糖代谢

一、糖的消化吸收与储存
一、消化（酶水解）
• 以动物消化淀粉为例： 1、口腔： 唾液淀粉酶 淀粉 糊精+麦芽糖 2、胃： 口腔消化的继续，胃酸浸透食物， 消化停止，进入肠道。
3、小肠：
含必需的酶和pH环境，多、寡、双糖几 乎全转化为单糖: 麦芽糖→ 2 葡萄糖， 蔗 糖→ 葡 + 果； 乳 糖→ 葡 + 半乳
10)磷酸烯醇丙酮酸
丙酮酸
• 丙酮酸激酶 (pyruvate kinase), Mg2+, K+ • 又一次底物水平磷酸化，产生2个ATP。 • 反应不可逆，此为EMP限速步骤之三。
二、糖的胞内分解代谢
3 、 总 反 应 式
（三）能量转化
1、ATP：消耗:反应1,3 各1个 -2 产生:反应7 , 10 各2个 +4 净得2个ATP
2、苹果酸-Asp穿梭系统：
• 发生在肝、心肌细胞中，产生3个ATP
（五）丙酮酸的去向：
1、无氧时：
丙酮酸→乳酸 丙酮酸→乙醛→乙醇
发酵的意义：
1）反应中NAD+得到再生，保证了CoⅠ的周转。 2）许多生物在无或缺氧时以此方式获能。
二、糖的胞内分解代谢
2、有氧时： 1）被丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase)转化 为乙酰-CoA，后者进入三羧酸循环。 丙酮酸+ NAD+ +CoA→ 乙酰-CoA+CO2+NADH 2）细胞能量水平过高时，乙酰-CoA积累， 可转化为脂肪酸或酮体。
二、糖的胞内分解代谢
二、糖的有氧分解
葡萄糖有氧分解包括： EMP：葡萄糖→丙酮酸 TCA：丙酮酸→乙酰CoA →CO2+ H+ 电子传递链： H++1/2O2 →H2O
（一）丙酮酸氧化脱羧
• 在线粒体膜上由 丙酮酸脱氢酶系 催化丙酮酸不可 逆的氧化脱羧， 并与CoA结合形 成乙酰- CoA和 CO2
CoA
CO2
二、糖的胞内分解代谢
1、反应历程
反应包括8步：
①乙酰- CoA(2C)
+ 草酰乙酸(4C)
柠檬酸合酶
柠檬酸(6C)
A、反应能量来自高能硫酯键；
B、ΔG0’= -31.4 KJ/mol ， 反应不可逆； C、柠檬酸合酶对草酰乙 酸Km很低，反应可迅 速进行。
源自文库
二、糖的胞内分解代谢
②柠檬酸
1、丙酮酸脱氢酶系：
• 包括：3酶6因子 E1：丙酮酸脱氢酶、 E2：二氢硫辛酸转乙酰基酶 E3：二氢硫辛酸脱氢酶 辅助因子：硫胺素焦磷酸（TPP）、硫辛 酸、Mg2+ 、CoA、FAD和NAD。 • 意义： 以多酶复合体形式，使反应快速进行。
二、糖的胞内分解代谢
2、反应过程：
丙酮酸
(乙酰CoA)
• 乌头酸酶
异柠檬酸(6C)
• 中间产物形成顺-乌头酸与酶形成复合物。 • -OH从C2移到C3
③异柠檬酸
α-酮戊二酸(5C) +CO2
• 异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase) • 此酶需NAD+，并被还原为NADH。 • 第1次氧化脱羧；
④α-酮戊二酸
琥珀酰~ CoA (4C) +CO2
3、意义：
• 处于代谢途径的分支点，是关键性不可逆 反应。 • ΔG0’= -33.4 KJ/mol • 产生2个NADH： 即：2×3=6个ATP
4、调控：
1）2种产物抑制，相应反应物解抑； 乙酰CoA —— E2， NADH —— E3； 2）核苷酸反馈抑制： GTP —— E1 3）可逆磷酸化的共价调节： 磷酸化 -失活；去磷酸化 -恢复活性
§8-2 糖的胞内分解代谢
• 葡萄糖的无氧分解：
糖酵解——糖的共同分解途径
• 葡萄糖的有氧分解：
糖酵解（EMP） 三羧酸循环（TCA）葡萄糖→CO2+H2O+ATP 电子传递链 磷酸戊糖途径 乙醛酸循环途径
二、糖的胞内分解代谢
一、糖酵解(glycolysis)
（一）概念： 1、糖酵解是在细胞质中，酶将葡萄糖氧化 成丙酮酸并伴随生成ATP的过程。 Embden -Meyerhof-Parnas途径，简称EMP
• 6C →2 3C • 消耗2ATP
二、糖的胞内分解代谢
第二阶段：
2丙糖磷酸→2丙酮酸 有ATP生成
6)甘油醛-3-P
1,3-BP-甘油酸
