生物化学8糖的代谢课件

.肝脏中糖的去路糖有氧氧化 糖酵解（胞液）丙酮酸氧化脱羧（线粒体）三羧酸循环（线粒体）氧化磷酸化（线粒体）磷酸戊糖途径（胞液）糖转化为脂肪输出血糖糖原合成 7-糖的代谢.7-糖的代谢第一部分 糖酵解作用第二部分 柠檬酸循环第三部分 戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径第四部分 糖原的分解和生物合成第五部分 光合作用.第一部分 糖酵解作用(glycolysis)糖酵解作用糖酵解作用.一、糖酵解概述n机体内主要提供能量的物质是ATP。nATP形成主要有两条途径：-由葡萄糖彻底氧化为CO2和水，从中释放出自由能形成大量的ATP。-无氧条件下，由葡萄糖降解为丙酮酸，在此过程中放出2分子ATP。n糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成2分子丙酮酸并提供能量，这一过程为糖酵解作用。n糖酵解过程，是真核细胞以及细菌摄入体内的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。.糖酵解及其相关途径.二、糖酵解过程糖酵解是葡萄糖转变为丙酮酸的一系列反应。生物学意义：在不需要氧供应的条件下，产生ATP的一种供能方式。由六碳糖变成两个三碳糖。C6H12O6+2Pi+2ADP 2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2O乳酸酵解作用的反应式：C6H12O6+2Pi+2ADP 2CH3CH2OH+2ATP+2H2O+2CO2乙醇酒精发酵作用的反应式：.二、糖酵解过程C6H12O6-2（2H）2CH3COCOOH2CH3CH(OH)COOH+2(2H)-2CO2 糖酵解糖酵解 Glycolysis2CH3CHO2CH3CH2OH乙醇发酵乙醇发酵 Fermentation.二、糖酵解过程n糖酵解过程由葡萄糖到所有的中间产物都是以磷酸化合物的形式来实现的。n糖酵解过程从葡萄糖到形成丙酮酸共包括10步反应，可划分为两个主要阶段：-前5步为准备阶段，葡萄糖通过磷酸化、异构化裂解为三碳糖。每裂解一个已糖分子，共消耗2分子ATP。-后5步为产生ATP的贮能阶段。每分子三碳糖产生2分子ATP。n整个过程需要10种酶，都存在于胞质溶胶中，大部分过程都有Mg2+离子作为辅助因子。.三、糖酵解和酒精发酵的全过程图解.四、糖酵解第一阶段的反应机制.（一）葡萄糖的磷酸化n n己糖激酶催化葡萄糖磷酸化形成葡萄糖己糖激酶催化葡萄糖磷酸化形成葡萄糖-6-6-磷酸。磷酸。n n糖酵解的第一步反应是葡萄糖的糖酵解的第一步反应是葡萄糖的C-6C-6被磷酸化，形成被磷酸化，形成葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸。这一磷酰基团转移反应是由己糖激磷酸。这一磷酰基团转移反应是由己糖激酶（酶（hexokinasehexokinase）催化的。）催化的。n n反应中葡萄糖反应中葡萄糖C-6C-6羟基攻击羟基攻击MgATPMgATP2 2的的-磷，生成磷，生成MgADPMgADP2 2和葡萄糖和葡萄糖-6-6-磷酸同时消耗一分子磷酸同时消耗一分子ATPATP，该，该反应是不可逆反应。磷酸化的葡萄糖被限制在细胞反应是不可逆反应。磷酸化的葡萄糖被限制在细胞内，这是细胞的一种保糖机制。内，这是细胞的一种保糖机制。.（一）葡萄糖的磷酸化催化此反应的酶是已糖激酶。激酶是能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶。已糖激酶主要分布在肝肾以外的不能合成糖原的组织中，专一性不强，可活化六碳糖。一般情况下细胞内葡萄糖浓度=4mmol，已糖激酶是可以激活葡萄糖的酶。当血糖浓度很高时，葡萄糖激酶在肝脏中活化葡萄糖，随后通过产生UDPG合成糖原。已糖激酶是变构酶，6-磷酸葡萄糖和ADP是它的变构抑制剂。.（二）葡萄糖-6-磷酸异构化形成果糖-6-磷酸磷酸葡萄糖异构酶（phospho-glucose isomerase）催化葡萄糖-6-磷酸转化为果糖-6-磷酸。这是一个醛糖酮糖同分异构化反应，反应是可逆的。葡萄糖-6-磷酸的-异头物首先与葡萄糖-6-磷酸异构酶结合，在酶的活性部位形成开链式的葡萄糖-6-磷酸，然后进行醛糖酮糖转换，开链式的果糖-6-磷酸环化形成-D-呋喃果糖-6-磷酸。