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1、l 糖糖类类是是指指多多羟羟基基醛醛或或酮酮及及其其衍衍生生物物。糖糖类在生物体的生理功能主要有：类在生物体的生理功能主要有： 氧氧化化供供能能：糖糖类类占占人人体体全全部部供供能能量量的的70%70%。 作作为为结结构构成成分分：作作为为生生物物膜膜、神神经经组组织等的组分。织等的组分。 作作为为核核酸酸类类化化合合物物的的成成分分：构构成成核核苷苷酸，酸，DNADNA，RNARNA等。等。 转转变变为为其其他他物物质质：转转变变为为脂脂肪肪或或氨氨基基酸等化合物。酸等化合物。第六章第六章糖糖 代代 谢谢 Metabolism of carbohydrateMetabolism of car
2、bohydrate第一节 代谢导论一、新陈代谢基本概念 新陈代谢包括物质代谢和能量转换。物质代谢可分为合成代谢和分解代谢。合成代谢是合成用于细胞维持和生长所需分子的代谢；分解代谢是降解复杂分子为生物体提供小的构件分子和能量的代谢。二、新陈代谢的普遍原理和特点1、代谢途径是由一系列酶促反应驱动 多步酶促反应组成一个代谢途径，这一系列连续的化学反应构成一化学反应链，称代谢反应链，即一个多酶促序列。 反应链的形式： （1）线性反应途径 ABCDE 酶1的产物为酶2的底物，依次类推。 （2）环状途径 如乙酰基氧化为CO2、H2O经过的三羧酸循环途径。 （3）螺旋形代谢途径 如脂肪酸的生物合成中，同样的
3、一组酶可以重复用于给定分子的链的延伸（图7-28）。2、代谢的总轮廓特征 三句话： 分解代谢会聚到少数几个终产物。 合成代谢分叉产生许多产物。 分解代谢第三阶段具有双重功能。 根据代谢产物结构的复杂性，可以将分解代谢过程大致分为三个阶段：阶段1：蛋白质、多糖、脂类等生物大分子首先降解为主要的构件分子。如多糖戊糖或己糖;脂肪甘油、脂肪酸 阶段2：构件分子进一步降解为更小，更简单的中间物。 如戊糖、己糖、甘油丙酮酸乙酰CoA阶段3：中间产物最终降解为CO2、H2O、NH3等 如需氧生物乙酰CoA三羧酸循环CO2、H2O 合成代谢过程也可视为三个阶段：阶段1：利用分解代谢阶段3产生的小分子为合成的原
4、料（前体）阶段2：先合成各种生物大分子的构建单元阶段3：从构件分子合成大分子化合物3、ATP是代谢反应中能量转移的重要载体 分解代谢过程如葡萄糖和其它燃料分子的降解，所释放的能量通过ADPATP过程被贮存，然后再经过ATP的水解释放可作功的自由能，做四种功： （1）驱动合成反应做功（2）细胞运动或肌肉收缩（3）跨膜逆浓度梯度，主动运输营养物质（4）DNA、RNA、蛋白质生物合成过程中参与遗传信息传递 在产能和需能的代谢过程中，ATP作为能量携带者，故称ATP为生物体内自由能的通用货币，ATP自身形成一能量循环： ADPATP，ATP-ADP CycleATP-ADP Cycle。 4 4、NA
5、DPHNADPH以还原力形式携带能量 NADPH系携带分解代谢释放能量的另一种形式：NADP+是一些分解代谢中脱氢酶辅酶，结合释放的高能氢原子转化为NADPH再通过其氧化，将能量转移到需能的合成反应，因此它携带的是高能氢原子，提供还原力。 生物合成过程系一还原反应过程，需要氢原子或电子形成还原力，通过NADPH将分解代谢释放的部分能量供给生物合成需要，从而实现能量的传递，在此过程中 NADP+H+eNADPH 实现自身循环。 注意：NADH和FADH2等主要作为生物氧化过程中氢和电了携带者，经电子传递链，用于产生ATP。 NADPH则仅用于还原性的生物合成过程。 5、各种代谢途径定位于细胞不同
6、区域 细胞部位 代谢途径 线粒体TCACycle 电子传递和氧化磷酸化脂肪酸氧化 氨基酸分解代谢 胞液酵解 脂肪酸合成 糖异生（部分途径） 内质网脂类合成 类固醇合成 细胞核DNA复制 各种RNA合成糖原颗粒糖原合成与降解三、细胞代谢是一个经济的、精密的三、细胞代谢是一个经济的、精密的调节过程调节过程 1、体内各代谢途径本身及相互之间的调控，以最经济的方式满足机体对有机物和能量需求。如能量过剩情况下，产能的代谢途径受到抑制。 2、机体对外界环境的适应调节。当外界环境改变时，机体能迅速调节改变体内代谢途径，建立新的代谢平衡，以适应环境，得以生存发展。 如大肠杆菌在加入氨基酸于培养基内，经一段时间
7、后能直接利用氨基酸，减少利用铵盐，节省了能量。学习代谢不仅要了解代谢途径和过程，也不能忽略代谢调节机制。 代谢调控一般可归纳为三个途径： （1）神经系统调节 （2）激素调节 （3）细胞内酶的调控 本课内容主要涉及激素和酶调节（酶活性）。 激素调控机制：激素与靶细胞表面专一受体结合，通过第二信使（cAMP)产生级联放大反应，调控代谢过程的酶活性，进而影响代谢途径。 酶的调节包括酶活力和酶量的调控。 （1）酶活力调节往往通过调节酶起作用，调控代谢反应的速率。 调节酶：共价调节酶经化学修饰改变酶的活性。常见的是磷酸化、腺苷酸化.变构酶效应物与酶别构中心结合，引起酶构象改变而影响酶的活性（激活或抑制效
