糖的无氧分解糖酵解.ppt

1、第五章 糖 代 谢 Chapter 5 Metabolism of carbohydrate 糖的无氧分解 -糖酵解 糖的有氧氧化 -三羧酸循环 磷酸戊糖途径 糖原的合成与分解 糖异生 l 教学目的 : 1.掌握糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径 的反应过程及生理意义 2.了解糖原的合成与分解代谢 3.掌握糖异生的概念及途径 l 教学重点难点 ： 糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应 过程及生理意义 ;糖异生 教学课时 :10 l 糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物 一 .糖类在生物体的生理功能主要有： 氧化供能： 糖类占人体全部供能量的 70%。 构成组织细胞的基本成分 ： l *核糖 : 构成

2、核酸 l *糖蛋白 : 凝血因子、免疫球蛋白等 l *糖脂 : 生物膜成分 l 转变为体内的其它成分 l *转变为脂肪 l *转变为非必需氨基酸 二 .糖代谢的概况 血中葡萄糖食物 主 糖异生 糖酵解 有氧氧化 （ CO2、 H2O、 ATP) 磷酸戊糖途径 （ 5-磷酸核糖、 NADPH） 糖原 缺氧 供氧充足 合成 分解 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰 CoA6-磷酸葡萄糖 磷酸戊糖 途径 糖 酵解 （有氧） （无氧） 三羧酸循环 (TCA) （有氧或无氧） 三 .葡萄糖的分解代谢途径及定位 1、分解代谢途径 呼吸链氧化 磷酸化 NADH FADH2 细胞膜 细胞质 线粒体 高尔基体 细

3、胞核 内质网 溶酶体 细胞壁 叶绿体 有色体 白色体 液体 晶体 分泌物 吞噬 中心体 胞饮 细胞膜 丙酮酸氧化 三羧酸循环 氧化磷酸化 磷酸戊糖途径 糖酵解 2、分解代谢途径及定位 动物细胞 植物细胞 Section 1 糖酵解 （ glycolysis) l 糖酵解 :是葡萄糖在 无氧条件下 在组织细 胞中降解成 丙酮酸 ,并 释放出能量 生成 ATP 的过程。 l 它是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。 l无氧酵解的全部反应过程在 细胞溶胶 (cytoplasm)中进行。 l从葡萄糖到丙酮酸的反应过程 包括 两个 部分， 可分为 活化、裂解、放能 三个

4、阶 段 ， 十步 反应 。 一、 糖酵解的反应过程 (一 )准备 1.葡萄糖的 活化 (activation) 己糖磷酸酯 的生成： 活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异构反应 生成 1,6-二磷酸果糖 (FBP， FDP)的反应过程。 该过程共由三步化学反应组成。 己糖激酶 /葡萄糖激酶 磷酸己糖异构酶 磷酸果糖激酶 -1 ATP ADP ATP ADP * * (1 ) (2 ) (3 ) Mg2+ Mg2+ 激酶： 催化 ATP分子与底物之间的磷酸基 转移的酶称激酶， 激酶一般需要 Mg2+或 Mn2+作为辅因子。 Mg2+可以掩盖 ATP/ADP 分子中磷酸基氧原子的负电荷，使葡萄糖 C-6

5、/C-1位的 羟基 易于对 ATP的 位磷 原子 进行 亲核攻击 . 机理： 葡萄糖 C-6/C-1位的羟基对 ATP的 位磷原子的亲核 进攻击 葡萄糖磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖 ATP ADP glucose glucose-6- phosphate (G-6-P） 已糖激酶 Mg2+ 特点 ： 此反应不可逆，消耗 1个 ATP. 催化此反应的激酶有已糖激酶和葡萄糖激酶。 糖酵解过程的第一 个限速酶 6- 磷酸葡萄糖异构化转变为 6-磷酸果糖 磷酸 Glc异 构酶 特点： 反应的 Go变化很小，反应可逆。 磷酸葡萄糖异构酶将葡萄糖的 羰基 C由 C1移至 C2 ， 为 C1位磷 酸化作准备，

6、同时保证 C2上有羰基存在，这对分子的 断裂， 形成三碳物是必需的 fructose-6-phosphate,F-6-P 6- 磷酸果糖再磷酸化生成 1,6-二磷酸果糖 ATP ADP 磷酸果糖激酶 -1 Mg2+ 特点： 此反应在体内不可逆，消耗 1个 ATP。 反应由磷酸果糖激酶 1催化，是主要的调节位点 糖酵解过程的第二个限 速酶 fructose-1,6-biphosphate,F-1,6-BP 2.裂解（ lysis) 磷酸丙糖的生成 ： l 一分子 F-1,6-BP裂解为 两分子 可以互 变的磷酸丙糖（ triose phosphate)， 磷酸丙糖异构酶 醛缩酶(4 ) (5 )

