作者 : 赵晶单位 : 空军军医大学 第五章 糖代谢-1 Metabolism of Carbohydrates 目录 第一节 糖的摄取与利用 第二节 糖的无氧氧化 第三节 糖的有氧氧化 第四节 磷酸戊糖途径 重点难点 熟悉 了解 掌握 糖酵解和无氧氧化的概念、亚细胞定位、主要步骤、关键 酶、重要中间产物和生理意义；糖有氧氧化的概念、亚细胞 定位、主要步骤、关键酶、重要中间产物和生理意义；磷酸 戊糖途径的概念、亚细胞定位、关键酶、重要产物和生理意 义 巴斯德效应的概念和生理意义；糖酵解关键酶的调节；糖有 氧氧化关键酶的调节；磷酸戊糖途径关键酶的调节；其他单 糖进行糖酵解的方式 糖的消化吸收过程和糖代谢概况；Warburg效应的概念和生 理病理意义；蚕豆病的发病机制 糖的摄取与利用 第一节 The Uptake and Utilization of of Carbohydrates 1. 糖主要在小肠中消化 一、糖消化后以单体形式吸收 淀粉 麦芽糖+麦芽三糖 （主要） α-极限糊精+异麦芽糖 （少部分） 葡萄糖 唾液α-淀粉酶 α-糖苷酶α-极限糊精酶 肠黏膜刷状缘 口腔 肠腔 胰液α-淀粉酶 2. 单糖吸收入血依赖SGLT Na+依赖型葡糖转运蛋白 （Na+-dependent glucose transporter, SGLT） 小肠肠腔肠黏膜上皮细胞门静脉肝体循环 SGLT 这一SGLT依赖的吸收过程主动耗能 二、细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白 （glucose transporter，GLUT） 体循环各组织细胞 葡糖转运蛋白 分 布Km功 能 GLUT1红细胞、脑、肾、结肠等1 mM葡萄糖的恒定摄取 GLUT2肝、胰腺β细胞15~20 mM在肝，从血液移走多余的葡萄糖 ； 在胰腺，调节胰岛素分泌 GLUT3脑、肾等1 mM葡萄糖的恒定摄取 GLUT4心肌、骨骼肌、脂肪组织5 mM胰岛素促进其葡萄糖摄取 GLUT5小肠—葡萄糖吸收 几种葡糖转运蛋白的比较 三、体内糖代谢涉及分解、储存和合成三方面 糖酵解 丙酮酸 有氧氧化 无氧氧化 H2O及CO2 乳酸 糖异生 乳酸、氨基酸、甘油 糖原 肝糖原分解 糖原合成 磷酸戊糖途径 核糖 + NADPH 淀粉 消化与吸收 ATP 葡萄糖 糖的无氧氧化 第二节 Anaerobic Oxidation of Carbohydrates 糖无氧氧化的概念： 缺氧时，葡萄糖在胞质中生成乳酸并释放出少量 ATP 一、糖的无氧氧化分两阶段 糖酵解（glycolysis） 乳酸生成 （一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸 葡萄糖 1. 葡萄糖磷酸化为葡糖-6-磷酸 葡糖-6-磷酸 （glucose-6-phosphate, G-6-P ） ATP ADP Mg2+ 己糖激酶 （hexokinase） O CH2HO H HO OH H OH H OH H H P P O CH2O H HO OH H OH H OH H H 己糖激酶 （hexokinase, HK）葡糖激酶（glucokinase, GK） 存在部位 肝外组织 肝 对葡萄糖的Km0.1 ~0.2 mmol/L 10 mmol/L 调节受葡糖-6-磷酸反馈抑制 受胰岛素诱导 己糖激酶与葡糖激酶的比较 2. 葡糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸 果糖-6-磷酸 （fructose-6-phosphate, F-6-P） 己糖异构酶 葡糖-6-磷酸 P P O CH 2 O H HO OH H OH H OH H H O HOH CH2OH P P CH 2 O OH H HO H 3. 果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸 ATP ADP Mg2+ 磷酸果糖激酶-1 （phosphfructokinase-1, PFK-1 ） 果糖-1,6-二磷酸 （fructose-1,6-bisphosphate, F-1,6-BP） O HOH CH2OH P P CH 2 O OH H HO H O HOH CH2O P P CH 2 O OH H HO H P P 果糖-6-磷酸 果糖-1,6-二磷酸 4. 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 醛缩酶 (aldolase) 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 + CH 2O HO C C C C CH 2O O H OH OH H H P P P P CH 2OH CO CH 2P OCH 2P P O CHO CHOHCHOHOH CH 2P OCH 2P P O 5. 磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛 磷酸丙糖异构酶 （phosphotriose isomerase） 3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 CH 2OH CO CH 2P OCH 2P P O CHO CHOHCHOHOH CH 2P OCH 2P P O 6. 磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸 Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛脱氢酶（ glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase） 3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 CHO CHOHCHOHOH CH 2P OCH 2P P O O=C COH CH 2P OP PO P PO 7. 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 （ phosphoglycerate kinase） 底物水平磷酸化 （substrate-level phosphorylation）： ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与高能化合物的高能键水解直接 相偶联的产能方式 1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸 O=C COH CH 2P OP PO P POCOOH COH CH 2P OP PO 8. 