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第八章 糖代谢 第一节 糖酵解（ Glycolysis ） 第二节 丙酮酸的去路 第三节 三羧酸循环（ TCA ） 第四节 蔗糖和多糖的分解 第五节 乙醛酸循环途径 第六节 磷酸戊糖途径

第八章 糖代谢 第一节 糖酵解（ Glycolysis ） 第二节 丙酮酸的去路 第三节 三羧酸循环（ TCA ） 第四节 蔗糖和多糖的分解 第五节 乙醛酸循环途径 第六节 磷酸戊糖途径 第七节 糖类的合成 第八节 血糖水平的调节. 第一节 糖酵解 （ Glycolysis ）. 概念：糖酵解是描述葡萄糖通过 果糖二磷酸酯 的途径降解为丙酮酸并提供 ATP 的一系列反应。 它是首先被阐明的代谢途径，由于 G.Emlden, O.Meyerhof, J.K.Parnas 三人的贡献最大，又称 EMP 途径。. 一、化学历程（三个阶段 10 个反应）.

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第八章 糖代谢 第一节 糖酵解（ Glycolysis ） 第二节 丙酮酸的去路 第三节 三羧酸循环（ TCA ） 第四节 蔗糖和多糖的分解 第五节 乙醛酸循环途径 第六节 磷酸戊糖途径

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  1. 第八章 糖代谢 • 第一节 糖酵解（Glycolysis） • 第二节 丙酮酸的去路 • 第三节 三羧酸循环（TCA） • 第四节 蔗糖和多糖的分解 • 第五节 乙醛酸循环途径 • 第六节 磷酸戊糖途径 • 第七节 糖类的合成 • 第八节 血糖水平的调节

  2. 第一节 糖酵解（Glycolysis） • 概念：糖酵解是描述葡萄糖通过果糖二磷酸酯的途径降解为丙酮酸并提供ATP的一系列反应。 • 它是首先被阐明的代谢途径，由于G.Emlden, O.Meyerhof, J.K.Parnas三人的贡献最大，又称EMP途径。

  3. 一、化学历程（三个阶段10个反应） 1、己糖的磷酸化（活化过程）——（已糖磷酸化，异构化，再磷酸化） 2、磷酸己糖的裂解——二步反应 3、丙酮酸的生成——一步脱氢反应,二步底物水平磷酸化反应(产生ATP)

  4. 1）G的磷酸化（-ATP） 要点： 1.葡萄糖进入细胞后首先的反应的是磷酸化； 2.磷酸化后葡萄糖即不能自由通过细胞膜而逸出细胞； 3.己糖激酶催化； 4.由ATP的磷酸基团转移给接受体的反应都由激酶催化； 5.需M2+； 6.基本上是不可逆的； 7.哺乳类动物体内已发现有四种己糖激酶同功酶，分别为Ⅰ至Ⅳ型； 8.肝细胞中存在的是，称为葡萄糖激酶： a.它对葡萄糖的亲和力很低，Km值很高； b.此酶的另一个特点是受激素控制．　　

  5. 2）G-6-P的异构化 是需要M2+参与的可逆反应 3）F-6-P再磷酸化（-ATP） a.由磷酸果糖激酶 -Ⅰ催化；b.是非平衡反应，倾向于生成1,6-双磷酸果糖。

  6. 4）1,6-二磷酸果糖的裂解 （1）此步反应是可逆的 （2）由醛缩酶（alkolase）催化，而且有利于已糖的合成，所以称为醛缩酶 （3）最终产生2分子丙糖，即磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛。

  7. 5）磷酸丙糖的互变 （1）3­-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮是同分异构 （2）在磷酸丙糖异构酶催化下可互相转变

  8. 6）3-P-甘油醛的氧化（唯一的氧化反应） （1）由3-磷酸甘油醛脱氢酶催化 （2）以NAD+为辅酶接受和电子，生成NADH+H+。 （3）参加反应的还有无机磷酸，当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，可将能量转移至ADP，生成ATP.

