1、糖 代 谢Carbohydrate Metabolism第第 一一 节节糖代谢概况糖代谢概况一、糖的生理功能一、糖的生理功能糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物。糖类糖类是指多羟基醛或酮及其衍生物。糖类在生物体的生理功能主要有：在生物体的生理功能主要有：氧化供能：糖类占人体全部供能量的氧化供能：糖类占人体全部供能量的70%70%。作为结构成分：作为生物膜、神经组作为结构成分：作为生物膜、神经组织等的组分。织等的组分。作为核酸类化合物的成分：构成核苷作为核酸类化合物的成分：构成核苷酸，酸，DNADNA，RNARNA等。等。转变为其他物质：转变为脂肪或氨基转变为其他物质：转变为脂肪或氨基酸等化合物。酸等
2、化合物。二、糖的消化吸收二、糖的消化吸收（一）糖的（一）糖的消化消化食物中糖有植物淀粉食物中糖有植物淀粉、动物糖元动物糖元、麦牙糖麦牙糖、蔗糖蔗糖、乳糖乳糖、葡萄糖。人体因无葡萄糖。人体因无-糖苷酶，不能利用大糖苷酶，不能利用大量的纤维素。量的纤维素。食物中糖以淀粉为主，唾液和胰液中有食物中糖以淀粉为主，唾液和胰液中有a-a-淀粉酶，淀粉酶，水解淀粉中水解淀粉中a-1,4-a-1,4-糖苷键。糖苷键。但食物在口腔中停留时间短。但食物在口腔中停留时间短。淀粉的消化主要在小肠中进行。在胰液淀粉的消化主要在小肠中进行。在胰液a-a-淀粉酶作淀粉酶作用下，生成寡糖，包括没有分支的麦芽糖、麦芽三用下，生
3、成寡糖，包括没有分支的麦芽糖、麦芽三糖和有分支的异麦芽糖、糖和有分支的异麦芽糖、a-a-临界糊精。临界糊精。寡糖进一步消化在肠黏膜细胞中。寡糖进一步消化在肠黏膜细胞中。1)a-1)a-葡萄糖苷酶、麦芽糖酶：水解麦芽糖、葡萄糖苷酶、麦芽糖酶：水解麦芽糖、麦芽三糖。麦芽三糖。2)a-2)a-临界糊精酶、异麦芽糖酶：水解异麦芽临界糊精酶、异麦芽糖酶：水解异麦芽糖、糖、a-a-临界糊精成葡萄糖。临界糊精成葡萄糖。3)3)肠黏膜细胞有蔗糖酶和乳糖酶，分别水解肠黏膜细胞有蔗糖酶和乳糖酶，分别水解蔗糖和乳糖。蔗糖和乳糖。乳糖由半乳糖通过乳糖由半乳糖通过-1,4-1,4-糖苷键连接葡萄糖糖苷键连接葡萄糖而形成
4、的二糖，是哺乳类乳汁中主要的二糖。而形成的二糖，是哺乳类乳汁中主要的二糖。蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合成。蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合成。有些成人乳糖酶缺乏，在食用牛奶后发生乳有些成人乳糖酶缺乏，在食用牛奶后发生乳糖消化吸收障碍，引起腹胀，腹泻。糖消化吸收障碍，引起腹胀，腹泻。婴儿乳糖不耐受婴儿乳糖不耐受 较多。较多。（二）糖的吸收（二）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+泵泵小肠黏膜细胞小肠黏膜细胞 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(N
5、a+-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 肠黏膜上皮细胞肠黏膜上皮细胞 门静脉门静脉 肝脏肝脏 体循环体循环SGLT 各种组织细胞各种组织细胞 GLUT SGLT:Na+依赖型葡萄依赖型葡萄糖转运体糖转运体GLUT：葡萄糖转运体：葡萄糖转运体第第 二二 节节葡萄糖的无氧氧化葡萄糖的无氧氧化Anaerobic Oxidation of Glucose*乳酸发酵乳酸发酵(lactic acid fermentation)：在缺氧条件下，葡萄糖经酵解生成的在缺氧条件下，葡萄糖经酵解生成的丙酮酸还
6、原为乳酸丙酮酸还原为乳酸(lactate)。*乙醇发酵乙醇发酵(ethanol fermentation)：在某些植物、脊椎动物组织和微生物，在某些植物、脊椎动物组织和微生物，酵解产生的丙酮酸酵解产生的丙酮酸在无氧条件下，丙酮酸在无氧条件下，丙酮酸脱羧酶催化脱羧变为乙醛，接着还原变为脱羧酶催化脱羧变为乙醛，接着还原变为乙醇的过程乙醇的过程即乙醇发酵。即乙醇发酵。糖酵解糖酵解(glycolysis)：一分子葡萄糖裂解为两分子丙酮酸，在缺一分子葡萄糖裂解为两分子丙酮酸，在缺氧条件下，丙酮酸还原为乳酸氧条件下，丙酮酸还原为乳酸(lactate)的的过程过程 有氧氧化有氧氧化(aerobic oxid
7、ation)：在有氧条件下，需氧生物和哺乳动物组织在有氧条件下，需氧生物和哺乳动物组织内的丙酮酸彻底氧化分解为内的丙酮酸彻底氧化分解为CO2和和H2O，即糖的有氧氧化即糖的有氧氧化。一、糖酵解的反应过程一、糖酵解的反应过程 糖酵解的代谢反应过程分为两个阶段：糖酵解的代谢反应过程分为两个阶段：第一阶段：由葡萄糖分解成丙酮酸（第一阶段：由葡萄糖分解成丙酮酸（pyruvatepyruvate）的过程，称之为糖酵解途径（的过程，称之为糖酵解途径（glycolytic glycolytic pathwaypathway）。）。可分为活化、裂解、放能三个过程。可分为活化、裂解、放能三个过程。第二阶段：为丙