7、 3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮 的生成 3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 fructose-1,6-diphosphate (F-1,6-2P） 醛缩酶 1 2 6 5 4 3 1 2 3 4 5 6 + 机理： 由于 C-2的羰基及 C-4的羟基存在， 1,6-二磷酸果糖分子发生 断裂，形成等长的三碳化合物 特征： 该反应 Go= 23.97kJ/mol,在热力学上不利，但是，由于 F-1.6- 2P的形成是放能的及甘油醛 -3-磷酸后续氧化的放能性质，促使反应正 向进行。 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 磷酸丙糖的 互换 dihydroxyacetone ph

8、osphate) glyceraldehyde 3-phosphate 磷酸丙糖异构酶 1,6-二磷酸果糖 2 3-磷酸甘油醛 (二 )贮能 3.放能 (releasing energy) 丙酮酸的生成： 3-磷酸甘油醛经 脱氢 、 磷酸化 、 脱水 及 放能 等反应生成 丙酮酸 和 ATP. 包括五步反应 : (6 ) (7 ) (8 ) ATP ADP 磷酸甘油酸变位酶 3-磷酸甘油醛 脱氢酶 磷酸甘油酸 激酶 NAD+Pi NADH+H+ 烯醇化酶 丙酮酸激酶 * ATP ADP 自发 H2O (10) 3-磷 酸甘油醛氧化为 1,3-二磷 酸甘油酸 1,3-diphosphoglyce

9、rate 3-磷酸甘油醛脱氢酶 glyceraldehyde 3-phosphate HPO4 2-+ NADH+H+NAD+ OPO 3 2- 糖酵解中唯一的 脱氢 反应 特征： 由 3-磷酸甘油醛脱氢酶 催化，在 无机磷酸 的参与下以 NAD+作为 电子受体， 3-磷酸甘油醛氧化脱氢生成 1,3-二磷酸甘油酸和 NADH+H+ 。 醛基 转变成 超高能量的酰基磷酸 1,3-二磷 酸甘油酸 转变 为 3-磷 酸甘油酸 3-磷酸甘油酸激酶 3-phosphoglycerate)1,3diphosphoglycerate OPO 3 2- ADP ATP 这是糖酵解中第一 次 底物水平磷酸化 反

10、应 特征： 在磷酸甘油酸激酶的作用下，将 高能磷酰基 转给 ADP形成 ATP 。 这是酵解中第一次产生 ATP的反应，反应是可逆的 3-磷 酸甘油酸 转变 为 2-磷 酸甘油酸 3-phosphoglycerate 磷酸甘油酸变位酶 2-phosphoglycerate 特征： 变位酶是一种催化分子内化学基团移位的酶 . 磷酸甘油酸变位酶催化 3-磷酸甘油酸和 2-磷酸甘油酸之间的磷 酸基团位置的移动 ,分子内重排 . 2-磷 酸甘油酸 转变 为 磷 酸烯醇式丙酮酸 phosphoenolpyruvate2-phosphoglycerate 烯醇化酶 (Mg2+/Mn2+ ) 氟化物能与 M

11、g2+络 合而抑制此酶活性 特征： 烯醇化酶（需要 Mg2+ 的活化 ）催化 2-磷酸甘油酸中 的 a、 位脱去水形成磷酸烯醇式丙酮酸。 烯醇磷酯键 具有很高的 磷酸基转移潜能 。 a H2O (10) 磷 酸 烯醇式丙酮酸转变为 丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸激酶 (PK ) phosphoenolpyruvate enolpyruvate糖酵解过程的 第三个限速酶 Mg2+, K+ 特征： 丙酮酸激酶 催化 磷酸基 从磷酸烯醇式丙酮酸转移给 ADP， 生成 烯醇式 丙酮酸 和 ATP ， 反应是不可逆的 这是酵解中 第二个底物水平磷酸化反应 . ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 ADP 丙

12、酮酸激酶 enolpyruvate pyruvate 自发进行 (10) 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 1， 6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 21， 3-二磷酸甘油酸 23-磷酸甘油酸 22-磷酸甘油酸 2磷酸烯醇丙酮酸 2丙酮酸 第 一 阶 段 第 二 阶 段 第 三 阶 段 葡萄糖 葡萄糖的活化 磷酸己糖的裂解 2-磷酸甘油酸 和 ATP生成 丙酮酸和 ATP的生 成 一、糖酵解过程 第 一 部 分 (六碳 糖 三碳糖 ) 第 二 部 分 -1ATP -1ATP 2 1NADH 2 1ATP 2 1ATP 二、 途径 化学计量和生物学意义 l 糖酵解代谢途径可将一分子葡萄糖分

