1、第八章 糖代谢Carbohydrate Metabolism本章主要内容： 糖在动物体内的一般概况 糖原的分解与合成代谢 葡萄糖的分解代谢 糖异生 磷酸戊糖途径 糖代谢各途径之间的关系 动物机体主要的能源和碳源提供70%的能量；神经系统、胎儿和乳的合成消耗更多的葡萄糖；为氨基酸和脂肪合成提供C的来源 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， 细胞膜上的糖脂和糖蛋白等 其他方面如信号传导，免疫机能1.糖在动物体内的一般概况1.1 糖的生理功能1.糖在动物体内的一般概况1.2 糖的代谢概况 动物体内糖的来源非反刍动物反刍动物 动物体内糖的代谢消化吸收异生作用糖原分解氧化供能贮 存转变
2、成其他物质葡萄糖血糖的来源和去路1.糖在动物体内的一般概况1.3 血糖概念：血液中所含的葡萄糖。1.糖在动物体内的一般概况1.3 血糖意义反映机体的能量水平，糖的分解和利用的动态平衡，对大脑、胎儿尤为重要糖尿血糖水平相对恒定，超过肾糖阈值，葡萄糖随尿排出激素的调节作用胰岛素下调；胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素上调糖原( g lyco g e n )，又称动物淀粉，支链，分子量数百万以上。主要由葡萄糖以 （1，4）糖苷键相连（93% ），以少量（1，6）糖苷键（7% ）形成分支。有肝糖原和肌糖原。2. 糖原的分解与合成2.1 糖原结构1HOHHCH 2 OHOHOH HH OH41HHCH 2
3、 OHOHOH HH OHO41HHCH 2 OHOHOH HH OHOO41HHOCH 2OHOHOH HH OHOO P OO1HOHHCH 2 OHOHOH HH OH41HHCH2 OHOHOH HH OHO4HCH 2 OHOHOH HH OHOHO41HOHHCH 2OHOHOH HH OHOHO P OO2. 糖原的分解与合成2.2 糖原分解断键部位+1 +糖 原的非 还原末 端磷酸 化酶细胞内糖原在磷酸化酶催化下形成大量葡萄糖 -1 -磷酸糖原磷酸化酶转移酶-1，6糖苷酶Pi脱支酶OHOHOHHOHCH2OHOHHH OHHOPO32-HOHCH2 OPO 32-O HHHOH
4、H OHHOHHOHCH2 OHOHHH OH+ Pi磷酸葡萄糖变位酶葡萄糖-6-磷酸酶葡萄糖 -1-磷酸葡萄 糖-6-磷酸葡萄 糖葡萄糖-1 -磷酸在磷酸葡萄糖变位酶的作用下转变成葡萄糖-6 -磷酸，最终又在葡萄糖-6 -磷酸酶的催化下水解成葡萄糖。葡萄糖 ATP 2+ 葡萄糖 -6-磷酸 ADP2. 糖原的分解与合成2.3 糖原合成每个葡萄糖分子都须磷酸化成为6-P-葡萄糖，再异构成为1-P-葡萄糖，然后进一步活化为UDPG。在糖原引物的非还原端逐个加上葡萄糖基，同时释放出UDP，糖原合成酶是这个反应的关键酶。由分支酶催化糖链的分支。己糖激酶MgA：UDPG+糖原（Gn） UDP 糖原（G
5、n+1）C：D：UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖-1-磷酸 UTP UDP-葡萄糖 PPi无机焦磷酸酶PPi 2Pi糖原合酶HOHOHOHHCH 2OHHOHHOPO 3 2-HOHHOHOHOHHCH 2O PO 3 2-HOH磷 酸葡萄糖变位酶葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸B：E：1897年，Buchner兄弟由蔗糖发酵成乙醇的实验中发现。酵解是在无氧或缺氧的条件下，葡萄糖或糖原分解成乳酸并且有能量（ATP）释放的过程。G. Embden和O. Meyerhof揭示了其途径。酵解途径的酶系存在于胞液中。3. 糖的分解代谢3.1 糖酵解糖的无氧氧化注意，这个过程消耗了ATP，反应不可逆。酵解
6、的反应过程：第一阶段 葡萄糖生成丙酮酸注意，这个过程消耗了ATP，反应不可逆。第一个高能磷酸键形成当底物发生脱氢或脱水时，使其分子内部能量重新分布而形成高能磷酸键（或高能硫酯键），然后将高能键转移给ADP（或GDP）生成ATP（或GTP）的过程，称为底物水平磷酸化。第二次底物水平磷酸化生成ATP第二阶段 丙酮酸还原成乳酸磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶NADH+H+丙酮酸激酶丙酮酸激酶葡萄糖葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乙醇乙醇3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢酶脱氢酶1,3- 1,3- 二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶变位酶2-2-磷酸甘油酸磷酸甘
