1、第八章 糖代謝Carbohydrate Metabolism第1頁，共68頁。本章主要內容： 糖在動物體內的一般概況 糖原的分解與合成代謝 葡萄糖的分解代謝 糖異生 磷酸戊糖途徑 糖代謝各途徑之間的關系第2頁，共68頁。 動物機體主要的能源和碳源提供70%的能量；神經系統、胎兒和乳的合成消耗更多的葡萄糖；為氨基酸和脂肪合成提供C的來源 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， 細胞膜上的糖脂和糖蛋白等 其他方面如信號傳導，免疫機能1.糖在動物體內的一般概況1.1 糖的生理功能第3頁，共68頁。1.糖在動物體內的一般概況1.2 糖的代謝概況 動物體內糖的來源非反芻動物反芻動物 動物

2、體內糖的代謝第4頁，共68頁。消化吸收異生作用糖原分解氧化供能貯 存轉變成其他物質葡萄糖血糖的來源和去路1.糖在動物體內的一般概況1.3 血糖概念：血液中所含的葡萄糖。第5頁，共68頁。1.糖在動物體內的一般概況1.3 血糖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、胎兒尤為重要糖尿血糖水平相對恒定，超過腎糖閾值，葡萄糖隨尿排出激素的調節作用胰島素下調；胰高血糖素、腎上腺素、糖皮質激素上調第6頁，共68頁。糖原( g lyco g e n )，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（93% ），以少量（1，6）糖苷鍵（7% ）形成分支。有肝糖原

3、和肌糖原。2. 糖原的分解與合成2.1 糖原結構第7頁，共68頁。1HOHHCH 2 OHOHOH HH OH41HHCH 2 OHOHOH HH OHO41HHCH 2 OHOHOH HH OHOO41HHOCH 2OHOHOH HH OHOO P OO1HOHHCH 2 OHOHOH HH OH41HHCH2 OHOHOH HH OHO4HCH 2 OHOHOH HH OHOHO41HOHHCH 2OHOHOH HH OHOHO P OO2. 糖原的分解與合成2.2 糖原分解斷鍵部位+1 +糖 原的非 還原末 端磷酸 化酶細胞內糖原在磷酸化酶催化下形成大量葡萄糖 -1 -磷酸第8頁，共68

4、頁。糖原磷酸化酶轉移酶-1，6糖苷酶Pi脫支酶第9頁，共68頁。OHOHOHHOHCH2OHOHHH OHHOPO32-HOHCH2 OPO 32-O HHHOHH OHHOHHOHCH2 OHOHHH OH+ Pi磷酸葡萄糖變位酶葡萄糖-6-磷酸酶葡萄糖 -1-磷酸葡萄 糖-6-磷酸葡萄 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-6 -磷酸，最終又在葡萄糖-6 -磷酸酶的催化下水解成葡萄糖。第10頁，共68頁。葡萄糖 ATP 2+ 葡萄糖 -6-磷酸 ADP2. 糖原的分解與合成2.3 糖原合成每個葡萄糖分子都須磷酸化成為6-P-葡萄糖，再異構成為1-P-葡萄糖，然后進一步

5、活化為UDPG。在糖原引物的非還原端逐個加上葡萄糖基，同時釋放出UDP，糖原合成酶是這個反應的關鍵酶。由分支酶催化糖鏈的分支。己糖激酶MgA：第11頁，共68頁。UDPG+糖原（Gn） UDP 糖原（Gn+1）C：D：UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖-1-磷酸 UTP UDP-葡萄糖 PPi無機焦磷酸酶PPi 2Pi糖原合酶HOHOHOHHCH 2OHHOHHOPO 3 2-HOHHOHOHOHHCH 2O PO 3 2-HOH磷 酸葡萄糖變位酶葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸B：第12頁，共68頁。E：第13頁，共68頁。1897年，Buchner兄弟由蔗糖發酵成乙醇的實驗中發現。酵解是在無氧

