1、 第第7章章 糖代谢糖代谢 Carbohydrate Metabolism吴吴 健健o 代谢概论与糖代谢概况代谢概论与糖代谢概况o 葡萄糖的分解代谢葡萄糖的分解代谢o 糖异生作用糖异生作用o 糖原的分解和合成糖原的分解和合成本章主要内容本章主要内容重点：重点：糖酵解；三羧酸循环；磷酸糖酵解；三羧酸循环；磷酸 戊糖途径；糖原的合成与分戊糖途径；糖原的合成与分 解；糖异生途径及生理意义解；糖异生途径及生理意义难点：难点：糖的分解代谢各代谢途径之糖的分解代谢各代谢途径之 间的关系间的关系第第1节节 代谢概论与糖代谢概况代谢概论与糖代谢概况1. 代谢的概念代谢的概念 指生物活体与外界环境不断进行的物质
2、指生物活体与外界环境不断进行的物质（包括气体、液体和固体）和能量的交换过程。（包括气体、液体和固体）和能量的交换过程。其本质是活细胞中发生一系列化学变化，每一其本质是活细胞中发生一系列化学变化，每一变化均由酶催化。变化均由酶催化。 包括包括: 分解代谢、合成代谢分解代谢、合成代谢生物体内新陈代谢生物体内新陈代谢 合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用） 分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用）小分子合成大分子小分子合成大分子 需要能量需要能量 释放能量释放能量大分子分解成小分子大分子分解成小分子能量代谢能量代谢物质代谢物质代谢2. 分解代谢和合成代谢分解代谢和合成代谢TAC循环循环 G丙酮酸丙
3、酮酸 乙酰乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP Gn 分解代谢分解代谢 (catabolism)合成代谢合成代谢 (anabolism)o合成代谢：合成代谢是一个集合过程合成代谢：合成代谢是一个集合过程(convergent process)。由小分子由小分子(如氨基如氨基酸等酸等)生成大分子生成大分子(如蛋白质如蛋白质)的过程的过程o合成代谢一般不是分解代谢简单的逆向合成代谢一般不是分解代谢简单的逆向反应，而是由不同酶催化的，通常需要反应，而是由不同酶催化的，通常需要消耗消耗ATP，还原供氢体多为还原供氢体多为NADPH3. 代谢途径代谢途径o机体内的化学
4、反应是在酶的催化下完成的，机体内的化学反应是在酶的催化下完成的，在细胞内这些反应不是相互独立的，而是在细胞内这些反应不是相互独立的，而是相互联系的，一个反应的产物可能就是下相互联系的，一个反应的产物可能就是下一个反应的底物，这样构成一连串的反应，一个反应的底物，这样构成一连串的反应，称之为称之为代谢途径代谢途径。o由依次连接的反应步骤组成由依次连接的反应步骤组成, 从某些从某些关键中关键中间产物开始间产物开始, 一直到产生特定的终产物。一直到产生特定的终产物。o三个共同点：三个共同点： 代谢途径是不可逆的；代谢途径是不可逆的； 分解代谢释放能量，合成代谢消耗能量；分解代谢释放能量，合成代谢消耗
5、能量； 代谢途径受多种因素调控。代谢途径受多种因素调控。p代谢途径的分区：代谢途径的分区： 代谢产物、酶、分子或代谢系统在细胞代谢产物、酶、分子或代谢系统在细胞内的不均一分布。内的不均一分布。多酶体系的区域化分布多酶体系的区域化分布多酶体系多酶体系分布分布多酶体系多酶体系分布分布糖酵解糖酵解胞液胞液胆固醇合成胆固醇合成胞液和内质网胞液和内质网磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径胞液胞液磷脂合成磷脂合成内质网内质网糖原合成糖原合成胞液胞液尿素合成尿素合成线粒体和胞液线粒体和胞液脂肪酸合成脂肪酸合成胞液胞液蛋白质合成蛋白质合成胞液和内质网胞液和内质网糖异生糖异生胞液胞液核酸合成核酸合成细胞核细胞核氧化氧化线粒
6、体线粒体多种水解酶多种水解酶溶酶体溶酶体三羧酸循环三羧酸循环线粒体线粒体呼吸链呼吸链线粒体线粒体酮体生成酮体生成肝细胞肝细胞线粒体线粒体l动物机体主要的能源和碳源动物机体主要的能源和碳源 提供提供70%的能量，神经系统、胎儿和乳的的能量，神经系统、胎儿和乳的合成消耗更多的葡萄糖，还为氨基酸和脂肪合合成消耗更多的葡萄糖，还为氨基酸和脂肪合成提供成提供C的来源的来源l构成组织细胞的成分构成组织细胞的成分 核酸中的核糖，结缔组织中的蛋白多糖，核酸中的核糖，结缔组织中的蛋白多糖， 细细胞膜上的糖脂和糖蛋白等胞膜上的糖脂和糖蛋白等l其他方面其他方面 如细胞通讯与信号传导，免疫调节如细胞通讯与信号传导，免
7、疫调节4. 糖代谢概况糖代谢概况p 糖的生理功能糖的生理功能:葡萄糖葡萄糖消化吸收消化吸收饲料与食物淀粉饲料与食物淀粉异生作用异生作用非糖物质的转变非糖物质的转变糖原分解糖原分解肝糖原肝糖原氧化供能氧化供能ATP、CO2和和H2O贮贮 存存肝糖原、肌糖原肝糖原、肌糖原转变成其他物质转变成其他物质脂类、氨基酸等脂类、氨基酸等p 糖的来源和去路糖的来源和去路: 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及及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
