1、糖代谢医学讲座糖代谢医学讲座一、一、多糖和低聚糖的酶促降解多糖和低聚糖的酶促降解 水解的键水解的键 作用方式作用方式 产物产物-淀粉酶 -1,4糖苷键 任何位置 麦芽糖和葡萄 糖及小分子量多糖-淀粉酶 -1,4糖苷键 非还原性单位 麦芽糖连续单位极限糊精2糖代谢医学讲座非还原端非还原端+G-1-P 极限糊精寡聚-（1,41,4)葡萄糖转移酶-1,4-糖苷+GH2O脱支酶+G-1-P磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶Pi3糖代谢医学讲座二、糖的分解代谢二、糖的分解代谢生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径：生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径：1.无无O2情况下，葡萄糖（情况下，葡萄糖（G）丙酮
2、酸（丙酮酸（Pyr）乳酸（乳酸（Lac）2.有有O2情况下，情况下，G CO2+H2O（经三羧酸循环）（经三羧酸循环）3.有有O2情况下，情况下，G CO2+H2O（经磷酸戊糖途径）（经磷酸戊糖途径）4糖代谢医学讲座（一）糖的无氧酵解（一）糖的无氧酵解C6H12O6-2（2H）2CH3COCOOH2CH3CH(OH)COOH+2(2H)-2CO2 糖酵解糖酵解Glycolysis2CH3CHO2CH3CH2OH生醇发酵生醇发酵 Fermentation5糖代谢医学讲座糖酵解亦称EMP pathway，以纪念Embden，Mayerholf 和Parnas。1.己糖磷酸酯的生成。（己糖磷酸酯的生
3、成。（G F-1,6-2P）OCH2OHHOOHOHOH+ATPGlucokintaseOCH2OHHOOHOHOHP+ADPGG-6-P6糖代谢医学讲座OCH2OHHOOHOHOHPGlucose phosphate isomeraseOCH2OHOCH2POHOHOCH2OHOCH2POHOHF-6-P+ATPOCH2OHOCH2POHOHPPhosphofructokinaseF-1,6-2P+ADP7糖代谢医学讲座OCH2OHOCH2POHOHP2.磷酸丙糖的生成。（磷酸丙糖的生成。（F-1,6-2P G-3-P）CH2OC=OCH2OHPDHAPCHOCHOHCH2OP+G-3-PA
4、ldolaseDHAPTriosephosphate isomeraseG-3-P8糖代谢医学讲座3.丙酮酸的生成。（丙酮酸的生成。（G-3-P Pyr）CHOCHOHCH2OP+NAD+PiCOCHOHCH2OPPO+NADH+H+Glyceraldehyde-phosphate dehydrogenaseCOCHOHCH2OPPOG-1,3-2P+ADPCOHCHOHCH2OPO+ATPPhosphoglyceric kinase3-PG9糖代谢医学讲座3-PG2-PGPhosphoglyceromutaseCOOHHCOCH2OHEnolasePCOOH COCH2P+H2OPEPCOO
5、H COCH2P+ADPPyr kinaseCOOH COHCH2+ATP10糖代谢医学讲座COOH C=OCH34.生成乳酸或乙醇。生成乳酸或乙醇。+NADH+H+Lactate dehydrogenaseCOOH CHOHCH3+NAD+PyrLacCOOH C=OCH3DecarboxylaseCHOCH3+CO2CH2OHCH3+NADH+H+Alcohol dehydrogenaseCHOCH3+NAD+11糖代谢医学讲座糖酵解的化学计量糖酵解的化学计量C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD+2CH3COCOOH+2ATP+2NADH+2H+2H2O第一阶段：需能第一阶段：需能
6、（消耗（消耗2ATP2ATP）第二阶段：产能（产生第二阶段：产能（产生4ATP4ATP和和2NADH2NADH）12糖代谢医学讲座三、丙酮酸的去路三、丙酮酸的去路乳酸乳酸乙酰乙酰CoA乙醛乙醛乙醇乙醇丙酮酸丙酮酸乳酸脱乳酸脱氢酶氢酶丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶TPP乙醛脱氢酶乙醛脱氢酶（肝细胞）（肝细胞）无氧无氧有氧有氧无氧无氧13糖代谢医学讲座糖酵解中的反应类型：糖酵解中的反应类型：1.磷酸转移磷酸转移G+ATP G-6-P+ADP2.磷酸移位磷酸移位3-PG 2-PG3.异构化异构化DHAP G-3-P4.脱水脱水2-PE PEP5.醇醛断裂醇醛断裂F-1,6-2P DHAP+G-3-P14糖
7、代谢医学讲座C6H12O6+2Pi+2ADP 2CH3CHOHCOOH+2ATP葡萄糖开始：葡萄糖开始：糖原开始：糖原开始：C6H12O6+3ADP+3Pi 2CH3CHOHCOOH+3ATP15糖代谢医学讲座糖酵解的调节糖酵解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(最重要最重要)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（激素调节）共价修饰调节（激素调节）16糖代谢医学讲座（一）（一）6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1(PFK-1)*变构调节变构调节 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
