第二篇 物质代谢及其调节 构成机体的成分 （小分子合成大分子） 合成代谢------需要能量 物质代谢 能量代谢 第二篇 物质代谢及其调节 构成机体的成分 （小分子合成大分子） 合成代谢------需要能量 物质代谢 能量代谢 分解代谢------释放能量 (大分子分解为小分子) 满足生命活动需要

本篇主要介绍糖代谢、脂代谢、生物氧化、氨基酸代谢、核苷酸代谢，以及各种重要物质代谢的联系与调节规律。 学习物质代谢的每一代谢途径时，主要从概念、部位（包括器官和亚细胞定位）、起始物（或原料）、反应的基本过程、关键酶（限速酶）、能量变化、终产物、调节及生理意义等方面去理解和掌握。

Metabolism of Carbohydrates 第 四 章 糖 代 谢 Metabolism of Carbohydrates

糖的化学 糖(carbohydrates)是一大类有机化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。 根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。 单糖 (monosacchride) 寡糖 (oligosacchride) 多糖 (polysacchride) 结合糖 (glycoconjugate)

第 一 节 概 述 Introduction

一、糖的生理功能 1. 氧化供能（主要功能） 2. 提供合成体内其他物质的原料 3. 组成人体组织结构的重要成分 4. 参与组成特殊功能的糖蛋白 5. 形成许多重要的生物活性物质

二、糖的消化与吸收 （一）糖的消化 人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。 消化部位： 主要在小肠，少量在口腔

消化过程 淀粉 口腔 胃 肠腔 葡萄糖 α-临界糊精+异麦芽糖 麦芽糖+麦芽三糖 唾液中的α-淀粉酶 胰液中的α-淀粉酶 （30%） （5%） 麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%） 肠粘膜上皮细胞刷状缘 α-葡萄糖苷酶 α-临界糊精酶 葡萄糖

（二）糖的吸收 吸收部位 小肠上段 吸收形式 单 糖

(Na+-dependent glucose transporter, SGLT) 3. 吸收机制 刷状缘 细胞内膜 小肠粘膜细胞 门静脉 肠腔 K+ K+ ATP Na+泵 ADP+Pi Na+ Na+ Na+ G G G Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT)

三、糖代谢的概况 糖原 葡萄糖 丙酮酸 乳酸 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油 ATP H2O及CO2 核糖 + 糖原合成 肝糖原分解 有氧 核糖 + NADPH+H+ 磷酸戊糖途径 酵解途径 葡萄糖 丙酮酸 无氧 乳酸 消化与吸收 糖异生途径 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油

第 二 节 糖的无氧分解 Glycolysis

一、糖酵解的反应过程 糖酵解(glycolysis)：在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸的过程称之为糖酵解。 糖酵解的反应过程分为两个阶段： 1、葡萄糖 → 丙酮酸（糖酵解途径） 2、丙酮酸 → 乳酸 糖酵解途径：由葡萄糖分解成丙酮酸的过程。 糖酵解反应的部位 1、器官定位：各组织器官及细胞 2、亚细胞定位：胞液

（一）葡萄糖分解成丙酮酸 ⑴ 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖 关键酶 6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P) ATP ADP Mg2+ 己糖激酶 关键酶

哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是： ①对葡萄糖的亲和力很低 ②受激素调控

⑵ 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖 磷酸己糖 异构酶 6-磷酸果糖 6-磷酸葡萄糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P) 磷酸己糖 异构酶

⑶ 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖 6-磷酸果糖 激酶-1 1,6-双磷酸果糖(1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P) ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖 激酶-1 关键酶

⑷ 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 + 1,6-双磷酸果糖 醛缩酶 (aldolase)

⑸ 磷酸丙糖的同分异构化 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 磷酸丙糖 异构酶 磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase)

⑹ 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 3-磷酸甘油醛脱氢酶 Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛 脱氢酶 3-磷酸甘油醛脱氢酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)

⑺ 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸 1,3-二磷酸 甘油酸 3-磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 ※ 由于脱氢或脱水引起底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP（或其它核苷二磷酸）磷酸化生成ATP（或其它核苷三磷酸）的过程，称为底物水平磷酸化。

⑻ 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸 变位酶 2-磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase)

⑼ 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 + H2O 烯醇化酶 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP) 烯醇化酶 (enolase)

⑽ 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 ADP ATP K+ Mg2+ 丙酮酸激酶 (pyruvate kinase) 关键酶

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) 丙酮酸转变成乳酸 乳酸脱氢酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 丙酮酸 乳酸 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。

糖酵解的代谢途径 乳 酸 Glu G-6-P F-6-P F-1, 6-2P 1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 E1 E2 Glu G-6-P F-6-P F-1, 6-2P ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸 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+ 磷酸烯醇式丙酮酸 E1:己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶 NADH+H+ 糖酵解的代谢途径 NAD+ 乳 酸 E3

糖酵解小结 ⑴ 反应部位：胞浆 ⑵ 糖酵解是一个不需氧的产能过程 ⑶ 反应全过程中有三步不可逆的反应 G G-6-P F-6-P ⑴ 反应部位：胞浆 ⑵ 糖酵解是一个不需氧的产能过程 ⑶ 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

方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量： 从G开始 2×2-2= 2ATP 从Gn开始 2×2-1= 3ATP ⑸ 终产物乳酸的去路 ⑷ 产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量： 从G开始 2×2-2= 2ATP 从Gn开始 2×2-1= 3ATP ⑸ 终产物乳酸的去路 释放入血，进入肝脏再进一步代谢。 分解利用 乳酸循环（糖异生）

