简明生物化学原理 课件 第9章 糖代谢1

第9章糖代谢简明生物化学原理CarbohydratesMetabolism一、糖代谢概况二、糖酵解：反应途径、能量转变、调节三、柠檬酸循环：过程及调控、意义四、磷酸戊糖途径：基本过程、意义和调控五、糖异生和糖的其他代谢途径六、糖原的分解与合成本章内容第一节糖代谢概况淀粉葡萄糖糖原合成糖原肝糖原分解丙酮酸乳酸无氧酵解H2O+CO2有氧氧化磷酸戊糖途径核糖

+NADPH乳酸、氨基酸、甘油糖异生途径消化吸收ATP

氧化供能（主要功能）提供合成体内其他物质的原料组成人体组织结构的重要成分参与组成特殊功能的糖蛋白形成许多重要的生物活性物质

糖代谢的意义1940年被阐明。(研究历史)

三位德国生化学家Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多，故糖酵解过程也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。第二节糖酵解糖的分解代谢

生物体中提供能量的主要物质是ATP，而ATP的形成主要有糖的分解代谢产生糖酵解（glycolysis）：在缺氧情况下，葡萄糖分解生成乳酸或乙醇并放出能量的过程。糖酵解途径：葡萄糖生成丙酮酸并放出能量的过程，又称为EMP途径。反应过程：糖酵解的化学反应途径共10步，分为二个阶段细胞定位：胞浆准备阶段产能阶段葡萄糖3-磷酸甘油醛丙酮酸一、反应过程第一个阶段：准备阶段共5步反应不可逆第一步反应——葡萄糖的磷酸化糖酵解途径的第1个关键酶,第1个耗能反应G6P已糖激酶I、II、III已糖激酶IV别名已糖激酶

Hexokinase

葡萄糖激酶

Glucokinase用途主要用于糖的分解主要用于糖的合成分布不同组织肝脏底物所有己糖葡萄糖对葡萄糖的亲和力Km低，亲和力高0.1mMKm高，亲和力低10mM葡萄糖-6-磷酸的别构抑制

yes

No

激素调节No

yes作用：进食后维持血糖水平的稳定葡萄糖分子磷酸化意义葡萄糖分子磷酸化意义：（1）将葡萄糖分子磷酸化成了易参加代谢反应的活化形式；（2）磷酸化的葡萄糖分子带有很强的极性基团，不能透过细胞膜，能够防止细胞内的葡萄糖分子向外渗出；为以后底物水平磷酸化贮备磷酸基。第二步反应——葡糖-6-磷酸异构化F6P特点：①反应的△Gθ′变化很小，反应可逆。

②将羰基C由C1移至C2，为C1位磷酸化作准备，同时保证C2上有羰基存在，这对分子的β断裂，形成三碳物是必需的（有利于后面由醛缩酶催化的C-3和C-4之间的断裂反应）。反应不可逆第三步反应——磷酸果糖的激活FDP磷酸果糖激酶是糖酵解途径的第二个关键酶，并且是限速酶，第二个耗能反应。需要二价金属离子Mg2+或Mn2+作为辅助因子6-磷酸果糖激酶-1（PFK-I）调节酵解途径流量最重要的酶；别构酶，四聚体，受多种变构效应剂的影响；

变构抑制剂：ATP、柠檬酸

变构激活剂：AMP、ADP、

1,6-二磷酸果糖（反馈激活）

2,6-二磷酸果糖（最强的激活剂）有二个结合ATP的部位：

①活性中心底物结合部位（低浓度时）②活性中心外别构调节部位（高浓度时）DHAP第四步反应——果糖-1，6-二磷酸的裂解GAP

该反应△Go′=23.97kJ/mol，在热力学上不利，但是，在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行。注意：两个三碳糖的C原子序号来源不同

醛缩酶A：肌肉；醛缩酶B：肝脏12345623.97kJ/mol磷酸丙糖异构酶第五步反应——磷酸丙糖的异构化可逆反应，但后续对3-磷酸甘油醛消耗，驱动反应向右，相当于1,6-二磷酸果糖裂解为两分子的3-磷酸甘油醛。葡萄糖中的碳原子的去向磷酸二羟丙酮醛缩酶1234561234563-磷酸甘油醛葡萄糖中碳原子

