第三章糖代谢

第三章糖代谢 第一节概述第二节糖酵解第三节三羧酸循环第四节磷酸戊糖途径第五节糖异生第六节糖原合成与分解

1－概述 第一节概述一、糖代谢概貌 • 分解代谢：糖酵解、三羧酸循环 • 合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖的合成 • 中间代谢：磷酸戊糖途径、糖醛酸途径

二、体内糖的来源 内源性：量少，不能满足机体对能量的需要外源性：主要来自植物从动物性食物中摄入的糖量很少婴儿，乳汁中的乳糖是主要来源

1－概述 淀粉 α-淀粉酶麦芽糖+麦芽三糖 α-临界糊精+异麦芽糖 α-葡萄糖苷酶（包括麦芽糖酶） α-临界糊精酶（包括异麦芽糖酶）葡萄糖葡萄糖三、消化、吸收和转运 消化 • 部位：动物主要在小肠，多、寡、双糖几乎全转化为单糖: • 过程 • β-淀粉酶麦芽糖→ 2 葡萄糖，蔗糖→ 葡 + 果；乳糖→ 葡 + 半乳

1－概述 K+ K+ Na+ Na+泵 Na+ Na+ Na+ Na+ G G G G 吸收吸收部位：D-葡萄糖、半乳糖和果糖可被小肠粘膜上皮细胞吸收 转运方式 • 果糖：被动扩散 • 葡萄糖、半乳糖：主动吸收，伴有Na+的转运。机体若缺乏蔗糖酶或乳糖酶，会导致糖吸收障碍而引起腹泻和胀气。

口腔、小肠 消化糖类物质单糖门静脉肝脏肝静脉血液循环单糖在肝脏中进行代谢单糖在肝外组织进行代谢

一、概述 2－糖酵解-概述第二节糖酵解 1、概念：糖酵解:在细胞质中，通过一系列酶促反应将一分子葡萄糖氧化成两分子丙酮酸，并伴随ATP生成的反应过程。 2、所有细胞都存在此途径，是糖类物质分解代谢的共同途径。是生物体获得化学能的最原始途径 3、细胞定位：细胞质 4、发生条件：有无氧均可 5、发现：又称为EMP （G.Embden, Q.Meyerhof, K.Parnas）途径

2－糖酵解-反应历程 6-磷酸葡萄糖二、糖酵解反应历程

2－糖酵解-反应历程 糖酵解全过程可分三个阶段葡萄糖阶段Ⅰ 葡萄糖的磷酸化 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖阶段Ⅱ 磷酸己糖的裂解 3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮 21，3-二磷酸甘油酸 23-磷酸甘油酸阶段Ⅲ 丙酮酸生成 22-磷酸甘油酸 2磷酸烯醇丙酮酸 2丙酮酸

2－糖酵解-反应历程 （二）糖酵解全过程的十步反应 1、己糖激酶或葡萄糖激酶葡萄糖 G 6-磷酸葡萄糖 G-6-P • 己糖激酶：以6碳糖为底物，专一性不强。为限速酶. • 葡萄糖激酶：对D-葡萄糖专一 • 为不可逆反应。 • 激酶：凡催化磷酰基从ATP分子上转移到其他底物上的酶称~，需Mg2+等。消耗第一个ATP。

2－糖酵解-反应历程 2、磷酸己糖异构酶 6-磷酸葡萄糖 G-6-P 6-磷酸果糖 F-6-P

2－糖酵解-反应历程 ATP ADP 2+ 6-磷酸果糖激酶 Mg 6-磷酸果糖 F-6-P 1,6-二磷酸果糖 F-1,6-BP 3、 • 磷酸果糖激酶 (phosphofructokinase,PFK)为限速酶，受ATP抑制，ADP和Pi可解除抑制； • 消耗第二个ATP • 反应不可逆。此为EMP关键反应步骤。

2－糖酵解-反应历程 4、磷酸二羟丙酮醛缩酶 3-磷酸甘油醛 1,6-二磷酸果糖 F-1,6-BP G-3-P • 醛缩酶 (aldolase) • 生理条件下G-3-P 不断形成丙酮酸，故 [G-3-P]低，反应向裂解方向进行。

