生物化学-8-糖的代谢

1、 肝脏中糖的去路 糖有氧氧化 糖酵解（胞液） 丙酮酸氧化脱羧（线粒体） 三羧酸循环（线粒体） 氧化磷酸化（线粒体） 磷酸戊糖途径（胞液） 糖转化为脂肪 输出血糖 糖原合成 7-糖的代谢 7-糖的代谢 第一部分 糖酵解作用 第二部分 柠檬酸循环 第三部分 戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径 第四部分 糖原的分解和生物合成 第五部分 光合作用 第一部分 糖酵解作用 (glycolysis) 糖酵解作用糖酵解作用 一、糖酵解概述 n机体内主要提供能量的物质是ATP。 nATP形成主要有两条途径： -由葡萄糖彻底氧化为CO2和水，从中释放出自由能形成 大量的ATP。 -无氧条件下，由葡萄糖降解为丙酮酸，在

2、此过程中放出2 分子ATP。 n糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成2分 子丙酮酸并提供能量，这一过程为糖酵解作用。 n糖酵解过程，是真核细胞以及细菌摄入体内的葡萄糖最 初经历的酶促分解过程，也是葡萄糖分解代谢所经历的 共同途径。 糖酵解及其相关途径 二、糖酵解过程 糖酵解是葡萄糖转变为丙酮酸的一系列反应。 生物学意义：在不需要氧供应的条件下，产生ATP的一种 供能方式。 由六碳糖变成两个三碳糖。 C6H12O6 + 2Pi + 2ADP 2CH3CHOHCOOH + 2ATP+2H2O 乳酸 酵解作用的反应式： C6H12O6 + 2Pi + 2ADP 2CH3CH2OH + 2A

3、TP+2H2O+2CO2 乙醇 酒精发酵作用的反应式： 二、糖酵解过程 C6H12O6 -2（2H） 2CH3COCOOH 2CH3CH(OH)COOH +2(2H)-2CO2 糖酵解糖酵解 Glycolysis 2CH3CHO 2CH3CH2OH 乙醇发酵乙醇发酵 Fermentation 二、糖酵解过程 n糖酵解过程由葡萄糖到所有的中间产物都是以磷酸 化合物的形式来实现的。 n糖酵解过程从葡萄糖到形成丙酮酸共包括10步反应， 可划分为两个主要阶段： -前5步为准备阶段，葡萄糖通过磷酸化、异构化裂 解为三碳糖。每裂解一个已糖分子，共消耗2分子 ATP。 -后5步为产生ATP的贮能阶段。每分子

4、三碳糖产生2 分子ATP。 n整个过程需要10种酶，都存在于胞质溶胶中，大部 分过程都有Mg2+离子作为辅助因子。 三、糖酵解和酒精发酵的全过程图解 四、糖酵解第一阶段的反应机制 （一）葡萄糖的磷酸化 （一）葡萄糖的磷酸化 催化此反应的酶是已糖激酶。 激酶是能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用， 转移磷酸基团的一类酶。 已糖激酶主要分布在肝肾以外的不能合成糖原的组 织中，专一性不强，可活化六碳糖。 一般情况下细胞内葡萄糖浓度=4mmol，已糖激酶是 可以激活葡萄糖的酶。 当血糖浓度很高时，葡萄糖激酶在肝脏中活化葡萄 糖，随后通过产生UDPG合成糖原。 已糖激酶是变构酶，6-磷酸葡萄糖和AD

5、P是它的变 构抑制剂。 （二）葡萄糖-6-磷酸异构化形成果糖-6-磷酸 磷酸葡萄糖异构酶（phospho-glucose isomerase）催 化葡萄糖-6-磷酸转化为果糖-6-磷酸。 这是一个醛糖酮糖同分异构化反应，反应是可逆 的。 葡萄糖-6-磷酸的-异头物首先与葡萄糖-6-磷酸异构 酶结合，在酶的活性部位形成开链式的葡萄糖-6-磷 酸，然后进行醛糖酮糖转换，开链式的果糖-6-磷 酸环化形成-D-呋喃果糖-6-磷酸。 很小的自由能变 化，所以是逆反应 （三）果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸 磷酸果糖激酶（phosphofructokinase，PFK）催化 ATP中的磷酸基团转移到