8、+ + NADPH+H+淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收 ATP p糖代谢糖代谢: 生物体内糖类的合成、分解和转变生物体内糖类的合成、分解和转变过程。动物体内糖代谢分为消化、转运、储过程。动物体内糖代谢分为消化、转运、储存、分解和合成五个部分。存、分解和合成五个部分。血糖（血糖（blood sugar） 血糖血糖: 血液中所含的葡萄糖，反映血液中所含的葡萄糖，反映机体的能量水平，糖的分解和利用的动机体的能量水平，糖的分解和利用的动态平衡。态平衡。 对大脑、胎儿尤为重要。对大脑、胎儿尤为重要。血血糖糖食物糖食物糖消消 化化葡萄糖葡萄糖吸收吸收肝糖原肝糖原合成合成分解分解乳酸乳酸糖异生糖异生(血液血
9、液)肌糖原肌糖原合合 成成有氧氧化有氧氧化CO2+H2O+ATP糖酵解糖酵解乳酸乳酸+ATP血乳酸血乳酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖(肝脏肝脏)( (肌肉肌肉) )转变为转变为其他物质其他物质(大量大量) (少量少量)o 正常血糖浓度：正常血糖浓度：65%100%o调节血糖浓度的激素有：调节血糖浓度的激素有：胰岛素下调胰岛素下调，肾，肾上腺素、胰高血糖素和糖皮质激素上调。上腺素、胰高血糖素和糖皮质激素上调。o糖尿病糖尿病血糖水平相对恒定，超过肾糖血糖水平相对恒定，超过肾糖阈值，葡萄糖随尿排出阈值，葡萄糖随尿排出, , 糖尿病存在胰岛素糖尿病存在胰岛素依赖型依赖型(型型)和非胰岛素依赖型和非胰岛素依
10、赖型(型型)。血糖的调节及糖尿病血糖的调节及糖尿病4 糖酵解4 糖的有氧氧化4 磷酸戊糖途径第第2节节 葡萄糖的分解代谢葡萄糖的分解代谢p 在无氧情况下，在无氧情况下，细胞液细胞液中葡萄糖降解为乳酸并伴随着少中葡萄糖降解为乳酸并伴随着少量量ATP生成的一系列反应称为糖的无氧分解。因与酵母生成的一系列反应称为糖的无氧分解。因与酵母菌使糖生醇发酵菌使糖生醇发酵（脱羧还原）的过程相似，因而又称为脱羧还原）的过程相似，因而又称为糖酵解糖酵解。p 由葡萄糖分解成丙酮酸，称之为由葡萄糖分解成丙酮酸，称之为糖酵解途径糖酵解途径(glycolytic pathway)，又称为又称为Embden-Meyerho
11、f-Pathway途径途径（EMP途径途径） 。在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸，在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸，有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入进入三羧酸循环，生成三羧酸循环，生成CO2和和H2O。一一 糖酵解糖酵解（glycolysis）2个阶段个阶段(10步反应步反应)1葡萄糖葡萄糖(6个个C) 2分子分子3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛(3个个C)3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 丙酮酸（丙酮酸（3个个C）糖酵解途径分为糖酵解途径分为2个阶段：个阶段：2ATP 2ADP耗能耗能2ADP 2ATP产能产能1. 第一阶段第一阶段 葡萄糖磷酸化为葡萄糖
12、磷酸化为6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATP ADPMg2+ 己糖激酶己糖激酶(hexokinase)葡萄糖葡萄糖 O CH2HO H HOOHH OH H OH H H 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P)P P O CH2OH HOOHH OH H OH H H消耗消耗1分子分子ATPp己糖激酶己糖激酶 (hexokinase, HK)：能催化葡萄糖、能催化葡萄糖、甘露糖、氨基葡萄糖、果糖的磷酸化反应，甘露糖、氨基葡萄糖、果糖的磷酸化反应，是糖氧化反应过程的限速酶或称关键酶，它是糖氧化反应过程的限速酶或称关键酶，它有同工酶有同工酶-型，型，、型主要存
13、在于型主要存在于肝外组织，肝外组织，型主要存在于肝脏，特称型主要存在于肝脏，特称葡萄葡萄糖激酶糖激酶 (glucokinase, GK)。p催化催化ATP上的磷酸基团向不同的己糖转移。上的磷酸基团向不同的己糖转移。己糖激酶己糖激酶(2) 6-磷酸葡萄糖异构化为磷酸葡萄糖异构化为6-磷酸果糖磷酸果糖 磷酸葡萄糖异构酶磷酸葡萄糖异构酶 (phosphohexose isomerase)催化催化6-磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖磷酸果糖 (fructose 6-phosphate, F-6-P)的过程，羰基的过程，羰基C由由C1移至移至C2，反应是可逆的。反应是可逆的。磷酸葡萄糖异构酶