8、酮酸转变成乳酸的过程。第二阶段：为丙酮酸转变成乳酸的过程。(一一)糖酵解途径糖酵解途径 葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸 1 1、活化、活化己糖磷酸酯的生成：己糖磷酸酯的生成：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)的反应过的反应过程。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。葡萄糖葡萄糖(glucose)(glucose)磷酸化磷酸化生成生成6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P)(glucose-6-phosphate,G-6-P
9、)；G-6-PG-6-P异构异构为为6-6-磷酸果糖（磷酸果糖（fructose-6-fructose-6-phosphate,F-6-Pphosphate,F-6-P）；）；F-6-PF-6-P再磷酸化再磷酸化为为 1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖（fructose-1,6-biphosphate,F-1,6-BPfructose-1,6-biphosphate,F-1,6-BP）。）。己糖激酶己糖激酶/葡萄糖激酶葡萄糖激酶磷酸己糖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)2.2.裂解（裂解（lysis)lysis)磷酸丙糖的生成磷酸丙糖
10、的生成：一分子一分子F-1,6-BPF-1,6-BP裂解为两分子可以互裂解为两分子可以互变的磷酸丙糖（变的磷酸丙糖（triose phosphate)triose phosphate)，包括两步反应：包括两步反应：F-1,6-BP F-1,6-BP 裂解裂解为为3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛(glyceraldehyde-3-phosphate)(glyceraldehyde-3-phosphate)和磷和磷酸二羟丙酮酸二羟丙酮(dihydroxyacetone(dihydroxyacetone phosphate)phosphate)；磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮异构异构为为3-3-磷酸甘油醛。磷
11、酸甘油醛。磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶醛缩酶醛缩酶(4)(5)3.3.放能放能(releasing energy(releasing energy丙酮酸丙酮酸的生成：的生成：3-3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括六步反应。能等反应生成丙酮酸，包括六步反应。3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢并磷酸化脱氢并磷酸化生成生成1,3-1,3-二磷二磷酸甘油酸酸甘油酸;1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸脱磷酸后转变为脱磷酸后转变为3-3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸,将磷酸交给将磷酸交给ADPADP生成生成ATP ATP；3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油
12、酸异构异构为为2-2-磷酸甘油酸；磷酸甘油酸；(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+2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸(glycerate-2-(glycerate-2-phosphate)phosphate)脱水脱水生成磷酸烯醇式丙酮生成磷酸烯醇式丙酮酸酸(phosphoenolpyruvate,PEP)(phosphoenolpyruvate,PEP)；磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）将高能磷）将高能磷酸基交给酸基交给ADPADP生成生成ATPATP；烯醇式丙酮酸自
13、发烯醇式丙酮酸自发转变转变为丙酮酸为丙酮酸(pyruvate)(pyruvate)。烯醇化酶烯醇化酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶*ATPADP自发自发H2O（二）还原（二）还原乳酸的生成：乳酸的生成：利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADHNADH，使，使NADHNADH重新氧化重新氧化为为NADNAD+，以确保，以确保反应的继续进行。反应的继续进行。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+糖酵解可将一分子葡萄糖分解为两分子乳酸，净糖酵解可将一分子葡萄糖分解为两分子乳酸，净生成两分子生成两分子ATPATP。糖酵解的全部反应在糖酵解的全部反应在胞浆胞浆中进行中进行。
