糖代谢Metabolismofcarbohydrate

l 糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物。糖糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物。糖类在生物体的生理功能主要有：类在生物体的生理功能主要有：氧化供能氧化供能：糖类占人体全部供能量的：糖类占人体全部供能量的70%70%。作为结构成分作为结构成分：作为生物膜、神经组：作为生物膜、神经组织等的组分。织等的组分。作为核酸类化合物的成分作为核酸类化合物的成分：构成核苷：构成核苷酸，酸，DNADNA，RNARNA等。等。转变为其他物质转变为其他物质：转变为脂肪或氨基：转变为脂肪或氨基酸等化合物。酸等化合物。一、新陈代谢基本概念 新陈代谢包括物质代谢和能量转换。物质代谢可分为合成代谢和分解代谢。合成代谢是合成用于细胞维持和生长所需分子的代谢；分解代谢是降解复杂分子为生物体提供小的构件分子和能量的代谢。二、新陈代谢的普遍原理和特点1、代谢途径是由一系列酶促反应驱动 多步酶促反应组成一个代谢途径，这一系列连续的化学反应构成一化学反应链，称代谢反应链，即一个多酶促序列。反应链的形式：（1）线性反应途径 ABCDE 酶1的产物为酶2的底物，依次类推。（2）环状途径 如乙酰基氧化为CO2、H2O经过的三羧酸循环途径。（3）螺旋形代谢途径 如脂肪酸的生物合成中，同样的一组酶可以重复用于给定分子的链的延伸（图7-28）。2、代谢的总轮廓特征 三句话：分解代谢会聚到少数几个终产物。合成代谢分叉产生许多产物。分解代谢第三阶段具有双重功能。根据代谢产物结构的复杂性，可以将分解代谢过程大致分为三个阶段：阶段1：蛋白质、多糖、脂类等生物大分子首先降解为主要的构件分子。如多糖戊糖或己糖;脂肪甘油、脂肪酸 阶段2：构件分子进一步降解为更小，更简单的中间物。如戊糖、己糖、甘油丙酮酸乙酰CoA阶段3：中间产物最终降解为CO2、H2O、NH3等 如需氧生物乙酰CoA三羧酸循环CO2、H2O 合成代谢过程也可视为三个阶段：阶段1：利用分解代谢阶段3产生的小分子为合成的原料（前体）阶段2：先合成各种生物大分子的构建单元阶段3：从构件分子合成大分子化合物3、ATP是代谢反应中能量转移的重要载体 分解代谢过程如葡萄糖和其它燃料分子的降解，所释放的能量通过ADPATP过程被贮存，然后再经过ATP的水解释放可作功的自由能，做四种功：（1）驱动合成反应做功（2）细胞运动或肌肉收缩（3）跨膜逆浓度梯度，主动运输营养物质（4）DNA、RNA、蛋白质生物合成过程中参与遗传信息传递 在产能和需能的代谢过程中，ATP作为能量携带者，故称ATP为生物体内自由能的通用货币，ATP自身形成一能量循环：ADPATP，ATP-ADP CycleATP-ADP Cycle。4 4、NADPHNADPH以还原力形式携带能量 NADPH系携带分解代谢释放能量的另一种形式：NADP+是一些分解代谢中脱氢酶辅酶，结合释放的高能氢原子转化为NADPH再通过其氧化，将能量转移到需能的合成反应，因此它携带的是高能氢原子，提供还原力。生物合成过程系一还原反应过程，需要氢原子或电子形成还原力，通过NADPH将分解代谢释放的部分能量供给生物合成需要，从而实现能量的传递，在此过程中 NADP+H+eNADPH 实现自身循环。注意：NADH和FADH2等主要作为生物氧化过程中氢和电了携带者，经电子传递链，用于产生ATP。NADPH则仅用于还原性的生物合成过程。5、各种代谢途径定位于细胞不同区域 细胞部位 代谢途径 线粒体TCACycle 电子传递和氧化磷酸化脂肪酸氧化 氨基酸分解代谢 胞液酵解 脂肪酸合成 糖异生（部分途径）内质网脂类合成 类固醇合成 细胞核DNA复制 各种RNA合成糖原颗粒糖原合成与降解三、细胞代谢是一个经济的、精密的三、细胞代谢是一个经济的、精密的调节过程调节过程 1、体内各代谢途径本身及相互之间的调控，以最经济的方式满足机体对有机物和能量需求。如能量过剩情况下，产能的代谢途径受到抑制。2、机体对外界环境的适应调节。当外界环境改变时，机体能迅速调节改变体内代谢途径，建立新的代谢平衡，以适应环境，得以生存发展。如大肠杆菌在加入氨基酸于培养基内，经一段时间后能直接利用氨基酸，减少利用铵盐，节省了能量。学习代谢不仅要了解代谢途径和过程，也不能忽略代谢调节机制。代谢调控一般可归纳为三个途径：（1）神经系统调节 （2）激素调节 （3）细胞内酶的调控 本课内容主要涉及激素和酶调节（酶活性）。激素调控机制：激素与靶细胞表面专一受体结合，通过第二信使（cAMP)产生级联放大反应，调控代谢过程的酶活性，进而影响代谢途径。酶的调节包括酶活力和酶量的调控。（1）酶活力调节往往通过调节酶起作用，调控代谢反应的速率。调节酶：共价调节酶经化学修饰改变酶的活性。常见的是磷酸化、腺苷酸化.变构酶效应物与酶别构中心结合，引起酶构象改变而影响酶的活性（激活或抑制效应）。效应物：引起酶活性改变的作用物，如中间产物，底物，其它化学分子。调节酶通常对一系列酶促反应中的第一步起调节作用，此步反应速率对此代谢序列反应起关键作用，常称为限速步骤（限速酶）。