7、油酸烯醇化酶烯醇化酶己糖激酶己糖激酶 -ATP6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶6-6-磷酸果糖磷酸果糖-ATP1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖醛缩酶醛缩酶磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+ATP乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶乙醛乙醛 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸+ATP糖原糖原1-P-G糖酵解途径糖酵解的特点糖酵解的特点A、细胞内定位：胞液、细胞内定位：胞液B、限速酶：、限速酶：3个个C、能量生成：净生成、能量生成：净生成2个个ATP分子。若从糖原分子。若从糖原开始，开始，可净生成可净生成3分子分子ATP。D、不需氧。、不需氧。E、糖酵解可从葡萄糖开始，也可从糖原的葡萄、糖酵解可从
8、葡萄糖开始，也可从糖原的葡萄糖单位开始。糖单位开始。糖酵解的生理意义是动物机体在无氧或供氧不充分的情况下通过分解葡萄糖或糖原获得部分能量的重要方式。运动和使役的动物肌肉，一些供氧不足的组织，如视网膜、皮肤、睾丸以及肿瘤等组织通过这个途径获得部分能量。酵解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。3. 糖的分解代谢3.2 有氧氧化（aerobic oxidation）概念：有氧条件下,葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O,并伴有能量释放的过程。四个阶段四个阶段葡萄糖降解为丙酮酸葡萄糖降解为丙酮酸丙酮酸氧化丙酮酸氧化三羧酸循环三羧酸循环呼吸链氧化呼吸链氧化葡萄糖有氧氧化概况葡萄糖有
9、氧氧化概况葡萄糖6-磷酸葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA三羧酸循环H+ + eO2O2O2H2OCO2胞液线粒体同同EMP途途径径第一阶段 由葡萄糖第二阶段丙酮酸丙酮酸氧化丙酮酸（3C）转变为乙酰CoA（2C），在线粒体中进行，由丙酮酸脱氢酶系催化，为不可逆反应，它包含有三个酶 。总反应如下：乙酰CoAOH 3C C SCoA + CO2丙酮酸脱氢酶复合体NAD+NADH+ H+OH3C C COOH + HSCoA丙酮酸丙酮酸脱氢酶复合体B、辅酶、辅酶a）TPP（E1、维生素、维生素B1）b）FAD （E3、维生素、维生素B2 ）c）NAD+（E3、维生素、维生素PP）d）CoA（泛酸）（泛酸）
10、e）硫辛酸（）硫辛酸（E2）A、酶、酶a）丙脱酸脱氢酶（）丙脱酸脱氢酶（E1）b）二氢硫辛酸转乙酰酶（）二氢硫辛酸转乙酰酶（E2）c）二氢硫辛酸脱氢酶）二氢硫辛酸脱氢酶（E3）丙酮酸氧化脱羧的特点：丙酮酸氧化脱羧的特点：A、脱、脱2H（NAD+）B、脱羧（、脱羧（C3C2）C、限速酶，不可逆、限速酶，不可逆D、产生高能硫酯键、产生高能硫酯键第三阶段三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle,TCA)概念：以乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸的反应为起始，对乙酰基团进行氧化脱羧再生成草酰乙酸的单向循环反应序列。1937年Crebs提出，又称柠檬酸循环或Krebs循环。oxaloa