14、糖酵解代谢途径有三个关键酶：糖酵解代谢途径有三个关键酶：己糖激酶（葡萄糖激酶）己糖激酶（葡萄糖激酶）磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1丙酮酸激酶丙酮酸激酶 二、糖酵解的调控是对三个关键酶活二、糖酵解的调控是对三个关键酶活性的调节性的调节关键酶关键酶 己糖激酶己糖激酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 调节方式调节方式 别构调节别构调节 共价修饰调节共价修饰调节 1.1.6-6-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流量的最重要因素。途径流量的最重要因素。6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-16-phosphofr
15、uctokinase-1ATP柠檬酸柠檬酸ADP、AMP1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖2,6-2,6-二磷酸果糖二磷酸果糖-+6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 是四聚体。是四聚体。ATP、柠檬酸是别构抑制剂。、柠檬酸是别构抑制剂。该酶有两个该酶有两个ATP结合位点，一是活性中心的催结合位点，一是活性中心的催化部位，化部位，ATP作为底物结合；作为底物结合；另一是活性中心外的与变构效应物结合的位点，另一是活性中心外的与变构效应物结合的位点，与与ATP亲和力低。亲和力低。所以需要较高浓度的所以需要较高浓度的ATP才能结合使酶失活。才能结合使酶失活。ADP、AMP、1,6-二磷酸果糖、二磷酸果
16、糖、2,6-二磷酸果二磷酸果糖是别构激活剂。糖是别构激活剂。AMP与与ATP竞争变构结合位点，抵消竞争变构结合位点，抵消ATP的的抑制作用。抑制作用。,二磷酸果糖是磷酸果糖激酶的二磷酸果糖是磷酸果糖激酶的产物。产物。该产物的正反馈作用较少见，有利于糖的分解。该产物的正反馈作用较少见，有利于糖的分解。,二磷酸果糖二磷酸果糖）作用：）作用：,二磷酸果糖是磷酸果二磷酸果糖是磷酸果糖激酶的最强的变构激活剂。糖激酶的最强的变构激活剂。）生成：）生成：磷酸果糖在磷酸果糖磷酸果糖在磷酸果糖激酶催化下生成。激酶催化下生成。）水解：果糖二磷酸酶水解）水解：果糖二磷酸酶水解,二二磷酸果糖成磷酸果糖。磷酸果糖成磷酸
17、果糖。）磷酸果糖激酶是一种双功能酶，）磷酸果糖激酶是一种双功能酶，酶蛋白有个分开的催化中心，同时具有果酶蛋白有个分开的催化中心，同时具有果糖二磷酸酶和磷酸果糖激酶的糖二磷酸酶和磷酸果糖激酶的活性。活性。促进促进,二磷酸果糖生成和水解。二磷酸果糖生成和水解。磷酸果糖激酶和果糖二磷酸酶还磷酸果糖激酶和果糖二磷酸酶还可在激素作用下进行共价修饰调节。可在激素作用下进行共价修饰调节。胰高血糖素通过胰高血糖素通过cAMPcAMP及依赖及依赖cAMPcAMP的蛋白激酶的蛋白激酶,酶磷酸化后：酶磷酸化后：磷酸果糖激酶活性减弱，磷酸果糖激酶活性减弱，果糖二磷酸酶活性升高。果糖二磷酸酶活性升高。促进促进,二磷酸果
18、糖水解。二磷酸果糖水解。抑制糖的分解。抑制糖的分解。2.2.丙酮酸激酶：丙酮酸激酶：变构调节变构调节丙酮酸激酶丙酮酸激酶pyruvate kinaseATP丙氨酸丙氨酸(肝肝)1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖-+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PPKA：蛋白激酶蛋白激酶A(protein kinase A)CaM：钙调蛋白钙调蛋白3 3 己糖激酶或葡萄糖激酶：己糖激酶或葡萄糖激酶：己糖激酶是肝脏调节葡萄糖吸收的主要的关键酶。己
19、糖激酶是肝脏调节葡萄糖吸收的主要的关键酶。己糖激酶受产物己糖激酶受产物6-6-磷酸葡萄糖反馈抑制。葡萄糖激酶磷酸葡萄糖反馈抑制。葡萄糖激酶分子中没有分子中没有6-6-磷酸葡萄糖变构部位，不受磷酸葡萄糖变构部位，不受6-6-磷酸葡磷酸葡萄糖反馈抑制。萄糖反馈抑制。己糖激酶有四种同工酶，肝细胞中是己糖激酶有四种同工酶，肝细胞中是型型叫葡萄糖激叫葡萄糖激酶，对葡萄糖亲和力低。酶，对葡萄糖亲和力低。饱食状态血糖浓度高时，仍可不停将摄取的葡萄糖磷饱食状态血糖浓度高时，仍可不停将摄取的葡萄糖磷酸化为葡萄糖酸化为葡萄糖-6-6-磷酸。且不被产物葡萄糖磷酸。且不被产物葡萄糖-6-6-磷酸磷酸所抑制。所抑制。肝
