糖代謝通論課件

第七章糖代謝主要內(nèi)容：一、糖的消化、吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)

二、糖的分解代謝(一)糖酵解(二)檸檬酸循環(huán)(三)戊糖磷酸途徑和糖的其他代謝途徑(四)糖的異生(五)乙醛酸循環(huán)(六)糖酵解和糖異生的調(diào)節(jié)三、糖原的分解與生物合成四、糖原代謝的調(diào)控五、光合作用(一)光反應(yīng)(二)暗反應(yīng)糖代謝通論一、糖的消化、吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)

（一）糖的消化（糖的酶水解）

1.淀粉（或糖原）的酶水解

糖代謝通論產(chǎn)物：

糊精、寡糖、少量麥芽糖麥芽糖、極限糊精

產(chǎn)物：α-淀粉酶非還原端還原端極限糊精β-淀粉酶糖代謝通論α,β-淀粉酶：水解α-1,4苷鍵，但不能水解α-1,6苷鍵。α-1,6葡萄糖苷酶：水解α-1,6苷鍵糖代謝通論2．二糖的酶水解

麥芽糖蔗糖

乳糖糖代謝通論（二）糖的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)

轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Transportprotein）Na+G細(xì)胞膜－葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)Na+糖代謝通論二、糖的分解代謝

葡萄糖酵解丙酮酸OX乙酰CoA三羧酸循環(huán)CO2+H2O無氧分解（有氧、無氧）有氧分解（有氧）糖代謝通論（一）糖酵解(Glycolysis)1.糖酵解途徑

（1）葡萄糖的磷酸化

己糖激酶

GF-1，6-dip 包括反應(yīng)1,2,3

糖代謝通論主要用于糖的合成

主要用于糖的分解

用途

不受G-6-P抑制

受G-6-P抑制

抑制

Km高，親和力低

Km低，親和力高

對G的親和力

G

G、F、M等

底物

肝臟

不同組織

分布

葡萄糖激酶

已糖激酶

別名

已糖激酶IV

已糖激酶I、II、III

糖代謝通論G-6-P+H2OG-6-P（酯）酶D-G+H3PO4Go′=-3.3kcal/molG-6-PG-6-P異構(gòu)酶F-6-PPFK是一個別構(gòu)酶，受許多效應(yīng)劑的影響。

ATP

檸檬酸AMP、ADP或H3PO4F-6-PMg2+ATPADPPFKF-1,6-dip糖代謝通論己糖激酶，G-6-P（酯）酶

G-6-P異構(gòu)酶磷酸果糖激酶，F(xiàn)-1,6-dip（酯）酶

Go′=-4.0kcal/molF-1,6-dip（酯）酶F-1,6-dip+H2OF-6-P+Pi糖代謝通論從G開始，磷酸化，異構(gòu)，磷酸化；消耗2分子ATP

調(diào)控點：已糖激酶，磷酸果糖激酶

第一階段總結(jié)：糖代謝通論（2）二羥丙酮磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸F-1，6-dip甘油醛-3-P，包括反應(yīng)4，5

第二階段總結(jié)：分子斷裂，異構(gòu)

糖代謝通論（3）甘油醛-3-磷酸甘油酸-2-磷酸，包括反應(yīng)6，7，8甘油醛-3-磷酸甘油酸-1,3-二磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸-3-磷酸甘油酸-3-磷酸甘油酸-2-磷酸第三階段總結(jié)：氧化磷酸化，轉(zhuǎn)磷酸基，變位；產(chǎn)生了2分子NADH，2分子ATP

糖代謝通論（4）甘油酸-2-磷酸→丙酮酸，包括反應(yīng)9，10

第四階段總結(jié)：烯醇化，轉(zhuǎn)磷酸基產(chǎn)生了ATP

糖代謝通論2．酵解過程中能量的產(chǎn)生

以葡萄糖為起點

無氧情況下:

G→G-6-P -1ATP

F-6-P→F-1，6-dip -1ATP

2×1,3-二磷酸甘油酸→2×甘油酸-3-磷酸+2ATP

2PEP→2Py+2ATP除2分子ATP外，還生成2分子NADH

凈增2ATP糖代謝通論3．丙酮酸的去路

丙酮酸無氧或相對缺氧

有氧：

（酒精發(fā)酵）

糖酵解還原丙酮酸乳酸

丙酮酸

丙酮酸脫羧酶乙醛乙醇乙醇脫氫酶丙酮酸CO2+H2O

氧化脫羧CH3COSCoATCAcycle肌肉中：酵母菌中：

糖代謝通論4．糖酵解的調(diào)節(jié)