8、：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ATPATP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）活性中心外变构调节部位（高浓度时）活性中心外变构调节部位（高浓度时）F-1,6-2P F-1,6-2P 正反馈调节该酶正反馈调节该酶 17糖代谢医学讲座F-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
9、-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 目目 录录18糖代谢医学讲座（二）丙酮酸激酶二）丙酮酸激酶1.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19糖代谢医学讲座2.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PPKAPKA：蛋白激酶蛋白激酶A(protein k
10、inase A)A(protein kinase A)CaMCaM：钙调蛋白钙调蛋白20糖代谢医学讲座 (三三)己糖激酶或葡萄糖激酶己糖激酶或葡萄糖激酶*6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。肝葡萄糖激酶不受其抑制。*长链脂肪酰长链脂肪酰CoA可变构抑制肝葡萄糖激酶可变构抑制肝葡萄糖激酶21糖代谢医学讲座果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶-1AMPADP果糖果糖-2,6-二磷酸二磷酸果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸ATP（高浓度）（高浓度）柠檬酸柠檬酸长链脂肪酸长链脂肪酸激活激活 抑制抑制己糖激酶己糖激酶G-6-P长链脂酰长链脂酰CoA抑制抑制丙酮酸激
11、酶丙酮酸激酶果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸激活激活ATP丙氨酸丙氨酸抑制抑制22糖代谢医学讲座(1)(1)当能量消耗多，细胞内ATP/AMP比值降低时，6-磷酸果糖激酶-和丙酮酸激酶均被激活，加速葡糖的分解反之,细胞内ATP的储备丰富时，通过糖酵解分解的葡萄糖就少(2)正常进食时，肝亦仅氧化少量葡萄糖，主要由氧化脂肪获得能量(3)进食后，胰高血糖素分泌减少，胰岛素分泌增加，果糖-2，6-二磷酸的合成增加，加速糖循糖酵解途径分解，主要是生成乙酰CoA以合成脂肪酸(4)饥饿时，胰高血糖素分泌增加，抑制了果糖-2，6-二磷酸的合成和丙酮酸激酶的活性，即抑制糖酵解，这样才能有效地进行糖异生，维持血糖的
12、水平共同调节共同调节23糖代谢医学讲座糖酵解的生理意义糖酵解的生理意义1.是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式2.是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。能途径。无线粒体的细胞，如：红细胞无线粒体的细胞，如：红细胞 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞24糖代谢医学讲座 一、丙酮酸的无氧降解一、丙酮酸的无氧降解 1 1、生成乳酸、生成乳酸 在无氧条件下，把糖酵解中生成的在无氧条件下，把糖酵解中生成的NADHNADH中的中的H H交给交给丙酮酸丙酮酸生成生成乳酸乳酸的过程称为乳酸发酵的
13、过程称为乳酸发酵。剧烈活动的肌肉细胞剧烈活动的肌肉细胞、胡萝卜根、玉、胡萝卜根、玉米、豌豆和马铃薯在无氧条件下。米、豌豆和马铃薯在无氧条件下。利用乳酸发酵还可以制造酸牛奶、泡利用乳酸发酵还可以制造酸牛奶、泡菜等。菜等。25糖代谢医学讲座26糖代谢医学讲座2、乙醇发酵乙醇发酵 在无氧条件下，把糖酵解中生成的在无氧条件下，把糖酵解中生成的NADHNADH中的中的H H交给丙酮交给丙酮酸脱羧产物乙醛生成乙醇的过程称为酸脱羧产物乙醛生成乙醇的过程称为乙醇发酵乙醇发酵。在大多数植物和微生物中，在有些可以厌氧生长的生物如酵母中.27糖代谢医学讲座（二）、（二）、有氧氧化的反应过程有氧氧化的反应过程分为三个