14、磷酸葡萄糖异构酶6-磷酸果糖磷酸果糖（3）6-磷酸果糖磷酸化为磷酸果糖磷酸化为1, 6-二磷酸果糖二磷酸果糖 ATP ADP Mg2+ 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶6-磷酸果糖磷酸果糖 1, 6-二磷酸果糖二磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1, 6-2P) 消耗消耗1分子分子ATP （4）1, 6 二磷酸果糖裂解二磷酸果糖裂解CH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHP PP P1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 醛缩酶醛缩酶(aldolase)磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 +CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P POCH2OHCOCH
15、2POCH2P PO（5）磷酸二羟丙酮的同分异构化）磷酸二羟丙酮的同分异构化磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 CH2OHCOCH2POCH2P PO到此，到此，1分子葡萄糖生成分子葡萄糖生成2分子分子3-磷酸甘油醛，磷酸甘油醛，通过两次磷酸化作用消耗通过两次磷酸化作用消耗2分子分子ATP。 2. 第二阶段第二阶段（6）3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1, 3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 Pi、NAD+ NADH+H+ 3-3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 CHOCHO
16、HCHOHOHCH2POCH2P PO1,3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸 O=CCOHCH2POP POP PO既是氧化反应又是磷酸化反应既是氧化反应又是磷酸化反应 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸O=CCOHCH2POP POP PO3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO代谢物在氧化分解过程中通过脱氢、脱水等作用使底物代谢物在氧化分解过程中通过脱氢、脱水等作用使底物分子内部能量重新分布，能量集中生成高能键，然后使分子内部能量重新分布，能量集中生成高能键，然后使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程，称为的过程，称为底物水平磷酸化
17、底物水平磷酸化。 生成生成2分子分子ATP（8）3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘磷酸甘油酸油酸 磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶变位酶3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCCH2POP POOHOH 磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase) 催化催化3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸C3位上的磷酸基转变到位上的磷酸基转变到C2位上位上生成生成2磷酸甘油酸。此反应是可逆。磷酸甘油酸。此反应是可逆。（9）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶烯醇化酶2-磷酸
18、甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 (pyruvate kinase, PK) 催化下，磷酸烯催化下，磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至ADP生成生成ATP，这是这是又一次底物水平磷酸化过程。此反应是不可逆的。又一次底物水平磷酸化过程。此反应是不可逆的。（10）磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移）磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶(pyruvate kinase)磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 COOHCCH2P PO丙酮酸丙酮酸 COOHC=OCH3葡萄糖葡萄糖6-磷酸果糖磷酸
19、果糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATPADPEE1, 6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟基丙酮磷酸二羟基丙酮1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸ATP ADPEEENADNADHPiE丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸EH2OEATPADPE葡萄糖葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2OEATPADPo无论是否存在氧，从葡萄糖到丙酮酸的过程都无论是否存在氧，从葡萄糖到丙酮酸的过程都不会发生变化，但丙酮酸的去路却取决于机体不会发生变化，但丙酮酸的去路却取决于机体组织是否有氧。组织是否有氧。