2－糖酵解-反应历程 5、磷酸丙糖异构酶磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 • 原来葡萄糖的3，2，1位和4，5，6位变成3-磷酸甘油醛1，2，3位。

2－糖酵解-反应历程 6、 3-磷酸甘油醛脱氢酶 3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 • EMP中唯一一步氧化反应 • 3-磷酸甘油醛脱氢酶，NAD+为辅酶。重金属离子和碘乙酸是此酶的抑制剂 • 既是氧化反应又是磷酸化反应，砷酸盐解偶联

2－糖酵解-反应历程 磷酸甘油酸激酶 3-磷酸甘油酸 1,3-二磷酸甘油酸 7、 • 这是糖酵解中第一个产生ATP的反应。产生1分子ATP • 反应可逆。 • 底物水平磷酸化：通过一个高能磷酸化合物将磷酰基转移给ADP形成ATP的过程

2－糖酵解-反应历程 酶酶－P 酶－P + + + 2,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 8、磷酸甘油酸变位酶 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 • 变位酶:催化一个基团从底物分子的一部分移到同一分子的另一部分的异构酶。需Mg2＋ • 反应机理： 2-磷酸甘油酸

2－糖酵解-反应历程 9、烯醇化酶磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) 2-磷酸甘油酸 • 磷酸烯醇键是高能键 • 氟化物是烯醇化酶的抑制剂。

2－糖酵解-反应历程 10、丙酮酸激酶丙酮酸 Pyr 磷酸烯醇式丙酮酸 PEP • 这是糖酵解途径中的第二次底物水平磷酸化。形成1个ATP. • 反应不可逆。 • 丙酮酸激酶是别构酶，受ATP、丙氨酸、乙酰CoA抑制，1,6-二磷酸果糖激活

2－糖酵解-调节 三、糖酵解途径的调节 调控酶： • 己糖激酶（或葡萄糖激酶） • 6-磷酸果糖激酶（PFK） • 丙酮酸激酶

2－糖酵解-调节 G-6-P ATP AMP 柠檬酸NADH ATP + + + - - - F-1,6-BP ATP Ala 糖酵解的调控位点及相应调节物 F-2,6-BP AMP 己糖激酶 6-磷酸葡萄糖葡萄糖 6-磷酸果糖磷酸果糖激酶 1，6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮 21，3-二磷酸甘油酸 23-磷酸甘油酸 22-磷酸甘油酸 2磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸激酶 2丙酮酸

2－糖酵解-能量 四、ＥＭＰ途径化学计量和生物学意义 总反应式: C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi→2C3H4O3+2NADH+2H++2ATP+2H2O 能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成 2ATP 2NADH 6(5)ATP 或 4(3)ATP ∴EMP途径中，能量总计：无氧：得2个ATP；有氧：得8(7)/6(5)个ATP。

2－糖酵解-能量 +2ATP +2ATP －ATP －ATP 葡萄糖第一阶段糖酵解中ATP的生成 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖第二阶段 1，6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮 +2NADH 21，3-二磷酸甘油酸 23-磷酸甘油酸第三阶段 22-磷酸甘油酸 2磷酸烯醇丙酮酸 2丙酮酸

2－糖酵解-能量 生物学意义 ★产能：是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵解，生物体可迅速获得能量；是厌氧生物和红细胞获得能量的主要形式 ★提供原料：形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架； ★为糖异生提供基本途径； ★联系糖与脂肪的代谢桥梁。

2－糖酵解-产物去向 糖酵解途径乳酸乳酸葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸（有氧或无氧）（有氧或无氧）乙醇乙醇乙酰 CoA 乙酰 CoA 三羧酸循环三羧酸循环五、丙酮酸的去向（无氧）（有氧）

2－糖酵解-产物去向 COOH CH(OH) NADH+H+NAD+ CH3 COOH C==O 乳酸 CH3 CHO CH3 丙酮酸 CO2 CH2OH CH3 乙醛 NADH+H+NAD+ 乙醇葡萄糖的无氧分解丙酮酸的无氧降解 EMP 葡萄糖