6、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。G. Embden和O. Meyerhof揭示了其途徑。酵解途徑的酶系存在于胞液中。3. 糖的分解代謝3.1 糖酵解糖的無氧氧化第14頁，共68頁。注意，這個過程消耗了ATP，反應不可逆。酵解的反應過程：第一階段 葡萄糖生成丙酮酸第15頁，共68頁。注意，這個過程消耗了ATP，反應不可逆。第16頁，共68頁。第一個高能磷酸鍵形成當底物發生脫氫或脫水時，使其分子內部能量重新分布而形成高能磷酸鍵（或高能硫酯鍵），然后將高能鍵轉移給ADP（或GDP）生成ATP（或GTP）的過程，稱為底物水平磷酸化。第17頁，共68頁。第二次底物水

7、平磷酸化生成ATP第18頁，共68頁。第二階段 丙酮酸還原成乳酸第19頁，共68頁。磷酸果糖激酶NADH+H+丙酮酸激酶葡萄糖磷酸二羥丙酮乙醇3-磷酸甘油醛脫氫酶1,3- 二磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油酸變位酶2-磷酸甘油酸烯醇化酶己糖激酶 -ATP6-磷酸葡萄糖磷酸己糖異構酶6-磷酸果糖-ATP1，6-二磷酸果糖醛縮酶磷酸烯醇式丙酮酸+ATP乳酸脫氫酶乙醛 丙酮酸 乳酸+ATP糖原1-P-G糖酵解途徑第20頁，共68頁。糖酵解的特點A、細胞內定位：胞液B、限速酶：3個C、能量生成：凈生成2個ATP分子。若從糖原開始，可凈生成3分子ATP。D、不需氧。E、糖酵解可從葡萄糖開始，也可從糖

8、原的葡萄糖單位開始。第21頁，共68頁。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、睪丸以及腫瘤等組織通過這個途徑獲得部分能量。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。第22頁，共68頁。3. 糖的分解代謝3.2 有氧氧化（aerobic oxidation）概念：有氧條件下,葡萄糖徹底氧化生成CO2和H2O,并伴有能量釋放的過程。四個階段葡萄糖降解為丙酮酸丙酮酸氧化三羧酸循環呼吸鏈氧化第23頁，共68頁。葡萄糖有氧氧化概況葡萄糖6-磷酸葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰

9、CoA三羧酸循環H+ + eO2O2O2H2OCO2胞液線粒體第24頁，共68頁。同EMP途徑第一階段 由葡萄糖第二階段丙酮酸丙酮酸氧化丙酮酸（3C）轉變為乙酰CoA（2C），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 。總反應如下：乙酰CoAOH 3C C SCoA + CO2丙酮酸脫氫酶復合體NAD+NADH+ H+OH3C C COOH + HSCoA丙酮酸第25頁，共68頁。丙酮酸脫氫酶復合體B、輔酶a）TPP（E1、維生素B1）b）FAD （E3、維生素B2 ）c）NAD+（E3、維生素PP）d）CoA（泛酸）e）硫辛酸（E2）A、酶a）丙脫酸脫氫酶（E1）b

10、）二氫硫辛酸轉乙酰酶（E2）c）二氫硫辛酸脫氫酶（E3）第26頁，共68頁。丙酮酸氧化脫羧的特點：A、脫2H（NAD+）B、脫羧（C3C2）C、限速酶，不可逆D、產生高能硫酯鍵第27頁，共68頁。第三階段三羧酸循環（tricarboxylic acid cycle,TCA)概念：以乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸的反應為起始，對乙酰基團進行氧化脫羧再生成草酰乙酸的單向循環反應序列。1937年Crebs提出，又稱檸檬酸循環或Krebs循環。第28頁，共68頁。oxaloacetate acetyl CoAcitrateHSCoA三羧酸循環的反應過程A、檸檬酸的形成檸檬酸合成酶第29頁，共68頁。

11、要點：A、檸檬酸合成酶（citrate synthase），關鍵酶B、反應不可逆。C、C2+C4 C6（實際進入TAC的是乙酰基）。第30頁，共68頁。順烏頭酸酶順烏頭酸酶 （Aconitase），可逆。順烏頭酸酶citrateisocitrateB、異檸檬酸的形成第31頁，共68頁。isocitratea- ketoglutarateC、第一次氧化脫羧異檸檬酸脫氫酶第32頁，共68頁。要點：A、異檸檬酸脫氫酶是關鍵酶B、第一次脫氫（NAD+ NADH+H+）C、第一次脫羧（C6 C5+CO2）。D、不可逆，需Mn+、Mg+。第33頁，共68頁。a- ketoglutaratesuccinyl

