第八版生物化学与分子生物学糖代谢课件.ppt

n糖的化学糖的化学糖糖(carbohydrates)(carbohydrates)即碳水化合物，即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。其衍生物或多聚物。糖的概念糖的概念1. 为生命活动提供能源和碳源为生命活动提供能源和碳源如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。核苷等物质的原料。3. 作为机体组织细胞的组成成分作为机体组织细胞的组成成分这是糖的主要生理功能。这是糖的主要生理功能。2. 其他物质的原料其他物质的原料如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。糖代谢的概况糖代谢的概况分解、储存、合成分解、储存、合成 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 H2O及及CO2 乳酸乳酸 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 核糖核糖 + + NADPH+H+淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收 ATP 第一节第一节糖的消化吸收与转运糖的消化吸收与转运Digestion, absorption and transportation of Carbohydrates 一、糖消化后以单体形式吸收一、糖消化后以单体形式吸收 n糖的消化糖的消化人类食物中的糖主要有植物淀粉、动人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。等，其中以淀粉为主。 消化部位：消化部位： 主要在小肠，少量在口腔。主要在小肠，少量在口腔。食物中含有的大量纤维素，因人体食物中含有的大量纤维素，因人体内无内无 - -糖苷酶而不能对其分解利用，但却糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。所必需。淀粉淀粉麦芽糖麦芽糖+ +麦芽三糖麦芽三糖（40%40%） （25%25%）- -临界糊精临界糊精+ +异麦芽糖异麦芽糖 （30%30%） （5%5%）葡萄糖葡萄糖唾液中的唾液中的- -淀粉酶淀粉酶- -葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶- -临界糊精酶临界糊精酶消化过程：消化过程： 肠粘膜肠粘膜上皮细胞上皮细胞刷状缘刷状缘口腔口腔肠腔肠腔胰液中的胰液中的- -淀粉酶淀粉酶乳糖乳糖蔗糖蔗糖葡萄糖葡萄糖 果糖果糖半乳糖半乳糖乳糖酶乳糖酶 蔗糖酶蔗糖酶n糖的吸收糖的吸收 吸收部位：小肠上段吸收部位：小肠上段 吸收形式：单糖吸收形式：单糖 ADP+Pi ATP G Na+ K+ Na+泵泵小肠粘膜细胞小肠粘膜细胞肠腔肠腔门静脉门静脉 吸收机制：吸收机制：Na+依赖型葡萄糖转运体依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter, SGLT)刷状缘刷状缘细胞内膜细胞内膜葡萄糖被小肠黏膜细胞吸收后经门静脉进葡萄糖被小肠黏膜细胞吸收后经门静脉进入血循环，供身体各组织利用。肝对于维持血入血循环，供身体各组织利用。肝对于维持血糖稳定发挥关键作用。当血糖较高时，肝通过糖稳定发挥关键作用。当血糖较高时，肝通过糖原合成和分解葡萄糖来降低血糖；当血糖较糖原合成和分解葡萄糖来降低血糖；当血糖较低时，肝通过糖原分解和糖异生来升高血糖。低时，肝通过糖原分解和糖异生来升高血糖。n葡萄糖转运进入细胞葡萄糖转运进入细胞 这一过程依赖于葡萄糖转运体这一过程依赖于葡萄糖转运体(glucose transporter，GLUT)。二、细胞摄取葡萄糖需要转运体二、细胞摄取葡萄糖需要转运体小肠肠腔小肠肠腔肠粘膜上皮细胞肠粘膜上皮细胞门静脉门静脉肝脏肝脏体循环体循环 SGLT各种组织细胞各种组织细胞GLUT第二节第二节糖的无氧分解糖的无氧分解Glycolysis一分子葡萄糖在胞液中可裂解为两分子丙酮酸，一分子葡萄糖在胞液中可裂解为两分子丙酮酸，是葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径，是葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径，称为糖酵解（称为糖酵解（glycolysis）。）。 在不能利用氧或氧供应不足时，人体将丙酮酸在在不能利用氧或氧供应不足时，人体将丙酮酸在胞液中还原生成乳酸，称为乳酸发酵（胞液中还原生成乳酸，称为乳酸发酵（lactic acid fermentation）。）。在某些植物和微生物中，丙酮酸可转变为乙醇和在某些植物和微生物中，丙酮酸可转变为乙醇和二 氧 化 碳 ， 称 为 乙 醇 发 酵 （二 氧 化 碳 ， 称 为 乙 醇 发 酵 （ e t h a n o l fermentation）。）。 一、糖无氧氧化反应过程分为糖酵一、糖无氧氧化反应过程分为糖酵解和乳酸生成两个阶段解和乳酸生成两个阶段 第一阶段：糖酵解第一阶段：糖酵解 第二阶段：乳酸生成第二阶段：乳酸生成 糖无氧氧化的反应部位：胞液。糖无氧氧化的反应部位：胞液。n葡萄糖不利用氧的分解过程分为两个阶段：葡萄糖不利用氧的分解过程分为两个阶段：葡萄糖磷酸化为葡糖葡萄糖磷酸化为葡糖-6-磷酸磷酸 ATP ADPMg2+ 己糖激酶(hexokinase)Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖葡萄糖 O CH2HO H HOOHH OH H OH H H葡糖葡糖-6-磷酸磷酸 (glucose-6-phosphate, G-6-P)P P O CH2OH HOOHH OH H OH H H 哺乳类动物体内已发现有哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工种己糖激酶同工酶，分别称为酶，分别称为至至型。