很小的自由能变化，所以是逆反应.（三）果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸磷酸果糖激酶（phosphofructokinase，PFK）催化ATP中的磷酸基团转移到果糖-6-磷酸的C-1的羟基上，生成果糖-1,6-二磷酸。要注意的是，尽管葡萄糖-6-磷酸异构酶催化反应生成的产物是-D-果糖-6-磷酸，但果糖-6-磷酸果糖激酶的底物却是的异头物-D-果糖-6-磷酸，果糖-6-磷酸的和异头物在水溶液中是处于非酶催化的快速平衡中。这一步是磷酸化反应，也是使用第二个ATP分子的反应。.（三）果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸磷酸果糖激酶（PFK）是变构酶，该步反应是糖酵解关键步骤ATP抑制，AMP解除抑制柠檬酸也是一种抑制剂果糖2，6-二磷酸是变构激活剂低的能量状态（ATP浓度小）激活PFK高的能量状态（ATP浓度高）抑制PFK.（四）果糖-1,6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸己糖磷酸果糖-1,6-二磷酸,在醛缩酶(aldolase)的作用下使 C-3和C-4之间的键断裂，生成甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮。平衡有利于逆反应方向，但在生理条件下，甘油醛-3-磷酸不断地转化成丙酮酸，大大地降低了甘油醛-3-磷酸的浓度，从而驱动反应向裂解方向进行。.（五）丙糖磷酸异构酶催化甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮的相互转换 果糖-1,6-二磷酸裂解形成的甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮，只有甘油醛-3-磷酸是酵解下一步反应的底物，所以磷酸二羟丙酮需要在丙糖磷酸异构酶（triose phosphate isomerase）的催化下转化为甘油醛-3-磷酸，才能进一步酵解，实际上等于一分子的果糖-1,6-二磷酸裂解生成了能进一步酵解的两分子的甘油醛-3-磷酸。酵解进行到这一步，一分子葡萄糖被裂解成两分子的甘油醛-3-磷酸，通过放射性同位素追踪实验发现，一分子甘油醛-3-磷酸中的C-1，C-2和C-3分别来自于葡萄糖分子中的C-4、C-5和C-6，而另一分子的甘油醛-3-磷酸（由磷酸二羟丙酮转换来的）的C-1，C-2和C-3则分别来自于葡萄糖分子中的C-3、C-2和C-1，就是说，葡萄糖分子中的C-4和C-3转换成了甘油醛-3-磷酸的C-1；而C-5和C-2变成了甘油醛-3-磷酸的C-2；葡萄糖分子中的C-6和C-1变成了甘油醛-3-磷酸的C-3。.四、糖酵解第一阶段的反应机制葡萄糖通过2步磷酸化而激活为活泼的FBPFBP裂解为2分子三碳糖2步磷酸化反应分别由已糖激酶和磷酸果糖激酶催化，为不可逆反应磷酸果糖激酶是糖酵解的重要关键酶.五、酵解第二阶段放能阶段的反应机制.（六）甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸n甘油醛-3-磷酸在NAD和H3PO4存在下，由甘油醛-3-磷酸脱氢酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase）催化生成1,3-二磷酸甘油酸。n这是酵解中唯一的一步氧化反应。n反应中一分子NAD被还原成NADH，同时在1,3-二磷酸甘油酸中形成一个高能酸酐键，在下一步酵解反应中，保存在酸酐化合物中的的能量可以使得能量可以使得ADPADP变成变成ATPATP。甘油醛-3-磷酸脱氢酶的催化机制.（七）1,3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成ATP1,3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶（phosphoglycerate kinase）的作用下，将高能磷酰基从富含能量的酸酐1,3-二磷酸甘油酸转给ADP形成ATP 和3-磷酸甘油酸。此过程是底物水平磷酸化作用，即ATP的形成直接与一个代谢中间物上的磷酰基转移相耦联。底物水平磷酸化不需要氧，是酵解中形成ATP的机制。