1、第四章第四章 糖代谢糖代谢Metabolism of Carbohydrates糖糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。聚物。糖的分类及其结构糖的分类及其结构根据其水解产物的情况，糖主要可根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。分为以下四大类。单糖单糖 (monosacchride)寡糖寡糖 (oligosacchride)多糖多糖 (polysacchride)结合糖结合糖 (glycoconjugate)OHOHHHOHHOHOOHOOHHHHOHOHHOHHCH2OH葡萄
2、糖葡萄糖(glucose) 已醛糖已醛糖果糖果糖(fructose) 已酮糖已酮糖 OHOHOHOHHHOHHOH1. 单糖单糖 不能再水解的糖。不能再水解的糖。OOHOHHOH2CHHOHHCH2OHOOHHHOHHOHHOHHCH2OHOHHHHOHOHOHHOH2COHOHOHOHHOHHHOH半乳糖半乳糖(galactose) 已醛糖已醛糖 核糖核糖(ribose) 戊醛糖戊醛糖 OHHOHHOHOHOH2. 寡糖寡糖常见的几种二糖有常见的几种二糖有麦芽糖麦芽糖 (maltose) 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖蔗蔗 糖糖 (sucrose) 葡萄糖葡萄糖 果糖果糖乳乳 糖糖 (lacto
3、se) 葡萄糖葡萄糖 半乳糖半乳糖能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。脱水缩合的糖苷键相连。3. 多糖多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。能水解生成多个分子单糖的糖。常见的多糖有常见的多糖有淀淀 粉粉 (starch)糖糖 原原 (glycogen)纤维素纤维素 (cellulose) 淀粉淀粉植物中养分的储存形式植物中养分的储存形式淀粉颗粒淀粉颗粒 糖原糖原动物体内葡萄糖的储存形式动物体内葡萄糖的储存形式 纤维素纤维素作为植物的骨架作为植物的骨架-1,4-糖苷键糖苷键4. 结合糖结合糖 糖与非糖物质的结合物。糖与非糖物质的结合物。糖
4、脂糖脂 (glycolipid)：是糖与脂类的结合物。：是糖与脂类的结合物。糖蛋白糖蛋白 (glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。：是糖与蛋白质的结合物。 常见的结合糖有常见的结合糖有 l糖的生理功能糖的生理功能l提供能量提供能量l机体重要的碳源机体重要的碳源l人体组织结构的重要成分人体组织结构的重要成分l重要的生物活性物质重要的生物活性物质(糖的磷酸衍生物糖的磷酸衍生物)第一节第一节 糖的消化与吸收糖的消化与吸收一、糖的消化与吸收一、糖的消化与吸收(一一)糖的消化糖的消化 人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，糖
5、原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以其中以淀粉淀粉为主为主 消化部位：消化部位： 主要在小肠，少量在口腔主要在小肠，少量在口腔淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖+麦芽三糖麦芽三糖 （40%） （25%）-临界糊精临界糊精+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 -葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 -临界糊精酶临界糊精酶 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 食物中含有的大量纤维素，因人体内食物中含有的大量纤维素，因人体内无无 - -糖苷酶而不能对其分解利用，但却具糖苷酶而不能对其分解利用，
6、但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。需。(二二)糖的吸收糖的吸收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 ADP+Pi ATP G Na+ K+ Na+泵泵小肠粘膜细胞小肠粘膜细胞 肠肠腔腔 门静脉门静脉 3. 吸收机制吸收机制Na+依赖型葡萄糖转运体依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter, SGLT)刷状缘刷状缘 细胞内膜细胞内膜 4. 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
7、组织细胞 GLUT GLUT：葡萄糖转运体：葡萄糖转运体(glucose transporter)，已发现有已发现有5种葡萄糖转运种葡萄糖转运体体(GLUT 15)。三、糖代谢的概况三、糖代谢的概况l葡萄糖进入细胞内进行代谢需要依赖葡萄糖葡萄糖进入细胞内进行代谢需要依赖葡萄糖转运体转运体(glucose transporter，GLUT)来实来实现现l目前已发现目前已发现5种种(GLUT15)分布在不同的组分布在不同的组织细胞中织细胞中lGLUT-1红细胞红细胞lGLUT-4脂肪、肌组织脂肪、肌组织 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无无氧氧 H2O及及CO2 乳酸乳酸
8、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 丙酮酸氧化丙酮酸氧化 三羧酸循环三羧酸循环 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 糖酵解糖酵解 糖异生糖异生第二节第二节 糖的无氧氧化糖的无氧氧化Glycolysisl糖酵解：一分子葡萄糖在胞质中可裂解为糖酵解：一分子葡萄糖在胞质中可裂解为两分子丙酮酸，是葡萄糖无氧氧化和有氧两分子丙酮酸，是葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径，称为糖酵解氧化的共同起始途径，称为糖酵解l乳酸发酵：在不能利用氧或氧供
