生物化学5第五章 糖代谢

丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶单体构成：
丙酮酸脱氢酶（E1）， 二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）， 二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）。
该多酶复合体有六种辅助因子： TPP，硫辛酸，NAD+，FAD，HSCoA和Mg2+。
整个反应中，中间产物不离开酶复合体,使反 应迅速完成，且没有游离的中间产物，不 会有副反应发生。
（一）葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸：
• 此阶段在细胞胞液(cytoplasm)中进 行 ， 一 分 子 葡 萄 糖 (glucose) 分 解 后 净生成2分子丙酮酸(pyruvate)，2分 子ATP，和2分子（NADH + H+）。
• 两分子（NADH + H+）在有氧条件下 可 进 入 线 粒 体 (mitochondrion) 产 能 ， 共 可 得 到 2×1.5 或 者 2×2.5 分 子 ATP 。 故第一阶段可净生成5或7分子ATP。
*
磷酸果糖激酶-1
(3) ATP ADP
2.裂解（lysis)——磷酸丙糖的生成：
• 一分子F-1,6-BP裂解为两分子可以互 变的磷酸丙糖（triose phosphate)， 包括两步反应：
⑷ F-1,6-BP 裂 解 为 3- 磷 酸 甘 油 醛 (glyceraldehyde-3-phosphate) 和 磷 酸 二 羟 丙 酮 (dihydroxyacetone phosphate)；
CaM：钙调蛋白
3 己糖激酶或葡萄糖激酶： 己糖激酶是肝脏调节葡萄糖吸收的主要的关键酶。
己糖激酶受产物6-磷酸葡萄糖反馈抑制。葡萄糖激酶 分子中没有6-磷酸葡萄糖变构部位，不受6-磷酸葡 萄糖反馈抑制。
己糖激酶有四种同工酶，肝细胞中是Ⅳ型叫葡萄糖激 酶，对葡萄糖亲和力低。
饱食状态血糖浓度高时，仍可不停将摄取的葡萄糖磷 酸化为葡萄糖-6-磷酸。且不被产物葡萄糖-6-磷酸 所抑制。
促进２,６二磷酸果糖水解。 抑制糖的分解。
2. 丙酮酸激酶： 变构调节
ATP 丙氨酸(肝)
-
1,6-二磷酸果糖
+
丙酮酸激酶 pyruvate kinase
共价修饰调节
Pi 磷蛋白磷酸酶
丙酮酸激酶
（有活性）
丙酮酸激酶 P
（无活性）
ATP
ADP
胰高血糖素
PKA, CaM激酶
PKA：蛋白激酶A (protein kinase A)
⑻ 3-磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸；
NAD++Pi NADH+H+ (6)
3-磷酸甘油醛 脱氢酶
ADP (7)
ATP
磷酸甘油酸 激酶
(8) 磷酸甘油酸变位酶
⑼ 2- 磷 酸 甘 油 酸 (glycerate-2phosphate)脱水生成磷酸烯醇式丙酮 酸(phosphoenolpyruvate,PEP)；
ATP、柠檬酸是别构抑制剂。
该酶有两个ATP结合位点，一是活性中心的催 化部位， ATP作为底物结合； 另一是活性中心外的与变构效应物结合的位点， 与ATP亲和力低。
所以需要较高浓度的ATP才能结合使酶失活。
ADP、AMP、1,6-二磷酸果糖、 2,6-二磷酸果 糖是别构激活剂。
AMP与ATP竞争变构结合位点，抵消ATP的 抑制作用。
• 有些成人乳糖酶缺乏，在食用牛奶后发生乳 糖消化吸收障碍，引起腹胀，腹泻。
• 婴儿乳糖不耐受 较多。
（二）糖的吸收
1. 吸收部位
小肠上段
2. 吸收形式
单糖
3. 吸收机制
刷状缘 肠 腔

ATP ADP+NPai +泵
细胞内膜 门静脉
K+
Na+依赖型葡萄糖转运体
(Na+-dependent glucose transporter, SGLT)
调节方式
① 别构调节 ② 共价修饰调节
1. 6-磷酸果糖激酶-1：
6-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解代谢 途径流量的最重要因素。
ATP 柠檬酸
-
ADP、AMP 1,6-二磷酸果糖 2,6-二磷酸果糖
+
6-磷酸果糖激酶-1 6-phosphofructokinase-1
6-磷酸果糖激酶-1 是四聚体。
• 由一分子葡萄糖氧化分解产生两分子 丙酮酸(pyruvate)，故可生成两分子 乙酰CoA(acetyl CoA)，两分子CO2和 两分子 （NADH+H+） ，可生成2×2.5 分子ATP 。
