11第十一章糖类代谢

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1、By 湖风微竹 http:/ 70第十一章 糖类代谢 第一节 概述 一、特点糖代谢可分为分解与合成两方面，前者包括酵解与三羧酸循环，后者包括糖的异生、糖原与结构多糖的合成等，中间代 谢还有磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。糖代谢受神经、激素和 酶的调节。同一生物体内的不同组织，其代 谢 情况有很大差异。脑组织始终以同一速度分解糖，心肌和骨骼肌在正常情况下降解速度较低，但当心肌缺氧和骨骼肌 痉挛时可达到很高的速度。葡萄糖的合成主要在肝脏进行。不同 组织的糖代谢情况反映了它们的不同功能。二、糖的消化和吸收（一）消化 淀粉是动物的主要糖类来源，直 链 淀粉由 300-400个葡萄糖构成，支链淀粉由上千个葡

2、萄糖构成，每24-30 个残基中有一个分支。糖类只有消化成单糖以后才能被吸收。主要的酶有以下几种：1.-淀粉 酶 哺乳动物的消化道中较多，是内切酶，随机水解链内 1，4 糖苷键，产生 -构型的还原末端。产 物主要是糊精及少量麦芽糖、葡萄糖。最适底物是含 5 个葡萄糖的寡糖。2.-淀粉酶 在豆、麦种子中含量较多。是外切酶，作用于非还原端，水解 -1，4 糖苷键，放出 -麦芽糖。水解到分支点则停止，支 链淀粉只能水解50%。3.葡萄糖淀粉酶 存在于微生物及哺乳动物消化道内，作用于非还原端，水解 -1，4 糖苷键，放出 -葡萄糖。可水解 -1，6 键，但速度慢。链长大于 5时速度快。4.其他 -葡萄

3、糖苷酶水解蔗糖， -半乳糖苷酶水解乳糖。二、吸收D-葡萄糖、半乳糖和果糖可被小肠粘膜上皮细胞吸收，不能消化的二糖、寡糖及多糖不能吸收，由肠细菌分解，以 CO2、甲 烷、酸及 H2 形式放出或参加代谢。三、转运1.主动转运小肠上皮细胞有协助扩散系统，通过一种载体将葡萄糖（或半乳糖）与钠离子转运进入细胞。此过 程由离子梯度提供能量，离子梯度 则由Na-K-ATP 酶维持。细菌中有些糖与 氢离子协同转运，如乳糖。另一种是基团运送，如大 肠杆菌先将葡萄糖磷酸化再转运，由磷酸 烯醇式丙 酮酸供能。果糖通过一种不需要钠的易化扩散转运。需要钠的转运可被根皮苷抑制，不需要钠的易化 扩散被细胞松驰素抑制。2.葡

4、萄糖进入红细胞、肌肉和脂肪组织是通过被动转运。其膜上有专 一受体。 红细胞受体可 转运多种D-糖，葡萄糖的 Km 最小，L 型不转运。此受体是蛋白质，其转运速度决定肌肉和脂肪组织利用葡萄糖的速度。心肌缺氧和肌肉做工时转 运加速，胰 岛素也可促进转运，可能是通 过改变 膜结构。第二节 糖酵解 一、定义1.酵解是酶将葡萄糖降解成丙酮酸并生成 ATP 的过程。它是动植物及微生物 细胞中葡萄糖分解 产生能量的共同代谢途径。有氧 时丙酮 酸进入线粒体，经三羧酸循环彻底氧化生成 CO2 和水，酵解生成的 NADH 则经呼吸链氧化产生 ATP 和水。缺氧时NADH 把丙酮酸还原生成乳酸。2.发酵也是葡萄糖或

5、有机物降解产生 ATP 的过程，其中有机物既是电子供体，又是 电 子受体。根据 产物不同，可分为乙醇 发酵、乳酸 发 酵、乙酸、丙酸、丙酮、丁醇、丁酸、琥珀酸、丁二醇等。二、途径共 10 步，前 5 步是准 备阶段，葡萄糖分解为三碳糖，消耗 2 分子 ATP；后 5 步是放能阶段，三碳糖生成丙酮酸，共 产生 4 分子 ATP。总过程需 10 种酶，都在细胞质中，多数需要 Mg2+。酵解过程中所有的中间物都是磷酸化的，可防止从细 胞膜漏出、保存能量，并有利于与酶结合。1.磷酸化葡萄糖被 ATP 磷酸化， 产生 6-磷酸葡萄糖。反应放能，在生理条件下不可逆（K 大于 300）。由己糖激酶或葡萄糖激

6、酶催化，需要 Mg2+或 Mn2+。己糖激酶可作用于 D-葡萄糖、果糖和甘露糖，是糖酵解过程中的第一个调节酶，受 6-磷酸葡萄糖的别构抑制。有三种同工酶。葡萄糖激酶存在于肝脏中，只作用于葡萄糖，不受 6-磷酸葡萄糖的别构抑制肌肉的己糖激酶 Km=0.1mM，肝脏的葡萄糖激酶Km=10mM，平时细胞中的葡萄糖浓度时 5mM，只有进后葡萄糖激酶才活跃，合成糖原，降低血糖浓度，葡萄糖激酶是 诱导酶，胰 岛素可 诱导它的合成。6-磷酸葡萄糖也可由糖原合成，由糖原磷酸化酶催By 湖风微竹 http:/ 71化，生成 1-磷酸葡萄糖，在磷酸葡萄糖 变位酶的催化下生成 6-磷酸葡萄糖。此途径少消耗 1 个A