（2）酶合成（酶量）的调节则通过酶基因的表达调控实现 主要机制：酶合成的诱导和阻遏效应等.l糖酵解糖酵解（glycolysis)glycolysis)是指将葡是指将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATPATP生成的一系列反应。糖酵解途径生成的一系列反应。糖酵解途径简称简称EMPEMP途径。途径。l糖 酵 解 的 全 部 反 应 过 程 在糖 酵 解 的 全 部 反 应 过 程 在 胞 液胞 液(cytoplasm)(cytoplasm)中进行，代谢的终产物中进行，代谢的终产物为为丙酮酸丙酮酸，一分子葡萄糖经糖酵解可，一分子葡萄糖经糖酵解可净生成两分子净生成两分子ATPATP。l糖酵解的反应过程可分为糖酵解的反应过程可分为三三个阶段：个阶段：己糖的磷酸化、磷酸己糖的裂解及己糖的磷酸化、磷酸己糖的裂解及ATPATP和丙酮酸的生成。和丙酮酸的生成。l葡萄糖经磷酸化和异构反应生成葡萄糖经磷酸化和异构反应生成1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖(FBP)(FBP)的反应过程。的反应过程。该过程共由三步化学反应组成。该过程共由三步化学反应组成。葡萄糖葡萄糖(glucose)(glucose)磷酸化磷酸化生成生成6-6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖糖(glucose-6-phosphate,G-6-P)(glucose-6-phosphate,G-6-P)；G-6-P G-6-P异构异构为为6-6-磷酸果糖（磷酸果糖（fructose-6-fructose-6-phosphate,phosphate,F-6-PF-6-P）；）；F-6-P F-6-P再磷酸化再磷酸化为为 1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖（fructose-1,6-biphosphate,fructose-1,6-biphosphate,F-1,6-F-1,6-BPBP）。）。己糖激酶己糖激酶/葡萄糖激酶葡萄糖激酶磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1ATPADPATPADP*(1)(2)(3)l 一分子一分子F-1,6-BPF-1,6-BP裂解为裂解为两分子两分子可以互可以互变的磷酸丙糖（变的磷酸丙糖（triose phosphate)triose phosphate)，包括两步反应：包括两步反应：F-1,6-BP F-1,6-BP 裂解裂解为为3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛(glyceraldehyde-3-phosphate)(glyceraldehyde-3-phosphate)和磷和磷酸二羟丙酮酸二羟丙酮(dihydroxyacetone(dihydroxyacetone phosphate)phosphate)；磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮异构异构为为3-3-磷酸甘油醛。磷酸甘油醛。磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶醛缩酶醛缩酶(4)(5)l 3-3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括六步反应。放能等反应生成丙酮酸，包括六步反应。3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢并磷酸化脱氢并磷酸化生成生成1,3-1,3-二二磷 酸 甘 油 酸（磷 酸 甘 油 酸（g l y c e r a t e-1,3-g l y c e r a t e-1,3-diphosphate)diphosphate)；1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸脱磷酸脱磷酸,将其交给将其交给ADPADP生成生成ATPATP ；3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸异构异构为为2-2-磷酸甘油酸；磷酸甘油酸；(6)(7)(8)ATPADP磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢酶脱氢酶磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶激酶NAD+PiNADH+H+2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸(glycerate-2-(glycerate-2-phosphate)phosphate)脱水脱水生成磷酸烯醇式丙酮生成磷酸烯醇式丙酮酸酸(phosphoenolpyruvate,PEP)(phosphoenolpyruvate,PEP)；磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）将高能磷）将高能磷酸基交给酸基交给ADPADP生成生成ATPATP；烯醇式丙酮酸自发烯醇式丙酮酸自发转变转变为丙酮酸为丙酮酸(pyruvate)(pyruvate)。