6、果糖-6-磷酸的C-1的羟基上， 生成果糖-1,6-二磷酸。 要注意的是，尽管葡萄糖-6-磷酸异构酶催化反应生 成的产物是-D-果糖-6-磷酸，但果糖-6-磷酸果糖激 酶的底物却是的异头物-D-果糖-6-磷酸，果糖-6-磷 酸的和异头物在水溶液中是处于非酶催化的快速 平衡中。 这一步是磷酸化反应，也是使用第二个ATP分子的 反应。 （三）果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸 磷酸果糖激酶（PFK）是变构酶，该步反应是糖酵 解关键步骤 ATP抑制，AMP解除抑制 柠檬酸也是一种抑制剂 果糖2，6-二磷酸是变构激活剂 低的能量状态（ATP浓度小）激活PFK 高的能量状态（ATP浓度高）抑制PFK

7、 （四）果糖-1,6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷 酸和二羟丙酮磷酸 己糖磷酸果糖-1,6-二磷酸,在醛缩酶(aldolase)的作用 下使 C-3和C-4之间的键断裂，生成甘油醛-3-磷酸和 磷酸二羟丙酮。 平衡有利于逆反应方向，但在生理条件下，甘油醛- 3-磷酸不断地转化成丙酮酸，大大地降低了甘油醛- 3-磷酸的浓度，从而驱动反应向裂解方向进行。 （五）丙糖磷酸异构酶催化甘油醛-3-磷酸 和磷酸二羟丙酮的相互转换 果糖-1,6-二磷酸裂解形成的甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙 酮，只有甘油醛-3-磷酸是酵解下一步反应的底物，所以 磷酸二羟丙酮需要在丙糖磷酸异构酶（triose phosphate

8、 isomerase）的催化下转化为甘油醛-3-磷酸，才能进一步 酵解，实际上等于一分子的果糖-1,6-二磷酸裂解生成了 能进一步酵解的两分子的甘油醛-3-磷酸。 酵解进行到这一步，一分子葡萄糖被裂解成两分子的甘 油醛-3-磷酸，通过放射性同位素追踪实验发现，一分子 甘油醛-3-磷酸中的C-1，C-2和C-3分别来自于葡萄糖分子 中的C-4、C-5和C-6，而另一分子的甘油醛-3-磷酸（由磷 酸二羟丙酮转换来的）的C-1，C-2和C-3则分别来自于葡 萄糖分子中的C-3、C-2和C-1，就是说，葡萄糖分子中的 C-4和C-3转换成了甘油醛-3-磷酸的C-1；而C-5和C-2变成 了甘油醛-3-

9、磷酸的C-2；葡萄糖分子中的C-6和C-1变成了 甘油醛-3-磷酸的C-3。 四、糖酵解第一阶段的反应机制 葡萄糖通过2步磷 酸化而激活为活泼的FBP FBP裂解为2分子三碳 糖 2步磷酸化反应分别 由已糖激酶和磷酸果糖 激酶催化，为不可逆反 应 磷酸果糖激酶是糖酵 解的重要关键酶 五、酵解第二阶段放能阶段的反应机制 （六）甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸 n甘油醛-3-磷酸在NAD和H3PO4存在下，由甘油醛- 3-磷酸脱氢酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase）催化生成1,3-二磷酸甘油酸。 n这是酵解中唯一的一步氧化反应。 n反应中

10、一分子NAD被还原成NADH，同时在1,3-二 磷酸甘油酸中形成一个高能酸酐键，在下一步酵解 反应中，保存在酸酐化合物中的的能量可以使得能量可以使得 ADPADP变成变成ATPATP。 甘油醛-3-磷酸脱氢酶的催化机制 （七）1,3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成 ATP 1,3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶 （phosphoglycerate kinase）的作用下，将高能磷酰 基从富含能量的酸酐1,3-二磷酸甘油酸转给ADP形成 ATP 和3-磷酸甘油酸。 此过程是底物水平磷酸化作用，即ATP的形成直接 与一个代谢中间物上的磷酰基转移相耦联。 底物水平磷酸化不需要氧，是酵解中形成ATP的