7、TP。6-磷酸葡萄糖由葡萄糖 6-磷酸 酶催化水解，此酶存在于肝脏和肾脏中，肌肉中没有。2.异构由 6-磷酸葡萄糖生成 6-磷酸果糖反应中间物是酶结合的烯醇化合物，反应是可逆的，由浓度控制。由磷酸葡萄糖异构酶 催化，受磷酸戊糖支路的中间物竞争抑制，如 6-磷酸葡萄糖酸。戊糖支路通过这种方式抑制酵解和有氧氧化， pH 降低使抑制加强，减少酵解，以免组织过酸。3.磷酸化 6-磷酸果糖被 ATP 磷酸化，生成 1，6-二磷酸果糖由磷酸果糖激酶催化，是酵解的限速步 骤。是 别构酶，四聚体，调节物很多， ATP、柠檬酸、磷酸肌酸、脂肪酸、DPG 是负调节物；果糖 1，6-二磷酸、AMP、ADP、磷酸、

8、环 AMP 等是正调节物。PFK 有三种同工酶，A 在心肌和骨骼肌中，对磷酸肌酸、柠檬酸和磷酸敏感；B 在肝和红细 胞中， 对 DPG 敏感；C 在脑中，对 ATP 和磷酸敏感。各种效应物在不同组织中浓度不同，更重要的是其 浓度变化幅度不同，如大鼠在运动和休息时 ATP 含量仅差0.8ug/g 肌肉，不能改 变 PFK 活力，而磷酸肌酸 浓度变化大，效应也大。4.裂解生成 3-磷酸甘油醛和磷酸二 羟丙酮由醛缩酶催化，有三种同工酶， A 在肌肉中，B 在肝中，C 在脑中。平衡有利于逆反应，由浓度推动反应进行。生成西弗碱中间物。5.异构 DHAP 生成磷酸甘油醛DHAP 要 转变成磷酸甘油醛才能继

9、续氧化，此反应由磷酸丙糖异构酶催化，平衡 时磷酸甘油 醛占10%，由于磷酸甘油醛不断消耗而进行。受磷酸和磷酸缩水甘油竞争抑制。以上反 应 共消耗 2 分子ATP，产生 2 分子 3-磷酸甘油醛，原来葡萄糖的3，2，1 位和 4，5，6 位变成 1，2，3 位。6.氧化 G-3-P+NAD+H3PO4=1，3-DPG+NADH+H+由磷酸甘油醛脱氢酶催化，产物是混合酸 酐，含高能键（11.8 千卡）。反 应可分为两部分，放能的氧化反应偶联推动吸能的磷酸化反应。酶是四聚体，含巯基，被碘乙酸强 烈抑制。砷酸 盐 与磷酸竞争，可产生 3-磷酸甘油酸，但没有磷酸化，是解偶联剂。NAD 之间有负协同效应，

10、ATP 和磷酸肌酸是非竞争抑制剂，磷酸可促 进酶活。肌肉收缩开始的几秒，磷酸肌酸从 20mM 下降到10-5mM，使酶活升高；随着乳酸的积累， ATP 抑制增强， 酶 活下降。7.放能 1，3-DPG+ADP=3-磷酸甘油酸+ATP由磷酸甘油酸激酶催化，需 Mg。是底物水平磷酸化，抵消了消耗的 ATP。8.变位 3-磷酸甘油酸变成 2-磷酸甘油酸由磷酸甘油酸变位酶催化，需 镁离子。DPG 是辅因子，可由 1，3-二磷酸甘油酸 变位而来。机理是 DPG的 3 位磷酸转移到底物的 2 位。DPG 无高能键，可被磷酸酶水解成 3-磷酸甘油酸。红细胞中有 15-50%的1，3-DPG 转化为 DPG，

11、以调节运氧能力。在氧分压较高的肺泡，亲和力不 变，而在 组织 中亲和力降低，可增加氧的释放。9.脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸 PEP由烯醇酶催化，需 镁或锰离子。反应可逆，分子内能量重新分布，产 生一个高能键。F可络合镁离子，抑制酶活，有磷酸 盐时更强，可用来抑制酵解。10.放能生成丙酮酸和 ATP由丙酮酸激酶催化，需 镁离子，不可逆。是别构酶，F-1，6-2P 活化，脂肪酸、乙 酰辅酶 A、ATP 和丙氨酸抑制酶活。有三种同工 酶， L 型存在于肝脏中，被二磷酸果糖激活，脂肪酸、乙酰辅酶 A、ATP 和丙氨酸抑制；A 型存在于脂肪、 肾和红细 胞，被二磷酸果糖激活，ATP 和丙氨酸抑制； M 型