8、应）。效应物：引起酶活性改变的作用物，如中间产物，底物，其它化学分子。调节酶通常对一系列酶促反应中的第一步起调节作用，此步反应速率对此代谢序列反应起关键作用，常称为限速步骤（限速酶）。（2）酶合成（酶量）的调节则通过酶基因的表达调控实现 主要机制：酶合成的诱导和阻遏效应等.第二节第二节 糖糖酵酵解解l糖糖酵酵解解（glycolysisglycolysis) )是是指指将将葡葡萄萄糖糖降降解解为为丙丙酮酮酸酸并并伴伴随随着着ATPATP生生成成的的一一系系列列反反应应。糖糖酵酵解解途途径径简称简称EMPEMP途径。途径。l糖糖 酵酵 解解 的的 全全 部部 反反 应应 过过 程程 在在 胞胞 液
9、液(cytoplasm)(cytoplasm)中中进进行行，代代谢谢的的终终产产物物为为丙丙酮酮酸酸，一一分分子子葡葡萄萄糖糖经经糖糖酵酵解解可可净生成两分子净生成两分子ATPATP。l糖糖酵酵解解的的反反应应过过程程可可分分为为三三个个阶阶段段：己己糖糖的的磷磷酸酸化化、磷磷酸酸己己糖糖的的裂裂解解及及ATPATP和丙酮酸的生成。和丙酮酸的生成。一、糖酵解的反应过程一、糖酵解的反应过程1. 1. 己糖的磷酸化己糖的磷酸化己糖磷酸酯的己糖磷酸酯的生成：生成：l葡葡萄萄糖糖经经磷磷酸酸化化和和异异构构反反应应生生成成1,6-1,6-二二磷磷酸酸果果糖糖(FBP)(FBP)的的反反应应过过程程。该
10、过程共由三步化学反应组成。该过程共由三步化学反应组成。 葡葡萄萄糖糖(glucose)(glucose)磷磷酸酸化化生生成成6-6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖(glucose-6-phosphate,G-6-P)(glucose-6-phosphate,G-6-P)； G-6-PG-6-P异异构构为为6-6-磷磷酸酸果果糖糖（fructose-6-fructose-6-phosphate,phosphate,F-6-PF-6-P）；）； F-6-PF-6-P再再 磷磷 酸酸 化化 为为 1,6-1,6-二二 磷磷 酸酸 果果 糖糖（fructose-1,6-biphosphate,fructose-
11、1,6-biphosphate,F-1,6-BPF-1,6-BP）。）。己糖激酶己糖激酶/葡萄糖激酶葡萄糖激酶磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1ATPADPATPADP*(1)(2)(3)2.2.裂解（裂解（lysislysis)磷酸丙糖的生成磷酸丙糖的生成：l 一一分分子子F-1,6-BPF-1,6-BP裂裂解解为为两两分分子子可可以以互互变变的的磷磷酸酸丙丙糖糖（triosetriose phosphate)phosphate)，包括两步反应：包括两步反应： F-1,6-BP F-1,6-BP 裂裂 解解 为为 3-3-磷磷 酸酸 甘甘 油油 醛醛(glycerald
12、ehyde-3-phosphate)(glyceraldehyde-3-phosphate)和和 磷磷酸酸 二二 羟羟 丙丙 酮酮 ( (dihydroxyacetonedihydroxyacetone phosphate)phosphate)； 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮异构异构为为3-3-磷酸甘油醛。磷酸甘油醛。磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶醛缩酶醛缩酶(4)(5)3.3.放能和丙酮酸的生成：放能和丙酮酸的生成：l 3-3-磷磷酸酸甘甘油油醛醛经经脱脱氢氢、磷磷酸酸化化、脱脱水水及及放能等反应生成丙酮酸，包括六步反应。放能等反应生成丙酮酸，包括六步反应。 3-3-磷磷酸酸甘甘油油醛醛脱脱氢氢并
13、并磷磷酸酸化化生生成成1,3-1,3-二二磷磷酸酸甘甘油油酸酸（glycerate-1,3-glycerate-1,3-diphosphate)diphosphate)； 1,3-1,3-二二磷磷酸酸甘甘油油酸酸脱脱磷磷酸酸, ,将将其其交交给给ADPADP生成生成ATPATP ； 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸异构异构为为2-2-磷酸甘油酸；磷酸甘油酸； (6)(7)(8)ATPADP磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢酶脱氢酶磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶激酶NAD+PiNADH+H+ 2-2-磷磷 酸酸 甘甘 油油 酸酸 (glycerate-2-(glycerate-2
14、-phosphate)phosphate)脱脱水水生生成成磷磷酸酸烯烯醇醇式式丙丙酮酮酸酸( (phosphoenolpyruvate,PEPphosphoenolpyruvate,PEP) )； 磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）将高能磷将高能磷酸基交给酸基交给ADPADP生成生成ATPATP； 烯醇式丙酮酸自发烯醇式丙酮酸自发转变转变为丙酮酸为丙酮酸( (pyruvatepyruvate) ) 。 烯醇化酶烯醇化酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶*ATPADP自发自发H2Ol糖糖酵酵解解代代谢谢途途径径可可将将一一分分子子葡葡萄萄糖糖分分解解为为两两分分子子丙丙酮酮酸酸，净净生生成成两