烯醇化酶烯醇化酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶*ATPADP自发自发H2Ol糖酵解代谢途径可将一分子葡萄糖糖酵解代谢途径可将一分子葡萄糖分解为分解为两分子丙酮酸，净生成两分两分子丙酮酸，净生成两分子子ATPATP。l糖酵解代谢途径有糖酵解代谢途径有三个关键酶，即三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶糖激酶-1-1、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶。l糖酵解代谢途径的调节主要是通过各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种变构剂对三个关键酶进行变构调节变构调节。1.1.己糖激酶或葡萄糖激酶：己糖激酶或葡萄糖激酶：l葡萄糖激酶是葡萄糖激酶是肝脏调节葡萄糖吸收肝脏调节葡萄糖吸收的的主要的关键酶。主要的关键酶。己糖激酶己糖激酶hexokinase葡萄糖激酶葡萄糖激酶glucokinaseG-6-P长链脂酰长链脂酰CoA-2.6-2.6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1：6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1是调节糖酵解代谢是调节糖酵解代谢途径途径流量流量的主要因素。的主要因素。6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-16-phosphofructokinase-1ATP柠檬酸柠檬酸ADP、AMP1,6-1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖2,6-2,6-双磷酸果糖双磷酸果糖-+3.3.丙酮酸激酶：丙酮酸激酶：丙酮酸激酶丙酮酸激酶pyruvate kinaseATP丙氨酸丙氨酸(肝肝)1,6-1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖-+1.1.在无氧或有氧条件下为生命活动提在无氧或有氧条件下为生命活动提供能量。供能量。2.2.形成的许多中间产物为其他化合物形成的许多中间产物为其他化合物的合成提供原料。的合成提供原料。3.3.为糖异生作用提供基础。为糖异生作用提供基础。l在无氧条件下：（1）生成乳酸 乳酸杆菌、动物肌肉细胞及藻类（2）生成乙醇 酵母菌及高等植物l在有氧条件下：丙酮酸氧化为乙酰CoA,再进入三羧酸循环。酵母在厌氧条件下可将丙酮酸转化成酵母在厌氧条件下可将丙酮酸转化成乙醇乙醇 酵解过程，葡萄糖转换成丙酮酸，不仅产生了ATP，同时还使氧化型的NAD+还原为NADH。为了使酵解能连续进行，细胞就应当有办法供给氧化型的NAD+，如果生成的NADH不能及时地被氧化成NAD+，所有的氧化型的NAD+将全部以还原型的NADH积累，酵解过程将终止。在有氧条件下，NADH的氧化伴随着氧化磷酸化过程，反应需要分子氧；而在厌氧条件下，丙酮酸转化为乙醇或乳酸的过程中，消耗NADH，生成NAD+，从而使得酵解继续进行。在厌氧状态下，酵母细胞将丙酮酸转化成乙醇和二氧化碳，同时NADH被氧化为NAD+。一分子葡萄糖经酵解和丙酮酸转化为乙醇的总反应为：葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP +2H2Ol利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADHNADH，使，使NADHNADH重新氧化重新氧化为为NADNAD+，以确保，以确保反应的继续进行。反应的继续进行。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+l三羧酸循环三羧酸循环（柠檬酸循环或柠檬酸循环或KrebsKrebs循环）循环）是指在线粒体中，乙酰是指在线粒体中，乙酰CoACoA首先与草酰乙首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸谢反应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸再生的循环反应过程。再生的循环反应过程。l 三羧酸循环在三羧酸循环在线粒体线粒体中进行。一分子乙中进行。一分子乙酰酰CoACoA氧化分解后共可生成氧化分解后共可生成1010分子分子ATPATP，故，故此阶段可生成此阶段可生成2 210=2010=20分子分子ATPATP。l丙酮酸进入线粒体丙酮酸进入线粒体(mitochondrion)(mitochondrion)，在丙，在丙酮酸脱氢酶系酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase(pyruvate dehydrogenase complex)complex)的催化下氧化脱羧生成乙酰的催化下氧化脱羧生成乙酰CoA(acetyl CoA)CoA(acetyl CoA)。丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NADNAD+HSCoA+HSCoANADH+HNADH+H+CO+CO2 2*l由一分子葡萄糖氧化分解产生两分子由一分子葡萄糖氧化分解产生两分子丙酮酸丙酮酸(pyruvate)(pyruvate)，故可生成，故可生成两分子两分子乙酰乙酰CoACoA(acetyl CoA)(acetyl CoA)，两分子，两分子COCO2 2和和两分子（两分子（NADH+HNADH+H+），可生成，可生成2 22.52.5分子分子ATPATP 。l反应为不可逆；反应为不可逆；丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex)(pyruvate dehydrogenase complex)是糖有氧氧化途径的关键酶之一。是糖有氧氧化途径的关键酶之一。l丙酮酸脱氢酶系由三种酶单体构成：丙酮丙酮酸脱氢酶系由三种酶单体构成：丙酮酸脱羧酶（酸脱羧酶（E E1 1），硫辛酸乙酰基转移酶），硫辛酸乙酰基转移酶（E E2 2），二氢硫辛酸脱氢酶（），二氢硫辛酸脱氢酶（E E3 3）。该多酶）。该多酶复合体有六种辅助因子：复合体有六种辅助因子：TPPTPP，硫辛酸，硫辛酸，NAD+NAD+，FADFAD，HSCoAHSCoA和和MgMg2+2+。二、三羧酸循环（二、三羧酸循环（TCA Cycle）三羧酸循途径包括八步酶促反应注意：合酶（Synthase)：催化缩合反应不需ATP参与，如柠檬酸合酶（Citrate Synthase)。合成酶（Synthatase)：催化需ATP（GTP）参与的缩合反应，如琥珀酰C0A合成酶。柠檬酸合酶柠檬酸合酶+*H H2 2O OHSCoAHSCoA顺乌头酸酶顺乌头酸酶异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶脱氢酶NADNAD+NADH+HNADH+H+CO+CO2 2*-酮戊二酸脱酮戊二酸脱氢酶系氢酶系NADH+HNADH+H+CO+CO2 2*NADNAD+HSCoA+HSCoA琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶GTP+GTP+HSCoAHSCoAGDP+PiGDP+PiFADFADFADHFADH2 2琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶H H2 2O ONADNAD+NADH+HNADH+H+延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶TCA Cycle总结 一次底物水平磷酸化 GTPATP 二次氧化、脱羧，2摩尔CO2离开，但这2个碳原子并不是这一循环中进入的两个碳原子（乙酰C0A），而是草酰乙酸中的C1、C4。三步不可逆过程和限速步骤 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶催化 四次氧化反应，有四对氢原子离开循环 反应3：异柠檬酸氧化脱羧 反应4：-酮戊二酸氧化脱羧 反应8：苹果酸氧化 此三步形成3个NADH+H+反应6：琥珀酸氧化 形成一个FADH2。1摩尔葡萄糖完全氧化产能30（32）ATP。TCACycle中间产物是许多生物大分子的前体：-酮戊二酸Glu其它AA、碱基等草酰乙酸Asp草酰乙酸丙酮酸葡萄糖琥珀酰C0A卟啉血红素乙酰 C0A脂类可见TCA Cycle既有分解代谢功能，也有合成代谢功能。联系蛋白质、脂肪、糖代谢的枢纽，是其重要生理意义之一。l三羧酸循环的生理意义三羧酸循环的生理意义：是生物有机体在有氧时获能的主要是生物有机体在有氧时获能的主要途径；途径；有机物彻底氧化的共同末端途径；有机物彻底氧化的共同末端途径；是糖、脂、蛋白质三大物质互变的是糖、脂、蛋白质三大物质互变的枢纽；枢纽；中间产物为其他物质的合成提供原中间产物为其他物质的合成提供原料和碳骨架。料和碳骨架。草酰乙酸的回补反应 草酰乙酸生成的其它途径。动物和酵母：丙酮酸+CO2+ATP+H2O丙酮酸羧化酶草酰乙酸 +ADP+Pi 植物和细菌：PEP+HCO3-PEP羧化酶草酰乙酸+Pi合成的草酰乙酸用于补充柠檬酸循环。三、三、TCA Cycle的调节的调节 TCA Cycle的调节位点在三个不可逆的步骤：1、柠檬酸合酶：受ATP、柠檬酸、琥珀酰C0A、脂酰C0A抑制。2、异柠檬酸脱氢酶：受ATP、NADH抑制，受ADP激活。3、-酮戊二酸脱氢酶：受NADH、琥珀酰C0A抑制。此外，由于细胞中草酰乙酸浓度较低，其浓度是决定TCA Cycle速度的重要因素之一。四、酵解、四、酵解、TCA Cycle及氧化磷酸化途径的协调及氧化磷酸化途径的协调控制控制 巴斯德效应：巴斯德发现在进行旺盛无氧酵解的酵母中通入氧气，葡萄糖消耗减少，乳酸堆积迅速下降，说明糖的有氧氧化对酵解产生抑制作用。