这步反应是酵解中第一次产生ATP的反应，反应是可逆的。.（八）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶（phosphoglycerate mutase）催化3-磷酸甘油酸和2-磷酸甘油酸之间的相互转换。变位酶是一种催化一个基团从底物分子的一个部分转移到同分子的另一部分的异构酶。.（九）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式酮酸n在烯醇化酶（enolase）（需要Mg2）的催化下，2-磷酸甘油酸中的、位脱去水形成磷酸烯醇式丙酮酸，反应是可逆的。n磷酸烯醇式丙酮酸具有很高的磷酰基转移潜能，因为它的磷酰基是以一种不稳定的烯醇式互变异构形式存在的。.（十）丙酮酸激酶催化磷酰基从磷酸烯醇式丙酮酸转移给ADP，生成丙酮酸和ATPn这是酵解中第二个底物水平磷酸化反应，反应是由丙酮酸激酶（pyruvate kinase）催化的。n当磷酰基从磷酸烯醇式丙酮酸转移到ADP的-磷酸基团上时，形成ATP和烯醇式丙酮酸，反应是不可逆的。n与酶结合的烯醇式丙酮酸异构化形成更稳定的丙酮酸，丙酮酸是酵解中第一个不再被磷酸化的化合物。.五、酵解第二阶段放能阶段的反应机制此阶段为产能过程但丙酮酸的去向何处？.六、丙酮酸的去路.（一）生成乳酸（无氧条件）n绝大多数生物缺少丙酮酸脱羧酶，不能象酵母那样将丙酮酸转化成乙醇，但可以通过乳酸脱氢酶（LDH）催化的一个可逆反应使丙酮酸还原为乳酸。n一旦形成乳酸，乳酸除了重新转换成丙酮酸之外再没有其它的代谢途径了，因此乳酸是代谢的死胡同。n由于形成乳酸的同时，可以使NADH氧化成NAD+，这样酵解途径就完整了，因为生成的NAD+又可用于甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化的反应，就象在酒精发酵途径所看到的那样。酵解作用的反应式C6H12O6+2Pi+2ADP 2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2O乳酸.（二）生成乙醇n在厌氧状态下，酵母细胞将丙酮酸转化为乙醇和CO2，同时NADH被氧化为NAD。n这一过程涉及二个反应：首先，在丙酮酸脱羧酶（pyruvate decarboxylase）催化下，丙酮酸脱羧生成乙醛；然后，乙醛在醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase）催化下还原为乙醇的同时，NADH被氧化为NAD。.七、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算.七、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算糖酵解过程中各步反应的能量变化.八、糖酵解作用的调节（一）己糖激酶的调控己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受葡萄糖-6-磷酸的抑制。当葡萄糖-6-磷酸积累、不再需要生产能量或进行糖原贮存时，即葡萄糖-6-磷酸不能快速消耗时，己糖激酶活性被葡萄糖-6-磷酸抑制。由于己糖激酶对葡萄糖具有很低的Km值（104至106M之间），葡萄糖-6-磷酸抑制属于非竞争性抑制。.（二）磷酸果糖激酶的调控磷酸果糖激酶（PFK）催化果糖-6-磷酸磷酸化为果糖-1,6-二磷酸反应是酵解途径的第二个别构调节部位，该酶是一个别构调节酶。细菌和哺乳动物PFK都是四聚体，哺乳动物酶的分子量很大。酵母中的PFK是个八聚体酶。ATP既是PFK的底物，又是该酶的别构抑制剂，ATP可以使得酶对它的底物果糖-6-磷酸的亲和性降低。在哺乳动物细胞中，AMP是个别构激活剂。柠檬酸（柠檬酸循环的中间产物）是PFK的另一个重要的抑制剂，因为柠檬酸循环与丙酮酸的进一步氧化联系在一起，柠檬酸水平升高表明有充足底物进入了柠檬酸循环，所以柠檬酸对PFK的调节是一种反馈抑制，它调节丙酮酸向柠檬酸循环的供给。分布于哺乳动物、真菌和植物中的果糖-2,6-二磷酸也是PFK的激活剂。果糖-2,6-二磷酸是在磷酸果糖激酶-2（phosphofructokinase-2，PFK-2）催化下果糖-6-磷酸磷酸化生成的。.（三）丙酮酸激酶的调控在哺乳动物组织中存在着四种丙酮酸激酶同功酶，这些同功酶受到果糖-1,6-二磷酸别构激活和受到ATP的别构抑制。