15、两分分子子ATPATP。l糖糖酵酵解解代代谢谢途途径径有有三三个个关关键键酶酶，即即己己糖糖激激酶酶（葡葡萄萄糖糖激激酶酶）、磷磷酸酸果果糖激酶糖激酶-1-1、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶。 二、糖酵解的调节二、糖酵解的调节l糖糖酵酵解解代代谢谢途途径径的的调调节节主主要要是是通通过过各各种变构剂对三个关键酶进行种变构剂对三个关键酶进行变构调节变构调节。 1. 1. 己糖激酶或葡萄糖激酶：己糖激酶或葡萄糖激酶：l葡葡萄萄糖糖激激酶酶是是肝肝脏脏调调节节葡葡萄萄糖糖吸吸收收的的主要的关键酶。主要的关键酶。己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂己糖激酶己糖激酶hexokinase葡萄糖
16、激酶葡萄糖激酶glucokinaseG-6-P长链脂酰长链脂酰CoA- 2. 6-2. 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1： 6-6-磷磷酸酸果果糖糖激激酶酶-1-1是是调调节节糖糖酵酵解解代代谢谢途径途径流量流量的主要因素。的主要因素。6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-16-phosphofructokinase-1ATP柠檬酸柠檬酸ADP、AMP1,6-1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖2,6-2,6-双磷酸果糖双磷酸果糖-+3. 3. 丙酮酸激酶：丙酮酸激酶：丙酮酸激酶丙酮酸激酶pyruvatekinaseATP丙氨酸丙氨酸( (肝肝) )1,6-1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖-+三、糖酵解的生理
17、意义三、糖酵解的生理意义1. 1. 在在无无氧氧或或有有氧氧条条件件下下为为生生命命活活动动提提供能量。供能量。2. 2. 形形成成的的许许多多中中间间产产物物为为其其他他化化合合物物的合成提供原料。的合成提供原料。3. 3. 为糖异生作用提供基础。为糖异生作用提供基础。丙酮酸的去路l在无氧条件下：（1）生成乳酸 乳酸杆菌、动物肌肉细胞及藻类（2） 生成乙醇 酵母菌及高等植物l在有氧条件下： 丙酮酸氧化为乙酰CoA,再进入三羧酸循环。酵母在厌氧条件下可将丙酮酸转化成酵母在厌氧条件下可将丙酮酸转化成乙醇乙醇 酵解过程，葡萄糖转换成丙酮酸，不仅产生了ATP，同时还使氧化型的NAD+还原为NADH。
18、为了使酵解能连续进行，细胞就应当有办法供给氧化型的NAD+，如果生成的NADH不能及时地被氧化成NAD+，所有的氧化型的NAD+将全部以还原型的NADH积累，酵解过程将终止。 在有氧条件下，NADH的氧化伴随着氧化磷酸化过程，反应需要分子氧；而在厌氧条件下，丙酮酸转化为乙醇或乳酸的过程中，消耗NADH，生成NAD+，从而使得酵解继续进行。 在厌氧状态下，酵母细胞将丙酮酸转化成乙醇和二氧化碳，同时NADH被氧化为NAD+。一分子葡萄糖经酵解和丙酮酸转化为乙醇的总反应为： 葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP +2H2O乳酸的生成乳酸的生成l利利用用丙丙酮酮酸酸接接受受酵酵解
19、解代代谢谢过过程程中中产产生生的的NADHNADH，使使NADHNADH重重新新氧氧化化为为NADNAD+ +，以以确确保保反反应的继续进行。应的继续进行。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+第三节第三节 三羧酸循环三羧酸循环l三三羧羧酸酸循循环环（柠柠檬檬酸酸循循环环或或KrebsKrebs循循环环）是是指指在在线线粒粒体体中中，乙乙酰酰CoACoA首首先先与与草草酰酰乙乙酸酸缩缩合合生生成成柠柠檬檬酸酸，然然后后经经过过一一系系列列的的代代谢谢反反应应，乙乙酰酰基基被被氧氧化化分分解解，而而草草酰酰乙乙酸酸再生的循环反应过程。再生的循环反应过程。l 三三羧羧酸酸循循环环在在线线粒粒体
20、体中中进进行行。一一分分子子乙乙酰酰CoACoA氧氧化化分分解解后后共共可可生生成成1010分分子子ATPATP，故故此阶段可生成此阶段可生成210=20210=20分子分子ATPATP。一、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰一、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoACoA：l丙丙酮酮酸酸进进入入线线粒粒体体(mitochondrion)(mitochondrion)，在在丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶系系( (pyruvatepyruvate dehydrogenasedehydrogenase complex)complex)的的 催催 化化 下下 氧氧 化化 脱脱 羧羧 生生 成成 乙乙 酰酰CoA(acetylC
