7糖代谢21020.ppt

第四章第四章糖糖 代代 谢谢 (2)Carbohydrate Metabolism罗开珺开珺 研究研究员 硕士生士生导师kaijun_luo@2013.10.20课前前5分分钟糖糖 代代 谢谢 (2) (2)第三节 糖的有氧氧化第四节 葡萄糖的其他代谢途径第五节 糖 异 生 第第 三三 节节糖的有氧氧化糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和CO2的反应过程称为有氧氧化(aerobic oxidation) 部位：胞液及线粒体 * 概念 一、糖的有氧氧化反应分为一、糖的有氧氧化反应分为3个阶段个阶段 第一阶段：酵解途径 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧 第三阶段：三羧酸循环和氧化磷酸化 G丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O [O] ATP ADP TCA循环胞液 线粒体 糖、脂类和氨基酸代糖、脂类和氨基酸代谢的最后共同途径谢的最后共同途径Catabolism of proteins, fats, and carbohydrates in the three stages of cellular respiration. （一）葡萄糖酵解途径分解为丙酮酸（一）葡萄糖酵解途径分解为丙酮酸（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA总反应式: 丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA 　 CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体 (acetyl CoA)丙酮酸脱氢酶复合体的组成 酶E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+ 辅 酶 TPP 硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+SSL二二氢氢硫硫辛辛酰酰胺胺转转乙乙酰酰酶酶丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。

2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E23. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+柠柠檬檬酸酸循循环环的的两两用用代代谢谢功功能能柠柠檬檬酸酸循循环环的的调调控控（三）乙酰（三）乙酰CoA进入三羧酸循环以及氧化磷酸进入三羧酸循环以及氧化磷酸化生成化生成ATP•三三羧羧酸酸循循环环的的第第一一步步是是乙乙酰酰CoA与与草草酰酰乙乙酸酸缩缩合合成成6个个碳碳原原子子的的柠柠檬檬酸酸，，然然后后柠柠檬檬酸酸经经过过一一系系列列反反应重新生成草酰乙酸，完成一轮循环应重新生成草酰乙酸，完成一轮循环•经经过过一一轮轮循循环环，，乙乙酰酰CoA的的2个个碳碳原原子子被被氧氧化化成成CO2；；在在循循环环中中有有1次次底底物物水水平平磷磷酸酸化化，，可可生生成成1分分子子ATP；；更更为为重重要要的的是是有有4次次脱脱氢氢反反应应，，氢氢的的接接受受体体分分别别为为NAD+或或FAD，，生生成成3分分子子NADH+H+和和1分子分子FADH2。

•在在H+/电电子子沿沿电电子子传传递递链链传传递递过过程程中中能能量量逐逐步步释释放放，，同同时时伴伴有有ADP磷磷酸酸化化成成ATP，，吸吸收收这这些些能能量量储储存存于于ATP中中，，即即氧氧化化与与磷磷酸酸化化反反应应是是偶偶联在一起的，称为氧化磷酸化联在一起的，称为氧化磷酸化•三三羧羧酸酸循循环环中中脱脱下下的的氢氢进进入入呼呼吸吸链链氧氧化化磷磷酸酸化化，，生成水和生成水和ATPNADH+H+ H2O、2.5ATP [O] H2O、1.5ATP FADH2 [O] 二、糖有氧氧化是机体获得二、糖有氧氧化是机体获得ATP的的主要方式主要方式 •三羧酸循环一次最终共生成10个ATP•1mol葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O，可净生成30或32molATP*获得ATP的数量取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制葡萄糖有氧氧化生成的ATP 反应辅 酶ATP 第一阶段葡萄糖 → 6-磷酸葡糖-1 6-磷酸果糖 → 1,6-双磷酸果糖-1 2× 3-磷酸甘油醛→ 2× 1,3-二磷酸甘油酸NAD+ 3或5*2× 1,3-二磷酸甘油酸→ 2× 3-磷酸甘油酸2 × 1 2 × 磷酸烯醇式丙酮酸 → 2× 丙酮酸2 × 1 第二阶段2 × 丙酮酸→ 2 × 乙酰CoA2 ×2.5 第三阶段2× 异柠檬酸 → 2 × α-酮戊二酸2 ×2.5 2×α-酮戊二酸 → 2 × 琥珀酰CoA2 × 2.5 2× 琥珀酰CoA → 2 × 琥珀酸2 × 1 2× 琥珀酸 → 2 × 延胡索酸FAD 2 ×1.5 2× 苹果酸 → 2 × 草酰乙酸NAD+ 2 ×2.5 净生成30或32NAD+ NAD+ NAD+ 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产能最主要的途径。

