第五章 糖代谢.doc

第二篇物质代谢及其调节第一章糖代谢一、糖酵解、过程： 概念：淀粉在无氧条件下分解成丙酮酸的过程，统称为糖酵解（glycolysis）。糖酵解过程产生的丙酮酸若继续在无氧条件下，则进一步分解产生酒精或乳酸。“EMP”是在这方面做出较大贡献的三位生物化学家名字的缩写，以示纪念，他们是Embden，Meyerhof，Parnas。 糖酵解的底物（原料）：糖酵解的原料一般是葡萄糖和果糖，由淀粉分解产生。 进行场所：参与糖酵解反应的酶都存在与细胞质中，所以糖酵解是在细胞质中进行的。 化学历程：从糖酵解的底物到产生糖酵解途径的产物，需要酶促反应。首先底物必须经过磷酸化作用进行活化，所以前几步反应是需能阶段，而后几步才是放能阶段。 . 图1 糖酵解途径糖酵解途径的第一阶段：葡萄糖分解成为丙酮酸，第二阶段：由丙酮酸生成乳酸或乙醇其总反应式可用下式表示：C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP + 2NAD+ 2CH3COCOOH + 2NADH + 2ATP + 2H2O糖酵解过程中包含两个底物水平磷酸化：一为1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸；二为磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸。、调节）磷酸果糖激酶-1变构抑制剂：ATP、柠檬酸变构激活剂：AMP、ADP、1，6-双磷酸果糖（产物反馈激，比较少见）和2，6-双磷酸果糖（最强的激活剂）。）丙酮酸激酶变构抑制剂：ATP 、肝内的丙氨酸变构激活剂：1，6-双磷酸果糖）葡萄糖激酶变构抑制剂：长链脂酰辅酶A注：此项无需死记硬背，理解基础上记忆是很容易的，如知道糖酵解是产生能量的，那么有ATP等能量形式存在，则可抑制该反应，以利节能，上述的柠檬酸经三羧酸循环也是可以产生能量的，因此也起抑制作用；产物一般来说是反馈抑制的；但也有特殊，如上述的1，6-双磷酸果糖。特殊的需要记忆，只属少数。以下类同。关于共价修饰的调节，只需记住几个特殊的即可，下面章节提及。、生理意义）迅速提供能量，尤其对肌肉收缩更为重要。若反应按（）进行，可净生成分子ATP，若反应按（）进行，可净生成分子ATP；另外，酵解过程中生成的个NADH在有氧条件下经电子传递链，发生氧化磷酸化，可生成更多的ATP，但在缺氧条件下丙酮酸转化为乳酸将消耗NADH，无NADH净生成。）成熟红细胞完全依赖糖酵解供能，神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧也常由糖酵解提供部分能量。）红细胞内1，3-二磷酸甘油酸转变成的2，-二磷酸甘油酸可与血红蛋白结合，使氧气与血红蛋白结合力下降，释放氧气。）肌肉中产生的乳酸、丙氨酸（由丙酮酸转变）在肝脏中能作为糖异生的原料，生成葡萄糖。二、糖有氧氧化、过程1)、葡萄糖经糖酵解过程生成丙酮酸2)、丙酮酸由丙酮酸脱氢酶复合体催化生成乙酰辅酶A和 NAD+ NADHH+限速酶的辅酶有：TPPFADNAD+CoA及硫辛酸3)、三羧酸循环概念：糖酵解进行到丙酮酸后，在有氧条件下，通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环而逐步氧化分解，直到形成H2O和CO2，故称这一过程为三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle .简称为TCA循环）。这个循环是英国生物化学家Hans Krebs首先发现的，所以又叫Krebs cycle。底物：Krebs循环途径的底物仍是淀粉或蔗糖、果糖，而就Krebs循环这一阶段来讲，其底物是丙酮酸。 进行场所：线粒体，因为线粒体中含有Krebs循环个反应的全部酶。化学历程：Krebs循环的化学历程如下图所示。从循环可以看出，一分子丙酮酸分解时，放出三分子CO2(反应)和五对氢原子（反应）。这五对氢原子中，其中只有两对是来自丙酮酸，其他三对则是来自于反应（来源于H3PO4）所消耗的水分子。虽然这五对氢原子通过呼吸链将形成五分子H，但除去反应所消耗的三分子H2O，实际上只生成两分子水。图3-2 三羧酸循环三羧酸循环中限速酶：-酮戊二酸脱氢酶复合体的辅酶与丙酮酸脱氢酶复合体的辅酶同。三羧酸循环中有一个底物水平磷酸化，即琥珀酰COA转变成琥珀酸，生成GTP；加上糖酵解过程中的两个，本书中共三个底物水平磷酸化。、调节）丙酮酸脱氢酶复合体抑制：乙酰辅酶A、NADH、ATP激活：AMP、钙离子）异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶NADH、ATP反馈抑制、生理意义）基本生理功能是氧化供能。）三羧酸循环是体内糖、脂肪和蛋白质三大营养物质代谢的最终共同途径。）三羧酸循环也是三大代谢联系的枢纽。、有氧氧化生成的ATPKrebs循环共产生30个ATP，加上糖酵解过程产生的6个，总共为36个，所以整个EMPTCA途径净生成36个ATP。