14、阶段：分为三个阶段：丙酮酸胞液线粒体第一阶段（同酵解）第二阶段第三阶段三羧酸循环氧化磷酸化CO2+H2O+ATP丙酮酸乙酰CoAG28糖代谢医学讲座葡萄糖的有氧分解代谢葡萄糖的有氧分解代谢（一）定义：葡萄糖在有氧的条件下彻底氧化（一）定义：葡萄糖在有氧的条件下彻底氧化生成生成CO2、H2O和大量和大量ATP的代谢过程，称的代谢过程，称为糖的有氧氧化。为糖的有氧氧化。（二）反应部位：线粒体基质（二）反应部位：线粒体基质 反应从乙酰辅酶反应从乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成含有三个与草酰乙酸缩合成含有三个羧基的柠檬酸开始，所以称为柠檬酸循环，又称羧基的柠檬酸开始，所以称为柠檬酸循环，又称为为TCA循环或
15、循环或Krebs循环。循环。29糖代谢医学讲座有氧氧化的反应过程有氧氧化的反应过程 第一阶段：酵解途径第一阶段：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：三羧酸循环第三阶段：三羧酸循环G（Gn）与与氧化磷酸化氧化磷酸化 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA CO2 NADH+H+FADH2H2O O ATP ADP TAC循环循环 胞液胞液 线粒体线粒体 30糖代谢医学讲座（一）丙酮酸的氧化脱羧（一）丙酮酸的氧化脱羧乙酰乙酰CoACoA的生成的生成基本反应：基本反应：糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒体基质，在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅酶A。TPP，FAD
16、，硫辛酸，硫辛酸，Mg2+细胞呼吸最早释放的细胞呼吸最早释放的CO2CO231糖代谢医学讲座丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶由由三种酶三种酶组成组成 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶 二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶五种辅助因子五种辅助因子：TPP（VB1）、）、NAD+（Vpp）、硫辛酸、）、硫辛酸、FAD（VB2）、）、HSCoA（泛酸）（泛酸）32糖代谢医学讲座 大肠杆菌中的丙酮酸脱氢酶复合物为圆球状多面体，由3种酶60条多肽链和6种辅因子组成;X-射线研究表明，有8个硫辛酸转乙酰酶的三聚体组合在一起，形成中空的方型结构，其他两种酶与这个核心结合
17、，成为一体。33糖代谢医学讲座大肠杆菌中丙酮酸脱氢酶的分子量为4600000，是由60条多肽链组成的多面体，直径约30nm，在电镜下可观察到复合体的存在。二氢硫辛酸乙酰转移酶位于中心，有24条肽链。丙酮酸脱羧酶也有24条肽链，二氢硫辛酸脱氢酶由12条肽链组成。E.coli丙酮酸脱氢酶复合体电镜照片34糖代谢医学讲座35糖代谢医学讲座 OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP三羧酸循环三羧酸循环 （TCA）草酰乙酸草酰乙酸 再生阶段再生阶段 柠檬酸的柠檬酸的生成阶段生成阶段 氧化脱氧化脱 羧阶段羧阶段柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头
18、酸 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+36糖代谢医学讲座（二）三羧酸循环的反应过程（二）三羧酸循环的反应过程（1）缩合反应缩合反应（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（3）异柠檬酸氧化脱羧生成异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸酮戊二酸（4）-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA（5）琥珀酰琥珀酰CoA生成琥珀酸生成琥珀酸（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢生成延胡索酸（7）延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸加水生成苹果酸（8）草酰乙酸的再生草酰乙酸的再生 37糖代谢医学讲座T
19、CA第一阶段：柠檬酸生成第一阶段：柠檬酸生成H2O草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶38糖代谢医学讲座CH3 CSCoA+OOCCOOHCH2COOH柠檬酸柠檬酸合成酶合成酶HOCCOOHCH2COOHCH2COOHHSCoAH2O柠檬酸柠檬酸合酶合酶乙酰乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸HSCoA（1）缩）缩 合合 反反 应应柠檬酸合酶是三羧酸循环的第一个限速酶柠檬酸合酶是三羧酸循环的第一个限速酶H2O39糖代谢医学讲座（2）柠檬酸异构化为异柠檬酸）柠檬酸异构化为异柠檬酸HOCCOOHCHCOOHCH2COOHHCCOOH