它不仅糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高所以能量的利用率也高简言之，即“供能”三、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求三、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求关键酶 ① 酵解途径：己糖激酶② 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体③ 三羧酸循环：柠檬酸合酶丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1α-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶•此处主要叙述丙酮酸脱氢酶复合体的调节别构调节别构抑制剂：乙酰CoA; NADH; ATP 别构激活剂：AMP; ADP; NAD+ * 乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+时，其活性也受到抑制第第 四四 节节 葡萄糖的其他代谢途径葡萄糖的其他代谢途径Other Metabolic Pathways of Glucose磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径一、磷酸戊糖途径生成一、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖和磷酸戊糖•磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径是是指指由由葡葡萄萄糖糖生生成成磷磷酸酸戊戊糖糖及及NADPH+H+，，前前者者再再进进一一步步转转变变成成3-磷磷酸酸甘甘油油醛醛和和6-磷酸果糖的反应过程。

磷酸果糖的反应过程（一）磷酸戊糖途径的生理意义在于生成（一）磷酸戊糖途径的生理意义在于生成NADPH和和5-磷酸核糖磷酸核糖1. 磷酸戊糖途径为核苷酸的生成提供核糖 2. 提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应 （1）NADPH是体内许多合成代谢的供氢体；（2）NADPH参与体内羟化反应； （3）NADPH还用于维持谷胱甘肽（glutathione）的还原状态 磷酸戊糖途径第一阶段 第二阶段 5-磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛 C34-磷酸赤藓糖 C46-磷酸果糖 C66-磷酸果糖 C63-磷酸甘油醛 C36-磷酸葡糖(C6)×3 6-磷酸葡糖酸内酯(C6)×3 6-磷酸葡糖酸(C6)×3 5-磷酸核酮糖(C5) ×3 5-磷酸核糖 C53NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡糖脱氢酶 3NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡糖酸脱氢酶 CO2* 细胞定位：胞 液Ø 第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖、NADPH+H+及CO2（二）磷酸戊糖途径的反应过程可分为两个阶段* 反应过程可分为二个阶段 Ø 第二阶段则：非氧化反应 包括一系列基团转移。

•第二阶段反应的意义就在于通过一系列基团转第二阶段反应的意义就在于通过一系列基团转移反应，将核糖转变成移反应，将核糖转变成6-磷酸果糖和磷酸果糖和3-磷酸甘磷酸甘油醛而进入酵解途径因此磷酸戊糖途径也称油醛而进入酵解途径因此磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路（磷酸戊糖旁路（pentose phosphate shunt） 磷酸戊糖途径的总反应式： 3×6-磷酸葡糖 + 6 NADP+ 2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2 磷酸戊糖途径的特点磷酸戊糖途径的特点⑴⑴ 脱氢反应以脱氢反应以NADP+为受氢体，生成为受氢体，生成NADPH+H+ ⑵⑵ 反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了经过了3、、4、、5、、6、、7碳糖的演变过程碳糖的演变过程⑶⑶ 反应中生成了重要的中间代谢物反应中生成了重要的中间代谢物——5-磷酸核糖磷酸核糖⑷⑷ 一分子一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子脱氢反应，生成一分子CO2和和2分子分子NADPH+H+。

第第 五五 节节 糖糖 异异 生生Gluconeogenesis糖糖异异生生与与糖糖酵酵解解途途径径的的比比较较糖异生糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程化合物转变为葡萄糖或糖原的过程 * 部位部位* * 原料原料* * 概念概念 主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体 主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸一、糖异生的主要生理意义是维持血糖一、糖异生的主要生理意义是维持血糖浓度的恒定浓度的恒定（一）维持血糖浓度恒定是糖异生最重要的（一）维持血糖浓度恒定是糖异生最重要的生理作用生理作用 •空腹或饥饿时依赖氨基酸、甘油等异生成葡萄糖，空腹或饥饿时依赖氨基酸、甘油等异生成葡萄糖，以维持血糖水平恒定以维持血糖水平恒定 Ø正常成人的脑组织不能利用脂酸，主要依赖氧化葡萄糖正常成人的脑组织不能利用脂酸，主要依赖氧化葡萄糖供给能量；供给能量；Ø红细胞没有线粒体，完全通过乳酸酵解获得能量；红细胞没有线粒体，完全通过乳酸酵解获得能量；Ø骨髓、神经等组织由于代谢活跃，经常进行乳酸酵解。