20、正常饮食时仅氧化少量的葡萄糖，主要由氧化脂酸肝正常饮食时仅氧化少量的葡萄糖，主要由氧化脂酸得能量。得能量。长链脂酰长链脂酰CoACoA对葡萄糖激酶有变构抑制作用。对葡萄糖激酶有变构抑制作用。葡萄糖激酶受激素调控，胰岛素促进葡萄糖激酶的合葡萄糖激酶受激素调控，胰岛素促进葡萄糖激酶的合成。在糖代谢及维持血糖浓度中起作用。成。在糖代谢及维持血糖浓度中起作用。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-己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂。己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂。三、糖无氧氧化的主要生理意义三、糖无氧氧化的主要生理意义 糖无氧氧化最主要
21、的生理意义在于糖无氧氧化最主要的生理意义在于机体缺氧状况下机体缺氧状况下迅速提供能量，这对肌肉收缩更为重要。迅速提供能量，这对肌肉收缩更为重要。当机体缺氧或剧烈运动肌肉局部血流不足时，能量当机体缺氧或剧烈运动肌肉局部血流不足时，能量主要通过糖无氧氧化获得。主要通过糖无氧氧化获得。红细胞没有线粒体，完全依赖糖无氧氧化供应能量。红细胞没有线粒体，完全依赖糖无氧氧化供应能量。神经、白细胞和骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧神经、白细胞和骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧也常由糖无氧氧化提供部分能量。也常由糖无氧氧化提供部分能量。糖无氧氧化时，糖无氧氧化时，1mol葡萄糖可经底物水平葡萄糖可经底物水平磷酸化生
22、成磷酸化生成4molATP，在葡萄糖和果糖，在葡萄糖和果糖-6-磷酸磷酸化时消耗磷酸磷酸化时消耗2molATP，故净生成，故净生成2molATP。第第 三三 节节葡萄糖的有氧氧化葡萄糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Glucose第三节第三节 糖的有氧氧化糖的有氧氧化葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成解生成COCO2 2和和H H2 2O O，并释放出大量，并释放出大量能量的过程称为糖的有氧氧化能量的过程称为糖的有氧氧化（aerobic oxidation)aerobic oxidation)。绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧绝大多数组织细胞通过
23、糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程在细化途径获得能量。此代谢过程在细胞胞液和线粒体胞胞液和线粒体(cytoplasm and(cytoplasm and mitochondrion)mitochondrion)内进行。内进行。一分子葡萄糖一分子葡萄糖(glucose)(glucose)彻底氧化分彻底氧化分解可产生解可产生30/3230/32分子分子ATPATP。一、有氧氧化的反应过程一、有氧氧化的反应过程 糖的有氧氧化代谢途径可分为：糖的有氧氧化代谢途径可分为：葡萄糖酵解；葡萄糖酵解；丙酮酸氧化脱羧；丙酮酸氧化脱羧；和三羧酸循环及氧化磷酸化三个阶段和三羧酸循环及氧化磷酸化三个阶段 。（一）葡
24、萄糖经酵解途径生成丙酮酸：（一）葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸：此阶段在细胞胞液此阶段在细胞胞液(cytoplasm)(cytoplasm)中进中进行，一分子葡萄糖行，一分子葡萄糖(glucose)(glucose)分解后分解后净生成净生成2 2分子丙酮酸分子丙酮酸(pyruvate)(pyruvate)，2 2分分子子ATPATP，和，和2 2分子（分子（NADH+HNADH+H+）。）。两分子（两分子（NADH+HNADH+H+）在有氧条件下）在有氧条件下可进入线粒体可进入线粒体(mitochondrion)(mitochondrion)产能，产能，共可得到共可得到2 21.51.5或者或者2
25、 22.52.5分子分子ATPATP。故第一阶段可净生成故第一阶段可净生成5 5或或7 7分子分子ATPATP。（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoACoA：丙酮酸进入线粒体丙酮酸进入线粒体(mitochondrion)(mitochondrion)，在丙，在丙酮 酸 脱 氢 酶 复 合 体酮 酸 脱 氢 酶 复 合 体(p y r u v a t e(p y r u v a t e dehydrogenase complex)dehydrogenase complex)的催化下氧化脱的催化下氧化脱羧生成乙酰羧生成乙酰CoA(acetyl CoA)CoA(acetyl
26、CoA)。丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体NADNAD+HSCoA+HSCoANADH+HNADH+H+CO+CO2 2*由一分子葡萄糖氧化分解产生两分子由一分子葡萄糖氧化分解产生两分子丙酮酸丙酮酸(pyruvate)(pyruvate)，故可生成两分子，故可生成两分子乙酰乙酰CoA(acetyl CoA)CoA(acetyl CoA)，两分子，两分子COCO2 2和和两分子（两分子（NADH+HNADH+H+），可生成），可生成2 22.52.5分子分子ATP ATP。反应为不可逆；丙酮酸脱氢酶复合体反应为不可逆；丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvate dehydrogenase comp
