第八章 糖代谢

第八章 糖代谢

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

糖 葡萄糖

丙酮酸

CO2, H2O

无氧过程(EMP 途径 )

有氧途径(TCA 循环 )

NADH

NADPH

FADH

电子传递

一、 多糖和低聚糖的酶促降解

水解的键 作用方式 产物

α- 淀粉酶 α-1,4 糖苷键 任何位置 麦芽糖和葡萄 糖及小分子量多糖β- 淀粉酶 α-1,4 糖苷键 非还原性单位 麦芽糖连续单位

细胞内: 淀粉和糖原在细胞内的降解是经磷酸化酶的磷酸化作用生成葡糖 -1- 磷酸

纤维素的酶促水解 : 纤维素酶 , 纤维二糖酶 ( 人缺少 )

双糖的水解 : 麦芽糖酶 , 纤维二糖酶 , 蔗糖酶 , 乳糖酶

非还原端+

G-1-P

极限糊精

寡聚 - （ 1,4→1,4)葡萄糖转移酶

α-1,4- 糖苷+

GH2O

脱支酶

+G-1-P

磷酸化酶

磷酸化酶

Pi

二、糖的分解代谢

生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径：

1. 无 O2 情况下，葡萄糖（ G ）→丙酮酸（ Pyr ） → 乳酸（ Lac ）2. 有 O2 情况下， G → 丙酮酸（ Pyr ） → CO2 + H2O

（经三羧酸循环）

3. 有 O2 情况下， G → CO2 + H2O （经磷酸戊糖途径）

葡萄糖的分解代谢实际上就是它的生物氧化

（一）糖的无氧酵解

C6H12O6

-2 （ 2H ）2CH3COCOOH

2CH3CH(OH)COOH

+2(2H) -2CO2

糖酵解Glycolysis

2CH3CHO

2CH3CH2OH

生醇发酵 Fermentation

葡萄糖在组织中经无氧分解生成乳酸的过程 ( 胞液中进行 )

糖酵解亦称 EMP pathway ，以纪念 Embden ， Mayerholf 和 Parnas 。

1. 己糖磷酸酯的生成。（ G →F-1,6-2P ）

O

CH2OH

HOOH

OH

OH+ ATP

GlucokintaseO

CH2OH

HOOH

OH

OH

P

+ ADP

G G-6-P

O

CH2OH

HOOH

OH

OH

PGlucose phosphate isomerase

O CH2OHOCH2P

OH

OH

O CH2OHOCH2P

OH

OH

F-6-P

+ ATP

O CH2OHOCH2P

OH

OH

P

Phosphofructokinase

F-1,6-2P

+ ADP

小结 1: 本过程实际上是葡萄糖的活化（己糖磷酸酯的生成）：葡萄糖经磷酸化和异构反应生成 1,6- 二磷酸果糖 (FBP) ，即葡萄糖→ 6- 磷酸葡萄糖→ 6- 磷酸果糖→ 1,6- 二磷酸果糖（ F-1,6-P) 。这一阶段需消耗两分子 ATP ，己糖激酶（肝中为葡萄糖激酶）和 6- 磷酸果糖激酶 -1 是关键酶 ( 二个限速步骤 , 均是别构酶 ) 。

O CH2OHOCH2P

OH

OH

P

2. 磷酸丙糖的生成。（ F-1,6-2P →G-3-P ）

CH2O

C=O

CH2OH

P

DHAP

CHO

CHOH

CH2O P

+

G-3-P

Aldolase

DHAP

Triosephosphate isomerase

G-3-P

醛缩酶

小结 2. 裂解（磷酸丙糖的生成）：一分子 F-1,6-P 裂解为两分子 3- 磷酸甘油醛，包括两步反应： F-1,6-P→ 磷酸二羟丙酮 + 3- 磷酸甘油醛 和磷酸二羟丙酮→3- 磷酸甘油醛 ( 丙糖磷酸异构化酶 ) 。