21、oA(acetyl CoACoA) )。 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NADNAD+ + + +HSCoAHSCoANADH+HNADH+H+ + +CO+CO2 2*l由由一一分分子子葡葡萄萄糖糖氧氧化化分分解解产产生生两两分分子子丙丙酮酮酸酸( (pyruvatepyruvate) )，故故可可生生成成两两分分子子乙乙酰酰CoACoA(acetyl(acetyl CoACoA) )，两两分分子子COCO2 2和和两两分分子子（NADH+HNADH+H+ +），可可生生成成2 22.52.5分分子子ATPATP 。l反反应应为为不不可可逆逆；丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶系系( (pyruvate
22、pyruvate dehydrogenasedehydrogenase complex)complex)是糖有氧氧化途径的关键酶之一。是糖有氧氧化途径的关键酶之一。 l丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶系系由由三三种种酶酶单单体体构构成成：丙丙酮酮酸酸脱脱羧羧酶酶（E E1 1），硫硫辛辛酸酸乙乙酰酰基基转转移移酶酶（E E2 2），二二氢氢硫硫辛辛酸酸脱脱氢氢酶酶（E E3 3）。该该多多酶酶复复合合体体有有六六种种辅辅助助因因子子：TPPTPP，硫硫辛辛酸酸，NAD+NAD+，FADFAD，HSCoAHSCoA和和MgMg2+2+。 二、三羧酸循环（二、三羧酸循环（TCACycle） 三羧酸循途径包
23、括八步酶促反应注意：合酶（Synthase)：催化缩合反应不需ATP参与，如柠檬酸合酶（Citrate Synthase)。 合成酶（Synthatase)：催化需ATP（GTP）参与的缩合反应，如琥珀酰C0A合成酶。 柠檬酸合酶柠檬酸合酶+ +*H H2 2O OHSCoAHSCoA顺乌头酸酶顺乌头酸酶异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶脱氢酶NADNAD+ +NADH+HNADH+H+ +CO+CO2 2*-酮戊二酸脱酮戊二酸脱氢酶系氢酶系NADH+HNADH+H+ +CO+CO2 2*NADNAD+ + +HSCoAHSCoA琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶GTP+GTP+HSCoAHSCoAGDP+P
24、iGDP+PiFADFADFADHFADH2 2琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶H H2 2O ONADNAD+ +NADH+HNADH+H+ +延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶TCA Cycle总结 一次底物水平磷酸化 GTPATP 二次氧化、脱羧，2摩尔CO2离开，但这2个碳原子并不是这一循环中进入的两个碳原子（乙酰C0A），而是草酰乙酸中的C1、C4。 三步不可逆过程和限速步骤 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶催化 四次氧化反应，有四对氢原子离开循环 反应3：异柠檬酸氧化脱羧 反应4： -酮戊二酸氧化脱羧 反应8：苹果酸氧化 此三步形成3个NADH+H+ 反应6：琥珀酸氧
25、化 形成一个FADH2。1摩尔葡萄糖完全氧化产能30（32）ATP。TCACycle中间产物是许多生物大分子的前体：-酮戊二酸Glu其它AA、碱基等草酰乙酸Asp草酰乙酸丙酮酸葡萄糖琥珀酰C0A卟啉血红素乙酰 C0A脂类可见TCA Cycle既有分解代谢功能，也有合成代谢功能。联系蛋白质、脂肪、糖代谢的枢纽，是其重要生理意义之一。l三羧酸循环的生理意义三羧酸循环的生理意义：是是生生物物有有机机体体在在有有氧氧时时获获能能的的主主要要途径；途径；有机物彻底氧化的共同末端途径；有机物彻底氧化的共同末端途径；是是糖糖、脂脂、蛋蛋白白质质三三大大物物质质互互变变的的枢纽；枢纽；中中间间产产物物为为其其
26、他他物物质质的的合合成成提提供供原原料和碳骨架。料和碳骨架。 草酰乙酸的回补反应 草酰乙酸生成的其它途径。 动物和酵母：丙酮酸+CO2+ATP+H2O丙酮酸羧化酶草酰乙酸 +ADP+Pi 植物和细菌： PEP+HCO3-PEP羧化酶草酰乙酸+Pi合成的草酰乙酸用于补充柠檬酸循环。三、三、TCACycle的调节的调节 TCA Cycle的调节位点在三个不可逆的步骤： 1、柠檬酸合酶：受ATP、柠檬酸、琥珀酰C0A、脂酰C0A抑制。 2、异柠檬酸脱氢酶：受ATP、NADH抑制，受ADP激活。 3、-酮戊二酸脱氢酶：受NADH、琥珀酰C0A抑制。 此外，由于细胞中草酰乙酸浓度较低，其浓度是决定TCA
27、 Cycle速度的重要因素之一。四、酵解、四、酵解、TCACycle及氧化磷酸化途径的协调及氧化磷酸化途径的协调控制控制 巴斯德效应：巴斯德发现在进行旺盛无氧酵解的酵母中通入氧气，葡萄糖消耗减少，乳酸堆积迅速下降，说明糖的有氧氧化对酵解产生抑制作用。 原因：有氧下 （1）酵解产生的NADH进入氧化磷酸化，将H传递给氧，并产生大量ATP。 （2）丙酮酸进入TCA Cycle,乳酸自然减少，同时经TCA Cycle也产生大量ATP，同时柠檬酸浓度增加。 高浓度ATP和柠檬酸进入胞液后，抑制PKA活性，并间接由于G-6-P增多而反馈抑制己糖激酶，使酵解减弱，葡萄糖消耗减少。 巴斯德效应说明机体内根据
