第9章 糖代谢一、教学大纲基本要求糖酵解、三羧酸循环、乙醛酸循环、磷酸戊糖途径、糖原的合成与分解、糖异生作用对各条代谢途径的阐述内容主要包括：酶促反应步骤、作用部位、代谢特点、能量转换关系、生理意义、关键酶的调控以及各条代谢途径之间的关系二、本章知识要点（一） 糖酵解（葡萄糖→丙酮酸）1. 酵解与发酵酵解作用是葡萄糖在无氧的条件下分解成丙酮酸并生成少量ATP的过程它是动物、植物、微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径厌氧有机体（如酵母等）把糖酵解生成的NADH中的氢交给丙酮酸脱羧后的产物乙醛，使之生成乙醇的过程称为酒精发酵如果将氢交给丙酮酸生成乳酸则称为乳酸发酵酵解作用与发酵作用的终产物不同，但其所经过的中间步骤则几乎完全一样2. 糖酵解途径酵解反应过程可分为两个阶段，十步反应，催化反应所需的10种酶均分布在细胞质中酵解途径的第一阶段是消耗能量的过程，一分子葡萄糖（六碳）转变成二分子3-磷酸甘油醛（三碳）即葡萄糖经过两次磷酸化生成1，6-二磷酸果糖，1，6-二磷酸果糖裂解成磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛，二者可以酶促互变这个阶段由己糖激酶和磷酸果糖激酶催化的反应是耗能的不可逆反应，反应所需的能量和磷酸基由ATP提供。
因此，这个阶段需要消耗2分子ATP第二阶段是产能的过程，将3-磷酸甘油醛转变成丙酮酸即在3-磷酸甘油醛脱氢酶催化下，3-磷酸甘油醛同时进行脱氢和磷酸化反应，生成高能化合物1，3-二磷酸甘油酸和一分子NADH+H+之后，磷酸甘油酸激酶催化1，3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸，同时通过底物水平磷酸化生成1分子ATP3-磷酸甘油酸变位生成2-磷酸甘油酸，再经烯醇化酶催化生成高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸，后者在丙酮酸激酶催化下生成丙酮酸（第三步不可逆反应），并再一次进行底物水平磷酸化生成1分子ATP在这一阶段，3-磷酸甘油醛脱氢酶是酵解中唯一催化脱氢反应的酶，酶的辅酶为NAD，因碘乙酸可与其活性残基的-SH作用而成为此酶的强烈抑制剂砷酸可以和磷酸竞争结合此酶，因此成为这一步氧化和磷酸化反应的解偶联剂3. 糖酵解的意义酵解的第一阶段，由葡萄糖生成1，6-二磷酸果糖需要消耗2分子ATP第二阶段，1，3-二磷酸甘油酸及磷酸烯醇式丙酮酸反应中各形成2分子ATP（1分子六碳糖裂解成2分子三碳糖）因此糖酵解过程净产生2分子ATP另外，若3-磷酸甘油醛脱氢反应生成的2分子NADH+H+进入呼吸链氧化，则可以产生5分子ATP。
糖酵解在生物体中普遍存在，它在无氧及有氧条件下都能进行，是葡萄糖进行有氧或无氧分解的共同代谢途径通过糖酵解，生物体获得生命活动所需的部分能量对于厌氧生物或供氧不足的组织来说，糖酵解是糖分解的主要形式，也是获得能量的主要方式成熟的红细胞由于没有线粒体等亚细胞器，故能量的来源主要是糖酵解糖酵解途径中形成的许多中间产物，可以作为合成其他物质的原料如磷酸二羟丙酮可以转变为甘油，丙酮酸可以转变为丙氨酸或乙酰CoA，乙酰CoA是脂肪酸合成的原料，因此，酵解途径又是糖代谢与脂肪代谢相互联系的桥梁4. 糖酵解的调控酵解中催化三步不可逆反应的酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶控制着糖酵解的速度，以满足细胞对ATP和合成原料的需要⑴ 磷酸果糖激酶是糖酵解过程中最重要的调节酶，酵解的速度主要取决于该酶的活性磷酸果糖激酶的活性受多种代谢物浓度的影响，如高浓度的ATP、柠檬酸、脂肪酸可抑制其活性这些物质增多，反映了细胞内有较丰富的能源和中间产物，以供给其他代谢途径利用，因而机体有必要将糖酵解途径减速，以免过多消耗葡萄糖相反，ADP、AMP、2，6-二磷酸果糖则可促进其活性，加速糖酵解的进行，以便为机体提供能量和合成原料。
