生物化學(xué)課件糖代謝2

第三節(jié)單糖的代謝一、葡萄糖的主要代謝途徑及細(xì)胞定位二、糖酵解（EMP）三、丙酮酸的去路：無氧降解和有氧降解途徑四、三羧酸循環(huán)（TCA）五、磷酸戊糖途徑（PPP）六、糖的異生七、乙醛酸循環(huán)一、葡萄糖的主要代謝途徑

葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA6-磷酸葡萄糖磷酸戊糖途徑糖酵解（有氧）（無氧）三羧酸循環(huán)（有氧或無氧）糖異生動(dòng)物細(xì)胞植物細(xì)胞細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)線粒體高爾基體細(xì)胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)溶酶體細(xì)胞壁葉綠體有色體白色體液體晶體分泌物吞噬中心體胞飲細(xì)胞膜丙酮酸氧化三羧酸循環(huán)磷酸戊糖途徑糖酵解糖異生二、糖酵解（glycolysis）

糖酵解是將葡萄糖降解為丙酮酸并伴隨著ATP生成的一系列反應(yīng)，是生物體內(nèi)普遍存在的葡萄糖降解的途徑。也稱ＥＭＰ途徑。ＥＭＰ：Embden-Meyethof-Parnas(三位生物化學(xué)家)1、化學(xué)歷程和催化酶類2、化學(xué)計(jì)量和生物學(xué)意義3、糖酵解的調(diào)控P223EMP的化學(xué)歷程

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸第一階段第二階段第三階段葡萄糖葡萄糖的磷酸化磷酸己糖的裂解丙酮酸和ATP生成1、化學(xué)歷程和催化酶類P223第一階段：葡萄糖的磷酸化(二次)

ATPADP己糖激酶或葡萄糖激酶磷酸果糖激酶異構(gòu)酶-30.5KJ/mol-13.8KJ/molATP+Mg2+

ADP葡萄糖磷酸化后不再透過細(xì)胞葡萄糖激酶IV型存在于肝中，酶合成受胰島素誘導(dǎo)，當(dāng)肝細(xì)胞損傷或患糖尿病時(shí)，此酶合成速度下降，糖的合成和降解受到影響。ΔGO’=1.67KJ/molΔGO’=-14.23KJ/molP224醛糖酮糖變構(gòu)酶關(guān)鍵酶或限速酶第二階段：磷酸己糖的裂解醛縮酶異構(gòu)酶ΔGO’=23.97KJ/molΔGO’=7.7KJ/mol共價(jià)催化P152共價(jià)催化

催化劑通過與底物形成反應(yīng)活性很高的共價(jià)過渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程，稱為共價(jià)催化。酶中參與共價(jià)催化的基團(tuán)主要包括His的咪唑基，Cys的巰基，Asp的羧基，Ser的羥基等。酶-底物醛縮酶類、脫羧酶類：反應(yīng)基團(tuán)R-NH3+共價(jià)中間物R-N=C（西佛堿）1，6-二磷酸果糖Tyr酪氨酸3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮P152賴氨酸第三階段磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成NAD+

NADH+H+

PiADP

ATPH2OMg2+或Mn2+ATPADP丙酮酸丙酮酸激酶（變構(gòu)酶）脫氫酶激酶變位酶烯醇化酶-49.3KJ/molPEP磷酸烯醇式丙酮酸-61.9KJ/mol-17.6KJ/mol-43.1KJ/molΔGO’=-31.38KJ/molP225，195底物水平磷酸化底物水平磷酸化糖酵解途徑糖原葡萄糖丙酮酸乙醛乙醇乳酸EMP特點(diǎn)：（1）反應(yīng)部位：胞液（2）關(guān)鍵酶：己糖激酶,6-磷酸果糖激酶,丙酮酸激酶（3）能量的凈生成：2ATP消耗ATP的步驟:GATP6-磷酸G6-磷酸果糖ATP1,6-二磷酸果糖生成ATP的步驟：1,3-二磷酸甘油酸ATP3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸ATP

丙酮酸（4）高能化合物：1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇式丙酮酸。2、ＥＭＰ途徑化學(xué)計(jì)量和生物學(xué)意義總反應(yīng)式:

C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi2C3H4O3+2NADH+2H++2ATP+2H2OＥＭＰ生物學(xué)意義

★是葡萄糖在生物體內(nèi)進(jìn)行有氧或無氧分解的共同途徑,通過糖酵解，生物體獲得生命活動(dòng)所需要的能量；

★形成多種重要的中間產(chǎn)物，為氨基酸、脂類合成提供碳骨架；

★為糖異生提供基本途徑，中間產(chǎn)物乳酸、甘油、氨基酸、丙酮酸、草酰乙酸等能量計(jì)算：氧化一分子葡萄糖凈生成

2ATP；2NADH+

2H+3、糖酵解的調(diào)控位點(diǎn)

及相應(yīng)調(diào)節(jié)物

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮21，3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖

機(jī)理：主要通過調(diào)節(jié)反應(yīng)途徑中幾種酶的活性來控制整個(gè)途徑的速度，被調(diào)節(jié)的酶為催化反應(yīng)歷程中不可逆反應(yīng)的三種酶，通過酶的別構(gòu)效應(yīng)或共價(jià)修飾實(shí)現(xiàn)活性的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)物多為本途徑的中間物或與本途徑有關(guān)的代謝產(chǎn)物。磷酸果糖激酶丙酮酸激酶己糖激酶AMPG-6-PATP

+-+-F-1,6-BP磷酸烯醇式丙酮酸-+F-2，6-BPAMP2,6-二磷酸果糖P226ATPAla（丙氨酸）檸檬酸NADHATP酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)示意圖效應(yīng)劑別構(gòu)中心活性中心別構(gòu)酶的反饋調(diào)控機(jī)理A

（產(chǎn)物或中間產(chǎn)物）EDCB關(guān)鍵酶

—三、丙酮酸的去路（有氧）（無氧）葡萄糖葡萄糖丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA三羧酸循環(huán)（有氧或無氧）丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA糖酵解途徑三羧酸循環(huán)（有氧或無氧）P2281、丙酮酸的無氧降解及葡萄糖的無氧分解

葡萄糖EMP

NADH+H+

NAD+CH2OHCH3

NADH+H+

NAD+CO2

COOHCH(OH)CH3乙醛CHOCH3COOHC==OCH3丙酮酸

葡萄糖的無氧分解丙酮酸脫羧酶乙醇脫氫酶乙醇（微生物）乳酸（微生物、動(dòng)物）乳酸脫氫酶2、丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解

（EMP）葡萄糖COOHC==OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰CoA三羧酸循環(huán)

NAD+

NADH+H+CO2CoASH輔酶A

葡萄糖的有氧分解

丙酮酸脫氫酶系概念：糖在有氧的條件下，徹底分解成H2o和CO2，同時(shí)釋放出能量的過程。P229硫酯鍵-31.4KJ/mol呼吸作用丙酮酸脫氫酶復(fù)合體作用機(jī)理：E1E3E2輔酶A丙酮酸脫氫酶系（36個(gè)分子）丙酮酸脫羧酶（E1）二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶（E2）二氫硫辛酰胺脫氫酶（E3）乙酰輔酶AP230無氧酵解有氧氧化

起始物終產(chǎn)物對(duì)O2的需求細(xì)胞部位產(chǎn)能數(shù)量產(chǎn)能方式G或

GnG或

Gn

乳酸、乙醇CO2

、H2O

無O2

有O2

胞液線粒體少(2)

多(38)

底物磷酸化氧化磷酸化有氧氧化和無氧酵解的比較四、三羧酸循環(huán)

（tricarboxylicacidcycle,TCA循環(huán)）1、三羧酸循環(huán)的化學(xué)歷程2、三羧循環(huán)及葡萄糖有氧氧化的化學(xué)計(jì)量和能量計(jì)量3、三羧酸循環(huán)的調(diào)控4、三羧循環(huán)的生物學(xué)意義P230O2O2G6-磷酸葡萄糖