12、 - CoAD、第二次氧化脫羧-酮戊二酸脫氫酶復合體第34頁，共68頁。要點：A、-酮戊二酸脫氫酶復合體關鍵酶，不可逆，類似丙酮酸脫氫酶復合體。B、第二次脫氫（NAD+ NADH+H+）C、第二次脫羧（C5 C4 +CO2）。D、產生高能硫酯鍵，為下一步底物水平磷酸化做準備。第35頁，共68頁。succinyl - CoAsuccinateE、底物水平磷酸化琥珀酰輔酶A合成酶第36頁，共68頁。要點：A、琥珀酰輔酶A合成酶，反應可逆。B、底物水平磷酸化，生成1分子ATP。是整個三羧酸循環過程中唯一一次底物水平磷酸化。第37頁，共68頁。fumaratesuccinate注意：A、第三次脫氫（F

13、AD FADH2）F、琥珀酸脫氫生成延胡索酸琥珀酸脫氫酶第38頁，共68頁。fumaratemalateG、延胡索酸加水生成蘋果酸延胡索酸酶第39頁，共68頁。注意：A、第四次脫氫（NAD+NADH+H+）malateoxaloacetateH、蘋果酸脫氫生成草酰乙酸蘋果酸脫氫酶第40頁，共68頁。異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶系檸檬酸合成酶第41頁，共68頁。三羧酸循環的特點：A、細胞內定位：線粒體B、限速酶：3個C 、整個過程不可逆D 、需氧參與，共消耗 4 個氧原子E、TAC一周：脫氫4次，其中3次脫氫由NAD+接受，1次由FAD接受F、1次底物水平磷酸化，生成1molATPG、消耗了2

14、mol的水第42頁，共68頁。NADH2 和 FADH2 所攜帶的H原子來自循環中代謝中間物的脫氫。在有氧條件下，每2個H原子可以通過呼吸鏈（電子傳遞系統）傳遞給1/2O2，生成H2O，并且有能量釋放用以合成ATP。1分子NADH2 經呼吸鏈生成1分子H2O和2.5個ATP1分子FADH2 經呼吸鏈生成1分子H2O和1.5個ATP以1分子的葡萄糖完全氧化為例進行能量計算第43頁，共68頁。碳 源乙酰CoA 2CO2能 量1GTP 1ATP共10ATP3NADH 2.5ATP3 = 7.5ATP1FADH2 1.5ATP1 = 1.5ATP1 分 子 乙 酰 CoA 通 過 TCA 循 環 脫

15、下 的 氫 由NADH及FADH2經呼吸鏈傳遞給O2，由此而形成10分子的ATP第44頁，共68頁。第一階段（胞液）：生成2ATP生成2NADH2計7（5）ATP計5ATP第二階段（線粒體）：2NADH2第三階段（線粒體） ：6NADH22CO24CO22FADH22GTP（或2ATP）計20ATP共計 32（30）ATP和6CO2第45頁，共68頁。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。糖的有氧氧化是糖、脂和氨基酸等營養物質分解代謝的共同歸宿。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、尿素的合成提供二氧化碳，也是大自然

16、碳循環的重要組成部分。第46頁，共68頁。課堂提問1.下列哪一種不是丙酮酸脫氫酶復合體的輔酶（ ）A. TPP B. FAD C. NAD+D.硫辛酸E. 生物素2. 糖原的1個葡萄糖殘基經糖酵解可凈生成（ ）個ATPA. 1 B. 2 C. 3 D. 43. 1分子葡萄糖有氧氧化時共有（ ）次底物水平磷酸化A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 E. 64. 1分子葡萄糖在有氧條件下徹底氧化分解，該反應途徑中有（ ）次脫氫反應A. 10 B. 12 C. 4 D. 16 E. 185. 糖原分解所得到的初產物是（ ）A. 葡萄糖B. UDPG C. 1-磷酸葡萄糖D. 6-磷酸葡萄糖E. 1