原因：有氧下（1）酵解产生的NADH进入氧化磷酸化，将H传递给氧，并产生大量ATP。（2）丙酮酸进入TCA Cycle,乳酸自然减少，同时经TCA Cycle也产生大量ATP，同时柠檬酸浓度增加。高浓度ATP和柠檬酸进入胞液后，抑制PKA活性，并间接由于G-6-P增多而反馈抑制己糖激酶，使酵解减弱，葡萄糖消耗减少。巴斯德效应说明机体内根据自身对能量的需求，酵解、TCA Cycle和氧化磷酸化三个主要产能途径之间以最经济的方式，彼此协调控制。五、植物中乙醛酸循环是柠檬酸循环的支路五、植物中乙醛酸循环是柠檬酸循环的支路 植物和微生物中存在着一个可以由二碳化合物生成糖的生物合成途径乙醛酸循环（图7-23）。乙醛酸循环的名称来自循环中的一个二碳中间代谢物乙醛酸，乙醛酸循环可以说是柠檬酸循环的一个支路。如图7-23所示，乙醛酸循环的一些反应与柠檬酸循环是共同的，例如从乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，然后又转换成异柠檬酸的反应都是相同的。但生成的异柠檬酸不走柠檬酸循环的路了，而是沿着乙醛酸途径代谢。异柠檬酸首先在异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶的催化下裂解生成乙醛酸乙醛酸和琥珀酸，其中，乙醛酸在苹果酸合成酶苹果酸合成酶的催化下与乙酰COA缩合生成四碳分子苹果酸，而琥珀酸走的是部分柠檬酸循环的路，氧化生成延胡索酸，直至转换成草酰乙酸。乙醛酸循环的总反应式是2乙酰COA+2NAD+Q草酰乙酸+2COASH +2NADH+QH2+2H+从总反应式中可以看出，在乙醛酸循环中，乙酰COA的碳原子并没有以CO2形式释放，而是净合成了一分子草酰乙酸，草酰乙酸正是合成葡萄糖的前体。所以乙醛酸循环在植物和微生物的代谢中起着重要的作用。例如酵母可以在乙醇中生长，因为酵母细胞可以将乙醇氧化成乙酰COA，乙酰 COA经乙醛酸循环生成草酰乙酸。l细胞内绝大部分葡萄糖的分解代谢细胞内绝大部分葡萄糖的分解代谢是通过有氧氧化生成是通过有氧氧化生成ATPATP而供能的，而供能的，这是葡萄糖代谢的主要途径。此外这是葡萄糖代谢的主要途径。此外尚存在其他代谢途径，尚存在其他代谢途径，磷酸戊糖途磷酸戊糖途径径(pentose phosphate pathway)(pentose phosphate pathway)就是另一重要途径。葡萄糖可经此就是另一重要途径。葡萄糖可经此途径代谢生成磷酸核糖、途径代谢生成磷酸核糖、NADPHNADPH和和COCO2 2，而主要意义不是生成，而主要意义不是生成ATPATP。l该途径的起始物是该途径的起始物是G-6-PG-6-P，返回的代，返回的代谢 产 物 是谢 产 物 是 3-3-磷 酸 甘 油 醛磷 酸 甘 油 醛(glyceraldehyde-3-phosphate)(glyceraldehyde-3-phosphate)和和6-6-磷 酸 果 糖磷 酸 果 糖(f r u c t o s e-6-(f r u c t o s e-6-phosphate)phosphate)，其重要的中间代谢产，其重要的中间代谢产物是物是5-5-磷酸核糖和磷酸核糖和NADPHNADPH。l整个代谢途径在整个代谢途径在胞液胞液(cytoplasm)(cytoplasm)中中进行。关键酶是进行。关键酶是6-6-磷酸葡萄糖脱氢磷酸葡萄糖脱氢酶酶(glucose-6-phosphate dehydro-(glucose-6-phosphate dehydro-genase)genase)。l磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径(pentose phosphate(pentose phosphate pathway)pathway)的总反应式：的总反应式：G-6-P+12NADPG-6-P+12NADP+7H+7H2 2O O 6CO 6CO2 2+12NADPH+12H+12NADPH+12H+H+H3 3POPO4 4 l即六分子即六分子G-6-PG-6-P可生成可生成6 6分子分子COCO2 2，4 4分子分子F-6-F-6-P P，2 2分子分子3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和1212分子分子NADPHNADPH。l 全部代谢过程可分为两个阶段：全部代谢过程可分为两个阶段：1.G-6-P1.G-6-P氧化分解生成氧化分解生成5-5-磷酸核酮糖：磷酸核酮糖：G-6-P G-6-P脱氢氧化生成脱氢氧化生成6-6-磷酸葡萄糖酸内酯：磷酸葡萄糖酸内酯：6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 G-6-P+NADPG-6-P+NADP+6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 +NADPH+H+NADPH+H+*6-6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-6-磷酸葡萄糖酸：磷酸葡萄糖酸：内酯酶内酯酶 