由于果糖-1,6-二磷酸是丙酮酸激酶的别构激活剂，而果糖-1,6-二磷酸又是PFK催化反应的产物，所以PFK的激活自然会引起丙酮酸激酶的激活，这种类型的调控方式称之前馈激活（feed-forward activation）。.（三）丙酮酸激酶的调控酵解的3个主要调控部位，分别是己糖激酶，磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反应。.九、其他六碳糖进入糖酵解途径.第二部分 柠檬酸循环.第二部分 柠檬酸循环n柠檬酸循环,又称为三羧酸循环(tri-carboxylic acid cycle),简称TCA循环。n在有氧条件下,葡萄糖并不停止在丙酮酸,而是继续进行有氧分解,最后形成CO2和H2O。n柠檬酸循环是在细胞的线粒体内进行的。n丙酮酸通过柠檬酸循环进行脱羧和脱氢反应;羧基形成CO2,氢原子则随着载体(NAD+、FAD)进入电子传递链经过氧化磷酸化作用，形成水分子并将释放出的能量合成ATP。n柠檬酸不只是丙酮酸氧化所经历的途径，也是脂肪酸、氨基酸等各种燃料分子氧化分解所经历的共同途径。柠檬酸循环的中间体还可作为许多生物合成的前体.可以说是分解、合成两用途径。.第二部分 柠檬酸循环.一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段形成乙酰-CoA丙酮酸进入柠檬酸循环之前需先转变为乙酰辅酶A（乙酰-CoA）。在真核生物中，丙酮酸首先要转运到线粒体内，然后才能进行转换成乙酰CoA的反应（糖酵解反应是在细胞溶胶（胞液）中进行的）。.一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段形成乙酰-CoAn无论是在原核生物，还是在真核生物中，丙酮酸转化为乙酰CoA和CO2，都是由一些酶和辅酶构成的一个丙酮酸脱氢酶复合物催化的。n丙酮酸脱氢酶复合物（pyruvate dehydrogenase complex）是个多酶集合体，复合物中的酶分子通过非共价键联系在一起，催化一个连续反应，即酶复合物中一个酶反应中形成的产物立刻被复合物中下一个酶作用。n丙酮酸脱氢酶复合物位于线粒体膜上。丙酮酸脱氢酶复合体=3个酶+6个辅助因子（Mg2+）E1：丙酮酸脱氢酶，焦磷酸硫胺素（TPP）E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶，硫辛酸，CoA-SHE3:二氢硫辛酸脱氢酶，NAD+,FAD.一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段形成乙酰-CoA辅酶A结构图.二、柠檬酸循环n柠檬酸循环有两个基本特征，即碳原子的流向和富含能量分子的生成。n柠檬酸循环的第一个反应是，乙酰CoA分子中的二碳乙酰基与四碳分子草酰乙酸缩合，形成六碳的中间产物柠檬酸。n当一个六碳酸和一个五碳酸经过氧化脱羧释放出两分子CO2后，形成的四碳酸经过几步反应后又重新转换为草酰乙酸，用于下一轮与新进入循环的乙酰CoA的缩合反应。n由于草酰乙酸可循环使用，所以柠檬酸循环可以看作是一个多步催化反应，使得乙酰CoA中的二碳单位乙酰基氧化成CO2，每完成一轮反应后又回到起始点。碳数目的变化.二、柠檬酸循环TCA循环共8个步骤琥珀酰-CoA.三、柠檬酸循环的反应机制(一)草酰乙酸(oxaloacetate)与乙酰-CoA缩合(condense)形成柠檬酸这是柠檬酸循环的第一个反应，乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸和CoASH，反应是由柠檬酸合成酶（citrate synthase）催化的。为不可逆反应。.三、柠檬酸循环的反应机制(二)柠檬酸异构化形成异柠檬酸柠檬酸是个三级醇，不能被氧化为酮酸，顺乌头酸酶（aconitase）把柠檬酸转化为可氧化的二级醇异柠檬酸（isocitrate），酶的名称来自与酶结合的反应中间产物顺乌头酸（cisaconitate）。柠檬酸由顺乌头酸酶催化脱水，形成CC双键，然后还是在顺乌头酸酶催化下，通过水的立体特异性添加，生成异柠檬酸。结果：H和一个-OH互换位置.三、柠檬酸循环的反应机制（三）异柠檬酸氧化形成-酮戊二酸这一步反应是柠檬酸循环中四个氧化还原反应的第一个。是由异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase）催化的。