13、解为 两 分子丙酮酸，净生成两分子 ATP。 l 总反应式 : C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi2C3H4O3+2NADH +2H+2ATP+2H2O l 糖酵解代谢途径有 三个关键酶，即 己糖激酶 （葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶 -1、丙酮酸 激酶 。 二、糖酵解的调节 糖酵解代谢途径的调节主要是通过各种变构剂对三个 关键酶进行 变构调节 。 1. 己糖激酶或葡萄糖激酶： l 已糖激酶： 专一性不强，在组织细胞中广泛存在，可 催化 Glc、 Man（ 甘露糖）磷酸化。被产物 G-6-P强烈 地别构抑制 l 葡萄糖激酶： 只能催化 Glc磷酸化，仅在肝脏和胰腺 细胞存在，维持血糖平衡，

14、不被 G-6-P抑制。是诱导 酶，胰岛素可诱导其基因转录，促进酶的合成。当肝 细胞中 Glc浓度 5mmol/L，肝中的 Glc激酶被激活 ， Glc激酶将 Glc转化成 G-6-P， 进一步转化成糖元，贮 存于肝细胞 ,是 肝脏调节葡萄糖吸收 的主要的关键酶 。 无产物反馈抑制 己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂 己糖激酶 hexokinase 葡萄糖激酶 glucokinase G-6-P 长链脂酰 CoA - - 2. 6-磷酸果糖激酶 -1： 6-磷酸果糖激酶 -1是调节糖酵解代谢 途径 流量 的主要因素。 6-磷酸果糖激酶 -1 6-phosphofructokinase-1 ATP 柠檬

15、酸 ADP、 AMP 1,6-双磷酸果糖 2,6-双磷酸果糖 - + 3. 丙酮酸激酶： 丙酮酸激酶 pyruvate kinase ATP 丙氨酸 (肝 ) 1,6-双磷酸果糖 - + 三、糖酵解的生理意义 1.是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径 在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补充途 径 ，生物体获得生命活动所需要的能量 。 在有氧条件下，作为某些组织细胞主要的供能途 径。 2.形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提 供碳骨架； 3.为肌肉收缩迅速提供能量 剧烈运动时： 肌肉内 ATP含量很低 ,即使氧不缺乏，葡萄 糖进行有氧氧化的过程比糖酵解长得多 , 来不及满足需

16、要 ,糖酵解为肌肉 收缩迅速提供能量 四 、丙酮酸的去路 （ 有氧 ） （ 无氧 ）葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰 CoA 三羧酸 循环 （有氧或无氧） 丙酮酸 乳酸 乙醇 乙酰 糖 酵解途径 三羧酸 循环 （有氧或无氧） 丙酮酸有 3种主要的去路 ： 1、在大多数情况下，丙 酮酸可以通过氧化脱羧 形成 乙酰 CoA， 然后乙酰 CoA进入 柠檬酸循环 ； 2、在某些微生物 中，丙酮酸可以转 化为 乙醇 ，这一过 程称之 酒精发酵 ； 3、在某些环境条 件下（如缺氧）， 它可以还原为 乳酸 。 1、丙酮酸 乳酸（乳酸发酵） l 在无氧条件下， 利用丙酮酸接受酵解代谢 过程中产生的 N

17、ADH， 使 NADH重新氧化 为 NAD+ ， 以确保反应的继续进行。 乳酸脱氢酶 NAD+NADH+H+ 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。 葡萄糖 EMP CH2OH CH3 乙醇 NADH+H+ NAD+CO2 乙醛 CHO CH3 COOH C=O CH3 丙酮酸 2、丙酮酸 乙醇（酒精发酵 ） w 酵母在无氧的条件下，将葡萄糖转变成乙醇，这是酿酒 和发酵法生产乙醇的基本过程，称为生醇发酵。 w 酵母中含有多种酶系，其中丙酮酸脱羧酶 (不存在于动 物细胞中 )催化丙酮酸脱羧产生乙醛，乙醛在醇脱氢酶 催化下被 NADH

18、还原成乙醇。 丙酮酸脱羧酶 醇脱氢酶 3、丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解 （ EPM）葡萄糖 COOH C=O CH3 丙酮酸 CH3-C-SCoA O 乙酰 CoA 三羧酸 循环 NAD+ NADH+H+ CO2CoASH 葡萄糖的有氧分解 丙酮酸脱氢酶系 Section 2 糖的有氧氧化 （ aerobic oxidation) l葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成 CO2和 H2O， 并释放出大量能量的过程称 为 葡萄 糖的有氧氧化 。 l绝大多数组织细胞通过葡萄糖的有氧氧 化途径获得能量。此代谢过程在细胞 胞 液和线粒体 (cytoplasm and mitochondrion)内