27、lex)(pyruvate dehydrogenase complex)是糖有氧氧化途径的关键酶之一。是糖有氧氧化途径的关键酶之一。丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶单体构成：丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶单体构成：丙酮酸脱氢酶（丙酮酸脱氢酶（E E1 1），），二氢硫辛酰胺转乙酰酶（二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E E2 2），），二氢硫辛酰胺脱氢酶（二氢硫辛酰胺脱氢酶（E E3 3）。）。该多酶复合体有六种辅助因子：该多酶复合体有六种辅助因子：TPPTPP，硫辛酸，硫辛酸，NAD+NAD+，FADFAD，HSCoAHSCoA和和MgMg2+2+。整个反应中，中间产物不离开酶复合体整个反应中，中间产物不离开酶复
28、合体,使反使反应迅速完成，且没有游离的中间产物，不应迅速完成，且没有游离的中间产物，不会有副反应发生。会有副反应发生。（三）经三羧酸循环彻底氧化分解（三）经三羧酸循环彻底氧化分解三羧酸循环亦称柠檬酸循三羧酸循环亦称柠檬酸循环（环（citric acid cycle），这是因），这是因为循环反应中的第一个中间产为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于由于Krebs正式提出了三羧酸循正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为环的学说，故此循环又称为Krebs循环。循环。二二、三羧酸循环三羧酸循环糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖
29、 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA TCA循环循环 呼吸链呼吸链 ADP+Pi ATP 一）一）三羧酸循环三羧酸循环反应过程反应过程 在真核生物，在真核生物，TCA循环在循环在线粒体线粒体中中进行，与呼吸链在功能和结构上相进行，与呼吸链在功能和结构上相偶联。偶联。一分子乙酰一分子乙酰CoACoA氧化分解后共可生成氧化分解后共可生成1 01 0 分 子分 子 A T PA T P，故 此 阶 段 可 生 成，故 此 阶 段 可 生 成2 210=2010=20分子分子ATPATP。柠檬酸合酶柠檬酸合酶+*H H2 2O OHSCoAHSCoA顺乌头酸酶顺乌头酸酶异柠檬酸异柠檬酸脱
30、氢酶脱氢酶NADNAD+NADH+HNADH+H+CO+CO2 2*-酮戊二酸脱酮戊二酸脱氢酶复合体氢酶复合体NADH+HNADH+H+CO+CO2 2*NADNAD+HSCoA+HSCoA琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADFADHFADH2 2琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶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二）二）三羧酸循环的特点：三羧酸循环的特点：1 1 循环反应在线粒体循环反应在线粒体(mitochondrion)(mitochondrion)中中进行，为不可逆反应。进行，为不可逆反
31、应。2 2 每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成酰基，可生成1010分子分子ATPATP。1414C C标记发现标记发现COCO2 2的碳原子来自草酰乙酸，而不是乙酰的碳原子来自草酰乙酸，而不是乙酰CoACoA，存在着碳原子，存在着碳原子的置换。的置换。3 3 TCATCA循环的中间产物包括草酰乙酸在内起着催循环的中间产物包括草酰乙酸在内起着催化剂的作用，本身并无量的变化。化剂的作用，本身并无量的变化。不可能通过不可能通过TCATCA直接从乙酰直接从乙酰CoACoA合成草酰乙酸合成草酰乙酸或其他中间产物；同样，这些中间产物也不或其他中间产物；同样，这
32、些中间产物也不可能直接在可能直接在TCATCA循环中被氧化生成循环中被氧化生成COCO2 2和和H H2 2O O。TCATCA循环中的草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接循环中的草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化，也可通过苹果酸脱氢产生。无论何种羧化，也可通过苹果酸脱氢产生。无论何种来源，其最终来源是葡萄糖。来源，其最终来源是葡萄糖。4 4 三羧酸循环中有两次脱羧反应，生成三羧酸循环中有两次脱羧反应，生成两分子两分子COCO2 2。5 5 循环中有四次脱氢反应，生成三分子循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADHNADH和一分子和一分子FADHFADH2 2。6 6 循环中有一次底物水平磷酸化，生成循环
