推荐）有机化学第九章糖代谢

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1、第九章 糖代谢第一节 糖代谢概况Introdution糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。单糖 (monosacchride) 不能再水解的糖：葡萄糖(glucose)果糖(fructose)半乳糖(galactose) 核糖(ribose) 寡糖 (oligosacchride) 能水解生成几分子（10分子以下）单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。麦芽糖 (maltose)蔗糖 (sucrose)乳糖 (lactose)多糖 (polysacchride) 能水解生成多个分子单糖的糖。淀粉 (starch)糖原 (glycog

2、en)纤维素 (cellulose) 其中纤维素为-1,4-糖苷键结合糖 (glycoconjugate)糖与非糖物质的结合物。糖脂 (glycolipid)糖蛋白(glycoprotein) 生理功能：氧化供能（主要）提供合成体内其他物质的原料，机体组织细胞组成成分消化吸收在小肠进行 淀粉在口腔中（-唾液淀粉酶），肠腔（胰液中的-唾液淀粉酶）分解成麦芽糖、麦芽三糖再由肠黏膜上皮细胞刷状缘 分泌的葡萄糖苷酶分解，极限糊精和异麦芽糖由极限糊精酶分解。 吸收部位：小肠上段，单糖形式。 小肠黏膜细胞刷状缘Na+和G转运蛋白，再由ATP和Na+泵吧Na+弄出去。间接消耗ATP Na+依赖型葡萄糖转运体

3、(Na+-dependent glucose transporter, SGLT) 然后易化扩散到门静脉，到肝脏，体循环中经由GLUT(葡萄糖转运体glucosetransporter)转运到各组织细胞第二节 葡萄糖的无氧氧化Anaerobic oxidation of glucose几种途径 糖酵解（glycolysis）：一分子葡萄糖裂解为两分子丙酮酸的过程。 乳酸发酵（lactic acid fermentation）：在缺氧条件下，葡萄糖经酵解生成的丙酮酸还原为乳酸(lactate) 。 乙醇发酵（ethanol fermentation）：在某些植物、脊椎动物组织和微生物，酵解产生的

4、丙酮酸转变为乙醇和CO2，如酵母菌。 有氧氧化（aerobic oxidation）在有条件下，需氧生物和哺乳动物组织内的丙酮酸彻底氧化分解为CO2和H2O，即糖的有氧氧化 。糖酵解 由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称为酵解途径(glycolytic pathway)1.葡萄糖磷酸化为葡萄糖-6-磷酸酶：己糖激酶（hexokinase）关建酶 需要Mg2+ 反应物：葡萄糖，ATP在六位加上一个磷酸2.G-6-P变为果糖6-磷酸酶：己糖异构酶把己糖异构变为戊糖F-6-P3F-6-P变为F-1,6-二磷酸酶：磷酸果糖激酶-1关键酶,需要Mg2+反应物：F-6-P ATP不可逆，在果糖翘出

5、来的那个C的羟基上面也加上磷酸基。4磷酸己糖裂解成两分子磷酸丙糖 酶：醛缩酶第三个碳和羧基处断裂，两分子差距在羰基和羟基位置换一换，3-磷酸甘油醛在端位。5.磷酸二羟丙酮转化为3-磷酸甘油醛 酶：磷酸丙糖异构酶6.磷酸甘油醛氧化 酶：甘油醛-3-磷酸脱氢酶 反应物：还要Pi、NAD+ 脱下两个氢（一个来自磷酸）醛氧化成羧基7.1,3-二磷酸甘油酸羧基上高能磷酸键断裂 酶：磷酸甘油酸激酶 反应物：ADP注意是可逆的，第一次底物水平磷酸化*8.3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸酶：磷酸甘油酸变位酶把三号位的羟基上的磷转移到二号位羟基上。9.2-磷酸甘油酸变为磷酸烯醇式丙酮酸酶：烯醇化酶，2,3号位

6、C分别脱去一个H和一个OH，之间形成双键，羟基上的磷变成高能磷酸键10.磷酸烯醇式丙酮酸转移高能磷酸基酶：丙酮酸激酶关键酶反应物：K+ Mg2+ ADP不可逆，产生丙酮酸，烯醇式变成酮式第二次底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate-level phosphorylation) 。ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应 己糖激酶：哺乳动物体内有四种同工酶，肝细胞中的为型，称为葡糖激酶(glucokinase)。特点：对葡萄糖的亲和力很低受激素调控 乳酸生成 由丙酮酸转变为乳酸。以上两步反应都在胞浆。 丙酮酸变为乳酸 酶：乳酸脱氢酶（LDH）反应物：NADH

7、H+ 酮被还原成羟基啦，两分子丙酮酸消耗两分子NADH+来自于第六步糖酵解小结底物水平磷酸化产能，产生开始个，开始个终产物进入血液，进入肝脏进一步代谢（分解利用或者乳酸循环糖异生）其他糖也可以转变为磷酸己糖进入酵解途径糖酵解调控关键酶：己糖激酶磷酸果糖激酶（决速步）丙酮酸激酶调节方式：别构调节共价修饰磷酸果糖激酶别构调节：激活剂-,-（产物正反馈调节）-,-（效果最强，通过-经过磷酸果糖激酶催化产生，取消别够抑制作用）抑制剂柠檬酸(高浓度在活性中心外别构调节部位结合时，低浓度在活性中心底物结合部位为激活)磷酸果糖激酶的共价修饰：为-果糖双磷酸酶/-磷酸果糖激酶组合成，去磷酸化时-激活，反之-激

