王镜岩版生化讲义第八章 糖代谢.pdf
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旗开得胜 读万卷书 行万里路 第八章 糖代谢 自养生物 分解代谢 糖代谢包括 异养生物 自养生物 合成代谢 异养生物 能量转换（能源） 糖代谢的生物学功能 物质转换（碳源） 可转化成多种中间产物，这些中间产物可进一步转化成氨基酸、脂肪酸、核苷酸 糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质：NAD、FAD、DNA、RNA、ATP 分解代谢：酵解（共同途径） 、三羧酸循环（最后氧化途径） 、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等 合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用 分解代谢和合成代谢，受神经、激素、别构物调节控制 第一节 糖酵解 glycolysis 一、 酵解与发酵 1、 酵解 glycolysis （在细胞质中进行） 酵解酶系统将 Glc 降解成丙酮酸，并生成 ATP 的过程它是动物、植物、微生物细胞中 Glc 分 解产生能量的共同代谢途径。
旗开得胜 读万卷书 行万里路 O2 葡萄糖 酵解 丙酮酸 + NADH 厌氧 三羧酸循环 乳酸发酵 酒精发酵 在好氧有机体中， 丙酮酸进入线粒体， 经三羧酸循环被彻底氧化成 CO2和 H2O， 产生的 NADH 经呼吸链氧化而产生 ATP 和水，所以酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏 若供氧不足，NADH 把丙酮酸还原成乳酸（乳酸发酵） 2、 发酵 fermentation 厌氧有机体（酵母和其它微生物）把酵解产生的 NADH 上的氢，传递给丙酮酸，生成乳酸， 则称乳酸发酵 若 NAPH 中的氢传递给丙酮酸脱羧生成的乙醛，生成乙醇，此过程是酒精发酵 有些动物细胞即使在有 O2时，也会产生乳酸，如成熟的红细胞（不含线粒体） 、视网膜 二、 糖酵解过程（EMP） Embden-Meyerhof Pathway ，1940 在细胞质中进行 1、 反应步骤 P79 图 13-1 酵解途径，三个不可逆步骤是调节位点 （1）、 葡萄糖磷酸化形成 G-6-P 反应式 此反应基本不可逆，调节位点G0= - 4.0Kcal/mol 使 Glc 活化，并以 G-6-P 形式将 Glc 限 制在细胞内。
旗开得胜 读万卷书 行万里路 催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶 激酶： 催化 ATP 分子的磷酸基 （r-磷酰基） 转移到底物上的酶称激酶， 一般需要 Mg2+或 Mn2+ 作为辅因子，底物诱导的裂缝关闭现象似乎是激酶的共同特征 P 80 图 13-2 己糖激酶与底物结合时的构象变化 已糖激酶：专一性不强，可催化 Glc、Fru、Man（甘露糖）磷酸化己糖激酶是酵解途径中第 一个调节酶，被产物 G-6-P 强烈地别构抑制 葡萄糖激酶：对 Glc 有专一活性，存在于肝脏中，不被 G-6-P 抑制Glc 激酶是一个诱导酶， 由胰岛素促使合成， 肌肉细胞中已糖激酶对Glc的Km为0.1mmol/L， 而肝中Glc激酶对Glc的Km为10mmol/L， 因此，平时细胞内 Glc 浓度为 5mmol/L 时，已糖激酶催化的酶促反应已经达最大速度，而肝中 Glc 激酶并不活跃进食后，肝中 Glc 浓度增高，此时 Glc 激酶将 Glc 转化成 G-6-P，进一步转化 成糖元，贮存于肝细胞中 （2）、 G-6-P 异构化为 F-6-P 反应式： 由于此反应的标准自由能变化很小，反应可逆，反应方向由底物与产物的含量水平控制。
