1、医学糖代谢医学宣教医学糖代谢医学宣教l教学目的教学目的:1.掌握糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径掌握糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应过程及生理意义的反应过程及生理意义 2.了解糖原的合成与分解代谢了解糖原的合成与分解代谢 3.掌握糖异生的概念及途径掌握糖异生的概念及途径l教学重点难点教学重点难点：糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径的反应过程及生理意义过程及生理意义;糖异生糖异生 教学课时教学课时:102医学糖代谢医学宣教l糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物 一一.糖类在生物体的生理功能主要有：糖类在生物体的生理功能主要有：氧化
2、供能：氧化供能：糖类占人体全部供能量的糖类占人体全部供能量的70%70%。构成组织细胞的基本成分构成组织细胞的基本成分：l *核糖核糖:构成核酸构成核酸 l *糖蛋白糖蛋白:凝血因子、免疫球蛋白等凝血因子、免疫球蛋白等 l *糖脂糖脂:生物膜成分生物膜成分l转变为体内的其它成分转变为体内的其它成分 l *转变为脂肪转变为脂肪 l *转变为非必需氨基酸转变为非必需氨基酸3医学糖代谢医学宣教二二.糖代谢的概况糖代谢的概况血中葡萄糖血中葡萄糖食物食物主主糖异生糖异生 糖酵解糖酵解有氧氧化有氧氧化（CO2、H2O、ATP)磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径（5-磷酸核糖、磷酸核糖、NADPH）糖原糖原 缺氧缺氧
3、 供氧充足供氧充足合成合成 分解分解 4医学糖代谢医学宣教葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径糖酵解糖酵解（有氧）（有氧）（无氧）（无氧）三羧酸循环三羧酸循环(TCA)（有氧或无氧）（有氧或无氧）1、分解代谢途径、分解代谢途径呼吸链氧化呼吸链氧化磷酸化磷酸化NADHFADH25医学糖代谢医学宣教细胞膜细胞膜细胞质细胞质线粒体线粒体 高尔基体高尔基体细胞核细胞核内质网内质网溶酶体溶酶体细胞壁细胞壁叶绿体叶绿体有色体有色体白色体白色体液体液体晶体晶体分泌物分泌物吞噬吞噬中心体中心体胞饮胞饮细胞膜细胞膜 丙酮酸氧化丙酮酸氧化 三羧酸
4、循环三羧酸循环 氧化磷酸化氧化磷酸化 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 糖酵解糖酵解2 2、分解代谢途径及定位、分解代谢途径及定位动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞6医学糖代谢医学宣教l糖酵解糖酵解:是葡萄糖在无氧条件下在组织细是葡萄糖在无氧条件下在组织细胞中降解成胞中降解成丙酮酸丙酮酸,并释放出能量生成并释放出能量生成ATPATP的过程。的过程。l它是葡萄糖最初经历的酶促分解过程它是葡萄糖最初经历的酶促分解过程,也也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。7医学糖代谢医学宣教l无氧酵解的全部反应过程在无氧酵解的全部反应过程在细胞溶胶细胞溶胶(cytoplasm)中进行。中进
5、行。l从葡萄糖到丙酮酸的反应过程从葡萄糖到丙酮酸的反应过程包括包括两个两个部分，部分，可分为可分为活化、裂解、放能活化、裂解、放能三个阶三个阶段段，十步十步反应反应。8医学糖代谢医学宣教 1.1.葡萄糖的葡萄糖的活化活化(activation)(activation)己糖磷酸酯己糖磷酸酯的生成：的生成：活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异构反应活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异构反应生成生成1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖(FBP(FBP，FDP)FDP)的反应过程。的反应过程。该过程共由三步化学反应组成。该过程共由三步化学反应组成。9医学糖代谢医学宣教己糖激酶己糖激酶/葡萄糖激酶葡萄糖激酶磷酸己糖
6、异构酶磷酸己糖异构酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1ATPADPATPADP*(1)(2)(3)Mg2+Mg2+10医学糖代谢医学宣教激酶：激酶：催化催化ATPATP分子与底物之间的磷酸基转移的酶称激酶，分子与底物之间的磷酸基转移的酶称激酶，激酶一般需要激酶一般需要MgMg2+2+或或MnMn2+2+作为辅因子。作为辅因子。MgMg2+2+可以掩盖可以掩盖ATP/ADPATP/ADP分子中磷酸基氧原子的负电荷，使葡萄糖分子中磷酸基氧原子的负电荷，使葡萄糖C-6/C-1C-6/C-1位的位的羟基羟基易于对易于对ATPATP的的位磷原子位磷原子进行进行亲核攻击亲核攻击.机理：机理：葡萄糖葡萄糖C-6/