• 反应为不可逆；丙酮酸脱氢酶复合体 (pyruvate dehydrogenase complex) 是糖有氧氧化途径的关键酶之一。
第 五章
糖代谢
Carbohydrate Metabolism
第一节
糖代谢概况
Introdution
一、糖的生理功能
糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物。糖类 在生物体的生理功能主要有：
① 氧化供能：糖类占人体全部供能量的 70%。
② 作为结构成分：作为生物膜、神经组 织等的组分。
③ 作为核酸类化合物的成分：构成核苷 酸，DNA，RNA等。
• 糖无氧氧化时，1mol葡萄糖可经底物水平 磷酸化生成4molATP，在葡萄糖和果糖-6磷酸磷酸化时消耗2molATP，故净生成 2molATP。
第三节
葡萄糖的有氧氧化
Aerobic Oxidation of Glucose
第三节 糖的有氧氧化
• 葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分 解 生 成 CO2 和 H2O ， 并 释 放 出 大 量 能量的过程称为糖的有氧氧化 （aerobic oxidation)。
丙酮酸还原为乳酸(lactate) 。
* 乙醇发酵(ethanol fermentation)： 在某些植物、脊椎动物组织和微生物，
酵解产生的丙酮酸在无氧条件下，丙酮酸脱 羧酶催化脱羧变为乙醛，接着还原变为乙 醇的过程即乙醇发酵。
糖酵解(glycolysis)： 一分子葡萄糖裂解为两分子丙酮酸，在缺
NADH+H+
NAD+
⑿
乳酸脱氢酶
糖酵解可将一分子葡萄糖分解为两分子乳酸，净 生成两分子ATP。
糖酵解的全部反应在胞浆中进行。
糖酵解代谢途径有三个关键酶： 己糖激酶（葡萄糖激酶） 磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶
二、糖酵解的调控是对三个关键酶活 性的调节
关键酶
① 己糖激酶
② 磷酸果糖激酶-1
③ 丙酮酸激酶
４） ６－磷酸果糖激酶－２是一种双功能酶， 酶蛋白有２个分开的催化中心，同时具有果 糖二磷酸酶－２和６－磷酸果糖激酶－２的 活性。
促进２,６二磷酸果糖生成和水解。
６－磷酸果糖激酶－２和果糖二磷酸酶－２还 可在激素作用下进行共价修饰调节。
胰高血糖素通过cAMP及依赖cAMP的蛋白激酶, 酶磷酸化后： ６－磷酸果糖激酶－２活性减弱， 果糖二磷酸酶－２活性升高。
⑸ 磷酸二羟丙酮异构为3-磷酸甘油醛。
(4) 醛缩酶
(5) 磷酸丙糖异构酶
3.放能(releasing energy——丙酮酸 的生成：
• 3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放 能等反应生成丙酮酸，包括六步反应。
⑹ 3-磷酸甘油醛脱氢并磷酸化生成1,3-二磷 酸甘油酸;
⑺ 1,3-二磷酸甘油酸脱磷酸后转变为3-磷酸 甘油酸,将磷酸交给ADP生成ATP ；
⑽ 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）将高能磷 酸基交给ADP生成ATP；
⑾ 烯醇式丙酮酸自发转变为丙酮酸 (pyruvate) 。
⑼ H2O 烯醇化酶
ADP ⑽
ATP
* 丙酮酸激酶
⑾ 自发
（二）．还原——乳酸的生成：
• 利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的 NADH ， 使 NADH 重 新 氧 化 为 NAD+ ， 以 确 保 反应的继续进行。
（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA：
• 丙酮酸进入线粒体(mitochondrion)，在丙 酮 酸 脱 氢 酶 复 合 体 (pyruvate dehydrogenase complex) 的 催 化 下 氧 化 脱 羧生成乙酰CoA(acetyl CoA)。
* 丙酮酸脱氢酶复合体
NAD+ +HSCoA NADH+H+ +CO2
氧条件下，丙酮酸还原为乳酸(lactate)的 过程
• 有氧氧化(aerobic oxidation)： 在有氧条件下，需氧生物和哺乳动物组织 内的丙酮酸彻底氧化分解为CO2和H2O， 即糖的有氧氧化 。
一、糖酵解的反应过程
糖酵解的代谢反应过程分为两个阶段：
第一阶段： 由葡萄糖分解成丙酮酸（pyruvate） 的过程，称之为糖酵解途径（glycolytic pathway）。
三、糖无氧氧化的主要生理意义
• 糖无氧氧化最主要的生理意义在于机体缺氧状况下 迅速提供能量，这对肌肉收缩更为重要。
