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1、第八章 糖代谢一、多糖和低聚糖的酶促降解二、糖的分解代谢三、糖的合成代谢糖代谢是指糖在生物体内的分解代谢和合成代谢。糖代谢是指糖在生物体内的分解代谢和合成代谢。糖的分解代谢是指大分子糖经酶促降解，生成小分子糖的分解代谢是指大分子糖经酶促降解，生成小分子单糖后，进一步氧化分解成单糖后，进一步氧化分解成COCO2 2和和H H2 2O O，并释放出能量。，并释放出能量。糖的合成代谢是由小分子物质或葡萄糖合成二糖或多糖的合成代谢是由小分子物质或葡萄糖合成二糖或多糖糖,包括糖的合成和糖原的异生作用。包括糖的合成和糖原的异生作用。动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解动物和大多数微生物所需的能量
2、，主要是由糖的分解代谢提供的。代谢提供的。糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。链骨架。糖代谢与其它代谢相互联系，相互转化，构成代谢的糖代谢与其它代谢相互联系，相互转化，构成代谢的统一体。统一体。OH一、多糖和低聚糖的酶促降解-淀淀粉粉酶酶：以以随随机机方方式式水水解解-1,4-糖糖苷苷键键，能能将将淀淀粉粉切切断成分子量较小的糊精。断成分子量较小的糊精。-淀淀粉粉酶酶：它它从从糖糖链链的的非非还还原原性性末末端端开开始始水水解解-1,4-糖
3、糖苷键，每次切下两个葡萄糖单位苷键，每次切下两个葡萄糖单位麦芽糖。麦芽糖。-1,6-糖苷键酶：是一种能水解糖苷键酶：是一种能水解-1,6-糖苷键的淀粉酶。糖苷键的淀粉酶。纤纤维维素素酶酶：能能特特异异性性地地水水解解-1,4-糖糖苷苷键键，最最终终将将纤纤维维素水解成葡萄糖。素水解成葡萄糖。-淀粉酶淀粉酶-淀粉酶淀粉酶l 细胞内糖原和淀细胞内糖原和淀粉的降解粉的降解磷酸化酶磷酸化酶:只催化只催化非还原性末端非还原性末端-1,4糖苷键的磷酸解。糖苷键的磷酸解。寡聚寡聚-(1,41,4)葡萄糖转移酶葡萄糖转移酶:将以将以-1,6-键连接于分支键连接于分支点的点的4个残基的葡三个残基的葡三糖转移至另
4、一链的糖转移至另一链的非还原端使其延长，非还原端使其延长，而在分支点处还留而在分支点处还留下一个下一个-1,6-键葡萄键葡萄糖残基。糖残基。脱支酶脱支酶:水解水解-1,6-糖苷键。糖苷键。磷酸化酶、寡聚-(1,41,4)葡萄糖转移酶、脱支酶降解糖原二、糖的分解代谢生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径：生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径：1.1.无无O O2 2情况下，葡萄糖情况下，葡萄糖(G)(G)丙酮酸丙酮酸(PyrPyr)乳酸乳酸(Lac)(Lac)2.2.有有O O2 2情况下，情况下，G COG CO2 2+H+H2 2O O（经（经三羧酸循环）三羧酸循环）3.3.有有O
5、 O2 2情况下，情况下，G COG CO2 2+H+H2 2O O（经（经磷酸戊糖途径）磷酸戊糖途径）Things to LearnPathwayEnergeticsRegulationCellular function/localization（一）糖的无氧酵解(Glycolysis)C6H12O6-2（2H）2CH3COCOOH2CH3CH(OH)COOH+2(2H)-2CO2 糖酵解糖酵解Glycolysis2CH3CHO2CH3CH2OH生醇发酵生醇发酵 Fermentation糖的无氧酵解过程与酵母的生醇发酵基本相同，故称糖酵解。糖的无氧酵解过程与酵母的生醇发酵基本相同，故称糖酵解
6、。1.1.己糖磷酸酯的生成己糖磷酸酯的生成(G F-1,6-2P)(G F-1,6-2P)(1(13 3共三步反应共三步反应)+ATPOCH2OHHOOHOHOHP+ADP葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸葡萄糖激酶葡萄糖激酶Mg2+G0=-16.7kJOCH2OHHOOHOHOH葡萄糖葡萄糖注意：注意：反应产物反应产物G-6-P(G-6-P(别构抑制剂别构抑制剂)反馈抑制葡萄糖激酶反馈抑制葡萄糖激酶(己糖激酶己糖激酶)，己糖激酶不是酵解过程关键的限速酶。胰岛素可诱导该，己糖激酶不是酵解过程关键的限速酶。胰岛素可诱导该酶基因的转录酶基因的转录,促进酶的合成。促进酶的合成。654321CH2OHCC
