第四章 糖代谢.doc

第四章   糖代谢第一节  概    述一、糖的生理功能：1.提供能量是糖类最主要的生理功能2.糖还是机体重要的碳源，糖代谢的中间产物可转变成其他的含碳化合物3.糖也是组成人体组织结构的重要成分，如糖蛋白、蛋白聚糖4.体内还有一些具有特殊生理功能的糖蛋白，如激素、酶、免疫球蛋白等5.糖的磷酸衍生物可以形成许多重要的生物活性物质，如NAD+、FAD、ATP等 二、糖的消化吸收食物中的糖一般以淀粉为主唾液和胰液中都有α-淀粉酶，可水解淀粉分子内的α-1，4糖苷键淀粉消化主要在小肠内进行在胰液内的α-淀粉酶作用下，淀粉被水解为麦芽糖和麦芽三糖(约占65％)，及含分支的异麦芽糖和α-临界糊精(约占35％)寡糖的进一步消化在小肠粘膜刷状缘进行α-葡萄糖苷酶(包括麦芽糖酶)水解没有分支的麦芽糖和麦芽三糖；α-临界糊精酶(包括异麦芽糖酶)则可水解α-1，4糖苷键和α-1，6糖苷键，将α-糊精和异麦芽糖水解成葡萄糖肠粘膜细胞还存在有蔗糖酶和乳糖酶等，分别水解蔗糖和乳糖糖被消化成单糖后才能在小肠被吸收，再经门静脉进入肝小肠粘膜细胞对葡萄糖的摄人是一个依赖于特定载体转运的、主动耗能的过程，在吸收过程中同时伴有Na+的转运。

三、糖代谢的概况    在供氧充足时，葡萄糖进行有氧氧化彻底氧化成C02和H20；在缺氧时，则进行糖酵解生成乳酸此外，葡萄糖也可进入磷酸戊糖途径等进行代谢，以发挥不同的生理作用葡萄糖也可经合成代谢聚合成糖原，储存于肝或肌组织有些非糖物质如乳酸、丙氨酸等还可经糖异生途径转变成葡萄糖或糖原以下将介绍糖的主要代谢途径、生理意义及其调控机制第二节  糖的无氧分解一、糖酵解的反应过程    在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸的过程称之为糖酵解糖酵解的全部反应在胞浆中进行一) 葡萄糖分解成丙酮酸（糖酵解途径）1.葡萄糖磷酸化成为6-磷酸葡萄糖： 葡萄糖进入细胞后首先的反应是磷酸化磷酸化后葡萄糖即不能自由通过细胞膜而逸出细胞催化此反应的是己糖激酶(hexokinase)并需要Mg2+这个反应基本上是不可逆的哺乳类动物体内已发现有四种己糖激酶同工酶，分别称为I至Ⅳ型肝细胞中存在的是Ⅳ型，也称为葡萄糖激酶它对葡萄糖的亲和力很低，Km值为10mmol／L左右，而其他己糖激酶的Km值在0．1mmol／L左右此酶的另一个特点是受激素调控这些特性使葡萄糖激酶在维持血糖水平和糖代谢中起着重要的生理作用己糖激酶葡萄糖                           6-磷酸葡萄糖ATP  Mg2+   ADP2．6—磷酸葡萄糖转变为6-磷酸果糖:  这是醛糖与酮糖间的异构反应，需要Mg2+参与的可逆反应。