骨髓、神经等组织由于代谢活跃，经常进行乳酸酵解 （二）糖异生是补充或恢复肝糖原储备的（二）糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径重要途径 三碳途径：三碳途径： 指进食后，大部分葡萄糖指进食后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程•糖异生是肝补充或恢复糖原储备的重要途径，这糖异生是肝补充或恢复糖原储备的重要途径，这在饥饿后进食更为重要在饥饿后进食更为重要 •发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸中毒所致中毒所致 （三）肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡（三）肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡•体液体液pH降低，促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合降低，促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，从而使糖异生作用增强成，从而使糖异生作用增强•肾脏中肾脏中α-酮戊二酸因异生成糖而减少时，可促进谷氨酰胺脱酮戊二酸因异生成糖而减少时，可促进谷氨酰胺脱氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脱氨反应，肾小管细胞将氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脱氨反应，肾小管细胞将NH3分分泌入管腔中，与原尿中泌入管腔中，与原尿中H+结合，降低原尿结合，降低原尿H+的浓度，有利的浓度，有利于排氢保钠作用的进行，对于防止酸中毒有重要作用。

于排氢保钠作用的进行，对于防止酸中毒有重要作用  四、肌肉收缩产生的可被其他组织利用而形成乳酸循环四、肌肉收缩产生的可被其他组织利用而形成乳酸循环 •肌肉收缩（尤其是氧供应不足时）通过乳酸酵解肌肉收缩（尤其是氧供应不足时）通过乳酸酵解生成乳酸肌肉内糖异生活性低，所以乳酸通过生成乳酸肌肉内糖异生活性低，所以乳酸通过细胞膜弥散进入血液后，再入肝，在肝内异生为细胞膜弥散进入血液后，再入肝，在肝内异生为葡萄糖葡萄糖释入血液后又可被肌肉摄取，这葡萄糖葡萄糖释入血液后又可被肌肉摄取，这就构成了一个循环，此循环称为乳酸循环，也叫就构成了一个循环，此循环称为乳酸循环，也叫做做Cori循环肝肝 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 乳乳 酸酸 NADH NAD+ 乳乳 酸酸 乳乳 酸酸 NAD+ NADH 丙酮酸丙酮酸 糖糖异异生生途途径径 血血 液液 酵酵解解途途径径 肌肌 肉肉 糖异生低下糖异生低下 没有葡糖没有葡糖-6-磷酸酶磷酸酶 糖异生活跃糖异生活跃 有葡糖有葡糖-6-磷酸酶磷酸酶 •乳酸循环的生理意义乳酸循环的生理意义 ①① 乳酸再利用，避免了乳酸的损失。

乳酸再利用，避免了乳酸的损失 ②② 防止乳酸的堆积引起酸中毒防止乳酸的堆积引起酸中毒 • 乳酸循环是一个耗能的过程乳酸循环是一个耗能的过程 2分子乳酸异生为分子乳酸异生为1分子葡萄糖需分子葡萄糖需6分子分子ATP 二、糖异生途径不完全是糖酵解二、糖异生途径不完全是糖酵解的逆反应的逆反应* * 过程过程 Ø酵酵解解途途径径中中有有3个个由由关关键键酶酶催催化化的的不不可可逆逆反反应应在在糖糖异异生生时时，，须须由由另另外外的反应和酶代替的反应和酶代替Ø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；糖异生途径糖异生途径(gluconeogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程（一）丙酮酸经丙酮酸羧化支路转变成磷酸（一）丙酮酸经丙酮酸羧化支路转变成磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP ATP ADP+Pi CO2 ①① GTP GDPCO2 ②②①① 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生，辅酶为生物素（反应粒体）物素（反应粒体）②② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应粒体、胞磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应粒体、胞液）液）•草酰乙酸转运出线粒体草酰乙酸转运出线粒体 出线粒体出线粒体 苹果酸苹果酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 出线粒体出线粒体 天冬氨酸天冬氨酸 草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 ATP + CO2ADP + Pi 苹果酸苹果酸 NADH + H+ NAD+ 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸 α-酮戊二酸酮戊二酸 天冬氨酸天冬氨酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP 磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶 GTP GDP + CO2 线线粒粒体体胞胞液液•糖异生途径所需糖异生途径所需NADH+H+的来源的来源 糖异生途径中，糖异生途径中，1,3-二磷酸甘油酸生成二磷酸甘油酸生成3-磷磷酸甘油醛时，需要酸甘油醛时，需要NADH+H+。

