第四章糖代谢

⑧ 甘油酸-2-磷酸的生成 这是一步分子 内的重排反应，甘油酸-3-磷酸通过甘油 酸磷酸变位酶的催化，生成甘油酸三磷 酸，反应是可逆的。
⑨ 烯醇丙酮酸磷酸的生成 甘油酸-2-磷酸 在烯醇化酶的催化下在第2，3碳原子上脱 下1分子水生成烯醇丙酮酸磷酸。在反应 中，甘油酸-2-磷酸分子内部的能量重新分 配，产生高能磷酸化合物——烯醇丙酮酸 磷酸。反应需Mg2+作激活剂
子。这是酵解过程的第一个限速步骤。
② 果糖-6-磷酸的形成 在G-6-P分子中，C-1位上的羰
基或半缩醛不象羟基那样易于被磷酸化，需要进行异构 化作用。通过己糖磷酸异构酶的催化，将C-1位上的羰 基转移到C-2位上，即醛糖变酮糖，转化为果糖-6-磷酸， C-2位羰基的存在是后续裂解反应产生两分子的三碳糖 所需要的。
磷酸在甘油醛-3-磷酸脱氢酶的催化下，以辅酶NAD ＋作为受氢体，在磷酸的参与下脱氢氧化生成甘油酸 -1-3-二磷酸。在脱氢过程中，产生的能量集中在磷 酸和羧基结合成的酸酐键上，形成高能磷酸键。
⑦甘油酸-3-磷酸和ATP的生成 在甘油磷酸 激酶的催化下，将高能磷酸基从甘油酸-1， 3-二磷酸的酰基磷酸上转移给ADP，生成 了甘油酸-3-磷酸和ATP。
2．小肠内消化食物淀粉的消化主要在小肠中进行。在胰液的-淀 粉酶作用下，淀粉被水解为寡糖、麦芽糖和麦芽三糖(约占65％)，及 含分支的异麦芽糖和由4～9个葡萄糖残基构成的-临界糊精(约占35 ％)。在小肠黏膜刷状缘有-葡萄糖苷酶(包括麦芽糖酶)水解没有分支 的麦芽糖和麦芽三糖生成葡萄糖；另有-临界糊精酶(包括异麦芽糖酶) 则可水解-1,4糖苷键和-1,6糖苷键，将-临界糊精和异麦芽糖水解成 葡萄糖。肠黏膜细胞还存在有蔗糖酶和乳糖酶等，分别水解蔗糖和乳 糖。淀粉的消化过程如图。
-淀粉酶水解淀粉的-1，4-糖苷键和-1，6-糖苷键，从非还原性末端 开始逐个切下葡萄糖残基。无论作用于直链淀粉还是支链淀粉，其终产 物都是葡萄糖。
R酶(脱支酶)即专一水解-l，6-糖苷键的酶，可将支链淀粉的分支切 下。支链淀粉经淀粉酶水解产生的极限糊精，由脱支酶水解去除-1，6 连接的葡萄糖，再在-淀粉酶和-淀粉酶作用下彻底水解。
第二节 糖类的分解代谢
糖类在人体内主要的分解途径有3条：①在无氧的情况下进行糖 酵解（或者发酵），生成乳酸（或者乙醇）及少量ATP；②在供氧 充足时进行有氧氧化，生成CO2、H2O及大量ATP；③经磷酸戊糖 途径代谢。另外还有糖醛酸途径，但只占葡萄糖代谢的很少部分。
一、 糖的无氧分解
糖酵解和发酵均不需要氧的参与，统称为糖的无氧分解。在1875 年，法国著名的科学家L．Pasteur就发现，酵母菌在无氧条件下将 葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳，称之为发酵。高等动物的肌肉组织， 在剧烈的活动时处于缺氧状态，糖原或葡萄糖被分解成为乳酸，此 过程与发酵相似，常称为糖酵解。糖酵解过程于1 940年最终得到阐 明，在这项研究中，三位生物化学家G．Embden，O．Meyerhof， J．K．Parnas的贡献最大，所以糖酵解途径又称为EMP徐径。
(arabinose)
D(+)-甘油醛
(allose)
D(-)-苏糖
(threose)
D(+)-木糖
(xylose)
D(-)-米苏糖
(lysose)wenku.baidu.com
D(+)-阿洛糖 D(+)-阿桌糖 D(+)-葡萄糖 D(+)-甘露糖 D(+)-古洛糖 D(-)-艾杜糖 D(+)-半乳糖
(allose)
(glucose)
-淀粉酶水解淀粉的-1，4-糖苷键。如底物是直链淀粉，则产物为葡 萄糖、麦芽糖。如果是支链淀粉，则水解产物除上述产物外，还含有麦 芽三糖和-糊精，所以又称该酶为液化酶或糊精酶。-1，6-糖苷酶又称 脱支酶，其作用是可以水解带分支的糊精中-1，6-糖苷键，生成-1，4糊精和麦芽糖的混合物。
-淀粉酶水解淀粉的-l，4-糖苷键，其水解的方式是水解淀粉的非还 原性末端残基，并依次切下两个葡萄糖单位，产物为麦芽糖。作用于支 链淀粉，除产生麦芽糖外还产生糊精。