磷酸己糖异构酶6—磷酸葡萄糖                   6-磷酸果糖3．6-磷酸果糖转变为1，6，双磷酸果糖:  这是第二个磷酸化反应，需ATP和Na+参与，是不可逆的反应6-磷酸葡萄糖激酶-16-磷酸果糖                      1，6，双磷酸果糖ATP  Mg2+   ADP4．磷酸己糖裂解成2个磷酸丙糖:，由醛缩酶催化，最终产生：2个丙糖，即磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛，此步反应可逆醛缩酶1，6，双磷酸果糖磷酸二羟丙酮 + 3-磷酸甘油醛                  5．磷酸丙糖的同分异构化：  3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮是同分异构体磷酸丙糖异构酶磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛上述的五步反应为糖酵解途径中的耗能阶段，1分子葡萄糖的代谢消耗了2分子 ATP，产生了2分子3-磷酸甘油醛6．3-磷酸甘油醛氧化为1，3-二磷酸甘油酸: 3-磷酸甘油醛的醛基氧化脱氢成羧基即与磷酸形成混合酸酐该酸酐含一高能磷酸键3-磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛                        1，3-二磷酸甘油酸                   NAD+   Pi  NADH+H+7．1，3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸：这是糖酵解过程中第一个产生ATP的反应，将底物的高能磷酸基直接转移给ADP生成ATP，这种ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，被称为底物水平磷酸化作用。

磷酸甘油酸激酶1，3-二磷酸甘油酸                     3 -磷酸甘油酸ADP  Mg2+   ATP8．3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸: 反应是可逆的磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸9．2—磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸:  反应可引起分子内部的电子重排和能量重新分布，形成了一个高能磷酸键    烯醇化酶2—磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸+H2O10．磷酸烯醇式丙酮酸转变成ATP和丙酮酸:  反应最初生成烯醇式丙酮酸，但烯醇式迅即非酶促转变为酮式反应是不可逆的这是糖酵解途径中第二次底物水平磷酸化丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸                      丙酮酸ADP     ATP（二）丙酮酸转变成乳酸乳酸脱氢酶丙酮酸+NADH+H+                            乳酸+NAD+NADH+H+来自3-磷酸甘油醛的脱氢二、糖酵解的调节   己糖激酶（葡萄糖激酶）、6-磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶是糖酵解途径3个调节点，分别受变构效应剂和激素的调节三、糖酵解的生理意义糖酵解最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌收缩更为重要。

当机体缺氧或剧烈运动肌肉局部血流相对不足时，能量主要通过糖酵解获得成熟红细胞没有线粒体，完全依赖糖酵解供应能量神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧也常由糖酵解提供部分能量引入糖的无氧分解概念，结合日常生活使同学们深刻理解其概念共十步反应，重点掌握一些不可逆步骤，和产能步骤引入底物水平磷酸化概念为什么重点在这三个调节点？对生理意义全面的概述第三节  糖的有氧氧化  葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和二氧化碳的反应过程称为有氧氧化一．有氧氧化的反应过程   （一）第一阶段：葡萄糖循糖酵解途径分解成丙酮酸二）第二阶段：丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧生成乙酰CoA丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸+NAD++HSCoA                      乙 酰CoA+NADH+H++C02丙酮酸脱氢酶复合体存在于线粒体，是由丙酮酸脱氢酶，二氢硫辛酰胺转乙酰酶和二氢硫辛酰胺脱氢酶三种酶按一定比例组合成多酶复合体，其组合比例随生物体不同而异参与反应的辅酶有硫胺素焦磷酸酯(TPP)、硫辛酸、FAD、NAD+及CoA三）第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化     1．三羧酸循环的反应过程： 三羧酸循环，亦称柠檬酸循环。

此名称源于其第一个中间产物是一含三个羧基的柠檬酸而由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成⑴柠檬酸的形成：缩合反应所需能量来自乙酰CoA的高能硫酯键柠檬酸合酶乙酰CoA+草酰乙酸+H2O                 柠檬酸+HSCOA+H+⑵异柠檬酸的形成： 顺乌头酸酶柠檬酸异柠檬酸⑶第一次氧化脱羧：异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸                                 α-酮戊二酸                 NAD+   Mg2+   NADH+H+       CO2 ⑷ 第二次氧化脱羧：α-酮戊二酸脱氢酶复合体组成和催化反应过程与丙酮酸脱氢酶复合体类似，生成的琥珀酰CoA 含有高能硫酯键α-酮戊二酸脱氢酶复合体α-酮戊二酸 + NAD+ + HSCOA                        琥珀酰CoA+ NADH+H+ + CO2 ⑸ 底物水平磷酸化反应：这是底物水平磷酸化的又一例子，也是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。