11、机 制。 这步反应是酵解中第一次产生ATP的反应，反应是 可逆的。 （八）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶（phosphoglycerate mutase）催化 3-磷酸甘油酸和2-磷酸甘油酸之间的相互转换。 变位酶是一种催化一个基团从底物分子的一个部分 转移到同分子的另一部分的异构酶。 （九）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式酮酸 n在烯醇化酶（enolase）（需要Mg2）的催化下，2- 磷酸甘油酸中的、位脱去水形成磷酸烯醇式丙酮 酸，反应是可逆的。 n磷酸烯醇式丙酮酸具有很高的磷酰基转移潜能，因 为它的磷酰基是以一种不稳定的烯醇式互变异构形 式存在的。 （十）丙酮酸激酶

12、催化磷酰基从磷酸烯醇式 丙酮酸转移给ADP，生成丙酮酸和ATP n这是酵解中第二个底物水平磷酸化反应，反应是由 丙酮酸激酶（pyruvate kinase）催化的。 n当磷酰基从磷酸烯醇式丙酮酸转移到ADP的-磷酸 基团上时，形成ATP和烯醇式丙酮酸，反应是不可 逆的。 n与酶结合的烯醇式丙酮酸异构化形成更稳定的丙酮 酸，丙酮酸是酵解中第一个不再被磷酸化的化合物。 五、酵解第二阶段放能阶段的反应机制 此阶段为产能过程 但丙酮酸的去向何处？ 六、 丙酮酸的去路 （一）生成乳酸（无氧条件） n绝大多数生物缺少丙酮酸脱羧酶，不能象酵母那样 将丙酮酸转化成乙醇，但可以通过乳酸脱氢酶 （LDH）催化的一

13、个可逆反应使丙酮酸还原为乳酸。 n一旦形成乳酸，乳酸除了重新转换成丙酮酸之外再 没有其它的代谢途径了，因此乳酸是代谢的死胡同。 n由于形成乳酸的同时，可以使NADH氧化成NAD+， 这样酵解途径就完整了，因为生成的NAD+又可用于 甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化的反应，就象在酒精发酵 途径所看到的那样。 酵解作用的反应式 C6H12O6 + 2Pi + 2ADP 2CH3CHOHCOOH + 2ATP+2H2O 乳酸 （二）生成乙醇 n在厌氧状态下，酵母细胞将丙酮酸转化为乙醇和CO2， 同时NADH被氧化为NAD。 n这一过程涉及二个反应： 首先，在丙酮酸脱羧酶（pyruvate decarbox

14、ylase）催 化下，丙酮酸脱羧生成乙醛； 然后，乙醛在醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase）催 化下还原为乙醇的同时，NADH被氧化为NAD。 七、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变 的估算 七、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变 的估算 糖酵解过程中各步反应的能量变化 八、糖酵解作用的调节 （一）己糖激酶的调控 己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受葡萄糖-6- 磷酸的抑制。 当葡萄糖-6-磷酸积累、不再需要生产能量或进行糖 原贮存时，即葡萄糖-6-磷酸不能快速消耗时，己糖 激酶活性被葡萄糖-6-磷酸抑制。 由于己糖激酶对葡萄糖具有很低的Km值（104至10 6M之间），葡萄

15、糖-6-磷酸抑制属于非竞争性抑制。 （二）磷酸果糖激酶的调控 磷酸果糖激酶（PFK）催化果糖-6-磷酸磷酸化为果糖- 1,6-二磷酸反应是酵解途径的第二个别构调节部位，该 酶是一个别构调节酶。细菌和哺乳动物PFK都是四聚体， 哺乳动物酶的分子量很大。酵母中的PFK是个八聚体酶。 ATP既是PFK的底物，又是该酶的别构抑制剂，ATP可以使 得酶对它的底物果糖-6-磷酸的亲和性降低。在哺乳动物 细胞中，AMP是个别构激活剂。柠檬酸（柠檬酸循环的中 间产物）是PFK的另一个重要的抑制剂，因为柠檬酸循环 与丙酮酸的进一步氧化联系在一起，柠檬酸水平升高表 明有充足底物进入了柠檬酸循环，所以柠檬酸对PFK