6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 +H+H2 2O O 6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 6-6-磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成5-5-磷酸核酮糖：磷酸核酮糖：6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸+NADP+NADP+5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖+NADPH+H+NADPH+H+CO2 2.5-2.5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程：磷酸核酮糖的基团转移反应过程：l5-5-磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生成成3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-6-磷酸果糖磷酸果糖。在此阶。在此阶段中，经由段中，经由5-5-磷酸核酮糖异构可生成磷酸核酮糖异构可生成5-5-磷酸核糖磷酸核糖。6-磷酸-葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸-内酯6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸-核酮糖66665-磷酸-核糖25-磷酸-木酮糖5-磷酸-木酮糖227-磷酸-景天庚酮糖3-磷酸-甘油醛226-磷酸-果糖4-磷酸-赤藓糖22+6-磷酸-果糖23-磷酸-甘油醛+26-磷酸-葡萄糖46-磷酸葡萄糖氧化阶段1NADPHNADPH66CO26Pi1H+6H+6+非氧化阶段HO261.1.是体内生成是体内生成NADPHNADPH的主要代谢途径的主要代谢途径：NADPHNADPH在体内可用于：在体内可用于：作为供氢体，参与体内的合成代谢作为供氢体，参与体内的合成代谢：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。基酸。参与羟化反应参与羟化反应：作为加单氧酶的辅：作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化。酶，参与对代谢物的羟化。使氧化型谷胱甘肽还原使氧化型谷胱甘肽还原。维持巯基酶的活性维持巯基酶的活性。维持红细胞膜的完整性维持红细胞膜的完整性：由于：由于6-6-磷磷酸葡萄糖脱氢酶酸葡萄糖脱氢酶遗传性缺陷可导致遗传性缺陷可导致蚕豆病蚕豆病，表现为溶血性贫血。，表现为溶血性贫血。l体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或脱氧核糖均以脱氧核糖均以5-5-磷酸核糖的形式提供，磷酸核糖的形式提供，这是体内这是体内唯一唯一的一条能生成的一条能生成5-5-磷酸核磷酸核糖糖的代谢途径。的代谢途径。l磷酸戊糖途径是体内糖代谢与核苷酸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。及核酸代谢的交汇途径。l由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为程称为糖异生糖异生(gluconeogenesis)(gluconeogenesis)。l糖异生代谢途径主要存在于糖异生代谢途径主要存在于肝及肾肝及肾中。中。l糖异生主要沿酵解途径逆行，仅有三步反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应为不可逆反应，故需经其他的代谢反应绕行。绕行。1 1G-6-P G G-6-P G：l由由葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶催化进行水解。该酶催化进行水解。该酶不存在于肌肉组织中，故不存在于肌肉组织中，故肌肉组织不能生肌肉组织不能生成自由葡萄糖。成自由葡萄糖。G-6-P+H2O G+Pi 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶*2F-1,6-BP F-6-P：F-1,6-BP+H2O F-6-P+Pi 3 3丙酮酸丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸：磷酸烯醇式丙酮酸：经由经由丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路完成。完成。