1、動物生物化學糖類代謝本章主要內容本章主要內容4 糖在動物體內的一般概況糖在動物體內的一般概況4 糖的分解供能糖的分解供能4 磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑 4 葡萄糖異生途徑葡萄糖異生途徑4 糖原的分解與合成糖原的分解與合成4 糖代謝各途徑之間的關系糖代謝各途徑之間的關系 動物機體主要的能源和碳源動物機體主要的能源和碳源 提供提供70%的能量，神經系統、胎兒和乳的合成消耗更多的葡萄糖為氨基酸的能量，神經系統、胎兒和乳的合成消耗更多的葡萄糖為氨基酸和脂肪合成提供和脂肪合成提供C的來源的來源 構成組織細胞的成分構成組織細胞的成分 核酸中的核糖，結締組織中的蛋白多糖，核酸中的核糖，結締組織中的蛋白多糖，

2、細胞膜上的糖脂和糖蛋白等細胞膜上的糖脂和糖蛋白等 其他方面其他方面 如信號傳導，免疫機能如信號傳導，免疫機能1.糖在動物體內的一般概況糖在動物體內的一般概況1.1 糖的生理功能糖的生理功能1.2 糖的來源和去路糖的來源和去路葡萄糖葡萄糖 意義意義 反映機體的能量水平，糖的分解和利用的動態平衡，對大腦、胎兒尤為反映機體的能量水平，糖的分解和利用的動態平衡，對大腦、胎兒尤為重要重要 激素的調節作用激素的調節作用 胰島素下調、胰高血糖素上調、腎上腺素上調、糖皮質激素上調胰島素下調、胰高血糖素上調、腎上腺素上調、糖皮質激素上調 糖尿糖尿 血糖水平相對恒定，超過腎糖閾值，葡萄糖隨尿排出血糖水平相對恒定，

3、超過腎糖閾值，葡萄糖隨尿排出1.3 血糖血糖 1897年，年，Buchner兄弟由蔗糖發酵成乙醇的實驗中發現。兄弟由蔗糖發酵成乙醇的實驗中發現。 酵解是在無氧或缺氧的條件下，葡萄糖或糖原分解成乳酸并且有能量（酵解是在無氧或缺氧的條件下，葡萄糖或糖原分解成乳酸并且有能量（ATP）釋放的過程。）釋放的過程。 總反應為總反應為: 葡萄糖葡萄糖 乳酸乳酸 + 能量能量 G. Embden 和和 Meyerhof揭示了其途徑。揭示了其途徑。 酵解途徑的酶系存在于胞液中。酵解途徑的酶系存在于胞液中。2.糖的分解代謝糖的分解代謝2.1 糖酵解糖酵解(Glycolysis)糖的無氧氧化糖的無氧氧化2+Mg A

4、TP -6- ADP 己糖激酶葡萄糖 葡萄糖磷酸 OHOHOHHHOHHOHCH2OPO3HOHCH2OHHCH2OPO3OHHHHOO葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸磷酸葡萄糖異構酶Mg2+2-2-第一階段第一階段 葡萄糖（葡萄糖（6C6C）斷裂變為）斷裂變為2 2個磷酸丙糖（個磷酸丙糖（3C3C） 注意，這個過程消耗了注意，這個過程消耗了2 2個個ATPATP分子分子不可逆反應不可逆反應OHCH2OHHCH2OPO3OHHHHOO果糖-6-磷酸OHCH2OPO3HCH2OPO3OHHHHOO果糖-1,6-二磷酸ATP+磷酸果糖激酶Mg2+2-2-2-OHCH2OPO3HCH2OPO3OHHH

5、HOO果糖-1,6-二磷酸CCH2OPO32-CH2OHOHCCCH2OPO32-OHHO二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸+醛縮酶2-2-丙糖磷酸異構酶二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸不可逆反應不可逆反應反應傾向生成磷酸甘油醛反應傾向生成磷酸甘油醛, ,往下以往下以2 2分子甘油醛分子甘油醛-3-P-3-P作為底物進行作為底物進行 第二階段第二階段 生成丙酮酸生成丙酮酸 在這個階段發生了氧化反應（生成在這個階段發生了氧化反應（生成NADH）和第一次形成了高能鍵，共產）和第一次形成了高能鍵，共產生了生了2個個ATP分子分子HCCCH2OPO32-OHHO甘油醛-3-磷酸NAD+PiHCCCH2OPO32