9、应不足时，乳酸发酵：在不能利用氧或氧供应不足时，人体将丙酮酸在胞质中还原生成乳酸，称人体将丙酮酸在胞质中还原生成乳酸，称为乳酸发酵为乳酸发酵一、糖的无氧氧化一、糖的无氧氧化l两个阶段：两个阶段：l第一阶段：糖酵解阶段，葡萄糖分解成丙酮酸第一阶段：糖酵解阶段，葡萄糖分解成丙酮酸l第二阶段：乳酸生成阶段，丙酮酸转变成乳酸第二阶段：乳酸生成阶段，丙酮酸转变成乳酸l细胞定位：细胞定位：胞浆胞浆 葡萄糖磷酸化为葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate, G-6-P)ATP ADPMg2+ 己糖激酶己糖激酶(hexokinase)Glu G-6-P F-6-P F-1
10、,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磷酸烯醇式丙酮酸酸磷酸烯醇式丙酮酸酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 P P O CH2OH HOOHH OH H OH H H(一一)、葡萄糖分解成丙酮酸葡萄糖分解成丙酮酸葡萄糖葡萄糖 O CH2HO H HOOHH OH H OH H Hl反应不可逆反应不可逆l第一个关键酶第一个关键酶l消耗一个消耗一个ATPATP哺乳类动物体内已发现有哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工
11、酶，种己糖激酶同工酶，分别称为分别称为至至型。型。肝细胞中存在的是肝细胞中存在的是型，称型，称为葡萄糖激酶为葡萄糖激酶(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 HKGK分布分布肝外的其他组织肝外的其他组织肝内肝内Km小小大大底物底物所有己糖所有己糖葡萄糖葡萄糖调节因素调节因素G-6-P反馈抑制反馈抑制胰岛素可诱导其胰岛素可诱导其表达表达 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) 己糖异构酶己糖异构酶 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 P P O CH2O
12、H HOOHH OH H OH H H6-磷酸果糖磷酸果糖 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磷酸烯醇式丙酮酸酸磷酸烯醇式丙酮酸酸 6-磷酸果糖转变为磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P) ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-16-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1(6-ph
13、osphfructokinase-1)6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖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磷酸烯醇式丙酮酸酸磷酸烯醇式丙酮酸酸l反应不可逆反应不可逆l第第2个关键酶个关键酶l消耗一个消耗一个ATPCH2OHOCCCCCH2OOHOHOHHHP PP P1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 磷酸己糖裂解成磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖分子磷酸丙糖
14、 醛缩酶醛缩酶 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 +CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P POCH2OHCOCH2POCH2P POGlu 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磷酸烯醇式丙酮酸酸磷酸烯醇式丙酮酸酸 磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶 磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isom
15、erase)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 POGlu 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磷酸烯醇式丙酮酸酸磷酸烯醇式丙酮酸酸 以上五步反应共消耗以上五步反应共消耗2分子分子ATP，产生了，产生了2分子分子3-磷酸甘油醛，为耗能阶段磷酸甘油醛，为耗能阶段 3-磷酸甘油醛氧
16、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-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶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 CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P PO1,3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸 O=CCOHCH2POP POP POGlu 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
17、油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸酸磷酸烯醇式丙酮酸酸 1,3-二磷酸甘油酸转变成二磷酸甘油酸转变成3-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 在以上反应中，将底物的高能磷酸基直接在以上反应中，将底物的高能磷酸基直接转移给转移给ADP生成生成ATP。这种。这种ADP或其他核或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程称为底物水平磷酸化接相偶联的反应过程称为底物水平磷酸化1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸O=CCOHCH2POP POP PO3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COO