20、CHCOOHCHCOOHCHCOOHCH2COOHCH2COOHHOH2OH2O顺乌头酸酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶HOHH2OHOHH2O柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸 40糖代谢医学讲座TCA第二阶段：氧化脱羧第二阶段：氧化脱羧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41糖代谢医学讲座HOH（3）异柠檬酸氧化生成）异柠檬酸氧化生成-酮戊二酸酮戊二酸CHCOOHCHCOOHCH2COOHCCOOHCHCOOHCH2COOHHO异柠檬酸异柠檬酸HOCH2
21、CHCOOHCH2COOHOHCOONAD+NADH+H+异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2CO2草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸 这是三羧酸循环的第一次氧化脱羧反应，这是三羧酸循环的第一次氧化脱羧反应，异柠檬酸脱氢酶是第二个限速酶。异柠檬酸脱氢酶是第二个限速酶。异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶HH42糖代谢医学讲座（4）-酮戊二酸氧化脱羧反应酮戊二酸氧化脱羧反应CH2CCOOHCH2COOHO-酮戊二酸酮戊二酸CH2CH2COOH+HSCoACOSCoA琥珀酰琥珀酰CoANAD+NADH+H+CO2-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体-酮戊二酸脱氢酶复合体
22、酮戊二酸脱氢酶复合体 这是三羧酸循环的第二次氧化脱羧反应，这是三羧酸循环的第二次氧化脱羧反应，-酮戊二酸脱氢酶复合体是第三个限速酶。酮戊二酸脱氢酶复合体是第三个限速酶。COOCO2H HHH43糖代谢医学讲座-酮戊二酸脱氢酶复合体包括：酮戊二酸脱氢酶复合体包括：1、-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶E1 2、琥珀酰转移酶、琥珀酰转移酶E2 3、二氢硫辛酸脱氢酶、二氢硫辛酸脱氢酶E3 4、六个辅助因子、六个辅助因子44糖代谢医学讲座（5）琥珀酸的生成）琥珀酸的生成CH2CH2COOHCOSCoA琥珀酰琥珀酰CoAGDP+Pi+GTPCoASHCH2COOHCH2COOH琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA
23、合成酶合成酶这是三羧酸循环的唯一一次底物水平磷酸化。这是三羧酸循环的唯一一次底物水平磷酸化。GTP +ADPGTPGTP45糖代谢医学讲座TCA第三阶段：草酰乙酸再生第三阶段：草酰乙酸再生FAD FADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸草酰乙酸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苹果酸脱氢酶脱氢酶46糖代谢医学讲座HH（6）延胡索酸的生成）延胡索酸的生成CHCOOHCHCOOH琥珀酸琥珀酸+FADCHCOOHCHCOOHHHHH+FADH2H2延胡索酸延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶47糖代谢医学讲座HOHH2O（7）苹果酸的生成）苹果酸的生成CHCOOHCHCOOH延胡索
24、酸延胡索酸H2OCHCOOHCHCOOHHOH延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸+48糖代谢医学讲座（8）草酰乙酸的再生）草酰乙酸的再生CHCOOHCCOOH苹果酸苹果酸OCCOOHCH2COOH草酰乙酸草酰乙酸NAD+NADH+H+HHOH苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶HOHH H49糖代谢医学讲座柠檬柠檬 酸酸草酰乙酸草酰乙酸 乙酰CoACoAH2O琥珀酰琥珀酰CoA 异柠檬酸异柠檬酸 NAD+NADH+H+CO2-酮戊二酸脱氢酶复合体-酮戊二酸脱氢酶复合体延胡索酸延胡索酸 苹果酸苹果酸 FADFADH2H2OCO2NAD+NADH+H+三羧酸循环三羧酸循环琥珀酸琥珀酸 GDPGTPATPNADH
25、+H+NAD+-酮戊二酮戊二 酸酸CO2CO2H HH HH2H HATP50糖代谢医学讲座三羧酸循环过程总结三羧酸循环过程总结(一次循环一次循环)8 8步反应步反应8 8种酶催化种酶催化反应类型反应类型缩合缩合1 1、脱水、脱水1 1、氧化、氧化4 4、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化1 1、水化、水化3 3生成生成3 3分子还原型分子还原型NADHNADH生成生成1 1分子分子FADHFADH2 2生成生成1 1分子分子ATPATP51糖代谢医学讲座三羧循环的化学计量和能量计量三羧循环的化学计量和能量计量 a、总反应式、总反应式:CHCH3 3COSCoACOSCoA+3NAD+3NAD+F