19、进行。 l一分子葡萄糖 (glucose)彻底氧化分解 可产生 30/32分子 ATP。 一、有氧氧化的反应过程 l 葡萄糖 的有氧氧化代谢途径可分为 四个阶段 : 糖酵解产生丙酮酸 （ 2丙酮酸、 2ATP、 2NADH） 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA 三羧酸循环 （ CO2、 H2O、 ATP、 NADH） 呼吸链氧化磷酸化 （ NADH-ATP） l 原核生物： 阶段在胞质中 l 真核生物： 在胞质中， 在线粒体中 （一）葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸： l 此阶段在细胞 胞液 (cytoplasm)中进行，一分 子葡萄糖 (glucose)分解后净生成 2分子丙酮 酸 (pyruvate

20、)， 2分子 ATP， 和 2分子（ NADH +H+）。 l 两分子（ NADH+H+） 在有氧条件下可进入线粒 体 (mitochondrion)进行氧化磷酸化，共可得 到 21.5 或者 22.5 分子 ATP。 故第一阶段可 净生成 5或 7分子 ATP。 （二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA： l 丙酮酸进入 线粒体 (mitochondrion)， 在 丙 酮酸脱氢酶系 (pyruvate dehydrogenase complex)的催化下氧化脱羧生成 乙酰 CoA(acetyl CoA)。 丙酮酸脱氢酶系 NAD+ +HSCoA NADH+H+ +CO2 * l一分子葡萄糖经糖

21、酵解产生两分子丙 酮酸 (pyruvate)， 故可生成 两分子乙 酰 CoA(acetyl CoA)， 两分子 CO2和两 分子 （ NADH+H+） ， 可生成 22.5 分子 ATP 。 l反应为不可逆； 丙酮酸脱氢酶系 (pyruvate dehydrogenase complex) 是葡萄糖有氧氧化途径的关键酶之一 。 l 1.丙酮酸脱氢酶系 组成：组成： 由丙酮酸脱羧酶（ E1 ）， 二氢硫辛酸乙酰基转移酶（ E2）， 二氢硫 辛酸脱氢酶（ E3） 三种酶单体构成。有六种辅 助因子： TPP， 硫辛酸， NAD+， FAD， HSCoA和 Mg2+。 l 这些酶以非共价键结合在一起

22、，碱性条件下， 复合体解离成相应的亚单位，中性时重组为复 合体。所有丙酮酸氧化脱羧的中间物均紧密结 合在复合体上，活性中间物可以从一个酶活性 位置转到另一个酶活性位置，多酶复合体有利 于高效催化反应及调节酶在反应中的活性。 l 2、反应步骤 l （ 1）丙酮酸脱羧形成羟乙基 -TPP l （ 2） 二氢硫辛酸乙酰转移酶（ E2） 使羟乙基氧化成乙酰基 l （ 3） E2将乙酰基转给 CoA， 生成乙酰 -CoA l （ 4） E3氧化 E2上的还原型二氢硫辛酸 l （ 5） E3还原 NAD+生成 NADH NAD+ +H+ 丙酮酸 脱羧酶 E1 FAD 硫辛酸乙酰 转移酶 E2 二氢硫辛 酸

23、脱氢酶 E3 CO2 乙酰硫辛酸 二氢硫辛酸 NADH+H+TPP 硫辛酸 CoASH NAD+ CH3-C-SCoA O （ 1）丙酮酸脱羧形成羟乙基 -TPP （ 2） 二氢硫辛 酸乙酰转移酶（ E2） 使羟乙基氧 化成乙酰基 （ 3） E2将乙酰基 转给 CoA， 生成 乙酰 -CoA （ 4） E3氧化 E2 上的还原型二氢 硫辛酸 （ 5） E3还原 NAD+生成 NADH （三）三羧酸循环 （ tricarboxylic acid cycle） 彻底氧化分解： l 三羧酸循环 （柠檬酸循环或 Krebs循环） 是指 在线粒体中，乙酰 CoA首先与草酰乙酸缩合生 成柠檬酸，然后经过一

24、系列的代谢反应，乙酰 基被氧化分解，草酰乙酸再生 ,并释放出大量 能量的循环反应过程。 1、反应历程、反应历程 l 三羧酸循环分为三个阶段 柠檬酸合酶 + * H2O HSCoA 顺乌头酸酶 *第一阶段：柠檬酸生成 乙酰 CoA与草酰乙酸 缩合形成柠檬酸 柠檬酸合酶 草酰乙酸 CH3CO SCoA 乙酰辅酶 A (acetyl CoA) 柠檬酸 (citrate) HSCoA 关键酶 TCA第一阶段 异柠檬酸 (isocitrat e) H2O 柠檬酸 异构化生成 异柠檬酸 柠檬酸 (citrate) 顺乌头酸 乌头酸酶 TCA第一阶段 -酮戊二酸脱氢酶系 NADH+H+ +CO2 * NAD

