1、华东理工大学生物化学精品课程组华东理工大学生物化学精品课程组上海市精品课程糖的消化、吸收、运输、贮存糖的合成代谢利用代谢调节生产发酵产品糖的分解代谢 糖类为生物体基本营养物质糖类为生物体基本营养物质 1. 一切生物都有使糖类化合物在体内分解为二氧一切生物都有使糖类化合物在体内分解为二氧 化碳和水，放出能量的共同的代谢的化学途径化碳和水，放出能量的共同的代谢的化学途径2. 糖类代谢的中间产物可转化或合成其他化合物糖类代谢的中间产物可转化或合成其他化合物 (提供碳源和碳链骨架提供碳源和碳链骨架)，以构成组织细胞，以构成组织细胞 能源和碳源能源和碳源 1. 物质代谢是生物体的基本特征物质代谢是生物体
2、的基本特征2. 异养生物和自养生物异养生物和自养生物利用什么样的物质利用什么样的物质(有机物或无机含碳化合物有机物或无机含碳化合物)作为能源和作为能源和碳源碳源l糖类的消化糖类的消化 淀粉在口腔和小肠内转变为葡萄糖淀粉在口腔和小肠内转变为葡萄糖 双糖的水解双糖的水解肠粘膜消化肠粘膜消化 纤维素的水解纤维素的水解l糖类的吸收糖类的吸收 1. 主动转运主动转运 2. 被动转运被动转运主动转运小肠中葡萄糖小肠中葡萄糖吸收示意图吸收示意图被动转运 载体蛋白运转载体蛋白运转方向：高糖浓度方向：高糖浓度低糖浓度低糖浓度 不需耗能不需耗能l糖类的运输和血糖糖类的运输和血糖 1. 运输运输 2. 血糖的来源与
3、去路血糖的来源与去路l糖类的贮存糖类的贮存 1. 糖原糖原 2. 脂肪脂肪三羧酸循环磷酸己糖旁路 糖的无氧酵解糖类物质是人类、动物和大多数微生物在生活及活动过程中的主要能源和碳源糖酵解，三羧酸循环以及磷酸己糖旁路是生物体内非常重要的分解代谢途径糖原的分解糖酵解途径发现历史 1875年法国科学家巴斯德(L. Pasteur)就发现葡萄糖在无氧条件下被酵母菌分解生成乙醇的现象1897年德国的巴克纳兄弟(Hans Buchner和Edward Buchner)发现发酵作用可以在不含细胞的酵母抽提液中进行1905年哈登(Arthur Harden)和扬(William Young)实验中证明了无机磷酸
4、的作用1940年前德国的生物化学家恩伯顿(Gustar Embden)和迈耶霍夫(Otto Meyerhof)等人的努力完全阐明了糖酵解的整个途径，揭示了生物化学的普遍性。因此糖酵解途径又称Embden-Meyerhof Pathway (简称EMP)糖酵解途径实验依据（1）l酵母抽提液的发酵速度比完整酵母慢，且逐渐缓慢直至停顿l如果加入无机磷酸盐，可以恢复发酵速度，但不久又会再次缓慢，同时加入的磷酸盐浓度逐渐下降 上述现象说明在发酵过程中需要磷酸，可能磷酸与葡萄糖代谢中间产物生成了糖磷酸酯。完整细胞可通过ATP水解提供磷酸糖酵解途径实验依据（2）l碘乙酸对酵母生长有抑制作用l将葡萄糖、酵母抽
5、提液及碘乙酸一起保温，可以分离出少量的磷酸丙糖（主要是3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的平衡混合物） 因此推断磷酸己糖可能裂解为两分子三碳糖，而碘乙酸对三碳糖进一步分解的酶有抑制作用糖酵解途径实验依据（3）l氟化钠对酵母生长也有抑制作用l将1,6-二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提液以及氟化钠一起保温有磷酸甘油酸积累（3-和2-磷酸甘油酸的平衡混合物） 由此推断3-磷酸甘油酸是3-磷酸甘油醛的氧化产物，2-磷酸甘油酸又是前者变位后的产物，氟化钠对2-磷酸甘油酸进一步反应的酶有抑制作用糖酵解途径实验依据（4）l将酵母液透析后就会失去发酵能力l将酵母液加热到50也会失去发酵能力l将经过透析失活的酵母液混合
6、在一起后又恢复发酵能力 由此推断发酵需要两类物质：一是热不稳定的，不可透析的组分即酶；二是热稳定的可透析的组分，如辅酶、ATP、金属离子等糖的共同分解途径糖的共同分解途径 酵解酵解（Glycolysis) 酶将葡萄糖降解成丙酮酸并伴随着生成ATP的反应序列 氧化磷酸化和三羧酸循环的前奏场所场所: :细胞质中 氧气氧气: :不需要葡萄糖酵解的总反应式：葡萄糖酵解的总反应式：Glc+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸2ATP+2NADH+H+2H2Ov 无氧条件下，酵解产生无氧条件下，酵解产生2ATP；2NADH用于使用于使2分分子丙酮酸变成子丙酮酸变成2分子乳酸，或使乙醛还原成为乙醇分
