生物化学-糖代谢

糖代谢总论一、多糖和低聚糖的酶促降解二、糖的分解代谢三、糖的合成代谢2021/3/29星期一1糖代谢总论糖代谢包括分解代谢和合成代谢。动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另一方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程。2021/3/29星期一2一、多糖和低聚糖的酶促降解概述多糖和低聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，生产中常称为糖化。2.淀粉3.淀粉水解淀粉糊精寡糖麦芽糖G

2021/3/29星期一3淀粉的酶促水解：水解淀粉的淀粉酶有α与β淀粉酶，二者只能水解淀粉中的α-1，4糖苷键，水解产物为麦芽糖。α-淀粉酶可以水解淀粉(或糖原)中任何部位的α-1，4糖键。β淀粉酶只能从非还原端开始水解。水解淀粉中的α-1，6糖苷键的酶是α-1，6糖苷键酶。淀粉水解的产物为糊精和麦芽糖的混合物。2021/3/29星期一4还原末端非还原末端α-1，4糖苷键α-1，6糖苷键2021/3/29星期一5磷酸化酶转移酶脱支酶磷酸化酶2021/3/29星期一6蔗糖葡萄糖+果糖乳糖葡萄糖+半乳糖纤维素：人体缺乏纤维素酶蔗糖酶乳糖酶2021/3/29星期一7概念：无氧，葡萄糖（糖原）→乳酸(lactate)

反应部位：细胞液(cytoplasm)

过程：葡萄糖→二磷酸果糖→磷酸丙糖×2丙酮酸×22H×2乳酸×2①②③④二、糖的分解代谢（一）糖酵解途径(glycolysis)（EmbdenMeyerhofParnasEMP）2021/3/29星期一8糖酵解过程的4个阶段1、葡萄糖果糖-1，6-二磷酸2、果糖-1，6-二磷酸2分子磷酸丙糖3、甘油醛-3-磷酸丙酮酸4、丙酮酸乳酸2021/3/29星期一91.葡萄糖果糖-1，6-二磷酸(glucose)(fructose-1，6-bisphosphate)反应不可逆2021/3/29星期一10反应不可逆2021/3/29星期一112.果糖-1，6-二磷酸2分子磷酸丙糖fructose-1,6-bisphosphatetriosephosphate2021/3/29星期一123.甘油醛-3-磷酸丙酮酸glyceraldehydes–3-phosphatepyruvate糖酵解过程中唯一的脱氢反应2021/3/29星期一13

底物水平磷酸化生成ATP（substratelevelphosphorylation)2021/3/29星期一142021/3/29星期一15底物水平磷酸化产生ATP反应不可逆2021/3/29星期一164.乳酸的生成丙酮酸在无氧条件下还原为乳酸，有氧则进入线粒体氧化。来自甘油醛-3-磷酸脱氢2021/3/29星期一172021/3/29星期一18(1)有3步不可逆反应：①GG-6-P②F-6-PF-1,6-BP③PEP丙酮酸ATPADPATPADPADPATP己糖激酶磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶5.糖酵解小结2021/3/29星期一19（2）糖酵解的调节关键酶①己糖激酶②果糖磷酸激酶-1(最重要)③丙酮酸激酶调节代谢途径中关键酶的活性而影响代谢速度2021/3/29星期一20果糖磷酸激酶-1AMPADP果糖-2,6-二磷酸H＋ATP（高浓度）柠檬酸长链脂肪酸激活抑制己糖激酶G-6-P长链脂酰CoA抑制丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸激活乙酰C0AATP丙氨酸抑制2021/3/29星期一21（3）糖酵解的能量计算糖酵解：1分子葡萄糖

2分子丙酮酸，共消耗了2个ATP，产生了4个ATP，实际上净生成了2个ATP，同时产生2个NADH。2021/3/29星期一226.糖酵解的生理意义1.从单细胞生物到高等动植物都存在糖酵解。2.释放能量，使机体在缺氧情况下仍能进行生命活动。3.酵解过程的中间产物可为机体提供碳骨架。2021/3/29星期一237.无氧发酵（Fermentation)⑴乙醇发酵丙酮酸脱羧酶+TPP乙醇脱氢酶乙醇2021/3/29星期一24⑵乳酸发酵2021/3/29星期一252021/3/29星期一26（二）糖的有氧分解概念：有氧，葡萄糖（糖原）→CO2+H2O+ATP