3. 丙酮酸的生成。（ G-3-P → Pyr ）

CHO

CHOH

CH2O P

+NAD+ + PiCO~CHOH

CH2O P

P

O

+NADH+H+

Glyceraldehyde-phosphate dehydrogenase

CO~CHOH

CH2O P

P

OG-1,3-2P

+ADPCOH

CHOH

CH2O P

O

+ATPPhosphoglyceric kinase

3-PG

3-PG 2-PGPhosphoglyceromutase

COOH

H—C—O—

CH2—OH

EnolaseP

COOH

C—O~

CH2

P + H2O

PEP

COOH

C—O~

CH2

P +ADPPyr kinase

COOH

C—OH

CH2

+ ATP

小结 3. 放能（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，包括五步反应： 3- 磷酸甘油醛→ 1,3- 二磷酸甘油酸→ 3- 磷酸甘油酸→ 2- 磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。此阶段有两次底物水平磷酸化的放能反应，共可生成 2×2=4 分子 ATP 。丙酮酸激酶为关键酶。

NADH

消耗用于还原丙酮酸

进入电子传递链生成 ATP

有氧

无氧

进入线粒体

COOH

C=O

CH3

4. 生成乳酸或乙醇。

+ NADH + H+

Lactate dehydrogenase

COOH

CHOH

CH3

+ NAD+

Pyr Lac

COOH

C=O

CH3

Decarboxylase

CHO

CH3

+ CO2

CH2OH

CH3

+ NADH + H+

Alcohol dehydrogenase

CHO

CH3

+ NAD+

小结 4 ．还原（乳酸的生成）：利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的 NADH ，使 NADH 重新氧化为 NAD+ 。即丙酮酸→乳酸。

在有氧存在下 , 丙酮酸将直接进入三羧酸循环 ,不还原成乳酸 , 这种情况下 , 糖酵解过程的总结果是 : 生成 2 个丙酮酸 , 2ATP 和 2NADH, NADH 将通过苹果酸等的穿棱作用进入线粒体内膜 ,以经过电子传递链产生 2×2 或 2×3 分子 ATP 。故第一阶段可净生成 6/8 分子 ATP

糖酵解中的反应类型：

1. 磷酸转移G + ATP → G-6-P + ADP

2. 磷酸移位3-PG ←→2-PG

3. 异构化DHAP ←→G-3-P

4. 脱水2-PE ←→ PEP

5. 醇醛断裂F-1,6-2P → DHAP + G-3-P

糖酵解中的能量变化

C6H12O6 + 2Pi + 2ADP → 2CH3CHOHCOOH + 2ATP

葡萄糖开始：

糖原开始：

[C6H12O6] + 3ADP + 3Pi → 2CH3CHOHCOOH + 3ATP

糖酵解的调控1. 果糖磷酸激酶是最关键的限速酶 :ATP/ADP

比例 ;H+ 的抑制作用 ; 柠檬酸增加 ATP 的抑制作用 ,β-D-果糖 -2,6-二磷酸可消除 ATP的抑制

2. 已糖磷酸激酶的调控 :G-6-P是该酶的抑制剂 ,不是关键调节酶 .

3. 丙酮酸激酶的调节 :果糖 1,6-二磷酸是其激活剂 ,丙氨酸是其别构抑制剂 .ATP,乙酰辅酶 A也可抑制其活性 .

（二）糖的有氧分解

G→→→ Pyr → →Acetyl-CoA→→→CO2 + H2O

Lac（——————）

酵解

Cytosol Mitochondria

（—————————————————————） 有氧分解

Krebs TCA:

丙酮酸的去路

乙酰辅酶 A 的去路 : 三羧酸循环 (TCA)

1. 合成柠檬酸

1. 合成柠檬酸

2. 合成异柠檬酸

2. 合成异柠檬酸

3. 二次氧化脱羧

3. 二次氧化脱羧

3. 二次氧化脱羧

3. 二次氧化脱羧

4. 底物水平氧化磷酸化

4. 底物水平氧化磷酸化

硫激酶

硫激酶酸硫激酶

5. 草酰乙酸再生

5. 草酰乙酸再生

5. 草酰乙酸再生

三羧酸循环 (TCA) 总结

三羧酸循环 (TCA) 总结

三羧酸循环 (TCA) 总结

TCA 的总反应式

CH3COSCoA + 2H2O + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi

2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + CoASH + ATP

C6H12O6 + 6H2O + 10NAD+ + 2FAD + 4ADP + 4Pi

6CO2 + 10NADH + 10H+ + 2FADH2 + 4ATP

G → CO2 + H2O 产生 ATP 38 个

[G] → CO2 + H2O 产生 ATP39 个

（肌肉、神经组织中 36 个）

TCA 过程生成的 GTP 推动生成一个 ATP

三羧酸循环 (TCA) 总结循环中的二羧酸和三羧酸并不减少 , 因此理论上只需少量即可维持循环

三羧酸循环 (TCA) 总结

三羧酸循环 (TCA) 总结

三羧酸循环 (TCA) 总结( 柠檬酸合成酶是关键的限速酶 )