丙酮酸丙酮酸

乙酰CoA三羧酸循環(huán)H++eO2H2OCO2胞液線粒體葡萄糖有氧氧化概況

OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP1、三羧酸循環(huán)

（TCA）

草酰乙酸的再生階段檸檬酸的生成階段氧化脫羧階段檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸－酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸蘋果酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+乙酰CoAP233TCA第一階段：檸檬酸生成

H2O草酰乙酸

OCH3-C-SCoACoASHH2O檸檬酸合成酶順烏頭酸酶硫酯鍵-31.4KJ/molP215H2OTCA第二階段：氧化脫羧CO2GDP＋PiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH異檸檬酸脫氫酶CO2－酮戊二酸脫氫酶系琥珀酸硫激酶CoAΔGO’=-20.9KJ/molΔGO’=-33.47KJ/molATP高能硫酯鍵哺乳動(dòng)物植物、微生物蛋白質(zhì)合成；信號(hào)傳遞TCA第三階段：草酰乙酸再生

FADFADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸琥珀酸脫氫酶延胡索酸酶蘋果酸脫氫酶ΔGO’=0KJ/molΔGO’=-3.78KJ/molΔGO’=29.7KJ/mol2、三羧循環(huán)的化學(xué)計(jì)量和能量計(jì)量a、總反應(yīng)式:

CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3NADH+3H++FADH2+GTP能量“現(xiàn)金”:1GTP

能量“支票”:3NADH

1FADH2兌換率1：2.57.5ATP兌換率1：1.51.5ATP1ATP10ATPb、三羧酸循環(huán)的能量計(jì)量葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的ATP酵解階段：2ATP

2

1NADH兌換率1：2.52ATP22.5ATP三羧酸循環(huán)：21GTP

2

3NADH

21FADH221ATP27.5ATP21.5ATP兌換率1：2.5兌換率1：1.5丙酮酸氧化：2

1NADH兌換率1：2.522.5ATP總計(jì)：32ATPP234

OCH3-C-SCoACoASH3、三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸－酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸

調(diào)節(jié)位點(diǎn)檸檬酸合成酶（限速酶）

異檸檬酸脫氫酶－酮戊二酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶ADP+NADHATP-琥珀酰CoANADH-琥珀酰CoANADHATP-蘋果酸草酰乙酸p234草酰乙酸丙二酸-

檸檬酸合酶屬于調(diào)控酶、限速酶.蟲劑和滅鼠藥:

各種有毒植物的葉子中含有氟乙酸—天然殺蟲劑。

氟乙酸形成的氟乙酰-CoA可被檸檬酸合酶催化與草酰乙酸縮合生成氟檸檬酸，氟檸檬酸取代檸檬酸結(jié)合在順-烏頭酸酶的活性部位上，抑制三羧酸循環(huán)的進(jìn)行。由氟乙酰-CoA形成氟檸檬酸反應(yīng)是致死性合成反應(yīng)。三羧酸循環(huán)或檸檬酸循環(huán)：乙酰輔酶A的乙酰基部分是通過一種循環(huán)，在有氧的條件下，徹底分解成H2o和CO2，同時(shí)釋放出能量的過程，這種循環(huán)稱為三羧酸循環(huán)或檸檬酸循環(huán)。它不僅是糖的有氧分解代謝的途徑，也是機(jī)體內(nèi)一切有機(jī)物的碳鏈骨架氧化成CO2的必經(jīng)途徑。4、三羧循環(huán)的生物學(xué)意義是有機(jī)體獲得生命活動(dòng)所需能量的主要途徑是糖、脂、蛋白質(zhì)等物質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)化的中心樞紐形成多種重要的中間產(chǎn)物

是發(fā)酵產(chǎn)物重新氧化的途徑5、TCA循環(huán)注意點(diǎn)：（1）進(jìn)行部位：線粒體（2）關(guān)鍵酶：檸檬酸合酶，異檸檬酸脫氫酶，-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體（3）三羧酸循環(huán)：