16、的调 节是一种反馈抑制，它调节丙酮酸向柠檬酸循环的供给。 分布于哺乳动物、真菌和植物中的果糖-2,6-二磷酸也是 PFK的激活剂。果糖-2,6-二磷酸是在磷酸果糖激酶-2 （phosphofructokinase-2，PFK-2）催化下果糖-6-磷酸 磷酸化生成的。 （三）丙酮酸激酶的调控 在哺乳动物组织中存在着四种丙酮酸激酶同功酶， 这些同功酶受到果糖-1,6-二磷酸别构激活和受到ATP 的别构抑制。 由于果糖-1,6-二磷酸是丙酮酸激酶的别构激活剂， 而果糖-1,6-二磷酸又是PFK催化反应的产物，所以 PFK的激活自然会引起丙酮酸激酶的激活，这种类 型的调控方式称之前馈激活（feed-f

17、orward activation）。 （三）丙酮酸激酶的调控 酵解的3个主要 调控部位，分别是 己糖激酶，磷酸果 糖激酶和丙酮酸激 酶催化的反应。 九、其他六碳糖进入糖酵解途径 第二部分 柠檬酸循环 第二部分 柠檬酸循环 n柠檬酸循环,又称为三羧酸循环(tri-carboxylic acid cycle),简称 TCA循环。 n在有氧条件下,葡萄糖并不停止在丙酮酸,而是继续进行有氧分 解,最后形成CO2和H2O。 n柠檬酸循环是在细胞的线粒体内进行的。 n丙酮酸通过柠檬酸循环进行脱羧和脱氢反应;羧基形成CO2,氢原 子则随着载体(NAD+、FAD)进入电子传递链经过氧化磷酸化作 用，形成水分

18、子并将释放出的能量合成ATP。 n柠檬酸不只是丙酮酸氧化所经历的途径，也是脂肪酸、氨基酸 等各种燃料分子氧化分解所经历的共同途径。柠檬酸循环的中 间体还可作为许多生物合成的前体.可以说是分解、合成两用途 径 第二部分 柠檬酸循环 一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段形 成乙酰-CoA 丙酮酸进入柠檬酸循环之前需先转变为乙酰辅酶A （乙酰-CoA）。 在真核生物中，丙酮酸首先要转运到线粒体内，然 后才能进行转换成乙酰CoA的反应（糖酵解反应是 在细胞溶胶（胞液）中进行的）。 一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段形 成乙酰-CoA n无论是在原核生物，还是在真核生物中，丙酮酸转化为 乙酰CoA和CO2

19、，都是由一些酶和辅酶构成的一个丙酮酸 脱氢酶复合物催化的。 n丙酮酸脱氢酶复合物（pyruvate dehydrogenase complex） 是个多酶集合体，复合物中的酶分子通过非共价键联系 在一起，催化一个连续反应，即酶复合物中一个酶反应 中形成的产物立刻被复合物中下一个酶作用。 n丙酮酸脱氢酶复合物位于线粒体膜上。 丙酮酸脱氢酶复合体=3个酶+6个辅助因子（Mg2+） E1：丙酮酸脱氢酶，焦磷酸硫胺素（TPP） E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶，硫辛酸，CoA-SH E3:二氢硫辛酸脱氢酶，NAD+,FAD 一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段形 成乙酰-CoA 辅酶A结构图 二、柠檬酸循环