33、中有一次底物水平磷酸化，生成一分子一分子GTPGTP。7 7 三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶系。系。8 琥珀酰琥珀酰CoA合成酶也叫合成酶也叫琥珀酸硫激酶琥珀酸硫激酶 三）三羧酸循环的生理意义三）三羧酸循环的生理意义：1 1 是糖、脂、蛋白质三大物质分解是糖、脂、蛋白质三大物质分解供能的共同通路。供能的共同通路。2 2 是糖、脂、三蛋白质三大物质互是糖、脂、三蛋白质三大物质互变的共同途径。变的共同途径。3 3 TCA循环在大多数生物中是分解代谢途径循环在大多数生物中是分解代谢途径;多种生物合成途径也
34、利用多种生物合成途径也利用TCA循环的中间产循环的中间产物作为合成反应的起始物。物作为合成反应的起始物。1）TCA循环参与合成和分解途径的组成循环参与合成和分解途径的组成TCA中间产物中间产物2）TCA循环中间产物是合成糖、脂肪酸和循环中间产物是合成糖、脂肪酸和氨基酸的前体氨基酸的前体循环中间产物可以异生为糖循环中间产物可以异生为糖草酰乙酸草酰乙酸异生为葡萄糖异生为葡萄糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoA循环中间产物可为胞液中脂酸合成提供原料循环中间产物可为胞液中脂酸合成提供原料合成脂酸合成脂酸柠檬酸柠檬酸-丙酮酸循环丙酮酸循环-酮戊二酸酮戊二酸+NH4+TCA循环中间产物可为非必需氨基酸合成提供碳架
35、循环中间产物可为非必需氨基酸合成提供碳架谷氨酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NADH+H+NAD+3）添补反应补充添补反应补充TCA循环中间产物循环中间产物参与其他代谢途径而消耗的参与其他代谢途径而消耗的TCA循环中间产循环中间产物必须及时补充，才能保持物必须及时补充，才能保持TCA循环顺利循环顺利进行。这类反应被称为添补反应进行。这类反应被称为添补反应（anaplerotic reaction）。）。最重要的添补反应是由丙酮酸羧化酶催化的，最重要的添补反应是由丙酮酸羧化酶催化的，从丙酮酸生成草酰乙酸的反应。从丙酮酸生成草酰乙酸的反应。丙酮酸丙酮酸+CO2草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化
36、酶ATPADP+Pi乙酰乙酰CoA是丙酮酸羧化酶的激活剂。是丙酮酸羧化酶的激活剂。当循环中间产物不足时，循环速度降低，当循环中间产物不足时，循环速度降低，乙酰乙酰CoA浓度上升，激活丙酮酸羧化酶，浓度上升，激活丙酮酸羧化酶，添补添补草酰乙酸。草酰乙酸。TCA循环中的酶促反应可以将草酰乙酸循环中的酶促反应可以将草酰乙酸转变为其他中间产物，如转变为其他中间产物，如-酮戊二酸酮戊二酸，柠檬酸，直到所有柠檬酸，直到所有中间产物回复到一个中间产物回复到一个适当水平。适当水平。奇数碳链脂肪酸奇数碳链脂肪酸琥珀酰琥珀酰CoA某些氨基酸某些氨基酸-酮戊二酸、酮戊二酸、草酰乙酸草酰乙酸此外，可由别的途径生成一些
37、中间产物，如：此外，可由别的途径生成一些中间产物，如：四）三羧酸循环的调控四）三羧酸循环的调控丙酮酸脱氢酶复合体的调节丙酮酸脱氢酶复合体的调节别构调节别构调节别构抑制剂：乙酰别构抑制剂：乙酰CoA、NADH、ATP 别构激活剂：别构激活剂：AMP、ADP、NAD+当乙酰当乙酰CoACoA充足时，或充足时，或ATP/ADP ATP/ADP 和和 NADH/NAD_NADH/NAD_比值增高时，比值增高时，该酶活性被别构抑制。该酶活性被别构抑制。而当机体需要能量时，或而当机体需要能量时，或ATP/ADPATP/ADP降低时，降低时，该酶被该酶被AMPAMP等变构激活。等变构激活。化学修饰调节化学修
38、饰调节当胞内当胞内ATPATP增高时，丙酮酸脱氢酶复合增高时，丙酮酸脱氢酶复合体成分中的丙酮酸脱氢酶（体成分中的丙酮酸脱氢酶（E1E1）由于）由于磷酸化而失活；磷酸化而失活；当当ATPATP减少时，磷蛋白磷酸酶去除减少时，磷蛋白磷酸酶去除E1E1上上的磷酸基团而激活该复合体。的磷酸基团而激活该复合体。共价修饰调节共价修饰调节 TCA循环的速度和流量主要受种因素的调控：循环的速度和流量主要受种因素的调控：底物的供应量底物的供应量催化循环最初反应的酶的产物反馈别构抑制催化循环最初反应的酶的产物反馈别构抑制产物堆积的抑制作用产物堆积的抑制作用）TCA循环中有个调节酶循环中有个调节酶TCA循环中催化个
39、不可逆反应的酶：循环中催化个不可逆反应的酶：柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶乙酰乙酰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 FADH2 GTPATP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+）TCA循环与上游和下游反应协调循环与上游和下游反应协调在正常情况下，（糖）酵解途径和在正常情况下，