反应部位：细胞液、线粒体cytoplasmmitochondria2021/3/29星期一27有氧氧化的概况2021/3/29星期一28第一阶段：葡萄糖→→丙酮酸（胞液）第二阶段：丙酮酸→→乙酰CoA（线粒体）第三阶段：乙酰CoA→→CO2+H2O+ATP

（三羧酸循环）（线粒体）有氧氧化的反应过程2021/3/29星期一29Glc2CH3COCOOH2NADH+2H+呼吸链(respiratorychain)H2O+2×3ATP（2×2ATP）1.葡萄糖氧化分解为丙酮酸同糖酵解途径，反应在细胞液进行2021/3/29星期一302.丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA反应不可逆2021/3/29星期一31丙酮酸脱羧酶二氢硫辛酸乙酰转移酶

二氢硫辛酸脱氢酶TPP（VitB1）HSCoA（泛酸）硫辛酸FAD（VitB2

）NAD+（VitPP）酶辅酶（维生素）丙酮酸脱氢酶系的组成2021/3/29星期一32丙酮酸氧化脱羧反应过程羧2021/3/29星期一33三羧酸循环(TricarboxylicacidCycle,TAC)指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸的重复循环反应的过程。3.三羧酸循环（柠檬酸循环）2021/3/29星期一34所有的反应均在线粒体中进行TACCH3CO~SCOA

（C2）草酰乙酸（C4）柠檬酸（C6）α-酮戊二酸（C5）HSCoA2021/3/29星期一35（1）反应过程:反应不可逆2021/3/29星期一36反应不可逆Fe+Fe+Mg2+NADP+Mn2+2021/3/29星期一37反应不可逆2021/3/29星期一38底物水平磷酸化琥珀酸硫激酶TAC中唯一直接生成ATP2021/3/29星期一392021/3/29星期一402021/3/29星期一41三羧酸循环2021/3/29星期一42三羧酸循环的总反应式：H2O+ATP电子传递链2021/3/29星期一43循环一周氧化1分子乙酰CoA

脱氢4次(2H)

——3（NADH+H+）、1（FADH2）

2次脱羧（2CO2）三羧酸循环的反应特点关键酶：柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶

α-酮戊二酸脱氢酶系2021/3/29星期一44草酰乙酸的补充草酰乙酸脱羧酶CO21、丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸，需要生物素为辅酶。2021/3/29星期一452、磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的催化下形成草酰乙酸。在大脑和心脏中存在这个反应。2、磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化下形成草酰乙酸。在大脑和心脏中存在这个反应。草酰乙酸的补充2021/3/29星期一46回补途径2021/3/29星期一474.糖的有氧氧化的调节调节点：第一阶段：见糖酵解第二阶段：丙酮酸脱氢酶系第三阶段：柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶

α-酮戊二酸脱氢酶系

2021/3/29星期一48（1）丙酮酸脱氢酶系的调节变构调节乙酰CoA;NADH;ATPAMP;ADP;NAD+丙酮酸脱氢酶系变构抑制变构激活2021/3/29星期一49

乙酰CoA/HSCoA

、NADH/NAD+

抑制能量充足丙酮酸脱氢酶系2021/3/29星期一50共价修饰调节丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶P丙酮酸脱氢酶激酶ATPADP丙酮酸脱氢酶磷酸酶有活性无活性2021/3/29星期一51（2）三羧酸循环的调节异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶系ATP/ADP↑、ATP/AMP↑、NADH/NAD+↑抑制氧化磷酸化速率影响三羧酸循环速率2021/3/29星期一52三羧酸循环的控制三羧酸循环的主要调控步骤和调节因子异柠檬酸脱氢酶柠檬酸合成酶α-酮戊二酸脱氢酶苹果酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶2021/3/29星期一53细胞内能量水平↓