20、n柠檬酸循环有两个基本特征，即碳原子的流向和富含能 量分子的生成。 n柠檬酸循环的第一个反应是，乙酰CoA分子中的二碳乙 酰基与四碳分子草酰乙酸缩合，形成六碳的中间产物 柠檬酸。 n当一个六碳酸和一个五碳酸经过氧化脱羧释放出两分子 CO2后，形成的四碳酸经过几步反应后又重新转换为草酰 乙酸，用于下一轮与新进入循环的乙酰CoA的缩合反应。 n由于草酰乙酸可循环使用，所以柠檬酸循环可以看作是 一个多步催化反应，使得乙酰CoA中的二碳单位乙酰基 氧化成CO2，每完成一轮反应后又回到起始点。 碳 数 目 的 变 化 二、柠檬酸循环 TCA循环 共8个步骤 琥珀酰-CoA 三、柠檬酸循环的反应机制 (一

21、)草酰乙酸(oxaloacetate)与乙酰-CoA缩合 (condense)形成柠檬酸 这是柠檬酸循环的第一个反应，乙酰CoA与草酰乙 酸缩合形成柠檬酸和CoASH，反应是由柠檬酸合成 酶（citrate synthase）催化的 。 为不可逆反应。 三、柠檬酸循环的反应机制 (二) 柠檬酸异构化形成异柠檬酸 柠檬酸是个三级醇，不能被氧化为酮酸，顺乌头酸 酶（aconitase）把柠檬酸转化为可氧化的二级醇异柠 檬酸（isocitrate），酶的名称来自与酶结合的反应中 间产物顺乌头酸（cisaconitate）。 柠檬酸由顺乌头酸酶催化脱水，形成CC双键，然 后还是在顺乌头酸酶催化下，通过

22、水的立体特异性 添加，生成异柠檬酸。 结果：H和一个-OH互换位置 三、柠檬酸循环的反应机制 （三）异柠檬酸氧化形成-酮戊二酸 这一步反应是柠檬酸循环中四个氧化还原反应的第 一个。 是由异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase）催 化的。NAD作为酶的辅酶。 异柠檬酸脱氢使NAD还原为NADH 、H的同 时生成一个不稳定的-酮酸草酰琥珀酸，草酰琥珀 酸经非酶催化的脱羧作用生成-酮戊二酸和CO2 。 反应是不可逆的 。 第一次氧化脱羧 三、柠檬酸循环的反应机制 （四）-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA 反应是由a-酮戊二酸脱氢酶复合物（a-ketoglutarate d

23、ehydrogenase complex）催化的，产物琥珀酰CoA同 样是一个高能的硫酯。 这步反应是柠檬酸循环中第二个氧化脱羧反应。 a-酮戊二酸脱氢酶复合物包括： E1，含有TPP ；E2，含有硫辛酰胺 E3，含有黄素蛋白 ； 三、柠檬酸循环的反应机制 循环进行到-酮戊二酸 氧化脱羧生成琥珀酰CoA 这步反应为止，被氧化的 碳原子数目（生成了两个 CO2）刚好等于进入柠檬 酸合成酶催化的反应的碳 原子数（乙酰CoA分子中 乙酰基的两个碳）。 三、柠檬酸循环的反应机制 （五）琥珀酸-CoA转化成琥珀酸并产生一个高能 磷酸键 琥珀酰CoA合成酶（succinate dehydrogenase）

24、（或 称琥珀酸硫激酶）催化琥珀酰CoA转化为琥珀酸， 琥珀酰CoA的硫酯键水解会释放出很多的自由能， 这些能量可用于驱动GTP(哺乳动物中)或ATP(植物和 一些细菌中)的合成。 柠檬酸循环中唯一的一步底物水平磷酸化反应。 三、柠檬酸循环的反应机制 （六）琥珀酸脱氢形成延胡索酸 这是柠檬酸循环中的第三步氧化还原反应，带有辅 基FAD的琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase） 催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸（反丁烯二酸），同 时使FAD还原为FADH2。 生成的FADH2再被辅酶Q氧化生成FAD，而辅酶Q还 原为还原型辅酶Q（QH2）。 QH2被释放到线粒体的基质中。 三、柠檬