NAD作为酶的辅酶。异柠檬酸脱氢使NAD还原为NADH、H的同时生成一个不稳定的-酮酸草酰琥珀酸，草酰琥珀酸经非酶催化的脱羧作用生成-酮戊二酸和CO2。反应是不可逆的。第一次氧化脱羧.三、柠檬酸循环的反应机制（四）-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA反应是由a-酮戊二酸脱氢酶复合物（a-ketoglutarate dehydrogenase complex）催化的，产物琥珀酰CoA同样是一个高能的硫酯。这步反应是柠檬酸循环中第二个氧化脱羧反应。a-酮戊二酸脱氢酶复合物包括：E1，含有TPP；E2，含有硫辛酰胺 E3，含有黄素蛋白；.三、柠檬酸循环的反应机制 循环进行到-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA这步反应为止，被氧化的碳原子数目（生成了两个CO2）刚好等于进入柠檬酸合成酶催化的反应的碳原子数（乙酰CoA分子中乙酰基的两个碳）。.三、柠檬酸循环的反应机制（五）琥珀酸-CoA转化成琥珀酸并产生一个高能磷酸键琥珀酰CoA合成酶（succinate dehydrogenase）（或称琥珀酸硫激酶）催化琥珀酰CoA转化为琥珀酸，琥珀酰CoA的硫酯键水解会释放出很多的自由能，这些能量可用于驱动GTP(哺乳动物中)或ATP(植物和一些细菌中)的合成。柠檬酸循环中唯一的一步底物水平磷酸化反应。.三、柠檬酸循环的反应机制（六）琥珀酸脱氢形成延胡索酸这是柠檬酸循环中的第三步氧化还原反应，带有辅基FAD的琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase）催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸（反丁烯二酸），同时使FAD还原为FADH2。生成的FADH2再被辅酶Q氧化生成FAD，而辅酶Q还原为还原型辅酶Q（QH2）。QH2被释放到线粒体的基质中。.三、柠檬酸循环的反应机制（七）延胡索酸水合形成L-苹果酸延胡索酸酶（fumarase）（延胡索酸水化酶 fumarate hydratase）通过将H2O 立体特异添加到延胡索酸双键上，催化延胡索酸水化生成L-苹果酸，反应是可逆的。该酶的催化反应具有严格的立体专一性。延胡索酸也象柠檬酸一样是一个前手性分子，当延胡羧酸被定位在酶的活性部位时，底物的双键只受到来自一个方向的攻击。.三、柠檬酸循环的反应机制.三、柠檬酸循环的反应机制（八）L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸是循环中的第4步氧化还原反应。L-苹果酸在以NAD+为辅酶的苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase）催化下氧化生成草酰乙酸，同时NAD+还原生成NADH反应是可逆的。.四、柠檬酸循环的化学总结算CH3COSCoA+2H2O+3NAD+FAD+GDP+Pi2CO2+3NADH+2H+FADH2+CoA-SH+GTP.四、柠檬酸循环的化学总结算2个碳原子的乙酰CoA结合于草酰乙酸上形成柠檬酸而进入循环2个碳原子在异柠檬酸脱氢酶和酮戊二酸脱氢酶复合体催化下氧化脱羧以CO2形式释放，释放出的CO2中的2个C原子并不是进入循环的乙酰CoA中的2个C原子氧化释放的能量通过还原下述物质而贮存 -1NAD+在异柠檬酸的氧化脱羧作用中被还原 -1NAD+在-酮戊二酸的氧化脱羧作用下被还原 -1FAD在琥珀酸的氧化过程中被还原 -1NAD+在苹果酸的氧化过程被还原产生一个高能磷酸酯键（GTP）：从乙酰CoA的高能硫酯键转移到GDP而生成2分子的水被消耗 -1分子水消耗于柠檬酸合成时，水解开乙酰CoA的高能硫酯键 -1分子水消耗于延胡索酸的水合作用.五、柠檬酸循环的调控n柠檬酸循环可概括成来自两方面的调控：-柠檬酸循环本身所具有的内部相互制约系统的调节 -ADP、ATP和Ca2+对柠檬酸循环的调节n在柠檬酸循环中存在着3个不可逆反应，可能是潜在的调节部位，它们分别是由柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶催化的反应。的反应。.五、柠檬酸循环的调控n柠檬酸合成酶催化柠檬酸循环中第一步反应,在体外实验中,ATP抑制该酶,但在体内的抑制机制并没有确定。