• 3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehgde 3phosphate dehydrogenase) ，NAD+ 为辅酶。 • EMP第一次氧化作用
7) 1,3-BP-甘油酸
二、糖的胞内分解代谢
（二）反应历程： 在细胞质中进行
ATP ADP ATP ADP
葡萄糖
E
6-磷酸葡萄糖
E
6-磷酸果糖
E
NADH NAD
1，6-二磷酸果糖
E
3-磷酸甘油醛
Pi
E
1,3-二磷酸甘油酸
E
磷酸二羟基丙酮
ADP ATP E H2O
3-磷酸甘油酸
E
2-磷酸甘油酸
E
烯醇式丙酮酸
二、糖的胞内分解代谢
2）NADH：
反应6 产生 2个 无氧时：用来还原丙酮酸产生乳酸； 有氧时：2个NADH通过电子传递链 可产生6/4个ATP。 ∴EMP途径中， 能量总计： 无氧：得2个ATP； 有氧：得8/6个ATP。
(四) NADH的去向：进入线粒体继续氧化
1、磷酸甘油穿梭系统： 发生在肌肉、神经细胞中，产生2个ATP
二、糖的胞内分解代谢
（ 六 ） 糖 酵 解 途 径 的 调 节
1、磷酸果糖激酶（FPK）：(反应3)
1）FPK-1为变构酶： 变构激活剂:AMP、ADP、F-6-P 、 F-2,6-BP 、F-1,6-BP(正反馈） 变构抑制剂: ATP 、 2） [柠檬酸] ↑抑制EMP 3）[H + ]↓： EMP↓
2) G-6-P
F -6-P
磷酸葡萄糖异构酶 (phosphoglucoisomerase)
二、糖的胞内分解代谢
3） F -6-P
F -1,6-BP
• 磷酸果糖激酶 (phosphofructokinase,PFK) 为限速酶，受ATP抑制，ADP和Pi可解除 抑制； • 此为EMP关键反应步骤。 • 反应不可逆。
3-P-甘油酸
• 磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase) • 底物水平磷酸化：产生2个ATP
二、糖的胞内分解代谢
8) 3-P-甘油酸
2 -P-甘油酸
磷酸甘油酸变位酶(phosphglycerate mutase)
9) 2 -P-甘油酸
烯醇化酶(enolase)
磷酸烯醇丙酮酸
二、糖的胞内分解代谢
2、 TCA循环产生的NADH和FADH2的氧化
3个NADH→9个ATP
1个ATP
1个FADH2→2个ATP
1个乙酰- CoA通过TCA产生12个ATP
二、糖的胞内分解代谢
3、葡萄糖有氧分解产生的ATP
EMP：产生 8/6个ATP 丙酮酸氧化脱羧： 产生： 2NADH (H +)×3ATP = 6个 ATP TCA： 产生： 2× 12ATP = 24个ATP 总共38/36个ATP
二、糖的胞内分解代谢
5、TCA的调节
TCA受 ①底物效应； ②产物积累的反 馈抑制作用； ③循环中形成的 中间产物的别 构抑制；
二、糖的胞内分解代谢
（七）EMP的生理意义：
1、迅速提供能量、净得2个ATP： A、剧烈运动，肌肉相对缺氧， EMP↑ B、病理情况下,呼吸或循环障碍,EMP 供能； C、红细胞靠EMP 供能； D、神经、骨髓也常由EMP 供能； 2、提供细胞生物合成的原料，联系三大代谢； 3、 EMP的普遍性，反映大气缺氧时期原始生 物的获能方式。
二、糖的胞内分解代谢
2、己糖激酶：反应1 受F-6-P反馈抑制 3、丙酮酸激酶：反应10 被F-1,6-BP活化；ATP和Ala变构抑制； 受激素作用，胰高血糖素通过cAMP抑制。
二、糖的胞内分解代谢
由此可见：
• 体内ATP/AMP调控EMP速率 当ATP/AMP↑酶被抑制， EMP受抑； 当ATP/AMP↓酶激活， EMP加速。 • 调控目的： 在于根据机体对能量的需要来调整糖 酵解速度以适应机体组织器官的需要。
一、糖的消化吸收与储存
二、吸收
1、部位：小肠 2、途径： 单糖
毛细血管 肝门静脉
肝
体循环
3、机理：
• 载体假说
一、糖的消化吸收与储存
三、转运
1、入肝前： 肝门静脉血中糖种类由食物糖类型决定； 2、出肝循环血中： 正常情况下仅为葡萄糖。
四、储存：
以多糖形式（植物：淀粉） 1、糖原形式储存在肝、肌肉等组织中； 2、过量时，葡萄糖→脂肪。