11、cetate acetyl CoAcitrateHSCoA三羧酸循环的反应过程三羧酸循环的反应过程A、柠檬酸的形成、柠檬酸的形成柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶要点：要点：A、柠檬酸合成酶、柠檬酸合成酶（citrate synthase），关键酶，关键酶B、反应不可逆。、反应不可逆。C、C2+C4 C6（实际进入（实际进入TAC的是乙酰基）。的是乙酰基）。顺乌头酸酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶 （Aconitase），可逆。，可逆。顺乌头酸酶顺乌头酸酶citrateisocitrateB、异柠檬酸的形成、异柠檬酸的形成isocitratea- ketoglutarateC、第一次氧化脱羧、第一次氧化
12、脱羧异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶要点：要点：A、异柠檬酸脱氢酶是关键酶、异柠檬酸脱氢酶是关键酶B、第一次脱氢（、第一次脱氢（NAD+ NADH+H+）C、第一次脱羧（、第一次脱羧（C6 C5+CO2）。）。D、不可逆，需、不可逆，需Mn+、Mg+。a- ketoglutaratesuccinyl - CoAD、第二次氧化脱羧、第二次氧化脱羧- -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体要点：要点：A、-酮戊二酮戊二酸脱氢酶复合体酸脱氢酶复合体关键酶，不可逆，类似丙酮酸脱氢酶复合体。关键酶，不可逆，类似丙酮酸脱氢酶复合体。B、第二次脱氢（、第二次脱氢（NAD+ NADH+H+）C、第二次脱羧（、
13、第二次脱羧（C5 C4 +CO2）。）。D、产生高能硫酯键，为下一步底物水平磷酸化、产生高能硫酯键，为下一步底物水平磷酸化做准备。做准备。succinyl - CoAsuccinateE、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A合成酶合成酶要点：要点：A、琥珀酰辅酶、琥珀酰辅酶A合成酶，反应可合成酶，反应可逆。逆。B、底物水平磷酸化，生成、底物水平磷酸化，生成1分子分子ATP。是整个。是整个三羧酸循环过程中唯一一次底物水平磷酸化。三羧酸循环过程中唯一一次底物水平磷酸化。fumaratesuccinate注意：注意：A、第三次脱氢（、第三次脱氢（FAD FADH2）F、琥珀酸脱氢生成
14、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fumaratemalateG、延胡索酸加水生成苹果酸、延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸酶延胡索酸酶注意：注意：A、第四、第四次脱氢（次脱氢（NAD+NADH+H+）malateoxaloacetateH、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异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 -酮酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶系氢酶系柠檬酸合柠檬酸合成酶成酶三羧酸循环的特点：三羧酸循环的特点：A、细胞内定位：线粒体、细胞内定位：线粒体B、限速酶：、限速酶：3个个C 、整个过程不可逆、整个过程不可逆D 、需氧参与，共消耗、需氧参与，共消耗
15、 4 个氧原子个氧原子E、TAC一周一周：脱氢：脱氢4次，其中次，其中3次脱氢由次脱氢由NAD+接受，接受，1次由次由FAD接受接受F、1次底次底物水平磷酸化，生成物水平磷酸化，生成1molATPG、消耗了、消耗了2mol的水的水NADH2 和 FADH2 所携带的H原子来自循环中代谢中间物的脱氢。在有氧条件下，每2个H原子可以通过呼吸链（电子传递系统）传递给1/2O2，生成H2O，并且有能量释放用以合成ATP。1分子NADH2 经呼吸链生成1分子H2O和2.5个ATP1分子FADH2 经呼吸链生成1分子H2O和1.5个ATP以1分子的葡萄糖完全氧化为例进行能量计算碳碳 源源乙酰乙酰CoA 2
16、CO2能能 量量1GTP 1ATP共共10ATP3NADH 2.5ATP3 = 7.5ATP1FADH2 1.5ATP1 = 1.5ATP1 1 分分 子子 乙乙 酰酰 CoA 通通 过过 TCA 循循 环环 脱脱 下下 的的 氢氢 由由NADH及及FADH2经呼吸链传递给经呼吸链传递给O2，由此而形成，由此而形成10分子的分子的ATP第一阶段（胞液）：生成2ATP生成2NADH2计7（5）ATP计5ATP第二阶段（线粒体）：2NADH2第三阶段（线粒体） ：6NADH22CO24CO22FADH22GTP（或2ATP）计20ATP共计 32（30）ATP和6CO2有氧氧化的生理意义 糖的有氧