3-磷酸甘油醛形成CO2顺序123第六步反应——甘油醛-3-磷酸的氧化和磷酸化1,3-BPG第二个阶段：产能阶段共5步糖酵解途径唯一的氧化还原反应产生1,3-BPG和NADH

为巯基酶，使用共价催化，碘代乙酸和有机汞能够抑制此酶活性。甘油醛-3-磷酸脱氢酶的抑制剂作用机理第七步反应——甘油酸-1，3-二磷酸的底物水平磷酸化3PG糖酵解第一次底物水平磷酸化生成ATP。第八步反应——甘油酸-3-磷酸的异构化2PG中间出现：2,3—磷酸甘油酸中间产物（BPG）BPG影响血红蛋白结合氧气的作用第九步反应——甘油酸-2-磷酸的烯醇化PEG烯醇化酶的作用在于促进甘油酸-2-磷酸上某些原子的重排从而形成具有较高的磷酸转移势能的高能分子。氟化物能够与Mg2＋和磷酸基团形成络化物，而干扰甘油酸-2-磷酸与烯醇化的结合从而抑制该酶的活性。反应不可逆第十步反应——烯醇式丙酮酸的底物水平磷酸化Py糖酵解中第二次底物水平磷酸化，丙酮酸激酶是第三个关键酶，ΔG为大的负值——受到调控。丙酮酸激酶的调节别构调节：变构激活剂：1,6-二磷酸果糖

变构抑制剂：ATP、丙氨酸

乙酰COA,长链脂肪酸共价修饰方式调节（肝内）胰高血糖素可通过cAMP抑制丙酮酸激酶的活性第三个重要的调节点二、糖酵解作用小结糖原Pi

1、糖酵解的调节（3步不可逆反应）已糖激酶调节

抑制剂（负效应调节物）：G-6-P和ATP

激活剂（正效应调节物）：ADP

磷酸果糖激酶调节（关键限速步骤）

抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和H+

ATP：细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。H+：可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒。

激活剂：

AMP、果糖-2.6–二磷酸

丙酮酸激酶调节

抑制剂：乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala、ATP

激活剂：

F-1.6-二磷酸

丙酮酸激酶共价修饰方式调节（肝脏）2、糖酵解产能的方式和数量方式：底物水平磷酸化净生成ATP数量：从葡萄糖开始2×2-2=2ATP从糖原开始2×2-1=3ATP

2步底物水平磷酸化反应ATPmol数葡萄糖→葡萄糖-6-磷酸-1果糖-6-磷酸→果糖-1，6-二磷酸-1甘油酸-1，3-二磷酸→甘油酸-3-磷酸+1*2烯醇式丙酮酸磷酸→丙酮酸+1*2净产生ATPmol数+23、糖酵解的自由能变化

△Gθ’变化

G变化

kJ/mol标准的

ΔG值分散分布：+和-细胞内多数ΔG接近0，10步反应中有3步具有较大的自由能降低

ΔG为较大负值的反应是调控位点!

调控的有力证据!

=30.54×2196=31%葡萄糖酵解的获能效率4、糖酵解－生理意义

生物界最普遍的供能方式缺氧条件下迅速为生命活动提供能量的途径，尤其对肌肉收缩更为重要。

是机体某些组织获能或主要获能的方式如视网膜、神经、癌组织等。成熟红细胞几乎完全依赖糖酵解供应能量。葡糖糖2丙酮酸三、丙酮酸的去向如何保持氧化还原的平衡？NAD+NADH+H+2乙醇+2CO22乳酸2乙酰COACO2+H2O（一）丙酮酸的无氧还原1、乳酸发酵（lacticfermation）

动物，藻类、乳酸菌

葡萄糖+2ADP+2Pi2乳酸＋2ATP+2H2O

NAD

乳酸可以通过血液进入肝、肾等组织内，重新转变成丙酮酸，再合成葡萄糖和肝糖元，或进入三羧酸循环氧化。为葡萄糖的C3或C42、乙醇发酵为葡萄糖的C3或C4丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+（二）丙酮酸的有氧去向（三）1、进行糖异生2、合成氨基酸丙酮酸的代谢去向四、其它糖进入单糖分解的途径果糖6-磷酸果糖

己糖激酶对果糖的亲和力远远低于对葡萄糖的亲和力，组织对果糖的磷酸化效率是很低的。果糖激酶