好氧有机体中：
丙酮酸→TCA →CO2+H2O +ATP NADH →电子传递链→ ATP +H2O
氧不足：
丙酮酸→乳酸
二、糖的胞内分解代谢
2）发酵(fermentation)：
葡萄糖或有机物降解产生ATP的过 程，其中有机物既可作电子受体又 可作电子供体。由于产物不同分：
A、乙醇发酵： B、乳酸发酵：
二、糖的胞内分解代谢
4）F-2,6-BP 的形成及作用
• 可增强F-6-P与E的亲和力，解除ATP对E活的抑 制，使酶活化，加速EMP。
F-6-P
FPK2 F-2,6-BP
果糖二磷酸酶
• 二E组成相同，仅因-Ser的磷酸化与否而活性不 同。 +P：PFK2↓ —P： PFK2↑
5）FPK2/磷酸果糖酶的活性受胰高血糖素共 价修饰。cAMP促进磷酸化。
4) F -1,6-BP
甘油醛-3-P +磷酸二羟丙酮 （DHAP）
• 醛缩酶 (aldolase) • 生理条件下G-3-P 不断形成丙酮酸，故 [G-3-P]低，反应向裂解方向进行。
5) DHAP
甘油醛-3-P
• 三糖磷酸异构酶 (triose phosphate isomerase)
EMP第1阶段小结
• α-酮戊二酸脱氢酶系，为3酶的复合体， 类似丙酮酸脱氢酶系。 • 第2次氧化脱羧。 • 辅酶为NAD+ ，有NADH形成。 • ΔG0’= -30.24 KJ/mol 反应不可逆
二、糖的胞内分解代谢
⑤琥珀酰~CoA
琥珀酸(4C)
• 琥珀酰- CoA合成酶； • 底物水平磷酸化； 高能键释放的能量用以合成GTP（主要在 动物）或ATP（植物特有）。
二、糖的胞内分解代谢
（二）三羧酸循环
tricarboxylic acid,TCA 草酰 乙酸 苹果 酸 NADH
乙酰CoA 加入2C 柠檬 酸
丙酮酸
异柠 檬酸 NADH
定义：在有氧条件下，酵
延胡 索酸 FADH2
草酰 解产物丙酮酸被氧化分解 琥珀酸 成CO 2 和H 2 O,并以ATP形式 贮备大量能量的代谢系统 。 CO2 NADH 琥珀 酸 1GTP 琥珀酰 α-酮 戊二酸
第八章
糖 代 谢
本章内容
• • • • • 糖的消化吸收与储存 糖的分解代谢——糖酵解、三羧酸循环 糖的合成代谢——糖原异生、糖原合成 血糖及其调节 糖代谢紊乱
§8-1 糖的消化吸收与储存
• 糖类的主要功能：
能源：生物所需能量主要来自糖的分解代谢； 碳源：是构成生物体的主要组分：
• 人类对糖的利用须将较复杂的糖分子经 酶解成单糖后方可吸收利用。
ADP ATP E
丙酮酸
二、糖的胞内分解代谢
第一阶段：
葡萄糖→2丙糖磷酸 无ATP生成
1）Glc
G-6-P
• 己糖激酶( hexokinase)： 以6碳糖为底物，专一性不强。为限速酶 • 葡萄糖激酶：对D-葡萄糖专一 • 不可逆反应。 • 激酶(kinase) ：凡催化磷酰基从ATP分子 上转移到受体上的酶称~，需Mg2+等。
二、糖的胞内分解代谢
4、TCA的意义
A、形成大量ATP的主要途径： 有氧：8+6+24=38个ATP/1分子葡萄糖； 无氧（EMP）：8个ATP /1分子葡萄糖。 B、提供许多重要中间代谢产物。如： α-酮戊二酸→ Glu；草酰乙酸→ Asp C、TCA是联系三大代谢的枢纽。
TCA 是 联 系 三 大 代 谢 的 枢 纽
琥珀酰- CoA合成酶 (succinyl sythetase) 作用机理
⑥琥珀酸
延胡索酸(4C)
• 琥珀酸脱氢酶，位于线粒 体内膜上 • 辅基FAD还原成FADH2。
⑦延胡索酸+水
苹果酸(4C）
• 延胡索酸酶(fumarate hydratase) • 催化水合反应
⑧苹果酸
草酰乙酸(4C)
• 苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase) • 需NAD+，并被还原为NADH。
小 结：
1、TCA循环一周，
• 将乙酰- CoA的乙酰基氧化成2个CO2 ， • 产生1个GTP、 • 1个FADH和3个NADH。
其它三羧酸、二羧酸并无减少，理论上 这些酸只需微量，即可循环，促使乙酰 CoA氧化。因有2步不可逆反应，故反应 单方向进行。