17、氧化是动物获得能量的主要方式。糖的有氧氧化是糖、脂和氨基酸等营养物质分解代谢的共同归宿。糖的有氧氧化也是糖、脂和氨基酸等营养物质互相转变和联系的共同枢纽。糖的有氧氧化途径为嘌呤、嘧啶、尿素的合成提供二氧化碳，也是大自然碳循环的重要组成部分。课堂提问1.下列哪一种不是丙酮酸脱氢酶复合体的辅酶（ ）A. TPP B. FAD C. NAD+D.硫辛酸E. 生物素2. 糖原的1个葡萄糖残基经糖酵解可净生成（ ）个ATPA. 1 B. 2 C. 3 D. 43. 1分子葡萄糖有氧氧化时共有（ ）次底物水平磷酸化A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 E. 64. 1分子葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解，
18、该反应途径中有（ ）次脱氢反应A. 10 B. 12 C. 4 D. 16 E. 185. 糖原分解所得到的初产物是（ ）A. 葡萄糖B. UDPG C. 1-磷酸葡萄糖D. 6-磷酸葡萄糖E. 1-磷酸葡萄糖和葡萄糖3. 糖的异生作用3.1 概念由非糖物质转变成葡萄糖或糖原的过程。但是这种转变不是糖分解代谢的简单逆转，必须克服那些由关键酶所催化的不可逆反应造成的 “能障”。糖异生途径的三个能障糖异生途径的三个能障丙酮酸丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖6-磷酸果糖磷酸果糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡葡萄糖萄糖CO2 COO OC-O-P-CH 2 OCOOH丙
19、酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸A、丙酮酸、丙酮酸ATPCOO CO2C=OOCH3ADP+PiCOO GTPC=OCH 2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸GDP注意：注意：a、消耗、消耗2个个ATP分子。分子。b、丙酮酸羧化酶、丙酮酸羧化酶 ，辅基：生物素，辅基：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均为限速酶。前者仅存在于均为限速酶。前者仅存在于 线粒体，线粒体，后者存在于线粒体和胞液。后者存在于线粒体和胞液。B、1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖6-磷酸果糖磷酸果糖C、6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1ATPADP果糖果糖1，6二磷酸二磷酸H3PO4己糖激酶己糖激
20、酶葡萄糖激酶葡萄糖激酶ATP葡萄糖葡萄糖ADPH2OH3PO4葡萄糖葡萄糖 6-磷酸酶磷酸酶H2O 酶酶果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-1：为限速酶：为限速酶葡萄糖葡萄糖 6-磷酸酶：磷酸酶：为限速酶为限速酶线粒体胞液糖异生的特点糖异生的特点A、组织定位：肝（、组织定位：肝（90%）、肾（）、肾（10%）B、细胞内定位：胞液、线粒体、细胞内定位：胞液、线粒体C、限速酶：、限速酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖果糖1，6二磷酸酶二磷酸酶、葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶D、原料：甘油、乳酸、生糖氨基酸（丙氨、原料：甘油、乳酸、生糖氨基酸（丙氨酸、天冬氨酸、谷
