第七章 糖代谢

二、反应过程 反应可分为两个阶段： 第一阶段：氧化阶段,生成NADPH+H+和 CO2；由6－磷酸葡萄糖直接脱氢脱羧生 成磷酸戊糖; 第二阶段：非氧化阶段,一系列基团转 移反应；磷酸戊糖分子再经重排最终又 生成6－磷酸葡萄糖。
第一阶段：氧化阶段
1、脱氢反应：6-磷酸葡萄糖脱氢酶以NADP+ 为辅酶,催化6-磷酸葡萄糖脱氢生成6-磷酸 葡萄糖酸δ内酯，不可逆。
K2=3250
在植物光合组织中蔗糖磷酸合酶的活性较高，而非光合组 织中蔗糖合酶的活性较高。这是目前认为可能在光合组织中合 成蔗糖的主要途径。
（二）淀粉的合成：
存在于植物体内，尤其是谷类、豆类、薯类 作物的籽粒和贮藏组织都含丰富的淀粉。
淀粉合成中的糖基供体有ADPG、UDPG， 主要是ADPG。
合成分两阶段进行，先合成直链淀粉，然后 分支形成支链淀粉。
CH2OH C O
CH2OH C HO C O H
5.转酮醇反应:转酮醇酶催化磷酸酮糖 上的二碳单位羟乙酰基转移到磷酸醛糖 的第1碳原子上,形成3-磷酸甘油醛和7磷酸景天庚酮糖。转酮醇酶转移一个二 碳单位。二分子五碳糖的基团转移反应
6.转醛醇反应:转醛醇酶催化7-磷酸景天 庚酮糖上的二羟丙酮基团转移给3-磷酸甘 油醛生成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖。
3×5-磷酸核糖 2×6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛
3×6-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+
2× 6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+ ) + 3CO2
HMS示意图
磷酸戊糖途径
3NADPH
3CO2
3×5-磷 酸核酮糖
5-磷酸 木酮糖
5-磷酸 核糖
3×6-磷酸 葡萄糖酸
7-磷酸 景天糖
二、糖异生途径
定义：由非糖物质转变为葡萄糖或 糖原的过程称为糖异生作用。 ◎糖异生的部位：主要在肝脏，其次 是肾脏 ◎糖异生过程：基本上是糖酵解的逆 过程。
1.
2.途径：◎丙酮酸羧化支路：绕过
丙酮酸激酶催化反应“能障”的逆过程。
◎1,6-二磷酸果糖逆转成6-磷酸果糖
◎6－磷酸葡萄糖逆转成葡萄糖
1、合成直链淀粉
（1）淀粉磷酸化酶 广泛存在，加在引物链C4非还原端 植物细胞中主要催化淀粉水解 （2）D酶（糖苷转移酶） 将麦芽糖残基转移到-1，4糖苷键上（引物形成） （3）淀粉合成酶 主要途径，ADPG、UDPG作供体 （4）蔗糖的转化
2、支链淀粉合成
（1）淀粉合成酶 （2） Q酶（ 1，4 --葡聚糖分支酶）
G-6-P CO2
5-磷酸核糖
• 催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡糖脱 氢酶是此代谢途径的关键酶。
• 两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生 成NADPH + H+。
• 反应生成的磷酸核糖是一个非常重要 的中间产物。
第二阶段:
非氧化的分子重组合阶段
每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系 列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段， 最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。
限速酶，对 NADP+有高 度特异性
2、水解反应：在6-磷酸葡萄糖酸内酯 酶催化下,6-磷酸葡萄糖酸内酯水解为 6-磷酸葡萄糖酸,反应可逆。
3、脱氢脱羧反应：由6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶催化氧化脱羧生成5-磷酸核酮 糖,NADP+再次作为氢的受体。
NADP+
NADPH+H+
NADP+
NADPH+H+
Gn+1
分支酶 ADP
支链淀粉
G
ATP ADP
G-6-P
G-1-P
(A)UTP
n(A)UDPG
(A)UDPG转糖苷酶
(A)UDPG焦 磷酸化酶
PPi
引物(G)m m≥2
n(A)UDP
（α-1,4-G）n+m
Q酶
（α-1,6）
（三）糖原的合成 1.定义：葡萄糖、半乳糖和果糖 等在体内相应酶的作用下合成糖 原的过程。 合成部位：细胞的胞液中(主要在 肝脏、肌肉)
4、乙醛酸途径