肝细胞中存在的是型。肝细胞中存在的是型，称为葡萄糖激酶型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。 它的特点是：对葡萄糖的亲和力很低；它的特点是：对葡萄糖的亲和力很低；受激素调控，对葡糖受激素调控，对葡糖-6-磷酸的反馈抑制磷酸的反馈抑制并不敏感。并不敏感。 它这些特性使葡萄糖激酶对于肝维持血糖它这些特性使葡萄糖激酶对于肝维持血糖稳定至关重要，只有当血糖显著升高时，稳定至关重要，只有当血糖显著升高时，肝才会加快对葡萄糖的利用，起到缓冲血肝才会加快对葡萄糖的利用，起到缓冲血糖水平的调节作用。糖水平的调节作用。葡糖葡糖-6-磷酸转变为磷酸转变为 果糖果糖-6-磷酸磷酸己糖异构酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸葡糖葡糖-6-磷酸磷酸 P P O CH2OH HOOHH OH H OH H H果糖果糖-6-磷酸磷酸 (fructose-6-phosphate, F-6-P)果糖果糖-6-磷酸转变为果糖磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸二磷酸 ATP ADP Mg2+ 磷酸果糖激酶-1GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸l磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1(phosphfructokinase-1)果糖果糖-6-磷酸磷酸 果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P)CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHP PP P果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸 果糖果糖-1,6-二磷酸裂解成二磷酸裂解成2分子磷酸丙分子磷酸丙糖糖 醛缩酶醛缩酶(aldolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 +CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P POCH2OHCOCH2POCH2P PO磷酸二羟丙酮转变为磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase)3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 CH2OHCOCH2POCH2P PO3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO1,3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸 O=CCOHCH2POP POP POADP ATP 磷酸甘油酸激酶 (phosphoglycerate kinase) GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸这种这种ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称为 底 物 水 平 磷 酸 化为 底 物 水 平 磷 酸 化 ( s u b s t r a t e l e v e l phosphorylation) 。1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸O=CCOHCH2POP POP PO3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸COOHCOHCH2POP PO 3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCCH2POP POOHOH 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸烯醇化酶(enolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2- 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸COOHCCH2POP POOHOH+ H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP)COOHCCH2P POADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶(pyruvate kinase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸基转磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸基转移给移给ADP生成生成ATP和丙酮酸和丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸COOHCCH2P PO丙酮酸丙酮酸COOHC=OCH3在糖酵解产能阶段的在糖酵解产能阶段的5 5步反应中，步反应中，2 2分分子磷酸丙糖经两次底物水平磷酸化转变成子磷酸丙糖经两次底物水平磷酸化转变成2 2分子丙酮酸，总共生成分子丙酮酸，总共生成4 4分子分子ATPATP。