7、CCCH2OPO32-OH OHHOHHOHHCOHCOHHOCHHCOHHCOHCH2OPO32-123456HCOHCOHHOCHHCOHHCOHCH2OPO32-123456 G-6-P F-6-P烯醇式中间体烯醇式中间体OCH2OHHOOHOHOHP己糖己糖磷酸异构酶磷酸异构酶123456OCH2OHOCH2POHOH F-6-POH注意：注意：果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶(别构酶别构酶)是糖酵解过程中最关键的限速酶。是糖酵解过程中最关键的限速酶。抑制剂：抑制剂：ATPATP、H H+；柠檬酸增加；柠檬酸增加ATPATP对酶的抑制作用。对酶的抑制作用。激活剂：激活剂：AMP,ADPAMP,
8、ADP或无机磷酸或无机磷酸,F-2,6-2P,F-2,6-2P可消除可消除ATPATP对酶的对酶的抑制作用。抑制作用。OCH2OHOCH2POHOH+ATPOCH2OHOCH2POHOHP果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶F-1,6-2P+ADPG0=-14.2kJMg2+OHOH2.2.丙糖磷酸的生成丙糖磷酸的生成(F-1,6-2P G-3-P)(4(F-1,6-2P G-3-P)(45 5二步反应二步反应)CH2OC=OCH2OHP二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸CHOCHOHCH2OP+甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸醛缩酶醛缩酶654321CH2OPO32-CCCCCH2OPO32-OH OHHOHHOH
9、丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶132132OCH2OOCH2POHOHPOH上述五步反应的特点上述五步反应的特点：碳架由碳架由C C6 62 C2 C3 3。是糖酵解过程中的耗能部分，消耗是糖酵解过程中的耗能部分，消耗2 2个个ATPATP。第第1 1步和第步和第3 3步反应不可逆，是由激酶催化将磷酰基步反应不可逆，是由激酶催化将磷酰基团从团从ATPATP转移到代谢物分子上的反应。葡萄糖激酶和转移到代谢物分子上的反应。葡萄糖激酶和果糖激酶是别构酶，必须果糖激酶是别构酶，必须MgMg2+2+参与才有活性，因为参与才有活性，因为MgMg2+2+与与ATPATP形成的复合物才是酶的真正底物。通过对形成
10、的复合物才是酶的真正底物。通过对这两种酶活性的调节来控制糖的酵解速度。这两种酶活性的调节来控制糖的酵解速度。二羟丙酮磷酸和甘油醛二羟丙酮磷酸和甘油醛-3-3-磷酸两者达平衡时，磷酸两者达平衡时，96%96%是二羟丙酮磷酸是二羟丙酮磷酸,但在酵解中但在酵解中,不断消耗甘油醛不断消耗甘油醛-3-3-磷磷酸，故互变的结果是产生甘油醛酸，故互变的结果是产生甘油醛-3-3-磷酸。磷酸。3.3.甘油醛甘油醛-3-3-磷酸生成丙酮酸磷酸生成丙酮酸 (6(61010共五步酶促反应共五步酶促反应)甘油醛甘油醛-3-3-磷酸的氧化是酵解过程中磷酸的氧化是酵解过程中唯一一次遇到的唯一一次遇到的氧化作用，生物体通过此
11、反应获得能量。氧化作用，生物体通过此反应获得能量。反应中同时进行反应中同时进行脱氢和磷酸化，并引起分子内部能量重新分配，生成脱氢和磷酸化，并引起分子内部能量重新分配，生成高能高能磷酸化合物磷酸化合物甘油酸甘油酸-1,3-1,3-二磷酸二磷酸,反应中脱下的氢进入反应中脱下的氢进入NADHNADH呼吸链氧化。呼吸链氧化。CCC H2OPO32-OOPO32-HOH H3PO4+H+NAD+NADH123CCC H2OPO32-HOHOH+231甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸-1,3-1,3-二磷酸二磷酸甘油醛磷酸脱氢酶甘油醛磷酸脱氢酶-NAD+-S-C-C-CH2O-PHO OHH H
12、-SH-NAD+甘油醛磷酸脱氢酶机理CH2O-PH-C-OHCHO(1)-NADH+H+-S-C-C-CH2O-PO HHO(2)NADH+H+-S-C-C-CH2O-PO HOHNAD+NAD+(3)PiCH2O-PH-C-OHC-O-PO(4)糖酵解过程中的第一次底物水平磷酸化产生糖酵解过程中的第一次底物水平磷酸化产生ATPATP。CCCH2OPO32-OO-HOH231甘油酸甘油酸-3-磷酸磷酸甘油酸磷酸变位酶甘油酸磷酸变位酶CCCH2OHOO-HOPO32-231甘油酸甘油酸-2-磷酸磷酸CCCH2OPO32-OO-HOPO32-231甘油酸甘油酸-2,3-磷酸磷酸(中间体中间体)在第
13、在第2,32,3碳原子上脱下一分子水，同时分子内部的能量重碳原子上脱下一分子水，同时分子内部的能量重新分配，产生新分配，产生高能磷酸化合物高能磷酸化合物烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸-2-2-磷酸。磷酸。123抑制剂：抑制剂：AlaAla(别构抑制剂别构抑制剂),ATP,ATP,乙酰辅酶乙酰辅酶A A激活剂：激活剂：F-1,6-2PF-1,6-2P注意：注意：丙酮酸激酶丙酮酸激酶(别构酶别构酶)催化烯醇式丙酮酸催化烯醇式丙酮酸-2-2-磷磷酸生成烯醇丙酮酸，是糖酵解过程中的第二调酸生成烯醇丙酮酸，是糖酵解过程中的第二调节点节点,也也是糖酵解过程中的第二次底物水平磷是糖酵解过程中的第二次底物水平磷酸化产生