8、活。胰高血糖素上升蛋白激酶作用酶磷酸化减少-,-,磷酸果糖激酶活性变低，糖降解速率减慢，血糖浓度升高。丙酮酸激酶别构调节：激活剂,二磷酸果糖抑制剂丙氨酸共价修饰：磷酸化无活性胰高血糖素(蛋白激酶)，钙调蛋白激酶作用下丙酮酸激酶磷酸化己糖激酶的反馈抑制：-磷酸葡萄糖可反馈抑制（肝葡萄糖激酶除外）长链脂肪酰别够抑制肝葡萄糖激酶，胰岛素可诱导葡糖激酶基因转录促进其合成。综合调节：能量调节，能荷：/其下降时磷酸果糖激酶，丙酮酸激酶活性增大，分解供能。能荷上升，活性减低葡萄糖分解减弱。主要生理意义机体缺氧情况下快速供能，缺氧情况下最有效的获能方式。某些细胞正常供氧下也是重要功能途径：无线粒体（红细胞）代

9、谢活跃细胞（白细胞，骨髓细胞）恶性肿瘤（代谢异常，供氧不足，有氧氧化被抑制）肿瘤的效应：正电子发射成像术，注射放射性葡萄糖类似物，高水平糖酵解处聚集最多葡萄糖。第三节 糖的有氧氧化Aerobic oxidation of carbohydrate概论糖的有氧氧化（arobic oxidation）指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。部位：胞液及线粒体三（四）阶段：糖酵解 丙酮酸氧化脱羧 三羧酸循环 氧化磷酸化丙酮酸进入线粒体-氧化脱羧生成乙酰CoANAD+ HSCoA 丙酮酸和丙酮酸脱氢酶复合体作用下 生成 CO2 NADH+H+ 乙酰C

10、oA丙酮酸脱氢酶复合体组成：HSCoANAD+ E1：丙酮酸脱氢酶 TPP辅酶 E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 硫辛酸 E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶 FAD,NAD+1. Pyr脱羧，co2来自于TPP-酶12. 转移乙酰基，转移到硫辛酰胺酶-2上3. 转移乙酰基，还原成二氢硫辛酰胺，生成乙酰CoA4. 脱氢 从Lip（SH）2上转氢，FADH2-NADH+H+总反应丙酮酸脱氢酶复合体的调节 别构抑制剂：乙酰CoA；NADH；ATP别构激活剂：AMP；ADP；NAD+乙酰CoA / HSCoA或 NADH / NAD+时，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

11、制，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。 共价修饰：蛋白激酶作用下磷酸化无活性，磷酸酶作用下（胰岛素 Ca2+）复活三羧酸循环三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA）也称为柠檬酸循环。指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。 反应部位：线粒体 1. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸 2. 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸 3. 异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸 4. -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 5. 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应 6. 琥珀酸脱氢生

12、成延胡索酸 7. 延胡索酸加水生成苹果酸 8. 苹果酸脱氢生成草酰乙酸 CH3 CSCoA +3NAD+ FAD+2H2O +ADP +Pi 2CO2+3NADH +3H+FADH2+CoASH +ATP O1.乙酰辅酶a与草酰乙酸缩合成柠檬酸酶：柠檬酸合酶（citrate synthase）关键酶草酰乙酸：COOH-C(=0)-CH2-COOH2.柠檬酸经顺乌头酸变为异柠檬酸酶：顺乌头酸酶易构化反应两步反应。脱水形成有双键的中间产物水合反应使羧基位置从中间移位3.异柠檬酸氧化脱羧变为-酮戊二酸酶：异柠檬酸脱氢酶（Isocitrate dehydrogenase） 关键酶与NAD+反应 氧化脱

13、羧，羟基变酮基去掉两个H（氢来源）4.-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA酶：-酮戊二酸脱氢酶复合体（组成与催化机制与丙酮酸脱氢酶复合体类似）反应物：CoA-SH，NAD+ 氧化脱羧S-CoA接在酮基碳上5.琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化酶：琥珀酰CoA合成酶，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三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应反应物：GDP Pi 生成GTP 在核苷二磷酸激酶催化下和ADP反应生成ATP产物：琥珀酸6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸酶：琥珀酸脱氢酶 辅酶：FAD三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶生成FADH27.延胡索酸加水生成苹果酸酶：

14、延胡索酸酶8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸酶：苹果酸脱氢酶H来源：羧基和羧基碳上的氢四次脱氢（3NAD+，1FAD），二次脱羧，两次加水，一次高能键转移CO2的 C来源:一个来自4C草酰乙酸 （OAA），一个来自CH3COSCoA整个循环反应为不可逆反应TAC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。 草酰乙酸天冬氨酸 -酮戊二酸谷氨酸 柠檬酸可变为脂肪酸 琥珀酰CoA和卟啉机体供糖不足时，苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解。 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。草酰乙酸来源：苹果酸，天冬氨酸，柠檬酸（柠檬酸裂解酶），丙酮酸（主要来源）最终来源是葡萄糖TCA调节（底物、产物、关键酶） 底物的供应量，催化循环最初几步反应酶的反馈别构抑制，产物堆积的抑制作用。 上下游反应