n哺乳动物的异柠檬酸脱氢酶受到Ca2和ADP的别构激活，而受到NADH的抑制。但在原核生物中，这个酶在蛋白激酶作用下，酶中的Ser残基磷酸化，结果使酶完全失活，有趣的是同样的蛋白激酶分子中的另一个结构域具有磷酸酶活性，可以催化磷酸Ser的去磷酸，重新激活异柠檬酸脱氢酶。异柠檬酸、草酰乙酸、丙酮酸和酵解的中间代谢物3-磷酸甘油酸别构激活该蛋白分子的磷酸酶活性，而抑制它的激酶活性。na-酮戊二酸脱氢酶复合物催化的反应类似于丙酮酸脱氢酶复合物催化的反应，两个复合物也很相似，但它们的调节特征却完全不同。Ca2与复合物中的E1结合，降低了酶对a-酮戊二酸的Km值，导致琥珀酰CoA形成速度的增加。在体外实验中，NADH和琥珀酰CoA是a-酮戊二酸脱氢酶复合物的抑制剂。.六、柠檬酸循环的双重作用.第三部分 戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径.一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway)磷酸戊糖途径主要是为细胞提供重要的代谢物核糖-5-磷酸和NADPH。产生的核糖-5-磷酸主要用于核酸的生物合成；而NADPH主要用于需要还原力的生物合成。戊糖磷酸途径在乳腺、肝脏等合成脂肪酸、胆固醇的组织最活跃。催化戊糖磷酸途径的所有酶都存在于胞液中。磷酸戊糖途径可以分为氧化阶段和非氧化阶段。葡萄糖-6-磷酸2NADP+H2O核糖-5-磷酸2NADPH2HCO2.一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway)n磷酸戊糖途径氧化阶段氧化阶段的第一个反应是，葡萄糖-6-磷酸脱氢转化成6-磷酸葡萄糖酸内酯，反应由葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（glucose-6-phosphate dehydroge-nase）催化，反应中NADP被还原生成NADPH。n这步反应是整个戊糖磷酸途径的主要调节部位，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶受NADPH的别构抑制。n通过这一简单调节，戊糖磷酸途径可以自我限制NADPH的生产。.一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway)n氧化阶段的第二个酶是葡萄糖酸内酯酶（gluconolactonase），它催化6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸，最后6-磷酸葡萄糖酸在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6-phospho-gluconate dehydrogenase）的作用下氧化脱羧生成核酮糖-5-磷酸、CO2和另一分子的NADPH。n氧化阶段的最重要的功能是提供NADPH。.一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway)n戊糖磷酸途径的非氧化阶段是一条转换途径，通过这个途径，氧化阶段产生的核酮糖-5-磷酸转换为糖酵解的中间产物果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。n在非氧化阶段，核酮糖-5-磷酸在差向异构酶和异构酶的催化下，转换为木酮糖-5-磷酸和核糖-5-磷酸。.一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway)然后木酮糖-5-磷酸和核糖-5-磷酸经转酮酶（transketolase）催化形成7碳产物景天庚酮糖-7-磷酸和3碳产物甘油醛-3-磷酸；这两种产物再经转醛酶（transaldolase）催化转换为果糖-6-磷酸和赤藓糖-4-磷酸，生成的赤藓糖-4-磷酸再与另一分子的木酮糖-5-磷酸经转酮酶催化生成果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。生成的果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸都是糖酵解的中间产物，可以进行分解代谢，也可以经糖异生途径生成葡萄糖。.