4次脫氫（其中三次以NAD+為受氫體,一次以FAD為受氫體）

2次脫羧每循環(huán)一周產(chǎn)生10個(gè)ATP

（4）三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物不會(huì)因參與循環(huán)而被消耗，但可以參加其他代謝而被消耗。草酰乙酸天冬氨酸-酮戊二酸谷氨酸糖類脂類氨基酸和核苷酸之間的代謝聯(lián)系PEP丙酮酸生酮氨基酸-酮戊二酸核糖-5-磷酸

甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸絲氨酰蘇氨酸半胱氨酸

氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇亮氨酸賴氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸異亮氨酸甲硫酰氨蘇氨酸纈氨酸琥珀酰CoA蘋果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質(zhì)淀粉、糖原核酸生糖氨基酸谷氨酰氨組氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖P458五、磷酸戊糖途徑

（pentosephosphatepathway,ppp）

1、化學(xué)反應(yīng)歷程及催化酶類特點(diǎn)：氧化脫羧階段和非氧化分子重排階段2、總反應(yīng)式和生理意義P237維生素pp(B5)和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+

）

RNAD+:

R=HNADP+:R=PO3H2

遞氫體作用：NAD++2HNADH+H+NADP++2HNADPH+H+P178A煙酰胺（尼克酰胺，VB5）維生素B2和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）遞氫體作用：FAD+2HFADH2維生素B2磷酸戊糖途徑的兩個(gè)階段

2、非氧化分子重排階段

6核酮糖-5-P

5果糖-6-P5葡萄糖-6-P1、氧化脫羧階段

6G-6-P6

葡萄糖酸-6-P6核酮糖-５-P

6NADP+6NADPH+6H+6NADP+6NADPH+6H+6CO26H2O磷酸戊糖途徑的氧化脫羧階段

NADP+

NADPH+H+

H2O

NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脫氫酶內(nèi)酯酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶磷酸戊糖途徑的非氧化分子重排階段

H2OPi65-磷酸核酮糖2

5-磷酸核糖25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛2

7-磷酸景天庚酮糖2

4-磷酸赤蘚丁糖26-磷酸果糖25-磷酸木酮糖23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖16-磷酸果糖轉(zhuǎn)醛酶異構(gòu)酶轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶醛縮酶階段之一階段之二階段之三p240磷酸戊糖途徑的非氧化階段之一

（5-磷酸核酮糖異構(gòu)化）

差向異構(gòu)酶異構(gòu)酶5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖5-磷酸核酮糖醛糖和酮糖的互變異構(gòu)方式磷酸戊糖途徑的非氧化階段之二

（基團(tuán)轉(zhuǎn)移）

+24-磷酸赤蘚糖+25-磷酸核糖23-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)醛酶26-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖乙酮醇基二羥丙酮基基團(tuán)轉(zhuǎn)移（續(xù)前）

+24-磷酸赤蘚糖+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖轉(zhuǎn)酮酶25-磷酸木酮糖乙酮醇基H2OPi1,6-二磷酸果糖23-磷酸甘油醛6-磷酸果糖醛縮酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途徑的非氧化階段之三

（3-磷酸甘油醛異構(gòu)、縮合與水解）

異構(gòu)酶磷酸戊糖途徑的總反應(yīng)式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+H3PO4+12NADPH+12H+磷酸戊糖途徑小結(jié)1、反應(yīng)部位：胞液2.磷酸戊糖的生成注意點(diǎn)：（1）限速酶：6磷酸葡萄糖脫氫酶。（2）此途徑的兩種脫氫酶—6磷酸葡萄糖脫氫酶和

6磷酸葡萄糖酸脫氫酶都以NADP+(輔酶II)