26、AD+GDP+Pi+2H+FAD+GDP+Pi+2H2 2O O 2CO 2CO2 2+CoASH+CoASH+3NADH3NADH+3H+3H+FADHFADH2 2+GTPGTP能量能量“现金现金”:1 GTP 能量能量“支票支票”:3 NADH 1 FADH2兑换率兑换率 1：39ATP兑换率兑换率 1：22ATP1ATP12ATPb、三羧酸循环的能量计量、三羧酸循环的能量计量52糖代谢医学讲座（三）反应特点（三）反应特点1 1、需氧、需氧2 2、不可逆：三个限速酶、不可逆：三个限速酶3 3、两次脱羧、四次脱氢（三次受体是、两次脱羧、四次脱氢（三次受体是NADNAD，一次是一次是FADF
27、AD）、一次底物水平）、一次底物水平磷酸化磷酸化4 4、共产生、共产生12molATP12molATP53糖代谢医学讲座TCA的总反应式的总反应式CH3COSCoA+2H2O+3NAD+FAD+ADP+Pi2CO2+3NADH+3H+FADH2+CoASH+ATPC6H12O6+6H2O+10NAD+2FAD+4ADP+4Pi6CO2+10NADH+10H+2FADH2+4ATPG CO2+H2O 产生ATP 32 个个G CO2+H2O 产生ATP 33个个54糖代谢医学讲座葡萄糖完全氧化产生的葡萄糖完全氧化产生的ATP酵解阶段：酵解阶段：4-2 ATP 2 1 NADH兑换率兑换率 1：3
28、(或或2)2 ATP2 (2.5ATP)三羧酸循环：三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH22 1 ATP2 7.5ATP2 1.5ATP兑换率兑换率 1：3兑换率兑换率 1：2丙酮酸氧化：丙酮酸氧化：2 1NADH兑换率兑换率 1：32 2.5ATP总计：总计：32 ATP55糖代谢医学讲座糖的有氧氧化的调节糖的有氧氧化的调节调节点：调节点：第一阶段：见糖酵解第一阶段：见糖酵解第二阶段：丙酮酸脱氢酶系第二阶段：丙酮酸脱氢酶系第三阶段：柠檬酸合酶第三阶段：柠檬酸合酶 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 56糖代谢医学讲座1.1.丙酮酸脱氢酶
29、系的调节丙酮酸脱氢酶系的调节 变构调节变构调节乙酰乙酰CoA;NADH;ATP CoA;NADH;ATP AMP;ADP;NADAMP;ADP;NAD+丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系变构抑制变构抑制变构激活变构激活57糖代谢医学讲座共价修饰调节共价修饰调节丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶P丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢酶酶激酶激酶ATPADP丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢酶酶磷酸酶磷酸酶有活性有活性无活性无活性58糖代谢医学讲座2.三羧酸循环的调节异柠檬酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系ATP/ADP、ATP/AMP、NADH/NAD+抑制抑制氧化磷酸化速率影响三羧酸循环速
30、率氧化磷酸化速率影响三羧酸循环速率59糖代谢医学讲座TCA的生物学意义：的生物学意义：1.是生物利用糖或其他物质氧化而获得能量的最有效方式。2.是三大有机物质（糖类、脂类、蛋白质）转化的枢纽。3.提供多种化合物的碳骨架。TCA的代谢调节：的代谢调节：受柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶等3种酶活性的调控。60糖代谢医学讲座61糖代谢医学讲座三大营养物质的三大营养物质的共同氧化途径。共同氧化途径。62糖代谢医学讲座三大物质代谢联系的枢纽。三大物质代谢联系的枢纽。63糖代谢医学讲座（三（三）乙醛酸循环）乙醛酸循环草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸琥珀酸琥珀酸异柠檬酸异柠檬酸苹果酸苹果酸延胡索
31、酸延胡索酸乙醛酸乙醛酸乙酰乙酰CoA乙酰乙酰CoA乙酸乙酸乙酸乙酸64糖代谢医学讲座乙醛酸循环的反应：乙醛酸循环的反应：1）乙酰辅酶A由脂肪酸氧化产生。乙酸也可以通过乙酸硫激酶转换成乙酰辅酶A。乙酸+CoASH+ATP 乙酰辅酶A+AMP+Pi2）乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合产生柠檬酸。3）柠檬酸与顺乌头酸酶反应产生异柠檬酸。65糖代谢医学讲座4）异柠檬酸裂解酶切割异柠檬酸产生乙醛酸和琥珀酸。66糖代谢医学讲座5）乙醛酸经苹果酸合成酶催化，在水的存在下接受乙酰辅酶A的乙酸。+-67糖代谢医学讲座6）苹果酸在苹果酸脱氢酶的催化下再脱氢生成草酰乙酸。尽管这个反应，以及柠檬酸合成酶和顺乌头酸酶的反应，与