①① 由乳酸为原料异生糖时，由乳酸为原料异生糖时， NADH+H+由下述由下述 反应提供反应提供乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 LDH NAD+ NADH+H+ ②② 由由氨氨基基酸酸为为原原料料进进行行糖糖异异生生时时，， NADH+H+则则由由线线粒粒体体内内NADH+H+提提供供，，它它们们来来自自于于脂脂酸酸的的β-氧氧化化或或三三羧羧酸酸循循环环，，NADH+H+转转运运则则通通过过草草酰酰乙酸与苹果酸相互转变而转运乙酸与苹果酸相互转变而转运苹果酸苹果酸 线粒体线粒体 苹果酸苹果酸 草酰草酰乙酸乙酸草酰草酰乙酸乙酸NAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+ 胞浆胞浆 （二）（二）1,6-双磷酸果糖转变为双磷酸果糖转变为6-磷酸果糖磷酸果糖1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 6-磷酸果糖磷酸果糖 Pi 果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶 （三）（三）6-磷酸葡糖水解为葡萄糖磷酸葡糖水解为葡萄糖6-磷酸葡糖磷酸葡糖 葡萄糖葡萄糖 Pi 葡糖葡糖-6-磷酸酶磷酸酶 非糖物质进入糖异生的途径非糖物质进入糖异生的途径⑴ ⑴ 糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物 生糖氨基酸生糖氨基酸 α-酮酸酮酸 -NH2 甘油甘油 α-磷酸甘油磷酸甘油 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 2H ⑵ ⑵ 上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原异生为葡萄糖或糖原 在前面的三个在前面的三个反应过程中，作用反应过程中，作用物的互变分别由不物的互变分别由不同酶催化其单向反同酶催化其单向反应，这种互变循环应，这种互变循环称之为称之为底物循环底物循环(substrate cycle)。

6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-1 ADP ATP Pi 6-磷酸葡糖磷酸葡糖 葡萄糖葡萄糖 葡糖葡糖-6-磷酸酶磷酸酶 己糖激酶己糖激酶 ATP ADP Pi PEP 丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 ADP ATP CO2+ATP ADP+Pi GTP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶羧激酶GDP+Pi +CO2 因此，有必要通过调节使糖异生途径与酵因此，有必要通过调节使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对前述底物循环中的解途径相互协调，主要是对前述底物循环中的后后2 2个底物循环个底物循环进行调节进行调节当当两两种种酶酶活活性性相相等等时时，，则则不不能能将将代代谢谢向向前前推推进进，，结结果果仅仅是是ATP分分解解释释放放出出能能量量，，因因而而称之为无效循环称之为无效循环(futile cycle)6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 ATP ADP 6-磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶-1 Pi 果糖双磷果糖双磷 酸酶酸酶-1 2,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 AMP （一）第一个底物循环在（一）第一个底物循环在6-磷酸果糖与磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间进行双磷酸果糖之间进行 三、糖异生的调节与糖酵解的调节彼此协调三、糖异生的调节与糖酵解的调节彼此协调（二）在磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间（二）在磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间进行第二个底物循环进行第二个底物循环PEP 丙丙 酮酮 酸酸 ATP ADP 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 丙氨酸丙氨酸 乙乙 酰酰 CoA 草酰乙酸草酰乙酸 1、、糖代糖代谢总调节机制？机制？2、、三三羧酸循酸循环与糖酵解，与糖酵解，电子子传递和氧化磷酸化的和氧化磷酸化的关系？巴斯德效关系？巴斯德效应的机制？什么是的机制？什么是Crbtree效效应？？3、、糖异生的糖异生的过程，程，调节位点，位点，调节机制？机制？4、、三三羧酸循酸循环的原子命运？乙的原子命运？乙酰COA和草酸的命运和草酸的命运？？本章本章作业作业作业上交时间：10月31日。