17、-磷酸葡萄糖和葡萄糖第47頁，共68頁。3. 糖的異生作用3.1 概念由非糖物質轉變成葡萄糖或糖原的過程。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 “能障”。第48頁，共68頁。糖異生途徑的三個能障丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖第49頁，共68頁。CO2 COO OC-O-P-CH 2 OCOOH丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸A、丙酮酸ATPCOO CO2C=OOCH3ADP+PiCOO GTPC=OCH 2磷酸烯醇式丙酮酸GDP第50頁，共68頁。注意：a、消耗2個ATP分子。b、丙酮酸羧化酶 ，輔基：生物

18、素磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶均為限速酶。前者僅存在于 線粒體，后者存在于線粒體和胞液。第51頁，共68頁。B、1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖C、6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖激酶-1ATPADP果糖1，6二磷酸H3PO4己糖激酶葡萄糖激酶ATP葡萄糖ADPH2OH3PO4葡萄糖 6-磷酸酶H2O 酶果糖雙磷酸酶-1：為限速酶葡萄糖 6-磷酸酶：為限速酶第52頁，共68頁。線粒體胞液第53頁，共68頁。糖異生的特點A、組織定位：肝（90%）、腎（10%）B、細胞內定位：胞液、線粒體C、限速酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶果糖1，6二磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶D、原料：甘油、乳酸、生糖氨基酸（丙氨

19、酸、天冬氨酸、谷氨酸等）第54頁，共68頁。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血糖水平的重要手段，對神經組織、大腦、胎兒尤其重要。反芻動物50%葡萄糖的來源通過丙酸的異生作用。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。見Corris 循環。第55頁，共68頁。乳酸循環-Lactic acid cycle定義：在肌肉中葡萄糖經糖酵解生成乳酸，乳酸經血液運到肝臟，肝臟將乳酸異生成葡萄糖。葡萄糖釋入血液后又被肌肉攝取，這種代謝循環途徑稱為乳酸循環，又稱Cori 循環第56頁，共68頁。乳酸循環（Cori

20、循環）第57頁，共68頁。4. 糖的分解代謝-磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway）概念：指6-磷酸葡萄糖經氧化反應首先生成NADPH、CO2和5-磷酸核糖，再經基團轉移反應生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而進入糖酵解途徑的過程稱為磷酸戊糖途徑。其主要功能不是生成ATP，而是生成5-磷酸核糖和NADPH。又稱為“磷酸戊糖旁路”。第58頁，共68頁。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。從6-P-葡萄糖開始，經過兩個階段：1. 氧化階段 產生NADPH2、CO2和5-P-核酮糖

21、；2. 非氧化階段，通過基團的交換和分子內部的重組，5-P-核酮糖又轉變為磷酸己糖。第59頁，共68頁。6葡萄糖-6-磷酸NADPH66-磷酸-葡萄糖內酯66-磷酸-葡萄糖酸NADPH CO265-磷酸-核桐糖25-磷酸-核糖23-磷酸甘油醛2果糖-6-磷酸2果糖-6-磷酸45-磷酸-木酮糖27-磷酸景天庚糖24-磷酸赤蘚糖23-磷酸甘油醛果糖-1.6-二磷酸H2OPi果糖-6-磷酸第60頁，共68頁。磷酸戊糖途徑的特點A、組織定位：肝、泌乳期乳腺、脂肪組織、腎上腺皮質、紅細胞等。B、細胞內定位：胞液。C、限速酶：6-磷酸葡萄糖脫氫酶D、基團轉移反應可逆，是 5-磷酸核糖的另一生成途徑。第61頁，共68頁。磷酸戊糖途徑的生理意義途徑生成的NADPH是生物合成反應的供氫體。a、作為體內合成代謝的供氫體，如膽固醇、 脂肪酸的合成。b、參與體內羥化反應：如膽固醇、類固醇激素和膽汁酸的合成，以及生物轉化中的羥化反應。c、維持谷胱甘肽的還原狀態。 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第62頁，共68頁。5. 糖代謝的聯系與調節5.1 各途徑之間的聯系第一個交匯點：6 -第二個交匯點：3