（1）已糖激酶的調(diào)節(jié)

（2）磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)

①ATP②檸檬酸③H+抑制④果糖-2,6-二磷酸

（3）丙酮酸激酶的調(diào)節(jié)

糖代謝通論5．糖酵解的生理意義

（1）供能

（2）提供生物合成所需的物質(zhì)

（3）糖酵解不僅是葡萄糖的降解途徑，也是其它一些單糖的分解代謝途徑

（4）為糖的徹底降解作了準(zhǔn)備

糖代謝通論（二）檸檬酸循環(huán)

PyCH3COSCoACO2＋H2O氧化脫羧TCAcycle糖代謝通論1．丙酮酸的氧化脫羧

丙酮酸脫氫酶復(fù)合物包括了三種酶:

（1）丙酮酸脫氫酶（也稱丙酮酸脫羧酶）:

輔基TPP，E1。

功用：

Py2c單位

脫羧（2）二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；福狠o基硫辛酰胺（或稱硫辛酸），E2。

功用：氧化2C單位，并將2C單位先轉(zhuǎn)到硫辛酰胺上，再轉(zhuǎn)到CoA上。

（3）二氫硫辛酸脫氫酶：是一種黃酶，輔基FAD，E3。

功用：Red型硫辛酰胺→OX型硫辛酰胺

糖代謝通論丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化的總反應(yīng)：

丙酮酸脫氫酶復(fù)合物

CH3COCOOH＋HSCoA＋NAD＋CH3CO～SCoA＋CO2＋NADH＋H＋Go′=-8.0kcal/mol糖代謝通論丙酮酸的氧化脫羧分五步進(jìn)行：

（1）Py+TPP羥乙基-TPP+CO2

E1（2）羥乙基-TPP乙?；?硫辛酰胺

OXE2（3）乙酰基-硫辛酰胺＋CoA乙酰CoA+硫辛酰胺

E2（4）Red型硫辛酰胺OX型硫辛酰胺

E3（5）糖代謝通論大腸桿菌丙酮酸脫氫酶多酶復(fù)合物

糖代謝通論糖代謝通論糖代謝通論糖代謝通論丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的活性調(diào)節(jié)

（1）產(chǎn)物抑制：

丙酮酸氧化脫羧的二個產(chǎn)物乙酰CoA和NADH都抑制丙酮酸脫氫酶復(fù)合物。

糖代謝通論（2）核苷酸的反饋調(diào)節(jié)：

丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的活性受細(xì)胞的能量負(fù)荷（能荷）控制

能量負(fù)荷=

一般來說高的能荷抑制產(chǎn)生ATP的途徑

ATP水平高時，丙酮酸脫氫酶復(fù)合物活性↓，丙酮酸氧化脫羧減慢，特別是E1（丙酮酸脫氫酶）受GTP抑制，被AMP活化。

糖代謝通論（3）可逆磷酸化作用的共價調(diào)節(jié)

細(xì)胞內(nèi)、、的比值增高時，激活了激酶，丙酮酸脫氫酶活性↓，丙酮酸氧化脫羧↓。而丙酮酸抑制了激酶，使丙酮酸脫氫酶活性↑，丙酮酸氧化脫羧↑。

丙酮酸脫氫酶＋3ATP

丙酮酸脫氫酶-3P＋3ADP

磷酸酶

（有活性）

（無活性）

激酶糖代謝通論2．三羧酸循環(huán)

檸檬酸循環(huán)三羧酸循環(huán)Tricarboxylicacidcycle(TCAcycle)

Krebs循環(huán)

糖代謝通論三羧酸循環(huán)總圖

糖代謝通論第一階段:

草酰乙酸（OAA）→α-酮戊二酸（α-KGA），包括反應(yīng)1，2，3，4，5

糖代謝通論糖代謝通論第一階段總結(jié)：

C鏈延長，脫水加水，脫氫脫羧（產(chǎn)生了NADH和CO2）。二個調(diào)控點：Cit合酶，異Cit脫氫酶。糖代謝通論第二階段：α-KGA→琥珀酸（succinate,Suc），包括反應(yīng)6,7。糖代謝通論第二階段總結(jié)：