25、+ +HSCoA 琥珀酰 CoA 合成酶 GTP GDP+Pi CoA- SH, 第二阶段：氧化脱羧 NADH+H+CO2 NAD+ CO2*异柠檬酸 脱氢酶 CO2 NAD+ 异柠檬酸 异柠檬酸 氧化脱羧 生成 - 酮戊二酸 -酮戊二酸 草酰琥珀酸NADH+H + 异柠檬酸脱氢酶 关键酶 TCA第二阶段 2 - 酮戊二酸 氧化脱羧 生成 琥珀酰辅酶 A -酮戊二酸脱氢酶系 HSCoA NAD+ NADH+H+ 琥珀酰 CoA (succinyl CoA) -酮戊二酸 (- ketoglutarate) 关键酶 TCA第二阶段 CO2 琥珀酰 CoA转变为 琥珀酸 琥珀酰 CoA合成酶 琥珀酰

26、 CoA (succinyl CoA) GDP+Pi GTP ATP ADP 琥珀酸 (succinate) HSCoA TCA第二阶段 H2O NAD+ NADH+H+ 延胡索酸酶 苹果酸 脱氢酶 琥 珀 酸 脱 氢 酶 FADH2 FAD 第三阶段：草酰 乙酸再生 FAD 琥珀酸 氧化脱氢生成 延胡索酸 琥珀酸 (succinate) 琥珀酸脱氢酶 延胡索酸 (fumarate) FADH2 TCA第三阶段 延胡索 酸 水化 生成 苹果 酸 延胡索酸 (fumarate) 延胡索酸酶 苹果酸 (malate) H2O TCA第三阶段 苹果酸 脱氢生成 草酰乙 酸 苹果酸脱氢酶 草酰乙酸 (

27、oxaloacetate)苹果酸 (malate) NAD+ NADH+H+ TCA第三阶段 O CH3-C-SCoA CoASH NADH +CO2 FADH2 H2O NADH +CO2NADH GTP 草酰乙酸 再生阶段 柠檬酸的 生成阶段 氧化脱 羧阶段 柠檬酸 异柠檬酸 顺乌头酸 酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酰 CoA 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 NAD+ NAD+ FAD NAD+ 三羧循环总观 l 2.三羧酸循环的特点： 循环反应在 线粒体 (mitochondrion)中进行，为 不 可逆反应 。 每完成一次循环，氧化分解掉一分子 乙酰基 ，可 生成 10分子 ATP,故此阶段可生成

28、 210=20 分子 ATP 。 三羧酸循环中有 两次脱羧反应 ，生成两分子 CO2。 循环中有 四次脱氢反应 ，生成三分子 NADH和一分 子 FADH2。 循环中有 一次底物水平磷酸化 ，生成一分子 GTP。 三羧酸循环的关键酶是 柠檬酸合酶、异柠檬 酸脱氢酶 和 -酮戊二酸脱氢酶系 。 总反应式 : CH3COSCoA +3NAD+ +FAD +GDP +Pi +2H2O 2CO2 +CoASH +3NADH +3H+ +FADH2 +GTP l 3.三羧酸循环的生理意义： 提供能量： 是糖、脂、蛋白质三大物质分解供能 的共同通路。 线粒体外的 NADH， 可通过 3-磷酸 甘油穿梭和苹

29、果酸穿梭机制，运到线粒体内，经 呼吸链再氧化，这两种机制在不同组织的细胞中 起作用。 是糖、脂、蛋白质三大 物质代谢的枢纽物质代谢的枢纽 一方面， TCA是糖、脂肪、氨基酸等彻底氧化分 解的共同途径 另一方面，循环中生成的草酰乙酸、 - 酮戊二 酸、柠檬酸、琥珀酰 CoA和延胡索酸等又是合成 糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料。 TCA是联系体内三大物质代谢的中心环节，为合 成其它物质提供 C骨架。 二、葡萄糖有氧氧化生成的 ATP 反 应 ATP 段 酵解 阶 段 两次耗能反应 -2 两次生成 ATP的反应 22 一次脱氢 (NADH+H+) 21.5 或22.5 丙 酮 酸氧化 一次脱氢 (