為輔酶，生成大量NADPH+H+。（3）此途徑并非生物體葡萄糖氧化供能的重要途徑。2.基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)通過基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將核糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而進(jìn)入糖酵解途徑3調(diào)節(jié)：NADPH能強(qiáng)烈抑制6磷酸葡萄糖脫氫酶的活性。4、磷酸戊糖途徑是生理意義：（1）磷酸戊糖途徑是體內(nèi)利用葡萄糖生成5-磷酸核糖的唯一途徑。為體內(nèi)核酸的合成提供了原料。（2）NADPH的生成及其功用：磷酸戊糖途徑的另一主要生理意義是提供細(xì)胞代謝所需的NADPH。

NADPH的功用：

在脂肪酸及膽固醇等物質(zhì)的生物合成中提供氫，作為供氫體。

NADPH作為谷胱甘肽還原酶的輔酶，對(duì)于維持細(xì)胞中還原型谷胱甘肽（G-SH）的正常含量，從而對(duì)維持細(xì)胞特別是紅細(xì)胞的完整性有重要作用。

NADPH參與肝臟內(nèi)的生理轉(zhuǎn)化反應(yīng)。P240該途徑非氧化分子重排階段形成的丙糖、丁糖、戊糖、已糖和庚糖的磷酸酯及酶類與光合作用卡爾文循環(huán)中間產(chǎn)物和酶相同,因而戊糖磷酸途徑和光合作用可以聯(lián)系起來,相互溝通。(4)該途徑在許多植物中普遍存在,特別是在植物感病和受傷、干旱時(shí),該途徑可占全部呼吸50%以上。（3）與光合作用聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)某些單糖間的轉(zhuǎn)變六、其它糖進(jìn)入單糖分解的途徑

半乳糖半乳糖-1-PUDP-半乳糖UDP-葡萄糖葡萄糖-1-磷酸糖原或淀粉葡萄糖葡萄糖-6-磷酸果糖蔗糖果糖-6-磷酸果糖-1、6-磷酸磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油甘油3-磷酸甘油醛進(jìn)入糖酵解甘露糖甘露糖-6-磷酸ATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPNADH+H+NAD+PiUTPPPi七、糖的異生糖異生作用是指以非糖有機(jī)物作為前體合成葡萄糖的過程。這是植物、動(dòng)物體內(nèi)一種重要的單糖合成途徑。非糖物質(zhì)包括乳酸、丙酮酸、甘油、草酰乙酸、乙酰CoA以及生糖氨基酸（如丙酮酸）等。P264

植物果實(shí)成熟期間，有機(jī)酸含量下降，糖含量上升，即是糖異生作用的結(jié)果。

植物體內(nèi)，由脂肪代謝產(chǎn)生的乙酰輔酶A可通過乙醛酸途徑轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，?jīng)葡萄糖異生途徑轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟呛屠w維素。動(dòng)物肌肉中由糖酵解副作用產(chǎn)生乳酸，經(jīng)血液進(jìn)入肝中，經(jīng)葡萄糖異生途徑轉(zhuǎn)化成葡萄糖，經(jīng)血液循環(huán)運(yùn)回肌肉。既解除了乳酸的積累，又確保不斷提供葡萄糖的問題。動(dòng)物饑餓時(shí)體內(nèi)呼吸作用的碳源缺乏，丙氨酸、天冬氨酸等通過葡萄糖異生途徑轉(zhuǎn)化為葡萄糖，來維持糖酵解的正常進(jìn)行。

乳酸循環(huán)葡萄糖丙酮酸乳酸葡萄糖丙酮酸乳酸乳酸葡萄糖NADHNADH肝血液肌肉糖異生糖酵解糖異生主要途徑和

關(guān)鍵反應(yīng)

非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖代謝的中間產(chǎn)物后，在相應(yīng)的酶催化下,繞過糖酵解途徑的三個(gè)不可逆反應(yīng),利用糖酵解途徑其它酶生成葡萄糖的途徑稱為糖異生

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之一+H2O+Pi6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖P264糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之二

二磷酸果糖磷酸酯酶+

H2O+Pi1,6-二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖POH2COHOOHHHH糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之三

PEP羧激酶ATP+H2OADP+Pi丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