40、（糖）酵解途径和TCA循环循环的速度相协调；的速度相协调；氧化磷酸化的速率对氧化磷酸化的速率对TCA循环的运转也起着循环的运转也起着非常重要的作用。非常重要的作用。TCA循环中的酶在线粒体中是以多种酶组成循环中的酶在线粒体中是以多种酶组成的复合体形式存在，它在细胞内能够有效的复合体形式存在，它在细胞内能够有效地将代谢中间产物从一种酶传递给另一种地将代谢中间产物从一种酶传递给另一种酶。这些复合体具有高效介导中间产物流酶。这些复合体具有高效介导中间产物流通的功能，因此也可影响代谢的速率。通的功能，因此也可影响代谢的速率。除酶以外还有钙离子。除酶以外还有钙离子。当线粒体钙离子浓度升高时，当线粒体钙离
41、子浓度升高时，异柠檬酸脱氢异柠檬酸脱氢酶，酶，-酮戊二酸脱氢酶，丙酮酸脱氢酶被酮戊二酸脱氢酶，丙酮酸脱氢酶被激活，从而推动激活，从而推动三羧酸循环三羧酸循环和氧化磷酸化。和氧化磷酸化。氧化磷酸化的速率，对氧化磷酸化的速率，对三羧酸循环的运转也三羧酸循环的运转也起重要作用。起重要作用。NADH+H+H2O、2.5ATP O H2O、1.5ATP FADH2 O 三羧酸循环一次最终共生成三羧酸循环一次最终共生成10个个ATP。1mol葡萄糖彻底氧化生成葡萄糖彻底氧化生成CO2和和H2O，可净生，可净生成成30或或32molATP。葡糖葡糖-6-磷酸磷酸葡萄糖有氧氧化生成的葡萄糖有氧氧化生成的ATP
42、 反反应应辅辅 酶酶ATP 第第一一阶阶段段葡萄糖葡萄糖-1 6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖-1 23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 2-1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸NAD+3或或5*21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 2-2 1 2 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2丙酮酸丙酮酸2 1 第二阶段第二阶段2 丙酮酸丙酮酸 2 乙酰乙酰CoA2 2.5 第第三三阶阶段段2异柠檬酸异柠檬酸 2 -酮戊二酸酮戊二酸2 2.5 2-酮戊二酸酮戊二酸 2 琥珀酰琥珀酰CoA2 2.5 2琥珀酰琥珀酰 CoA 2 琥珀酸琥珀酸2 1 2琥珀酸琥珀酸 2 延胡索酸延胡索酸FAD 2 1.5
43、 2苹果酸苹果酸 2 草酰乙酸草酰乙酸NAD+2 2.5 净生成净生成30或或32NAD+NAD+NAD+甘油酸甘油酸-3-磷酸磷酸有氧氧化的生理意义有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是机体糖的有氧氧化是机体产能最主要的途产能最主要的途径径。它不仅。它不仅产能效率高产能效率高，而且由于，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成部分形成ATP，所以，所以能量的利用率能量的利用率也高也高。简言之，即“供能”四、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求四、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求关关键键酶酶 酵解途径酵解途径:己糖激酶己糖激酶 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸的氧化脱羧：丙
44、酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环：三羧酸循环：柠檬酸合酶柠檬酸合酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶五、糖有氧氧化可抑制糖无氧氧化五、糖有氧氧化可抑制糖无氧氧化概念概念机制机制 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，丙酮酸进入线立体进一步氧化而不生成乳酸。酮酸进入线立体进一步氧化而不生成乳酸。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。巴斯德效应巴斯德效应(Pas
45、tuer effect)指有氧氧化抑指有氧氧化抑制生醇发酵（或糖酵解）的现象。制生醇发酵（或糖酵解）的现象。第第 四四 节节戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径Pentose Phosphate Pathway该途径的起始物是该途径的起始物是G-6-PG-6-P，返回的代谢产，返回的代谢产物是物是3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-6-磷酸果糖。磷酸果糖。其重要的中间代谢产物是其重要的中间代谢产物是5-5-磷酸核糖和磷酸核糖和NADPHNADPH。整个代谢途径在胞液中进行。整个代谢途径在胞液中进行。关键酶是关键酶是6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-(glucose-6-phosph