14、酸化产生ATPATP。烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸-2-2-磷酸磷酸不需酶催化不需酶催化4.4.丙酮酸还原成乳酸丙酮酸还原成乳酸丙酮酸还原成乳酸丙酮酸还原成乳酸,NADH,NADH是由甘油醛是由甘油醛-3-3-磷酸脱氢酶催磷酸脱氢酶催化的反应而来，在丙酮酸还原成乳酸中，化的反应而来，在丙酮酸还原成乳酸中，NADHNADH被氧化成被氧化成NADNAD+,从而保证辅酶的周转。从而保证辅酶的周转。剧烈运动肌肉缺氧，乳酸积累引起疼痛。剧烈运动肌肉缺氧，乳酸积累引起疼痛。在生醇在生醇发酵中，丙酮酸在脱羧酶催化下直接脱羧失去发酵中，丙酮酸在脱羧酶催化下直接脱羧失去COCO2 2而而生成乙醛，生成乙醛，乙醛乙醛然后
15、接受甘油醛然后接受甘油醛-3-P-3-P脱下的氢生成乙醇。脱下的氢生成乙醇。葡萄糖激酶葡萄糖激酶己糖磷酸异构酶己糖磷酸异构酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸(己糖激酶己糖激酶)醛缩酶醛缩酶糖糖酵解酵解HexokinasePhosphofructokinase glucoseGlycolysisATPADPglucose-6-phosphatePhosphoglucose Isomerasefructose-6-phosphateATP ADPfructose-1,6-bisphosphateAldolaseglyceraldehyde-3-phosp
16、hate+dihydroxyacetone-phosphateTriosephosphateIsomerase果糖果糖-6-6-磷酸磷酸果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸Energy investment phaseGlyceraldehyde-3-phosphateDehydrogenasePhosphoglycerate KinaseEnolasePyruvate Kinaseglyceraldehyde-3-phosphate NAD+PiNADH+H+1,3-bisphosphoglycerateADPATP3-phosphoglycer
17、ate Phosphoglycerate Mutase2-phosphoglycerateH2O phosphoenolpyruvateADPATP pyruvate甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛-3-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸甘油酸磷酸激酶甘油酸磷酸激酶甘油酸甘油酸-3-3-磷酸磷酸甘油酸磷酸变位酶甘油酸磷酸变位酶甘油酸甘油酸-2-2-磷酸磷酸烯醇化酶烯醇化酶磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸丙酮酸Energy payoff phase 糖酵解过程中能量的计算糖酵解过程中能量的计算葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸果
18、糖果糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸葡萄糖激酶已糖磷酸异构酶果糖磷酸激酶糖原糖原磷酸化酶葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸磷酸葡萄糖磷酸变位酶ATP ADPATP ADP1mol G 1mol G 酵解产生的酵解产生的ATPATP数如下数如下 GG-6-P -ATP F-6-PF-1,6-2P -ATP甘油酸甘油酸-1,3-2P甘油酸甘油酸-3-P +2ATP烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸磷酸丙酮酸丙酮酸 +2ATP净净产生产生 +2ATP糖原来源糖原来源G(不经不经GG-6-P)净产生净产生:+3ATP故故 G 酵解获能效率酵解获能效率=230.514/196.5100%=31%
19、糖原酵解获能效率糖原酵解获能效率=330.514/183100%=49.7%葡萄糖开始：葡萄糖开始：C6H12O6+2Pi+2ADP 2CH3CHOHCOOH+2ATPG0 =-196.5kJ/mol 放能放能糖原开始：糖原开始：C6H12O6+3ADP+3Pi 2CH3CHOHCOOH+3ATP G0 =-183kJ/mol 放能放能 糖酵解的特点糖酵解的特点:(1)(1)酵解反应是在胞质中进行。酵解反应是在胞质中进行。(2)(2)整个过程都没有分子氧参加。整个过程都没有分子氧参加。(3)(3)中间产物中绝大多数都是磷酸化的衍生物中间产物中绝大多数都是磷酸化的衍生物:为什么？为什么？糖酵解的