（二）丙酮酸被还原为乳酸（二）丙酮酸被还原为乳酸反应中的反应中的NADH+H+ 来自于上述第来自于上述第6步反步反应中的应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。磷酸甘油醛脱氢反应。丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase, LDH) NADH + H+ NAD+ COOHCHOHCH3COOHC=OCH3E1:己糖激酶己糖激酶 E2:磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1E3: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+ 乳乳 酸酸 糖的无氧氧化糖的无氧氧化GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2PATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸E2E1E3NADH+H+ 图图6-1 6-1 糖的无氧氧化糖的无氧氧化n糖酵解小结糖酵解小结反应部位：胞浆；反应部位：胞浆；糖酵解是一个不需氧的产能过程；糖酵解是一个不需氧的产能过程；反应全过程中有三步不可逆的反应：反应全过程中有三步不可逆的反应：G G-6-P ATP ADP 己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶-1 ADP ATP PEP 丙酮酸 丙酮酸激酶 产能的方式和数量产能的方式和数量方式：底物水平磷酸化方式：底物水平磷酸化净生成净生成ATP数量：从数量：从G开始开始 22-2= 2ATP从从Gn开始开始 22-1= 3ATP终产物乳酸的去路终产物乳酸的去路释放入血，进入肝脏再进一步代谢：释放入血，进入肝脏再进一步代谢：分解利用分解利用 乳酸循环（糖异生）乳酸循环（糖异生）二、糖酵解的调控是对二、糖酵解的调控是对3个关键酶个关键酶活性的调节活性的调节关键酶关键酶 己糖激酶己糖激酶 果糖果糖-6-磷酸激酶磷酸激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 调节方式调节方式 别构调节别构调节 共价修饰调节共价修饰调节 （一）（一）磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1对调节糖酵解对调节糖酵解速率最速率最重要重要n别构调节别构调节别构激活剂别构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P别构抑制剂别构抑制剂：柠檬酸：柠檬酸; ATP（高浓度）（高浓度）ATP对磷酸果糖激酶对磷酸果糖激酶-1的调节：的调节：ATP结合位点结合位点调节效应调节效应活性中心底物结合部位（低浓度时）活性中心底物结合部位（低浓度时）激活激活活性中心外别构调节部位（高浓度时）活性中心外别构调节部位（高浓度时）抑制抑制l果糖果糖-2,6-二磷酸是磷酸果糖激酶二磷酸是磷酸果糖激酶-1最强的别最强的别构激活剂；构激活剂；l其作用是与其作用是与AMP一起取消一起取消ATP、柠檬酸对磷、柠檬酸对磷酸果糖激酶酸果糖激酶-1的变构抑制作用。的变构抑制作用。果糖果糖-2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶二磷酸对磷酸果糖激酶-1的调节的调节：F-6-P F-1,6-2P ATP ADP PFK-1磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 Pi PKA ATP ADP Pi 胰高血糖素胰高血糖素 ATP cAMP 活化活化 F-2,6-2P +/+AMP +柠檬酸柠檬酸 AMP +柠檬酸柠檬酸 PFK-2（有活性）（有活性）FBP-2（无活性）（无活性）磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2 PFK-2（无活性）（无活性）FBP-2（有活性）（有活性）PP果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-2 （二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的（二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点调节点n别构调节别构调节 别构抑制剂：别构抑制剂：ATP, 丙氨酸丙氨酸 别构激活剂：别构激活剂：1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖n共价修饰调节共价修饰调节丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATP ADP Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶（无活性无活性） （有活性有活性）胰高血糖素胰高血糖素 PKA, CaM激酶激酶PPKA：蛋白激酶蛋白激酶A (protein kinase A)CaM：钙调蛋白钙调蛋白（三）己糖激酶受到反馈抑制调节（三）己糖激酶受到反馈抑制调节 葡糖葡糖-6-磷酸可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄磷酸可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。