2－糖酵解-产物去向 葡萄糖＋2Pi＋2ADP+2H+ 2乳酸＋2ATP＋2H2O 丙酮酸  乳酸（乳酸发酵）乳酸脱氢酶丙酮酸+ NADH L-乳酸 + NAD+ • 催化此反应的酶为乳酸脱氢酶。可使NAD+再生 • 乳酸去路：高等动物可以通过血液进入肝、肾等组织内，重新转变成丙酮酸。

2－糖酵解-产物去向 O 丙酮酸脱羧酶乙醇脱氢酶 C H C C O O H C H C H O C H C H O H 3 3 3 2 C O N A DH N A D+ T P P 2 丙酮酸  乙醇（酒精发酵） • 分两步反应 • 也使NAD+再生葡萄糖＋2Pi+2ADP+2H+ 2乙醇＋CO2+2ATP+2H2O

喝酒脸红：意味着能迅速将乙醇转化成乙醛，有高效的乙醇脱氢酶没有乙醛脱氢酶所以体内迅速累积乙醛而迟迟不能代谢因此会长时间涨红了脸。不过当1－2个小时后红色就会渐渐腿去，这是靠肝脏里的P450慢慢将乙醛转化成乙酸，然后进入TCA循环而被代谢。 • 越喝脸越白：高活性的乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶均没有，主要靠肝脏里的P450慢慢氧化（因为P450是特异性比较低的一群氧化酶）。不然有急性酒精中毒的可能性。 • 酒篓子：两个酶都高活性，酒精迅速变成乙酸进入TCA循环而发热，所以大量发热而出汗。

2－糖酵解 六、其他糖进入糖酵解的途径半乳糖 a 淀粉甘露糖

2－糖酵解 本节小结 • 糖酵解是单糖分解的共同途径 • 糖酵解的十个酶都位于细胞质中 • 糖酵解存在2个底物水平磷酸化反应,净生成2分子ATP • 有三个反应不可逆，这三个催化酶是调控酶 • 糖酵解的整个代谢过程中，中间产物都是磷酸化的。 • 丙酮酸在厌氧条件下，可生成乳酸和乙醇。同时NAD+得到再生，使酵解过程持续进行。

2－糖酵解 本节的要求 • 掌握糖酵解的概念、反应的亚细胞部位、反应过程、ATP生成、限速酶； • 熟悉糖酵解调节。 • 掌握发酵反应过程练习作业

解： △G总10’＝-4.0＋0.4-3.4＋ 5.7＋1.8＋（1.5-4.5＋1.1＋0.4-7.5）＝－17.5KCal/mol △G总20’＝－nF△E =-2×23062×（－0.19＋0.32）＝－5.996 KCal/mol △G总0’＝－17.5＋2×（－6）＝－29.5 △G总0’＝－RT lnK，eq ln K，eq＝50 K，eq＝e50

3－TCA－丙酮酸脱羧 葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA 草酰乙酸柠檬酸 T C A 一、丙酮酸脱羧形成乙酰CoA 第三节三羧酸循环胞质 是糖酵解和TCA之间的桥梁 反应在线粒体基质中 不可逆的氧化脱羧反应 由丙酮酸脱氢酶系催化线粒体

3－TCA－丙酮酸脱羧 O CH3-C-SCoA + C O 2 2、总反应式丙酮酸脱氢酶系 + + N A D H + H 乙酰CoA 丙酮酸

3－TCA－丙酮酸脱羧 3、酶及辅因子丙酮酸脱氢酶系是多酶复合体，位于线粒体内膜上： • 包括：3种酶6种辅因子 E1：丙酮酸脱氢酶、 E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶 E3：二氢硫辛酰脱氢酶辅助因子：焦磷酸硫胺素（TPP）、硫辛酰胺、Mg2+、CoA、FAD和NAD＋。 • 意义：以多酶复合体形式，能使反应快速进行。

3－TCA－丙酮酸脱羧 H O S E2 C + C H T P P L 3 S O H E1 + CH COOH TPP C 3 羟乙基TPP 4、反应全过程： ① E1：丙酮酸脱氢酶 ② E2：转乙酰酶乙酰硫辛酰胺