草酰乙酸 , 乙酰 CoA

TCA 的生物学意义：

1. 是生物利用糖或其他物质氧化而获得能量的最有效方式。2. 是三大有机物质（糖类、脂类、蛋白质）转化的枢纽。3. 提供多种化合物的碳骨架。

TCA 的代谢调节：

受柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和 α- 酮戊二酸脱氢酶等 3 种酶活性的调控。

乙醛酸循环的生物学意义:

可以无限制地生成二碳和四碳化合物 , 为 TCA 的补充是脂肪代谢转化成糖的重要途径

乙醛酸循环总反应式2CH3COSCoA + 2H2O + NAD+

CH2COOH

CH2COOH+ 2CoASH + NADH +H+

糖代谢支路一 : 乙醛酸循环

存在于植物及许多种类的微生物中 , 动物尚未发现 .

乙醛酸循环的意义

2 分子乙酰辅酶 A 进入 TCA 产生 24 个 ATP

2 分子乙酰辅酶 A进入乙醛酸循环产生 8 个 ATP

1. 是能量的一种补充供应方式 , 但不是主要的方式

乙醛酸循环的意义2. 是四碳和六碳化合物的供应途径

乙醛酸循环的意义3. 植物和微生物脂肪异生成糖的主重要途径

糖代谢支路二 : 磷酸戊糖途径（ HMP ）

碘乙酸 抑制

糖代谢支路二 : 磷酸戊糖途径（ HMP ）

糖代谢支路二 : 磷酸戊糖途径（ HMP ）

糖代谢支路二 : 磷酸戊糖途径（ HMP ）

三 糖的合成代谢

自然界中糖的基本来源是绿色植物及光能细菌进行的光合作用（ Photosynthesis ）

（一）蔗糖的合成

G-1-P + UTP ←→UDPG + PPi

PPi + H2O → 2Pi

UDPG 焦磷酸化酶

G G-6-P F-6-P

F

UDPG

蔗糖合成酶 蔗糖 + UDP （ 1 ）Pi

UDPG

UDP 磷酸蔗糖

磷酸蔗糖合成酶

Pi

蔗糖 （ 2 ）

（ 1 ） 平衡常数 K1=8 （ pH7.4 ）

（ 2 ） 平衡常数 K2=3250 （ pH7.5 ）或 K2=53 （ pH5.5 ）

（二）淀粉的合成 G

ATP ADP

G-6-P G-1-P

(A)UTP

PPi(A)UDPG 焦磷酸化酶

n(A)UDPG

引物 (G)m m≥2(A)UDPG 转糖苷酶

n(A)UDP（ α-1,4-G ） n+m

Q 酶

（ α-1,6 ）

（三）糖原的合成（四）糖原的异生作用 : 某些非糖物质 , 如甘油、丙酮酸、乳酸以及某些氨基酸等能在肝脏中转变为糖原，称为糖原异生各种非糖物质的异生作用基本上按糖酵解的逆过程，但并非完全的逆过程。

G-6-P G

H2O Pi

FDP F-6-P

H2O Pi

PEPADP

ATP

Pyr丙酮酸羧化酶

CO2ATPADP + Pi

OAA

GTP

GDP + CO 2

磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶

丙酮酸羧化支路

糖异生过程基本上是糖酵解的逆过程，除了在三个不可逆的能障过程必需绕过。

三个迂回过程

丙酮酸羧化支路

糖异生的意义

糖异生的调控• 高浓度的 G-6-P 可抑制已糖激酶，活化葡糖 -6-

磷酸酶从而抑制酵解促进异生；• 果糖 1 ， 6- 二磷酸酶是糖异生的关键酶，果糖

磷酸激酶是糖酵解的关键调控酶。 ATP 抑制后者促进前者，柠檬酸抑制后者。果糖 -2 ， 6-二磷酸是调节两酶活性的强效应物。当葡萄糖含量高时，激素调节使 F-2 ， 6-P 增加，从而抑制前者促进后者。