7、子乳酸，或使乙醛还原成为乙醇酵解过程中酵解过程中ATP的产生的产生磷酸甘油穿梭系统磷酸甘油穿梭系统苹果酸穿梭系统苹果酸穿梭系统酵解过程中酵解过程中ATP的产生的产生 2NADH经呼吸链氧化产生5ATP，即共产生7ATP 在某些组织，如某些神经和肌肉细胞中，NADH经磷酸甘油穿梭系统得FAD，产生1.5ATP，总计5ATP？v 有氧条件下：磷酸甘油穿梭系统图 苹果酸穿梭系统图1糖酵解途径是单糖分解代谢的一条最重要的基本途径2糖酵解途径能提供能量使机体或组织有效地适应缺氧情况3糖酵解途径是某些组织或细胞的主要获能方式4糖酵解途径是葡萄糖完全氧化分解成二氧化碳和水的必要准备阶段酒精发酵之初：酒精发酵
8、之初： 即： -磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮+NADH+H+ -磷酸甘油磷酸甘油+NAD+ 磷酯酶磷酯酶 -磷酸甘油磷酸甘油+H2O 甘油甘油+PiCNADH +H+ -磷酸甘油磷酸甘油当有了乙醛作为受氢体，代谢途径的流向就不再朝甘油方向了。当有了乙醛作为受氢体，代谢途径的流向就不再朝甘油方向了。将受氢体乙醛除去，则势必造成发酵液中甘油的积累。将受氢体乙醛除去，则势必造成发酵液中甘油的积累。思考题：甘油高产发酵的代谢调控要点思考题：甘油高产发酵的代谢调控要点是什么？是什么？亚硫酸盐法亚硫酸盐法: :碱法甘油发酵碱法甘油发酵: :酵母酒精发酵的发酵液pH值调至碱性，保持
9、在pH7.6以上，则2分子乙醛之间发生歧化反应，1分子被还原成乙醇，1分子被氧化成乙酸。乙醛失去了作为受氢体的作用，NADH+H+ 只好用于还原磷酸二羟丙酮，并生成甘油将亚硫酸氢钠(NaHSO3)加入发酵液中，能与乙醛发生加成反应，生成难溶的结晶状产物，使乙醛不能再作为受氢体，迫使NADH+H+ 用于磷酸二羟丙酮的还原，生成甘油1. 糖酵解几乎是生物的公共途径，一分子葡萄糖氧化成两糖酵解几乎是生物的公共途径，一分子葡萄糖氧化成两分子丙酮酸，并把能量以分子丙酮酸，并把能量以ATP和和NADH形式贮存。形式贮存。2. 糖酵解过程有糖酵解过程有10个酶，全部在胞质中。有个酶，全部在胞质中。有10个中
10、间产物，个中间产物，都是磷酸化的六碳或三碳化合物。都是磷酸化的六碳或三碳化合物。3. 糖酵解的准备阶段，用糖酵解的准备阶段，用ATP把葡萄糖转化为把葡萄糖转化为1,6-二磷酸二磷酸果糖，然后果糖，然后C3和和C4间的键断裂生成二分子三糖磷酸。间的键断裂生成二分子三糖磷酸。4. 在回报阶段，来自葡萄糖的在回报阶段，来自葡萄糖的3-磷酸甘油醛在磷酸甘油醛在C1上发生氧上发生氧化，反应能量以一分子化，反应能量以一分子NADH和二分子和二分子ATP形式贮存。形式贮存。6. 糖酵解受到其他产能途径的调控，以保证糖酵解受到其他产能途径的调控，以保证ATP的不断供的不断供给。己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激
11、酶都受到变构调给。己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶都受到变构调控。控制通过这个途径的碳流量，维持代谢中间物的水平控。控制通过这个途径的碳流量，维持代谢中间物的水平不变。不变。5. 总反应式：总反应式：Glc + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2Pyr + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O糖的最后氧化途径 三羧酸循环 (Tricarboxylic acid circle)，又称柠檬酸循环，Krebs循环，简写为TCA循环 有氧条件下，将酵解产生的丙酮酸氧化脱羧成乙酰CoA，再经一系列氧化和脱羧，最终生成二氧化碳和水并产生能量 三羧酸循环的发现历史及实验依据三羧酸循环的