28、自身对能量的需求，酵解、TCA Cycle和氧化磷酸化三个主要产能途径之间以最经济的方式，彼此协调控制。五、植物中乙醛酸循环是柠檬酸循环的支路五、植物中乙醛酸循环是柠檬酸循环的支路 植物和微生物中存在着一个可以由二碳化合物生成糖的生物合成途径乙醛酸循环（图7-23）。 乙醛酸循环的名称来自循环中的一个二碳中间代谢物乙醛酸，乙醛酸循环可以说是柠檬酸循环的一个支路。如图7-23所示，乙醛酸循环的一些反应与柠檬酸循环是共同的，例如从乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，然后又转换成异柠檬酸的反应都是相同的。但生成的异柠檬酸不走柠檬酸循环的路了，而是沿着乙醛酸途径代谢。异柠檬酸首先在异柠檬酸裂解酶异柠檬
29、酸裂解酶的催化下裂解生成乙醛酸乙醛酸和琥珀酸，其中，乙醛酸在苹果酸合成酶苹果酸合成酶的催化下与乙酰COA缩合生成四碳分子苹果酸，而琥珀酸走的是部分柠檬酸循环的路，氧化生成延胡索酸，直至转换成草酰乙酸。乙醛酸循环的总反应式是2乙酰COA+2NAD+Q草酰乙酸+2COASH +2NADH+QH2+2H+ 从总反应式中可以看出，在乙醛酸循环中，乙酰COA的碳原子并没有以CO2形式释放，而是净合成了一分子草酰乙酸，草酰乙酸正是合成葡萄糖的前体。所以乙醛酸循环在植物和微生物的代谢中起着重要的作用。例如酵母可以在乙醇中生长，因为酵母细胞可以将乙醇氧化成乙酰COA，乙酰 COA经乙醛酸循环生成草酰乙酸。第四
30、节第四节 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 l细细胞胞内内绝绝大大部部分分葡葡萄萄糖糖的的分分解解代代谢谢是是通通过过有有氧氧氧氧化化生生成成ATPATP而而供供能能的的，这这是是葡葡萄萄糖糖代代谢谢的的主主要要途途径径。此此外外尚尚存存在在其其他他代代谢谢途途径径，磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径(pentose (pentose phosphate phosphate pathway)pathway)就就是是另另一一重重要要途途径径。葡葡萄萄糖糖可可经经此此途径代谢生成磷酸核糖、途径代谢生成磷酸核糖、NADPHNADPH和和COCO2 2，而主要意义不是生成而主要意义不是生成ATPATP。l该该途途径径的
31、的起起始始物物是是G-6-PG-6-P，返返回回的的代代谢谢 产产 物物 是是 3-3-磷磷 酸酸 甘甘 油油 醛醛(glyceraldehyde-3-phosphate)(glyceraldehyde-3-phosphate)和和6-6-磷磷酸酸果果糖糖(fructose-6-(fructose-6-phosphate)phosphate)，其其重重要要的的中中间间代代谢谢产产物是物是5-5-磷酸核糖和磷酸核糖和NADPHNADPH。l整整个个代代谢谢途途径径在在胞胞液液(cytoplasm)(cytoplasm)中中进进行行。关关键键酶酶是是6-6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖脱脱氢氢酶酶(glu
32、cose-6-phosphate (glucose-6-phosphate dehydro-dehydro-genasegenase) )。一、磷酸戊糖途径的反应过程一、磷酸戊糖途径的反应过程l磷磷 酸酸 戊戊 糖糖 途途 径径 (pentose (pentose phosphate phosphate pathway)pathway)的总反应式：的总反应式： G-6-P + 12NADPG-6-P + 12NADP+ + + 7H + 7H2 2O O 6CO 6CO2 2 + 12NADPH + 12H + 12NADPH + 12H+ + + H + H3 3POPO4 4 l即即六六分
33、分子子G-6-PG-6-P可可生生成成6 6分分子子COCO2 2，4 4分分子子F-6-F-6-P P，2 2分子分子3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和1212分子分子NADPHNADPH。 l全部代谢过程可分为两个阶段：全部代谢过程可分为两个阶段：1. G-6-P1. G-6-P氧化分解生成氧化分解生成5-5-磷酸核酮糖：磷酸核酮糖： G-6-PG-6-P脱氢氧化生成脱氢氧化生成6-6-磷酸葡萄糖酸内酯：磷酸葡萄糖酸内酯： 6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 G-6-P + NADPG-6-P + NADP+ + 6- 6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 + NADPH + H+ N
