氧→有氧)过程中，生物因此得以进化(从厌氧生物→兼性厌氧生物 →需氧生物)。
释放入血，进入肝脏再进一步代谢： 分解利用
乳酸循环（糖异生）
除葡萄糖外，其它己糖也可转 变成磷酸己糖而进入酵解途径。
甘露糖
己糖激酶
半乳糖
半乳糖激酶
Glu
ATP ADP
1-磷酸半乳糖
1-磷酸葡萄糖
6-磷酸甘露糖 果糖
G-6-P F-6-P
ATP
变位酶
ADP
F-1,6-2P
丙酮酸
糖酵解的调控
酵解过程有三步不可逆反应，即有三个调控步骤，分别被己糖
是许多生物合成途径的起点。因此柠檬酸循环既是分解代谢途径， 又是合成代谢途径，可以说是分解、合成两用途径。
三 羧 酸 循 环
Fe2+
柠檬酸循环的两个基本特征，即碳原 子的流向和富含能量分子的生成。柠 檬酸循环的第一个反应是乙酰CoA分子 中的二碳乙酰基与四碳分子草酰乙酸
缩合形成六碳的中间产物柠檬酸，当
6-磷酸 葡萄糖 ATP ADP 葡萄糖 糖原 1-磷酸葡萄糖 E1:己糖激酶
Mg2+ E1
Mg2+ 6-磷酸 E2 1,6-二磷酸果糖 果糖 ATP ADP
磷酸二羟丙酮
3-磷酸甘油醛
NAD+ NADH+H+
糖 酵 解 的 代 谢 途 径
E2: 6-磷酸果糖激酶-1
E3: 丙酮酸激酶
1,3-二磷酸甘油酸
基质中，进入基质的丙酮酸脱羧生成乙酰CoA，经三羧酸循环进一 步被氧化。
第二阶段--丙酮酸氧化为乙酰CoA
无论是在原核生物，还是在真核生物中，丙酮酸转化为乙酰CoA 和CO2，都是由一些酶和辅酶构成的一个丙酮酸脱氢酶复合物催化的， 总反应为：
丙酮酸脱氢酶复合物（pyruvate dehydrogenase complex）是 个多酶集合体，复合物中的酶分子通过非共价键联系在一起，催 化一个连续反应，即酶复合物中一个酶反应中形成的产物立刻被 复合物中下一个酶作用。丙酮酸脱氢酶复合物位于线粒体膜上， 是由： 3种酶： 丙酮酸脱氢酶（E1） 二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2） 二氢硫辛酸脱氢酶（E3） 6种辅助因子： 硫胺素焦磷酸（TPP）、CoA-SH、硫辛酸、FAD 、NAD＋和 Mg2+
别构抑制剂：ATP, 丙氨酸

共价修饰调节
Pi 丙酮酸激酶 （有活性） ATP 胰高血糖素 PKA, CaM激酶 PKA：蛋白激酶A (protein kinase A) CaM：钙调蛋白
磷蛋白磷酸酶
丙酮酸激酶 （无活性） ADP
P
（三）己糖激酶受到反馈抑制调节
6- 磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡 萄糖激酶不受其抑制。 长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。 胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进 酶的合成。