⑵ 己糖激酶受高浓度的6-磷酸葡萄糖的反馈抑制但由于6-磷酸葡萄糖是一个具有多种去向的中间产物它既可以经异构生成6-磷酸果糖后再磷酸化为1，6-二磷酸果糖，也可以进入磷酸戊糖途径进行转变，还可以经磷酸酯酶水解成葡萄糖或经1-磷酸葡萄糖转变为糖原因此己糖激酶不是酵解的关键酶⑶ 丙酮酸激酶受高浓度的ATP、乙酰CoA、脂肪酸等代谢物的抑制1，6-二磷酸果糖为此酶的激活剂可见，糖酵解过程中基本上是单向的关键酶是磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶5. 丙酮酸的去路从葡萄糖到丙酮酸的酵解反应不需要氧的参与，但不论机体处于有氧还是无氧状态，糖酵解都能进行酵解产物丙酮酸的去路却取决于机体组织的供氧状况⑴在无氧条件下，3-磷酸甘油醛脱氢反应产生的NADH+H+不能经过电子传递体系氧化，而是用于使丙酮酸还原生成乳酸（即糖的无氧酵解）⑵在有氧的条件下，NADH+H+经过电子传递体系被重新氧化，丙酮酸则进入线粒体变成乙酰CoA参加三羧酸循环，最后被彻底氧化成CO2和H2O（即糖的有氧氧化）⑶在酵母菌生醇发酵中，丙酮酸脱羧酶催化丙酮酸脱羧生成乙醛，乙醛被NADH+H+还原生成乙醇 （二） 三羧酸循环（丙酮酸→乙酰CoA→CO2+H2O）丙酮酸以后的氧化粒体中进行。
可分为两个阶段：第一阶段，丙酮酸氧化脱羧成为乙酰CoA第二阶段，乙酰CoA的乙酰基部分经过三羧酸循环彻底氧化成为CO2和H2O，同时释放出大量能量1. 丙酮酸生成乙酰CoA丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA的反应，是连接酵解和三羧酸循环的中心环节，由丙酮酸脱氢酶系催化，反应不可逆丙酮酸脱氢酶系是一个多酶复合体，位于线粒体内膜上多酶复合体系包括三种酶：丙酮酸脱羧酶（酶1，关键酶）、二氢硫辛酸乙酰转移酶（酶2）、二氢硫辛酸脱氢酶（酶3）和六种辅因子：TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA-SH和Mg2+反应产物包括乙酰CoA、CO2 、NADH+H+这是糖有氧分解途径中第一个产生CO2的反应产物乙酰CoA可以进入三羧酸循环继续氧化，或参与脂肪酸的合成代谢等，NADH+H+则进入呼吸链氧化丙酮酸脱氢酶系的活性受产物乙酰CoA（抑制酶2）和NADH（抑制酶3）的抑制，并受能荷的控制和磷酸化的共价修饰调节当[ATP]/[ADP]、[NADH+H+]/[NAD+]、、[、乙酰CoA]/[CoA]比值高时，丙酮酸脱羧酶分子中一个特殊的丝氨酸残基被磷酸化后酶失去活性，反之则去磷酸化恢复活性丙酮酸到乙酰CoA的反应处于代谢途径的分支点，由于反应不可逆，所以动物不能将乙酰CoA转变为葡萄糖。
2. 三羧酸循环（简称TCA循环）三羧酸循环是由乙酰CoA进入循环与草酰乙酸缩合成含三个羧基的柠檬酸开始，因此又称为柠檬酸循环或Krebs循环（Krebs 1937年提出）反应中经过异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶系催化的两次脱羧反应，生成2分子CO2，这相当于乙酰CoA的2个碳原子被氧化成CO2就碳原子的数量而言，进入循环的碳原子数与循环中释放出的碳原子数完全相等但释放的CO2分子中的碳原子并不是进入循环的乙酰基上的碳原子，而是来自于草酰乙酸中的C1和C4循环包括四步脱氢反应，其中异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶以NAD+为辅酶，产生3分子的NADH+H+琥珀酸脱氢酶以FAD为辅基，产生1分子的FADH2循环中大多数酶位于线粒体基质，只有琥珀酸脱氢酶嵌粒体内膜上琥珀酰CoA形成琥珀酸的反应伴随有底物水平磷酸化生成1分子GTP因为GTP能够将ADP磷酸化产生ATP，因此产生1分子GTP也就是产生了1分子ATP循环产生的NADH+H+和FADH2经过电子传递体系氧化当电子和氢质子通过电子传递体系传递给O2的同时偶联生成ATP一分子NADH+H+生成2.5分子ATP，一分子FADH2生成1.5分子ATP。
