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1、第八章 糖代谢,糖代谢的生物学功能： 能量转换（能源） 物质转换（碳源）：氨基酸、脂肪酸、核苷酸。 糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质：NAD、FAD、DNA、RNA、ATP。,分解代谢：酵解（共同途径）、三羧酸循环（最后氧化途径）、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。 合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用。 糖代谢受神经、激素、别构物调节控制。,第一节 糖酵解 glycolysis 一、 酵解与发酵 酵解 glycolysis 细胞质中的酵解酶系统将Glc降解成丙酮酸，并生成ATP的过程。 发酵fermentation 乳酸发酵：厌氧有机体把酵解产生的NADH上的氢，传递给
2、丙酮酸，生成乳酸。 酒精发酵：NAPH中的氢传递给丙酮酸脱羧生成的乙醛，生成乙醇。,二、 糖酵解过程（EMP） Embden-Meyerhof Pathway ，1940 在细胞质中进行 1、 反应步骤 P79 图 13-1 酵解途径 三个不可逆步骤是调节位点。,（1）、 葡萄糖磷酸化形成G-6-P,此反应基本不可逆，调节位点。,激酶：催化ATP分子的磷酸基（r-磷酰基）转移到底物上的酶，一般需要Mg2+或Mn2+作为辅因子。 已糖激酶：专一性不强，可催化Glc、Fru、Man（甘露糖）磷酸化。 己糖激酶是酵解途径中第一个调节酶，被产物G-6-P强烈地别构抑制。 葡萄糖激酶：对Glc有专一活性
3、，存在于肝脏中，不被G-6-P抑制。 Glc激酶是一个诱导酶，由胰岛素促使合成，,肌肉细胞中已糖激酶对Glc的Km为0.1mmol/L，而肝中Glc激酶对Glc的Km为10mmol/L 平时细胞内Glc浓度为5mmol/L时，已糖激酶催化的酶促反应已经达最大速度，而肝中Glc激酶并不活跃。 进食后，肝中Glc浓度增高，此时Glc激酶将Glc转化成G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞中。,（）、G-6-P异构化为F-6-P,反应可逆，反应方向由底物与产物的含量水平控制。 磷酸Glc异构酶将葡萄糖的羰基C由C1移至C2,（）、F-6-P磷酸化，生成F-1,6-P,不可逆，调节位点，由磷酸果糖
4、激酶催化。 磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶，也是酵解途径的第二个调节酶,（）、F-1,6-P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）,在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行。 该反应由醛缩酶催化，反应机理 P 82,（）、磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成3-磷酸甘油醛,由磷酸丙糖异构酶催化。,C原子编号变化：F-1.6-P的C1-P、C6-P都变成了3-磷酸甘油醛的C3-P 图解：P83 F-1.6-P磷酸二羟丙酮+3-磷酸甘油醛,（）、3-磷酸甘油醛氧化成1.3二磷酸甘油酸,由磷酸甘油醛脱氢酶催化。,P84 图 13-4 3-磷酸甘油醛脱氢酶的催化机理 碘乙酸
5、可与酶的-SH结合，抑制此酶活性。 砷酸能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸化作用解偶连（生成3-磷酸甘油酸）,（）、1，3二磷酸甘油酸转化成3磷酸甘油酸和ATP,由磷酸甘油酸激酶催化。 酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解过程中第一次产生ATP的反应。,（）、 3磷酸甘油酸转化成2磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶催化，磷酰基从C3移至C2。,（）、2磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶 2磷酸甘油酸中磷脂键是一个低能键（G= -17.6Kj /mol）而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇键是高能键（G= -62.1Kj /mol），因此，这一步反应显著提高了磷酰基的转移势能。,（）、磷