12、存在于肌肉中，被磷酸肌酸抑制。丙酮酸激酶受激素影响，胰岛素可增加其合成。三、能量变化C6H12O6+2Pi+2ADP+2NAD+=2C3H4O3+2ATP+2NADH+2H+2H2O有氧时 2 个 NADH 经呼吸链可产生 6 个 ATP，共产生 8 个 ATP；无氧时生成乳酸，只有 2 个 ATP。在骨骼肌和脑组织中，NADH 进入线粒体要经过甘油磷酸穿梭系统，在细胞质中由 3-磷酸甘油脱氢酶催化，将磷酸二羟 丙酮还原生成 3-磷酸甘油，进入线粒体后再氧化生成磷酸二羟丙酮，返回细胞质。因为其辅酶是 FAD，所以生成 FADH2，只产生 2个 ATP。这样其还 原当量（2H+2e）被带入线粒体

13、，生成 FADH2，进入呼吸链，结果共生成 6 个 ATP。其他组织如肝脏和心肌等，通 过苹果酸穿梭系统，在苹果酸脱氢酶 作用下还原草 酰乙酸，生成苹果酸，进 入线粒体后再氧化生成草酰乙酸。不 过草酰乙酸不能通过线粒体膜，必需 经 谷草转氨酶催化生成天冬氨酸和 -酮戊二酸才能返回 细胞质。 线粒体中苹果酸脱氢酶的辅酶是 NAD，所以可生成 3By 湖风微竹 http:/ 72个 ATP。四、丙酮酸的去向1.生成乙酰辅酶 A：有氧时丙酮酸进入线粒体，脱羧生成乙酰辅酶 A，通过三羧酸循环彻 底氧化成水和CO2。2.生成乳酸：乳酸菌及肌肉供氧不足时，丙酮酸接受 3 磷酸甘油醛脱氢时产生的 NADH

14、上的 H，在乳酸脱氢酶催化下还原生成乳酸。LDH 有 5 种同工酶， A4 在骨骼肌，B4 在心肌。 A4 以高速催化丙酮酸的还原，使骨骼肌可在缺氧时 运动；H4 速度慢并受丙酮酸抑制，所以心肌在正常情况下并不生成乳酸，而是将血液中的乳酸氧化生成丙酮酸， 进入三羧酸循环。骨骼肌 产生的大量乳酸 还可由肝脏氧化生成丙酮酸，再通 过糖的异生转变为 葡萄糖，供骨骼肌利用，称为 乳酸循环或 Coli 氏循环。3.生成乙醇：在酵母菌中，由丙酮酸脱 羧酶催化生成乙醛，再由乙醇脱 氢酶催化还原生成乙醇。五、其他单糖1.果糖：可由己糖激酶催化形成 6-磷酸果糖而进入酵解。己糖激酶对 葡萄糖的亲和力比果糖大 1

15、2 倍，只有在脂肪组织中，果糖含量比葡萄糖高，才由此途径进入酵解。肝 脏中有果糖激酶 ，可生成 1-磷酸果糖，再被 1-磷酸果糖醛缩酶裂解生成甘油醛和磷酸二羟丙酮，甘油醛由三碳糖激酶 磷酸化生成 3-磷酸甘油醛，进入酵解。2.半乳糖：在半乳糖激酶催化下生成 1-磷酸半乳糖（需镁离子），再在 1-磷酸半乳糖尿苷酰转移酶催化下与 UDP-葡萄糖生成 UDP-半乳糖和 1-磷酸葡萄糖，UDP-半乳糖被 UDP-半乳糖 4-差向酶催化生成 UDP-葡萄糖。反应是可逆的，半乳糖 摄入不足时可用于合成半乳糖。3.甘露糖：由己糖激酶催化生成 6-磷酸甘露糖，被磷酸甘露糖异构酶催化生成 6-磷酸果糖，进入酵解

16、。第三节 三羧酸循环 一、丙酮酸脱氢酶复合体（一)反应过程：5 步，第一步不可逆。1.脱羧，生成 羟乙基 TPP，由 E1 催化。2.羟乙基被氧化成乙酰基，转移给 硫辛酰胺。由 E2催化。3.形成乙酰辅酶 A。由 E2 催化。4.氧化硫辛酸，生成 FADH2。由 E3 催化。5.氧化 FADH2，生成 NADH。复合体有 60 条肽链组成，直径 30nm，E1 和 E2 各24 个， E3 有 12 个。其中硫辛 酰胺构成转动长臂，在电荷的推动下携带中间产物移动。（二)活性调控此反应处于代谢途径的分支点，收到 严密调控：1.产物抑制：乙酰辅酶 A 抑制 E2，NADH 抑制 E3。可被辅酶 A 和 NAD+逆转。2.核苷酸反馈调节：E1 受 GTP 抑制，被 AMP 活化。3.共价调节：E1 上的特殊丝氨酸被磷酸化时无活性，水解后恢复活性。丙酮酸抑制磷酸化作用，钙和胰岛素增加去磷酸化作用，ATP、乙 酰辅酶