氧化脫羧（產(chǎn)生了NADH和CO2），脫去CoA的反應(yīng)（合成了ATP），由5C二羧酸變成了4C二羧酸。

糖代謝通論第三階段：

琥珀酸→草酰乙酸，包括反應(yīng)8，9，10。

糖代謝通論第三階段總結(jié)：

脫氫（產(chǎn)生了FADH2），加水，脫氫（產(chǎn)生了NADH），至此從OAA開始又回到了OAA，完成了一次循環(huán)。

糖代謝通論三羧酸循環(huán)的總反應(yīng)式

CH3COSCoA＋3NAD＋＋FAD＋GDP＋Pi＋2H2O

2CO2＋3NADH＋3H＋＋FADH2＋GTP＋CoASH

糖代謝通論三羧酸循環(huán)中有兩步反應(yīng)是不可逆的

（1）Cit的合成

（2）α-KGA的氧化脫羧

所以TCACycle是單方向進(jìn)行，不能逆轉(zhuǎn)。

糖代謝通論三羧酸循環(huán)的能量生成：

從乙酰CoA開始

（7）1ATP（4），（6），（10）3NADH3×3ATP（8）1FADH22ATP12ATP從丙酮酸開始15ATP從葡萄糖開始8ATP(or6ATP)+15ATP×2=38ATP(or36ATP)

糖代謝通論糖代謝通論三羧酸循環(huán)的生理意義：

（1）供能。

（2）為生物合成提供中間物。（3）TCACycle不僅是糖代謝的重要途徑，而且也是脂類化合物和蛋白質(zhì)最終氧化成CO2和H2O的重要途徑。

（4）TCACycle是CO2的重要來源之一。

糖代謝通論三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)：

1.三羧酸循環(huán)中的三個調(diào)控酶

糖代謝通論（1）OAA+乙酰CoA→Cit，Cit合酶，限速酶，受琥珀酰CoA、NADH、ATP和脂酰CoA的抑制。

（2）異Cit→α-KGA,異Cit脫氫酶，ADP是別構(gòu)激活劑，ATP和NADH是抑制劑。

（3）α-KGA→琥珀酰CoA，α-KGA脫氫酶被反應(yīng)產(chǎn)物琥珀酰CoA和NADH抑制，也被高的能荷抑制。

糖代謝通論三羧酸循環(huán)中最主要的調(diào)控物質(zhì)是底物乙酰CoA和草酰乙酸，以及它的產(chǎn)物NADH。乙酰CoA和草酰乙酸在線粒體中的濃度都未達(dá)到使檸檬酸合酶飽和的水平，因此檸檬酸合酶對底物催化的速度隨底物濃度而變化，并被底物的存在而調(diào)控。

2.底物和產(chǎn)物對三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)：糖代謝通論3.Ca2+對三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)

Ca2+在機(jī)體內(nèi)的生物功能是多方面的，除了許多其他生物功能外，它還在幾個位點上調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)。它激活丙酮酸脫氫酶磷酸酶，從而激活丙酮酸脫氫酶復(fù)合物，產(chǎn)生乙酰CoA。Ca2+還激活異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶。因此Ca2+不僅是刺激肌肉收縮的信號，而且也促進(jìn)ATP的生成，以提供能量。

糖代謝通論糖代謝通論（三）戊糖磷酸途徑和糖的其它代謝途徑

戊糖磷酸途徑的發(fā)現(xiàn)戊糖磷酸途徑的概況：從6分子G-6-P開始循環(huán)一圈變成5分子G-6-P，凈結(jié)果是1分子G-6-P徹底氧化成CO2和H2O，另外在這個過程中產(chǎn)生了大量的NADPH。

糖代謝通論戊糖磷酸途徑可分為三個階段：

第一階段是氧化階段。

第二，第三階段是非氧化階段。

糖代謝通論第一階段：

G-6-P→Ru-5-P，包括反應(yīng)1，2，3總結(jié)第一階段：脫氫，水解，脫氫脫羧（氧化脫羧），產(chǎn)生了NADPH（2分子NADPH/1分子G-6-P）。

糖代謝通論第二階段：戊糖磷酸的異構(gòu)包括反應(yīng)4，4′

糖代謝通論糖代謝通論3Ru-5-P

1R-5-P

2Xu-5-P

糖代謝通論第三階段：分子重組產(chǎn)生3C、4C、5C、6C、7C糖的磷酸酯，包括反應(yīng)5，6，7，8。有2個特殊的酶催化：糖代謝通論糖代謝通論3Ru-5-P