反应序列ATP的生成数/葡萄糖分子糖酵解: (葡萄糖至丙酮酸：细胞质)葡萄糖的磷酸化作用6磷酸果糖的磷酸化作用2分子1，3DPG的脱磷酸作用（底物水平磷酸化）2分子3磷酸甘油醛氧化生成时生成的2NADH*2分子磷酸烯醇式丙酮酸的脱磷酸作用（底物水平磷酸化）-1-1+2+4（+6）+2丙酮酸转化为乙酰CoA（线粒体内）形成2NADH+6三羧酸循环（线粒体内）2分子琥珀酰CoA形成2分子GTP（底物水平磷酸化）2分子异柠檬酸，酮戊二酸和苹果酸氧化生成6NADH2分子琥珀酰的氧化生成2个FADH2*+2+18+4净生ATP数36（38）三羧酸循环总结果：A、碳素转化：三碳的丙酮酸转化为三分子CO2B、能量转化：4分子NADH+H+通过呼吸链产生12个ATP 1分子FADH2通过呼吸链产生2个ATP1分子GTP相当于1个ATP共15个ATP，15230（ATP）C、水分转化：5对氢原子通过呼吸链产生五分子水。D、消耗氧：五对氢原子通过呼吸链生成五分子水，消耗五个氧（5/2个氧），52=10氧三羧酸循环的总反应式可表示为：CH3COCOOH + 4NAD+ + FAD + 5/2O2 6CO2 + 2H2O + 4(NADH+H+) + FADH2现已知1摩尔葡萄糖完全氧化时产生的自由能为686，000卡，所以整个EMPTCA呼吸途径可概括为下式：C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 686Kal、巴斯德效应有氧氧化抑制糖酵解的现象。三、磷酸戊糖途径、 过程 在这条途径中，葡萄糖不经过糖酵解分解为丙酮酸分子才能氧化脱氢，而是葡萄糖经葡萄糖6磷酸直接脱氢氧化，所以称这条途径为戊糖磷酸途径（hexose monophosphate pathway 简称HMP途径）。由于在这条途径中葡萄糖经葡萄糖6磷酸产生6磷酸葡萄糖酸，进一步脱羧、脱氢氧化为5碳的5磷酸核酮糖，所以也称磷酸葡萄糖酸或戊糖磷酸途径。戊糖磷酸途径所有催化酶类都在细胞质中，所以其进行场所和糖酵解一样都是在细胞质中。其反映历程如下：图3-3戊糖磷酸途径我们可以把整个循环过程分为两个阶段：第一阶段为氧化阶段：即从葡萄糖6磷酸至生成核酮糖5磷酸共包括三步反应，可用下式表示：葡萄糖6磷酸 2NADP+ H2O 核酮糖5磷酸 2（NADPHH+） CO2第二阶段为非氧化重组阶段：即由核酮糖5磷酸重新转化为葡萄糖6磷酸：6核酮糖5磷酸5葡萄糖6磷酸所以总反应为：6葡萄糖6磷酸 12NADP+ 6H2O 5葡萄糖6磷酸6CO212（NADPHH+）Pi或：葡萄糖6磷酸 12NADP+ 6H2O 6CO212（NADPHH+）Pi即等于每消耗一个葡萄糖6磷酸就使12个NADPH变为12个NADPHH+，为细胞内需NADPHH+的反应提供了还原力。、生理意义）为核酸的生物合成提供-磷酸核糖，肌组织内缺乏-磷酸葡萄糖脱氢酶，磷酸核糖可经酵解途径的中间产物- 磷酸甘油醛和-磷酸果糖经基团转移反应生成。）提供NADPHa.NADPH是供氢体，参加各种生物合成反应，如从乙酰辅酶A合成脂酸、胆固醇；-酮戊二酸与NADPH及氨生成谷氨酸，谷氨酸可与其他-酮酸进行转氨基反应而生成相应的氨基酸。b.NADPH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进而保护巯基酶的活性及维持红细胞膜完整性很重要，并可保持血红蛋白铁于二价。c.NADPH参与体内羟化反应，有些羟化反应与生物合成有关，如从胆固醇合成胆汁酸、类固醇激素等；有些羟化反应则与生物转化有关。四、糖原合成与分解、合成过程：葡萄糖6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖UDPG焦磷酸化酶尿苷二磷酸葡萄糖UTPPPi(UDPG)糖原合成酶(G)n+1UDP(G)n注：）UDPG可看作是活性葡萄糖，在体内充作葡萄糖供体。）糖原引物是指原有的细胞内较小的糖原分子，游离葡萄糖不能作为UDPG的葡萄糖基的接受体。）葡萄糖基转移给糖原引物的糖链末端，形成-1，4糖苷键。在糖原合酶作用下，糖链只能延长，不能形成分支。当糖链长度达到1218个葡萄糖基时，分支酶将约67个葡萄糖基转移至邻近的糖链上，以-1，6糖苷键相接。调节：糖原合成酶的共价修饰调节。、分解过程：(G)n+1磷酸化酶 (G)n1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶GPi注：）磷酸化酶只能分解-1，4糖苷键，对-1，6糖苷键无作用。）糖链分解至离分支处约个葡萄基时，转移酶把个葡萄基转移至邻近糖链的末端，仍以-1，4糖苷键相接，剩下个以-1，6糖苷键与糖链形成分支的葡萄糖基被-1，6葡萄糖苷酶水解成游离葡萄糖。转移酶与-1，6葡萄糖苷酶是同一酶的两种活性，合称脱支酶。）最终产物中约85为1-磷酸葡萄糖，其余为游离葡萄糖。调节：磷酸化酶受共价修饰调节，葡萄糖起变构抑制作用。五、糖异生途径、 过程三个不可逆的反应：1 葡萄糖6磷酸酶催化6磷酸葡萄糖生成葡萄糖2 果糖1，6二磷酸酶催化1，6二磷酸果糖生成6磷酸果糖。3 丙酮酸在一元羧酸转运酶的帮助下进入线粒体，在丙酮酸羧化酶的催化下，消耗一分子 ATP，生成草酰乙酸。草酰乙酸不能通过线粒体膜。在苹果酸-天冬氨酸循环里草酰乙酸通过了线粒体膜之后，在磷酸烯醇式丙酮酸