琥珀酰CoA合成酶琥珀酰CoA                         琥珀酸 GDP+Pi       GTP⑹ 琥珀酸脱氢生成延胡索酸：琥珀酸脱氢酶琥珀酸                       延胡索酸FAD     FADH2⑺ 延胡索酸加水生成苹果酸：延胡索酸酶延胡索酸+H2O苹果酸      （8） 苹果酸脱氢生成草酰乙酸：由催化脱下的氢由NAD+接受在细胞内草酰乙酸不断地被用于柠檬酸合成，故这一可逆反应向生成草酰乙酸的方向进行苹果酸脱氢酶苹果酸                      草酰乙酸           NAD+      NADH+H+    三羧酸循环有2次脱羧，4次脱氢，1次底物水平磷酸化三羧酸循环运转一周，实质上是氧化了1分子乙酰CoA，三羧酸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   三羧酸循环的总反应为：CH3CO-SCoA+3NAD++FAD+CDP+Pi+2H20    2C02+3NADH+3H++FADH2+HSCoA+GTP 2.三羧酸循环的生理意义 ① 三羧酸循环是三大营养素的最终代谢通路。

糖、脂肪、  氨基酸在体内进行生物氧化都将产生乙酰CoA，然后进入三羧酸循环进行降解② 三羧酸循环又是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽三羧酸循环在提供生物合前体中起重要作用二、有氧氧化生成的ATP三羧酸循环循环一次共生成12个ATP若从丙酮酸脱氢开始计算，共产生15分子ATP1mol的葡萄糖彻底氧化生成C02和H20，可净生成（6或8+2×15）= 36或38molATP三、有氧氧化的调节     1. 酵解途径的调节已如前述2.丙酮酸脱氢酶复合体可通过变构效应和共价修饰两种方式进行快速调节丙酮酸脱氢酶复合体的反应产物乙酰CoA及NADH+H+对酶有反馈抑制作用ATP对丙酮酸脱氢酶复合体有抑制作用，AMP则能激活之丙酮酸脱氢酶复合体可被丙酮酸脱氢酶激酶磷酸化变构而失去活性丙酮酸脱氢酶磷酸酶则使其去磷酸而恢复活性3.三羧酸循环的速率和流量受多种因素的调控 四、巴斯德效应法国科学家Pastuer发现酵母菌在无氧时可进行生醇发酵；将其转移至有氧环境，生醇发酵即被抑制，这种有氧氧化抑制生醇发酵的现象称为巴斯德效应此效应也存在于人体组织中当肌组织氧供充足时，有氧氧化抑制糖酵解，产生大量能量供肌肉活动所需。

第四节  磷酸戊糖途径  磷酸戊糖途径是葡萄糖分解代谢的另一重要途径葡萄糖可经此途径代谢生成磷酸核糖、NADPH、C02，而主要意义不是生成ATP 一、磷酸戊糖途径的反应过程磷酸戊糖途径的代谢反应在胞浆中进行，其过程可分为两个阶段一)第一阶段是氧化反应，生成磷酸戊糖、NADPH及C02；首先，6-磷酸葡萄糖由6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化脱氢生成6—磷酸葡萄糖酸内酯，在此反应中NADP+为电子受体，平衡趋向于生成NADPH，需要Mg2+参与6-磷酸葡萄糖酸内酯在内酯酶的作用下水解为6-磷酸葡萄糖酸，后者在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶  作用下再次脱氢并自发脱羧而转变为5-磷酸核酮糖，同时生成NADPH及C025-磷酸核酮糖在异构酶作用下，即转变为5-磷酸核糖；或者在差向异构酶作用下，转变为5-磷酸木酮糖在第一阶段，6-磷酸葡萄糖生成5-磷酸核糖的过程中，同时生成2分子NADPH及1分子C02。