↑有氧氧化中的关键酶被激活

抑制有氧氧化加速

减慢有氧氧化调节特点：2021/3/29星期一545.有氧氧化的生理意义有氧氧化是机体获得能量的主要方式

三羧酸循环是体内糖、脂肪和蛋白质三大营养物质分解代谢的最终代谢通路

三羧酸循环是三大物质代谢相互联系的枢纽2021/3/29星期一556.葡萄糖有氧氧化生成的ATP葡萄糖→葡萄糖-６-磷酸-1

第一阶段：葡萄糖→２丙酮酸果糖-６-磷酸→果糖-1,6-二磷酸-1

2*甘油醛-3-磷酸→2*甘油酸-1,3-二磷酸NAD+

2*3或2*22*甘油酸-1,3-二磷酸→2*甘油酸-3-磷酸2*12*烯醇式丙酮酸磷酸→2*丙酮酸2*1辅酶

ATP6或8ATP2021/3/29星期一56第二阶段：2*丙酮酸→2*乙酰CoANAD+

2*3辅酶

ATP6ATP2021/3/29星期一57第三阶段：三羧酸循环2*异柠檬酸→2*α-酮戊二酸NAD+

2*32*α-酮戊二酸→2*琥珀酰CoANAD+

2*32*琥珀酰CoA→2*琥珀酸2*12*琥珀酸→2*延胡索酸FAD

2*22*苹果酸→2*草酰乙酸NAD+

2*3辅酶

ATP24ATP2021/3/29星期一58总ATP数：第一阶段——6或8第二阶段——636或38ATP第三阶段——242021/3/29星期一59植物与动物细胞在代谢上有许多不同的方面。植物及许多微生物可以从脂肪合成糖。这种转换对种子的发育至关重要。在种子中，很多能量是以三酰甘油的形式贮存。当种子发芽时，三酰甘油断裂，转换成糖，提供植物生长所需要的能量和代谢中间物的前体。植物通过乙醛酸循环合成糖。动物中不存在乙醛酸循环。

乙醛酸循环是一个环形途径，把两个乙酰辅酶A的乙酰基转换成琥珀酸。这条途径使用一些三羧酸循环中的酶，但绕过了两个丢失碳的反应。第二个乙酰辅酶A从旁路中进入循环。（三）乙醛酸循环－三羧酸循环支路2021/3/29星期一60乙醛酸循环的反应。由异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶催化的反应（红色）绕过了三羧酸循环中从异柠檬酸到苹果酸之间的5个反应。+乙醛酸2021/3/29星期一61每一轮乙醛酸循环引入2个2碳片段，合成一个4碳的琥珀酸。这个循环发生在乙醛酸循环体上。在乙醛酸循环体产生的琥珀酸被运送到线粒体，转换成草酰乙酸。乙醛酸循环允许许多微生物进行二碳底物的代谢，如乙酸。大肠杆菌可以生长在以乙酸作为唯一碳源的培养基上。2021/3/29星期一62与乙醛酸循环有关的细胞内的反应脂质体乙醛酸循环体

线粒体

胞浆

糖异生琥珀酸2021/3/29星期一631）乙酰辅酶A由脂肪酸氧化产生。乙酸也可以通过乙酰辅酶A合成酶转换成乙酰辅酶A。乙酸+CoASH+ATP→乙酰辅酶A+AMP+Pi2）乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合产生柠檬酸。3）柠檬酸与顺乌头酸酶反应产生异柠檬酸。乙醛酸循环的反应：2021/3/29星期一644）异柠檬酸裂解酶切割异柠檬酸产生乙醛酸和琥珀酸。2021/3/29星期一655）乙醛酸经苹果酸合成酶催化，在水的存在下接受乙酰辅酶A的乙酸。+-2021/3/29星期一66尽管这个反应，以及柠檬酸合成酶和顺乌头酸酶的反应，与三羧酸循环反应一样，但这三个在乙醛酸循环中的酶是三羧酸循环酶的同工酶。这些同工酶存在于植物的乙醛酸循环体中，只在乙醛酸循环中起作用。6）苹果酸在苹果酸脱氢酶的催化下再脱氢生成草酰乙酸。