  9. 7）3-P-甘油酸的生成（+ATP） （1）磷酸甘油酸激酶催化混合酸酐上的磷酸从羧基转移到ADP，形成ATP和3-磷酸甘油酸，反应需要Mg2+. (2) 这是酵解过程中第一次产生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称为底物水平磷酸化作用。

  10. 8）3-P-甘油酸异构化为2-P-甘油酸 COO—COO— | 磷酸甘油酸变位酶| HC—OH HC—OP | | H2C—OP H2C—OH 甘油酸-3-磷酸甘油酸-2-磷酸 （1）磷酸甘油酸变位酶催化磷酸基从 3-磷酸甘油酸的C3位转移到C2 （2）Mg2+是必需的。

  11. 9）2-P-甘油酸脱水形成PEP

  12. 10）丙酮酸的生成（+ATP） （1）由丙酮酸激酶催化的。 （2）丙酮酸激酶的作用需要K+和Mg2+参与。 （3）在胞内这个反应是不可逆的。 （4）糖酵解途径中第二次底物水平磷酸化。

  13. 二、EMP的讨论（以G为底物） • 1、细胞定位：细胞质 总反应式：C6H12O6+2NAD++2ADP→2C3H4O3+2NADH+2H++2ATP • 2、EMP反应中大部分可逆，只有已糖激酶（1），磷酸已糖激酶（3），丙酮酸激酶（10）催化的反应不可逆，这三个反应称限速反应，三种酶称限速酶。 • 3、EMP中ATP的计量 • 反应 ATP的变化 • 1） G→G-6-P -1 • 3） F-6-P →FDP -1 • 7） 1,3-二磷酸甘油酸 → • 3-磷酸甘油酸 +2 • 10） PEP → 丙酮酸 +2 • 净变化 +2 产能效率：31%

  14. 4、EMP的生理意义 (1)在缺氧情况下快速释放能量，使机体仍能进行生命活动，这对肌肉收缩更为重要． (2)成熟的红细胞没有线粒体，完全依赖糖酵解提供能量． (3)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． (4)酵解过程的中间产物可为机体其它生物合成提供碳架。

  15. 三、糖酵解的调节 • 糖酵解途径的中三个不可逆反应分别为： • 己糖激酶 • 磷酸果糖激酶 糖酵解途径的调节酶 • 丙酮酸激酶

  16. 1、己糖激酶对糖酵解的调节 (1)己糖激酶为变构酶，受其产物葡萄糖-6-磷酸的强烈抑制；葡萄糖激酶分子内不存在葡萄糖-6-磷酸的变构部位，故不受葡萄糖-6-磷酸的影响。 (2)长链脂酰CoA对其有变构抑制作用，着在饥饿时减少肝和其他组织摄取葡萄糖有一定意义． (3)胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进酶的合成．

  17. 2、磷酸果糖激酶-Ⅰ是控制糖酵解的关键酶（限速酶）2、磷酸果糖激酶-Ⅰ是控制糖酵解的关键酶（限速酶） (1)变构调节 ① 6-磷酸果糖激酶-Ⅰ是一四聚体，受多种变构调节剂的影响． ② ATP和柠檬酸是6-磷酸果糖激酶-Ⅰ的变构抑制剂． ③ 6-磷酸果糖激酶-Ⅰ的变构激活剂有AMP，ADP，1,6-二磷酸果糖和2,6-二磷酸果糖． ④ 1,6-二磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-Ⅰ的反应产物，这中产物正反馈作用是比较少见的，它有利于糖的分解． ⑤ 果糖-2，6-二磷酸是6-磷酸果糖激酶-Ⅰ最强的的变构激活剂． ⑥ 果糖-2，6-二磷酸由6-磷酸果糖激酶-Ⅱ催化6-磷酸果糖C2磷酸化而成． ⑦6-磷酸果糖激酶-Ⅱ实际上是一种双功能酶，在酶蛋白中具有两个分开的催化中心，故同时具有6-磷酸果糖激酶-Ⅱ和果糖双磷酸酶-Ⅱ两种活性．