果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶*丙酮酸丙酮酸草酰乙酸：草酰乙酸：丙酮酸丙酮酸 +ATP+CO+ATP+CO2 2 草酰乙酸草酰乙酸 +ADP+Pi+ADP+Pi草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)(PEP)：草酰乙酸草酰乙酸 +GTP+GTP PEP+GDP+COPEP+GDP+CO 2丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(生物素生物素)*磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶*丙酮酸丙酮酸PEP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸胞液胞液线粒体线粒体乙酰乙酰CoAGPEPAMPF-2,6-BPATP-+果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶fructose biphosphatase-1乙酰乙酰CoA+丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶pyruvate carboxylase1 1生糖氨基酸生糖氨基酸：Ala,Cys,Gly,Ser,Thr,Trp Ala,Cys,Gly,Ser,Thr,Trp 丙酮酸丙酮酸ProPro，HisHis，GlnGln，Arg Glu-Arg Glu-酮戊二酸酮戊二酸IleIle，MetMet，SerSer，ThrThr，Val Val 琥珀酰琥珀酰CoACoAPhePhe，Tyr Tyr 延胡索酸延胡索酸AsnAsn，Asp Asp 草酰乙酸草酰乙酸2 2甘油甘油：甘油三酯甘油三酯甘油甘油-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二磷酸二羟丙酮。羟丙酮。3 3乳酸乳酸：乳酸乳酸丙酮酸。丙酮酸。1 1在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定。在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定。2 2回收乳酸分子中的能量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肌肉组织加以利用，这一循环过程就称为乳酸循环（乳酸循环（CoriCori循环）。循环）。3 3维持酸碱平衡维持酸碱平衡。l糖原糖原（glycogen)glycogen)是由许多葡萄糖分是由许多葡萄糖分子聚合而成的带有分支的高分子多子聚合而成的带有分支的高分子多糖类化合物。糖类化合物。l糖原分子的直链部分借糖原分子的直链部分借-1,4-1,4-糖苷糖苷键键而将葡萄糖残基连接起来，其支而将葡萄糖残基连接起来，其支链部分则是借链部分则是借-1,6-1,6-糖苷键糖苷键而形成而形成分支。分支。-1,4-糖苷键糖苷键-1,6-糖苷键糖苷键l糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添加或去除，均在其添加或去除，均在其非还原端非还原端进行。进行。l糖原的合成与分解代谢主要发生在糖原的合成与分解代谢主要发生在肝、肝、肾和肌肉组织细胞的胞液肾和肌肉组织细胞的胞液中。中。（一）反应过程：（一）反应过程：糖原合成的反应过程可分为三个阶段：糖原合成的反应过程可分为三个阶段：1 1活化：活化：由葡萄糖生成由葡萄糖生成UDPG(uridine UDPG(uridine diphosphate glucose)diphosphate glucose)，是一耗能过程。，是一耗能过程。磷酸化：磷酸化：G+ATP G-6-P+ADP 己糖激酶己糖激酶(葡萄糖激酶葡萄糖激酶)异构：异构：G-6-PG-6-P转变为转变为G-1-PG-1-P：G-6-P G-1-P 转形：转形：G-1-PG-1-P转变为转变为尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖（UDPGUDPG）：）：G-1-P+UTP UDPG+PPiUDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶2 2缩合：缩合：UDPG+(G)n (G)n+1+UDP3 3分支：分支：l当直链长度达当直链长度达1212个葡萄糖残基以上时，在个葡萄糖残基以上时，在分支酶分支酶(branching enzyme)(branching enzyme)的催化下，将的催化下，将距末端距末端6 67 7个葡萄糖残基组成的寡糖链由个葡萄糖残基组成的寡糖链由-1,4-1,4-糖苷键转变为糖苷键转变为-1,6-1,6-糖苷键糖苷键，使，使糖原出现分支。糖原出现分支。糖原合酶糖原合酶*-1,4-1,4-1,6-1,61 1必须以必须以原有糖原分子作为引物原有糖原分子作为引物；2 2合成反应在糖原的合成反应在糖原的非还原端进行非还原端进行；3 3合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需残基，需消耗消耗2 2个高能磷酸键个高能磷酸键（2 2分子分子ATPATP）；）；4 4其其关键酶是糖原合酶关键酶是糖原合酶(glycogen(glycogen synthase)synthase)，为，为一共价修饰一共价修饰酶；酶；5 5需需UTPUTP参与（以参与（以UDPUDP为载体）。