一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway)戊糖磷酸途径反应速度的调控n戊糖磷酸途径阶段的第一步反应，即葡萄糖-6-磷酸脱氢酶催化的葡萄糖-6-磷酸的脱氢反应，实质上是不可逆的。n在生理条件下属于限速反应，是一个重要的调控点。n最重要的调控因子是NADP+的水平。.一、戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway)戊糖磷酸途径的生物学意义n戊糖磷酸途径是细胞产生还原力(NADPH)的主要途径,NADPH留在细胞溶胶而不进入呼吸链,是加氢反应氢的供体,是有机物合成的还原动力。n戊糖磷酸途径是细胞内不同结构糖分子的重要来源,并为各种单糖的相互转变提供条件:5-磷酸核糖是核酸合成中戊糖的来源,如ATP、CoA、NAD+、FAD、DNA、RNA等；提供各种三碳糖、四碳糖、五碳糖、六碳糖、七碳糖。.二、糖的其他代谢途径葡萄糖异生作用:葡萄糖异生作用(gluconeogenesis)。定义:以非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用。用以维持血糖浓度的恒定。糖异生和酵解两个过程中的许多中间代谢物是相同的，一些反应以及催化反应的酶也是一样的。但糖异生并非是糖酵解的逆转，其中由丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶和己糖激酶催化的三个高放能反应就是不可逆转的，需要消耗能量走另外途径，或由其它的酶催化，来克服这三个不可逆反应带来的能障。只要能绕开三个能量障碍就能使非糖物质转化为葡萄糖（其他反应是可逆的，因此糖异生差不多是糖酵解的逆近程）.二、糖的其他代谢途径葡糖异生对糖酵解的不可逆过程采取的迂回措施如下：1、迂回措施之一：丙酮酸通过草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸。分两步进行：在丙酮酸羧化酶（生物素作为辅基）的催化下，丙酮酸羧化生成草酰乙酸，反应消耗一分子的ATP。生物素是丙酮酸羧化所必需的。丙酮酸羧化酶催化的反应是不可逆反应，反应受乙酰CoA别构抑制。丙酮酸羧化生成的草酰乙酸经磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化生成磷酸烯醇式丙酮酸。这个脱羧反用GTP作为高能磷酰基的供体。在体内该反应是不可逆的。.二、糖的其他代谢途径迂回措施之二：磷酸烯醇式丙酮酸和果糖-1,6-二磷酸之间的糖异生反应都是糖酵解途径中相应反应的逆反应，但果糖-1,6-二磷酸不能再沿着酵解的逆反应生成果糖-6-磷酸，因为酵解中由果糖-6-磷酸生成果糖-1,6-二磷酸的反应是一个由磷酸果糖激酶1催化的不可逆反应。所以糖异生途径使用另一个果糖-1,6-二磷酸酶(fructose-1,6-bisphosphatase）催化果糖-1,6-二磷酸水解生成果糖-6-磷酸，反应释放出大量的自由能，反应也是不可逆的。迂回措施之三：在糖异生途径中，葡萄糖-6-磷酸水解为葡萄糖和无机磷酸则需要另一个葡萄糖-6-磷酸酶（glucose-6-phosphatase），葡萄糖-6-磷酸水解反应是不可逆的。.二、糖的其他代谢途径迂回措施之三迂回措施之二迂回措施之一.糖酵解和葡糖异生反应中的酶的差异糖酵解葡糖异生作用1已糖激酶葡萄糖-6-磷酸酶2磷酸果糖激酶果糖-1,6-二磷酸酶3丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶.二、糖的其他代谢途径葡糖异生需消耗4个额外的高能键。这4个额外的高能磷酸键的能量即用于将不可能逆行的确过程转变为可能通行的反应。2丙酮酸4ATP2GTP2NADH2H+6H2O葡萄糖4ADP2GDP6Pi2NAD.二、糖的其他代谢途径柠檬酸循环中所有的中间代谢产物都可以通过草酰乙酸脱羧形成丙酮酸而异生成糖。.二、糖的其他代谢途径氨基酸的异生途径.葡糖异生作用的调节葡糖异生作用和糖酵解作用有密切的相互协调关系。磷酸果糖激酶和果糖-1，6-二磷酸酶的调节丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶之间的调节.三、葡萄糖出入动物细胞的特殊运载机构葡萄糖出入细胞质膜是靠葡萄糖的特殊运送机构，称为葡萄糖运载蛋白（glucose trans-porter）。