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1、第四章 糖 代 谢罗开珺罗开珺 研究员研究员 硕士生导师硕士生导师2013.10.17Carbohydrate Metabolism123亲核基团和亲电子基团亲核基团和亲电子基团45678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243糖 代 谢 (1)Carbohydrate Metabolism第一节第一节 概述概述第二节第二节 糖的无氧分解糖的无氧分解44第第 一一 节节概概 述述Introduction45 一、糖的主要生理功能是氧化供能一、糖的主要生理功能是氧化供能1. 氧化供能氧化供能如如:
2、:糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。核苷等物质的原料。3. 作为机体组织细胞的组成成分作为机体组织细胞的组成成分这是糖的主要功能。这是糖的主要功能。2. 提供合成体内提供合成体内其他物质的原料其他物质的原料如如: :糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。46二、糖的消化吸收是在小肠进行的二、糖的消化吸收是在小肠进行的（一）糖的消化（一）糖的消化人人类类食食物物中中的的糖糖主主要要有有植植物物淀淀粉粉、动动物物糖糖原原以以及及麦麦芽芽糖糖、蔗蔗糖糖、乳乳糖糖、葡葡萄萄糖糖等，其中以等，其中以淀粉
3、淀粉为主。为主。消化部位：消化部位： 主要在小肠，少量在口腔主要在小肠，少量在口腔47淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖+麦芽三糖麦芽三糖 （40%） （25%）-极限糊精极限糊精+异麦芽糖异麦芽糖 （30%） （5%）葡萄糖葡萄糖 唾液中的唾液中的-淀粉酶淀粉酶 -葡糖苷酶葡糖苷酶 -极限糊精酶极限糊精酶 消化过程消化过程 肠粘膜肠粘膜上皮细胞上皮细胞刷状缘刷状缘 胃胃 口腔口腔 肠腔肠腔 胰液中的胰液中的-淀粉酶淀粉酶 48食食物物中中含含有有的的大大量量纤纤维维素素，因因人人体体内内无无 - -糖糖苷苷酶酶而而不不能能对对其其分分解解利利用用，但但却却具具有有刺刺激激肠肠蠕蠕动动等等作作用用，也也是
4、是维维持持健健康康所必需。所必需。49（二）糖的吸收（二）糖的吸收1. 吸收部位吸收部位 小肠上段小肠上段 2. 吸收形式吸收形式 单单 糖糖 （各种单糖的吸收速率有很大（各种单糖的吸收速率有很大差别，已糖的吸收很快，而戊差别，已糖的吸收很快，而戊糖则很慢。）糖则很慢。）（糖类只有分解为单糖时才能（糖类只有分解为单糖时才能被小肠上皮细胞所吸收。）被小肠上皮细胞所吸收。） 504. 吸收途径吸收途径 小肠肠腔小肠肠腔 肠粘膜上皮细胞肠粘膜上皮细胞 门静脉门静脉 肝脏肝脏 体循环体循环SGLT 各种组织细胞各种组织细胞 GLUT GLUT：葡萄糖转运体葡萄糖转运体(glucose transpor
5、ter)51三、糖代谢是指葡萄糖在体内的复杂化学反应三、糖代谢是指葡萄糖在体内的复杂化学反应 葡葡萄萄糖糖吸吸收收入入血血后后，依依赖赖一一类类葡葡萄萄糖糖转转运运体体（glucose transporter, GLUT）而而进进入入细胞内代谢细胞内代谢。52 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 H2O+CO2 乳酸乳酸 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 核糖核糖 + + NADPH+H+淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收 ATP 葡萄糖代谢概况葡萄糖代谢概况53第第
6、 二二 节节糖的无氧分解糖的无氧分解Anaerobic Oxidation54* 糖酵解糖酵解(glycolysis)：* 乳酸发酵乳酸发酵(lactic acid fermentation)：在在缺缺氧氧条条件件下下，葡葡萄萄糖糖经经酵酵解解生生成成的的丙丙酮酮酸酸还原为乳酸还原为乳酸(lactate) 。 一分子葡萄糖裂解为两分子丙酮酸的过程。一分子葡萄糖裂解为两分子丙酮酸的过程。 * 乙醇发酵乙醇发酵(ethanol fermentation)：在在某某些些植植物物、脊脊椎椎动动物物组组织织和和微微生生物物，酵酵解解产生的丙酮酸转变为乙醇和产生的丙酮酸转变为乙醇和CO2，即乙醇发酵。，即
7、乙醇发酵。* 有氧氧化有氧氧化(aerobic oxidation)：在在有有氧氧条条件件下下，需需氧氧生生物物和和哺哺乳乳动动物物组组织织内内的的丙丙酮酮酸酸彻彻底底氧氧化化分分解解为为CO2和和H2O，即即糖糖的的有有氧氧化氧氧化 。 55一、糖无氧氧化反应过程分为糖酵解和乳酸还一、糖无氧氧化反应过程分为糖酵解和乳酸还原两个阶段原两个阶段 * 糖酵解糖酵解(glycolysis)：* 糖酵解的反应部位：糖酵解的反应部位：胞浆胞浆在在缺缺氧氧情情况况下下，葡葡萄萄糖糖生生成成乳乳酸酸(lactate)的的过程称之为过程称之为糖酵解糖酵解。 561. 葡萄糖磷酸化成葡萄糖磷酸化成为6-磷酸葡糖
8、磷酸葡糖ATP ADPMg2+ 己糖激酶己糖激酶(hexokinase)Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡糖磷酸葡糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P)（一）葡萄糖经酵解途径分解为两（一）葡萄糖经酵解途径分解为两分子丙酮酸分子丙酮酸57第一阶段第一阶段 第二阶段第二阶段* 糖酵解分为两个阶
9、段糖酵解分为两个阶段由葡萄糖分解成丙酮酸由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之，称之为为酵解途径酵解途径(glycolytic pathway)。由丙酮酸转变成乳酸。由丙酮酸转变成乳酸。58哺哺乳乳类类动动物物体体内内已已发发现现有有4种种己己糖糖激激酶酶同同工酶，分别称为工酶，分别称为至至型。型。肝肝细细胞胞中中存存在在的的是是型型，称称为为葡葡糖糖激激酶酶(glucokinase)。它的特点是：。它的特点是：对葡萄糖的亲和力很低对葡萄糖的亲和力很低受激素调控受激素调控 592. 6-磷酸葡糖转变为磷酸葡糖转变为6-磷酸果糖磷酸果糖 己糖异构酶己糖异构酶 GluG-6-PF-6-PF