6、-OHOPO32-O+甘油醛-3-磷酸脫氫酶1,3-二磷酸甘油酸NADH+ H+HCCCH2OPO32-OHOPO32-O1,3-二磷酸甘油酸ADPHCCOOCH2OPO32-OH3-磷酸甘油酸ATP+磷酸甘油激酶Mg2+HCCOOCH2OPO32-OHHCCOOCH2OHOPO32-Mg2+磷酸甘油酸變位酶3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸HCCOOCH2OHOPO32-2-磷酸甘油酸CCOOCH2OPO32-烯醇化酶磷酸烯醇式丙酮酸CCOOCH2OPO32-ADPCCOOCH3OATP+丙酮酸激酶Mg2+K+,磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸接著，烯醇化酶催化的反應使分子內部基團重排能量接著，烯醇化酶催化

7、的反應使分子內部基團重排能量重新分布，形成了第二個高能鍵，共生成重新分布，形成了第二個高能鍵，共生成2 2個個ATPATP分子分子不可逆反應不可逆反應第三階段第三階段 丙酮酸還原成乳酸丙酮酸還原成乳酸 在無氧的條件下，丙酮酸在乳酸脫氫酶的催化下，加氫還原生成乳酸，所需在無氧的條件下，丙酮酸在乳酸脫氫酶的催化下，加氫還原生成乳酸，所需的的NADH 來自第二階段的反應。來自第二階段的反應。CCOOCH3O+NADH H+HCCOOCH3OHNAD+乳酸脫氫酶+丙酮酸乳酸葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1

8、,3- 1,3- 二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮乙醛乙醛乳酸乳酸乙醇乙醇己糖激酶己糖激酶磷酸己糖異構酶磷酸己糖異構酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶醛縮酶醛縮酶脫氫酶脫氫酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶變位酶變位酶烯醇化酶烯醇化酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶-ATP-ATP+ATP+ATP糖原糖原1-P-G糖酵解途徑匯總糖酵解途徑匯總由由1分子分子G在無氧條件下氧化分解，在無氧條件下氧化分解，最終產生最終產生2分子分子ATP。如果從糖原。如果從糖原開始，則可得到開始，則可得到

9、3分子分子ATP(見下一節見下一節)注意酵解途徑中的注意酵解途徑中的3 3個個關鍵酶催化的不可逆關鍵酶催化的不可逆反應反應. .他們是他們是: :己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶1.1.丙酮酸激酶丙酮酸激酶糖酵解的生理意義糖酵解的生理意義 是動物機體在無氧或供氧不充分的情況下通過分解葡萄糖或糖原獲得部分是動物機體在無氧或供氧不充分的情況下通過分解葡萄糖或糖原獲得部分能量的重要方式。能量的重要方式。 運動和使役的動物肌肉，一些供氧不足的組織，如視網膜、皮膚、睪丸以及腫運動和使役的動物肌肉，一些供氧不足的組織，如視網膜、皮膚、睪丸以及腫瘤等組織通過這個途徑獲得部分能量。瘤等組織通過這個途徑

10、獲得部分能量。 酵解途徑與糖的有氧氧化途徑、磷酸戊糖途徑以及異生途徑都有密切聯系。酵解途徑與糖的有氧氧化途徑、磷酸戊糖途徑以及異生途徑都有密切聯系。2.2 有氧氧化（有氧氧化（aerobic oxidation） 有氧條件下有氧條件下,葡萄糖徹底氧化生成葡萄糖徹底氧化生成CO2和和H2O,并伴有能量釋放的并伴有能量釋放的過程過程C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量能量過程分三階段過程分三階段,第一階段在胞液第一階段在胞液(同酵解同酵解)，后兩個階段在線粒體中進行，后兩個階段在線粒體中進行2 丙酮酸丙酮酸第一階段第一階段 由葡萄糖由葡萄糖第二階段第二階段 丙酮酸的氧化丙酮

11、酸的氧化 丙酮酸（丙酮酸（3C3C）轉變為乙酰）轉變為乙酰CoACoA（2C2C），在線粒體中進行，由丙酮酸脫氫酶），在線粒體中進行，由丙酮酸脫氫酶系催化，為不可逆反應，它包含有三個酶系催化，為不可逆反應，它包含有三個酶 。 總反應如下總反應如下：H3C COCOOHHSCoAH3C COSCoA乙酰CoA+CO2丙酮酸脫氫酶復合體NAD+NADH+ H+丙酮酸與無氧酵解相同與無氧酵解相同, 在胞液中進行在胞液中進行注意注意 產物為產物為2 2分子乙酰分子乙酰CoACoA丙酮酸脫氫酶復合體丙酮酸脫氫酶復合體三個酶分別是三個酶分別是: E1 丙酮酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶E2 二氫硫辛酸乙酰轉移酶二氫