7、C-1位的羟基对位的羟基对ATP的的位磷原子的亲核位磷原子的亲核进攻击进攻击11医学糖代谢医学宣教ATPADPglucoseHCCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOHglucose-6-phosphate (G-6-P）HCCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOHOHO-OHOP 已糖激酶已糖激酶Mg2+特点：此反应不可逆，消耗特点：此反应不可逆，消耗1 1个个ATP.ATP.催化此反应的激酶有已糖激酶和葡萄糖激酶。催化此反应的激酶有已糖激酶和葡萄糖激酶。糖酵解过程的第一糖酵解过程的第一个限速酶个限速酶12医学糖代谢医学宣教OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH
8、磷酸磷酸GlcGlc异构酶异构酶HCCCCCCH2OOHOHOHHHOHHOHPOOHOH特点：特点：反应的反应的Go变化很小，反应可逆。变化很小，反应可逆。磷酸葡萄糖异构酶将葡萄糖的磷酸葡萄糖异构酶将葡萄糖的羰基羰基C C由由C C1 1移至移至C C2 2 ，为，为C C1 1位磷位磷酸化作准备，同时保证酸化作准备，同时保证C C2 2上有羰基存在，这对分子的上有羰基存在，这对分子的断裂，断裂，形成三碳物是必需的形成三碳物是必需的 fructose-6-phosphate,F-6-P13医学糖代谢医学宣教O-CH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOHATPADPO-POOHOH
9、 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1 Mg2+OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH特点：特点：此反应在体内不可逆，消耗此反应在体内不可逆，消耗1 1个个ATPATP。反应由磷酸果糖激酶反应由磷酸果糖激酶1 1催化，是主要的调节位点催化，是主要的调节位点糖酵解过程的第二个限糖酵解过程的第二个限速酶速酶fructose-1,6-biphosphate,F-1,6-BP14医学糖代谢医学宣教l 一分子一分子F-1,6-BPF-1,6-BP裂解为裂解为两分子两分子可以互可以互变的磷酸丙糖（变的磷酸丙糖（triose phosphate)triose phosphate)，15医学糖
10、代谢医学宣教磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶醛缩酶醛缩酶(4)(5)16医学糖代谢医学宣教3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮OHCH2COCH2OP OOHOHOHHOCCHCH2OPOOHOHfructose-1,6-diphosphate(F-1,6-2P）CCCCCH2OOOHHHO HHO HCH2OPOOHOHPOOHO H 醛缩酶醛缩酶126543123456+机理：机理：由于由于C-2C-2的羰基及的羰基及C-4C-4的羟基存在，的羟基存在，1,6-1,6-二磷酸果糖分子发生二磷酸果糖分子发生 断裂，形成等长的三碳化合物断裂，形成等长的三碳化合物特征：特征：该反应该反应
11、Go=23.97kJ/mol23.97kJ/mol,在热力学上不利，但是，由于在热力学上不利，但是，由于F-1.6-F-1.6-2P2P的形成是放能的及甘油醛的形成是放能的及甘油醛-3-3-磷酸后续氧化的放能性质，促使反应正磷酸后续氧化的放能性质，促使反应正向进行。向进行。在生理环境中，在生理环境中，3-3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行 17医学糖代谢医学宣教dihydroxyacetone phosphate)O HCH2COCH2O P OOHOHOHHOCCHCH2OPOOHOHglyceraldehyde 3-phosphat
12、e磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛18医学糖代谢医学宣教 3.3.放能放能(releasing energy)(releasing energy)丙酮酸的生成：丙酮酸的生成：3-3-磷酸甘油醛经磷酸甘油醛经脱氢脱氢、磷酸化磷酸化、脱水脱水及及放能放能等反应生成等反应生成丙酮酸丙酮酸和和ATPATP.包括五步反应包括五步反应:19医学糖代谢医学宣教(6)(7)(8)ATPADP磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢酶脱氢酶磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶激酶NAD+PiNADH+H+20医学糖代谢医学宣教烯醇化酶烯醇化酶丙酮酸激
13、酶丙酮酸激酶*ATPADP自发自发H2O(10)21医学糖代谢医学宣教OHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3-diphosphoglycerate3-3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶glyceraldehyde 3-phosphateOHHOCCHCH2OPOOHOHHPO4 2-+NADH+H+NAD+OPO 3 2-糖酵解中唯一的糖酵解中唯一的脱氢脱氢反应反应特征：特征：由由3-3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶催化，在催化，在无机磷酸无机磷酸的参与下以的参与下以NADNAD+作作为电子受体，为电子受体，3-3-磷酸甘油醛氧化脱氢生成磷酸甘油醛氧化脱氢生成1,3-1,3-二磷酸甘