20、生理意义糖酵解的生理意义在在缺氧条件下供能，尤其对肌肉收缩更为重要缺氧条件下供能，尤其对肌肉收缩更为重要红细胞无线粒体红细胞无线粒体,完全依赖酵解供能，神经、白细胞、完全依赖酵解供能，神经、白细胞、骨髓、皮肤、视网膜及大脑等代谢极活跃，即使在有氧条骨髓、皮肤、视网膜及大脑等代谢极活跃，即使在有氧条件下仍可进行酵解获得能量。件下仍可进行酵解获得能量。（二）糖的有氧分解 ()有氧氧化有氧氧化(是无氧酵解的继续是无氧酵解的继续)分三个阶段分三个阶段第一阶段：第一阶段：GG丙酮酸丙酮酸(胞质内胞质内)第二阶段第二阶段:丙酮酸由线粒体膜上的丙酮酸脱氢酶系丙酮酸由线粒体膜上的丙酮酸脱氢酶系(多酶复多酶复合
21、物合物)催化进行氧化脱氢、脱羧生成乙酰辅酶催化进行氧化脱氢、脱羧生成乙酰辅酶A A，这是连接，这是连接酵解和三羧酸循环的中心环节。酵解和三羧酸循环的中心环节。第三阶段第三阶段:三羧酸循环三羧酸循环(线粒体线粒体)CytosolG Pyr Lac()酵解酵解胞液胞液Mitochondria 线粒体线粒体Acetyl-CoACO2+H2ONADH(FADH2)丙酮酸脱氢酶系：丙酮酸脱氢酶系：由丙酮酸脱羧酶由丙酮酸脱羧酶(E E1 1)、二氢硫辛酸转乙酰基酶、二氢硫辛酸转乙酰基酶(E E2 2)和和二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶(E E3 3)三种酶三种酶及及CoASHCoASH、FADFAD、N
22、ADNAD+、硫辛、硫辛酸、焦磷酸硫胺素酸、焦磷酸硫胺素(TPP)(TPP)和和MgMg2+2+六种辅因子六种辅因子组成。组成。CH3COCOOH+HS-CoA+NAD+CH3COSCoA+NADH+H+CO2丙酮酸丙酮酸 辅酶辅酶A A 乙酰辅酶乙酰辅酶A AG0=-33.4kJ/mol 丙酮酸丙酮酸脱氢酶系脱氢酶系第二阶段丙酮酸氧化脱氢、脱羧生成乙酰辅酶A二氢硫辛酸转乙二氢硫辛酸转乙酰基酶酰基酶(E2)二氢硫辛酸二氢硫辛酸脱氢酶脱氢酶(E3)丙酮酸脱丙酮酸脱羧酶羧酶(E1)羟乙基焦磷酸硫胺素羟乙基焦磷酸硫胺素硫辛酸硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸乙酰辅酶乙酰辅酶A整个
23、丙酮酸氧化脱羧反应过程只有第一步脱羧反应是不整个丙酮酸氧化脱羧反应过程只有第一步脱羧反应是不可逆可逆;整个反应体系受严密的调节控制，包括整个反应体系受严密的调节控制，包括:产物抑制产物抑制:乙酰辅酶乙酰辅酶A A抑制二氢硫辛酸乙酰基转移酶抑制二氢硫辛酸乙酰基转移酶(E E2 2),NADH),NADH抑制二抑制二氢硫辛酸脱氢酶氢硫辛酸脱氢酶(E E3 3),),抑制效应可被辅酶抑制效应可被辅酶A A和和NADNAD+逆转。逆转。核苷酸反馈调节核苷酸反馈调节丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶(E(E1 1)受受GTPGTP抑制，被抑制，被AMPAMP所活化。所活化。所有丙酮酸氧化脱羧的中间产物均紧密地结合
24、在酶复合所有丙酮酸氧化脱羧的中间产物均紧密地结合在酶复合体上体上;丙酮酸脱氢酶系催化特点：由柠檬酸合成酶催由柠檬酸合成酶催化乙酰辅酶化乙酰辅酶A A和草酰乙和草酰乙酸缩合成柠檬酸酸缩合成柠檬酸(1 1步步)第三阶段：三羧酸循环(柠檬酸循环，柠檬酸循环，KrebsKrebs循环，循环，TCATCA循环循环)(共共1010步反应步反应)乙酰辅酶乙酰辅酶A A柠檬酸柠檬酸柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶草酰乙酸草酰乙酸缩合反应所需能量来自乙酰辅酶缩合反应所需能量来自乙酰辅酶A A的高能硫脂键，的高能硫脂键，反反应是单向、不可逆。应是单向、不可逆。注意注意琥珀酸是草酰乙酸的竞争性抑制剂琥珀酸是草酰乙酸的竞争性
25、抑制剂，竞争柠檬酸合成，竞争柠檬酸合成酶酶;ATP;ATP、NADHNADH、琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A A和长链脂酰辅酶和长链脂酰辅酶A A抑制抑制酶的活性酶的活性;草酰乙酸和乙酰草酰乙酸和乙酰CoACoA的浓度较高时激活酶的的浓度较高时激活酶的活性。活性。柠檬酸合成酶对草酰乙酸的柠檬酸合成酶对草酰乙酸的KmKm很低很低，所以，即使线粒，所以，即使线粒体内草酰乙酸的浓度很低体内草酰乙酸的浓度很低(10mmol/L)(10mmol/L)，反应也能迅速，反应也能迅速进行。进行。第一个调节点第一个调节点，柠檬酸合成酶是别构酶，循环中的关柠檬酸合成酶是别构酶，循环中的关键限速酶。键限速酶。柠檬酸脱水生成