20、o有氧有氧条件下，丙酮酸脱氢酶复合体系催化丙酮条件下，丙酮酸脱氢酶复合体系催化丙酮酸生成酸生成乙酰辅酶乙酰辅酶A，然后进入，然后进入三羧酸循环三羧酸循环。电。电子传递体系通过氧来完成对子传递体系通过氧来完成对NADH的氧化。的氧化。3. 糖酵解糖酵解终产物、产能和调控终产物、产能和调控（1）无氧状态与有氧状态）无氧状态与有氧状态o无氧无氧环境下，环境下，丙酮酸转变成乳酸丙酮酸转变成乳酸丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH) NADH+H+ NAD+ COOHCHOHCH3COOHC=OCH3反应中的反应中的NADH+H+ 来自于上述第来自于上述第6步步反应中的反应中的 3-磷酸
21、甘油醛脱氢反应。磷酸甘油醛脱氢反应。骨骼肌骨骼肌血液血液 肝脏肝脏肌糖原肌糖原6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖肌乳酸肌乳酸糖酵解糖酵解 葡萄糖葡萄糖 肝糖原肝糖原 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸血糖血糖血乳酸血乳酸（2）科里循环（）科里循环（Cori Cycle）糖异生糖异生（3）丙酮酸的去路）丙酮酸的去路乙醇发酵乙醇发酵TPPH+CO2NADH+H+NAD+乙醇乙醇乙酸乙酸O2丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛厌氧有机体（如酵母或其他微生物）把酵厌氧有机体（如酵母或其他微生物）把酵解生成的解生成的NADH中的氢交给丙酮酸脱羧生成的中的氢交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，使之形成乙醇乙醛，使之形成乙醇酒精发
22、酵。酒精发酵。(4) 糖酵解能量的生成糖酵解能量的生成葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1,3- 1,3- 二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乙醛乙醛乳酸乳酸乙醇乙醇己糖激酶己糖激酶磷酸葡萄糖异构酶磷酸葡萄糖异构酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶醛缩酶醛缩酶脱氢酶脱氢酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶变位酶变位酶烯醇化酶烯醇化酶丙酮酸激丙酮酸激酶酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶-ATP-ATP+ATP+ATP糖
23、原糖原1-P-G糖酵解途径汇总糖酵解途径汇总由由1分子分子G在无氧条在无氧条件下氧化分解，最件下氧化分解，最终产生终产生2分子分子ATP。如果从糖原开始，如果从糖原开始，则可得到则可得到3分子分子ATP注意酵解途径中的注意酵解途径中的3 3个个关键酶催化的不可逆关键酶催化的不可逆反应反应. .1.1. 己糖激酶己糖激酶2.2. 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶3.3. 丙酮酸激酶丙酮酸激酶（5）巴斯德效应和克雷布特里效应）巴斯德效应和克雷布特里效应o巴斯德效应：巴斯德效应：氧抑制糖酵解氧抑制糖酵解的现象。酵的现象。酵母细胞暴露在有氧环境时，葡萄糖的消母细胞暴露在有氧环境时，葡萄糖的消耗量和乙醇的生产量
24、就会急剧减少，氧耗量和乙醇的生产量就会急剧减少，氧越多抑制作用就越强。越多抑制作用就越强。o克雷布特里效应克雷布特里效应: 增加葡萄糖的浓度会抑增加葡萄糖的浓度会抑制氧的消耗。制氧的消耗。 TAC循环循环 G丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP Gn 葡萄糖的分解代谢葡萄糖的分解代谢产生少产生少量量ATP 无无氧氧环环境境有有氧氧环环境境 巴斯德效应：巴斯德效应：氧抑制酵解，氧越氧抑制酵解，氧越多，抑制作用越强，分子基础是多，抑制作用越强，分子基础是ATP抑制磷酸果糖激酶。抑制磷酸果糖激酶。 克雷布特里效应：克雷布特里效应：葡萄糖的浓度葡萄
25、糖的浓度越高，三羧酸循环电子传递体系越高，三羧酸循环电子传递体系的活性就越低的活性就越低, 对氧消耗的抑制作对氧消耗的抑制作用就越强。用就越强。 （6）糖酵解的调节）糖酵解的调节o糖酵解途径有双重作用：一是使葡萄糖降解产糖酵解途径有双重作用：一是使葡萄糖降解产生生ATP，二是为合成反应提供碳单元；二是为合成反应提供碳单元；o为适应细胞的代谢需求，葡萄糖转化为乳酸的为适应细胞的代谢需求，葡萄糖转化为乳酸的速率是受到严格调节的；速率是受到严格调节的；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丙酮酸激酶丙酮酸激酶 调节方式调节方式别构调节别构调节 共价修饰调节共价修饰调节 p 6-磷