34、ADPH + H+ + * * 6-6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-6-磷酸葡萄糖酸：磷酸葡萄糖酸： 内酯酶内酯酶 6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 + H+ H2 2O O 6- 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 6-6-磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成5-5-磷酸核酮糖：磷酸核酮糖： 6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸+NADP+NADP+ + 5- 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖+ NADPH + H+ NADPH + H+ +CO2 2. 5-2. 5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程：磷酸核酮糖的基团转移
35、反应过程：l5-5-磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生成成3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-6-磷酸果糖磷酸果糖。在此阶。在此阶段中，经由段中，经由5-5-磷酸核酮糖异构可生成磷酸核酮糖异构可生成5-5-磷酸核糖磷酸核糖。 6-磷酸-葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸-内酯6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸-核酮糖66665-磷酸-核糖25-磷酸-木酮糖5-磷酸-木酮糖227-磷酸-景天庚酮糖3-磷酸-甘油醛226-磷酸-果糖4-磷酸-赤藓糖22+6-磷酸-果糖23-磷酸-甘油醛+26-磷酸-葡萄糖46-磷酸葡萄糖氧化阶段1NADPHNADPH66CO26Pi1H+6H+6+非氧化阶
36、段HO26二、磷酸戊糖途径的生理意义二、磷酸戊糖途径的生理意义1. 1. 是体内生成是体内生成NADPHNADPH的主要代谢途径的主要代谢途径：NADPHNADPH在体内可用于：在体内可用于： 作作为为供供氢氢体体，参参与与体体内内的的合合成成代代谢谢：如如参参与与合合成成脂脂肪肪酸酸、胆胆固固醇醇，一一些些氨氨基酸。基酸。 参参与与羟羟化化反反应应：作作为为加加单单氧氧酶酶的的辅辅酶，参与对代谢物的羟化。酶，参与对代谢物的羟化。 使氧化型谷胱甘肽还原使氧化型谷胱甘肽还原。 维持巯基酶的活性维持巯基酶的活性。 维维持持红红细细胞胞膜膜的的完完整整性性：由由于于6-6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖脱脱氢
37、氢酶酶遗遗传传性性缺缺陷陷可可导导致致蚕豆病蚕豆病，表现为溶血性贫血。，表现为溶血性贫血。2.2. 是是体体内内生生成成5-5-磷磷酸酸核核糖糖的的唯唯一一代代谢谢途径途径：l体体内内合合成成核核苷苷酸酸和和核核酸酸所所需需的的核核糖糖或或脱脱氧氧核核糖糖均均以以5-5-磷磷酸酸核核糖糖的的形形式式提提供供，这这是是体体内内唯唯一一的的一一条条能能生生成成5-5-磷磷酸酸核核糖糖的代谢途径。的代谢途径。l磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径是是体体内内糖糖代代谢谢与与核核苷苷酸酸及核酸代谢的交汇途径。及核酸代谢的交汇途径。 第五节糖第五节糖 异异 生生l由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过由非糖物质转变为葡萄
38、糖或糖原的过程称为程称为糖异生糖异生( (gluconeogenesisgluconeogenesis) )。l糖异生代谢途径主要存在于糖异生代谢途径主要存在于肝及肾肝及肾中。中。 一、糖异生途径一、糖异生途径l糖糖异异生生主主要要沿沿酵酵解解途途径径逆逆行行，仅仅有有三三步步反反应应为为不不可可逆逆反反应应，故故需需经经其其他他的的代代谢谢反反应应绕行。绕行。 1 1G-6-P G G-6-P G ：l由由葡葡萄萄糖糖-6-6-磷磷酸酸酶酶催催化化进进行行水水解解。该该酶酶不不存存在在于于肌肌肉肉组组织织中中，故故肌肌肉肉组组织织不不能能生生成自由葡萄糖。成自由葡萄糖。G-6-P+H2OG+
39、Pi葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶* *2F-1,6-BPF-6-P：F-1,6-BP+H2OF-6-P+Pi3 3丙酮酸丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸：磷酸烯醇式丙酮酸： 经由经由丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路完成。完成。果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶* * 丙酮酸丙酮酸草酰乙酸：草酰乙酸：丙酮酸丙酮酸 + ATP + CO+ ATP + CO2 2 草酰乙酸草酰乙酸 + ADP + Pi+ ADP + Pi草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)(PEP)： 草酰乙酸草酰乙酸 + GTP+ GTPPEP + GDP + COPEP + GDP + CO2丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化