30、NADH+H+) 22.5 三 羧 酸循 环 三次脱氢 (NADH+H+) 232.5 一次脱氢 (FADH2) 21.5 一次生成 GTP(ATP)的反应 21 净生成 30或 32 三、有氧氧化的调节 l第一阶段：前述。 l第二阶段： 丙酮酸脱氢酶系 Pyruvate dehydrogenase complex 乙酰 CoA、 ATP NADH+H+ - + AMP、 ADP NAD+ l第三阶段： 调节有氧氧化第三阶段代谢流量 的关键酶主要是 异柠檬酸脱氢酶 。 AMP、 ADP是其变构激活剂， ATP是其 变构抑制剂。 Section 3 磷酸戊糖途径 (pentose phospha

31、te pathway) l磷酸戊糖途径 是 指从 G-6-P脱氢反应开始 ，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中 间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解 代谢途径的一条旁路代谢途径。 l该旁路途径的起始物是 G-6-P， 返回的 代谢产物是 3-磷酸甘油醛 (glyceraldehyde-3-phosphate)和 6-磷 酸果糖 (fructose-6-phosphate)， 其重 要的中间代谢产物是 5-磷酸核糖和 NADPH。 l整个代谢途径在 胞液 (cytoplasm)中进 行。关键酶是 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 (glucose-6-phosphate dehydro- genase)。 l

32、全部代谢过程可分为两个阶段： 1、 氧化脱羧 过程 G-6-P氧化分解生成 5-磷 酸核酮糖： 2、 非氧化分子重排 过程 戊糖磷酸酯的相 互转变及 C-C键的裂解与形成 一、磷酸戊糖途径的反应过程一、磷酸戊糖途径的反应过程 1、氧化脱羧阶段 （ 6-磷酸葡萄糖的氧化） NADP+ NADPH+H+ H2O NADPH+H+ NADP+ 5-磷酸核酮 糖 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸 内酯 6-磷酸葡萄糖 酸 CO2 6-磷酸葡萄糖 脱酶 内酯酶 6-磷酸葡萄 糖酸 脱氢酶 * 2. 5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程： l 5-磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生 成 3-磷酸甘油醛 和 6-

33、磷酸果糖 。在此阶 段中，经由 5-磷酸核酮糖异构可生成 5- 磷酸核糖 。 2、非氧化分子重排阶段（戊糖磷酸酯的相互 转变及 C-C键的裂解与形成） H2OPi 6 5-磷酸核酮糖 2 5-磷酸核糖2 5-磷酸木酮糖 2 3-磷酸甘油醛 2 7-磷酸景天庚酮糖 2 4-磷酸赤藓丁糖2 6-磷酸果糖 2 5-磷酸木酮糖 2 3-磷酸甘油醛2 6-磷酸果糖 1， 6-二磷酸果糖1 6-磷酸果糖 转醛酶 异构酶 转酮酶 转酮酶 醛缩酶 戊糖 磷酸 酯的 相互 转变 C-C 键的 裂解 与形 成 l磷酸戊糖途径 (pentose phosphate pathway)的总反应式： l 6 G-6-P

34、+ 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+H3PO4 l 即六分子 G-6-P可生成 6分子 CO2， 4分子 F-6- P， 2分子 3-磷酸甘油醛和 12分子 NADPH。 二、磷酸戊糖途径的生理意义 1. 是体内生成 NADPH的主要代谢途径 ： NADPH在体内可用于： 作为供氢体，参与体内的合成代谢 ：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些 氨基酸。 参与羟化反应 ：作为加单氧酶的辅 酶，参与对代谢物的羟化。 使氧化型谷胱甘肽还原 。 维持巯基酶的活性 。 维持红细胞膜的完整性 ：由于 6-磷 酸葡萄糖脱氢酶 遗传性缺陷可导致 蚕豆病 ，表

35、现为溶血性贫血。 2. 是体内生成 5-磷酸核糖的唯一代谢 途径 ： l体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或 脱氧核糖均以 5-磷酸核糖的形式提供 ，这是体内 唯一 的一条能生成 5-磷酸 核糖 的代谢途径。 l磷酸戊糖途径是体内糖代谢与核苷酸 及核酸代谢的交汇途径。 Section 4 糖原的合成与分解 l糖原 （ glycogen)是由许多葡萄糖分 子聚合而成的带有分支的高分子多 糖类化合物。 l糖原分子的直链部分借 -1,4- 糖苷 键 而将葡萄糖残基连接起来，其支 链部分则是借 -1,6- 糖苷键 而形成 分支。 - 1,4-糖苷键 - 1,6-糖苷键 非还原性末端 还原性末端 l糖原是一

36、种 无还原性的多糖 。 l糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添 加或去除，均在其 非还原端 进行。 l糖原的合成与分解代谢主要发生在 肝、 肾和肌肉组织细胞的胞液 中。 一、糖原的合成代谢 （一）反应过程： 糖原合成的反应过程可分为三个阶段： 1活化： 由葡萄糖生成 UDPG(uridine diphosphate glucose)， 是一耗能过程。 磷酸化： G + ATP G-6-P + ADP 己糖激酶 (葡萄糖激酶 ) 异构： G-6-P转变为 G-1-P： G-6-P G-1-P 转形： G-1-P转变为 尿苷二磷酸葡萄糖（ UDPG） ： G-1-P + UTP UDPG + PPi