14、油酸和二磷酸甘油酸和NADH+H+。醛基醛基转变成转变成超高能量的酰基磷酸超高能量的酰基磷酸22医学糖代谢医学宣教3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶HOHOOCCHCH2OPOOHOH3-phosphoglycerate)OHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3diphosphoglycerateOPO 3 2-ADPATP这是糖酵解中第一这是糖酵解中第一次次底物水平磷酸化底物水平磷酸化反应反应特征：特征：在磷酸甘油酸激酶的作用下，将在磷酸甘油酸激酶的作用下，将高能磷酰基高能磷酰基转给转给ADPADP形成形成ATP ATP。这是酵解中第一次产生这是酵解中第一次产生ATPATP的反应，反应是可逆
15、的的反应，反应是可逆的23医学糖代谢医学宣教3-phosphoglycerateHOHOOCCHCH2OPOOHOH磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶2-phosphoglycerateO HHO-OOCCHCH2O-POOHOH特征：特征：变位酶是一种催化分子内化学基团移位的酶变位酶是一种催化分子内化学基团移位的酶.磷酸甘油酸变位酶催化磷酸甘油酸变位酶催化3-磷酸甘油酸和磷酸甘油酸和2-磷酸甘油酸之间的磷磷酸甘油酸之间的磷酸基团位置的移动酸基团位置的移动,分子内重排分子内重排.24医学糖代谢医学宣教phosphoenolpyruvateO-HOOCCCH2P+OOHOH2-phosphogly
16、cerateHOHHOOOCCCH2POOHOH 烯醇化酶烯醇化酶 (Mg(Mg2+2+/Mn/Mn2+2+)氟化物能与氟化物能与Mg2+络络合而抑制此酶活性合而抑制此酶活性特征：特征：烯醇化酶（需要烯醇化酶（需要Mg2+的活化的活化）催化）催化2-2-磷酸甘油酸中磷酸甘油酸中的的a a、位脱去水形成磷酸烯醇式丙酮酸。位脱去水形成磷酸烯醇式丙酮酸。烯醇磷酯键烯醇磷酯键具有很高的具有很高的磷酸基转移潜能磷酸基转移潜能。aH2O25医学糖代谢医学宣教ADPATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶(PKPK )phosphoenolpyruvateO-HOOCCCH2P+OOHOHenolpyruvateCOOH
17、OHCH2C糖酵解过程的糖酵解过程的第三个限速酶第三个限速酶MgMg2+2+,K,K+特征：特征：丙酮酸激酶丙酮酸激酶催化催化磷酸基磷酸基从磷酸烯醇式丙酮酸转移给从磷酸烯醇式丙酮酸转移给ADPADP，生成生成烯醇式烯醇式丙酮酸丙酮酸和和ATPATP ，反应是不可逆的，反应是不可逆的这是酵解中这是酵解中第二个底物水平磷酸化反应第二个底物水平磷酸化反应.26医学糖代谢医学宣教ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸ADP丙酮酸激酶丙酮酸激酶enolpyruvateOHCH2CCOOHpyruvate自发进行自发进行CH3OCCOOH(10)27医学糖代谢医学宣教6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖
18、6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸第第一一阶阶段段第第二二阶阶段段第第三三阶阶段段葡萄糖葡萄糖葡萄糖的活化葡萄糖的活化磷酸己糖的裂解磷酸己糖的裂解2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸和和ATP生成生成丙酮酸和丙酮酸和ATP的生的生成成一、糖酵解过程一、糖酵解过程第第一一部部分分(六碳糖六碳糖三碳糖三碳糖)第第二二部部分分 -1ATP-1ATP2 1NADH2 1ATP2 1ATP二、途径化学计量和生物学意义
19、二、途径化学计量和生物学意义28医学糖代谢医学宣教29医学糖代谢医学宣教l糖酵解代谢途径可将一分子葡萄糖分解为糖酵解代谢途径可将一分子葡萄糖分解为两两分子丙酮酸，净生成两分子分子丙酮酸，净生成两分子ATPATP。l总反应式总反应式:C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi2C3H4O3+2NADH +2H+2ATP+2H2Ol糖酵解代谢途径有三个关键酶，即糖酵解代谢途径有三个关键酶，即己糖激酶己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶-1-1、丙酮酸、丙酮酸激酶激酶。30医学糖代谢医学宣教 糖酵解代谢途径的调节主要是通过各种变构剂对三个糖酵解代谢途径的调节主要是通过各种