40、酶(生物素生物素)* *磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶* *丙酮酸丙酮酸PEP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸胞液胞液线粒体线粒体乙酰乙酰CoAGPEP二、糖异生的调节二、糖异生的调节AMPF-2,6-BPATP-+果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶fructosebiphosphatase-1乙酰乙酰CoA+丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶pyruvatecarboxylase三、糖异生的原料三、糖异生的原料1 1生糖氨基酸生糖氨基酸：Ala, Ala, CysCys, , GlyGly, Ser, , Ser, ThrThr, , TrpTrp 丙
41、酮酸丙酮酸ProPro，HisHis，GlnGln，ArgArg GluGlu - -酮戊二酸酮戊二酸IleIle，MetMet，SerSer，ThrThr，Val Val 琥珀酰琥珀酰CoACoAPhePhe，Tyr Tyr 延胡索酸延胡索酸AsnAsn，Asp Asp 草酰乙酸草酰乙酸2 2甘油甘油： 甘甘油油三三酯酯甘甘油油-磷磷酸酸甘甘油油磷磷酸酸二二羟丙酮。羟丙酮。3 3乳酸乳酸：乳酸乳酸丙酮酸。丙酮酸。四、糖异生的生理意义四、糖异生的生理意义1 1在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定。在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定。2 2回收乳酸分子中的能量回收乳酸分子中的能量： 葡葡萄萄糖糖在
42、在肌肌肉肉组组织织中中经经糖糖的的无无氧氧酵酵解解产产生生的的乳乳酸酸，可可经经血血循循环环转转运运至至肝肝脏脏，再再经经糖糖的的异异生生作作用用生生成成自自由由葡葡萄萄糖糖后后转转运运至至肌肌肉肉组组织织加加以以利利用用，这这一一循循环环过过程程就就称称为为乳酸循环（乳酸循环（CoriCori循环）。循环）。3 3维持酸碱平衡维持酸碱平衡。 第六节糖原的合成与分第六节糖原的合成与分解解l糖糖原原（glycogen)glycogen)是是由由许许多多葡葡萄萄糖糖分分子子聚聚合合而而成成的的带带有有分分支支的的高高分分子子多多糖类化合物。糖类化合物。l糖糖原原分分子子的的直直链链部部分分借借-1
43、,4-1,4-糖糖苷苷键键而而将将葡葡萄萄糖糖残残基基连连接接起起来来，其其支支链链部部分分则则是是借借-1,6-1,6-糖糖苷苷键键而而形形成成分支。分支。 -1,4- -糖苷键糖苷键-1,6- -糖苷键糖苷键l糖糖原原合合成成或或分分解解时时，其其葡葡萄萄糖糖残残基基的的添添加或去除，均在其加或去除，均在其非还原端非还原端进行。进行。l糖糖原原的的合合成成与与分分解解代代谢谢主主要要发发生生在在肝肝、肾和肌肉组织细胞的胞液肾和肌肉组织细胞的胞液中。中。 一、糖原的合成代谢一、糖原的合成代谢（一）反应过程：（一）反应过程： 糖原合成的反应过程可分为三个阶段：糖原合成的反应过程可分为三个阶段：
44、1 1 活活 化化 ： 由由 葡葡 萄萄 糖糖 生生 成成 UDPG(uridineUDPG(uridine diphosphatediphosphate glucose) glucose)，是一耗能过程。是一耗能过程。 磷酸化：磷酸化： G + ATP G-6-P + ADP 己糖激酶己糖激酶(葡萄糖激酶葡萄糖激酶)异构：异构：G-6-PG-6-P转变为转变为G-1-PG-1-P：G-6-PG-1-P 转转形形：G-1-PG-1-P转转变变为为尿尿苷苷二二磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖（UDPGUDPG）：）：G-1-P+UTPUDPG+PPiUDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位
45、酶2 2缩合：缩合：UDPG + (G)n (G)n+1 + UDP3 3分支：分支：l当当直直链链长长度度达达1212个个葡葡萄萄糖糖残残基基以以上上时时，在在分分支支酶酶(branching (branching enzyme)enzyme)的的催催化化下下，将将距距末末端端6 67 7个个葡葡萄萄糖糖残残基基组组成成的的寡寡糖糖链链由由-1,4-1,4-糖糖苷苷键键转转变变为为-1,6-1,6-糖糖苷苷键键，使使糖原出现分支。糖原出现分支。 糖原合酶糖原合酶* *-1,4-1,4-1,6-1,6（二）糖原合成的特点：（二）糖原合成的特点：1 1必须以必须以原有糖原分子作为引物原有糖原分子