糖激酶不受其抑制。 长链脂肪酰长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。可别构抑制肝葡萄糖激酶。 胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进酶的合成。酶的合成。 三、糖无氧氧化的主要生理意义是机三、糖无氧氧化的主要生理意义是机体不利用氧快速供能体不利用氧快速供能 糖无氧氧化最主要的生理意义在于迅速提供能量，糖无氧氧化最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌收缩更为重要。这对肌收缩更为重要。 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。 无线粒体的细胞，如：红细胞 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞乳酸酵解时，乳酸酵解时，1mol葡萄糖可经底物水平磷酸化生葡萄糖可经底物水平磷酸化生成成4molATP，在葡萄糖和果糖，在葡萄糖和果糖-6-磷酸磷酸化时消磷酸磷酸化时消耗耗2molATP，故净生成，故净生成2molATP。四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物 除葡萄糖外，其他己糖如果糖、半乳糖和甘除葡萄糖外，其他己糖如果糖、半乳糖和甘露糖也都是重要的能源物质，它们可转变成糖酵露糖也都是重要的能源物质，它们可转变成糖酵解的中间产物磷酸己糖而进入糖酵解提供能量解的中间产物磷酸己糖而进入糖酵解提供能量果糖果糖( (肌肉肌肉) )己糖激酶己糖激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP丙酮酸丙酮酸半乳糖半乳糖* *1- 1-磷酸半乳糖磷酸半乳糖葡糖葡糖-1-1-磷酸磷酸半乳糖激酶半乳糖激酶变位酶变位酶甘露糖甘露糖甘露糖甘露糖-6-6-磷酸磷酸己糖激酶己糖激酶变位酶变位酶除葡萄糖外，其它己糖也可除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。转变成磷酸己糖而进入酵解途径。 半乳糖血症半乳糖血症果糖果糖( (肝肝) ) *果糖激酶果糖激酶（一）果糖被磷酸化后进入糖酵解（一）果糖被磷酸化后进入糖酵解果糖是膳食中一个重要的燃料来源。果糖是膳食中一个重要的燃料来源。果糖的代谢一部分在肝，一部分被周围组织果糖的代谢一部分在肝，一部分被周围组织主要为肌和脂肪组织摄取。但这两部分代谢主要为肌和脂肪组织摄取。但这两部分代谢的途径不同。的途径不同。n果糖在肌和脂肪组织中的代谢果糖在肌和脂肪组织中的代谢果糖果糖果糖果糖-6-磷酸磷酸己糖激酶己糖激酶循糖酵解循糖酵解途径分解途径分解合成糖原合成糖原（肌）（肌）n果糖在肝中的代谢果糖在肝中的代谢果糖果糖1-磷酸果糖磷酸果糖果糖果糖激酶激酶1-磷酸果糖醛缩酶磷酸果糖醛缩酶 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮甘油醛甘油醛丙糖激酶丙糖激酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛循糖酵解途径分循糖酵解途径分解或合成糖原解或合成糖原果糖不耐症（果糖不耐症（fructose intolerance）是一种遗传病。）是一种遗传病。其病因为缺乏其病因为缺乏B型醛缩酶，进食果糖会引起型醛缩酶，进食果糖会引起1-磷酸磷酸果糖堆积，大量消耗肝中磷酸的储备，进而使果糖堆积，大量消耗肝中磷酸的储备，进而使ATP浓度下降，从而加速糖无氧氧化，导致乳酸浓度下降，从而加速糖无氧氧化，导致乳酸酸中毒和餐后低血糖。这种病症常表现为自我限酸中毒和餐后低血糖。这种病症常表现为自我限制，强烈地厌恶甜食制，强烈地厌恶甜食。（二）半乳糖转变为（二）半乳糖转变为葡萄葡萄-1-磷酸磷酸进入糖酵解进入糖酵解图图6-3 6-3 半乳糖的代谢半乳糖的代谢半乳糖血症（半乳糖血症（galactosemia）是一种遗传性疾病，）是一种遗传性疾病，表现为半乳糖不能转变成葡萄糖。其原因是缺乏表现为半乳糖不能转变成葡萄糖。其原因是缺乏半乳糖半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶，使磷酸尿苷酰转移酶，使1-磷酸半乳糖生磷酸半乳糖生成成UDP-半乳糖的过程受阻，导致有毒副产物的积半乳糖的过程受阻，导致有毒副产物的积累。例如，血液中高浓度的半乳糖使眼睛晶状体累。例如，血液中高浓度的半乳糖使眼睛晶状体中半乳糖含量增加，并还原为半乳糖醇，晶状体中半乳糖含量增加，并还原为半乳糖醇，晶状体中这种糖醇的存在最终导致白内障的形成（晶状中这种糖醇的存在最终导致白内障的形成（晶状体混浊）。体混浊）。（三）甘露糖转变为（三）甘露糖转变为果糖果糖-6-磷酸磷酸进入糖酵解进入糖酵解图图6-4 6-4 甘露糖的代谢甘露糖的代谢第三节第三节糖的有氧氧化糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate机体利用氧将葡萄糖彻底氧化成机体利用氧将葡萄糖彻底氧化成H2O和和CO2的反应过程，称为糖的有氧氧化的反应过程，称为糖的有氧氧化(aerobic oxidation) 。是体内糖分解供能。是体内糖分解供能的主要方式。的主要方式。