第9章 糖代谢9.1 多糖和低聚糖的酶促降解9.1.1 淀粉的 酶促降解9.1.2 纤维素的酶促降解 9.2 糖的分解代谢9.2.1 糖酵解 9.2.2 糖的有氧分解 9.2.3 乙醛酸循环三羧酸循环支路9.2.4 戊糖磷酸途径 9.2.5 葡糖醛酸代谢途径9.3 糖的合成代谢9.3.1 糖原的合成 9.3.2 蔗糖的合成 9.3.3 淀粉的合成 9.3.4 糖原的异生作用9.1 多糖和低聚糖的酶促降解 P226 v糖、脂肪和蛋白质的合成途径各有不同，但分解途径有共同点：产生酮酸后，有氧时经三羧酸循环被氧化成CO2和水；v糖类中多糖和低聚糖，由于分子大，不能通过细胞膜，所以在被生物体利用之前必须水解成单糖;v多糖水解依靠酶催化；水解糖类的酶糖酶 （阅读）v分多糖酶和糖苷酶两类:（1） 多糖酶:水解多糖类；多糖酶种类很多：如淀粉酶、纤维素酶、果胶酶等；（2） 糖苷酶:水解简单糖苷及二糖；v多糖需在多种糖酶作用下水解成为单糖；9.1.1 淀粉的酶水解v淀粉酶：水解淀粉的酶；淀粉酶有两种1.-淀粉酶：水解淀粉(或糖原)任何部位的-1,4糖苷 键； 主要存在于动物体中(如唾液中的唾液酶)； 2.-淀粉酶：从非还原端开始水解淀粉中的-1,4糖苷 键变成麦芽糖单位；主要存在于植物种子和块根内；淀粉酶水解淀粉的产物v麦芽糖和麦芽糖与糊精的混合物：淀粉糊精麦芽糖-淀粉酶和-淀粉酶不能水解-1,6糖苷键v-1,6糖苷键酶：水解淀粉-1,6糖苷键的酶；v如植物中的R-酶，小肠粘膜的-糊精酶等；二糖的酶水解v二糖酶：蔗糖酶、麦芽糖酶、乳糖酶等；都属糖苷酶类；（1）蔗糖酶：蔗糖 D-葡萄糖 + D-果糖； （2）麦芽糖酶：麦芽糖 2D-葡萄糖； （3）乳糖酶：乳糖 D葡萄糖 + D-半乳糖；v3种酶广泛分布于微生物、人体及动物小肠液中；v人和动物小肠能直接吸收单糖，通过毛细血管进入血循环，然后进入细胞进行代谢；9.1.2 纤维素的酶促降解 P227v自学。9.2 糖的分解代谢 P228v葡萄糖是很多生物的主要能源，是生物界最普遍、最典型的能源；v所以：以葡萄糖为研究对象研究其在生物体内的代谢；v糖、脂肪、蛋白质、核酸等的新陈代谢不是彼此孤立的，相互间密切联系不可分割；糖代谢方式v生物界糖代谢方式有多种；v不同生物体不同环境条件下采用多种糖代谢途径（方式）；v本章主要讨论真核生物对葡萄糖的代谢途径。葡萄糖（或糖原）分解和产能的3条途径1. 在无氧情况下：葡萄糖（糖原）经酵解生成丙酮酸，再还原成乳酸：葡萄糖 丙酮酸 乳酸2. 在有氧情况下：葡萄糖(糖原)经三羧酸循环彻底氧化为H2O和CO2 ，生成大量ATP；丙酮酸 CO2 + H2O3. 葡萄糖(糖原)经戊糖磷酸循环被氧化为H2O和 CO2；9.2.1 糖酵解 P228v糖的无氧酵解：糖酵解；v糖酵解是动物、植物和微生物共同存在的糖代谢途径；v糖酵解是葡萄糖在细胞液中经历十步反应，无氧分解生成丙酮酸，并伴随ATP生成的过程：葡萄糖 ATP 丙酮酸v发现糖酵解作用（glycolysis）的两位科学家：Hans Buchner和Edward Buchner；糖酵解形成的丙酮酸有三条代谢去路细胞模拟图线粒体细胞质糖酵解作用的生物学功能1. 葡萄糖降解产生ATP（释放能量）；2. 中间产物为机体提供生物合成所需的物质（碳骨架）；糖酵解途径概述v糖酵解途径在细胞胞浆（液）中进行；v全过程共经历3个阶段，10步反应；v消耗2分子ATP，生成4分子ATP：净生成2分子ATP；v生成2分子NADH；v熟记糖酵解过程!v请看P235图9-4：概述。糖 酵 解 途 径 概 貌1.耗能阶段3.产能阶段2.生成丙酮磷酸糖酵解途径详述1. 