46、作为引物；2 2合成反应在糖原的合成反应在糖原的非还原端进行非还原端进行；3 3合合成成为为一一耗耗能能过过程程，每每增增加加一一个个葡葡萄萄糖糖残残基基，需需消消耗耗2 2个个高高能能磷磷酸酸键键（2 2分分子子ATPATP）；）；4 4 其其 关关 键键 酶酶 是是 糖糖 原原 合合 酶酶 (glycogen (glycogen synthasesynthase) )，为为一共价修饰一共价修饰酶；酶；5 5需需UTPUTP参与（以参与（以UDPUDP为载体）。为载体）。 二、糖原的分解代谢二、糖原的分解代谢（一）反应过程：（一）反应过程：糖原的分解代谢可分为三个阶段：糖原的分解代谢可分为三
47、个阶段：1 1水解：水解：包括三步反应，循环交替进行。包括三步反应，循环交替进行。 磷磷酸酸解解：由由糖糖原原磷磷酸酸化化酶酶(glycogen (glycogen phosphorylasephosphorylase) )催催化化对对-1,4-1,4-糖糖苷苷键键磷磷酸酸解，生成解，生成G-1-PG-1-P。(G)n+Pi(G)n-1+G-1-P糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶* * 转转寡寡糖糖链链：当当糖糖原原被被水水解解到到离离分分支支点点四四个个葡葡萄萄糖糖残残基基时时，由由葡葡聚聚糖糖转转移移酶酶催催化化，将将分分支支链链上上的的三三个个葡葡萄萄糖糖残残基基转转移移到到直直链链的非还原端，
48、使分支点暴露。的非还原端，使分支点暴露。 脱脱支支：由由-1,6-1,6-葡葡萄萄糖糖苷苷酶酶催催化化。将将-1,6-1,6-糖糖苷苷键键水水解解，生生成成一一分分子子自自由由葡葡萄萄糖。糖。(G)n+H2O(G)n-1 + G -1,6-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶2 2异构：异构：G-1-PG-6-P3 3脱磷酸：脱磷酸： 由由 葡葡 萄萄 糖糖 -6-6-磷磷 酸酸 酶酶 (glucose-6-(glucose-6-phosphatase)phosphatase)催催化化，生生成成自自由由葡葡萄萄糖糖。该该酶只存在于酶只存在于肝及肾肝及肾中。中。G-6-P+H2OG+Pi磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄
49、糖变位酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶（二）糖原分解的特点：（二）糖原分解的特点：1 1水解反应在水解反应在糖原的非还原端糖原的非还原端进行；进行；2 2是一是一非耗能非耗能过程；过程；3 3关关键键酶酶是是糖糖原原磷磷酸酸化化酶酶(glycogen (glycogen phosphorylasephosphorylase) )，为为一一共共价价修修饰饰酶酶，其其辅酶是磷酸吡哆醛。辅酶是磷酸吡哆醛。 三、糖原合成与分解的调节三、糖原合成与分解的调节l糖原代谢调控：糖原代谢调控：磷酸化酶a（有活性）与磷酸化酶b（无活性）的互转由磷酸化酶激酶调控；糖原合酶糖原合酶a a（去磷酸化、有活性）和糖原合
50、酶糖原合酶b b（磷酸化、无活性）； 骨骼肌中，AMP升高，则促进糖原分解；在肝脏中，当血糖降低时，则促进糖原分解； 在激素水平，肾上腺素、胰高血糖素与其受体结合，通过G蛋白激活腺苷酸环化酶合成cAMP，cAMP激活蛋白激酶A，激活蛋白激酶A又激活磷酸化酶激酶从而促进糖原分解；而胰岛素则激活糖原合酶，促进糖原合成。四、糖原合成与分解的生理意义四、糖原合成与分解的生理意义1 1贮存能量贮存能量。2 2调节血糖浓度调节血糖浓度。3 3利利用用乳乳酸酸：肝肝中中可可经经糖糖异异生生途途径径利利用用糖糖无无氧氧酵酵解解产产生生的的乳乳酸酸来来合合成成糖糖原原。这这就就是是肝肝糖糖原原合合成成的的三三碳
51、碳途途径径或间接途径。或间接途径。 第七节第七节血血 糖糖 l血液中的葡萄糖含量称为血液中的葡萄糖含量称为血糖血糖。按真糖法测定，正常空腹血糖按真糖法测定，正常空腹血糖浓度为浓度为3.893.896.11mmol/L6.11mmol/L（7070100mg%100mg%）。）。一、血糖的来源与去路一、血糖的来源与去路血糖血糖消化吸收消化吸收肝糖异生肝糖异生肝糖原分解肝糖原分解氧化供能氧化供能合成糖原合成糖原转变为脂肪转变为脂肪或氨基酸或氨基酸转变为其他转变为其他糖类物质糖类物质二、血糖水平的调节二、血糖水平的调节 （一）组织器官：（一）组织器官： 1 1肝脏肝脏。 2 2肌肉等外周组织肌肉等外
52、周组织。（二）激素：（二）激素： 1 1降低血糖浓度的激素降低血糖浓度的激素胰岛素。胰岛素。 2 2升升高高血血糖糖浓浓度度的的激激素素胰胰高高血血糖糖素素、肾肾上上腺腺素素、糖糖皮皮质质激激素素、生生长长激激素素、甲状腺激素甲状腺激素。（三）神经系统。（三）神经系统。三、糖代谢的紊乱三、糖代谢的紊乱 糖代谢过程中某些酶先天性缺陷，或其调节作用不正常，会导致糖代谢紊乱，产生各种疾病，例如：高血糖：空腹血糖7.22-7.78mmol/L称为高血糖。当血糖浓度高于8.89-10.00mmol/L，即超过了肾小管的重吸收能力，则可出现糖尿，称糖尿病。低血糖症：空腹血糖3.33-3.89mmol/L,严重影响脑的机能活动，低于2.50mmol/L时出现惊厥，昏迷，称低血糖休克。