乙醛酸循环的的特点 • 只存在于植物（种子）和微生物中； • 其实质是使乙酰CoA转变为草酰乙酸， 再异生成葡萄糖； • 关键酶是异柠檬酸裂解酶和苹果酸合 酶。
乙醛酸循环的意义：植物种子萌发时脂 肪转化为葡萄糖供能！
三、蔗糖和多糖的生物合成
（一）蔗糖的合成： （二）淀粉的合成： 1、合成直链淀粉 （三）糖原的合成
4.异构化反应:5-磷酸核酮糖异构化成5-磷 酸核糖;5-磷酸核酮糖差向异构化(或称 表异构化)成5-磷酸木酮糖。三种五碳
糖的互换
转酮醇酶与转醛缩酶
转酮醇酶(transketolase) 就是催化含有一个酮基、一个 醇基的2碳基团—羟乙酰基转 移的酶。其接受体是醛，辅酶 是TPP。 转醛醇酶(transaldolase) 是催化含有一个酮基、二个 醇基的3碳基团—二羟丙酮基 团转移的酶。其接受体是亦 是醛，但不需要TPP。
◎磷酸戊糖途径的主要特点： 1、是6-磷酸葡萄糖直接脱氢脱羧, 不必经过EMP,也不必经过TCA； 2、在整个反应中,脱氢酶的辅酶为 NADP+而不是NAD+； 3、磷酸戊糖经复杂的转化重新生成 磷酸己糖。
三、磷酸戊糖的生理意义：
1、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。如生成的5－磷酸核糖 是合成核苷酸及核苷酸辅酶的必要原料；4-磷酸赤 藓糖与PEP可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香 族氨基酸。 2、产生大量的NADPH＋H＋，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。
第六节 糖的合成代谢
一、光合作用 二、糖异生途径 三、蔗糖和多糖的生物合成
一、光合作用
• 光合作用是糖合成代谢的主要途径。 • 绿色植物、光合细菌或藻类等将光能转变成化学 能的过程，即利用光能，由CO2和H2O合成糖类化 合物并释放出氧气的过程，称为光合作用。 • 光合作用的总反应式可表示如下： 光能 • n CO2 + n H2O (CH2O)n + n O2 叶绿体 糖类化合物
3-磷酸 甘油醛 6-磷酸 果糖
3H2O
3×6-磷酸葡 萄糖酸内酯 3NADPH 3×6-磷 酸葡萄糖
5-磷酸 木酮糖 3-磷酸 甘油醛 糖酵解途径
4-磷酸 赤藓糖 6-磷酸 果糖
磷酸戊糖途径小结
反应部位： 胞浆 反应底物： 6-磷酸葡萄糖 重要反应产物： NADPH、5-磷酸核糖 限 速 酶： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶（G-6-PD）
2、支链淀粉合成
糖核苷酸的作用与形成
1、概念
单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物 称为糖核苷酸。
2、作用
在高等动植物体内，糖核苷酸是合成双 糖和多糖过程中单糖的活化形式与供体。
3、形成
1-磷酸葡萄糖（G-1-P）+尿苷三磷酸（UTP） UDPG焦磷酸化酶 尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）
（一）蔗糖的合成：
Q酶具有双重功能：既能催化直链淀粉的α-1, 4糖 苷键的断裂，又能催化α-1, 6糖苷键的连接， 形成支链淀粉。
G 6 - P -G
UDPG焦 磷酸化酶
PPi
ATP ADP
UTP
变位酶
1 - P -F
引物
ATP
ADPG焦磷酸化酶
UDPG
UDPG转G酶
UDP
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱGn
直链淀粉
PPi
ADPG
ADPG转G 酶
肌肉：肌糖原，180 - 300g，主要供肌肉 收缩所需 肝脏：肝糖原，70 - 100g，维持血糖水平
• 糖原的结构特点
1. 葡萄糖单元以α-1,4-糖苷 键形成长链。 2. 约10个葡萄糖单元处形成 分枝，分枝处葡萄糖以α1,6-糖苷键连接，分支增加， 溶解度增加。 3. 每条链都终止于一个非还 原端.非还原端增多，以利
第二信使
}
2、NADPH的主要功能
◎作为供氢体 ------参与体内多种生物合成反应 ◎是谷胱甘肽还原酶的辅酶 ------对维持细胞中还原型谷胱甘肽的 正常含量起重要作用 ◎作为加单氧酶的辅酶 ------参与肝脏对激素、药物和毒物的 生物转化作用 ◎清除自由基的作用
NADPH作为体内多种物质
七碳糖与三碳糖的基团转移反应
7.转酮醇反应:四碳糖和五碳糖经转酮 醇酶作用转移二碳单位,形成三碳糖和 六碳糖。四碳糖与五碳糖的基团转
移反应
8、异构化反应:6-磷酸果糖经异构化 形成6-磷酸葡萄糖。