3－TCA－丙酮酸脱羧 E2 E3 E3 E3：二氢硫辛酸脱氢酶

3－TCA－丙酮酸脱羧 CO2 NAD+ 二氢硫辛酸脱氢酶E3 丙酮酸脱羧酶E1 硫辛酰 NADH+H+ TPP E2 FAD 二氢硫辛酰乙酰硫辛酰硫辛酸乙酰转移酶 O CoASH CH3-C-SCoA

3－TCA－丙酮酸脱羧 5、调控： 1）2种产物抑制，相应反应物激活；乙酰CoA 抑制 E2， CoA激活 NADH 抑制 E3, NAD+激活 2）核苷酸反馈抑制： GTP、ATP 抑制 E1 3）可逆磷酸化的共价调节： E1磷酸化 -失活；去磷酸化 -恢复活性

3－TCA－丙酮酸脱羧 6、意义： • 处于代谢途径的分支点，是关键性不可逆反应。 ΔG0’= -33.4 KJ/mol • 产生2个NADH：即：2×3（或2.5）=6（或5）个ATP

3－TCA－历程 二、柠檬酸循环（TCA) （一）、概述 • 三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, TCA) 又称柠檬酸循环或Krebs循环。 • 定义：是指乙酰CoA在线粒体中经过一系列反应被彻底分解为CO2和H2O,并产生能量的过程。 • TCA的意义：是有机体获得生命活动所需能量的主要途径；是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽，形成多种重要的中间产物；是发酵产物重新氧化的途径。 • 细胞定位：真核生物在线粒体，原核生物在细胞质

3－TCA－历程 （二）反应历程柠檬酸合成酶＊＊ ① ＊＊ + 乙酰CoA 草酰乙酸柠檬酸 • 不可逆反应 • 柠檬酸合酶:调控酶，受ATP、NADH、琥珀酸CoA、脂酰CoA的抑制 • TCA中唯一一步形成C-C键的反应

3－TCA－历程 ＊＊＊＊ ② • 顺乌头酸酶：是铁硫蛋白（4Fe－4S） • 氟乙酸是顺乌头酸酶的抑制剂＊＊异柠檬酸顺乌头酸柠檬酸

3－TCA－历程 ＊＊＊＊异柠檬酸脱氢酶 ③ + CO2 NAD+ NADH+H+ 异柠檬酸 - 酮戊二酸 • 异柠檬酸脱氢酶，NAD+为辅酶，并被还原为NADH。第二个调节酶 • 第1次氧化脱羧,TCA中第一个氧化还原反应

3－TCA－历程  -酮戊二酸脱氢酶系 + HS-CoA + CO2 NAD+ NADH+H+ ＊＊＊＊ ④ 琥珀酰CoA - 酮戊二酸 • α-酮戊二酸脱氢酶系，为3种酶的复合体，类似丙酮酸脱氢酶系。 • 第2次氧化脱羧。TCA中第二个氧化还原反应 • 该反应需NAD+和CoA等作辅因子，有NADH形成。 • 反应不可逆

3－TCA－历程 ＊＊＊＊ ⑤ 琥珀酰CoA合成酶 + HSCoA GDP + Pi GTP 琥珀酸琥珀酰CoA • 琥珀酰CoA合成酶（或琥珀酰硫激酶）； • TCA中唯一底物水平磷酸化反应；高能键释放的能量用以合成GTP（主要在动物）或ATP（植物和细菌）。

3－TCA 琥珀酸脱氢酶 ⑥ FAD FADH2 琥珀酸延胡索酸 • 琥珀酸脱氢酶，TCA中唯一位于线粒体内膜上的酶 • 是TCA中第三步氧化还原反应 • 丙二酸是琥珀酸脱氢酶的抑制剂

3－TCA－历程 延胡索酸酶 ⑦ H2O 延胡索酸 L-苹果酸 • 延胡索酸酶具立体专一性 • 催化水合反应

3－TCA－历程 苹果酸脱氢酶 ⑧ NAD+ NADH+H+ 苹果酸草酰乙酸 • 苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase) • 辅酶是NAD+，被还原为NADH。 • 是TCA中第四步氧化还原反应

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