20、变构剂对三个关键酶进行关键酶进行变构调节变构调节。1.1.己糖激酶或葡萄糖激酶：己糖激酶或葡萄糖激酶：l已糖激酶：已糖激酶：专一性不强，在组织细胞中广泛存在，可专一性不强，在组织细胞中广泛存在，可催化催化Glc、Man（甘露糖）磷酸化。被产物（甘露糖）磷酸化。被产物G-6-P强烈强烈地别构抑制地别构抑制l葡萄糖激酶：葡萄糖激酶：只能催化只能催化Glc磷酸化，仅在肝脏和胰腺磷酸化，仅在肝脏和胰腺细胞存在，维持血糖平衡，不被细胞存在，维持血糖平衡，不被G-6-P抑制。是诱导抑制。是诱导酶，胰岛素可诱导其基因转录，促进酶的合成。当肝酶，胰岛素可诱导其基因转录，促进酶的合成。当肝细胞中细胞中Glc浓度
21、浓度5mmol/L，肝中的，肝中的Glc激酶被激活激酶被激活，Glc激酶将激酶将Glc转化成转化成G-6-P，进一步转化成糖元，贮，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞存于肝细胞,是是肝脏调节葡萄糖吸收肝脏调节葡萄糖吸收的主要的关键酶。的主要的关键酶。无产物反馈抑制无产物反馈抑制 31医学糖代谢医学宣教己糖激酶己糖激酶hexokinase葡萄糖激酶葡萄糖激酶glucokinaseG-6-P长链脂酰长链脂酰CoA-32医学糖代谢医学宣教 2.6-2.6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1：6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1是调节糖酵解代谢是调节糖酵解代谢途径途径流量流量的主要因素。的主要因素。6-
22、磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-16-phosphofructokinase-1ATP柠檬酸柠檬酸ADP、AMP1,6-1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖2,6-2,6-双磷酸果糖双磷酸果糖-+33医学糖代谢医学宣教3.3.丙酮酸激酶：丙酮酸激酶：丙酮酸激酶丙酮酸激酶pyruvate kinaseATP丙氨酸丙氨酸(肝肝)1,6-1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖-+34医学糖代谢医学宣教1.1.是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径 在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补充途在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补充途径径，生物体获得生命活动所需要的能量，生
23、物体获得生命活动所需要的能量。在有氧条件下，作为某些组织细胞主要的供能途在有氧条件下，作为某些组织细胞主要的供能途径。径。2.2.形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；供碳骨架；3.3.为肌肉收缩迅速提供能量为肌肉收缩迅速提供能量 剧烈运动时：剧烈运动时：肌肉内肌肉内ATP含量很低含量很低,即使氧不缺乏，葡萄即使氧不缺乏，葡萄 糖进行有氧氧化的过程比糖酵解长得多糖进行有氧氧化的过程比糖酵解长得多,来不及满足需要来不及满足需要,糖酵解为肌肉糖酵解为肌肉 收缩迅速提供能量收缩迅速提供能量35医学糖代谢医学宣教（有氧）（有氧）（无氧）（无氧
24、）葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA糖酵解途径糖酵解途径三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）丙酮酸有丙酮酸有3 3种主要的去种主要的去路：路：1 1、在大多数情况下，、在大多数情况下，丙酮酸可以通过氧化脱丙酮酸可以通过氧化脱羧形成羧形成乙酰乙酰CoACoA，然后，然后乙酰乙酰CoACoA进入进入柠檬酸循柠檬酸循环环；2 2、在某些微生物、在某些微生物中，丙酮酸可以转中，丙酮酸可以转化为化为乙醇乙醇，这一过，这一过程称之程称之酒精发酵酒精发酵；3 3、在某些环
25、境条、在某些环境条件下（如缺氧），件下（如缺氧），它可以还原为它可以还原为乳酸乳酸。36医学糖代谢医学宣教l在无氧条件下，利用丙酮酸接受酵解代谢在无氧条件下，利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的过程中产生的NADHNADH，使，使NADHNADH重新氧化重新氧化为为NADNAD+，以确保反应的继续进行。，以确保反应的继续进行。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+乳酸可以通过血液进入肝、肾等组织内，重新转乳酸可以通过血液进入肝、肾等组织内，重新转变成丙酮酸，再合成葡萄糖和肝糖元，或进入三变成丙酮酸，再合成葡萄糖和肝糖元，或进入三羧酸循环氧化。羧酸循环氧化。37医学糖代谢医学宣教葡萄糖葡萄糖E