• 当机体缺氧或剧烈运动肌肉局部血流不足时，能量 主要通过糖无氧氧化获得。
• 红细胞没有线粒体，完全依赖糖无氧氧化供应能量。
• 神经、白细胞和骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧 也常由糖无氧氧化提供部分能量。
１,６二磷酸果糖是６－磷酸果糖激酶－１的 产物。
该产物的正反馈作用较少见，有利于糖的分解。
２,６二磷酸果糖
１） 作用：２,６二磷酸果糖是６－磷酸果 糖激酶－１的最强的变构激活剂。
２ ） 生成： ６－磷酸果糖在６－磷酸果糖 激酶－２催化下生成。
３） 水解：果糖二磷酸酶－２水解２,６二 磷酸果糖成６－磷酸果糖。
肝正常饮食时仅氧化少量的葡萄糖，主要由氧化脂酸 得能量。
长链脂酰CoA对葡萄糖激酶有变构抑制作用。 葡萄糖激酶受激素调控，胰岛素促进葡萄糖激酶的合
成。在糖代谢及维持血糖浓度中起作用。
己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂。
G-6-P -
己糖激酶 hexokinase
长链脂酰CoA -
葡萄糖激酶 glucokinase
④ 转变为其他物质：转变为脂肪或氨基 酸等化合物。
二、糖的消化吸收
（一）糖的消化
食物中糖有植物淀粉、动物糖元、麦牙糖、蔗糖、 乳糖、葡萄糖。人体因无β-糖苷酶，不能利用大 量的纤维素。
食物中糖以淀粉为主，唾液和胰液中有a-淀粉酶， 水解淀粉中a-1,4-糖苷键。
但食物在口腔中停留时间短。
淀粉的消化主要在小肠中进行。在胰液a-淀粉酶作 用下，生成寡糖，包括没有分支的麦芽糖、麦芽三 糖和有分支的异麦芽糖、a-临界糊精。
4. 吸收途径 小肠肠腔 SGLT 肠黏膜上皮细胞
SGLT: Na+依赖型葡萄 糖转运体
GLUT：葡萄糖转运体
门静脉 肝脏
GLUT
各种组织细胞
体循环
第二节
葡萄糖的无氧氧化
Anaerobic Oxidation of Glucose
* 乳酸发酵(lactic acid fermentation)： 在缺氧条件下，葡萄糖经酵解生成的
• 寡糖进一步消化在肠黏膜细胞中。
• 1) a-葡萄糖苷酶、麦芽糖酶：水解麦芽糖、 麦芽三糖。
• 2 )a-临界糊精酶、异麦芽糖酶：水解异麦芽 糖、a-临界糊精成葡萄糖。
• 3) 肠黏膜细胞有蔗糖酶和乳糖酶，分别水解 蔗糖和乳糖。
• 乳糖由半乳糖通过α-1,4-糖苷键连接葡萄糖 而形成的二糖，是哺乳类乳汁中主要的二糖。 蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合成。
⑵ G-6-P 异 构 为 6- 磷 酸 果 糖 （ fructose-6phosphate,F-6-P）；
⑶ F-6-P 再 磷 酸 化 为 1,6- 二 磷 酸 果 糖 （fructose-1,6-biphosphate,F-1,6-BP）。
ATP (1)
ADP
* 己糖激酶/葡萄糖激酶
(2) 磷酸己糖异构酶
• 绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧 化途径获得能量。此代谢过程在细 胞 胞 液 和 线 粒 体 (cytoplasm and mitochondrion)内进行。
一 分 子 葡 萄 糖 (glucose) 彻 底 氧 化 分 解可产生30/32分子ATP。
一、有氧氧化的反应过程
糖的有氧氧化代谢途径可分为： 葡萄糖酵解； 丙酮酸氧化脱羧； 和三羧酸循环及氧化磷酸化三个阶段 。
可分为活化、裂解、放能三个过程。
第二阶段：为丙酮酸转变成乳酸的过程。
(一)糖酵解途径 葡萄糖→丙酮酸
• 1、活化——己糖磷酸酯的生成： • 活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异构反应
生成1,6-二磷酸果糖(FBP，FDP)的反应过 程。 • 该过程共由三步化学反应组成。
⑴ 葡萄糖(glucose)磷酸化生成6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate,G-6-P)；
（三）经三羧酸循环彻底氧化分解
二、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式
[O] NADH+H+
[O] FADH2
H2O、2.5ATP H2O、1.5ATP
• 三羧酸循环一次最终共生成10个ATP。
• 1mol葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O，可净生 成30或32molATP。