18、HCOHCH2POP PO磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase) 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磷酸烯醇式丙酮酸酸磷酸烯醇式丙酮酸酸 3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为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磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase)3-磷酸甘油
19、酸磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCCH2POP POOHOHGlu 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磷酸烯醇式丙酮酸酸磷酸烯醇式丙酮酸酸 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate, PEP) 烯醇化酶烯醇化酶(enolase)2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COO
20、HCCH2POP POOHOH+ H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸COOHCCH2P POGlu 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磷酸烯醇式丙酮酸酸磷酸烯醇式丙酮酸酸ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶(pyruvate kinase) 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 并通过底物水平磷酸化生成并通过底物水平磷酸化生成ATP
21、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=OCH3Glu 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磷酸烯醇式丙酮酸酸磷酸烯醇式丙酮酸酸l第二个底物水平磷酸化第二个底物水平磷酸化l反应不可逆反应不可逆l第三个关键酶第三个关键酶(二二)、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
22、+ NAD+ COOHCHOHCH3COOHC=OCH3NADH + H+来自于来自于3-磷酸甘油醛的脱氢反应磷酸甘油醛的脱氢反应GlycolysisGlucoseGlucose-6-phosphateFructose-6-phosphateFructose-1, 6-bisphosphateDihydroxyacetonephosphateGlyceraldehyde3-phosphate1, 3 Bisphosphoglycerate3Phosphoglycerate2PhosphoglyceratePhosphoenolopyruvatePyruvateLactateHexokinase
23、PhosphoglucoseisomerasePhosphofructokinaseAldolaseTriosephosphateisomeraseGlyceraldehyde3-phosphatedehydrogenasePhosphoglyceratekinasePhosphoglyceratemutaseEnolasePyruvate kinaseLactate dehydrogenaseNADH NADNADH NADATPATPATPATPADPADPADPADP糖酵解小结糖酵解小结l糖酵解是一个不需氧产能过程糖酵解是一个不需氧产能过程l糖酵解的部位是细胞胞浆糖酵解的部位是细胞胞浆l
24、三个关键酶三个关键酶催化三个不可逆反应催化三个不可逆反应l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-1 ADP ATP PEP 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 l产能的方式和数量产能的方式和数量方式：底物水平磷酸化方式：底物水平磷酸化l1,3-二磷酸甘油酸转变为二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸lPEP将将P转给转给ADP形成形成ATP和丙酮酸和丙酮酸数量：数量：*糖酵解时糖酵解时1mol葡萄糖能净生成葡萄糖能净生成2molAT
25、P总反应式：总反应式：G+2ADP+2Pi 2CH3-CHOH-COOH+2H2O+2ATPl终产物乳酸的去路终产物乳酸的去路释放入血，进入肝脏再进一步代谢。释放入血，进入肝脏再进一步代谢。l分解利用分解利用 l乳酸循环（糖异生）乳酸循环（糖异生）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，其它己糖除葡萄糖外，其它己糖也可转变成也可转变成磷酸己糖磷酸己糖
26、而进入而进入酵解途径。酵解途径。 二、糖酵解的调节二、糖酵解的调节l调节对象：三个关键酶调节对象：三个关键酶己糖激酶、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l调节方式：调节方式：l变构调节变构调节l共价修饰调节共价修饰调节(一一)、6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1(PFK-1)1、变构调节变构调节l变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、柠檬酸、柠檬酸 PFK-1两个两个ATP结合位点结合位点l活性中心内活性中心内ATP作为底物结合作为底物结合l活性中心外活性中心外ATP作为变构效应物结合作为变构效应物结合l变构激活剂：变构激活剂：AMP、ADP、1,6-双磷酸果双磷酸果糖
