O2葡萄糖 酵解 丙酮酸 + NADH 厌氧 三羧酸循环乳酸发酵酒精发酵第八章 糖代谢自养生物分解代谢糖代谢包括 异养生物自养生物合成代谢异养生物能量转换（能源）糖代谢的生物学功能物质转换（碳源）可转化成多种中间产物，这些中间产物可进一步转化成氨基酸、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分解代谢和合成代谢，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1、 酵解 glycolysis （在细胞质中进行）酵解酶系统将 Glc 降解成丙酮酸，并生成 ATP 的过程它是动物、植物、微生物细胞中 Glc分解产生能量的共同代谢途径在好氧有机体中，丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环被彻底氧化成 CO2 和 H2O，产生的NADH 经呼吸链氧化而产生 ATP 和水，所以酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏若供氧不足，NADH 把丙酮酸还原成乳酸（乳酸发酵） 。
2、 发酵 fermentation厌氧有机体（酵母和其它微生物）把酵解产生的 NADH 上的氢，传递给丙酮酸，生成乳酸，则称乳酸发酵若 NAPH 中的氢传递给丙酮酸脱羧生成的乙醛，生成乙醇，此过程是酒精发酵有些动物细胞即使在有 O2 时，也会产生乳酸，如成熟的红细胞（不含线粒体） 、视网膜２二、 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反应式此反应基本不可逆，调节位点△G 0= - 4.0Kcal/mol 使 Glc 活化，并以 G-6-P 形式将 Glc 限制在细胞内催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶激酶：催化 ATP 分子的磷酸基（r-磷酰基）转移到底物上的酶称激酶，一般需要 Mg2+或Mn2+作为辅因子，底物诱导的裂缝关闭现象似乎是激酶的共同特征P 80 图 13-2 己糖激酶与底物结合时的构象变化已糖激酶：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，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，因此，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2） 、 G-6-P 异构化为 F-6-P反应式：由于此反应的标准自由能变化很小，反应可逆，反应方向由底物与产物的含量水平控制此反应由磷酸 Glc 异构酶催化，将葡萄糖的羰基 C 由 C1 移至 C2 ，为 C1 位磷酸化作准备，同时保证 C2 上有羰基存在，这对分子的 β 断裂，形成三碳物是必需的3） 、 F-6-P 磷酸化，生成 F-1.6-P反应式：此反应在体内不可逆，调节位点，由磷酸果糖激酶催化３磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的第二个调节酶（4） 、 F-1.6-P 裂解成 3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）反应式：该反应在热力学上不利，但是，由于具有非常大的△G 0 负值的 F-1.6-2P 的形成及后续甘油醛-3-磷酸氧化的放能性质，促使反应正向进行。
同时在生理环境中，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 83（5） 、 磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成 3-磷酸甘油醛反应式：（注意碳原子编号的变化）由磷酸丙糖异构酶催化已糖转化成 3-磷酸甘油醛后，C 原子编号变化：F-1.6-P 的 C1-P、C 6-P 都变成了 3-磷酸甘油醛的 C3-P图解：（6） 、 3-磷酸甘油醛氧化成 1.3—二磷酸甘油酸反应式：由磷酸甘油醛脱氢酶催化此反应既是氧化反应，又是磷酸化反应，氧化反应的能量驱动磷酸化反应的进行反应机理：P84 图 13-4 3-磷酸甘油醛脱氢酶的催化机理碘乙酸可与酶的-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）（7） 、 1．3—二磷酸甘油酸转化成 3—磷酸甘油酸和 ATP反应式：由磷酸甘油酸激酶催化这是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 的反应一分子 Glc 产生二分子三碳糖，共产生 2ATP这样可抵消 Glc 在两次磷酸化时消耗的2ATP４（8） 、 3—磷酸甘油酸转化成 2—磷酸甘油酸反应式：磷酸甘油酸变位酶催化，磷酰基从 C3 移至 C2。
9） 、 2—磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸反应式：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10） 、 磷酸烯醇式丙酮酸生成 ATP 和丙酮酸反应式：不可逆，调节位点由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是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，磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给 ADP，生成 ATP 和丙酮酸EMP 总反应式：1 葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD + → 2 丙酮酸+2ATP+2NADH+2H ++2H2O2、 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（2 分子 NADH 将 2 分子丙酮酸还原成乳酸） 有氧条件下：NADH 可通过呼吸链间接地被氧化，生成更多的 ATP1 分子 NADH→3ATP1 分子 FAD →2ATP因此，净产生 8ATP（酵解 2ATP，2 分子 NADH 进入呼吸氧化，共生成 6ATP） 但在肌肉系统组织和神经系统组织：一个 Glc 酵解，净产生 6ATP（２+２*２） 。