  18. 反 应 速 度 低浓度ATP 高浓度ATP 0 果糖-6-磷酸浓度 (2)共价修饰 ① 6-磷酸果糖激酶-Ⅱ或果糖双磷酸酶-Ⅱ还可在激素作用下，以共价修饰方式进行调节． ② 胰高血糖素通过cAMP及依赖cAMP的蛋白激酶磷酸化，磷酸化后其激酶活性减弱而磷酸酶活性升高． ③ 磷蛋白磷酸酶将其去磷酸后，酶活性的变化则相反．

  19. + + — — Pi 2，6-二磷酸果糖合成和降解的调控 F-6-P 去磷酸化的前后酶 ATP Pi 低血糖 F-2,6-BP F-6-P ADP H2O 磷酸化的前后酶 F-6-P

  20. 3、丙酮酸激酶对糖酵解的调节 (1)果糖-1,6-二磷酸是丙酮酸激酶的变构激活剂，而长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP则有抑制作用． (2)在肝内丙氨酸也有变构抑制作用． (3)共价修饰方式调节 ① 依赖cAMP的蛋白激酶和依赖Ca2+、钙调蛋白的蛋白激酶均可使其磷酸化而失活． ② 胰高血糖素可通过cAMP抑制丙酮酸激酶的活性．

  21. — — — + + 丙酮酸激酶催化活性控制关系图 磷酸化的丙酮酸激酶 （低活性） Pi H2O ADP 低血糖 Pi ATP 去磷酸化的丙酮酸激酶 （高活性） 果糖-1，6-二磷酸 ATP 丙氨酸

  22. 4、共同调节 (1)当能量消耗多，细胞内ATP/AMP比值降低时， 6-磷酸果糖激酶-Ⅰ和丙酮酸激酶均被激活，加速葡糖的分解．反之,细胞内ATP的储备丰富时，通过糖酵解分解的葡萄糖就少． (2)正常进食时，肝亦仅氧化少量葡萄糖，主要由氧化脂肪获得能量． (3)进食后，胰高血糖素分泌减少，胰岛素分泌增加，果糖-2，6-二磷酸的合成增加，加速糖循糖酵解途径分解，主要是生成乙酰CoA以合成脂肪酸． (4)饥饿时，胰高血糖素分泌增加，抑制了果糖-2，6-二磷酸的合成和丙酮酸激酶的活性，即抑制糖酵解，这样才能有效地进行糖异生，维持血糖的水平．

  23. 第二节 丙酮酸的去路 • 丙酮酸的无氧降解 • 丙酮酸的有氧降解（氧化脱羧成CH3COCoA）

  24. 1、生成乳酸 • 一、丙酮酸的无氧降解 • 在无氧条件下，把糖酵解中生成的NADH中的H交给丙酮酸生成乳酸的过程称为乳酸发酵。 • 剧烈活动的肌肉细胞、胡萝卜根、玉米、豌豆和马铃薯在无氧条件下。 • 利用乳酸发酵还可以制造酸牛奶、泡菜等。

  25. 2、乙醇发酵 • 在无氧条件下，把糖酵解中生成的NADH中的H交给丙酮酸脱羧产物乙醛生成乙醇的过程称为乙醇发酵。 在大多数植物和微生物中，在有些可以厌氧生长的生物如酵母中.