37、 UDPG焦磷酸化酶 磷酸葡萄糖变位酶 UDPG 是糖基 转移的活泼形式 + +PPi 1-磷酸葡萄糖 UTP UDPG UDPG UDP 糖原（ n个 G分子） 糖原（ n+1） 2缩合： 糖原合成酶催化糖原的合成 UDPG + (G)n (G)n+1 + UDP糖原合酶 * 3 糖原分支的产生 l 当直链长度达 12个葡萄糖残基以上时，在 分支 酶 (branching enzyme)的催化下，将 距末端 6 7个葡萄糖残基组成的寡糖链由 -1,4- 糖苷键转变为 -1,6- 糖苷键 ，使 糖原出现分支。 -1,4 -1,6 （二）糖原合成的特点： 1必须以 原有糖原分子作为引物 ； 2合

38、成反应在糖原的 非还原端进行 ； 3合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖 残基，需 消耗 2个高能磷酸键 （ 2分子 ATP ）； 4 其 关键酶是糖原合酶 (glycogen synthase)， 为一 共价修饰 酶； 5需 UTP参与（以 UDP为载体）。 二、糖原的分解代谢 （一）反应过程： 糖原的分解代谢可分为三个阶段： 1水解： 包括三步反应，循环交替进行。 磷酸解：由 糖原磷酸化酶 (glycogen phosphorylase)催化对 -1,4-糖苷键磷酸 解，生成 G-1-P。 (G)n + Pi (G)n-1 + G-1-P 糖原磷酸化酶 * 糖原磷酸化酶的作用位点及产物 G-

39、1-P 磷酸化酶 a 非还原性末端 磷酸 + 断键部位 转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四 个葡萄糖残基时，由 葡聚糖转移酶 催化， 将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链 的非还原端，使分支点暴露。 脱支：由 -1,6- 葡萄糖苷酶 催化。将 -1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖 。 (G)n + H2O (G)n-1 + G -1,6-葡萄糖苷酶 2异构： G-1-P G-6-P 3 脱磷酸： 由 葡萄糖 -6-磷酸酶 (glucose-6- phosphatase)催化，生成自由葡萄糖。该 酶只存在于 肝及肾 中。 G-6-P + H2O G + Pi 磷酸葡萄糖变位酶 葡萄糖 -6

40、-磷酸酶 （二）糖原分解的特点： 1水解反应在 糖原的非还原端 进行； 2是一 非耗能 过程； 3关键酶是 糖原磷酸化酶 (glycogen phosphorylase)， 为一 共价修饰 酶 ，其 辅酶是磷酸吡哆醛 。 糖 原 磷 酸 解 的 步 骤 非 还原端 糖原核心 磷酸化酶 a 转移酶 （ 糖原脱枝酶） 脱枝酶 （ 糖原脱枝酶） （释放 1个葡萄糖 ） G -1-P G G -6-P G 三、糖原合成与分解的调节 糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进 行调控，其限速酶分别为 磷酸化酶 和 糖原合成酶 。它们的活性是 受 磷酸化或去磷酸化的 共价修饰的调节及变构效应的

41、调节。二种 酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。 糖原合成酶 a ( 有活性 ) 糖原磷酸化酶 b ( 无活性 ) OH OH ATP ADPH 2O Pi 糖原合成酶 b ( 无活性 ) 糖原磷酸化酶 a ( 有活性 ) P P 激素通过 cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图 ATP cAMP+PPi 内在蛋白质的磷酸化作用 改变细胞的生理过程 细胞膜 细胞膜 c R 蛋白激酶 （无活性） c + R cAMP 蛋白激酶 （有活性） 受体 环化酶 激素 G蛋白 非磷酸化蛋白激酶 ATP ADP 磷酸化蛋白激酶 cAMP激活蛋白 激酶的作用机理 激素对肝糖原合成 与分解的调控 意义 ： 由

42、于 酶的共价修饰 反应是酶促反 应，只要有少 量信号分子（ 如激素）存在 ，即可通过加 速这种酶促反 应，而使大量 的另一种酶发 生化学修饰， 从而获得放大 效应。这种调 节方式快速、 效率 极高。 肾上腺素或 胰高血糖素 1、腺苷酸环化酶 （无活性） 腺苷酸环化酶（活性） 2、 ATP cAMP R、 cAMP3、蛋白激酶 （无活性） 蛋白激酶（活性） 4、磷酸化酶激酶 （无活性） 磷酸化酶激酶（活性） 5、磷酸化酶 b （ 无活性） 磷酸化酶 a（ 活性） 6、糖原 6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 葡萄糖血液 肾上腺素或 胰高血糖素 1 3 2 102 104 106 108 葡萄糖 AT