己糖磷酸酯的生成，是耗能阶段： 共经历3步反应，消耗两分子ATP：葡萄糖 - 葡萄糖-6-磷酸 -果糖-6-磷酸 - 果糖-1,6-二磷酸（1）葡萄糖磷酸化： vD-葡萄糖分子在第6位磷酸化，形成葡萄糖-6-磷酸： v消耗1分子ATP（能量）；调控点葡糖激酶1）这是一个磷酸基团转移的反应v反应消耗能量（第一次使用ATP），基本不可逆；vATP的-磷酸基团在己糖激酶(或葡萄糖激酶，存在于肝脏中)的催化下,转移到葡萄糖分子上；v反应必需有Mg2+存在；2）己糖激酶：一种调控（节）酶v激酶：能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用， 转移磷酸基团的一类酶，属于合成酶类（第6类酶）；v己糖激酶：是调控酶（别构酶类），受其催化的反应产物葡萄糖-6-磷酸和ADP的变构抑制（葡萄糖分子诱发其构象变化）；v它的底物不止限于D-葡萄糖，对其他六碳糖如D-甘露糖、D-果糖、氨基葡萄糖都有催化作用；3）这是糖酵解途径途径的调控（节）点之一；4）该步的逆反应（糖异生作用途径）由葡萄糖-6-磷酸酯酶催化； （2）葡萄糖-6-磷酸异构化形成果糖-6-磷酸v这是可逆反应，反应物和产物保持或接近平衡状态；v磷酸葡萄糖异构酶有绝对的底物专一性和立体专一性，许多磷酸糖是该酶的竞争性抑制剂。（3） 果糖-6-磷酸形成果糖-1,6-二磷酸1）这是糖酵解过程中的第二个磷酸化反应，也是糖酵解 过程使用第二个ATP分子的反应，反应基本不可逆 ；v催化此反应的酶为磷酸果糖激酶，需Mg2+；关键调控点2）这是EMP途径的第二个调控点，关键调控点：v磷酸果糖激酶：是EMP途径的关键调节酶和限速酶；v一种变构酶，催化效率很低，糖酵解速度严格依赖该酶的活力水平，是哺乳动物糖酵解途径最重要的关键调控酶；v活性受许多因素控制：ATP、ATP/AMP比值、柠檬酸等； 3）该步的逆反应（糖异生作用途径）由果糖-1,6-二磷酸（酯）酶催化；为什么限速酶不是己糖激酶而是磷酸果糖激酶v因己糖激酶的底物葡萄糖-6-磷酸还有别的代谢去路：转变为糖原、经戊糖磷酸途径氧化；v所以，己糖激酶的活性受到抑制后，葡萄糖-6-磷酸并不会积累，因而酵解可继续进行；2. 丙糖磷酸的生成 P230v共经历 两步反应：（1）果糖-1,6-二磷酸-甘油醛-3-磷酸（2）二羟丙酮磷酸-甘油醛-3-磷酸(4)果糖-1,6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸v这是一个由六碳糖裂解为两个三碳糖的反应过程；v二羟丙酮磷酸须转变为甘油醛-3-磷酸才能进入糖酵解途径； （5）二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸v二羟丙酮磷酸和甘油醛-3-磷酸在丙糖磷酸异构酶催化下可以互变；（醛酮化合物的互变异构关系）； 3. 甘油醛-3-磷酸转变为丙酮酸，放能阶段v包括氧化-还原反应、磷酸化反应，这些反应是从甘油醛-3-磷酸提取能量形成ATP分子的过程；甘油醛-3-磷酸 - 1,3-二磷酸甘油酸 -3-磷酸甘油酸 - 2-磷酸甘油酸 -磷酸烯醇式丙酮酸 - 丙酮酸 并产生4分子ATP；（6）甘油醛-3-磷酸氧化和磷酸化生成1,3-二磷酸甘油酸甘油醛-3-磷酸 1,3-二磷酸甘油酸（高能 ） 1） 甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化，由NAD+和Pi参加；v 醛基氧化释放的能量推动了1,3-二磷酸甘油酸的形成 ， 这是一个酰基磷酸；v酰基磷酸：具有高能磷酸基团转移势能的化合物；该酶受重金属离子和碘乙酸 抑制重金属离子和烷化剂能抑制该酶活性v烷化剂如碘乙酸可与酶活性中心的-SH基结合，抑制该酶活性；2）这是糖酵解过程中的一步重要反应，有氧时产能v在甘油醛-3-磷酸的醛基氧化为羧基时，将氧化过程产生的能量通过氧化磷酸化过程（呼吸链）贮存到ATP的分子中： 有氧时：NADH+ + H进入呼吸链产生2.5分子ATP； 无氧时：NADH+ + H将H和电子交给丙酮酸等，形成乳 