12、发现历史及实验依据 丙酮酸丙酮酸(C3)氧化脱羧生成乙酰氧化脱羧生成乙酰CoA(C2) 1. 场所及酶场所及酶 2. 不可逆的关键步骤不可逆的关键步骤 三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程 1. 生成六碳三羧酸阶段生成六碳三羧酸阶段 2. 生成四碳二羧酸阶段生成四碳二羧酸阶段 3. 草酰乙酸的再生阶段草酰乙酸的再生阶段 丙酮酸经三羧酸循环化学丙酮酸经三羧酸循环化学物质变化物质变化的结算的结算 葡萄糖完全氧化时葡萄糖完全氧化时能量变化能量变化的结算的结算 三羧酸循环的三羧酸循环的生理意义生理意义三羧酸循环的发现历史 (1) Albert Szent Gyorgyi观察用丙酮酸与肌肉组织观察用丙酮酸与
13、肌肉组织一起在有氧条件下保温，丙酮酸可以被彻底氧化，一起在有氧条件下保温，丙酮酸可以被彻底氧化，生成二氧化碳和水。因此认为葡萄糖或糖原的有氧生成二氧化碳和水。因此认为葡萄糖或糖原的有氧分解也循着糖酵解途径，有氧分解可以说是无氧分分解也循着糖酵解途径，有氧分解可以说是无氧分解的继续解的继续 (2) H. Krebs通过总结大量的实验结果，认为糖的通过总结大量的实验结果，认为糖的氧化过程不是直线进行的，而是以循环方式进行。氧化过程不是直线进行的，而是以循环方式进行。于是他于于是他于1937年提出了三羧酸循环假设并用实验证年提出了三羧酸循环假设并用实验证明了三羧酸循环的存在明了三羧酸循环的存在三羧酸
14、循环的实验依据（1）l Krebs首先证实六碳三羧酸首先证实六碳三羧酸(柠檬酸、顺乌头酸、柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸异柠檬酸)和和 -酮戊二酸，以及四碳二羧酸酮戊二酸，以及四碳二羧酸(琥珀酸、琥珀酸、延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸)都能强烈刺激肌肉中都能强烈刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性，氧的消耗。说明这些化合物都丙酮酸氧化的活性，氧的消耗。说明这些化合物都是丙酮酸氧化途径中的中间产物是丙酮酸氧化途径中的中间产物l Krebs还发现在肌肉糜悬浮液加入丙二酸，有抑还发现在肌肉糜悬浮液加入丙二酸，有抑制丙酮酸氧化的作用，而且在肌肉糜悬浮液有琥珀制丙酮酸氧化的作用，而且在肌肉糜悬浮
15、液有琥珀酸的积累。说明丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑酸的积累。说明丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂制剂三羧酸循环的实验依据（2）l 在被丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中直接加入六碳在被丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中直接加入六碳三羧酸或三羧酸或 -酮戊二酸等有机酸，同样有琥珀酸的积酮戊二酸等有机酸，同样有琥珀酸的积累。说明在丙酮酸氧化途径中，上述物质都可转化累。说明在丙酮酸氧化途径中，上述物质都可转化成琥珀酸成琥珀酸l 在被丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中直接加入琥珀在被丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中直接加入琥珀酸脱氢酶催化反应的产物如延胡索酸、苹果酸、草酸脱氢酶催化反应的产物如延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸等有机酸