6、酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。,不可逆，调节位点。 丙酮酸激酶，酵解途径的第三个调节酶， 这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化反应。,EMP总反应式： 1葡萄糖 + 2Pi + 2ADP + 2NAD+ 2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O,三、糖酵解的能量变化 P87 图 13-5 糖酵解途径中ATP的生成,无氧情况下：净产生2ATP 有氧条件下：净产生7ATP（+(NADH)*2.5） 但在肌肉系统组织和神经系统组织： 净产生5ATP（+(FADH2)*1.5）。 （黄素腺嘌呤 二核苷酸）,甘油磷酸穿梭：NADH1.5ATP NADH将胞质中磷酸二羟丙酮被还
7、原成3磷酸甘油， 3-磷酸甘油进入线粒体，将2H交给FAD而生成FADH2，FADH2可传递给辅酶Q，进入呼吸链，产生2ATP。 苹果酸穿梭机制：NADH2.5ATP 胞液中的NADH可经苹果酸脱氢酶催化，使草酰乙酸还原成苹果酸，再通过苹果酸-酮戊二酸载休转运，进入线粒体内，由线粒体内的苹果酸脱氢酶催化，生成NADH和草酰乙酸。,四、 糖酵解的调节 参阅 P120 糖酵解的调节 三步不可逆反应，分别由三个调节酶（别构酶）催化，调节主要就发生在这三个部位。,1、 已糖激酶调节 别构抑制剂：G6P和ATP 别构激活剂：ADP 2、 磷酸果糖激酶调节（关键限速步骤） 抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和
8、H+ 激活剂：AMP、F2,62P ATP：细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。 柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。 H+：可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒。 3、 丙酮酸激酶调节 抑制剂：乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala、ATP 激活剂：F-1,6-P、 共价调节：；磷酸化抑制，去磷酸化激活,五、 丙酮酸的去路 1、 进入三羧酸循环 2、 生成乳酸,在乳酸脱氢酶催化下，丙酮酸接受3磷酸甘油醛脱氢酶生成的NADH上的氢，生成乳酸。 总反应：Glc + 2ADP + 2Pi 2乳酸 + 2ATP + 2H2O,动物体内的乳酸循环 Cori 循环：,3、 乙醇的生成,总反应：Gl
9、c+2pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP+2H20 酵母或其它微生物中，丙酮酸脱羧酶，醇脱氢酶。 在厌氧条件下能产生乙醇的微生物，如果有氧存在时，则会通过乙醛的氧化生成乙酸，制醋。 4、丙酮酸进行糖异生 5、 生成丙氨酸,六、 其它单糖进入糖酵解途径 P 91 图 13-6 各种单糖进入糖酵解的途径 1糖原降解产物G1P 2D果糖 有两个途径 3D半乳糖 4D甘露糖,第二节 三羧酸循环 葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段: 糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、 2ATP、2NADH） 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 三羧酸循环（CO2、H2O、ATP、NADH） 呼吸链氧化磷酸化（NADHATP
10、） 三羧酸循环（柠檬酸循环、Krebs循环）： 乙酰CoA经一系列的氧化、脱羧，最终生成CO2、H2O、并释放能量的过程。,一、 丙酮酸脱羧生成乙酰CoA 1、 丙酮酸脱氢酶系 多酶体系，位于线粒体膜上。 E.coli： 分子量：4.5106，直径45nm，比核糖体稍大。 酶 辅酶 亚基数 丙酮酸脱羧酶（E1） TPP 24 二氢硫辛酸转乙酰酶（E2） 硫辛酸 24 二氢硫辛酸脱氢酶（E3） FAD、NAD+ 12 此外，还需要CoA、Mg2+作为辅因子,、 反应过程 P 93 （1）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP （2）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基氧化成乙酰基 （3）E2将乙酰基转给C