26、酸果糖激酶磷酸果糖激酶 (PFK) * 别构调节别构调节 别构激活剂：别构激活剂：AMP; ADP; F-2, 6-2P; 别构抑制剂：别构抑制剂： 柠檬酸柠檬酸; ATP（高浓度）；（高浓度）；NADH 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（活性中心底物结合部位（ ATP低浓度时）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 p 丙酮酸激酶丙酮酸激酶别构调节别构调节 别构激活剂：别构激活剂：1, 6-二磷酸果糖二磷酸果糖 别构抑制剂：别构抑制剂：ATP, 丙氨酸丙氨酸p 己糖
27、激酶或葡萄糖激酶己糖激酶或葡萄糖激酶*6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。萄糖激酶不受其抑制。*长链脂肪酰长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。可别构抑制肝葡萄糖激酶。G G-6-P ATP ADP 己糖激酶己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶ADP ATP PEP 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 p糖酵解是一个不需氧的产能过程，整个糖酵解糖酵解是一个不需氧的产能过程，整个糖酵解过程在胞液中进行。反应全过程中有三步不可过程在胞液中进行。反应全过程中有三步不可逆的反应，为关键步骤：逆的反
28、应，为关键步骤：（7）糖酵解小结）糖酵解小结o1克分子葡萄糖经第一阶段共克分子葡萄糖经第一阶段共 5 步反应，生成步反应，生成3-磷酸甘油醛，消耗磷酸甘油醛，消耗2分子分子ATP，为耗能过程。为耗能过程。o第二阶段第二阶段6步反应生成步反应生成4分子分子ATP，为释能过程为释能过程 。o1分子葡萄糖至乳酸的全过程净生成分子葡萄糖至乳酸的全过程净生成2分子分子ATP，产能的方式为产能的方式为底物水平磷酸化底物水平磷酸化。o整个途径的关键酶是己糖激酶、磷酸果糖激酶和整个途径的关键酶是己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。丙酮酸激酶。关键酶关键酶抑制剂抑制剂激活剂激活剂磷酸果糖磷酸果糖 激酶激酶ATP
29、、柠檬酸、柠檬酸脂肪酸、脂肪酸、NADHADP、AMP、磷酸、磷酸、2,6-二磷二磷酸果糖酸果糖己糖激酶己糖激酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸丙酮酸丙酮酸 激酶激酶乙酰乙酰CoAATP、脂肪酸脂肪酸1,6二磷酸果糖二磷酸果糖E1: 己糖激酶己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 E3: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+ 乳乳 酸酸 糖酵解的代谢途径糖酵解的代谢途径GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2PATP ADP ATPADP1,3-二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 NA
30、D+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ p 是生物体内糖分解代谢的普遍途径，动物、是生物体内糖分解代谢的普遍途径，动物、植物、微生物（尤其厌氧菌）都利用酵解植物、微生物（尤其厌氧菌）都利用酵解途径供能。途径供能。p 是机体的是机体的应急供能应急供能方式方式 动物机体主要靠动物机体主要靠有氧氧化供能，但当供氧不足时，即转为有氧氧化供能，但当供氧不足时，即转为主要依靠糖酵解途径供能，如剧烈运动，主要依靠糖酵解途径供能，如剧烈运动，心肺疾患等。心肺疾患等。红细胞红细胞没有线粒体，只能以没有线粒体，只能以糖酵解途径作为唯一的供能
31、途径。糖酵解途径作为唯一的供能途径。（8）糖酵解的生理意义）糖酵解的生理意义p 糖酵解途径中形成的许多中间产物，糖酵解途径中形成的许多中间产物，可可作为合成其他物质的原料作为合成其他物质的原料，如磷酸，如磷酸二羟丙酮可转变为甘油，丙酮酸可转二羟丙酮可转变为甘油，丙酮酸可转变为丙氨酸或乙酰变为丙氨酸或乙酰CoA。p与糖的有氧氧化途径、磷酸戊糖途径与糖的有氧氧化途径、磷酸戊糖途径以及异生途径都有密切联系以及异生途径都有密切联系。4. 其他糖类的代谢其他糖类的代谢果糖果糖己糖激酶己糖激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP丙酮酸丙酮酸半乳糖半乳糖1- 1-磷酸半乳糖磷酸
32、半乳糖1- 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖半乳糖激酶半乳糖激酶变位酶变位酶甘露糖甘露糖6- 6-磷酸甘露糖磷酸甘露糖己糖激酶己糖激酶变位酶变位酶除葡萄糖外，其它己除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。糖而进入酵解途径。 二二 糖的有氧氧化糖的有氧氧化 (aerobic oxidation) 有氧条件下有氧条件下, 葡萄糖彻底氧化生成葡萄糖彻底氧化生成CO2和和H2O，并伴有能量释放的过程。，并伴有能量释放的过程。三个阶段三个阶段葡萄糖转变为丙酮酸葡萄糖转变为丙酮酸丙酮酸氧化丙酮酸氧化乙酰辅酶乙酰辅酶A乙酰辅酶乙酰辅酶A A 三羧酸循环三羧酸循环胞液胞液线粒体线粒体