26、MPCH2OHCH3乙醇乙醇 NADH+H+NAD+CO2乙醛乙醛CHOCH3COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸l 酵母在无氧的条件下，将葡萄糖转变成乙醇，这是酿酒酵母在无氧的条件下，将葡萄糖转变成乙醇，这是酿酒和发酵法生产乙醇的基本过程，称为生醇发酵。和发酵法生产乙醇的基本过程，称为生醇发酵。l 酵母中含有多种酶系，其中丙酮酸脱羧酶酵母中含有多种酶系，其中丙酮酸脱羧酶(不存在于动不存在于动物细胞中物细胞中)催化丙酮酸脱羧产生乙醛，乙醛在醇脱氢酶催化丙酮酸脱羧产生乙醛，乙醛在醇脱氢酶催化下被催化下被NADHNADH还原成乙醇。还原成乙醇。丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶醇脱氢酶醇脱氢酶38医学糖代谢医学
27、宣教（EPM）葡萄糖葡萄糖COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰乙酰CoACoA三羧酸三羧酸循环循环 NAD+NADH+H+CO2CoASH 葡萄糖的有氧分解葡萄糖的有氧分解 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系39医学糖代谢医学宣教l葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成COCO2 2和和H H2 2O O，并释放出大量能量的过程称，并释放出大量能量的过程称为为葡萄葡萄糖的有氧氧化糖的有氧氧化。40医学糖代谢医学宣教l绝大多数组织细胞通过葡萄糖的有氧氧绝大多数组织细胞通过葡萄糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程在细胞化途径获得能量。此代谢过程在细胞胞
28、胞液 和 线 粒 体液 和 线 粒 体(c y t o p l a s m a n d(c y t o p l a s m a n d mitochondrion)mitochondrion)内进行。内进行。l一分子葡萄糖一分子葡萄糖(glucose)(glucose)彻底氧化分解彻底氧化分解可产生可产生30/3230/32分子分子ATPATP。41医学糖代谢医学宣教l葡萄糖葡萄糖的有氧氧化代谢途径可分为的有氧氧化代谢途径可分为四个阶段四个阶段:糖酵解产生丙酮酸糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、丙酮酸、2ATP、2NADH）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 三羧酸循环三羧酸循环（C
29、O2、H2O、ATP、NADH）呼吸链氧化磷酸化呼吸链氧化磷酸化（NADH-ATP）l原核生物：原核生物：阶段在胞质中阶段在胞质中l真核生物：在胞质中，真核生物：在胞质中，在线粒体中在线粒体中42医学糖代谢医学宣教l此阶段在细胞此阶段在细胞胞液胞液(cytoplasm)(cytoplasm)中进行，一分中进行，一分子葡萄糖子葡萄糖(glucose)(glucose)分解后净生成分解后净生成2 2分子丙酮分子丙酮酸酸(pyruvate)(pyruvate)，2 2分子分子ATPATP，和，和2 2分子（分子（NADH NADH+H+H+）。）。l两分子（两分子（NADH+HNADH+H+）在有氧
30、条件下可进入线粒）在有氧条件下可进入线粒体体(mitochondrion)(mitochondrion)进行氧化磷酸化，共可得进行氧化磷酸化，共可得到到2 21.51.5或者或者2 22.52.5分子分子ATPATP。故第一阶段可。故第一阶段可净生成净生成5 5或或7 7分子分子ATPATP。43医学糖代谢医学宣教l丙酮酸进入丙酮酸进入线粒体线粒体(mitochondrion)(mitochondrion)，在，在丙丙酮酸脱氢酶系酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase(pyruvate dehydrogenase complex)complex)的催化下氧化脱羧生成的催化下
31、氧化脱羧生成乙酰乙酰CoACoA(acetyl CoA)(acetyl CoA)。丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NADNAD+HSCoA+HSCoANADH+HNADH+H+CO+CO2 2*44医学糖代谢医学宣教l一分子葡萄糖经糖酵解产生两分子丙一分子葡萄糖经糖酵解产生两分子丙酮酸酮酸(pyruvate)(pyruvate)，故可生成，故可生成两分子乙两分子乙酰酰CoACoA(acetyl CoA)(acetyl CoA)，两分子，两分子COCO2 2和两和两分子（分子（NADH+HNADH+H+），可生成），可生成2 22.52.5分分子子ATPATP 。l反应为不可逆；反应为不可逆；丙酮酸
32、脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex)(pyruvate dehydrogenase complex)是葡萄糖有氧氧化途径的关键酶之一。是葡萄糖有氧氧化途径的关键酶之一。45医学糖代谢医学宣教丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系由丙酮酸脱羧酶由丙酮酸脱羧酶（E E1 1），二氢硫辛酸乙酰基转移酶（），二氢硫辛酸乙酰基转移酶（E E2 2），二氢），二氢硫辛酸脱氢酶（硫辛酸脱氢酶（E E3 3）三种酶单体构成。有六种）三种酶单体构成。有六种辅助因子：辅助因子：TPPTPP，硫辛酸，硫辛酸，NAD+NAD+，FADFAD，HSCoAHSCoA和和MgMg2+