25、酸循环的反应机制 （七）延胡索酸水合形成L-苹果酸 延胡索酸酶（fumarase）（延胡索酸水化酶 fumarate hydratase）通过将H2O 立体特异添加到延胡索酸双 键上，催化延胡索酸水化生成L-苹果酸，反应是可 逆的。 该酶的催化反应具有严格的立体专一性。 延胡索酸也象柠檬酸一样是一个前手性分子，当延 胡羧酸被定位在酶的活性部位时，底物的双键只受 到来自一个方向的攻击。 三、柠檬酸循环的反应机制 三、柠檬酸循环的反应机制 （八）L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸 是循环中的第4步氧化还原反应。 L-苹果酸在以NAD+为辅酶的苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase）催化下氧

26、化生成草酰乙酸，同时 NAD+还原生成NADH反应是可逆的。 四、柠檬酸循环的化学总结算 CH3COSCoA + 2H2O + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + 2H+ + FADH2 + CoA-SH + GTP 四、柠檬酸循环的化学总结算 2个碳原子的乙酰CoA结合于草酰乙酸上形成柠檬酸而进 入循环 2个碳原子在异柠檬酸脱氢酶和酮戊二酸脱氢酶复合体催 化下氧化脱羧以CO2形式释放，释放出的CO2中的2个C原子 并不是进入循环的乙酰CoA中的2个C原子 氧化释放的能量通过还原下述物质而贮存 -1NAD+在异柠檬酸的氧化脱羧作用中被还原 -1NAD+在

27、-酮戊二酸的氧化脱羧作用下被还原 -1FAD在琥珀酸的氧化过程中被还原 -1NAD+在苹果酸的氧化过程被还原 产生一个高能磷酸酯键（GTP）：从乙酰CoA的高能硫酯 键转移到GDP而生成 2分子的水被消耗 -1分子水消耗于柠檬酸合成时，水解开乙酰CoA的高能硫 酯键 -1分子水消耗于延胡索酸的水合作用 五、柠檬酸循环的调控 n柠檬酸循环可概括成来自两方面的调控： -柠檬酸循环本身所具有的内部相互制约系统的调节 -ADP、ATP和Ca2+对柠檬酸循环的调节 n在柠檬酸循环中存在着3个不可逆反应，可能是潜在 的调节部位，它们分别是由柠檬酸合成酶、异柠檬 酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶催化的反应。的反应

28、。 五、柠檬酸循环的调控 n柠檬酸合成酶催化柠檬酸循环中第一步反应,在体外实验 中,ATP抑制该酶,但在体内的抑制机制并没有确定。 n哺乳动物的异柠檬酸脱氢酶受到Ca2和ADP的别构激活， 而受到NADH的抑制。但在原核生物中，这个酶在蛋白 激酶作用下，酶中的Ser残基磷酸化，结果使酶完全失活， 有趣的是同样的蛋白激酶分子中的另一个结构域具有磷 酸酶活性，可以催化磷酸Ser的去磷酸，重新激活异柠檬 酸脱氢酶。异柠檬酸、草酰乙酸、丙酮酸和酵解的中间 代谢物3-磷酸甘油酸别构激活该蛋白分子的磷酸酶活性， 而抑制它的激酶活性。 na-酮戊二酸脱氢酶复合物催化的反应类似于丙酮酸脱氢酶 复合物催化的反应

29、，两个复合物也很相似，但它们的调 节特征却完全不同。Ca2与复合物中的E1结合，降低了 酶对a-酮戊二酸的Km值，导致琥珀酰CoA形成速度的增 加。在体外实验中，NADH和琥珀酰CoA是a-酮戊二酸脱 氢酶复合物的抑制剂。 六、柠檬酸循环的双重作用 第三部分 戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径 一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway) 磷酸戊糖途径主要是为细胞提供重要的代谢物核 糖-5-磷酸和NADPH。 产生的核糖-5-磷酸主要用于核酸的生物合成；而 NADPH主要用于需要还原力的生物合成。戊糖磷酸 途径在乳腺、肝脏等合成脂肪酸、胆固醇的组织最 活跃。 催化戊糖磷酸