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） 3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸 COOH COH CH 2P OP PO COOH C CH 2 POP PO OHOH 9. 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶 （enolase） 2-磷酸甘油酸 + H2O 磷酸烯醇式丙酮酸 （ phosphoenolpyruvate, PEP） COOH C CH 2 POP PO OHOH COOH C CH 2 P PO ADP ATP K+ Mg2+ 丙酮酸激酶 （pyruvate kinase） 10. 磷酸烯醇式丙酮酸经底物水平磷酸化生成ATP和丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸 COOH C CH 2 P PO COOH C=O CH 3 （二）丙酮酸被还原为乳酸 NADH+H+ 来自于上述第6步反应中的3-磷酸甘油醛的脱氢反应 丙酮酸 乳酸 乳酸脱氢酶 （Lactate dehydrogenase, LDH） NADH + H+NAD+ COOH C=O CH 3 COOH CHOH CH 3 糖的无氧氧化全过程 二、糖酵解的流量调节取决于3个关键酶活性 关键酶 变构激活剂变构抑制剂激素调节 磷酸果糖激酶-1 （最重要） AMP、ADP、果糖-1,6-二磷酸、 果糖-2,6-二磷酸（最强激活剂） ATP、柠檬酸受胰高血糖素抑制 丙酮酸激酶果糖-1,6-二磷酸、丙氨酸（肝）ATP受胰高血糖素抑制 己糖激酶 葡糖-6-磷酸 葡糖激酶（肝） 长链脂酰CoA受胰岛素诱导合成 糖酵解关键酶的调节 果糖-6-磷酸 果糖-1,6-二磷酸 ATP ADP 磷酸果糖激酶-1 磷蛋白磷酸酶 蛋白激酶A ATP ADP Pi 胰高血糖素 ATP cAMP 活化 果糖-2,6-二磷酸 + + + –/+ AMP + 柠檬酸 – – AMP + 柠檬酸 – – 磷酸果糖激酶-2 （有活性） 果糖二磷酸酶-2 （无活性） 磷酸果糖激酶-2 （无活性） 果糖二磷酸酶-2 （有活性） PP 磷酸果糖激酶-1的活性调节 三、糖的无氧氧化为机体快速供能 缺氧时迅速供能，对肌收缩更重要 ① 无线粒体的细胞，如：成熟红细胞 ② 增殖活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞 常氧时为某些特殊类型的细胞供能 净生成2分子ATP，无NADH净生成 果糖 （肌） 己糖激酶 葡萄糖 葡糖-6-磷酸 果糖-6-磷酸 果糖-1,6-二磷酸 ATP ADP ATP ADP 丙酮酸 半乳糖 半乳糖-1-磷酸 葡糖-1-磷酸 半乳糖激酶 变位酶 甘露糖 甘露糖-6-磷酸 己糖激酶 变位酶 半乳糖血症 果糖 （肝） 果糖激酶 四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物 糖的有氧氧化 第三节 Aerobic Oxidation of Carbohydrates 糖有氧氧化的概念： 有氧时，葡萄糖彻底分解成 CO2 和 H2O 并释放出大量 ATP 一、糖的有氧氧化分三阶段 糖酵解（胞质，同无氧氧化第一阶段，略） 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA（线粒体） 乙酰CoA进入柠檬酸循环及氧化磷酸化（线粒体） （一）线粒体内丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体 3酶5辅因子 CO2 CoASH NAD+ NADH+H+ 5. NADH+H+的生成 1. -羟乙基-TPP的生成 2.乙酰硫辛酰胺的生成 3.乙酰CoA的生成 4. 硫辛酰胺的生成 丙酮酸脱氢酶复合体作用机制 （二）柠檬酸循环（citric acid cycle） 由线粒体内一系列酶促反应构成的循环反应体系，将乙酰CoA彻底氧 化，亦称三羧酸循环（Tricarboxylic acid Cycle, TCA cycle）或Krebs循环 1. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸 柠檬酸合酶 （citrate synthase） 2. 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸 顺乌头酸酶顺乌头酸酶 3. 异柠檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶 （isocitrate dehydrogenase） 4. α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA -酮戊二酸脱氢酶复合体 （3酶5辅因子） 5. 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应 琥珀酰CoA合成酶 (ADP)(ATP) 6. 琥珀酸脱氢生成延胡索酸 琥珀酸脱氢酶 （与内膜结合） 7. 延胡索酸加水生成苹果酸 8. 苹果酸脱氢生成草酰乙酸 苹果酸脱氢酶 小结柠檬酸循环特点： 4次脱氢，2次脱羧，1次底物水平磷酸化 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP（ATP） 关键酶：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，α-酮戊二酸脱氢酶复合体 CoASH NADH+H+ NAD+ COCO 2 2 NAD+ NADH+H+ COCO 2 2 GTP(ATP)GTP(ATP) GDP(ADP)+GDP(ADP)+PiPi FAD FADH2 NADH+H+ NAD+ H2O H2O H2O CoASHCoASH ⑧ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ② H2O ①柠檬酸合酶 ②顺乌头酸梅 ③异柠檬酸脱氢酶 ④α-酮戊。