RE
0.8nm
6个残基
直链淀粉的螺旋结构
支链淀粉或糖原分子示意图
支链淀粉或糖原分支点的结构
纤维素一级结构
纤维素链
微纤维 细胞壁
纤维素片层结构
植物细胞中的 纤维素微纤维
植物细胞壁与纤维素的结构
糖复合物
(Complex Carbohydrates)
糖—肽链
糖—脂质
糖—核酸
肽聚糖
糖蛋白
蛋白聚糖
(peptidoglycans) (glycproteins) (proteoglycans)
糖鞘脂
糖基酰基甘油
脂多糖
(pglycosphingolipids) (glycosylacylglycerols) (lipopolysauhards)
二、 多糖的降解
（一） 胞外水解
多糖在细胞外的降解是一种加水分解的过程，催化多糖胞外水解的酶 称为糖苷酶，包括-淀粉酶、-淀粉酶、-淀粉酶及R酶(脱支酶)和纤维 素酶。消化道内水解淀粉的酶主要有-淀粉酶和-1，6-糖苷酶。
三、糖类的消化吸收
(一)糖类的消化 人类食物中的糖类以淀粉为主，其次还有麦芽糖、果糖及葡萄糖等。
除单糖外，都要经消化道中的水解酶作用分解为单糖后才能被吸收利 用。食物中含有大量纤维素，因人体内缺乏-1,4糖苷酶而不能对其分 解利用，无营养价值，但纤维素具有刺激肠蠕动等作用，是维持健康 所必需。
1．口腔消化 淀粉是由许多葡萄糖分子组成的带大量分支的大分 子多糖，直链部分的葡萄糖通过-1,4糖苷键相连，分支处以-1,6糖 苷键相连。唾液中含有-淀粉酶，可水解淀粉分子内的-1,4糖苷键， 水解产物为线形或分支的寡糖。
⑤磷酸丙糖同分异构化
磷酸二羟丙酮酸和甘油醛-3-磷酸是同分异构体，在磷
酸丙糖异构酶的催化下可相互转化。反应进行得很快， 而且是可逆的，平衡时96％的磷酸丙糖是二羟丙 酮磷酸，由于甘油醛-3-磷酸在后续反应中能被 有效移走，所以反应很易转变成甘油醛-3-磷酸。
⑥甘油醛-3-磷酸氧化为甘油酸-1-3-二磷酸 甘油醛-3-
（一） 糖酵解过程 糖酵解是通过一系列酶促反应将一分子葡萄糖转变为两分子丙酮
酸并伴有ATP生成的过程，共包括11个反应步骤，全部反应位于细 胞质中。
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糖酵解途径，对于某 些细胞，糖酵解是唯一生成ATP的途径。
D(+)-山梨糖
(sorbose)
D(-)-洛格酮糖
(tagalose)
转折
旋转
成环 -D-吡喃葡萄糖
成环
-D-吡喃葡萄糖
D-葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤
重要的二糖
D-麦芽糖（ -型）
纤维二糖（ -型）
蔗糖
乳糖（ -型 ）
NRE
直链淀粉
NRE
(1 6)分支点
RE
1.4nm
(二)糖类的吸收 目前普遍认为葡萄糖是与Na+共同吸收的。吸收的部位主要在
小肠上段。小肠黏膜细胞的刷状缘上存在有特异的载体蛋白，它 有两个结合部位，分别结合葡萄糖和Na+。由于刷状缘两侧存在 Na+的浓度梯度，使载体顺Na+的浓度梯度将Na+和葡萄糖转移到 细胞内。对葡萄糖而言是逆浓度梯度转运。黏膜细胞的浆膜侧有 Na+泵(Na+，K+-ATP酶)利用ATP提供能量，不断将Na+泵出细胞， 降低细胞内Na+浓度，维持刷状缘两侧Na+的浓度梯度，使载体不 断的转运葡萄糖。吸收的葡萄糖扩散入血，循门静脉至肝，再输 送到全身各组织器官利用。
糖是一类多羟醛或多羟酮及其缩合物和衍生物的总称。糖类是 自然界中分布最广、数量最多的有机化合物。从最简单的细菌到 高等植物和动物都含有各种糖类，植物体中含量最丰富，如根茎 中的纤维素，种子及块茎中的淀粉．水果中的葡萄糖和果糖等， 平均含量约占植物体干重的80％。
根据糖类的分子结构特点，通常将其分为4类：①单糖，指不 能用水解方法再进行降解的糖类及其衍生物，根据其羰基的特点 可分为醛糖和酮糖，根据其所含碳原子的数目可分为丙糖、丁糖、 戊糖和己糖等，如葡萄糖、果糖、半乳糖、葡萄糖醛酸等为己糖； ②寡糖，2至10个单糖分子缩合成的低聚糖，包括蔗糖、乳糖、麦 芽糖、麦芽三糖等；③多糖，由若干单糖分子通过糖苷键聚合而 成的高分子聚合物，常见的有淀粉、纤维素、糖原等；④结合糖， 指糖与非糖物质以共价键结合形成的糖复合物，如糖蛋白、蛋白 聚糖、糖脂等。