27、糖(F-1,6-BP)、2,6-双磷酸果糖双磷酸果糖(F-2,6-BP)lF-1,6-BP对对PFK-1具有正反馈作用具有正反馈作用lF-2,6-BP是是PFK-1的最强变构激活剂的最强变构激活剂lAMP可与可与ATP竞争变构结合部位抵消竞争变构结合部位抵消ATP的抑的抑制作用制作用lF-2,6-BP是是PFK-1最强的变构激活剂最强的变构激活剂lF-2,6-BP与与AMP一起取消一起取消ATP、柠檬酸的、柠檬酸的变构抑制作用变构抑制作用lF-2,6-BP由由6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2(PKF-2)催化催化F-6-P中的中的C2磷酸化而成磷酸化而成lPKF-2是双功能酶：是双功能酶：PK
28、F-2、FBP-2F-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 (二二)、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶l变构调节变构调节l变构激活剂：变构激活剂： F-1,6-BPl变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、肝内、肝内Alal共价修饰
29、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(PKC)PPKA：蛋白激酶蛋白激酶A (protein kinase A，PKA)CaM：钙调蛋白钙调蛋白(三三)、葡萄糖激酶或己糖激酶、葡萄糖激酶或己糖激酶lHK受受6-磷酸葡萄糖反馈抑制，但肝磷酸葡萄糖反馈抑制，但肝GK不受不受其抑制其抑制l长链脂酰长链脂酰CoA对对GK有变构抑制作用有变构抑制作用三、糖酵解的生理意义三、糖酵解的生理意义l在缺氧情况下迅速提供能量在缺氧情况下迅速提供能量l某些细胞在氧供
30、应正常情况下提供能量的某些细胞在氧供应正常情况下提供能量的重要途径重要途径l成熟红细胞：无线粒体，完全由糖酵解供能成熟红细胞：无线粒体，完全由糖酵解供能l神经、白细胞、骨髓：代谢活跃神经、白细胞、骨髓：代谢活跃第三节糖的有氧氧化第三节糖的有氧氧化Aerobic Oxidation of Carbohydrate定义：定义： 葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和二氧葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和二氧化碳，并释放出能量的反应过程。是机体供化碳，并释放出能量的反应过程。是机体供能的主要方式能的主要方式部位：部位： 胞液及线粒体胞液及线粒体一、有氧氧化的反应过程一、有氧氧化的反应过程 第一阶段：酵解途径
31、第一阶段：酵解途径 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧 第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化G（Gn） 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP TAC胞液胞液 线粒体线粒体 (一一)、丙酮酸的氧化脱羧、丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA NAD+，HSCoA CO2，NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 l三种酶：三种酶：l丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶(E1)l二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)l二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)l五种辅酶五种辅酶
32、l硫胺素焦磷酸脂硫胺素焦磷酸脂(TPP)VB1l硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸lFAD核黄素核黄素(VB2)lNAD+尼克酰胺尼克酰胺(VPP)lCoA泛酸泛酸C-H+TPPC-CH3-C-COOHOHCO2丙酮酸丙酮酸氧化型硫辛酸氧化型硫辛酸SSCCC(CH2)4COO-SHSCCC(CH2)4COO-乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸+2H-2H二氢硫辛酸二氢硫辛酸HSHSCCC(CH2)4COO-SH酰基结合酰基结合位点位点HSCoA丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶由二氢硫辛酰胺转乙
33、酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰催化生成乙酰CoA, 同时使硫同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。个巯基。4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给时将氢传递给FAD。5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将催化下，将FADH2上的上的H转移转移给给NAD+，形成，形成NADH+H+。CO2 CoASHNAD+NADH+H+5. NADH+H+的生成的生成1. -羟乙基羟乙基-