以红细胞为例：红细胞的跨膜运载蛋白往复进行着两种形式构象的变化。在一种构象状态下，这种运载蛋白与葡萄糖的结合部分面向细胞质膜的外面；另一构象状态下，其结合部位则面向质膜内面。已发现的葡萄糖运载蛋白命名为GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT4、GLUT5及GLUT7等（GLUT为glucose transporter缩写）。.四、乙醛酸途径(glyoxylate pathway)乙醛酸循环的名称来自循环中的一个2碳中间代谢物乙醛酸，这途径中存在于植物和微生物中。主要内容实际是通过乙醛酸途径使乙酰-CoA转变为草酰乙酸从而进入柠檬酸循环。乙醛酸循环可以说是柠檬酸循环的一个支路。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与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，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，而是沿着乙醛酸循环途径代谢。异柠檬酸首先在异柠檬酸裂解酶（isocitrate lyase）的催化下裂解生成乙醛酸和琥珀酸，其中乙醛酸在苹果酸合成酶（malate synthase）的催化下与乙酰CoA缩合生成4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，用于维持循环中间代谢物的浓度。.四、乙醛酸途径(glyoxylate pathway)2分子的乙酰-CoA进入TCA循环生成20个ATP2分子的乙酰-CoA进入乙醛酸循环生成6.5个ATP乙醛酸循环.四、乙醛酸途径(glyoxylate pathway)2乙酰CoA2NAD+Q草酰乙酸2CoASH2NADHQH22H+从总反应式可以看出，在乙醛酸循环中乙酰CoA中的碳原子并没有以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、微生物和酵母等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经乙醛酸循环能生成草酰乙酸。同样一些微生物可以在乙酸中生长也是由于这些微生物可以通过乙醛酸循环合成糖的前体。.第四部分 糖原分解和生物合成.第四部分 糖原分解和生物合成糖原(glycogen)和淀粉(starch)都是由葡萄糖分子而成的高聚物。糖原是动物细胞中葡萄糖的贮存形式。淀粉是植物体内贮存的多聚葡萄糖。葡聚糖中葡萄糖的连接形式有两种：-以（14）糖苷键相连接-在多糖分子的分支处，以（16）糖苷键的形式相连。.一、糖元的生物学意义糖元的生物学意义就在于它是贮存能量的、容易动员的多糖。糖元是葡萄糖的一种高效能的贮存形式，是生物体所需能量的贮存库。.二、糖原的降解(glycogen breakdown)糖原的降解是从非还原端开始的，在糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase）催化糖原磷酸解下，从原来的糖原除去一个葡萄糖残基，同时生成一个磷酸酯-D-葡萄糖-1-磷酸。糖原分解主要是磷酸解，非水解。.二、糖原的降解(glycogen breakdown)糖原磷酸化酶可以从糖原的非还原端连续地进行磷酸解,直至距-1,6糖苷键的分支点还剩下4个葡萄糖单位时停止，剩下的底物称为极限糊精。极限糊精可以在糖原去分支酶的作用下进一步降解。去分支酶具有葡聚糖转移酶和淀粉-1,6-葡糖苷酶两种催化活性。葡聚糖转移酶催化支链上的3个葡萄糖残基转移到糖原分子的一个游离的4端上，形成一个新的-1,4糖苷键，而淀粉-1,6-葡糖苷酶催化转移后剩下的-1,6糖苷键连接的葡萄糖残基的水解，释放出一分子的葡萄糖。.二、糖原的降解(glycogen breakdown)糖原在体内的去路.三、糖原的生物合成在动物中，葡萄糖通过血液运输进入细胞后，需要经几步催化反应，转化为UDP-葡萄糖，才能结合到糖原上。糖原合成需要一个至少含有4个葡萄糖基的引物。植物和某些细菌合成淀粉或糖原时，使用的底物是ADP-葡萄糖，而不是UDP-葡萄糖。淀粉-(1,41,6)-转葡糖苷酶可以进一步催化糖原支链的形成。.三、糖原的生物合成葡萄糖基加到糖原非还原端.三、糖原的生物合成.The End.