30、途径的所有酶都存在于胞液中。 磷酸戊糖途径可以分为氧化阶段和非氧化阶段。 葡萄糖-6-磷酸2NADP+H2O 核糖-5-磷酸2NADPH2HCO2 一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway) n磷酸戊糖途径的第一 个反应是，葡萄糖-6-磷酸脱氢转 化成6-磷酸葡萄糖酸内酯，反应 由葡萄糖-6-磷酸脱氢酶 （glucose-6-phosphate dehydroge- nase）催化，反应中NADP被还 原生成NADPH。 n这步反应是整个戊糖磷酸途径 的主要调节部位，葡萄糖-6-磷酸 脱氢酶受NADPH的别构抑制。 n通过这一简单调节，戊糖磷酸 途径可以自我限制NA

31、DPH的生产。 一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway) n氧化阶段的第二个酶是葡萄糖酸 内酯酶（gluconolactonase），它催 化6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷 酸葡萄糖酸，最后6-磷酸葡萄糖酸在 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6-phospho- gluconate dehydrogenase）的作用下 氧化脱羧生成核酮糖-5-磷酸、CO2和 另一分子的NADPH。 n氧化阶段的最重要的功能是提供 NADPH。 一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway) n戊糖磷酸途径的非氧化阶段是一条转换途径，通过 这个途径，氧化阶段产生

32、的核酮糖-5-磷酸转换为糖 酵解的中间产物果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。 n在非氧化阶段， 核酮糖-5-磷酸在 差向异构酶和异 构酶的催化下， 转换为木酮糖-5- 磷酸和核糖-5-磷 酸。 一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway) 然后木酮糖-5-磷酸和核糖-5-磷酸经转酮酶 （transketolase）催化形成7碳产物景天庚酮糖-7-磷 酸和3碳产物甘油醛-3-磷酸； 这两种产物再经转醛酶（transaldolase）催化转换为 果糖-6-磷酸和赤藓糖-4-磷酸，生成的赤藓糖-4-磷酸 再与另一分子的木酮糖-5-磷酸经转酮酶催化生成果 糖-6-磷酸和甘油醛

33、-3-磷酸。 生成的果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸都是糖酵解的中 间产物，可以进行分解代谢，也可以经糖异生途径 生成葡萄糖。 一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway) 戊糖磷酸途径反应速度的调控 n戊糖磷酸途径阶段的第一步反应，即葡萄糖-6-磷酸 脱氢酶催化的葡萄糖-6-磷酸的脱氢反应，实质上是 不可逆的。 n在生理条件下属于限速反应，是一个重要的调控点。 n最重要的调控因子是NADP+的水平。 一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway) 戊糖磷酸途径的生物学意义 n戊糖磷酸途径是细胞产生还原力(NADPH)的主要途 径,NADPH留

34、在细胞溶胶而不进入呼吸链,是加氢反 应氢的供体,是有机物合成的还原动力。 n戊糖磷酸途径是细胞内不同结构糖分子的重要来源, 并为各种单糖的相互转变提供条件:5-磷酸核糖是核 酸合成中戊糖的来源,如ATP、CoA、NAD+、FAD、 DNA、RNA等；提供各种三碳糖、四碳糖、五碳糖、 六碳糖、七碳糖。 二、糖的其他代谢途径 葡萄糖异生作用: 葡萄糖异生作用(gluconeogenesis)。 定义:以非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用。用 以维持血糖浓度的恒定。 糖异生和酵解两个过程中的许多中间代谢物是相同的， 一些反应以及催化反应的酶也是一样的。 但糖异生并非是糖酵解的逆转，其中由丙酮酸激酶、

35、磷酸果糖激酶和己糖激酶催化的三个高放能反应就是 不可逆转的，需要消耗能量走另外途径，或由其它的 酶催化，来克服这三个不可逆反应带来的能障。 只要能绕开三个能量障碍 就能使非糖物质转化为葡萄糖 （其他反应是可逆的，因此糖 异生差不多是糖酵解的逆近程） 二、糖的其他代谢途径 葡糖异生对糖酵解的不可逆过程采取的迂回措施如 下： 1、迂回措施之一：丙酮酸通过草酰乙酸形成磷酸烯醇式 丙酮酸。 分两步进行： 在丙酮酸羧化酶（生物素作为辅基）的催化下，丙酮酸 羧化生成草酰乙酸，反应消耗一分子的ATP。生物素是丙 酮酸羧化所必需的。丙酮酸羧化酶催化的反应是不可逆 反应，反应受乙酰CoA别构抑制。 丙酮酸羧化生