酸或其他发酵产物，如乙醇；（7）1,3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成ATP，本身转变为3-磷酸甘油酸(3-PG）vl,3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶催化下，将其以高能酸酐键连接在碳1位上的高能磷酸基团转移到ADP分子上，形成ATP分子；1）这一过程称底物磷酸化，即代谢物氧化直接产能；2） 这一步反应是糖酵解过程开始收获的阶段；v此过程产生第一个ATP，是底物水平磷酸化产能（代谢物氧化直接产能）；3）砷酸盐起解偶联作用v砷酸盐在结构和反应方面和无机磷酸极为相似，能与 磷酸竞争同高能硫酯中间物结合，形成不稳定的1-砷 酸-3-磷酸甘油酸；v1-砷酸-3-磷酸甘油酸不是高能磷酸化合物，也水解成 3-磷酸甘油酸，但没有磷酸化作用；v因此：砷酸使这一步的氧化和磷酸化作用解偶联。（8） 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸v由3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸是为酵解过程的下一步骤准备条件；v变位酶（mutase）：催化分子内化学基团移位的酶；（9）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸v磷酸烯醇式丙酮酸是高能磷酸化合物；v氟化物是该酶的强烈抑制剂：氟与镁和无机磷酸形成一个复合物，取代酶分子上镁离子的位置，使酶失活。 氟化物是该酶强烈 抑制剂（10）磷酸烯醇式丙酮酸转变为烯醇式丙酮酸，产生1分子ATPv磷酸基团由磷酸烯酸式丙酮酸转移到ADP上形成ATP (底物磷酸化产能)，同时形成烯醇丙酮酸；v是不可逆反应；v需要2价阳离子参与，如Mg2+和Mn2+；调控点1）这是EMP途径通过底物水平磷酸化产生的第二个ATP;2）这是EMP途径的第三个调控点，控制丙酮酸的产生；v丙酮酸激酶是糖酵解途径中的一个重要别构调节酶；ATP、长链脂肪酸、乙酰-COA、丙氨酸都对该酶有抑制作用；果糖-1,6-二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用（10，11） 丙酮酸的生成 v这一步不需酶催化，因烯醇丙酮酸极不稳定，很容易自动变为比较稳定的丙酮酸。 4. 丙酮酸的继续氧化（丙酮酸的去路）v所有机体从葡萄糖到丙酮酸的酵解途径十分相似，而丙酮酸以后的途径却各不相同；（1）变为乙酰-CoA：v有氧条件下，丙酮酸进入线粒体变成乙酰-CoA，参加三羧酸循环被彻底氧化成CO2和H2O。（2）还原为乳酸：v某些厌氧乳酸菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时缺氧状态时等，丙酮酸在乳酸脱氢酶催化下，还原为乳酸：n 甘油醛-3-磷酸脱氢时被还原的NADH，在此步反应中被氧化，以保证辅酶的周转；乳酸脱氢酶剧烈运动后肌肉发酸的原因v人在突然剧烈运动后，因细胞氧供应不足，甘油醛-3-磷酸脱氢被还原的NADH不能进入呼吸链氧化和产能，细胞只能用糖酵解产生的ATP暂时满足运动所需能量。为使甘油醛-3-磷酸继续氧化，即糖酵解继续进行，必须提供NAD+，丙酮酸作为NADH的氢受体被还原成乳酸，使细胞在无氧条件下重新生成NAD+。产生的乳酸在肌肉中积累导致酸痛。v乳酸重新进入血液回到肝脏，异生成为葡萄糖，继续代谢，酸痛解除。（3）生成乙醇（生醇发酵）：v在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸在脱羧酶催化下失去CO2生成乙醛，然后接受甘油醛-3-磷酸脱下的氢被还原生成乙醇：糖酵解过程能量的变化 P236 表9-1，2 有氧时糖酵解产生的ATP量v有氧情况下，糖酵解途径产生的NADH2进入呼吸链产能v有氧时生物体对葡萄糖的利用率高于无氧时！糖酵解的调控 P237 v三个调控酶，三个调控点；v其中：果糖磷酸激酶是关键限速酶；总结vP235图9-4：1. 各反应和中间物2. 催化每步