10、-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸6-磷酸葡糖磷酸葡糖 6-磷酸果糖磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P)603. 6-磷酸果糖磷酸果糖转变为转变为1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸
11、磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1，PFK-1)6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P)611,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 4. 磷酸己糖磷酸己糖裂解成裂解成2分子分子磷酸丙糖磷酸丙糖 醛缩酶醛缩酶(aldolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油
12、酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 +625. 磷酸二羟丙酮转变为磷酸二羟丙酮转变为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 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADP
13、ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶 (triose phosphate isomerase)3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 636. 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛氧化为氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式
14、丙酮酸3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 1,3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸 647. 7. 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸转变成转变成转变成转变成3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+
15、NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 (phosphoglycerate kinase) 65上上述述部部反反应应为为酵酵解解途途径径的的耗耗能能阶阶段段，1分分子子葡葡萄萄糖糖的的代代谢谢消消耗耗了了2分分子子ATP，产产生生了了2分分子子3-磷磷酸酸甘甘油醛。油醛。66这这是是酵酵解解过过程程中中第第一一次次产产生生ATP的的反反应应，将将底底物物的的高高能能磷磷酸酸键键直直接接转转移移给给ADP生生成成ATP，这这种种ADP或或其其他他核核苷苷二二磷磷酸酸的的磷磷酸酸
16、化化作作用用与与底底物物的的脱脱氢氢作作用用直直接接相相偶偶联联的的反反应应称称为为底底物物水水平平磷磷酸酸化化(substrate-level phosphorylation) 。 678. 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸转变为转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶变位酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变
17、位酶 (phosphoglycerate mutase)3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 689. 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸转变为转变为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶烯醇化酶(enolase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 + H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 (phospho-eno
18、lpyruvate, PEP)69ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶(pyruvate kinase)GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸10. 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸转变成转变成丙酮酸丙酮酸， 并并通过底物水平磷酸化生成通过底物水平磷酸化生成ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 这是酵解途径中的第二次底物水
19、平这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化。磷酸化。70 ( (二二) ) 丙酮酸被还原为乳酸丙酮酸被还原为乳酸丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 反应中的反应中的NADH+HNADH+H+ + 来自于上述第来自于上述第6 6步反应步反应中的中的 3-3-磷酸甘油醛脱氢反应。磷酸甘油醛脱氢反应。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 71E1:己糖激酶己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+ 乳乳 酸酸 糖糖酵酵解解的的代代谢谢途途径径GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2PATP ADP ATPADP2x1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘
20、油酸 2x3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2x2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙丙 酮酮 酸酸 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ 72二、糖酵解的调控是对二、糖酵解的调控是对3个关键酶活性个关键酶活性的调节的调节关键酶关键酶 己糖激酶己糖激酶 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 调节方式调节方式 变构调节变构调节 共价修饰调节共价修饰调节 73（一）（一） 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1对调节酵解途径的对调节酵解途径的流量最重要流量最重要变构调节变构
21、调节变构激活剂：变构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P变构抑制剂：变构抑制剂： 柠檬酸柠檬酸; ATP（高浓度）（高浓度） 此酶有二个结合此酶有二个结合ATP的部位：的部位： 活性中心底物结合部位（低浓度时）活性中心底物结合部位（低浓度时） 活性中心外别构调节部位（高浓度时）活性中心外别构调节部位（高浓度时） F-1,6-2P 正反馈调节该酶正反馈调节该酶 74F-2,6-2P 是是6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1最强的变构激活剂。最强的变构激活剂。 6-磷酸果糖磷酸果糖F-2,6-2P6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-2F-2,6-2P的
22、作用是与的作用是与AMP一起取消一起取消ATP、柠檬酸对、柠檬酸对6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1的变构抑制作用。的变构抑制作用。 75F-6-P F-1,6-2P ATP ADP PFK-1磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 Pi PKA ATP ADP Pi 胰高血糖素胰高血糖素 ATP cAMP 活化活化 F-2,6-2P +/+AMP +柠檬酸柠檬酸 AMP +柠檬酸柠檬酸 PFK-2（有活性）（有活性）FBP-2（无活性）（无活性）6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2 PFK-2（无活性）（无活性）FBP-2（有活性）（有活性）PP果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-2 76（二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个
23、重要的二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点调节点变构调节变构调节变构抑制剂：变构抑制剂：ATP, 丙氨酸丙氨酸变构激活剂：变构激活剂：1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖77共价修饰调节共价修饰调节丙酮酸激酶丙酮酸激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 ATP ADP Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶（无活性）（无活性） （有活性）（有活性） 胰高血糖素胰高血糖素 PKA, CaM激酶激酶PPKA：蛋白激酶蛋白激酶A (protein kinase A)CaM：钙调蛋白钙调蛋白78 ( (三三) ) 己糖激酶受到反馈抑制调节己糖激酶受到反馈抑制调节* 6-磷磷酸酸葡葡糖糖可可反反馈馈抑抑制制己己糖糖激激酶酶，
24、但但肝肝葡糖激酶不受其抑制。葡糖激酶不受其抑制。* 长链脂肪酰长链脂肪酰CoA可变构抑制肝葡糖激酶。可变构抑制肝葡糖激酶。79三、乳酸酵解的主要生理意义是在机体缺三、乳酸酵解的主要生理意义是在机体缺氧状况下迅速供能氧状况下迅速供能乳酸酵解最主要的生理意义在于迅速提供能乳酸酵解最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌肉收缩更为重要。量，这对肌肉收缩更为重要。当机体缺氧或剧烈运动肌肉局部血流不足时，当机体缺氧或剧烈运动肌肉局部血流不足时，能量主要通过乳酸酵解获得。能量主要通过乳酸酵解获得。红细胞没有线粒体，完全依赖乳酸酵解供应红细胞没有线粒体，完全依赖乳酸酵解供应能量。能量。神经、白细胞和骨髓等代
25、谢极为活跃，即使神经、白细胞和骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧也常由乳酸酵解提供部分能量。不缺氧也常由乳酸酵解提供部分能量。80乳酸酵解时，乳酸酵解时，1mol葡萄糖可经底物水平磷酸化生成葡萄糖可经底物水平磷酸化生成4molATP，在葡萄糖和，在葡萄糖和6-磷酸果糖磷酸化时消耗磷酸果糖磷酸化时消耗2molATP，故净生成，故净生成2molATP。811.请简述糖酵解的调节位点与机制请简述糖酵解的调节位点与机制2.请简述三羧酸循环的反应过程（包括酶，中间产物变化）请简述三羧酸循环的反应过程（包括酶，中间产物变化）3.请简述磷酸戊糖途径的意义请简述磷酸戊糖途径的意义4.丙酮酸脱氢酶复合体由什么组成？丙酮酸脱氢酶复合体由什么组成？5.糖的有氧氧化分为哪几个阶段，分别在哪里完成？糖的有氧氧化分为哪几个阶段，分别在哪里完成？6.什么是底物水平磷酸化？什么是底物水平磷酸化？本章作业本章作业作业上交时间：作业上交时间：10月月24日日上报作业情况时间：上报作业情况时间：10月月31日日82