26、顺乌头酸，然后加水生成异柠檬酸柠檬酸脱水生成顺乌头酸，然后加水生成异柠檬酸(2 2步步反应反应)，为氧化脱羧作准备，为氧化脱羧作准备注意注意这个异构化反应分两步这个异构化反应分两步:先脱水，再水化，使原来先脱水，再水化，使原来柠檬酸柠檬酸C C3 3上的上的-OH-OH转到异柠转到异柠檬酸檬酸C C2 2中，中间产物是与中，中间产物是与酶结合的顺乌头酸。酶结合的顺乌头酸。其标准自由能变为其标准自由能变为GG0 0 =+8.4kJ/mol =+8.4kJ/mol 和和GG0 0 =-2.1kJ/mol=-2.1kJ/mol，由由于异柠檬酸的不断消失，于异柠檬酸的不断消失，推动反应的进行。推动反应
27、的进行。顺顺乌头酸酶乌头酸酶顺顺乌头酸乌头酸5432154321异柠檬酸氧化脱羧生成异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸酮戊二酸(2 2步步)注意注意是三羧酸循环中的第一次氧化是三羧酸循环中的第一次氧化脱羧。脱羧。其中间产物是草酰琥珀酸。其中间产物是草酰琥珀酸。生理条件下反应不可逆，生理条件下反应不可逆，是三是三羧酸循环中的第二个调节点。羧酸循环中的第二个调节点。异柠檬酸脱氢酶是别构酶，受异柠檬酸脱氢酶是别构酶，受ATPATP、NADHNADH抑制，抑制，ADPADP激活。激活。此步是三羧酸和二羧酸反应的此步是三羧酸和二羧酸反应的分界点。分界点。异异柠檬酸脱氢酶柠檬酸脱氢酶异柠檬酸异柠檬酸-酮戊二酸
28、酮戊二酸-酮戊二酸氧化脱羧酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶生成琥珀酰辅酶A(A(1 1步步)G0=-33.44kJ/mol-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A A第二次氧化脱羧，第三个调节点。注意注意反应不可逆，反应不可逆，反应释放的自由能足以形成一个高能反应释放的自由能足以形成一个高能硫脂键。硫脂键。-酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相类似，由酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相类似，由-酮戊二酸脱氢酶、二氢硫辛酰转琥珀酰酶和二氢硫酮戊二酸脱氢酶、二氢硫辛酰转琥珀酰酶和二氢硫辛酰脱氢酶及辛酰脱氢酶及TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸、FADFAD、NADNAD+、
29、CoACoA、MgMg2+2+组组成。成。NADHNADH、琥珀酰琥珀酰CoACoA抑制酶活性抑制酶活性;高能时，高能时，ATPATP、GTPGTP反反馈抑制；馈抑制；CaCa2+2+对酶有激活作用。对酶有激活作用。由琥珀酰辅酶由琥珀酰辅酶A A生成琥珀酸生成琥珀酸(1 1步步)注意：注意：琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A A在琥珀酸硫激酶催化下，高能硫脂键的能在琥珀酸硫激酶催化下，高能硫脂键的能量转移到量转移到GDPGDP上上,生成生成GTP,GTP,同时生成琥珀酸。然后同时生成琥珀酸。然后GTPGTP再与再与ADPADP生成生成ATP(ATP(三羧酸循环中唯一一次底物水平磷酸化三羧酸循环中唯一一次底
30、物水平磷酸化)。琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A A琥珀酸硫激酶琥珀酸硫激酶琥珀酸琥珀酸Mg2+Succinate thiokinaseATP+GDP+ADP琥珀酸被氧化生成琥珀酸被氧化生成延胡索酸延胡索酸(1 1步步)注意注意：琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶的辅的辅酶为酶为FADFAD，且还含有且还含有4Fe-4S4Fe-4S组成的组成的Fe-SFe-S蛋蛋白，该酶白，该酶位于线粒体位于线粒体内膜，是三羧酸循环内膜，是三羧酸循环中唯一与膜结合的酶中唯一与膜结合的酶，它直接与电子传递链它直接与电子传递链相连。相连。琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸2延延胡索酸加水胡索酸加水生成苹果酸生成苹果
31、酸(1 1步步)延胡索酸酶有立体异构选择性，延胡索酸酶有立体异构选择性，H H2 2O O中中OHOH和和H H是在双键反式加成，是在双键反式加成，形成形成L L型型-苹果酸。苹果酸。延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸延胡索酸酶延胡索酸酶fumaratefumaraseH2OmalateCOOHCHCHCOOHCOOHCHOHCH2COOH苹果酸被氧化生成草酰乙酸苹果酸被氧化生成草酰乙酸(1 1步步)苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶至此为止，草酰乙酸至此为止，草酰乙酸重新生成，又可参与重新生成，又可参与下一循环。下一循环。三羧酸循环总结：在三羧酸循环中，只消耗了在三羧酸循环中，只