  26. 二、丙酮酸的有氧降解（氧化脱羧成CH3COCoA） 1、总反应式： 丙酮酸脱氢酶系 CH3COCOO-+HS-CoA+NAD+ TPP、FAD、硫辛酸 CH3CO-SCoA+CO2+NADH+H+

  27. 葡萄糖有氧氧化的概况 O2 O2 O2 H2O H++e 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 6-磷酸 葡萄糖 乙酰 CoA CO2 线 粒 体 胞 液 （第一阶段） （第二、三阶段）

  28. 2、丙酮酸脱氢酶系组成与装配 1） 三种酶： • a)丙酮酸脱氢酶（PDH） b)二氢硫辛酸转乙酰酶（DLT） c)二氢硫辛酸脱氢酶（DLDH） • 若干调控酶（对丙酮酸氧化脱羧起调控作用） • 2）若干辅助因子：TPP、硫辛酸、CoA-SH、NAD+、FAD、Mg2+等。

  29. 大肠杆菌中的丙酮酸脱氢酶复合物为圆球状多面体，由3种酶60条多肽链和6种辅因子组成;大肠杆菌中的丙酮酸脱氢酶复合物为圆球状多面体，由3种酶60条多肽链和6种辅因子组成; • X-射线研究表明，有8个硫辛酸转乙酰酶的三聚体组合在一起，形成中空的方型结构，其他两种酶与这个核心结合，成为一体。

  30. 3、丙酮酸氧化脱羧的机理 • 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP-E1; • 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）催化使羟乙基-TPP-E1上的羟乙基被氧化成乙酰基，同时转移给硫辛酰胺，形成乙酰硫辛酰胺-E2； • 二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）还催化乙酰硫辛酰胺的乙酰基转移给CoA生成乙酰CoA，离开酶复合体，同时氧化过程中的2个电子使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基； • 二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）使还原的二氢硫辛酰胺脱氢重新生成硫辛酰胺，以进行下一轮反应．同时将氢传递给FAD，生成FADH2； • 在二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）催化下，将FADH2上的H转移给NAD+,形成NADH+H+.

  31. 4、砷化物对硫辛酰胺的毒害作用 5、丙酮酸脱氢酶系的调控 （1）产物控制 即由NADH和乙酰-CoA控制。这两种产物表现的抑制作用是和酶的作用底物NAD+和CoA竞争酶的活性部位，是竞争性抑制。乙酰-CoA抑制E2， NADH抑制E3。如果[NADH] / [NAD+]和[乙酰-CoA] / [CoA]的比值高，E2则处于与乙酰基结合的形式，这时不可能接受在E1上与TPP结合着的羟乙基基团，使E1上的TPP停留在与羟乙基结合的状态，从而抑制了丙酮酸脱羧作用的进行。 （2）磷酸化和去磷酸化的调控 E1的磷酸化和去磷酸化是使丙酮酸脱氢酶复合体失活和激活的重要方式。在处于丙酮酸脱氢酶复合体核心位置的E2分子上结合着两种特殊的酶，一种称为激酶，另一种称为磷酸酶。激酶使丙酮酸脱氢酶组分磷酸化，磷酸酶则是脱去丙酮酸脱氢酶的磷酸基团，从而使之活化。Ca2+通过激活磷酸酶的作用，也使丙酮酸脱氢酶活化。

  32. 第三节 三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA） • TCA循环：指从乙酰CoA与OAA缩合成柠檬酸，再经一系列氧化、脱羧，重新产生OAA的循环过程，乙酰基则在循环中氧化成CO2放出。（脱羧） • Krebs循环1937年由德国科学家Hans Krebs提出，1953年获诺贝尔奖。

  33. 一、TCA循环的化学历程 1、柠檬酸的合成 2、  异柠檬酸的形成

  34. 3、异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸—第一次脱氢、脱羧3、异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸—第一次脱氢、脱羧 草酰琥珀酸

  35. COCOO—COCOO— │异 异柠檬酸脱氢酶│ CHCOO CH2 + CO2 │ │ CH2COO — CH2COO — 草酰琥珀酸 α-酮戊二酸

  36. 4、α-酮戊二酸氧化脱羧 COO — COO — │ │ CH2 α-酮戊二酸CH2 │ 脱氢酶系 │ CH2+NAD++HSCoA CH2 │ │ C=O CO—S—CoA │ COO—琥珀酰CoA +CO2+NADH+H+