33、2+。l 这些酶以非共价键结合在一起，碱性条件下，这些酶以非共价键结合在一起，碱性条件下，复合体解离成相应的亚单位，中性时重组为复复合体解离成相应的亚单位，中性时重组为复合体。所有丙酮酸氧化脱羧的中间物均紧密结合体。所有丙酮酸氧化脱羧的中间物均紧密结合在复合体上，活性中间物可以从一个酶活性合在复合体上，活性中间物可以从一个酶活性位置转到另一个酶活性位置，多酶复合体有利位置转到另一个酶活性位置，多酶复合体有利于高效催化反应及调节酶在反应中的活性。于高效催化反应及调节酶在反应中的活性。46医学糖代谢医学宣教l2 2、反应步骤、反应步骤l（1）丙酮酸脱羧形成羟乙基）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPPl（2
34、）二氢硫辛酸乙酰转移酶（）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基氧化成乙酰基）使羟乙基氧化成乙酰基l（3）E2将乙酰基转给将乙酰基转给CoA，生成乙酰，生成乙酰-CoAl（4）E3氧化氧化E2上的还原型二氢硫辛酸上的还原型二氢硫辛酸l（5）E3还原还原NAD+生成生成NADH47医学糖代谢医学宣教NADNAD+H+H+丙酮酸丙酮酸脱羧酶脱羧酶E1FADFAD硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰转移酶转移酶E2二氢硫辛二氢硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶E3COCO2 2乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸NADH+HNADH+H+TPPTPP硫辛酸硫辛酸CoASHCoASHNADNAD+CHCH3 3-C-SCoA-C
35、-SCoAO O（1）丙酮酸脱羧形成羟乙基）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP（2）二氢硫辛）二氢硫辛酸乙酰转移酶（酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基氧）使羟乙基氧化成乙酰基化成乙酰基（3）E2将乙酰将乙酰基转给基转给CoA，生，生成乙酰成乙酰-CoA（4）E3氧化氧化E2上的还原型二氢上的还原型二氢硫辛酸硫辛酸（5）E3还原还原NAD+生成生成NADH48医学糖代谢医学宣教l三羧酸循环三羧酸循环（柠檬酸循环或（柠檬酸循环或KrebsKrebs循环）循环）是指是指在线粒体中，乙酰在线粒体中，乙酰CoACoA首先与草酰乙酸缩合生首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙成柠檬酸，然后经过一系
36、列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，草酰乙酸再生酰基被氧化分解，草酰乙酸再生,并释放出大并释放出大量能量的循环反应过程。量能量的循环反应过程。l三羧酸循环分为三个阶段三羧酸循环分为三个阶段49医学糖代谢医学宣教柠檬酸合酶柠檬酸合酶+*H H2 2O OHSCoAHSCoA顺乌头酸酶顺乌头酸酶*第一阶段：柠檬酸生成第一阶段：柠檬酸生成50医学糖代谢医学宣教柠檬酸合酶柠檬酸合酶草酰乙酸草酰乙酸OCOOHCCH2COOHCH3COSCoA乙酰辅酶乙酰辅酶A(acetyl CoA)COOHCH2OHCOOHCCH2COOH柠檬酸柠檬酸(citrate)HSCoA关键酶关键酶TCA第一阶段第一阶段51医学糖
37、代谢医学宣教异柠檬酸异柠檬酸(isocitrate)HOHCOOHCOOHCH2CCOOHCHH2O柠檬酸柠檬酸(citrate)HOHCOOHCOOHCH2CCOOHCH顺乌头酸顺乌头酸COOHCOOHCH2CCOOHCH乌头酸酶乌头酸酶TCA第一阶段第一阶段52医学糖代谢医学宣教-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系NADH+HNADH+H+CO+CO2 2*NADNAD+HSCoA+HSCoA琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶GTPGTPGDP+PiGDP+PiCoA-SH,CoA-SH,第二阶段：氧化脱羧第二阶段：氧化脱羧NADH+HNADH+H+CO+CO2 2NADNAD+CO2*异柠檬酸
38、异柠檬酸脱氢酶脱氢酶53医学糖代谢医学宣教CO2NAD+HHOCOOHCOOHCH2CHCOOHC异柠檬酸异柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸OCOOHCH2CH2COOHC草酰琥珀酸草酰琥珀酸OCOOHCOOHCH2CHCOOHCNADH+H+异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶关键酶关键酶TCA第二阶段第二阶段54医学糖代谢医学宣教2-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系HSCoA NAD+NADH+H+OCOOHCH2CH2COOHCOCOOHCH2CH2SCoAC琥珀酰琥珀酰CoA(succinyl CoA)-酮戊二酸酮戊二酸(-ketoglutarate)关键酶关键酶TCA第二阶段第二阶段CO255医学糖