葡萄糖有氧氧化概况葡萄糖有氧氧化概况一、糖的有氧氧化分为三个阶段一、糖的有氧氧化分为三个阶段第一阶段：糖酵解第一阶段：糖酵解 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第三阶段：柠檬酸循环第三阶段：柠檬酸循环 G（Gn）氧化磷酸化氧化磷酸化丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoACO2NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADPTAC循环循环 胞液胞液线粒体线粒体（一）葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸（一）葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 n 总反应式: （二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA n 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体的组成的组成E1：丙酮酸脱氢酶：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶：二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+TPP 硫辛酸（硫辛酸（ )HSCoAFAD, NAD+SSL酶酶辅酶辅酶在哺乳类动物细胞中，丙酮酸脱氢酶复合体由在哺乳类动物细胞中，丙酮酸脱氢酶复合体由60个转乙酰酶组成核心，周围排列着个转乙酰酶组成核心，周围排列着12个丙酮酸脱个丙酮酸脱氢酶和氢酶和6个二氢硫辛酰胺脱氢酶。个二氢硫辛酰胺脱氢酶。参与反应的辅酶有硫胺素焦磷酸酯（参与反应的辅酶有硫胺素焦磷酸酯（TPP）、硫）、硫辛酸、辛酸、FAD、NAD+ 和和CoA。其中硫辛酸是带有二硫键的八碳羧酸，通过与转其中硫辛酸是带有二硫键的八碳羧酸，通过与转乙酰酶的赖氨酸残基的乙酰酶的赖氨酸残基的-氨基相连，形成与酶结氨基相连，形成与酶结合的硫辛酰胺而成为酶的柔性长臂，可将乙酰基合的硫辛酰胺而成为酶的柔性长臂，可将乙酰基从酶复合体的一个活性部位转到另一个活性部位。从酶复合体的一个活性部位转到另一个活性部位。 n 丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP，由丙酮酸脱氢酶，由丙酮酸脱氢酶催化催化(E1)。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛催化形成乙酰硫辛酰胺酰胺-E2。3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰催化生成乙酰CoA, 同同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。个巯基。4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给脱氢，同时将氢传递给FAD。5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将催化下，将FADH2上上的的H转移给转移给NAD+，形成，形成NADH+H+。CO2 CoASHNAD+NADH+H+5. NADH+H+的生成的生成1. -羟乙基羟乙基-TPP的生成的生成 2.乙酰硫辛酰乙酰硫辛酰胺的生成胺的生成 3.乙酰乙酰CoA的生成的生成4. 硫辛酰胺的生成硫辛酰胺的生成 （三）乙酰（三）乙酰CoA进入柠檬酸循环以及氧化磷酸进入柠檬酸循环以及氧化磷酸化生成化生成ATP柠檬酸循环的第一步是乙酰柠檬酸循环的第一步是乙酰CoA与草酰乙酸缩合与草酰乙酸缩合成成6个碳原子的柠檬酸，然后柠檬酸经过一系列反个碳原子的柠檬酸，然后柠檬酸经过一系列反应重新生成草酰乙酸，完成一轮循环。应重新生成草酰乙酸，完成一轮循环。经过一轮循环，乙酰经过一轮循环，乙酰CoA的的2个碳原子被氧化成个碳原子被氧化成CO2；在循环中有；在循环中有1次底物水平磷酸化，可生成次底物水平磷酸化，可生成1分子分子ATP；有；有4次脱氢反应，氢的接受体分别为次脱氢反应，氢的接受体分别为NAD+或或FAD，生成，生成3分子分子NADH+H+和和1分子分子FADH2。它们既是柠檬酸循环中的脱氢酶的辅酶，又是电它们既是柠檬酸循环中的脱氢酶的辅酶，又是电子传递链的第一个环节。子传递链的第一个环节。电子传递链是由一系列氧化还原体系组成，它们电子传递链是由一系列氧化还原体系组成，它们的功能是将的功能是将H+或电子依次传递至氧，生成水。或电子依次传递至氧，生成水。在在H+/电子沿电子传递链传递过程中能量逐步释放，电子沿电子传递链传递过程中能量逐步释放，同时伴有同时伴有ADP磷酸化成磷酸化成ATP，即氧化与磷酸化反，即氧化与磷酸化反应是偶联在一起的，称为氧化磷酸化。应是偶联在一起的，称为氧化磷酸化。柠檬酸循环也称为三羧酸循环柠檬酸循环也称为三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TCA cycle) ，是由线粒体内一系列酶，是由线粒体内一系列酶促反应构成的循环反应系统。因为该学说由促反应构成的循环反应系统。因为该学说由Krebs正式提出，亦称为正式提出，亦称为Krebs循环。循环。