第4章糖类代谢 carbonhydrate metabelism糖在动物体内的一般概况糖在动物体内的一般概况糖的分解供能糖的分解供能磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 葡萄糖异生途径葡萄糖异生途径糖原糖原糖代谢各途径之间的关系糖代谢各途径之间的关系本章主要内容一、糖的生理功能1、能源2、机体重要的碳源3、细胞或组织的重要组成成分4、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等第一节第一节 糖在动物体内的一般概况糖在动物体内的一般概况血液中的葡萄糖。正常情况下，血糖浓度比较恒定，维持在一定范围内 ，主要受激素调控。当来源去路，高血糖 糖尿当来源去路，低血糖血糖（血糖（blood sugarblood sugar）第二节 糖的分解供能 概述 一、糖酵解 二、丙酮酸形成乙酰辅酶A 三、柠檬酸循环 四、葡萄糖完成氧化产生的ATP 一、教学目的掌握糖酵解途径的基本过程和糖酵解途径 的几种关键酶及相关知识；学会计算糖酵 解过程中ATP产生和消耗量；了解糖酵解 的生理意义。掌握柠檬酸循环途径的主要 步骤、关键酶及相关概念；了解丙酮酸形 成乙酰辅酶A的基本过程，掌握丙酮酸脱氢 酶复合体的组成及基本概念；了解柠檬酸 循环的生理意义及调控；掌握柠檬酸循环 的主要特点；掌握葡萄糖完全氧化释放 ATP数的相关计算。 。 二、重点、难点: 1.糖酵解途径的基本过程 2.柠檬酸循环途径的主要步骤、关键酶及相 关概念。 3.葡萄糖完全氧化释放ATP数的相关计算。 葡萄糖在体内主要是分解供能，这个过程需要经过几十步 化学反应才完成，最终使含有6个碳的葡萄糖分解为3个二 氧化碳和水，同时释放出大量的能量来供机体使用。葡萄糖（6碳单位）2个3碳单位CO22 个2碳单位三羧酸循环CO 2 ATP CO2一、糖酵解（糖的无氧氧化） (一)、糖酵解的反应过程 糖酵解(glycolysis)的定义 在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖 酵解。 * 糖酵解的反应部位：胞浆 * 糖酵解分为两个阶段 第一阶段 由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径 (glycolytic pathway)。 第二阶段 由丙酮酸转变成乳酸。（一）葡萄糖分解成丙酮酸（一）葡萄糖分解成丙酮酸 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖己糖激酶葡萄糖 6-磷酸葡萄糖ATP Mg2+ ADP 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至型。肝细胞中存在的是型，也称 为葡萄糖激酶。它对葡萄糖的亲和力很低，Km值 为10mmolL左右，而其他己糖激酶的Km值在0 1mmolL左右 它的特点是： 对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控。 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖 磷酸己糖异构酶 6磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖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。 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖 6-磷酸葡萄糖激酶-1 6-磷酸果糖 1，6，双磷酸果糖ATP Mg2+ ADP6-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Mg2+参与，是不可逆的 反应。 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖醛缩酶 1，6，双磷酸果糖 磷酸二羟丙酮 + 3-磷酸甘油醛 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。 磷酸丙糖的同分异构化 磷酸丙糖异构酶 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮是同分异构体.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。 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸 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+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。 1,3-1,3-二磷酸甘油酸转变成二磷酸甘油酸转变成3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 1 1，3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3 -3 -磷酸甘油酸磷酸甘油酸ADP Mg2+ ATPADP Mg2+ ATP底物分子内部能量重新分布，释放高能键，使底物分子内部能量重新分布，释放高能键，使ADPADP磷磷 酸化生成酸化生成ATPATP的过程，称为底物水平磷酸化。的过程，称为底物水平磷酸化。 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸: 反应是可 逆的 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶 2磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 +H2O2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。 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 并通过 底物水平磷酸化生成ATP丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸ADP ATP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。（二）丙酮酸转变成乳酸乳酸脱氢酶 丙酮酸+NADH+H+ 乳酸+NAD+反应中的NADH+H+ 来自于上述第6步反应 中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应 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。目 录E1:己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶 NAD+ 乳 酸 糖酵解的代谢途径GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2P ATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 丙 酮 酸 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 E2E1E3NADH+H+ 目 录糖酵解小结糖酵解小结 反应部位：胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应G G-6-P ATP ADP 己糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶-1 ADP ATP PEP 丙酮酸 丙酮酸激酶 目 录二、糖酵解的调节关键酶 己糖激酶 6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶 调节方式 别构调节 共价修饰调节 （二）糖酵解的生理意义 1. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方 式。 2. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要 供能途径。 无线粒体的细胞，如：红细胞 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细 胞目 录有氧氧化的反应过程 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 G（Gn） 第四阶段：氧化磷酸化 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP TAC循环 胞液 线粒体 目 录二、丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体 总反应式: 目 录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+ SS LCO2 CoASHNAD+NADH+H+5. NADH+H+ 的生成 1. -羟乙基-TPP的生成 2.乙酰硫辛酰 胺的生成 3.乙酰CoA 的生成4. 硫辛酰胺的生成 目 录目 录三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。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。所有的反应均在线粒体中进行。 三、三羧酸循环三、三羧酸循环 * 概述* 反应部位 CoASHNADH+H+NAD+COCO2 2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2O H2O CoASH CoASH H2O 柠檬酸合酶 顺乌头酸梅 异柠檬酸脱氢酶 -酮酮戊二酸脱氢氢酶复合体 琥珀酰CoA合成酶 琥珀酸脱氢酶 延胡索酸酶 苹果酸脱氢酶 GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶目 录小小 结结 三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。 TAC过程的反应部位是线粒体目 录 三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环， 消耗一分子乙酰CoA， 经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子 CO2， 1分子GTP。 关键酶有：柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶 整个循环反应为不可逆反应 三羧酸循环的中间产物 三羧酸循环中间 产物起催化剂的作用，本身无量的变化， 不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合 成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同 样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被 氧化为CO2及H2O。目 录表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的 草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可 被反复利用。但是，例如： 草酰乙酸 天冬氨酸 -酮戊二酸 谷氨酸 柠檬酸 脂肪酸 琥珀酰CoA 卟啉 机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互 配合的，TAC中的某些中间代谢物能够转 变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质 代谢之间的联系。 目 录 机体糖供不足时，可能引起TAC运转障碍， 这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸， 再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解。 草酰乙酸 草酰乙酸脱羧酶 丙酮酸 CO2 苹果酸 苹果酸酶 丙酮酸 CO2 NAD+ NADH + H+ 目 录* * 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。所以，草酰乙酸必须不断被