12、硫辛酸乙酰轉移酶E3 二氫硫辛酸脫氫酶二氫硫辛酸脫氫酶還有還有6種輔助因子種輔助因子TPP、硫辛酸、硫辛酸、CoA、 FAD、 NAD+和和Mg2+丙酮酸脫氫酶復合體丙酮酸脫氫酶復合體(pyruvate dehydrogenasecomplex, PDC) 催化的反應催化的反應 第三階段第三階段 三羧酸循環三羧酸循環 1937年年Crebs提出。又稱檸檬酸提出。又稱檸檬酸循環或循環或Crebs循環。循環。 以乙酰以乙酰CoA與草酰乙酸縮合與草酰乙酸縮合成檸檬酸（含成檸檬酸（含3個羧基）的反個羧基）的反應為起始，對乙酰基團進行氧應為起始，對乙酰基團進行氧化脫羧再生成草酰乙酸的單向化脫羧再生成草酰

13、乙酸的單向循環反應序列。循環反應序列。 在線粒體中進行。在線粒體中進行。三三 羧羧 酸酸 循循 環環 反反 應應三羧酸循環的產物三羧酸循環的產物 乙酰乙酰CoA（2C）經過三羧酸循環完全分解釋放）經過三羧酸循環完全分解釋放2個個CO2，同時生成，同時生成3個個NADH2，1個個FADH2，1個個GTP（或（或ATP）。）。 NADH2 和和 FADH2 所攜帶的所攜帶的H原原子來自循環中代謝中間物的脫氫。子來自循環中代謝中間物的脫氫。 在有氧條件下，每在有氧條件下，每2個個H原子可以通過呼吸鏈（電子傳遞系統）傳遞原子可以通過呼吸鏈（電子傳遞系統）傳遞給給1/2O2，生成生成H2O，并且有能量釋

14、放用以合成，并且有能量釋放用以合成ATP。 1分子分子NADH2 經呼吸鏈生成經呼吸鏈生成1分子分子H2O和和2.5個個ATP 1分子分子FADH2 經呼吸鏈生成經呼吸鏈生成1分子分子H2O和和1.5個個ATP以以1分子的葡萄糖完全氧化為例進行能量計算分子的葡萄糖完全氧化為例進行能量計算第一階段（胞液）：生成第一階段（胞液）：生成2ATP 生成生成2NADH2 計計7（5）ATP第二階段（線粒體）：第二階段（線粒體）：2NADH2 2CO2 計計5ATP第三階段（線粒體）第三階段（線粒體） ：6NADH2 4CO2 2FADH2 2GTP（或（或2ATP） 計計20ATP 共計共計 32（30

15、）ATP和和6CO2 有氧氧化的生理意義有氧氧化的生理意義 糖的有氧氧化是動物獲得能量的主要方式。糖的有氧氧化是動物獲得能量的主要方式。 糖的有氧氧化是糖、脂和氨基酸等營養物質分解代謝的糖的有氧氧化是糖、脂和氨基酸等營養物質分解代謝的共同歸宿。共同歸宿。 糖的有氧氧化也是糖、脂和氨基酸等營養物質互相轉變糖的有氧氧化也是糖、脂和氨基酸等營養物質互相轉變和聯系的共同樞紐。和聯系的共同樞紐。 糖的有氧氧化途徑為嘌呤、嘧啶、尿素的合成提供糖的有氧氧化途徑為嘌呤、嘧啶、尿素的合成提供二氧化碳，也是大自然碳循環的重要組成部分。二氧化碳，也是大自然碳循環的重要組成部分。 不依賴于有氧或無氧的葡萄糖分解途徑，

16、約有不依賴于有氧或無氧的葡萄糖分解途徑，約有30%的葡萄糖經的葡萄糖經過這條途徑代謝，在胞液中進行，尤其在合成代謝旺盛的組織中過這條途徑代謝，在胞液中進行，尤其在合成代謝旺盛的組織中活躍。活躍。 從從6-P-葡萄糖開始，經過兩個階段：葡萄糖開始，經過兩個階段： 1. 氧化階段氧化階段 產生產生NADPH2、CO2和和5-P-核酮糖；核酮糖； 2. 非氧化階段非氧化階段 通過基團的交換和分子內部的重組，通過基團的交換和分子內部的重組，5-P-核酮糖又轉變為核酮糖又轉變為磷酸己糖。磷酸己糖。2.3 磷酸戊糖途徑（磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway）磷酸戊糖途徑磷酸戊糖