33、1. 维生素与辅酶维生素与辅酶 三羧酸循环的辅酶三羧酸循环的辅酶 维生素（维生素（Vitamin)：机体维持正常生命活：机体维持正常生命活动所必需，人和动物不能合成或合成量极少，动所必需，人和动物不能合成或合成量极少，必需由食物供给的一类小分子有机物质。必需由食物供给的一类小分子有机物质。 不是机体的能量来源，也不是结构成分，不是机体的能量来源，也不是结构成分，大多数以辅酶、辅基的形式参与调节代谢活动大多数以辅酶、辅基的形式参与调节代谢活动 脂溶性脂溶性: 直接参与代谢的调节作用直接参与代谢的调节作用 A 视黄醇视黄醇 D 钙化醇钙化醇 E 生育酚生育酚 K 凝血维生素凝血维生素水溶性水溶性:
34、 转变成辅酶对代谢起调节作用转变成辅酶对代谢起调节作用B 族维生素族维生素 C 族维生素族维生素 维生素维生素 学名学名 辅酶形式辅酶形式 主要作用主要作用B1 B2 PP（ B5） B6 硫胺素硫胺素核黄素核黄素烟酸烟酸烟酰胺烟酰胺吡哆醛吡哆醛吡哆胺吡哆胺吡哆醇吡哆醇硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸（TPP）黄素单核苷酸黄素单核苷酸（FMN）黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD+）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 （NAD+ ）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酸（NADP+ ）磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺 参与醛基转移和参与醛基转移和酮酮酸的脱羧作用酸的脱
35、羧作用氧化还原酶的辅基，氧化还原酶的辅基，参与参与递氢作用递氢作用 氧化还原酶的辅酶参氧化还原酶的辅酶参与与递氢作用递氢作用参与氨基酸的参与氨基酸的转氨基转氨基和脱羧作用和脱羧作用水溶性维生素与辅酶水溶性维生素与辅酶 维生素维生素 学名学名 辅酶形式辅酶形式 主要作用主要作用 泛酸泛酸（ B3）生物素生物素（ B7）叶酸叶酸B11 B12 C钴胺钴胺素素抗坏抗坏血酸血酸 辅酶辅酶A生物素生物素四氢叶酸四氢叶酸 甲基钴胺素，脱氧腺苷甲基钴胺素，脱氧腺苷钴胺素（钴胺素（B12辅酶）辅酶） 多种多种酰基转移反应酰基转移反应的的辅酶辅酶 传递传递CO2 的羧化作用的羧化作用一碳基团转移的活性一碳基团转
36、移的活性载体载体参与参与氢原子重排作用氢原子重排作用 甲基化作用甲基化作用羟化反应羟化反应的辅助因子的辅助因子 (1) 烟酸和烟酰胺（维生素烟酸和烟酰胺（维生素B5-PP）辅酶形式：辅酶形式：辅酶辅酶I（NAD：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）辅酶辅酶II（NADP：烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸）烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸） 能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营养障碍，出现皮炎。经营养障碍，出现皮炎。NAD+和和NADP+的分子结构的分子结构NNNNH2NOOOHO P OOHOP OOHOOOH OHNNH2OPOHOHONAD+NADP+NNH
37、2ORHH2e-+H+2e-+H+有氧化型有氧化型（NAD+，NADP+）和还原型和还原型（NADH+H+，NADPH+H+）两种形式两种形式。作为脱氢酶的辅酶作为脱氢酶的辅酶，在酶促在酶促反应中起递氢体的作用。反应中起递氢体的作用。(2) 核黄素（维生素核黄素（维生素B2) 缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低，主要症状为口腔发炎，舌炎、降低，主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。角膜炎、皮炎等。辅酶形式：辅酶形式：FAD (黄素腺嘌呤二核苷酸）黄素腺嘌呤二核苷酸） FMN (黄素单核苷酸黄素单核苷酸)维生素维生素B2 -FMN，FAD维生素维生素B2FMN的作用
38、机制的作用机制功能：在脱氢酶催化的氧化功能：在脱氢酶催化的氧化- -还原反应中，还原反应中， 起电子和质子的传递体作用。起电子和质子的传递体作用。(3) 硫胺素硫胺素 (维生素维生素 B1) 辅酶形式：焦磷酸硫胺素辅酶形式：焦磷酸硫胺素(TPP) 缺乏时表现出缺乏时表现出多发性神经炎多发性神经炎、皮肤麻木、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿、脚气病脚气病。功能：功能：脱羧酶的辅酶，催化丙酮酸、脱羧酶的辅酶，催化丙酮酸、 -酮戊二酸的酮戊二酸的脱羧脱羧反应。反应。TPP的分子结构的分子结构硫胺素硫胺素VB1经焦磷酸化转变为经焦磷酸化转变为TPP（4）泛酸）泛酸（