46、ate dehydro-genase)6-phosphate dehydro-genase)。细胞定位：胞细胞定位：胞 液液 第一阶段：氧化反应第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖、生成磷酸戊糖、NADPH+HNADPH+H+及及COCO2 2一、戊糖磷酸途径的反应过程一、戊糖磷酸途径的反应过程反应过程可分为二个阶段反应过程可分为二个阶段 第二阶段则：非氧化反应第二阶段则：非氧化反应 包括一系列基团转移包括一系列基团转移 （一）（一）G-6-P G-6-P氧化分解生成氧化分解生成5-5-磷酸核酮糖：磷酸核酮糖：1 G-6-P1 G-6-P脱氢氧化生成脱氢氧化生成6-6-磷酸葡萄糖酸内酯：磷酸葡萄糖
47、酸内酯：6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 G-6-P+NADPG-6-P+NADP+6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 +NADPH+H+NADPH+H+*2 6-2 6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-6-磷酸葡萄糖酸：磷酸葡萄糖酸：内酯酶内酯酶 6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 +H+H2 2O O 6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸3 6-3 6-磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成5-5-磷酸核酮糖：磷酸核酮糖：6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶 6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸+NADP+NADP+5-5-磷酸核酮糖磷
48、酸核酮糖+NADPH+H+NADPH+H+（二）经过基团转移反应进入糖酵解途径（二）经过基团转移反应进入糖酵解途径 5-5-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：5-5-磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生成：磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生成：3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-6-磷酸果糖；磷酸果糖；进入糖代谢。进入糖代谢。由由异构酶催化，均为可逆反应。异构酶催化，均为可逆反应。这些基团转移反应可分为两类：这些基团转移反应可分为两类：一类是转酮醇酶（一类是转酮醇酶（transketolase）反应，转移）反应，转移含含1个酮基、个酮基、1个醇基的个醇基的2碳基团；接受体都
49、是碳基团；接受体都是醛糖。异构酶醛糖。异构酶另一类是转醛醇酶（另一类是转醛醇酶（transaldolase）反应，转）反应，转移移3碳单位；接受体也是醛糖。碳单位；接受体也是醛糖。反应反应 结果：三分子结果：三分子磷酸戊糖转变成两分子磷酸磷酸戊糖转变成两分子磷酸己糖和一分子磷酸丙糖。己糖和一分子磷酸丙糖。5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5)3 5-磷酸核糖磷酸核糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖磷酸景天糖 C7甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 C34-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖 C4果糖果糖-6-磷酸磷酸 C6果糖果糖-6-磷酸磷酸 C6甘油醛甘油醛-3-磷酸磷
50、酸 C3转酮醇酶转酮醇酶转酮醇酶转酮醇酶转醛醇酶转醛醇酶 第二阶段反应的意义就在于通过一系列基团转移反第二阶段反应的意义就在于通过一系列基团转移反应，将核糖转变成：应，将核糖转变成：果糖果糖-6-磷酸和甘油醛磷酸和甘油醛-3-磷酸，而进入酵解途径。磷酸，而进入酵解途径。因此戊糖磷酸途径也称戊糖磷酸旁路。因此戊糖磷酸途径也称戊糖磷酸旁路。在此阶段中，经由在此阶段中，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-磷酸磷酸核糖。核糖。5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 5-5-磷酸核糖磷酸核糖 磷酸戊糖途径的总反应式：磷酸戊糖途径的总反应式：6 6分子分子G-6-P+12NADPG-6-P+