加上一步底物水平磷酸化反应，因此一分子乙酰CoA通过三羧酸循环被氧化可以生成10.5分子ATP尽管在整个循环中并没有直接需要氧的步骤，但若无氧，NAD+和 FAD不能再生，使三羧酸循环不能进行因此，三羧酸循环是严格需氧的循环的多个反应是可逆的，但柠檬酸的合成、异柠檬酸和α-酮戊二酸的氧化脱羧三步反应不可逆，因此整个循环只能单方向进行3. 三羧酸循环的生物学意义为机体提供大量的能量1分子葡萄糖经过酵解、三羧酸循环和呼吸链氧化后，可以产生32分子ATP，能量利用率达40%TCA循环不仅是糖、脂肪和蛋白质彻底氧化分解的共同途径，也是这些物质相互转变、相互联系的枢纽循环的中间产物如草酰乙酸、α-酮戊二酸、柠檬酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等又是糖、脂肪、氨基酸和卟啉环等合成的原料和碳骨架循环的中间产物可以参与其他代谢途径，其他代谢途径的产物最终可通过三羧酸循环氧化成为CO2和H2O并放出能量4. 三羧酸循环的调控三羧酸循环的调控发生在柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶复合体系催化的三步反应中柠檬酸合酶是循环的关键限速酶，ATP、NADH、柠檬酸和琥珀酰CoA抑制该酶的活性异柠檬酸脱氢酶是循环的第二个调控部位，ATP、NADH对酶起抑制作用，ADP 、NAD+对酶起激活作用。
α-酮戊二酸脱氢酶复合体系是循环的第三个调控部位，ATP、NADH、琥珀酰CoA为酶的抑制剂，ADP 、NAD+为酶的激活剂可见，调控的关键因素是[ATP]/[ADP]、[NADH]/[NAD]的比值比值大时酶活性受抑制，比值小时酶被激活5. 回补反应三羧酸循环的中间产物会因为合成代谢而消耗如α-酮戊二酸生成谷氨酸、草酰乙酸生成天冬氨酸、柠檬酸转运至胞液后裂解成乙酰CoA用于合成脂肪酸等上述过程均导致草酰乙酸浓度下降，若不及时补充，循环的运转就会停止这种补充称为回补反应草酰乙酸的回补主要有三个途径：⑴丙酮酸在丙酮酸羧化酶的催化下形成草酰乙酸⑵磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化下形成草酰乙酸⑶天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和α-酮戊二酸6. 乙醛酸循环乙醛酸循环只存在于一些细菌、藻类和油料植物种子的乙醛酸体中在这些植物和细菌细胞中除了具有三羧酸循环的酶系以外，还具有另外两种酶（乙醛酸循环的关键酶）：一种是异柠檬酸裂解酶，催化异柠檬酸裂解为琥珀酸和乙醛酸另一种是苹果酸合酶，催化乙酰CoA和乙醛酸缩合形成苹果酸乙醛酸循环可以看成是三羧酸循环的一个支路，它在异柠檬酸处分支，绕过了三羧酸循环的两步脱羧反应，因此不发生氧化降解，而是将2分子乙酰CoA合成1分子琥珀酸。
产物琥珀酸既可作为三羧酸循环中四碳物的补充，也可以通过糖异生作用合成糖因此乙醛酸循环是油料植物将脂肪酸转变成糖的途径三） 磷酸戊糖途径（葡萄糖→CO2+H2O）1. 反应途径磷酸戊糖途径是另一条需氧的磷酸己糖氧化途径，所以又称为磷酸己糖支路该途径在胞浆中进行可将其分为两个阶段：一是氧化脱羧阶段，即6-磷酸葡萄糖经过2次脱氢，1次脱羧生成5-磷酸核糖脱氢酶的辅酶是NADP+，产生NADPH+H+这一阶段的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是该途径的关键酶，催化不可逆反应，其活性受 [ NADPH+H+]/ [NADP+]比值的调节，比值大时酶活性受抑制，比值小时酶被激活二是非氧化的分子重排阶段，即经过转酮反应和转醛反应，产生不同碳链长度（C3、C4、C5、C6、C7）的磷酸单糖，其中3-磷酸甘油醛、6-磷酸果糖可以进入酵解1分子6-磷酸葡萄糖经过磷酸戊糖途径分解产生6分子CO2，12分子NADPH+H+2. 生物学意义⑴ 产生大量的NADPH+H+，为细胞的各种合成反应提供还原能力如脂肪酸、胆固醇的合成，二氢叶酸还原为四氢叶酸，谷胱甘肽的还原（红细胞需要大量的GSH）等需要NADPH+H+作为供氢体因此在脂肪组织和红细胞中这条途径比较活跃。
⑵ 中间产物可作为许多化合物合成的原料如5-磷酸核糖是合成核苷酸的原料，也是NAD+、NADP+、FAD等的组分4-磷酸赤藓。