• 丙酮酸羧化酶是糖异生的另一调节酶，其活性受乙酰 CoA 和 ATP 的激活，受 ADP 的抑制。

复习问题• 淀粉糖原在细胞内外的降解方式不同• 糖酵解基本过程，其中重点掌握三个调控位点

及其相应的酶，一个脱氧反应及其能量产生，二个底物水平氧化磷酸化的位点，注意有氧无氧情况下能量产生及终产物的不同， 发生的位点及其 ATP 的产生

• 糖酵解的歧路，磷酸已糖支路或磷酸戊糖支路

复习问题• TCA 循环又叫。。。，发生位点，基本过

程，起点终点，调控位点及其酶，氧化位点， FADH 产生位点，底物水平氧化磷酸化位点， TCA 共产生 12 个 ATP ，丙酮酸共产生 15 个 ATP ，葡萄糖共产生 36-38ATP ，丙酮酸进入 TCA之前的过程

• 如果给个中间产物应能算出其 ATP 产生量

复习问题• 氧在糖生物氧化中的作用，理解• 糖异生的概念，调控位点，发生位点

问题

判断下列关于戊糖磷酸途径的论述对或错：

① 在这一代谢途径中可生成 5- 磷酸核糖。② 转醛酶的辅酶是 TPP ，催化 α- 酮糖上的二碳单位转移到另一

个醛糖上去。③ 葡萄糖通过这一代谢途径可直接生成 ATP 。④ 这一代谢途径的中间物 4- 磷酸赤藓糖，是合成芳香族氨基酸

的起始物之一。判断下列关于柠檬酸循环的论述对或错：

① 此循环的第一个反应是乙酰 CoA 和草酰乙酸缩合生成柠檬酸② 此循环在细胞质中进行。③ 琥珀酸脱氢酶的辅酶是 NAD+ 。④ 该循环中有 GTP 生成。

问题

判断下列关于戊糖磷酸途径的论述对或错：

① 在这一代谢途径中可生成 5- 磷酸核糖。② 转醛酶的辅酶是 TPP ，催化 α- 酮糖上的二碳单位转移到另一

个醛糖上去。③ 葡萄糖通过这一代谢途径可直接生成 ATP 。④ 这一代谢途径的中间物 4- 磷酸赤藓糖，是合成芳香族氨基酸

的起始物之一。判断下列关于柠檬酸循环的论述对或错：

① 此循环的第一个反应是乙酰 CoA 和草酰乙酸缩合生成柠檬酸② 此循环在细胞质中进行。③ 琥珀酸脱氢酶的辅酶是 NAD+ 。④ 该循环中有 GTP 生成。

问题判断下列关于糖异生的叙述对或错：

① 糖异生是酵解的逆转。② 糖异生只在动物组织中发生。③ 丙酮酸羧化酶激酶是糖异生的关

键酶之一。④ 凡能转变为丙酮酸的物质都是糖

异生的前体。

判断下列关于酵解的叙述对或错：

① 在氧气充分的情况下丙酮酸不转变为乳酸。② 从酵解途径中净得 ATP 的数目来看，

糖原磷酸解比糖原水解更有效。③ 酵解途径就是无氧发酵，只在厌氧生物

的细胞内发生。④ 酵解过程没有氧参加，所以不能产生 A

TP 。

1.在磷酸戊糖途径中由于转酮酶与转醛酶催化可逆性反应，所以该循环与糖酵解有密切关系。

2.维生素 B1 （硫胺素）缺乏对糖代谢没有影响。

3.AMP 是 1,6- 二磷酸果糖磷酸酶变构调节的负效应物。

1.糖原合成酶和糖原磷酸化酶磷酸化后活性都升高。

2.通过光合作用生成的葡萄糖分子中所含的氧来自水分子。

3.所有光养生物的光合作用都在叶绿体中进行。

4.作为多糖，淀粉和糖原的合成过程相同。

1.由于激烈的运动，在短时期内肌肉中会积累大量的乳酸。

2.先天性糖代谢中某些酶缺失会导致糖代谢失调。

3.从产生能量的角度来考虑，糖原水解为葡萄糖参加酵解比糖原磷酸解生成 1- 磷酸葡萄糖更有效。