16、，也可以引起琥珀酸的积累。说明酰乙酸等有机酸，也可以引起琥珀酸的积累。说明另有一条途径氧化生成琥珀酸，因此另有一条途径氧化生成琥珀酸，因此Krebs提出了提出了环状氧化的概念环状氧化的概念糖的有氧氧化酵解偶联三羧酸循环丙酮酸脱丙酮酸脱氢酶系氢酶系: :场所场所: : 真核细胞的线粒体基质真核细胞的线粒体基质丙酮酸脱羧酶E1二氢硫辛酸乙酰转移酶E2二氢硫辛酸脱氢酶E3Pyr + CoA-SH + NAD+ Acetyl-CoA + CO2 + NADH + H+三羧酸循环过程三羧酸循环过程三羧酸循环过程三羧酸循环过程碳原子碳原子水分子水分子GDP+Pi(即在第即在第步发生步发生反应反应)丙酮酸丙
17、酮酸CO2总的反应式为：总的反应式为：Pyr + 2H2O + 4NAD+ + FAD + GDP + Pi3CO2 + 4NADH + 4H+ + FADH2 + GTP碳原子l 形成乙酰CoA时生成一个CO2释放l 乙酰CoA 进入三羧酸循环释放两个CO2，分别在三羧酸循第三步和第四步反应 但经同位素标记实验发现，三羧酸循环中释放的两个CO2中的碳原子并不是直接来自进入循环的乙酰基，而是原先草酰乙酸中的两个碳原子。这是由于酶与底物以特殊方式结合，经酶催化进行了不对称反应。碳原子丙酮酸丙酮酸中的三个氧原子三羧酸循环中消耗两个水分子两个水分子中的两个氧原子在GDP+PiGTP+H2O时产生的一
18、时产生的一个水分子个水分子中的一个氧原子释放出的三个释放出的三个CO2的六个氧原子来自的六个氧原子来自:来源去向来源来源:丙酮酸中的丙酮酸中的两对两对氢原子、消耗两个水分子中的氢原子、消耗两个水分子中的两两对对氢原子、氢原子、GDP+PiGTP+ H2O时产生的一个水时产生的一个水分子中的分子中的一对一对氢原子氢原子去向去向: 形成乙酰形成乙酰CoA时，时，一对一对氢原子给了受氢体氢原子给了受氢体NAD+ 在三羧酸循环第三步、第四步和第八步反应在三羧酸循环第三步、第四步和第八步反应中有中有三对三对氢原子分别给了受氢体氢原子分别给了受氢体NAD+ 在三羧酸循环第六步反应中有在三羧酸循环第六步反应
19、中有一对一对氢原子给氢原子给了受氢体了受氢体FAD 第第步反应中，乙酰步反应中，乙酰CoA的高能硫酯键的高能硫酯键 第第步反应中，琥珀酰步反应中，琥珀酰CoA的高能硫酯键的高能硫酯键 第第步反应中，延胡索酸的步反应中，延胡索酸的反应反应产生产生: GDP+PiGTP+ H2O反应产生一个水分子反应产生一个水分子消耗消耗 (每步均需要一个水分子每步均需要一个水分子) 经氧化磷酸化过程后葡萄糖完全氧经氧化磷酸化过程后葡萄糖完全氧化的能量变化化的能量变化 三羧酸循环是葡萄糖完全氧化三羧酸循环是葡萄糖完全氧化的前奏的前奏 葡萄糖葡萄糖2丙酮酸丙酮酸Glc + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2P
20、yr + 2H2O + 2NADH+ + 2H+ + 2ATP糖酵解途径（胞浆）糖酵解途径（胞浆）l 三羧酸循环：三羧酸循环：2乙酰乙酰CoA4CO2（线粒体基质）（线粒体基质） 2CH3COSCoA+4H2O+6NAD+2FAD+2GDP+2Pi 4CO2+2CoA-SH+6NADH+6H+2FADH2+2GTPl 2丙酮酸丙酮酸2乙酰乙酰CoA（线粒体基质（线粒体基质） 2Pyr + 2CoA-SH + 2NAD+ 2CH3COSCoA + 2CO2 + 2NADH + 2H+l有氧氧化能量变化：以每分子葡萄糖计有氧氧化能量变化：以每分子葡萄糖计 2ATP和和2GTP(底物水平磷酸化反应形
21、成底物水平磷酸化反应形成) 胞浆中胞浆中2(NADH + H+) 线粒体中线粒体中8(NADH + H+)和和2FADH2 还原型辅酶或辅基必须通过电子传递系统和氧化磷还原型辅酶或辅基必须通过电子传递系统和氧化磷酸化系统被分子氧氧化成水酸化系统被分子氧氧化成水 NADH +H+2.5个个ATP(氧化) P/O比值指每消耗一原子O，掺入有机物的无机P的摩尔数，常作为氧化磷酸化的指标。当电子进入呼吸链的复合物I，1/2O2还原为H2O时，ATP合成的比率(P/O)为2.5，所以：FADH21.5个个ATP(氧化) 当电子进入呼吸链的CoQ，1/2O2还原为H2O时，ATP合成的比率(P/O)为1.