此反应由磷酸 Glc 异构酶催化，将葡萄糖的羰基 C 由 C1移至 C2 ，为 C1位磷酸化作准备，同 时保证 C2上有羰基存在，这对分子的断裂，形成三碳物是必需的 （3）、 F-6-P 磷酸化，生成 F-1.6-P 反应式： 此反应在体内不可逆，调节位点，由磷酸果糖激酶催化 旗开得胜 读万卷书 行万里路 磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的第二个调节酶 （4）、 F-1.6-P 裂解成 3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP） 反应式： 该反应在热力学上不利，但是，由于具有非常大的G0负值的 F-1.6-2P 的形成及后续甘油醛- 3-磷酸氧化的放能性质， 促使反应正向进行 同时在生理环境中， 3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸， 驱动反应向右进行 该反应由醛缩酶催化，反应机理 P 83 （5）、 磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成 3-磷酸甘油醛 反应式： （注意碳原子编号的变化） 由磷酸丙糖异构酶催化 已糖转化成 3-磷酸甘油醛后，C 原子编号变化：F-1.6-P 的 C1-P、C6-P 都变成了 3-磷酸甘油 醛的 C3-P 图解： （6）、 3-磷酸甘油醛氧化成 1.3二磷酸甘油酸 反应式： 由磷酸甘油醛脱氢酶催化。
此反应既是氧化反应，又是磷酸化反应，氧化反应的能量驱动磷酸化反应的进行 旗开得胜 读万卷书 行万里路 反应机理： P84 图 13-4 3-磷酸甘油醛脱氢酶的催化机理 碘乙酸可与酶的-SH 结合，抑制此酶活性，砷酸能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸化作用 解偶连（生成 3-磷酸甘油酸） （7）、 13二磷酸甘油酸转化成 3磷酸甘油酸和 ATP 反应式： 由磷酸甘油酸激酶催化 这是酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解过程中第一次产生 ATP 的反应 一分子 Glc 产生二分子三碳糖， 共产生 2ATP 这样可抵消 Glc 在两次磷酸化时消耗的 2ATP （8）、 3磷酸甘油酸转化成 2磷酸甘油酸 反应式： 磷酸甘油酸变位酶催化，磷酰基从 C3移至 C2 （9）、 2磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸 反应式： 烯醇化酶 2磷酸甘油酸中磷脂键是一个低能键（G= -17.6Kj /mol）而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯 醇键是高能键（G= -62.1Kj /mol） ，因此，这一步反应显著提高了磷酰基的转移势能 旗开得胜 读万卷书 行万里路 （10）、 磷酸烯醇式丙酮酸生成 ATP 和丙酮酸。
反应式： 不可逆，调节位点 由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是酵解途径的第三个调节酶， 这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化反应，磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给 ADP，生 成 ATP 和丙酮酸 EMP 总反应式： 1 葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2 丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O 2、 糖酵解的能量变化 P87 图 13-5 糖酵解途径中 ATP 的生成 无氧情况下：净产生 2ATP（2 分子 NADH 将 2 分子丙酮酸还原成乳酸） 有氧条件下：NADH 可通过呼吸链间接地被氧化，生成更多的 ATP 1 分子 NADH3ATP 1 分子 FAD 2ATP 因此，净产生 8ATP（酵解 2ATP，2 分子 NADH 进入呼吸氧化，共生成 6ATP） 但在肌肉系统组织和神经系统组织：一个 Glc 酵解，净产生 6ATP（+*） 甘油磷酸穿梭： 2 分子 NADH 进入线粒体，经甘油磷酸穿梭系统，胞质中磷酸二羟丙酮被还原成 3磷酸甘 油，进入线粒体重新氧化成磷酸二羟丙酮，但粒体中的 3磷酸甘油脱氢酶的辅基是 FAD，因 此只产生 4 分子 ATP。