32、消耗了1分子乙酰辅酶分子乙酰辅酶A，因此在理论因此在理论上，所有三羧酸和二羧酸只需微量就可不停地循环，促使上，所有三羧酸和二羧酸只需微量就可不停地循环，促使乙酰辅酶乙酰辅酶A氧化。氧化。三羧酸循环是在线粒体基质中进行三羧酸循环是在线粒体基质中进行。由于柠檬酸的合成及由于柠檬酸的合成及-酮戊二酸的氧化脱羧是不可逆的，酮戊二酸的氧化脱羧是不可逆的，故此循环是单向进行。故此循环是单向进行。丙酮酸经过丙酮酸经过三次氧化脱羧三次氧化脱羧，即，即丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶ACO2；异柠檬酸异柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸CO2；-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶ACO2，以及五，以及五次次脱氢。脱氢。草酰
33、乙酸草酰乙酸(4C)柠檬酸柠檬酸(6C)异柠檬酸异柠檬酸(6C)琥珀酸琥珀酸辅酶辅酶A A(4C)琥珀酸琥珀酸(4C)延胡索酸延胡索酸(4C)苹果酸苹果酸(4C)乙酰辅酶乙酰辅酶A A-酮戊二酸酮戊二酸(5C)三羧酸循环的总反应式：三羧酸循环的总反应式：2.C6H12O6+6H2O+10NAD+2FAD+4ADP+4Pi6CO2+10NADH+10H+2FADH2+4ATPG CO2+H2O 共产生共产生 ATP38 个个糖原糖原G CO2+H2O 产生产生39个个ATPC6H12O6+6H2O+38ADP+38H3PO4 6CO2+6H2O+38ATP1.CH3COSCoA+2H2O+3NA
34、D+FAD+ADP+Pi2CO2+3NADH+3H+FADH2+CoASH+ATP(只消耗了只消耗了1分子乙酰辅酶分子乙酰辅酶A).三羧酸循环的生物学意义：三羧酸循环的生物学意义：是生物利用糖或其他物质氧化而获得能量的最有效方式。是生物利用糖或其他物质氧化而获得能量的最有效方式。是三大有机物质（糖类、脂类、蛋白质）转化的枢纽。是三大有机物质（糖类、脂类、蛋白质）转化的枢纽。三羧酸的代谢调节：三羧酸的代谢调节：受受柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶3 3种酶活性的调控。种酶活性的调控。提供多种化合物的碳骨架，如为三大营养物质的合成代提供多种
35、化合物的碳骨架，如为三大营养物质的合成代谢提供小分子前体物。谢提供小分子前体物。动物、植物、微生物都有三羧酸循环，因此具有普遍动物、植物、微生物都有三羧酸循环，因此具有普遍的生物学意义。的生物学意义。(三)乙醛酸循环-三羧酸循环支路(自学)异柠檬酸异柠檬酸 琥珀酸琥珀酸+乙醛酸乙醛酸 异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶乙醛酸乙醛酸+乙酰辅酶乙酰辅酶A+A+水水 苹果酸苹果酸+辅酶辅酶A A 苹果酸合成酶苹果酸合成酶乙酸乙酸+辅酶辅酶A+ATP A+ATP 乙酰辅酶乙酰辅酶A+A+水水+AMP+PPiAMP+PPi 乙酰辅酶乙酰辅酶A A合成酶合成酶l 乙酸在辅酶乙酸在辅酶A A与与ATPATP及乙酰
36、辅酶及乙酰辅酶A A合成酶参与下可活化生合成酶参与下可活化生成乙酰辅酶成乙酰辅酶A A；l 这种关系形成一个与三羧酸循环相联系的小循环。因以这种关系形成一个与三羧酸循环相联系的小循环。因以乙醛酸为中间代谢物，故称乙醛酸循环。乙醛酸为中间代谢物，故称乙醛酸循环。目前在动物组织目前在动物组织中尚未发现中尚未发现乙醛酸循环。乙醛酸循环。l 乙酰辅酶乙酰辅酶A A与乙醛酸可合成苹果酸；与乙醛酸可合成苹果酸；l 异柠檬酸能裂解为琥珀酸和乙醛酸。异柠檬酸能裂解为琥珀酸和乙醛酸。微生物能够利用乙酸作为唯一的碳源构建自己的机体，其微生物能够利用乙酸作为唯一的碳源构建自己的机体，其机制包括：机制包括：Citra
37、te Isocitrate Glyoxalate Succinate Oxaloacetate Malate Acetyl-CoAAcetyl-CoAMalate sythaseIsocitrate lyase乙醛酸循环的生物学意义。乙醛酸循环的生物学意义。乙醛酸循环总反应式：乙醛酸循环总反应式：2CH2CH3 3COSCoA+2HCOSCoA+2H2 2O+NADO+NAD+CHCH2 2COOHCOOHCHCH2 2COOHCOOH+2CoASH+NADH+H+2CoASH+NADH+H+(四)磷酸戊糖途径（HMP）(自学)核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖
38、核酮糖木酮糖木酮糖 核糖核糖木酮糖木酮糖木酮糖木酮糖木酮糖木酮糖 核糖核糖C3PC7PC2C4PC3C6PC2C3PC6PC3PC6PC6PC6PC7PC2C4PC2C3PC3戊糖磷酸循环戊糖磷酸循环6565碳糖碳糖5656碳糖碳糖转酮转酮醇酶醇酶转醛转醛醇酶醇酶三、糖的合成代谢(自学)自然界中糖的基本来源是绿色植物及光能自然界中糖的基本来源是绿色植物及光能细菌进行的光合作用（细菌进行的光合作用（PhotosynthesisPhotosynthesis）（一）蔗糖的合成（一）蔗糖的合成蔗糖在高等植物中的合成主要蔗糖在高等植物中的合成主要有两条途径有两条途径途径一途径一蔗糖合成酶蔗糖合成酶-利用
39、尿苷二磷酸葡糖利用尿苷二磷酸葡糖(UDPG)(UDPG)作为作为G G供体供体与果糖合成蔗糖。与果糖合成蔗糖。G-1-P+UTP G-1-P+UTP UDPG+PPiUDPG+PPi PPi+H PPi+H2 2O 2PiO 2PiUDPGUDPG焦磷酸焦磷酸化酶化酶UDPG+UDPG+果糖果糖 蔗糖蔗糖+UDP+UDP蔗糖合成酶蔗糖合成酶焦焦磷酸的水解推动磷酸的水解推动UDPGUDPG的合成的合成平衡常数平衡常数 K K1 1=8=8（pH7.4pH7.4）蔗糖磷酸合成酶活性大，且平衡常数有利蔗糖磷酸合成酶活性大，且平衡常数有利,磷酸酯酶存在磷酸酯酶存在量大量大,用用1414C-GC-G喂饲
40、动物的实验结果表明，喂饲动物的实验结果表明，1414C C出现在自由果糖出现在自由果糖中较慢，而出现在蔗糖分子中的果糖部分中又较快，浓度高，中较慢，而出现在蔗糖分子中的果糖部分中又较快，浓度高，所以所以途径二途径二是合成蔗糖的主要途径。是合成蔗糖的主要途径。途径二途径二磷酸蔗糖合成酶磷酸蔗糖合成酶-利用尿苷二磷酸葡糖利用尿苷二磷酸葡糖(UDPG)(UDPG)作为作为G G供体与果糖磷酸酯合成蔗糖磷酸酯供体与果糖磷酸酯合成蔗糖磷酸酯,再在磷酸酯酶作用下脱再在磷酸酯酶作用下脱去磷酸形成蔗糖。去磷酸形成蔗糖。UDPG+F-6-P UDP+UDPG+F-6-P UDP+蔗糖磷酸蔗糖磷酸蔗糖磷酸合成酶蔗
41、糖磷酸合成酶蔗糖磷酸蔗糖磷酸 蔗糖蔗糖+磷酸磷酸磷酸酯酶磷酸酯酶平衡常数平衡常数 K K2 2=3250(pH7.5)=3250(pH7.5)（二）淀粉的合成（二）淀粉的合成淀粉的合成与分解是通过两个不同的催化系统淀粉的合成与分解是通过两个不同的催化系统1.-1,41.-1,4糖苷键的形成糖苷键的形成-高等植物淀粉合成的主要途径高等植物淀粉合成的主要途径:nUDPnUDP-G -G nUDPnUDP+(-1,4+(-1,4葡萄糖葡萄糖)n)nUDPGUDPG转葡糖苷酶转葡糖苷酶引物引物引物是引物是-G-G的受体，通过引物的直链未端的延长进行合成。的受体，通过引物的直链未端的延长进行合成。引引物
42、由物由不同的合成酶形成不同的合成酶形成,引物可以是麦芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖，甚引物可以是麦芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖，甚至是一个淀粉分子。至是一个淀粉分子。nADPnADP-G -G nADPnADP+(-1,4+(-1,4葡萄糖葡萄糖)n)nADPGADPG转葡糖苷酶转葡糖苷酶引物引物高等植物合成淀粉的主要途径是通过高等植物合成淀粉的主要途径是通过ADPGADPG转葡糖苷酶。转葡糖苷酶。2.2.支链淀粉的合成支链淀粉的合成:在植物中通过在植物中通过Q Q酶的酶的作用，催化作用，催化-1,4-1,4糖糖苷键转化为苷键转化为-1,6糖糖苷键，使直链淀粉苷键，使直链淀粉转化为支链淀粉转化为支链淀粉
43、.GATPADPG-6-PG-1-P(A)UTPPPi(A)UDPG(A)UDPG焦焦磷酸化酶磷酸化酶n(A)UDPG引物引物(G)(G)m m m2m2(A)UDPG(A)UDPG转糖苷酶转糖苷酶n(A)UDP（-1,4-G-1,4-G）n+mn+mQ Q酶酶（-1,6-1,6）分裂淀粉断片分裂淀粉断片,把断片移到把断片移到C C6 6上上形形成成-1,6-1,6-糖苷键支链糖苷键支链直链直链淀粉淀粉己糖激酶己糖激酶葡糖磷酸葡糖磷酸变位酶变位酶（三）糖原的合成（三）糖原的合成1.G-1-P1.G-1-P在在 UDPGUDPG焦磷酸化酶催焦磷酸化酶催化下生成化下生成UDPGUDPG。2.2.糖
44、原合成酶催化下糖原合成酶催化下,UDPG,UDPG将将G G残基加到糖原引物非还原残基加到糖原引物非还原端形成端形成-1,4-1,4糖苷键。糖苷键。3.3.由糖原分支酶催化，将由糖原分支酶催化，将-1,41,4糖苷键转换为糖苷键转换为-1,6-1,6糖糖苷键苷键,形成有分支的糖原。形成有分支的糖原。糖原代谢关键酶糖原代谢关键酶糖原分解糖原分解:磷酸化酶磷酸化酶糖原合成糖原合成:糖原合成酶糖原合成酶G+ATP G-6-P+ADP 葡糖葡糖磷酸变位酶磷酸变位酶G-1-PUDPGUDPG焦磷焦磷酸化酶酸化酶UDPG糖原合成酶糖原合成酶R R引物引物R-1,4R-1,4萄葡糖链萄葡糖链糖原分支酶糖原分