乙醛酸循环的总反应：

2乙酰CoA+NAD++2H2O→琥珀酸+2CoASH+NADH+2H+2021/3/29星期一67（四）戊糖磷酸途径phosphopentosepathwayPPP

糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主要径，但不是唯一途径。实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即磷酸戊糖途径（pentosephosphatepathway,PPP），也称为磷酸己糖支路（hexosemonophosphatepathway/shunt,HMP）。参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。2021/3/29星期一68磷酸戊糖途径概况葡萄糖-6-磷酸→→核糖-5-磷酸+NADPH+CO2过程：第一阶段：氧化反应—葡萄糖-6-磷酸脱氢、脱羧生成NADPH、CO2第二阶段：非氧化阶段—一系列基团的转移2021/3/29星期一69第一阶段第二阶段61.戊糖磷酸反应途径2021/3/29星期一70第一阶段：2021/3/29星期一71第二阶段：核酮糖-5-磷酸木酮糖-5-磷酸景天糖-7-磷酸赤藓糖-4-磷酸核糖-5-磷酸木酮糖-5-磷酸甘油醛-3-磷酸果糖-6-磷酸甘油醛-3-磷酸转酮酶转酫酶转酮酶2021/3/29星期一722021/3/29星期一73总反应式2021/3/29星期一742.磷酸戊糖途径的调节

肝脏中的各种戊糖途径的酶中以6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性最低，所以它是戊糖途径的限速酶，催化不可逆反应步骤，其活性的高低决定葡糖-6-磷酸进入磷酸戊糖途径的流量。其活性受NADP+/NADPH比值的调节，NADPH能强烈抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶。磷酸戊糖途径的流量取决于机体对NADPH的需求。2021/3/29星期一753.生理意义：（1）磷酸戊糖途径是体内利用葡萄糖生成5-磷酸核糖的唯一途径，为体内核酸的合成提供了原料。（2）NADPH的生成及其功用：磷酸戊糖途径的另一主要生理意义是提供细胞代谢所需的NADPH。

NADPH的功用：在脂肪酸及胆固醇等物质的生物合成中提供氢，作为供氢体。

NADPH作为谷胱甘肽还原酶的辅酶，对于维持细胞中还原型谷胱甘肽（G-SH）的正常含量，从而对维持细胞特别是红细胞的完整性有重要作用。

NADPH参与肝脏内的生理转化反应。（3）通过磷酸戊糖途径中的转酮醇基及转醛醇基反应，使丙糖，丁糖，戊糖，己糖，庚糖在体内得以互相转变。2021/3/29星期一76还原型谷胱甘肽(GSH)的重要作用（1）保护含巯基的蛋白质或酶免受氧化剂、尤其是过氧化物的损害。（2）保护红细胞膜结构的完整性。（3）缺乏葡萄糖-6-磷酸脱氢酶→NADPH↓→GSH↓→红细胞破坏→溶血GSSG2GSHNADPH+H+NADP+谷胱甘肽还原酶维持细胞膜的完整性2021/3/29星期一77三、糖的合成反应

（一）蔗糖的合成

1.糖核苷酸的作用及形成定义：单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为糖核苷酸。作用：糖核苷酸是高等动植物体内合成双糖和多糖时，葡萄糖的活化形式与供体。种类：目前发现的糖核苷酸主要有UDPG,ADPG,TDPG,GDPG,CDPG等。在糖类代谢中，以UDPG,ADPG为最重要。形成：

1-P-G+UTPUDPG焦磷酸化酶UDPG+PPi酯酶2Pi2021/3/29星期一78

2.蔗糖的生物合成

有三条途径：（1）蔗糖磷酸化酶途径（微生物）

1-P-葡萄糖+果糖-6-P蔗糖+Pi

（2）蔗糖合成酶(植物）

UDPG+果糖UDP+蔗糖

该酶也可利用ADPG,GDPG,TDPG,CDPG作为葡萄糖基供体。在发育的谷类籽粒（非光合组织）中主要是分解反应。2021/3/29星期一79（3）蔗糖磷酸合酶途径（植物光合组织）