36、成的草酰乙酸经磷酸烯醇式丙酮酸羧化激 酶催化生成磷酸烯醇式丙酮酸。这个脱羧反用GTP作为高 能磷酰基的供体。在体内该反应是不可逆的。 二、糖的其他代谢途径 迂回措施之二：磷酸烯醇式丙酮酸和果糖-1,6-二磷酸之 间的糖异生反应都是糖酵解途径中相应反应的逆反应， 但果糖-1,6-二磷酸不能再沿着酵解的逆反应生成果糖-6- 磷酸，因为酵解中由果糖-6-磷酸生成果糖-1,6-二磷酸的 反应是一个由磷酸果糖激酶1催化的不可逆反应。所以糖 异生途径使用另一个果糖-1,6-二磷酸酶(fructose-1,6- bisphosphatase）催化果糖-1,6-二磷酸水解生成果糖-6-磷 酸，反应释放出大量的

37、自由能，反应也是不可逆的。 迂回措施之三：在糖异生途径中，葡萄糖-6-磷酸水解为 葡萄糖和无机磷酸则需要另一个葡萄糖-6-磷酸酶 （glucose-6-phosphatase），葡萄糖-6-磷酸水解反应是不 可逆的。 二、糖的其他代谢途径 迂回措施之三 迂回措施之二 迂回措施之一 糖酵解和葡糖异生反应中的酶的差异 糖酵解葡糖异生作用 1已糖激酶葡萄糖-6-磷酸酶 2磷酸果糖激酶果糖-1,6-二磷酸酶 3丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 二、糖的其他代谢途径 葡糖异生需消耗4个额外的高能键。 这4个额外的高能磷酸键的能量即用于将不可能逆行 的确过程转变为可能通行的反应。 2丙酮酸4

38、ATP2GTP2NADH2H+6H2O 葡萄糖4ADP2GDP6Pi2NAD 二、糖的其他代谢途径 柠檬酸循环中所有 的中间代谢产物都可 以通过草酰乙酸脱羧 形成丙酮酸而异生成 糖。 二、糖的其他代谢途径 氨基酸的异生途径 葡糖异生作用的调节 葡糖异生作用和糖酵解作用有密切的相互协调关系。 磷酸果糖激酶和果糖-1，6-二磷酸酶的调节 丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧 化酶之间的调节 三、葡萄糖出入动物细胞的特殊运载机构 葡萄糖出入细胞质膜是靠葡萄糖的特殊运送机构， 称为葡萄糖运载蛋白（glucose trans-porter）。 以红细胞为例：红细胞的跨膜运载蛋白往复进行着 两种形

39、式构象的变化。 在一种构象状态下，这种运载蛋白与葡萄糖的结合 部分面向细胞质膜的外面；另一构象状态下，其结 合部位则面向质膜内面。 已发现的葡萄糖运载蛋白命名为GLUT1、GLUT2、 GLUT3、GLUT4、GLUT5及GLUT7等（GLUT为 glucose transporter缩写）。 四、乙醛酸途径(glyoxylate pathway) 乙醛酸循环的名称来自循环中的一个2碳中间代谢物乙醛 酸，这途径中存在于植物和微生物中。 主要内容实际是通过乙醛酸途径使乙酰-CoA转变为草酰 乙酸从而进入柠檬酸循环。 乙醛酸循环可以说是柠檬酸循环的一个支路。乙醛酸循 环的一些反应与柠檬酸循环是共同的，例如从乙酰CoA 与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后又转换成异柠檬酸的 反应都是相同的。 但生成的异柠檬酸不走柠檬酸循环的路了，而是沿着乙 醛酸循环途径代谢。异柠檬酸首先在异柠檬酸裂解酶 （isocitrate lyase）的催化下裂解生成乙醛酸和琥珀酸， 其中乙醛酸在苹果酸合成酶（ma