  37. 5、琥珀酸的生成 CH2COSCoA 琥珀酸硫激酶CH2COO— │ +Pi+GDP │ CH2COO—ADP CH2COO— ATP 琥珀酰CoA 琥珀酸 GTP+ADP======GDP+ATP GTP + CoASH

  38. 6、琥珀酸生成延胡索酸 CH2COO—琥珀酸脱氢酶 CHCOO— │ + FAD ‖ + FADH2 CH2COO——OOCCH 琥珀酸 延胡索酸

  39. 7、苹果酸的生成 COO— COO— │ │ CH 苹果酸酶 HO—C—H ‖ + H2O │ HC H —C—H │ │ COO—COO— 延胡索酸 苹果酸

  40. 8、OAA再生 COO— COO— │ │ HOCH苹果酸脱氢酶 C=O │ + NAD+ │ + NADH+ H + H CHCH2 │ │ COO— COO— 苹果酸 草酰乙酸(OAA)

  41. O CH3-C-SCoA H2O NADH NADH NADH FADH2 GTP CoASH 三羧酸循环 （TCA） 柠檬酸 顺乌头酸 柠檬酸的生成阶段 草酰乙酸 NAD+ 苹果酸 异柠檬酸 NAD+ 草酰乙酸 再生阶段 氧化脱 羧阶段 +CO2 延胡索酸 －酮戊二酸 NAD+ FAD +CO2 琥珀酰CoA 琥珀酸

  42. 总 结 1、TCA循环以乙酰CoA为底物，循环进行一周，消耗一分子乙酰CoA，经过二次脱羧，四次脱氢，一次底物水平磷酸化被完全分解； 2、总反应： CH3COSCOA+3NAD++FAD+ADP+Pi+2H2O →2CO2+3NADH+3H + +FADH2+ATP 3、细胞定位：线粒体基质中，整个循环单向进行。

  43. 二、G有氧分解的化学和能量计量 过程 产生ATP mol数 G净得2molATP ↓ 2（NADH+H+）→ 2×2（3）= 4（6） 2丙酮酸 ↓2（NADH+H+） → 2×3=6 2乙酰CoA 3） ↓ 2（NADH+H+） → 2×3 =6 4） ↓ 2（NADH+H+） → 2×3 =6 5） ↓ 底物水平磷酸化2×1 =2 6） ↓2(FADH2) → 2 ×2 =4 8） ↓ 2（NADH+H+） → 2×3 =6 4CO2+4H2O36或38

  44. 还原当量与ATP的转运 • 通过线粒体内膜的物质转运 • 还原当量的转运 • α-磷酸甘油穿梭：脑、心肌、骨骼肌 • 苹果酸-天冬氨酸穿梭：脑、心肌、肝、红肌 • ATP、ADP、Pi的转运

  45. 线粒体外NADH的氧化磷酸化作用 氧化磷酸化 （线粒体） 酵解 （细胞质） 磷酸甘油穿梭系统 苹果酸—天冬氨酸穿梭系统

  46. -磷酸甘油穿梭 NADH NAD+ （细胞液） 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油 线粒体内膜 FADH2 FAD NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2 （线粒体基质）

  47. 细胞液 线粒体内膜体 线粒体基质 NAD+ 苹果酸 Ⅰ 苹果酸 NAD+ 苹果酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶 草酰乙酸 谷氨酸 Ⅱ 谷氨酸 草酰乙酸 NADH+H+ NADH+H+ 谷草转氨酶 谷草转氨酶 呼吸链 天冬氨酸 -酮戊二酸 -酮戊二酸 天冬氨酸 Ⅲ Ⅳ （Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ为膜上的转运载体） 苹果酸-草酰乙酸穿梭作用

  48. 三、OAA的回补反应 1、PEP的羧化——植物和细菌中 COOH COOH│ │ PEP羧化酶 C=O C—O—P + CO2+H2O │ + Pi ‖ CH2 CH2 │ PEP羧激酶COOH PEP + CO2 + GDP OAA+GTP

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