32、三羧酸循环反应一样，但这三个在乙醛酸循环中的酶是三羧酸循环酶的同工酶。这些同工酶存在于植物的乙醛酸循环体中，只在乙醛酸循环中起作用。乙醛酸循环的总反应：2乙酰CoA+NAD+2H2O 琥珀酸+2CoASH+NADH+2H+68糖代谢医学讲座特点和生理意义特点和生理意义乙醛酸循环和三羧酸循环中存在着某些相同的乙醛酸循环和三羧酸循环中存在着某些相同的酶类和中间产物。但是，它们是两条不同的代谢途酶类和中间产物。但是，它们是两条不同的代谢途径。乙醛酸循环是在乙醛酸体中进行的，是与脂肪径。乙醛酸循环是在乙醛酸体中进行的，是与脂肪转化为糖密切相关的反应过程。而三羧酸循环是在转化为糖密切相关的反应过程。而三
33、羧酸循环是在线粒体中完成的，是与糖的彻底氧化脱羧密切相关线粒体中完成的，是与糖的彻底氧化脱羧密切相关的反应过程。的反应过程。油料植物种子发芽时把脂肪转化为碳水化合物油料植物种子发芽时把脂肪转化为碳水化合物是通过乙醛酸循环来实现的。这个过程依赖于线粒是通过乙醛酸循环来实现的。这个过程依赖于线粒体、乙醛酸体及细胞质的协同作用。体、乙醛酸体及细胞质的协同作用。69糖代谢医学讲座1定义：从定义：从6磷酸葡萄糖开始，不经糖酵磷酸葡萄糖开始，不经糖酵解和柠檬酸循环，直接将其脱氢脱羧分解解和柠檬酸循环，直接将其脱氢脱羧分解为磷酸戊糖，磷酸戊糖分子再经重排最终为磷酸戊糖，磷酸戊糖分子再经重排最终又生成又生成6
34、磷酸葡萄糖的过程，或称为磷酸磷酸葡萄糖的过程，或称为磷酸己糖旁路，简称己糖旁路，简称HMP途径。途径。（四）、（四）、磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。的葡萄糖通过此途径分解。70糖代谢医学讲座2 反应历程：可分为两个阶段反应历程：可分为两个阶段 第一阶段第一阶段 氧化阶段氧化阶段：由由6磷酸葡萄糖直接脱氢脱磷酸葡萄糖直接脱氢脱 羧生成磷酸戊糖羧生成磷酸戊糖;第二阶段第二阶段 非氧化阶段：非氧化阶段：磷酸戊糖分子再经重排最终磷酸戊糖分子再经重排最终 又生成又生成6
35、磷酸葡萄糖。磷酸葡萄糖。71糖代谢医学讲座磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段672糖代谢医学讲座葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶葡萄糖酸葡萄糖酸-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖酸葡萄糖酸-6-磷酸磷酸核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸（1）G-6-P脱氢脱羧转化成脱氢脱羧转化成5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖73糖代谢医学讲座（2）磷酸戊糖的异构化）磷酸戊糖的异构化 74糖代谢医学讲座（3）磷酸戊糖通过）磷酸戊糖通过转酮转酮及及转醛转醛反应生成酵反应生成酵解途径的中间产物解途径的中间产物6-磷酸果糖和磷酸果糖和3-磷酸甘油磷酸甘油醛。醛。核酮糖核酮糖-5-
36、磷酸磷酸木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸景天糖景天糖-7-磷酸磷酸景天糖景天糖-7-磷酸磷酸核糖核糖-5-磷酸磷酸木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸75糖代谢医学讲座76糖代谢医学讲座77糖代谢医学讲座3 磷酸戊糖途径的主要特点：磷酸戊糖途径的主要特点：(1)(1)、是、是6-6-磷酸葡萄糖直接脱氢脱羧磷酸葡萄糖直接脱氢脱羧,不必经过不必经过 EMP,EMP,也不必经过也不必经过TCATCA；（2 2）、在整个反应中）、在整个反应中,脱氢酶的辅酶为脱氢酶的辅酶为NADP+NADP+而不是而不是NAD+NAD+；(3)(3)、反应过程中
37、进行了一系列酮基和醛基转、反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了移反应，经过了3 3、4 4、5 5、6 6、7 7碳糖的演变过碳糖的演变过程。磷酸戊糖经复杂的转化重新生成磷酸己糖。程。磷酸戊糖经复杂的转化重新生成磷酸己糖。78糖代谢医学讲座79糖代谢医学讲座4 磷酸戊糖途径的调节磷酸戊糖途径的调节 6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶为为限速酶限速酶。NADPH/NADP+，此途径抑制；，此途径抑制；NADPH/NADP+，此途径激活。，此途径激活。80糖代谢医学讲座5 磷酸戊糖途径的生理意义：磷酸戊糖途径的生理意义：(1)、生成的、生成的5磷酸核糖是合成核酸及核苷磷酸核糖是合成核