为载体）。（一）反应过程：（一）反应过程：糖原的分解代谢可分为三个阶段：糖原的分解代谢可分为三个阶段：1 1水解：水解：包括三步反应，循环交替进行。包括三步反应，循环交替进行。磷酸解：由磷酸解：由糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(glycogen(glycogen phosphorylase)phosphorylase)催化对催化对-1,4-1,4-糖苷键磷糖苷键磷酸解，生成酸解，生成G-1-PG-1-P。(G)n+Pi (G)n-1+G-1-P糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶*转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个葡萄糖残基时，由个葡萄糖残基时，由葡聚糖转移酶葡聚糖转移酶催化，催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链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。的非还原端，使分支点暴露。脱支：由脱支：由-1,6-1,6-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶催化。将催化。将-1,6-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。萄糖。(G)n+H2O (G)n-1+G-1,6-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶2 2异构：异构：G-1-P G-6-P3 3脱磷酸：脱磷酸：由由葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶(glucose-6-(glucose-6-phosphatase)phosphatase)催化，生成自由葡萄糖。该催化，生成自由葡萄糖。该酶只存在于酶只存在于肝及肾肝及肾中。中。G-6-P+H2O G+Pi 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶1 1水解反应在水解反应在糖原的非还原端糖原的非还原端进行；进行；2 2是一是一非耗能非耗能过程；过程；3 3关键酶是关键酶是糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(glycogen(glycogen phosphorylase)phosphorylase)，为，为一共价修饰一共价修饰酶，酶，其其辅酶是磷酸吡哆醛。辅酶是磷酸吡哆醛。l 糖原代谢调控：糖原代谢调控：磷酸化酶a（有活性）与磷酸化酶b（无活性）的互转由磷酸化酶激酶调控；糖原合酶糖原合酶a a（去磷酸化、有活性）和糖原合酶糖原合酶b b（磷酸化、无活性）；骨骼肌中，AMP升高，则促进糖原分解；在肝脏中，当血糖降低时，则促进糖原分解；在激素水平，肾上腺素、胰高血糖素与其受体结合，通过G蛋白激活腺苷酸环化酶合成cAMP，cAMP激活蛋白激酶A，激活蛋白激酶A又激活磷酸化酶激酶从而促进糖原分解；而胰岛素则激活糖原合酶，促进糖原合成。1 1贮存能量贮存能量。2 2调节血糖浓度调节血糖浓度。3 3利用乳酸利用乳酸：肝中可经糖异生途径利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原。这就是肝糖原合成的三碳途径或间接途径。或间接途径。l血液中的葡萄糖含量称为血液中的葡萄糖含量称为血糖血糖。按真糖法测定，正常空腹血糖按真糖法测定，正常空腹血糖浓度为浓度为3.893.896.11mmol/L6.11mmol/L（7070100mg%100mg%）。）。血糖血糖消化吸收消化吸收肝糖异生肝糖异生肝糖原分解肝糖原分解氧化供能氧化供能合成糖原合成糖原转变为脂肪转变为脂肪或氨基酸或氨基酸转变为其他转变为其他糖类物质糖类物质（一）组织器官：（一）组织器官：1 1肝脏肝脏。2 2肌肉等外周组织肌肉等外周组织。（二）激素：（二）激素：1 1降低血糖浓度的激素降低血糖浓度的激素胰岛素。胰岛素。2 2升高血糖浓度的激素升高血糖浓度的激素胰高血糖胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素、素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素、甲状腺激素甲状腺激素。（三）神经系统。（三）神经系统。三、糖代谢的紊乱三、糖代谢的紊乱 糖代谢过程中某些酶先天性缺陷，或其调节作用不正常，会导致糖代谢紊乱，产生各种疾病，例如：高血糖：空腹血糖7.22-7.78mmol/L称为高血糖。当血糖浓度高于8.89-10.00mmol/L，即超过了肾小管的重吸收能力，则可出现糖尿，称糖尿病。低血糖症：空腹血糖3.33-3.89mmol/L,严重影响脑的机能活动，低于2.50mmol/L时出现惊厥，昏迷，称低血糖休克。