二、柠檬酸循环是以形成柠檬酸为二、柠檬酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统起始物的循环反应系统n概述概述n反应部位：反应部位：线粒体线粒体（一）柠檬酸循环由八步反应组成（一）柠檬酸循环由八步反应组成乙酰乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸与草酰乙酸缩合成柠檬酸 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸 异柠檬酸氧化脱羧转变为异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸酮戊二酸 -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 琥珀酰琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应合成酶催化底物水平磷酸化反应 琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢生成延胡索酸 延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸加水生成苹果酸 苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸 1. 乙酰乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸与草酰乙酸缩合成柠檬酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A（acetyl CoA）与草酰乙酸）与草酰乙酸（oxaloacetate）缩合成柠檬酸（）缩合成柠檬酸（citrate） 反应由反应由催化催化2.柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸 此反应是由催化的异构化反应由两步反应构成，（1）：脱水反应 （2）：水合反应3.异柠檬酸氧化脱羧转变为异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸异柠檬酸在作用下，氧化脱羧而转变成 - -酮戊二酸酮戊二酸（ - Ketoglutarate）4. -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 在催化下-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA)；该脱氢酶复合体的组成及催化过程与丙酮酸脱氢酶复合体类似。5.琥珀酰琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应合成酶催化底物水平磷酸化反应 在催化下，琥珀酰CoA的高能硫酯键水解与GDP磷酸化偶联，生成琥珀酸、GTP和辅酶A。这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢生成延胡索酸 此步反应由催化，其辅酶是FAD，是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。7.延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸加水生成苹果酸8. 苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸催化此步反应，辅酶是NAD+。CoASHNADH+H+NAD+NAD+NADH+H+FADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸梅顺乌头酸梅异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶经过一次柠檬酸循环，经过一次柠檬酸循环，l消耗一分子乙酰消耗一分子乙酰CoA；l经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化；经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化；l生成生成1分子分子FADH2，3分子分子NADH+H+，2分子分子CO2， 1分子分子GTP；l关键酶有：柠檬酸合酶，关键酶有：柠檬酸合酶，-酮戊二酸脱氢酶复合酮戊二酸脱氢酶复合体，体， 异柠檬酸脱氢酶。异柠檬酸脱氢酶。 整个循环反应为不可逆反应。整个循环反应为不可逆反应。 柠檬酸循环的要点：柠檬酸循环的要点：柠檬酸循环中间产物起催化剂的作用，柠檬酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过柠檬酸循环本身无量的变化，不可能通过柠檬酸循环直接从乙酰直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或柠檬酸循环合成草酰乙酸或柠檬酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在中其他产物，同样中间产物也不能直接在柠檬酸循环中被氧化为柠檬酸循环中被氧化为CO2及及H2O。 柠檬酸循环的中间产物柠檬酸循环的中间产物：表面上看来，柠檬酸循环运转必不可少的草酰表面上看来，柠檬酸循环运转必不可少的草酰乙酸在柠檬酸循环中是不会消耗的，它可被反复利乙酸在柠檬酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。实际上：用。实际上：例如：例如： 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 柠檬酸柠檬酸 脂肪酸脂肪酸 琥珀酰琥珀酰CoA 卟啉卟啉 .机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TCA循环中的某些中间代谢物能够转变合成其他循环中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。 .