38、酸及核苷 酸辅酶的必要原料；酸辅酶的必要原料；(2)、NADPHH作为供氢体，参与体内许作为供氢体，参与体内许 多重要的还原性代谢反应。多重要的还原性代谢反应。81糖代谢医学讲座三三 糖的合成代谢糖的合成代谢自然界中糖的基本来源是绿色植物及光能细菌进行的光合自然界中糖的基本来源是绿色植物及光能细菌进行的光合作用（作用（Photosynthesis）82糖代谢医学讲座83糖代谢医学讲座84糖代谢医学讲座85糖代谢医学讲座（一）蔗糖的合成（一）蔗糖的合成G-1-P+UTP UDPG+PPiPPi+H2O 2Pi86糖代谢医学讲座糖核苷酸的作用及形成糖核苷酸的作用及形成定义定义：单糖与核苷酸通过磷酸
39、酯键结合的化合物称为糖单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为糖核苷酸。核苷酸。作用：作用：糖核苷酸是高等动植物体内合成双糖和多糖时，糖核苷酸是高等动植物体内合成双糖和多糖时，葡萄糖的活化形式与供体。葡萄糖的活化形式与供体。种类：种类：目前发现的糖核苷酸主要有目前发现的糖核苷酸主要有UDPG,ADPG,TDPG,GDPG,CDPGUDPG,ADPG,TDPG,GDPG,CDPG等。在糖类代谢中，以等。在糖类代谢中，以UDPG,ADPGUDPG,ADPG为最重要。为最重要。形成：形成：1-P-G+UTP1-P-G+UTPUDPGUDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶UDPG+PPiUDPG+PPi酯酶酯酶
40、2Pi87糖代谢医学讲座GG-6-PF-6-PFUDPG蔗糖合成酶蔗糖合成酶蔗糖+UDP （1）PiUDPGUDP磷酸蔗糖磷酸蔗糖合成酶磷酸蔗糖合成酶Pi蔗糖 （2）（1）平衡常数 K1=8（pH7.4）（2）平衡常数 K2=3250（pH7.5）或K2=53（pH5.5）88糖代谢医学讲座（二）淀粉的合成（二）淀粉的合成GATPADPG-6-PG-1-P(A)UTPPPi(A)UDPG焦焦磷酸化酶磷酸化酶n(A)UDPG引物引物(G)m m2(A)UDPG转糖苷酶转糖苷酶n(A)UDP（-1,4-G）n+mQ酶酶（-1,6）89糖代谢医学讲座直链淀粉的生物合成直链淀粉的生物合成淀粉磷酸化酶：
41、淀粉磷酸化酶：1-P葡萄糖葡萄糖+引物引物 淀粉淀粉+Pil 引物引物是作葡萄糖的受体，它是含是作葡萄糖的受体，它是含-1，4糖苷键的葡萄糖苷键的葡萄多糖，最小为麦芽三糖。转移来的葡萄糖分子结合在引多糖，最小为麦芽三糖。转移来的葡萄糖分子结合在引物非还原末端物非还原末端C4的羟基上。的羟基上。l 该酶的该酶的作用主要是催化淀粉的分解作用主要是催化淀粉的分解（植物细胞中磷酸（植物细胞中磷酸 的浓度较高）。的浓度较高）。（葡萄糖）nn 3有效90糖代谢医学讲座 引物的来源：引物的来源：D-D-酶酶l是糖苷转移酶，作用于是糖苷转移酶，作用于-1，4糖苷键，用来合成引物。糖苷键，用来合成引物。+淀粉合
42、酶（淀粉合酶（UDPGUDPG焦磷酸化酶、焦磷酸化酶、D-D-酶、淀粉合酶酶、淀粉合酶）：）：l 是淀粉合成的主要途径。是淀粉合成的主要途径。ADPG+引物引物 淀粉淀粉+ADP 也可用也可用UDPG做供体。做供体。D酶麦芽三糖麦芽三糖 给体给体麦芽三糖麦芽三糖 受体受体麦芽五糖麦芽五糖葡萄糖葡萄糖+91糖代谢医学讲座支链淀粉的合成（支链淀粉的合成（UDPGUDPG焦磷酸化酶、焦磷酸化酶、D-D-酶、淀粉酶、淀粉合酶、合酶、Q Q酶）：酶）：l支链淀粉的支链淀粉的-1-1，6 6糖苷键的分支是由直链糖苷键的分支是由直链底物转化而来，底物转化而来，催化这个转化的酶称为催化这个转化的酶称为Q Q酶
43、酶。mn+mmnnQ Q酶酶Q Q酶酶还原端还原端从非还原端切断从非还原端切断1 1个个小寡聚糖碎片小寡聚糖碎片A A（6-7G6-7G）将将A A转移到转移到B B或另一直链淀粉的或另一直链淀粉的一个葡萄糖残基的一个葡萄糖残基的C6-OHC6-OH上，上，形成形成-1-1，6 6糖苷键糖苷键AB92糖代谢医学讲座合成部位：合成部位：组织定位：主要在肝脏、肌肉组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆细胞定位：胞浆定义：由葡萄糖合成糖原的过程定义：由葡萄糖合成糖原的过程（三）糖原的合成（三）糖原的合成93糖代谢医学讲座(glycogenesis)UDPG是是G的活化形式，是的活化形式，是G活性供
44、体。活性供体。糖原合成中，每增加一个糖原合成中，每增加一个G单位消耗单位消耗2个个P。糖原合酶是关键酶糖原合酶是关键酶。GHK或GKG-6-PATP ADPG-1-P UDPG焦磷酸化酶UDPGUTP PPiGn UDPGn+1糖原酶反应过程反应过程94糖代谢医学讲座糖原合成图糖原合成图 消耗能量消耗能量 需要引物需要引物 非还原端非还原端葡萄糖葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖原糖原(14和和16葡萄糖单位葡萄糖单位)6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATPATPADPADPUDPGUDPGUTPUTPPPiPPi糖原糖原(14葡萄糖单位葡萄糖单位)糖原引物糖原引物UDPUDP返回95糖代谢医学讲座糖原