★甘油磷酸穿梭：2 分子 NADH 进入线粒体，经甘油磷酸穿梭系统，胞质中磷酸二羟丙酮被还原成 3—磷酸甘油，进入线粒体重新氧化成磷酸二羟丙酮，但粒体中的 3—磷酸甘油脱氢酶的辅基是 FAD，因此只产生 4 分子 ATP①：胞液中磷酸甘油脱氢酶②：线粒体磷酸甘油脱氢酶《罗纪盛》P 259 P 260５★苹果酸穿梭机制：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—2—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 和草酰乙酸而草酰乙酸经天冬氨酸转氨酶作用，消耗 Glu 而形成 AspAsp 经线粒体上的载体转运回胞液在胞液中，Asp 经胞液中的 Asp 转氨酶作用，再产生草酰乙酸经苹果酸穿梭，胞液中 NADH 进入呼吸链氧化，产生 3 个 ATP图苹果酸脱氢酶（胞液）α—酮戊二酸转位酶苹果酸脱氢酶（线粒体基质）谷—草转氨酶Glu—Asp 转位酶谷—草转氨酶草酰乙酸：苹果酸：α—酮戊二酸：3、 糖酵解中酶的反应类型P88 表 13-1 糖酵解反应氧化还原酶（1 种）：3—磷酸甘油醛脱氢酶转移酶（4 种）：己糖激酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶裂合酶（1 种）：醛缩酶异构酶（4 种）：磷酸 Glc 异构酶、磷酸丙糖异构酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶三、 糖酵解的调节参阅 P120 糖酵解的调节糖酵解过程有三步不可逆反应，分别由三个调节酶（别构酶）催化，调节主要就发生在三个部位。
1、 已糖激酶调节别构抑制剂（负效应调节物）：G—6—P 和 ATP别构激活剂（正效应调节物）：ADP2、 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 H+６激活剂：AMP、F —2.6—2PATP：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、四、 丙酮酸的去路1、 进入三羧酸循环2、 乳酸的生成在厌氧酵解时（乳酸菌、剧烈运动的肌肉） ，丙酮酸接受了 3—磷酸甘油醛脱氢酶生成的NADH 上的氢，在乳酸脱氢酶催化下，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：图肌肉收缩，糖酵解产生乳酸乳酸透过细胞膜进入血液，在肝脏中异生为 Glc，解除乳酸积累引起的中毒Cori 循环是一个耗能过程：2 分子乳酸生成 1 分子 Glc，消耗 6 个 ATP3、 乙醇的生成酵母或其它微生物中，经糖酵解产生的丙酮酸，可以经丙酮酸脱羧酶催化，脱羧生成乙醛，在醇脱氢酶催化下，乙醛被 NADH 还原成乙醇。
总反应：Glc+2pi+2ADP+2H +→2 乙醇+2CO 2+2ATP+2H20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、 丙酮酸进行糖异生五、 其它单糖进入糖酵解途径除葡萄糖外，其它单糖也可进行酵解７P 91 图 13-6 各种单糖进入糖酵解的途径1．糖原降解产物 G—1—P2．D—果糖 有两个途径3．D—半乳糖4．D—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①糖酵解产生丙酮酸（2 丙酮酸、 2ATP、2NADH ）②丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA③三羧酸循环（CO 2、H 2O、ATP、NADH）④呼吸链氧化磷酸化（NADH-----ATP）三羧酸循环：乙酰 CoA 经一系列的氧化、脱羧，最终生成 CO2、H 2O、并释放能量的过程，又称柠檬酸循环、Krebs 循环原核生物：①~④阶段在胞质中真核生物：①在胞质中，②~④粒体中一、 丙酮酸脱羧生成乙酰 CoA1、 反应式：此反应在真核细胞的线粒体基质中进行，这是连接糖酵解与 TCA 的中心环节2、 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系是一个十分庞大的多酶体系，位于线粒体膜上，电镜下可见。
E.coli 丙酮酸脱氢酶复合体：分子量：4.5×10 6， 直径 45nm，比核糖体稍大酶 辅酶 每个复合物亚基数丙酮酸脱羧酶（E 1） TPP 24二氢硫辛酸转乙酰酶（E 2） 硫辛酸 24二氢硫辛酸脱氢酶（E 3） FAD、NAD + 12此外，还需要 CoA、Mg 2+作为辅因子这些肽链以非共价键结合在一起，在碱性条件下，复合体可以解离成相应的亚单位，在中性时又可以重组为复合体所有丙酮酸氧化脱羧的中间物均紧密结合在复合体上，活性中间物可以从一个酶活性位置转到另一个酶活性位置，因此，多酶复合体有利于高效催化反应及调节酶在反CH3COCOOH + CoA-SH + NAD+丙酮酸脱氢酶复合体CH3CO-S-CoA + NADH + H+ + CO2８应中的活性3、 反应步骤P 93 反应过程（1）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP（2）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E 2）使羟乙基氧化成乙酰基（3）E 2 将乙酰基转给 CoA，生成乙酰-CoA（4）E 3 氧化 E2 上的还原型二氢硫辛。