机体糖供不足时，可能引起机体糖供不足时，可能引起TCA循环运转障碍，循环运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰进一步生成乙酰CoA进入进入TAC氧化分解。氧化分解。 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸脱羧酶草酰乙酸脱羧酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 苹果酸苹果酸 苹果酸酶苹果酸酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 NAD+ NADH + H+ 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。草酰乙酸草酰乙酸 乙酰乙酰CoA CO2 NADH+H+ NAD+ -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 草酰乙酸的来源如下：草酰乙酸的来源如下：（三）柠檬酸循环在三大营养物质代谢中（三）柠檬酸循环在三大营养物质代谢中具有重要生理意义具有重要生理意义柠檬酸循环是三大营养物质分解产能的共柠檬酸循环是三大营养物质分解产能的共同通路同通路 。 柠檬酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系柠檬酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽的枢纽。H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同的同时时ADP偶联磷酸化生成偶联磷酸化生成ATP。NADH+H+ H2O、2.5ATP O H2O、1.5ATP FADH2 O 反反 应应辅辅 酶酶最终获得最终获得ATPATP第一阶段（胞浆）第一阶段（胞浆）葡萄糖葡萄糖葡糖葡糖-6-磷酸磷酸-1果糖果糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸-1 23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2NADH3或或5*21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸磷酸甘油酸22磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸丙酮酸2第二阶段（线粒体基质）第二阶段（线粒体基质）2丙酮酸丙酮酸2乙酰乙酰CoA2NADH5第三阶段（线粒体基质）第三阶段（线粒体基质）2异柠檬酸异柠檬酸2-酮戊二酸酮戊二酸2-酮戊二酸酮戊二酸2琥珀酰琥珀酰CoA2琥珀酰琥珀酰CoA2琥珀酸琥珀酸2琥珀酸琥珀酸2延胡索酸延胡索酸2苹果酸苹果酸2草酰乙酸草酰乙酸2NADH2NADH2FADH2 2NADH55235由一个葡糖糖总共获得由一个葡糖糖总共获得30或或32* 获得获得ATP的数量取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制的数量取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制 糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用，所以能量的利用率也高。率也高。四、糖有氧氧化的调节四、糖有氧氧化的调节关关键键酶酶 酵解途径：酵解途径： 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环：三羧酸循环：己糖激酶己糖激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1柠檬酸合酶柠檬酸合酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶（一）（一）丙酮酸脱氢酶复合体的调节丙酮酸脱氢酶复合体的调节 别构调节别构调节别构抑制剂：乙酰别构抑制剂：乙酰CoA；NADH；ATP别构激活剂：别构激活剂：AMP；ADP；NAD+乙酰乙酰CoA / HSCoA 或或 NADH / NAD+ 时，时，其活性也受到抑制。这两种情况见于饥饿、大量其活性也受到抑制。这两种情况见于饥饿、大量脂酸被动员利用时，这时糖的有氧氧化被抑制，脂酸被动员利用时，这时糖的有氧氧化被抑制，大多数组织器官利用脂酸作为能量来源以确保脑大多数组织器官利用脂酸作为能量来源以确保脑等重要组织对葡萄糖的需要。等重要组织对葡萄糖的需要。 共价修饰调节共价修饰调节乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 琥珀酰琥珀酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸异柠檬酸 苹果酸苹果酸 NADH FADH2 GTP ATP 异柠檬酸异柠檬酸 脱氢酶脱氢酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶 -酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶复合体脱氢酶复合体 ATP +ADP ADP +ATP 柠檬酸柠檬酸 琥珀酰琥珀酰CoA NADH 琥珀酰琥珀酰CoA NADH +Ca2+ Ca2+ ATP、ADP的影响的影响 产物堆积引起抑制产物堆积引起抑制 循环中后续反应循环中后续反应中间产物别位反馈抑中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶制前