17、途徑注意注意: : 途徑的氧化階段途徑的氧化階段生成生成NADPHNADPH的和釋放的和釋放COCO2 2 非氧化階段中非氧化階段中基團交換和重組基團交換和重組的結果生成磷酸果的結果生成磷酸果糖和糖和3-3-磷酸甘油醛，磷酸甘油醛，后者又可以轉變成后者又可以轉變成磷酸果糖。磷酸果糖。氧氧 化化 階階 段段非非 氧氧 化化 階階 段段磷酸戊糖途徑的生理意義磷酸戊糖途徑的生理意義 途徑生成的途徑生成的NADPHNADPH用于還原性生物合成，如脂肪酸、膽固醇、脫氧核苷酸、谷用于還原性生物合成，如脂肪酸、膽固醇、脫氧核苷酸、谷胱甘肽等的合成，維持細胞的還原性，也可以氧化供能胱甘肽等的合成，維持細胞的還

18、原性，也可以氧化供能 途徑生成的磷酸核糖是合成核苷酸的原料途徑生成的磷酸核糖是合成核苷酸的原料 與糖的酵解途徑和有氧氧化途徑相聯系，也是其他單糖代謝和轉與糖的酵解途徑和有氧氧化途徑相聯系，也是其他單糖代謝和轉變的途徑變的途徑 與植物的光合過程有密切聯系與植物的光合過程有密切聯系總反應總反應: 6 X 葡萄糖葡萄糖-6-P 5 X 葡萄糖葡萄糖-6-P+ 12 NADPH2+ 6 CO2+Pi 非糖物質可以通過糖代謝途徑中的某個代謝中間產物沿著糖的分解途徑逆轉轉變成葡非糖物質可以通過糖代謝途徑中的某個代謝中間產物沿著糖的分解途徑逆轉轉變成葡萄糖或糖原。但是這種轉變不是糖分解代謝的簡單逆轉，必須克

19、服那些由關鍵酶所催萄糖或糖原。但是這種轉變不是糖分解代謝的簡單逆轉，必須克服那些由關鍵酶所催化的不可逆反應造成的化的不可逆反應造成的“能障能障”。主要有三個酶催化的反應。主要有三個酶催化的反應, 異生過程必須設法異生過程必須設法“繞繞過過”這三個反應這三個反應. 己糖激酶（葡萄糖激酶，肝）己糖激酶（葡萄糖激酶，肝）: 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶: 果糖果糖-6-磷酸磷酸 果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶: 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 +ATP 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 3. 糖的異生作用糖

20、的異生作用3.1 概述概述ATPATPADP(1)(2)(3)(3)3.2 糖異生的反應過程糖異生的反應過程要克服糖分解代謝途徑中的三個障礙要克服糖分解代謝途徑中的三個障礙( (不可逆反應不可逆反應) )第一個反應的逆向反應是：第一個反應的逆向反應是：COO-COCH2CO-O草酰乙酸+ GTPCOO-CCH2OPO-O-O磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶+ CO2 + GDP磷酸烯醇式丙酮酸第二個反應的逆向反應是：第二個反應的逆向反應是：肝臟肝臟第三個反應的逆轉通過以下反應進行第三個反應的逆轉通過以下反應進行: :A：反應在線粒體中進行反應在線粒體中進行, 該酶需要生物素作輔酶該酶需要生物素作輔酶B：

21、反應在胞液中進行，草酰乙酸通過蘋果酸轉運到胞液反應在胞液中進行，草酰乙酸通過蘋果酸轉運到胞液蘋果酸在轉運草酰乙酸時發揮了載體的作用蘋果酸在轉運草酰乙酸時發揮了載體的作用線粒體中進行線粒體中進行胞液中進行胞液中進行非糖物質非糖物質(甘油、乳酸和某些生糖氨基酸甘油、乳酸和某些生糖氨基酸)的異生途徑的異生途徑非糖物質的異生作用在肝臟和腎臟中進行非糖物質的異生作用在肝臟和腎臟中進行異生作用的意義和乳酸的利用異生作用的意義和乳酸的利用 在糖的來源不足時，如饑餓、禁食等情況下，異生作用是維持機體在糖的來源不足時，如饑餓、禁食等情況下，異生作用是維持機體血糖水平的重要手段，對神經組織、大腦、胎兒尤其重要。血