1R-5-P

2Xu-5-P

2F-6-P＋1G-3-P糖代謝通論戊糖磷酸途徑的總反應(yīng)式：

6G-6-P+12NADP++7H2O→5G-6-P+6CO2+12NADPH+12H++H3PO4

凈結(jié)果是1分子G-6-P徹底降解放出6CO2，同時還原12分子NADP成12分子NADPH。

糖代謝通論戊糖磷酸途徑的生理意義：

（1）供能。

（2）產(chǎn)生大量的NADPH，可供給組織中合成代謝的需要

。（3）產(chǎn)生的R-5-P是核酸生物合成的必需原料。

（4）戊糖磷酸途徑是戊糖代謝的重要途徑

。（5）戊糖磷酸途徑與糖酵解和光合作用有密切關(guān)系

。（6）CO2的重要來源之一。糖代謝通論戊糖磷酸途徑代謝的調(diào)節(jié)：

戊糖磷酸途徑的調(diào)節(jié)點主要是G-6-P脫氫酶，這是一個不可逆反應(yīng)，是戊糖磷酸途徑中的限速一步。

NADPH是G-6-P脫氫酶的競爭性抑制劑，當(dāng)NADPH/NADP+的比值大于10時，其抑制作用可達(dá)90%。

糖代謝通論（四）糖的異生

糖的異生是指從非糖物質(zhì)合成葡萄糖的過程。

糖異生的途徑基本上是糖酵解的逆轉(zhuǎn)，糖酵解中有三步反應(yīng)是不可逆的。

糖代謝通論前面二個反應(yīng)的逆反應(yīng)可由相應(yīng)的酯酶催化

G-6-P+H2O

由Py→PEP需二個酶的催化

F-1,6-dip+H2O

糖代謝通論Thepyruvatecarboxylasereaction糖代謝通論ThePEPcarboxykinasereaction糖代謝通論Comparisonofglycolysisandgluconeogenesispathways糖代謝通論GPEPPyOAA在線粒體內(nèi)Py羧化酶CO2ATPADP+PiGDPGTPCO2PEP羧激酶在胞漿糖代謝通論（五）乙醛酸循環(huán)

糖代謝通論糖代謝通論乙醛酸循環(huán)的總反應(yīng)：

2乙酰-CoA+NAD++2H2O→琥珀酸+2CoA+NADH+H+

或2乙酰-CoA+2NAD++FAD→草酰乙酸+2CoA+2NADH+FADH2+2H+

糖代謝通論乙醛酸循環(huán)的生理意義：

（1）乙醛酸循環(huán)提高了生物體利用乙酰CoA的能力，只要極少量的草酰乙酸作引物，乙酰CoA就可以無限制地轉(zhuǎn)變?yōu)樗奶级人岷土既人?，因此某些微生物能以乙酸等二碳化合物作唯一的碳源和能源?/p>

（2）乙醛酸循環(huán)開辟了一條從脂肪轉(zhuǎn)變成糖的途徑。

糖代謝通論(六)糖酵解和糖異生的調(diào)節(jié):糖代謝通論三、糖原的分解與生物合成

（一）糖原的降解

糖代謝通論糖代謝通論糖代謝通論糖原＋H3PO4(磷酸解）磷酸化酶脫支酶G-1-PG-6-P糖酵解糖代謝通論（二）糖原的生物合成糖代謝通論糖代謝通論G-1-PUDP-G糖原UTPPPiUDPG焦磷酸化酶引物糖原合成酶分支酶糖代謝通論UDPGGUTPPPiUDPG焦磷酸化酶引物糖原合成酶分支酶糖原磷酸化酶脫支酶G-1-PG-6-PH3PO4EMP途徑糖代謝通論

葡萄糖是腦的主要代謝燃料，循環(huán)著的血液中的葡萄糖必須維持在大約5mmol·L-1的濃度。糖原降解產(chǎn)生的葡萄糖也是肌肉收縮的主要能量來源。糖原代謝的控制受糖原磷酸化酶和糖原合酶的交互調(diào)節(jié)。因此，糖原磷酸化酶的激活與糖原合酶的抑制是緊密相連的，反之亦然。糖原代謝的調(diào)節(jié)涉及代謝途徑調(diào)節(jié)酶的別構(gòu)控制和共價修飾控制。