39、维生素（维生素B3）辅酶形式：辅酶辅酶形式：辅酶A (CoA) CoA.SH活性位点：活性位点：-SH泛酸泛酸巯基乙胺巯基乙胺3磷酸磷酸-ADP CoA是酰化酶的辅酶是酰化酶的辅酶。 功能：功能：CoA中的巯基可与酰基以中的巯基可与酰基以高能硫酯键结合，在糖、脂、蛋白质高能硫酯键结合，在糖、脂、蛋白质代谢中起代谢中起传递酰基传递酰基的作用。的作用。 CH3C S-CoA O（5）硫辛酸）硫辛酸硫辛酸，含硫脂肪酸，其巯基有氧化和还原两种形硫辛酸，含硫脂肪酸，其巯基有氧化和还原两种形式，式，丙酮酸和丙酮酸和-酮戊二酸脱氢酶的辅酶酮戊二酸脱氢酶的辅酶，在氧化脱，在氧化脱羧过程中既可以羧过程中既可以传
40、递氢和电子传递氢和电子，又能，又能转移酰基转移酰基。 （6）吡哆素）吡哆素 (维生素维生素B6)吡哆素吡哆素( (包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺) )磷酸吡多素是是氨基酸转氨酶、脱羧酶等的辅酶。磷酸吡多素是是氨基酸转氨酶、脱羧酶等的辅酶。NOOHPOOHONOOHPOOHOH2N磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺O(7) 叶酸叶酸 (维生素维生素B11) 最重要的形式是最重要的形式是四氢叶酸四氢叶酸，是一碳基团是一碳基团转移酶的辅酶转移酶的辅酶。 一碳单位：某些氨基酸（一碳单位：某些氨基酸（Gly、Ser、Thr、His）在分解代谢过程中可以产生含有一个碳原）在分解代谢过程中可以产生含
41、有一个碳原子的基团，如甲基子的基团，如甲基（-CH3）、甲烯基（甲烯基（-CH2-）、甲酰基甲酰基（-CHO）、羟甲基（）、羟甲基（-CH2OH）等。等。 四氢叶酸的分子结构四氢叶酸的分子结构5, 6, 7, 8-四氢叶酸四氢叶酸 N1N3CH6NH57NH8NH2OHCH29NH10CONH CHHOOC(CH2)2COOH2-氨基氨基-4-羟基羟基-6-甲基甲基-5, 6, 7, 8-四氢蝶呤啶四氢蝶呤啶对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸谷氨酸谷氨酸(8) 生物素生物素 (维生素维生素B7，维生素维生素H)生物素是羧化酶的辅酶，生物素是羧化酶的辅酶，CO2的载体。的载体。在生物合成中起传递和固定在生
42、物合成中起传递和固定CO2的作用。的作用。OHNHOHNSOOHNHONSOOHO生物素羧基生物素(9) 钴胺素钴胺素(维生素维生素B12) 维生素维生素B12分子中心分子中心钴原子结合钴原子结合5-脱氧脱氧腺苷基称辅酶腺苷基称辅酶B12。 功能：变位酶和甲基功能：变位酶和甲基转移酶的辅酶。转移酶的辅酶。NNNNH2NONH2ONH2NH2OOOCoOHH2NONHORPOO-OONNHOHHNH2HHOH氰钴胺酸：R= -CN羟钴胺酸：R= -OH甲钴胺酸：R= -CH35-脱氧腺苷钴胺酸：R=5-脱氧腺苷3+(10) 抗坏血酸（维生素抗坏血酸（维生素C）CCCCCCH2OHOHOHOHHO
43、HOOCCOOOHHOHCH2OHCCC 在体内参与氧化还原反应，羟化反应。在体内参与氧化还原反应，羟化反应。防止贫血和治疗感染。防止贫血和治疗感染。 (11) 辅酶辅酶Q (CoQ) 又称为泛醌，存在于动物和细菌的线粒体中。又称为泛醌，存在于动物和细菌的线粒体中。OOCH3OCH3OCH3(CH2CH CCH2)nHCH3n=6-10 为为线粒体呼吸链氧化线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶还原酶的辅酶，在酶与，在酶与底物分子之间传递电子。底物分子之间传递电子。 2. 丙酮酸氧化（线粒体中进行）丙酮酸氧化（线粒体中进行） 丙酮酸（丙酮酸（3C）转变为乙酰）转变为乙酰CoA（2C），），在在线粒体线
44、粒体中进行，由丙酮酸脱氢酶系催化，中进行，由丙酮酸脱氢酶系催化，为不可逆反应为不可逆反应。H3C COCOOHHSCoAH3C COSCoA乙酰CoA+CO2丙酮酸脱氢酶复合体NAD+NADH+ H+丙酮酸注意注意: 产物为产物为2分子乙酰分子乙酰CoA丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶TPP（VitB1）二氢硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸乙酰转移酶HSCoA（泛酸）（泛酸）硫辛酸硫辛酸FAD （VitB2）NAD+ （VitPP）酶酶辅酶（维生素）辅酶（维生素）丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 (pyruvate dehydrogen