(idose)
(galactose)
D系酮糖的 立体结构
D(-)-赤藓酮糖
(erythrulose)
二羟丙酮
(dihytroasetone)
D(-)-核酮糖
(ribulose)
D(+)-核酮糖
(xylulose)
D(+)-阿洛酮糖
(psicose,allulose)
D(-)-果糖
(fructose)
③果糖-1，6-二磷酸的形成 果糖-6-磷酸在果糖磷酸激
酶的催化下，由ATP提供能量和磷酸基，生成果糖-1， 6-二磷酸。该酶催化的反应是不可逆的，是酵解途径中 最关键的反应步骤。
由葡萄糖转变为果糖-1，6-二磷酸要消耗2分子 ATP。
④ 磷酸丙糖的生成 果糖-1，6-二磷酸分子在
醛缩酶的催化下，转变成为两分子的磷酸丙糖， 即二羟丙酮酸与油醛-3-磷酸。糖酵解的其余步骤 则仅包括三碳单位。
⑩烯醇丙酮酸和ATP的生成 烯醇式丙酮酸2-磷酸具
有很高的转移磷酸基的势能，在ADP，Mg2＋以及高 浓度K＋存在下，经丙酮酸激酶的催化可将烯醇丙酮 酸-2-磷酸高能磷酸基转移到ADP上，生成一个ATP 和烯醇丙酮酸，反应为不可逆反应 。
ΔG0=―31.4KJ
11 丙酮酸的生成 由于烯醇丙酮酸极不稳 定，所以烯醇丙酮酸不需要酶的催化即可 变化为比较稳定的丙酮酸。
纤维素酶水解纤维素的-1，4-糖苷键，产物为纤维二糖和葡萄糖。
（二）糖原的磷酸解
在人和动物的肝脏中，糖原(又称动物淀粉)是葡萄糖非常有效的 贮藏形式，通过糖原分解直接补充血糖。糖原与支链淀粉相似，是 葡萄糖通过-1，4-糖苷键和-l，6-糖苷键构成，分支较支链淀粉 更多，如图所示。
糖原在细胞内的降解称为磷酸解。糖原磷酸化酶催化的反应是不需 要水而需要磷酸参与的磷酸解作用，从糖链的非还原性末端依次切下 葡萄糖残基，产物为1一磷酸葡萄糖和少一个葡萄糖残基的糖原。
多糖和寡糖的分子结构比较复杂，从化学组成分析，多糖和低
聚糖都是由大量单糖分子脱水缩合而成，分子很大，不能透过细 胞膜。多糖作为营养时，必须在细胞外被相应的酶水解为单糖。 多糖和寡糖的降解分为胞外水解和胞内水解。
D系醛糖的立体结构
D(-)-赤鲜糖
(erythrose)
D(-)-核糖
(ribose)
D(-)-阿拉伯糖
第四章 糖代谢
第一节 概 述
一、糖类的生理功能 糖类是一切生命有机体维持生命活动所需能量的主要
来源，人体所需能量的50％～70％来自于糖类。植物和 光合细菌能将CO2和H2O合成为糖类。有些糖具有结构 功用，如植物茎秆的主要成分纤维素起机械支持作用， 人和动物细胞间质中的粘多糖也是结构物质，糖脂是构 成神经组织和生物膜的主要成分。糖在生物体内可转化 成其它化合物，如氨基酸、脂肪酸、核苷、蛋白质和脂 类等。糖类的磷酸衍生物是形成许多重要生物活性物质 的原料，如NAD+、FAD、DNA、RNA、ATP。糖还有 特殊的生理功能，如它是细胞膜上“受体”分子的重要 组成部分，参与细胞识别和信息传递等过程，糖蛋白是 具有重要生理功能的物质，如抗体、酶及激素等。
丙酮酸激酶催化的反应是调节糖酵解过程 的另一重要反应步骤。丙酮酸激酶也是变 构酶。
（二） 丙酮酸的去路
①乳酸的生成 例如某些厌氧乳酸菌或肌肉由于剧烈运动而造成 暂时缺氧状态，或由于呼吸、循环系统机能障碍暂时供氧不足时， 丙酮酸接受甘油醛-3-磷酸脱氢酶形成的NADH上的H，在乳酸脱 氢酶的催化下还原为乳酸，这是糖酵解的最终产物。
葡萄糖或糖原通过磷酸化作用转变成果糖-1,6-二磷酸，然后变成 磷酸丙糖，包括4个反应步骤，即葡萄糖的磷酸化、异构化、以及 果糖酸的第二次磷酸化作用。从糖原开始的酵解则须经过磷酸解作 用，生成葡糖-1-磷酸，然后再转变成葡萄糖-6-磷酸。
①葡萄糖的磷酸化 葡萄糖由己糖激酶催化（肝内是
由葡萄糖激酶催化），生成葡糖-6-磷酸（G-6-P），消 耗1分子ATP。反应不可逆，激酶需要Mg2+作为激活因