39、代谢医学宣教琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶OCOOHCH2CH2SCoAC琥珀酰琥珀酰CoA(succinyl CoA)GDP+PiGTPATPADPCOOHCH2CH2COOH琥珀酸琥珀酸(succinate)HSCoATCA第二阶段第二阶段56医学糖代谢医学宣教H H2 2O ONADNAD+NADH+HNADH+H+延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶琥琥珀珀酸酸脱脱氢氢酶酶FADHFADH2 2FADFAD第三阶段：草酰第三阶段：草酰乙酸再生乙酸再生57医学糖代谢医学宣教FADHHCOOHCHCH COOH琥珀酸琥珀酸(succinate)琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶HOOC CH
40、CHCOOH延胡索酸延胡索酸(fumarate)FADH2TCA第三阶段第三阶段58医学糖代谢医学宣教延胡索酸延胡索酸(fumarate)HOOCCHCHCOOH延胡索酸酶延胡索酸酶OHCOOHCH2CH COOH苹果酸苹果酸(malate)H2OTCA第三阶段第三阶段59医学糖代谢医学宣教 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶HOHCOOHCH2CCOOH 草酰乙酸草酰乙酸(oxaloacetate)OCOOHCH2CCOOH苹果酸苹果酸(malate)NAD+NADH+H+TCA第三阶段第三阶段60医学糖代谢医学宣教 OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NA
41、DHGTP 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+三羧循环总观三羧循环总观61医学糖代谢医学宣教l2.2.三羧酸循环的特点：三羧酸循环的特点：循环反应在循环反应在线粒体线粒体(mitochondrion)(mitochondrion)中进行，为中进行，为不不可逆反应可逆反应。每完成一次循环，氧化分解掉一分子每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基乙酰基，可，可生成生成1010
42、分子分子ATP,ATP,故此阶段可生成故此阶段可生成2 210=2010=20分子分子ATPATP 。三羧酸循环中有三羧酸循环中有两次脱羧反应两次脱羧反应，生成两分子，生成两分子COCO2 2。循环中有循环中有四次脱氢反应四次脱氢反应，生成三分子，生成三分子NADHNADH和一分和一分子子FADHFADH2 2。62医学糖代谢医学宣教63医学糖代谢医学宣教l3.3.三羧酸循环的生理意义：三羧酸循环的生理意义：提供能量：提供能量：是糖、脂、蛋白质三大物质分解供能是糖、脂、蛋白质三大物质分解供能的共同通路。的共同通路。线粒体外的线粒体外的NADHNADH，可通过，可通过3-3-磷酸磷酸甘油穿梭和苹
43、果酸穿梭机制，运到线粒体内，经甘油穿梭和苹果酸穿梭机制，运到线粒体内，经呼吸链再氧化，这两种机制在不同组织的细胞中呼吸链再氧化，这两种机制在不同组织的细胞中起作用。起作用。是糖、脂、蛋白质三大是糖、脂、蛋白质三大 一方面，一方面，TCATCA是糖、脂肪、氨基酸等彻底氧化分是糖、脂肪、氨基酸等彻底氧化分解的共同途径解的共同途径 另一方面，循环中生成的草酰乙酸、另一方面，循环中生成的草酰乙酸、-酮戊酮戊二酸、柠檬酸、琥珀酰二酸、柠檬酸、琥珀酰CoACoA和延胡索酸等又是合和延胡索酸等又是合成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料。成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料。TCATCA是联系体内三大物质代谢的中
44、心环节，为合是联系体内三大物质代谢的中心环节，为合成其它物质提供成其它物质提供C C骨架。骨架。64医学糖代谢医学宣教反反 应应ATP段段酵解阶段酵解阶段两次耗能反应两次耗能反应-2两次生成两次生成ATP的反应的反应22一次脱氢一次脱氢(NADH+H+)21.5 或或22.5丙酮酸氧化丙酮酸氧化一次脱氢一次脱氢(NADH+H+)22.5三羧酸循环三羧酸循环三次脱氢三次脱氢(NADH+H+)232.5一次脱氢一次脱氢(FADH2)21.5一次生成一次生成GTP(ATP)的反应的反应21净生成净生成30或或3265医学糖代谢医学宣教66医学糖代谢医学宣教l第一阶段：前述。第一阶段：前述。l第二阶段