34、TPP的生成的生成 2.乙酰硫辛酰乙酰硫辛酰胺的生成胺的生成 3.乙酰乙酰CoA的生成的生成4. 硫辛酰胺的生成硫辛酰胺的生成 (二二)、三羧酸循环、三羧酸循环 三羧酸循环三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle，TAC)，也叫柠檬酸循环、，也叫柠檬酸循环、Krebs循环循环细胞定位：细胞定位：线粒体内线粒体内1、柠檬酸的形成、柠檬酸的形成草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASH柠檬酸合酶柠檬酸合酶l反应不可逆反应不可逆lTAC第一个关键酶第一个关键酶2、异柠檬酸的形成、异柠檬酸的形成H2OH2O顺乌头酸酶顺乌头酸酶CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+ N
35、AD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶CO2CO2GDPPiGTPGDPPiGTPNAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASHCoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶CO2CO2GDPPiGTPGDPPiGTPNAD+NADH+H+
36、 NAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASHCoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶3、第一次氧化脱羧、第一次氧化脱羧 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶NAD+NADH+HCO2l反应不可逆反应不可逆l第一次氧化脱羧第一次氧化脱羧lTAC第二个关键酶第二个关键酶限速酶限速酶CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶CO2CO2GDPPiGTPGDPPiGTPNAD+NADH+H
37、+ NAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASHCoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶CO2CO2GDPPiGTPGDPPiGTPNAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASHCoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激
38、酶4、第二次氧化脱羧、第二次氧化脱羧 -酮戊二酸酸脱氢酮戊二酸酸脱氢酶复合体酶复合体NAD+NADH+HCO2CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶CO2CO2GDPPiGTPGDPPiGTPNAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASHCoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶l反应不可逆反应不可逆l第二次氧化脱羧第二次氧化脱羧lTAC第三个关键酶第
39、三个关键酶l作用机制类似于丙酮酸脱氢酶复合体作用机制类似于丙酮酸脱氢酶复合体CoASHH5、底物水平磷酸化反应、底物水平磷酸化反应CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶CO2CO2GDPPiGTPGDPPiGTPNAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASHCoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶琥珀酰琥珀酰CoA合合成酶成酶GDP+PiGTPCO2
40、GDPPiGTPNAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶CO2CO2GDPPiGTPGDPPiGTPNAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+ NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASHCoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶(琥珀酸硫激酶琥珀酸硫激酶)这是这是TAC中唯一的中唯一的底物水平磷酸化反应，底物水平磷酸化反应，直接生成直接生成GTPHSCoA6、琥珀酸脱氢生成延胡索酸、琥
41、珀酸脱氢生成延胡索酸FAD FADH2琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶是琥珀酸脱氢酶是TAC中唯一与内膜结合中唯一与内膜结合的酶，的酶，受氢体是受氢体是FAD7、延胡索酸加水生成苹果酸、延胡索酸加水生成苹果酸H2O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草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶NAD+NADH+HCoASHNADH+H+NAD+CO2NAD+NADH+H+CO2GTPGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OCoASHCoASH柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶复合体
42、脱氢酶复合体琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸 H2O-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸TAC小结小结l三羧酸循环的概念三羧酸循环的概念：乙酰乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程酸，再重复循环反应的过程lTAC过程的反应部位是过程的反应部位是线粒体线粒体l三羧酸循环的要点：经过一次三羧酸循环三羧