22、5，所以：GTPATP其反应方程式为：其反应方程式为： GTP+ADPGDP+ATP 每分子葡萄糖氧化成每分子葡萄糖氧化成CO2+H2O时合成的时合成的ATP底物水平磷酸化底物水平磷酸化4ATP8NADH+8H+ 氧化氧化20ATP2FADH2氧化氧化 3ATP+=30或或32ATP+胞浆胞浆2NADH+2H+ 氧化氧化3或或5ATPTCA的生理意义的生理意义l糖的有氧代谢是生物机体获得能量的主要途径糖的有氧代谢是生物机体获得能量的主要途径l三羧酸循环是有机物质完全氧化的共同途径三羧酸循环是有机物质完全氧化的共同途径l三羧酸循环是分解代谢和合成代谢途径的枢纽三羧酸循环是分解代谢和合成代谢途径的
23、枢纽l三羧酸循环产生的三羧酸循环产生的CO2，其中一部分排出体外，其中一部分排出体外，其余部分供机体生物合成需要其余部分供机体生物合成需要1. 三羧酸循环又称柠檬酸循环、三羧酸循环又称柠檬酸循环、Krebs循环，是分解代谢的循环，是分解代谢的共同途径，水解后的糖、脂肪和蛋白质被氧化成共同途径，水解后的糖、脂肪和蛋白质被氧化成CO2。氧。氧化产生的大部分能量暂存在电子载体化产生的大部分能量暂存在电子载体FADH2和和NADH中。中。在有氧代谢中，电子传递给氧，能量转移给在有氧代谢中，电子传递给氧，能量转移给ATP。2. 乙酰乙酰CoA进入三羧酸循环，真核生物发生在线粒体，原进入三羧酸循环，真核生
24、物发生在线粒体，原核生物发生在胞质。同时，柠檬酸合酶催化其与草酰乙酸核生物发生在胞质。同时，柠檬酸合酶催化其与草酰乙酸缩合成柠檬酸。缩合成柠檬酸。3. 然后发生七步反应，包括两步脱羧反应，三羧酸循环将然后发生七步反应，包括两步脱羧反应，三羧酸循环将柠檬酸转化为草酰乙酸，释放两分子柠檬酸转化为草酰乙酸，释放两分子CO2。途径是循环的，。途径是循环的，中间物不消耗。每消耗一个草酰乙酸分子，就会再产生一中间物不消耗。每消耗一个草酰乙酸分子，就会再产生一个。个。4. 三羧酸循环中每氧化一个乙酰三羧酸循环中每氧化一个乙酰CoA，获得的能量物质是，获得的能量物质是三分子三分子NADH、一分子、一分子FAD
25、H2和一分子和一分子ATP/GTP。5. 除了乙酰除了乙酰CoA，所有能产生三羧酸循环的四碳或五碳，所有能产生三羧酸循环的四碳或五碳中间物的化合物中间物的化合物(如氨基酸代谢产物如氨基酸代谢产物)都能在这个循环中被都能在这个循环中被氧化。氧化。6. 三羧酸循环的代谢意义有两重性，既与分解代谢有关，三羧酸循环的代谢意义有两重性，既与分解代谢有关，也与合成代谢有关。循环中间物可以用作生物合成的原料。也与合成代谢有关。循环中间物可以用作生物合成的原料。7. 三羧酸循环的中间产物被调出，可以通过回补途径所补三羧酸循环的中间产物被调出，可以通过回补途径所补充。充。代谢调节发酵1. 自然发酵和代谢调节发酵
26、2. 代谢调节发酵的思路选育出有关代谢途径旺盛的菌种设法阻断代谢途径使所要求的中间产物不能进一步反应，实现积累必须有适当的补充机制，以满足代谢活动的最低需求，维持细胞生长，才能维持发酵持续进行柠檬酸发酵原理柠檬酸发酵原理1. 阻断顺乌头酸酶催化的反应阻断顺乌头酸酶催化的反应 l 可以使用针对顺乌头酸酶可以使用针对顺乌头酸酶的抑制剂的抑制剂 l 通过诱变使生产菌种顺乌通过诱变使生产菌种顺乌头酸酶缺失或活力很低头酸酶缺失或活力很低2. 强化草酰乙酸回补途径强化草酰乙酸回补途径Pyr磷酸己糖旁路磷酸己糖旁路重要的分解代谢支路重要的分解代谢支路 除糖酵解及糖的有氧氧化代谢途径外，在细胞内还存在糖的其它