45、分支的形成糖原分支的形成 分分 支支 酶酶 (branching enzyme)-1,6-糖苷键糖苷键 -1,4-糖苷键糖苷键 96糖代谢医学讲座糖原合成与分解的调节糖原合成与分解的调节（一）共价修饰：（一）共价修饰：胰高血糖素和肾上腺素通过促进糖原胰高血糖素和肾上腺素通过促进糖原分解和抑制糖原合成升高血糖。分解和抑制糖原合成升高血糖。（二）变构调节（二）变构调节98糖代谢医学讲座ATPADPH2OATPADPH2OATPADPH2OAMPATPATPADPCa2+蛋白激酶A（无活性）磷酸化酶b激酶b磷酸化酶b激酶aPi磷蛋白磷酸酶-1磷酸化酶aPi糖原合酶b糖原合酶aPi糖原UDPGG-1-
46、PG血糖乳酸cAMP肾上腺素（肝、肌）胰高血糖素（肝）G-6-P蛋白激酶A（有活性）磷酸化酶b磷蛋白磷酸酶抑制剂-P磷蛋白磷酸酶 抑制剂蛋白激酶A（有活性）肝肌肉磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶-1G99糖代谢医学讲座 胰高血糖素和肾上腺素升高血糖的机制胰高血糖素和肾上腺素升高血糖的机制胰高血糖素胰高血糖素肾上腺素肾上腺素ACcAMPG 蛋白蛋白受体受体PKA糖原分解糖原分解磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶 糖原合酶糖原合酶糖原合成糖原合成血糖血糖磷酸化酶磷酸化酶100糖代谢医学讲座（四）（四）糖异生糖异生gluconeogenesis101糖代谢医学讲座 概念概念：由：由非糖物质非糖物质转变为转变为葡
47、萄糖或糖葡萄糖或糖原原的过程称为糖异生。的过程称为糖异生。原料原料：乳酸、甘油、丙酮酸和生糖氨：乳酸、甘油、丙酮酸和生糖氨基酸等。基酸等。部位部位：主要在肝脏，其次是肾脏。：主要在肝脏，其次是肾脏。102糖代谢医学讲座一、糖异生途径一、糖异生途径从丙酮酸生成从丙酮酸生成G的具体反应过程称的具体反应过程称为糖异生途径。基本上是糖酵解的逆过为糖异生途径。基本上是糖酵解的逆过程，但是糖酵解途径的三个关键酶催化程，但是糖酵解途径的三个关键酶催化的反应是放能的不可逆反应，又叫能障。的反应是放能的不可逆反应，又叫能障。需要另外的酶催化绕过这三个能障。需要另外的酶催化绕过这三个能障。103糖代谢医学讲座一、
48、糖异生途径一、糖异生途径 *过程过程 酵解途径中有酵解途径中有3个由关键酶催化的不个由关键酶催化的不可逆反应可逆反应。在糖异生时，须由另外。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。的反应和酶代替。糖异生途径与酵解途径大多数反应糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；是共有的、可逆的；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104糖代谢医学讲座乳酸乳
49、酸已糖激酶6-磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶三个不可逆三个不可逆反应反应 糖异生糖异生105糖代谢医学讲座第第1 1步步 丙酮酸丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸提问提问：如何进行？：如何进行？丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸3COOHCOCHCO CH2COOHCOOH丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸COOH3CHC OP磷酸烯醇式磷酸烯醇式 丙酮酸丙酮酸提问提问：这里这里的作用是什么？的作用是什么？能量载体能量载体合成的合成的草酰乙酸新草酰乙酸新COOH中储存了中储存了ATP水解的键水解的键能，脱碳时损失的键能相对较少。能，脱碳时损失的键能相对较少。106糖代谢医学讲座OOHOHCH2CH2OHOPP
50、F-6-PPPOOHOHCH2CH2OOPF-1,6-2P果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-1葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶第第1步步第第2步步第第3步步草酰草酰乙酸乙酸丙酮酸羧丙酮酸羧化化酶酶 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 羧羧激激酶酶 107糖代谢医学讲座二、糖异生的调节二、糖异生的调节 F-1,6-BPATPADPPiH2OPFK-1FBP酶-1F-6-PF-2,6-BPAMP糖酵解糖异生108糖代谢医学讲座 胰高血糖素促进糖异生，抑制糖分解。胰高血糖素促进糖异生，抑制糖分解。胰岛素则作用相反。胰岛素则作用相反。F-1,6-BPATPADPF-2,6-BPPEP丙酮酸草酰乙酸乙酰CoA胰