四、糖原代謝的調(diào)控糖代謝通論

糖原磷酸化酶可被AMP別構(gòu)激活，而ATP和葡萄糖-6-磷酸則能抑制該酶的活性。糖原合酶的活性則可被ATP和葡萄糖-6-磷酸促進(jìn)。這兩種酶的活性以及糖原代謝的方向取決于肌肉或者肝臟細(xì)胞的能量狀況。當(dāng)ATP和葡萄糖-6-磷酸很豐富時，糖原的合成被激活，而糖原的降解則被抑制。當(dāng)細(xì)胞能量水平降低時(即高[AMP]和低[ATP]以及低[葡萄糖-6-磷酸])，糖原的合成停止，糖原的分解代謝受到刺激。（一）

糖原磷酸化酶和糖原合酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)

糖代謝通論

糖原磷酸化酶以兩種構(gòu)象狀態(tài)存在，即有活性的R態(tài)和低活性(或無活性)的T態(tài)。AMP能啟動向R態(tài)構(gòu)象轉(zhuǎn)變，而ATP、葡萄糖-6-磷酸等則有利于向低活性的T態(tài)轉(zhuǎn)換。

糖代謝通論

（二）糖原磷酸化和糖原合酶的共價修飾調(diào)節(jié)

糖原磷酸化酶存在兩種形式，即低活性的磷酸化酶b和有活性的磷酸化酶a,后來知道某種“轉(zhuǎn)換酶”能將低活性的b形式轉(zhuǎn)變成有活性的a形式。1959年E.Krebs和E.Fischer證實這種轉(zhuǎn)換涉及到磷酸化的共價修飾機(jī)制。糖代謝通論

糖原磷酸化酶的共價修飾部位是每個亞基第14位Ser殘基。在Ser14被磷酸化酶激酶(一種轉(zhuǎn)換酶)催化而磷酸化時，糖原磷酸化酶由低活性的b形式轉(zhuǎn)變成有活性的a形式。糖原磷酸化酶的活性變化是由于Ser14殘基的磷酸化引起該酶的三級和四級結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。這種構(gòu)象變化與AMP的結(jié)合所引起的別構(gòu)變化很相似，因而使該酶的T←→R平衡向有利于R態(tài)方向移動。當(dāng)在另一種轉(zhuǎn)換酶磷蛋白磷酸酶的作用下，糖原磷酸化酶a去磷酸化，復(fù)又轉(zhuǎn)變成低活性的b形式。糖代謝通論

人的肌肉糖原合酶是一種同源4聚體蛋白，每個亞基由737個氨基酸殘基組成。象糖原磷酸化酶一樣，也存在兩種酶促轉(zhuǎn)換形式，即去磷酸化的、有活性的b形式(或Ⅰ形式)和磷酸化的、低活性的a形式(或D形式)。這種轉(zhuǎn)換剛好與糖原磷酸化酶相反。糖原合酶活性的共價修飾轉(zhuǎn)換所涉及到的轉(zhuǎn)換酶與糖原磷酸化酶相同。糖代謝通論四、光合作用（photosynthesis）

糖代謝通論光反應(yīng)階段：

光能→化學(xué)能

H2O→O2H+，e-；ATP，NADPH

暗反應(yīng)階段：

還原能量CO2糖

糖代謝通論P(yáng)hotosynthesis:turningsunlightintoreducedcarbon糖代謝通論H2OCO2O2C6H12O6LightReactionDarkReactionLightisAdsorbedByChlorophyllWhichsplitswaterChloroplastATPandNADPH2ADPNADPCalvinCycleEnergyUsedEnergyandisrecycled.++Photosynthesis糖代謝通論（一）光反應(yīng)（Thelightreactions）

光能化學(xué)能

光合色素1．光合色素和光（合）系統(tǒng)

糖代謝通論糖代謝通論糖代謝通論光合色素：chlorophyll(chl.),carotenoid

糖代謝通論糖代謝通論Thevisiblespectrum糖代謝通論糖代謝通論chla 430 660

chlb 453 640

糖代謝通論chlared(longwavelength):670,680,690,700(nm)

chlbred(longwavelength):650(nm)

chla680(P680),chla700(P700)

糖代謝通論2.光反應(yīng)的電子傳遞鏈（光合鏈）

糖代謝通論糖代謝通論3．光合磷酸化（photophosphorylation）

電子由光系統(tǒng)II傳遞到光系統(tǒng)I的過程中發(fā)生了磷酸化，這磷酸化是由光能推動，稱光合磷酸化。糖代謝通論noncyclicphotophosphorylation

糖代謝通論lightreactions:H2O+NADP++Pi+ADPO2+NADPH+H++ATP

chloroplastslight18ATP:12NADPH=1.5:1

darkreactions:In1954D.Arnon提出了Cyclic