45、：第二阶段：丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系Pyruvate dehydrogenase complex乙酰乙酰CoA、ATPNADH+H+-+AMP、ADPNAD+67医学糖代谢医学宣教l第三阶段：第三阶段：调节有氧氧化第三阶段代谢流量调节有氧氧化第三阶段代谢流量的关键酶主要是的关键酶主要是异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶。AMPAMP、ADPADP是其变构激活剂，是其变构激活剂，ATPATP是其是其变构抑制剂。变构抑制剂。68医学糖代谢医学宣教l磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径是指从是指从G-6-PG-6-P脱氢反应开脱氢反应开始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中间代谢物
46、，然后再重新进入糖氧化分中间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解代谢途径的一条旁路代谢途径。解代谢途径的一条旁路代谢途径。69医学糖代谢医学宣教l该旁路途径的起始物是该旁路途径的起始物是G-6-PG-6-P，返回的，返回的代 谢 产 物 是代 谢 产 物 是 3-3-磷 酸 甘 油 醛磷 酸 甘 油 醛(glyceraldehyde-3-phosphate)(glyceraldehyde-3-phosphate)和和6-6-磷磷酸果糖酸果糖(fructose-6-phosphate)(fructose-6-phosphate)，其重，其重要的中间代谢产物是要的中间代谢产物是5-5-磷酸核糖和磷酸核
47、糖和NADPHNADPH。l整个代谢途径在整个代谢途径在胞液胞液(cytoplasm)(cytoplasm)中进中进行。关键酶是行。关键酶是6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydro-(glucose-6-phosphate dehydro-genase)genase)。70医学糖代谢医学宣教l全部代谢过程可分为两个阶段：全部代谢过程可分为两个阶段：1、氧化脱羧过程、氧化脱羧过程 G-6-PG-6-P氧化分解生成氧化分解生成5-5-磷磷酸核酮糖：酸核酮糖：2、非氧化分子重排过程、非氧化分子重排过程 戊糖磷酸酯的相戊糖磷酸酯的相互转变及互转变
48、及C-CC-C键的裂解与形成键的裂解与形成 71医学糖代谢医学宣教NADP+NADPH+H+H2O NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮磷酸核酮糖糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸内酯内酯6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖酸酸CO26-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 脱酶脱酶内酯酶内酯酶6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸糖酸 脱氢酶脱氢酶*72医学糖代谢医学宣教 2.5-2.5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程：磷酸核酮糖的基团转移反应过程：l5-5-磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生成成3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-6-磷酸果糖磷酸果糖。在此阶。在此阶段中，经由段中，
49、经由5-5-磷酸核酮糖异构可生成磷酸核酮糖异构可生成5-5-磷酸核糖磷酸核糖。73医学糖代谢医学宣教H2OPi6 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖2 5-磷酸核糖磷酸核糖2 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖2 4-磷酸赤藓丁糖磷酸赤藓丁糖2 6-磷酸果糖磷酸果糖2 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖1 6-磷酸果糖磷酸果糖转醛酶转醛酶异构酶异构酶转酮酶转酮酶转酮酶转酮酶醛缩酶醛缩酶戊糖戊糖磷酸磷酸酯的酯的相互相互转变转变C-C键的键的裂解裂解与形与形成成74医学糖代谢医学宣教l
50、磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径(pentose phosphate(pentose phosphate pathway)pathway)的总反应式：的总反应式：l6 G-6-P+12NADP+7 H2O 5 G-6-P+6CO2+12NADPH+12H+H H3 3POPO4 4l即六分子即六分子G-6-PG-6-P可生成可生成6 6分子分子COCO2 2，4 4分子分子F-6-F-6-P P，2 2分子分子3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和1212分子分子NADPHNADPH。75医学糖代谢医学宣教1.1.是体内生成是体内生成NADPHNADPH的主要代谢途径的主要代谢途径：NADPHNADPH在体