21、氨酸等）酸、天冬氨酸、谷氨酸等）异生作用的意义和乳酸的利用在糖的来源不足时，如饥饿、禁食等情况下，异生作用是维持机体血糖水平的重要手段，对神经组织、大脑、胎儿尤其重要。反刍动物50%葡萄糖的来源通过丙酸的异生作用。肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸同时，还可将其转变为葡萄糖或肝糖原，实现对乳酸的再利用。见Corris 循环。乳酸循环乳酸循环-Lactic acid cycle定义：定义：在肌肉中葡萄糖经糖酵解生成乳酸，在肌肉中葡萄糖经糖酵解生成乳酸，乳酸经血液运到肝脏，肝脏将乳酸异生乳酸经血液运到肝脏，肝脏将乳酸异生成葡萄糖。葡萄糖释入血液后又被肌肉成葡萄糖。葡萄糖释入血液后又被肌肉摄取，这种
22、代谢循环途径称为乳酸循环，摄取，这种代谢循环途径称为乳酸循环，又称又称Cori 循环循环乳酸循环（Cori循环）4. 糖的分解代谢-磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway）概念：指6-磷酸葡萄糖经氧化反应首先生成NADPH、CO2和5-磷酸核糖，再经基团转移反应生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入糖酵解途径的过程称为磷酸戊糖途径。其主要功能不是生成ATP，而是生成5-磷酸核糖和NADPH。又称为“磷酸戊糖旁路”。不依赖于有氧或无氧的葡萄糖分解途径，约有30%的葡萄糖经过这条途径代谢，在胞液中进行，尤其在合成代谢旺盛的组织中活跃。从6-P-葡萄糖开始，经过
23、两个阶段：1. 氧化阶段 产生NADPH2、CO2和5-P-核酮糖；2. 非氧化阶段，通过基团的交换和分子内部的重组，5-P-核酮糖又转变为磷酸己糖。6葡萄糖-6-磷酸NADPH66-磷酸-葡萄糖内酯66-磷酸-葡萄糖酸NADPH CO265-磷酸-核桐糖25-磷酸-核糖23-磷酸甘油醛2果糖-6-磷酸2果糖-6-磷酸45-磷酸-木酮糖27-磷酸景天庚糖24-磷酸赤藓糖23-磷酸甘油醛果糖-1.6-二磷酸H2OPi果糖-6-磷酸磷酸戊糖途径的特点磷酸戊糖途径的特点A、组织定位：肝、泌乳期乳腺、脂肪组、组织定位：肝、泌乳期乳腺、脂肪组织、肾上腺皮质、红细胞等。织、肾上腺皮质、红细胞等。B、细胞内
24、定位：胞液。、细胞内定位：胞液。C、限速酶：、限速酶：6-磷酸葡萄糖脱磷酸葡萄糖脱氢酶氢酶D、基团转移反应可逆，是、基团转移反应可逆，是 5-磷酸核糖的另磷酸核糖的另一生成途径。一生成途径。磷酸戊糖途径的生理意义途径生成的NADPH是生物合成反应的供氢体。a、作为体内合成代谢的供氢体，如胆固醇、 脂肪酸的合成。b、参与体内羟化反应：如胆固醇、类固醇激素和胆汁酸的合成，以及生物转化中的羟化反应。c、维持谷胱甘肽的还原状态。 途径生成的磷酸核糖是合成核苷酸的原料。与糖的酵解途径和有氧氧化途径相联系5. 糖代谢的联系与调节5.1 各途径之间的联系第一个交汇点：6 -第二个交汇点：3 -磷酸葡萄糖磷酸
25、甘油醛第三个交汇点： 丙酮酸6 - P-葡萄糖酸（作为一种竞争性抑制剂）抑制磷酸己糖异构酶，从而抑制酵解和有氧氧化途径。5. 糖代谢的联系与调节5.2 糖代谢的调节途径的相互影响细胞能量水平的提高，通过抑制肌肉磷酸己糖激酶的活性降低酵解途径的活性，这种有氧氧化抑制酵解途径称巴斯德效应磷酸戊糖途径中的细胞能量水平的调节糖的摄入，除了部分供能以外，糖原的合成增加；而运动使糖分解加快，糖原的合成变慢。缺乏糖的供应，糖异生作用加强。高能磷酸化合物，如ATP的浓度是细胞能量水平的反映。途径中关键酶的活性在相当程度上受到细胞能量水平的影响。激素的影响激素对糖代谢的影响主要有胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素和糖
26、皮质激素等肾上腺素对肌肉糖原分解的调节受体受体质膜G蛋白ATPPPiACcAMP非活性蛋子激酶 A活性蛋子激酶 A（非活性）磷酸化酶 b激酶ATP（活性）磷酸化酶 b激酶ATP磷酸化酶b磷酸化酶aPi糖原1-P-G关键酶或酶系的名称激活剂抑制剂己糖激酶PiG-6-P（对葡糖激酶无影响）磷酸果糖激酶ADP，AMP，Pi2，6-二磷酸果糖ATP，柠檬酸，脂肪酸丙酮酸激酶ADPATP，柠檬酸，丙氨酸丙酮酸脱氢酶系ADPATP，乙酰 CoA，NADH柠檬酸合酶ADPATP异柠檬酸脱氢酶ADP，AMPATP酮戊二酸脱氢酶系ADPATP，琥珀酰 CoA，NADH丙酮酸羧化酶乙酰 CoA磷酸化酶AMPATP，G-6-P糖原合成酶ATPADP，AMP糖代谢途径中主要关键酶活性调节糖代谢途径中主要关键酶活性调节苹果酸是将草酰乙酸从线粒体转运到胞液的载体