45、asecomplex, PDC) 催化的反应催化的反应 3. 三羧酸循环三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle)p 在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸在在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸在线粒体线粒体中氧化脱羧形成乙酰中氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰。乙酰CoA经一系列氧化、经一系列氧化、脱羧，最终生成脱羧，最终生成C2O和和H2O并产生能量的过程，称为并产生能量的过程，称为柠柠檬酸循环檬酸循环，亦称为，亦称为三羧酸循环，简称三羧酸循环，简称TCA循环循环。p 由乙酰辅酶由乙酰辅酶A（2碳）和草酰乙酸（碳）和草酰乙酸（4碳）缩合开始，碳）缩合开始，经过经过 8 步
46、连续反应，使一分子乙酰基完全氧化，再生步连续反应，使一分子乙酰基完全氧化，再生成草酰乙酸而完成一个循环。成草酰乙酸而完成一个循环。1937年年Krebs提出，也称提出，也称Krebs循环循环TCA循环的过程循环的过程 乙酰辅酶乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸与草酰乙酸缩合形成柠檬酸 柠檬酸异构化生成异柠檬酸柠檬酸异构化生成异柠檬酸 异柠檬酸氧化脱羧生成异柠檬酸氧化脱羧生成a-酮戊二酸酮戊二酸 -酮戊二酸氧化成为草酰琥珀酸，脱羧酮戊二酸氧化成为草酰琥珀酸，脱羧 成为琥珀酰辅酶成为琥珀酰辅酶A 琥珀酰琥珀酰CoA转化成琥珀酸，并产生转化成琥珀酸，并产生GTP 琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢生成
47、延胡索酸 延胡索酸被水化生成苹果酸延胡索酸被水化生成苹果酸 苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸（1）乙酰辅酶）乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸与草酰乙酸缩合成柠檬酸v单向不可逆单向不可逆,可调控的限速步骤可调控的限速步骤, ATP、NADH 和琥珀酰和琥珀酰CoA是抑制剂是抑制剂v氟乙酰氟乙酰CoA导致致死合成常作为杀虫药导致致死合成常作为杀虫药柠檬酸合酶柠檬酸合酶（2）柠檬酸异构化生成异柠檬酸）柠檬酸异构化生成异柠檬酸顺乌头酸酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸（3）异柠檬酸脱羧生成）异柠檬酸脱羧生成a-酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸
48、脱氢酶ATP和和NADH是其抑制剂是其抑制剂, ADP和和NAD+是它的激活剂。是它的激活剂。TCA中第一次氧化作用、脱羧过程，三羧酸到二羧酸转变。中第一次氧化作用、脱羧过程，三羧酸到二羧酸转变。（4）-酮戊二酸氧化脱羧成琥珀酰辅酶酮戊二酸氧化脱羧成琥珀酰辅酶A-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体。TCA中第二次氧化作用、脱羧过程中第二次氧化作用、脱羧过程-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶、琥珀酰转移酶琥珀酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶ATP和和NADH是它的抑制剂是它的抑制剂, ADP和和NAD+是它的激活剂是它的激活剂（5）琥珀酰）琥珀酰CoA转化成琥珀酸转化成琥珀酸琥珀酰硫
49、激酶琥珀酰硫激酶TCA中唯一底物水平磷酸化反应中唯一底物水平磷酸化反应（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸）琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶v TCA中第三次氧化的步骤，开始四碳酸之间的转变中第三次氧化的步骤，开始四碳酸之间的转变v 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂丙二酸为该酶的竞争性抑制剂（7 7）延胡索酸被水化生成苹果酸）延胡索酸被水化生成苹果酸延胡索酸酶延胡索酸酶（8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸）苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶TCA中第四次氧化的步骤中第四次氧化的步骤三羧循环三羧循环一次三羧酸循环彻底一次三羧酸循环彻底氧化一分子乙酰辅酶氧化一分子乙酰辅酶A，产生，产生12个个
50、ATP。三羧循环的调节三羧循环的调节 关键酶：关键酶：柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系 NADH/NAD+和和ATP/ADP的比率：的比率： ADP与与NAD+浓度浓度 ，使三羧酸循环，使三羧酸循环 ATP与与NADH浓度浓度 ，使三羧酸循环，使三羧酸循环 回补反应回补反应 循环一周氧化循环一周氧化1分子乙酰分子乙酰CoA 4次脱次脱H ：3（NADH+H+）、）、1（FADH2） 2次脱羧：次脱羧：2CO2 关键酶：关键酶：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶系酮戊二