旗开得胜 读万卷书 行万里路 ：胞液中磷酸甘油脱氢酶 ：线粒体磷酸甘油脱氢酶 罗纪盛P 259 P 260 苹果酸穿梭机制： 胞液中的 NADH 可经苹果酸脱氢酶催化，使草酰乙酸还原成苹果酸，再通过苹果酸2酮 戊二酸载休转运，进入线粒体内，由线粒体内的苹果酸脱氢酶催化，生成 NADH 和草酰乙酸 而草酰乙酸经天冬氨酸转氨酶作用，消耗 Glu 而形成 AspAsp 经线粒体上的载体转运回胞 液在胞液中，Asp 经胞液中的 Asp 转氨酶作用，再产生草酰乙酸 经苹果酸穿梭，胞液中 NADH 进入呼吸链氧化，产生 3 个 ATP 图 苹果酸脱氢酶（胞液） 酮戊二酸转位酶 苹果酸脱氢酶（线粒体基质） 谷草转氨酶 GluAsp 转位酶 谷草转氨酶 草酰乙酸： 苹果酸： 酮戊二酸： 3、 糖酵解中酶的反应类型 P88 表 13-1 糖酵解反应 旗开得胜 读万卷书 行万里路 氧化还原酶（1 种） ：3磷酸甘油醛脱氢酶 转移酶（4 种） ：己糖激酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶 裂合酶（1 种） ：醛缩酶 异构酶（4 种） ：磷酸 Glc 异构酶、磷酸丙糖异构酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶 三、 糖酵解的调节 参阅 P120 糖酵解的调节 糖酵解过程有三步不可逆反应，分别由三个调节酶（别构酶）催化，调节主要就发生在三个部 位。
1、 已糖激酶调节 别构抑制剂（负效应调节物） ：G6P 和 ATP 别构激活剂（正效应调节物） ：ADP 2、 磷酸果糖激酶调节（关键限速步骤） 抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和 H+ 激活剂：AMP、F2.62P ATP：细胞内含有丰富的 ATP 时，此酶几乎无活性 柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号 H+：可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒 3、 丙酮酸激酶调节 抑制剂：乙酰 CoA、长链脂肪酸、Ala、ATP 旗开得胜 读万卷书 行万里路 激活剂：F-1.6-P、 四、 丙酮酸的去路 1、 进入三羧酸循环 2、 乳酸的生成 在厌氧酵解时 （乳酸菌、 剧烈运动的肌肉） ， 丙酮酸接受了 3磷酸甘油醛脱氢酶生成的 NADH 上的氢，在乳酸脱氢酶催化下，生成乳酸 总反应： Glc + 2ADP + 2Pi 2 乳酸 + 2ATP + 2H2O 动物体内的乳酸循环 Cori 循环： 图 肌肉收缩，糖酵解产生乳酸乳酸透过细胞膜进入血液，在肝脏中异生为 Glc，解除乳酸积累 引起的中毒 Cori 循环是一个耗能过程：2 分子乳酸生成 1 分子 Glc，消耗 6 个 ATP。
3、 乙醇的生成 酵母或其它微生物中，经糖酵解产生的丙酮酸，可以经丙酮酸脱羧酶催化，脱羧生成乙醛，在 醇脱氢酶催化下，乙醛被 NADH 还原成乙醇 总反应：Glc+2pi+2ADP+2H+2 乙醇+2CO2+2ATP+2H20 在厌氧条件下能产生乙醇的微生物，如果有氧存在时，则会通过乙醛的氧化生成乙酸，制醋 旗开得胜 读万卷书 行万里路 4、 丙酮酸进行糖异生 五、 其它单糖进入糖酵解途径 除葡萄糖外，其它单糖也可进行酵解 P 91 图 13-6 各种单糖进入糖酵解的途径 1糖原降解产物 G1P 2D果糖 有两个途径 3D半乳糖 4D甘露糖 第二节 三羧酸循环 葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段 糖酵解产生丙酮酸（2 丙酮酸、 2ATP、2NADH） 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA 三羧酸循环（CO2、H2O、ATP、NADH） 呼吸链氧化磷酸化（NADH-----ATP） 三羧酸循环：乙酰 CoA 经一系列的氧化、脱羧，最终生成 CO2、H2O、并释放能量的过程， 又称柠檬酸循环、Krebs 循环 原核生物：阶段在胞质中 真核生物：在胞质中，粒体中 旗开得胜 读万卷书 行万里路 一、 丙酮酸脱羧生成乙酰 CoA 1、 反应式： 此反应在真核细胞的线粒体基质中进行，这是连接糖酵解与 TCA 的中心环节。