43、酸循环的要点：经过一次三羧酸循环l消耗一分子乙酰消耗一分子乙酰CoA，l经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。l生成生成1分子分子FADH2，3分子分子NADH+H+，2分子分子CO2， 1分分子子GTP。l关键酶有：关键酶有：柠檬酸合酶、柠檬酸合酶、-酮戊二酸脱氢酶复合体、异柠檬酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶复合体、异柠檬酸脱氢酶l整个循环反应为不可逆反应整个循环反应为不可逆反应TAC总反应式：总反应式：CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+3H+FADH2+HSCoA+GTP 三羧酸循环中间产物起催化剂的作用
44、，三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为酸循环中被氧化为CO2及及H2OTAC特点特点l在有氧条件下进行，产生的还原当量经氧在有氧条件下进行，产生的还原当量经氧化磷酸化可产生化磷酸化可产生ATP，是产生，是产生ATP的主要的主要途径途径l不可逆不可逆l中间产物的回补中间产物的回补l主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸 l其次为丙酮酸还原苹果酸，
45、再生成草酰乙酸其次为丙酮酸还原苹果酸，再生成草酰乙酸三羧酸循环的生理意义：三羧酸循环的生理意义：l三大营养素的代谢的共同途径三大营养素的代谢的共同途径l三大营养素相互转变的枢纽三大营养素相互转变的枢纽l草酰乙酸可转化为草酰乙酸可转化为Asp，进而转化成嘌呤、嘧啶和其他，进而转化成嘌呤、嘧啶和其他aal琥珀酸琥珀酸CoA可转化为血红素可转化为血红素l柠檬酸可在胞浆中转化为乙酰柠檬酸可在胞浆中转化为乙酰CoA进而生成脂肪酸、胆固醇进而生成脂肪酸、胆固醇l-酮戊二酸可转化成酮戊二酸可转化成Glu，进而转化成其他，进而转化成其他aa、嘌呤和嘧啶、嘌呤和嘧啶二、有氧氧化生成的二、有氧氧化生成的ATPl第
46、一阶段：胞浆第一阶段：胞浆l耗能阶段耗能阶段-2ATPl两个底物水平磷酸化两个底物水平磷酸化2*2ATPl一次脱氢一次脱氢2*2.5/1.5ATPl第二阶段：线粒体第二阶段：线粒体l一次脱氢一次脱氢(NAD+)2.5ATPl第三阶段：线粒体第三阶段：线粒体l一次底物水平磷酸化一次底物水平磷酸化1GTPl四次脱氢四次脱氢l3NAD+3*2.5ATPlFAD1.5ATP10ATP*2 有氧氧化产生的有氧氧化产生的ATP总数总数(1mol葡萄糖彻底葡萄糖彻底氧化成水和二氧化碳产生的氧化成水和二氧化碳产生的ATP)5/7+5+20=30/32三、有氧氧化的调节三、有氧氧化的调节l丙酮酸脱氢酶复合体的调
47、节丙酮酸脱氢酶复合体的调节l变构调节变构调节l变构激活剂：变构激活剂：AMP、ADP、NAD+l变构抑制剂：乙酰变构抑制剂：乙酰CoA、ATP、NADH* 乙酰乙酰CoA/HSCoA 或或 NADH/NAD+ 时，其活时，其活性也受到抑制性也受到抑制l共价修饰调节共价修饰调节 丙酮酸脱氢酶复合体磷酸化失活丙酮酸脱氢酶复合体磷酸化失活l三羧酸循环的调节三羧酸循环的调节l柠檬酸合酶柠檬酸合酶l异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶l- -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 琥珀酰琥珀酰CoA - -酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸异柠檬酸 苹果酸苹果酸 NADH
48、 FADH2 GTP ATP 异柠檬酸异柠檬酸 脱氢酶脱氢酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶 - -酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶复合体脱氢酶复合体 ATP +ADP ADP +ATP 柠檬酸柠檬酸 琥珀酰琥珀酰CoA NADH 琥珀酰琥珀酰CoA NADH +Ca2+ Ca2+ 有氧氧化调节的特点：有氧氧化调节的特点：l有氧氧化的调节通过对其有氧氧化的调节通过对其关键酶关键酶的调节实的调节实lATP/ADP或或ATP/AMP比值全程调节。该比值比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。升高，所有关键酶均被抑制。l氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也
49、减慢。低，则后者速率也减慢。l三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰丙酮酸以生成乙酰CoA四、巴斯德效应四、巴斯德效应 有氧氧化抑制生醇发酵有氧氧化抑制生醇发酵(或糖酵解或糖酵解)的现象的现象称为巴斯德效应称为巴斯德效应机制：机制：l有氧时，有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸; l缺氧时，酵解途径加强，缺氧时，酵解途径加强，NADH+H+在胞浆在胞浆浓度升高，丙
50、酮酸作为氢接受体生成乳酸浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸第四节磷酸戊糖途径第四节磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pathway概念：概念： 磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及及NADPH+H+，前者再进一步转变成，前者再进一步转变成3-磷酸磷酸甘油醛和甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程，也叫磷酸磷酸果糖的反应过程，也叫磷酸戊糖旁路戊糖旁路(pentose phosphate shunt)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反应过程：反应过程：l第一阶段：氧化反应，生成磷酸戊糖、第一阶段：氧化反应，生成磷酸戊糖、NADPH