43、P ADP ATP ADP 4 5 6 三、糖原合成与分解的调节 四、糖原合成与分解的生理意义 1贮存能量。 2调节血糖浓度。 3利用乳酸： 肝中可经糖异生途径利 用糖无氧酵解产生的乳酸来合成糖 原。这就是肝糖原合成的三碳途径 或间接途径。 Section 5 糖 异 生 l由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过 程称为 糖异生 (gluconeogenesis)。 l糖异生代谢途径主要存在于 肝及肾 中 。 糖异生的关键反应 糖原（或淀粉） 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 1， 6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 2磷酸烯醇丙酮酸 2丙酮酸 葡萄糖己糖激酶 果糖 激酶 二磷酸果糖 磷酸酯酶

44、 丙酮酸 激酶 丙酮酸羧化酶 6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶 6-磷酸葡萄糖 2草酰乙酸 PEP羧激酶 一、糖异生途径 l 糖异生主要沿酵解途径逆行，仅有三步反 应为不可逆反应，故需经其他的代谢反应 绕行。 1 G-6-P G ： l 由 葡萄糖 -6-磷酸酶 催化进行水解。该酶 不存在于肌肉组织中，故 肌肉组织不能生 成自由葡萄糖 。 G-6-P + H2O G + Pi 葡萄糖 -6-磷酸酶 * 糖异生途径关键反应之一 + H2O +Pi 6-磷酸葡萄糖 磷酸酯酶 P 6-磷酸葡萄糖 H 葡萄糖 2 F-1,6-BP F-6-P ： F-1,6-BP + H2O F-6-P + Pi 果糖双磷酸酶

45、 -1 * 糖异生途径关键反应之二 二磷酸果糖 磷酸酯酶+ H2O + Pi 1,6-二磷酸果糖 P P O H2CO H2CO HO OH H OHH H H H2CO OH 6-磷酸果糖 P O H2CO HO OH H H H 丙酮酸 草酰乙酸： 丙酮酸 + ATP + C2O 草酰乙酸 + ADP + Pi 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP)： 草酰乙酸 + GTP PEP + GDP + C2O 丙酮酸羧化酶 (生物素 ) * 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 * 3丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸： 经由 丙酮酸羧化支路 完成。 糖异生途径关键反应之三 PEP羧激酶 ATP+H2O ADP+Pi

46、 丙酮酸羧化酶 P 磷酸烯醇丙酮酸 （ PEP） GTP GDP 丙酮酸 草酰乙酸 CO2 CO2 丙酮酸PEP 丙酮酸 草酰乙酸 苹果酸苹果酸草酰乙酸 胞液 线粒体 乙酰 CoAG PEP 二、糖异生的调节 AMP F-2,6-BP ATP - + 果糖双磷酸酶 -1 fructose biphosphatase-1 乙酰 CoA + 丙酮酸羧化酶 pyruvate carboxylase 三、糖异生的原料 1 生糖氨基酸 ： Ala, Cys, Gly, Ser, Thr, Trp 丙酮酸 Pro， His， Gln， Arg Glu - 酮戊二酸 Ile， Met， Ser， Thr，

47、Val 琥珀酰 CoA Phe， Tyr 延胡索酸 Asn， Asp 草酰乙酸 2 甘油 ： 甘油三酯 甘油 - 磷酸甘油 磷酸二 羟丙酮。 3 乳酸 ： 乳酸 丙酮酸。 四、糖异生的生理意义 1在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定 。 2回收乳酸分子中的能量 ： 葡萄糖在肌肉组织中经糖的无氧酵解 产生的乳酸，可经血循环转运至肝脏，再 经糖的异生作用生成自由葡萄糖后转运至 肌肉组织加以利用，这一循环过程就称为 乳酸循环（ Cori循环） 。 3维持酸碱平衡。 Section 6 血 糖 l血液中的葡萄糖含量称为 血糖 。按真糖法测定，正常空腹血 糖浓度为 3.89 6.11mmol/L（ 70 100mg%） 。 一、血糖的来源与去路 血糖 消化吸收 肝糖异生 肝糖原分解 氧化供能 合成糖原 转变为脂肪 或氨基酸 转变为其他 糖类物质 二、血糖水平的调节 （一）组织器官： 1 肝脏。 2肌肉等外周组织。 （二）激素： 1 降低血糖浓度的激素 胰岛素 。 2 升高血糖浓度的激素 胰高血糖 素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素、 甲状腺激素。 （三）神经系统。