45、支酶糖原糖原UDPADPATP己糖激酶己糖激酶UTPPPi磷酸化和去磷酸化的磷酸化和去磷酸化的共价修饰调节共价修饰调节（四）糖原的异生作用（四）糖原的异生作用许多非糖物质能在肝脏中转变为糖原，称糖的异生作用。许多非糖物质能在肝脏中转变为糖原，称糖的异生作用。1 1、糖异生途径、糖异生途径丙酮酸丙酮酸生物素生物素草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶糖异生的具体步骤基本上按糖酵解逆行过程进行。糖异生的具体步骤基本上按糖酵解逆行过程进行。但在酵解但在酵解中有三个激酶催化的反应中有三个激酶催化的反应(糖酵解中的第糖酵解中的
46、第1 1，3 3，1010步步)是不可是不可逆的，在糖异生中必需采取其它支路通过。逆的，在糖异生中必需采取其它支路通过。(1)(1)丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶H2OPi葡糖葡糖-6-磷酸磷酸磷酸酯酶磷酸酯酶(2)F-1,6-2P F-6-P(3)G-6-P GG-6-PG葡萄糖激酶葡萄糖激酶ATPADPH2OPi果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸磷酸酯酶磷酸酯酶F-1,6-2PF-6-P果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶ATPADP葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酯酶磷酸酯酶不可逆不可逆2 2、糖、糖异生的异生的调控调控 高浓度高浓度G-6-PG-6-P抑制己糖激酶，
47、活化抑制己糖激酶，活化G-6-PG-6-P磷酸酯酶，磷酸酯酶，从而抑制酵解，促进了糖异生。从而抑制酵解，促进了糖异生。丙酮酸羧化酶是糖异生的另一调节酶，其活性受乙丙酮酸羧化酶是糖异生的另一调节酶，其活性受乙酰辅酶酰辅酶A A和和ATPATP激活激活,受受ADPADP抑制。抑制。F-1,6-2PF-1,6-2P磷酸酯酶是糖异生的关键酶，果糖磷酸激磷酸酯酶是糖异生的关键酶，果糖磷酸激酶是糖酵解的关键调控酶。酶是糖酵解的关键调控酶。ATPATP抑制后者，激活前者。抑制后者，激活前者。F-2,6-2PF-2,6-2P是调节两酶活性的强效应物。当是调节两酶活性的强效应物。当G G含量丰富时，含量丰富时，
48、激素调节使激素调节使F-2,6-2PF-2,6-2P增加，从而激活果糖磷酸激酶活性，增加，从而激活果糖磷酸激酶活性，并强烈抑制并强烈抑制F-1,6-2PF-1,6-2P磷酸酯酶活性，从而加速酵解，减磷酸酯酶活性，从而加速酵解，减弱糖异生。弱糖异生。例1 增加以下各种代谢物的浓度对糖酵解有什么影响？葡萄糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸柠檬酸果糖-2,6-二磷酸答答 由于葡萄糖由于葡萄糖-6-磷酸浓度的增加提高了葡萄糖磷酸浓度的增加提高了葡萄糖-6-磷酸异构磷酸异构酶的底物水平，且以后酵解途径各步反应的底物水平也随之提高，酶的底物水平，且以后酵解途径各步反应的底物水平也随之提高，从而增加了酵解的速
49、度。然而，从而增加了酵解的速度。然而，G-6-P也是己糖激酶的一个别构也是己糖激酶的一个别构抑制剂，因此高浓度的抑制剂，因此高浓度的G-6-P可通过减少葡萄糖进入酵解途径而可通过减少葡萄糖进入酵解途径而抑制酵解。抑制酵解。果糖果糖1,6-二磷酸是果糖磷酸激酶催化反应的产物，果糖磷酸激二磷酸是果糖磷酸激酶催化反应的产物，果糖磷酸激酶是酵解过程中主要的调控点。增加果糖酶是酵解过程中主要的调控点。增加果糖-1,6-二磷酸的浓度等于二磷酸的浓度等于增加了所有随后糖酵解途径的反应的底物水平，所以提高了酵解增加了所有随后糖酵解途径的反应的底物水平，所以提高了酵解的速度。的速度。柠檬酸是柠檬酸循环的一个中间
50、产物，同时也是果糖磷酸激酶柠檬酸是柠檬酸循环的一个中间产物，同时也是果糖磷酸激酶的反馈抑制剂，因而柠檬酸浓度的增加降低了酵解反应的速度。的反馈抑制剂，因而柠檬酸浓度的增加降低了酵解反应的速度。果糖果糖-2,6-二磷酸是磷酸果糖激酶的激活因子，因而可以增加酵二磷酸是磷酸果糖激酶的激活因子，因而可以增加酵解的反应速度。解的反应速度。例2 如果用14C标记在葡萄糖的1或者3或者5位碳 经酵解途径产生的丙酮酸的那个碳原子被标记？答答：本本题题重重点点在在于于考考查查葡葡萄萄糖糖经经酵酵解解进进行行降降解解的的代代谢谢途途径径。需需要要掌掌握握糖糖酵酵解解途途径径，尤尤其其是是己己糖糖转转化化为为丙丙糖