磷酸戊糖途径二个阶段的反应式
6-磷酸葡萄糖 + 2 NADP+ 5-磷酸核糖 + 2(NADPH+H+) + CO2
磷酸戊糖途径与溶血性贫血
一些具有氧化作用的外源性物质 如蚕豆、抗疟药、磺胺药等
2GSH
NADP+
GSSG GSSG↑
+ NADPH+H [NADPH+H ]↓
溶血
G6PD缺乏
磷酸戊糖途径
四、磷酸戊糖途径的调节
6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PD) 此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的 高低决定6-磷酸葡糖进入磷酸戊糖途径的 流量。 此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响， 比值升高则被抑制，降低则被激活。另外 NADPH对该酶有强烈抑制作用。 NADPH、NADP+竞争与G-6-PD结合 ATP、6-磷酸葡萄糖竞争与G-6-PD结合
第五节
一、定义:
磷酸戊糖途径
磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway) : 是指在细 胞质内进行的一种将葡萄糖直接氧化降解的酶促反应过程， 或称为已糖磷酸支路(hexose monophosphate shunt pathway)，简称PPP或HMP，也称为葡萄糖直接氧化途径。 从6－磷酸葡萄糖开始，不经糖酵解和柠檬酸循环，在 6磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，直接将其 脱氢脱羧分解为磷酸戊糖(中间代谢物)，磷酸戊糖分子再 经重排最终又生成6－磷酸葡萄糖的过程。
UDPG焦磷酸化酶
UTP
6 - P -F
PPi
UDPG
F 蔗糖
UDP
磷酸蔗糖合成酶 UDP
磷酸蔗糖
H2O 磷酸蔗糖磷酸酯酶 Pi
蔗糖合成酶
UDPG
Pi G G-6-P F-6-P
UDP
F
蔗糖合成酶
蔗糖 + UDP
（1）
UDPG Pi
磷酸蔗糖
蔗糖
（2）
磷酸蔗糖合成酶
（1） 平衡常数 K1=8（pH7.4）（2） 平衡常数 （pH7.5）或K2=53（pH5.5）
生物合成的供氢体
脂肪酸、胆固醇和类固醇化合物 的生物合成，均需要大量的NADPH。
0 R-CH2-C-R’
=
OH R-CH2-CH-R’ NADP+
R-CH2-CH2-R’
NADPH + H+
H R-C=C-R’
3、磷酸戊糖途径与疾病
神经精神病
(neuropsychiatric disorder)
药物诱导的溶血性贫血
(a drug-induced hemolytic amemia)
磷酸戊糖途径与神经精神病
与VitB1缺乏有关
VitB1缺乏 TPP↓ 转酮醇酶功能障碍
神经髓鞘糖脂
木酮糖、核糖、赤藓糖
合成障碍
神经精神病
进一步发展
合成障碍
脚气病
蚕
豆
病
蚕豆病，俗称蚕豆黄。蚕豆病的症状是：
吃蚕豆几小时或1～2天后，突然感到精神疲倦、头晕、 恶心、畏寒发热、全身酸痛、萎靡不振，并伴有黄疸、肝 脾肿大、呼吸困难、肾功能衰竭，甚至死亡。 血像检查: 红细胞明显减少，黄疸指数明显升高。 机理: 蚕豆中有3种物质：裂解素、锁未尔和多巴胺。前两 种使谷胱甘肽氧化，后一种能激发红细胞的自身破坏，遗 传性G6PD缺乏者，使红细胞大量溶解而发生蚕豆病。
存在于高等植物体，特别是甘蔗、甜菜、菠萝等， 蔗糖不仅是光合作用的产物之一，而且是植物体糖 类物 质的主要运输形式。 蔗糖合成酶催化，次要途径。
有两条途径
存在于非绿色组织中 磷酸蔗糖合成酶催化，主要途径UDPG作 为糖基供体
2G 2×6 - P -G
H2 O 磷酸果糖磷酸酯酶
Pi
1 - P -G
UDPG
3. HMP定位于细胞质，和EMP等途径相通。 4. HMP在植物胁迫(如干旱、病害、伤害等)时被高速启动。 HMP途径在生物体中普遍存在，其中动物、微生物中占糖降 解的30%，植物中占50%。
1、5-磷酸核糖
5-磷酸核糖参与 各种核苷酸辅酶及核苷酸的合成 各种核苷酸辅酶 核苷酸
(1)NAD(P)+ (2)FAD (3)HSCoA (1) NTP DNA、RNA合成原料 (2)dNTP (3)cAMP/cGMP
3.生理意义
◎有利于机体内糖来源不足时维持血糖 浓度相对恒定，这对需糖较多的脑组 织、红细胞和视网膜等非常重要 ； ◎有利于乳酸的利用——乳酸循环； ◎协助氨基酸代谢。
乳酸循环
糖异生作用
基本上是糖酵解的逆过程
跨越三个能障 (energery barrier)
跨越一个膜障(membrane barrier)