27、分解途径。我们将这些途径称为分分解代谢支路或旁路解代谢支路或旁路 (Catabolism shunt) 磷酸己糖旁路磷酸己糖旁路 (Hexose monophosphate shunt, HMS, 也称磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径, pentose phosphate pathway)是这些支路中较为重要的一种。动物体中有30%的葡萄糖通过此途径分解磷酸己糖旁路n 磷酸戊糖途磷酸戊糖途径径反应过程反应过程磷酸戊糖途径氧化阶段磷酸戊糖途径氧化阶段磷酸戊糖途径非氧化阶段磷酸己糖旁路磷酸己糖旁路磷酸己糖旁路66C65C + 6CO2 56C + 6CO2 16C6CO2 磷酸己糖旁路n 生理意义生理意义
28、 NADPH的主要功能的主要功能 (1) 作为供氢体，参与某些合成反应作为供氢体，参与某些合成反应(2) NADPH是谷胱甘肽还原酶的辅酶，能保护某些蛋是谷胱甘肽还原酶的辅酶，能保护某些蛋白质中的巯基白质中的巯基(3) 参与参与激素、药物和毒物的生物转化过程激素、药物和毒物的生物转化过程 核糖核糖-5-磷酸的主要功能磷酸的主要功能糖原分解始于非还原端，产物是1-磷酸葡萄糖，随后变位成6-磷酸葡萄糖进入EMP脱枝酶具有转寡糖链活性和 16糖苷酶活性TCAGlcGlcPyrPyrCO2+H2OMitochondrionLac, EOHPentoseCytosolEMPHMSGlycogen糖的合成
29、代谢主要讨论糖异生作用和糖原的合成糖异生是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。动物可以将丙酮酸、甘油、乳酸及某些氨基酸等非糖物质转化成糖。糖原是动物体内葡萄糖的储存形式糖异生作用的证据糖异生的途径糖异生的前体糖原合成途径的发现糖原的合成途径糖异生的生理意义糖异生作用糖异生作用糖原合成糖原合成糖原 禁食实验禁食实验 用整体动物实验，禁食24小时，再喂乳酸、丙酮酸或三羧酸循环中间产物时，可使动物的肝糖原增加 根皮苷实验根皮苷实验 用根皮苷处理后的动物喂三羧酸循环中间产物 或生糖氨基酸时，尿液中的糖含量增加 糖尿病实验糖尿病实验 糖尿病人或切除胰脏的动物，当摄入生糖氨基 酸时，尿液中糖含量增加大脑、骨骼肌
30、或心肌也大脑、骨骼肌或心肌也进行极少量的糖异生作用进行极少量的糖异生作用概概 念念 : 2 +4ATP+2GTP+2NADH+2H+6H2O +2NAD+4ADP+2GDP+6Pi丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖 糖异生作用是由丙酮酸转化为葡萄糖的过程，糖异生作用是由丙酮酸转化为葡萄糖的过程，但不是简单的糖酵解途径的逆转，因为糖酵解过程但不是简单的糖酵解途径的逆转，因为糖酵解过程有有3步反应是不可逆的：步反应是不可逆的：己糖激酶、磷酸果糖激酶、己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶丙酮酸激酶催化的反应，需要另外的酶来催化才能催化的反应，需要另外的酶来催化才能完成，而且为了克服不可逆反应中的能量障碍，需完成