22、糖水平的重要手段，對神經組織、大腦、胎兒尤其重要。 反芻動物反芻動物50%葡萄糖的來源通過丙酸的異生作用葡萄糖的來源通過丙酸的異生作用(見脂代謝見脂代謝)。 肝臟在氧化來自肌糖原酵解生成的乳酸同時，還可將其轉變為葡萄糖或肝肝臟在氧化來自肌糖原酵解生成的乳酸同時，還可將其轉變為葡萄糖或肝糖原，實現對乳酸的再利用糖原，實現對乳酸的再利用, 稱為稱為Coris 循環。循環。乳酸循環（乳酸循環（Cori 循環）循環） 糖原糖原( glycogen )，又稱動物淀粉，支鏈，分子量數百萬以上。主要由葡萄糖以，又稱動物淀粉，支鏈，分子量數百萬以上。主要由葡萄糖以 （1，4）糖苷鍵相連（）糖苷鍵相連（93%）

23、，以少量），以少量（1，6）糖苷鍵（）糖苷鍵（7%）形成分支。有肝糖原和）形成分支。有肝糖原和肌糖原。肌糖原。 4. 糖原的分解與合成糖原的分解與合成4.1 糖原結構糖原結構糖原磷酸化酶轉移酶脫支酶4.2 糖原分解糖原分解nn + 1U D P G +GU D PG 糖原合糖原（ ）糖原（ ）酶在磷酸化酶催化下糖原被磷酸解生成葡在磷酸化酶催化下糖原被磷酸解生成葡萄糖萄糖-1-磷酸磷酸,其分支由脫支酶催化水解脫其分支由脫支酶催化水解脫去去,生成葡萄糖生成葡萄糖Pi 葡萄糖葡萄糖-1-磷酸在磷酸葡萄糖變位酶的作用下轉變成葡萄糖磷酸在磷酸葡萄糖變位酶的作用下轉變成葡萄糖-6-磷酸，后者或磷酸，后者或

24、者進入糖的氧化分解途徑者進入糖的氧化分解途徑, 或者在葡萄糖磷酸酶或者在葡萄糖磷酸酶(肝臟肝臟)作用下水解成葡萄糖，作用下水解成葡萄糖，釋放進入血液。釋放進入血液。 過多攝入的葡萄糖可以通過合成糖原貯存在肝和肌肉中過多攝入的葡萄糖可以通過合成糖原貯存在肝和肌肉中.但是每個葡萄糖分子都首先要磷酸化成為但是每個葡萄糖分子都首先要磷酸化成為6-P-葡萄糖，再異構成葡萄糖，再異構成1-P-葡萄糖，后著再進一步活化為尿苷二磷酸葡萄糖葡萄糖，后著再進一步活化為尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)。再在糖原引物的。再在糖原引物的非還原端逐個加上葡萄糖基，同時釋放出非還原端逐個加上葡萄糖基，同時釋放出UDP，糖原合成

25、酶是這個反應的關鍵酶。糖原的分支由分支，糖原合成酶是這個反應的關鍵酶。糖原的分支由分支酶催化形成酶催化形成.4.3 糖糖 原合成原合成2+Mg ATP -6- ADP 己糖激酶葡萄糖 葡萄糖磷酸 乳 糖D _ 葡 萄 糖D _ 半 乳 糖 +H2O乳 糖 酶 或 _ 半 乳 糖 苷 酶 （ 微 生 物 ）12OHOHHHOHHOHCH2OHHOHOHOHHHOHHOHCH2OHHOPO32-半乳糖激酶ATPADP半乳糖半乳糖-1-磷酸OHOHHHOHHOHCH2OHHOPO32-半乳糖-1-磷酸OHOHHHOHHOHCH2OHHOPOOOPOOO尿嘧啶半乳糖-1-磷酸尿苷酰轉移酶UDP-葡萄糖

26、葡萄糖-1-磷酸UDP-半乳糖345UDPG焦磷酸化酶催化焦磷酸化酶催化G-1-P活化成為活化成為UDP-葡萄糖葡萄糖(尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖)糖原糖原引物引物4.4 乳糖分解乳糖分解 UDP-半乳糖可以異構成半乳糖可以異構成UDP-葡萄糖葡萄糖,再進一步代謝轉變再進一步代謝轉變5. 糖代謝的調節糖代謝的調節5.1 糖代謝各途徑之間的聯系糖代謝各途徑之間的聯系第一個交匯點：第一個交匯點：6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 第二個交匯點：第二個交匯點：3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛第三個交匯點：丙酮酸第三個交匯點：丙酮酸 途徑的相互影響途徑的相互影響 細胞能量水平的提高，細胞能量水平的提高，ATP通過抑制肌肉磷酸己糖激酶的活