UDPG+6-P-果糖磷酸蔗糖+UDP

磷酸蔗糖蔗糖+Pi蔗糖磷酸合酶蔗糖磷酸酯酶2021/3/29星期一80（二）淀粉的生物合成

1.直链淀粉的合成

nUDPG+引物直链淀粉+nUDP

也可用ADPG做供体。引物:麦芽糖麦芽三糖麦芽四糖淀粉分子UDPG转葡萄糖苷酶2021/3/29星期一812.支链淀粉的合成支链淀粉的α-1，6糖苷键的分支是由直链底物转化而来，催化这个转化的酶称为Q酶。mn+mmnnQ酶Q酶还原端从非还原端切断1个小寡聚糖碎片A（6-7G）将A转移到B或另一直链淀粉的一个葡萄糖残基的C6-OH上，形成α-1，6糖苷键AB2021/3/29星期一82（三）糖原的合成合成部位：组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆定义：由葡萄糖合成糖原的过程2021/3/29星期一83

Gn

G→G-6-P→G-1-P→UDPGGn+1

关键酶：糖原合酶

葡萄糖的供体：UDPG，需小分子糖原作引物

消耗的能量：2分子ATP

1.反应过程2021/3/29星期一84ATP

ADP己糖激酶;葡萄糖激酶（肝）

葡萄糖葡糖-6-磷酸（1）葡萄糖磷酸化生成葡糖-6-磷酸2021/3/29星期一85（2）葡糖-6-磷酸转变成葡糖-1-磷酸葡糖-1-磷酸磷酸葡萄糖变位酶葡糖-6-磷酸2021/3/29星期一86活性葡萄糖在体内充作葡萄糖供体（3）葡糖-1-磷酸转变成尿苷二磷酸葡萄糖2021/3/29星期一87糖原n+UDPG

糖原n+1+UDP

糖原合酶(glycogensynthase)（4）UDPG参与合成糖原糖原引物(primer)2021/3/29星期一88（5）糖原分支的形成

分支酶

(branchingenzyme)

α-1,6-糖苷键

α-1,4-糖苷键

当链长度达到12~18个葡萄糖残基时，分枝酶就将链长约为7个葡萄糖残基的糖链移至邻近的糖链上，并以1,6-糖苷键进行连接，从而形成糖原分子的分枝。2021/3/29星期一891、糖原合成酶催化的反应需要引物（多聚葡萄糖）2、糖原合成酶是关键酶3、分枝酶形成分枝4、每增加一个葡萄糖，消耗2～Pi5、

UDPG是葡萄糖的供体（葡萄糖的活性形式）6、糖原合成全过程是在细胞质中进行糖原合成特点2021/3/29星期一902.糖原合成与分解的调节关键酶

①糖原合成：糖原合酶

②糖原分解：糖原磷酸化酶

调节关键酶活性：2021/3/29星期一91调节方式：共价修饰和变构调节酶特点：活性、无（低）活性二种形式存在通过磷酸化和去磷酸化而相互转变2021/3/29星期一92（1）共价修饰调节2021/3/29星期一93

主要是葡萄糖作为变构效应剂对磷酸化酶进行变构调节。

当血糖升高时，葡萄糖葡糖-6-磷酸

ATP增多（2）别构调节糖原合酶磷酸化酶a-P磷酸化酶bAMP♁♁

2021/3/29星期一94糖异生是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。非糖物质包括丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油等均可以在哺乳动物的肝脏中转变为葡萄糖或糖原。这一过程基本上是糖酵解途径的逆过程，但具体过程并不是完全相同，因为在酵解过程中有三步是不可逆的反应，而在糖异生中要通过其它的旁路途径来绕过这三步不可逆反应，完成糖的异生过程。1.糖异生的证据及其生理意义（四）糖原的异生作用2021/3/29星期一95用整体动物做实验，禁食24小时，大鼠肝脏中的糖原由7%降低到1%，饲喂乳酸、丙酮酸或三羧酸循环代谢的中间物后可以使大鼠肝糖原增加。根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有毒的糖苷，它能