31、，而且为了克服不可逆反应中的能量障碍，需要要ATP供给能量。供给能量。糖异生与酵解途径比较甘甘 油油乳乳 酸酸氨基酸氨基酸丙酸代谢丙酸代谢三羧酸循环三羧酸循环的中间产物的中间产物l 氧 化 成氧 化 成 丙 酮 酸丙 酮 酸l 转变为转变为磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮l 转 化 成转 化 成 草 酰 乙 酸草 酰 乙 酸l 生糖氨基酸生糖氨基酸l 生酮氨基酸无法进入糖异生途径生酮氨基酸无法进入糖异生途径l 葡萄糖葡萄糖-丙氨酸循环丙氨酸循环l 三羧酸循环生成草酰乙酸进入糖异生途径三羧酸循环生成草酰乙酸进入糖异生途径返回返回进入糖异生途径进入糖异生途径糖异生的生理意义l在体内糖来源不足时，利用非糖物
32、质转变成糖，以维持血糖浓度的相对恒定l糖异生作用有利于乳酸的利用l糖异生有利于体内氨基酸的分解和脂肪氧化分解供能返回返回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l分布与数量（肝脏和肌肉）l糖原的结构l糖原的作用 肝糖原大部分用于降解转化成葡萄糖以维持血糖水肝糖原大部分用于降解转化成葡萄糖以维持血糖水平平(正常人为正常人为80120mg/100ml血血)，而肌糖原的功能在于，而肌糖原的功能在于肌肉本身糖酵解时提供肌肉本身糖酵解时提供6-磷酸葡萄糖，通过氧化供应能磷酸葡萄糖，通过氧化供应能量，不能转变成游离的葡萄糖。量，不能转变成游离的葡萄糖。糖原合成途径的发现l实验证明：在中性条
33、件下，糖原合成时葡萄糖与1-磷酸葡萄糖的比值为3.6，而细胞中的比例大于100，因此在细胞中磷酸化酶的作用是使糖原分解l增加磷酸化酶活性的激素，往往同时刺激糖原分解l缺乏肌肉磷酸化酶的病人，也可以合成肌糖原糖原合成与糖原分解并不是可逆的l分解时产物为：1-磷酸葡萄糖l合成时葡萄糖的活化供体是UDP-葡萄糖UDPG生成时焦磷酸水解推动反应进行糖原合成需要引物在分枝酶作用下引入支链糖原合成 T思考题1. 重组哺乳动物细胞体外培养时，常常会大量积累乳酸。试分重组哺乳动物细胞体外培养时，常常会大量积累乳酸。试分析原因和解决措施。析原因和解决措施。 孙祥明，张元兴孙祥明，张元兴 (2002) 乳酸对重组
34、乳酸对重组CHO细胞生长代谢及细胞生长代谢及EPO表达的影表达的影响响. 化工学报化工学报53(10):1034 1039. 2. 重组哺乳动物细胞体外培养时，重组哺乳动物细胞体外培养时， 细胞需要大量消耗谷氨酰细胞需要大量消耗谷氨酰胺，生成有毒副产物氨。可以用谷氨酸代替谷氨酰胺吗？胺，生成有毒副产物氨。可以用谷氨酸代替谷氨酰胺吗？ 张芳，易小萍，孙祥明，张元兴张芳，易小萍，孙祥明，张元兴 (2006) 重组重组CHO-GS细胞降低氨毒副作细胞降低氨毒副作用的代谢研究用的代谢研究. 生物工程学报生物工程学报22(1):94 100.3. 大肠杆菌发酵生产重组蛋白时，醋酸的产生常是抑制大肠杆大肠杆菌发酵生产重组蛋白时，醋酸的产生常是抑制大肠杆菌生长的制约因素。试分析醋酸产生的原因和可能的措施。菌生长的制约因素。试分析醋酸产生的原因和可能的措施。