11、oA，生成乙酰-CoA （4）E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸 （5）E3还原NAD+生成NADH,、 丙酮酸脱氢酶系的活性调节 （1）共价调节：可逆磷酸化 丙酮酸脱氢酶激酶（EA） 丙酮酸脱氢酶磷酸酶（EB） 磷酸化：无活性 去磷酸化：有活性 （2）别构调节 ATP抑制E1 CoA抑制E2 NADH抑制E3,二、 三羧酸循环（TCA）的过程 1、 反应步骤 P95 图13-9,（1）、 乙酰CoA+草酰乙酸柠檬酸,柠檬酸合酶TCA中第一个调节酶： 抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA、和长链脂肪酰CoA。 激活：乙酰CoA、草酸乙酸。 氟乙酰CoA可与草酰乙酸生成氟柠檬酸，抑制下一步反应的
12、酶，据此，可以合成杀虫剂、灭鼠药。,（）、 柠檬酸异柠檬酸,P 101 图1312 顺乌头酸酶与柠檬酸的不对称结合 顺乌头酸酶只能以两种旋光异构方式中的一种与柠檬酸结合，结果，它催化的第一步脱水反应中的氢全来自草酰乙酸部分，第二步的水合反应中的OH也只加在草酰乙酸部分。 TCA第一轮循环释放的CO2全来自草酰乙酸部分，乙酰CoA羰基碳在第二轮循环中释放100%，甲基碳在第三轮循环中释放50%，以后每循环一轮释放余下的50%。,（）、异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸和NADH,异柠檬酸脱氢酶TCA中第二个调节酶： 激活剂：Mg2+（Mn2+ ）、NAD+、ADP。 抑制剂：NADH、ATP。 高能
13、状态（高ATP/ADP、NADH/NAD+）抑制酶活性。 线粒体内有二种异柠檬酸脱氢酶，一种以NAD+为电子受体，另一种以NADP+为受体。,（4）、 -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA和NADH,-酮戊二酸脱氢酶系，TCA循环中的第三个调节酶：受NADH、琥珀酰CoA、Ca2+、ATP、GTP抑制,（5）、 琥珀酰CoA生成琥珀酸和GTP,琥珀酰CoA合成酶（琥珀酸硫激酶） 这是TCA中唯一的底物水平磷酸化反应，直接生成GTP。,（6）、 琥珀酸脱氢生成延胡索酸（反丁烯二酸）和FADH,丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，可阻断三羧酸循环。,（7）、 延胡索酸水化生成L-苹果酸,延胡索酸酶具
14、有立体异构特性，OH只加入延胡索酸双键的一侧，因此只形成L-型苹果酸。,（8）、 L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸和NADH,L-苹果酸脱氢酶,2、 TCA循环小结 （1）、 三羧酸循环示意图（标出C编号的变化） P95 图13-9,（2）、 总反应式： 丙酮酸 + 4NAD+ + FAD + GDP 4NADH + FADH2 + GTP + 3CO2 + H2O 乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP 3NADH + FADH2 + GTP + 2CO2 + H2O,（3）、 一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应，三个调节位点，四次脱氢反应。,（4）、 三羧酸循环中碳骨架的不对称反应
15、乙酰CoA上的两个C原子在第一轮TCA上并没有被氧化。 被标记的羰基碳在第二轮TCA中脱去。 在第三轮TCA中，两次脱羧，可除去最初甲基碳的50%，以后每循环一次，脱去余下甲基碳的50% 标记Glucose的第二位碳原子，跟踪EMP、TCA途径，C2的去向。,、 一分子Glc彻底氧化产生的ATP数量 其它组织：32ATP（苹果酸穿梭） 从乙酰CoA开始：10ATP/循环 从丙酮酸开始：12.5ATP/循环 从葡萄塘开始：(2+2*2.5)+12.5*2=32ATP 骨骼肌、脑细胞：30ATP（甘油磷酸穿梭） (2+2*1.5）+12.5 (丙酮酸)*2,、 三羧酸循环的代谢调节 参阅P122 图 13-26 三羧酸循环的调节 （1）、 柠檬酸合酶（限速酶） 抑制：ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA。 激活：乙酰CoA、草酰乙酸 （2）、 异柠檬酸脱氢酶 抑制：NADH、ATP 活化：ADP，当缺乏ADP时就失去活性。 （3）、 -酮戊二酸脱氢酶 抑制：NADH、琥珀酰CoA。,三、 TCA的生物学意义 1、 提供能量 （1）、 磷酸甘油穿梭机制： 3-磷酸甘油进入线粒体，将2H交给FAD而生成FADH2，FADH2可传递给辅酶Q，进入呼吸链，产生2ATP。 （2）、 苹果酸穿梭机制： 胞液中NADH使草酰乙酸还原成苹果酸，通过苹果酸-酮戊二酸载体