二、糖酵解的调节 ① 己糖激酶 ② 6-磷酸果糖激酶-1 (最重要) 关键酶 ③ 丙酮酸激酶 ① 变构调节 调节方式 ② 共价修饰调节（激素调节） 调节方式

（一） 6-磷酸果糖激酶-1(PFK-1) * 变构调节 变构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度） ① 活性中心底物结合部位（低浓度时） 变构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P 变构抑制剂： 柠檬酸; ATP（高浓度） 此酶有二个结合ATP的部位： ① 活性中心底物结合部位（低浓度时） ② 活性中心外变构调节部位（高浓度时） F-1,6-2P 正反馈调节该酶

F-6-P F-2,6-2P + + PFK-1 – + + F-1,6-2P 胰高血糖素 + – ATP PKA Pi ADP –/+ AMP + 柠檬酸 – 胰高血糖素 PFK-2 （有活性） FBP-2 （无活性） 6-磷酸果糖激酶-2 ATP cAMP Pi ATP ADP 活化 F-6-P F-2,6-2P + PKA 磷蛋白磷酸酶 PFK-2 （无活性） FBP-2 （有活性） P 果糖双磷酸酶-2 Pi ATP –/+ + PFK-1 ADP + 柠檬酸 – AMP + F-1,6-2P 目 录

（二）丙酮酸激酶 1. 变构调节 变构激活剂：1,6-双磷酸果糖 变构抑制剂：ATP, 丙氨酸

2. 共价修饰调节 Pi 丙酮酸激酶 丙酮酸激酶 P 胰高血糖素 PKA, CaM激酶 2. 共价修饰调节 Pi 磷蛋白磷酸酶 丙酮酸激酶 丙酮酸激酶 P （有活性） （无活性） ATP ADP 胰高血糖素 PKA, CaM激酶 PKA：蛋白激酶A (protein kinase A) CaM：钙调蛋白

(三) 己糖激酶或葡萄糖激酶 * 6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。 * 长链脂肪酰CoA可变构抑制肝葡萄糖激酶

三、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。 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。 ① 无线粒体的细胞，如：红细胞 ② 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞

第 三 节 糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate

* 概念 糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。 * 部位：胞液及线粒体

一、有氧氧化的反应过程 G（Gn） 胞液 第一阶段：酵解途径 丙酮酸 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧 乙酰CoA 第三阶段：三羧酸循环 线粒体 与氧化磷酸化 TAC循环 NADH+H+ FADH2 [O] CO2 H2O ATP ADP

丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。 （一）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)。 总反应式: 丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶 复合体

丙酮酸脱氢酶复合体的组成 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 TPP 硫辛酸( ) HSCoA NAD+ 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 辅 酶 TPP 硫辛酸( ) HSCoA FAD, NAD+ S L

丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程 1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。 4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。 5. 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+。

1. -羟乙基-TPP的生成 CO2 2.乙酰硫辛酰胺的生成 NADH+H+ 5. NADH+H+的生成 NAD+ CoASH 4. 硫辛酰胺的生成 目 录

（二）三羧酸循环 三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环，指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。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。 * 反应部位 所有的反应均在线粒体中进行。

（3）第一次氧化脱羧(异柠檬酸→ α-酮戊二酸) 关键酶：异柠檬酸脱氢酶 受氢体： NAD+ 1、三羧酸循环的反应过程 （1）柠檬酸的形成 关键酶：柠檬酸合酶 （2）柠檬酸异构为异柠檬酸 （3）第一次氧化脱羧(异柠檬酸→ α-酮戊二酸) 关键酶：异柠檬酸脱氢酶 受氢体： NAD+ （4）第二次氧化脱羧(α-酮戊二酸→琥珀酰CoA) 关键酶：α-酮戊二酸脱氢酶复合体 受氢体： NAD+

（5）底物水平磷酸化(琥珀酰CoA →琥珀酸) 三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应，生成1分子ATP 。 (GTP+ADP → GDP+ATP) （6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸 催化反应的酶：琥珀酸脱氢酶，是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。 受氢体：FAD （7）延胡索酸加水生成苹果酸 （8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸 催化反应的酶：苹果酸脱氢酶 受氢体：NAD+

三羧酸循环的总反应式： CH3CO～SCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→ 2CO2+3NADH+3H++FADH2+HSCoA+GTP 生成的NADH和FADH2将通过电子传递链及氧化磷酸化生成H2O和产生ATP。

② ① ② ①柠檬酸合酶 ⑧ ②顺乌头酸梅 ③异柠檬酸脱氢酶 ④α-酮戊二酸脱氢酶复合体 ⑤琥珀酰CoA合成酶 ⑥琥珀酸脱氢酶 ⑦ H2O H2O ② ① H2O CoASH NADH+H+ ② NAD+ ①柠檬酸合酶 ⑧ ②顺乌头酸梅 ③异柠檬酸脱氢酶 ④α-酮戊二酸脱氢酶复合体 NAD+ ⑤琥珀酰CoA合成酶 ⑥琥珀酸脱氢酶 NADH+H+ ⑦ ⑦延胡索酸酶 H2O ③ ⑧苹果酸脱氢酶 FADH2 CO2 NAD+ ⑥ FAD GDP+Pi ④ GTP NADH+H+ ⑤ CO2 CoASH CoASH 目 录

小 结 ① 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，反复进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。 ② TAC过程的反应部位是线粒体。 ③ 整个循环反应为需氧的不可逆反应

④三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环， 消耗一分子乙酰CoA， 共有4次脱氢（其中3次由NAD+接受，1次由FAD接受）、2次脱羧（产生CO2）、1次底物水平磷酸化。 关键酶有：柠檬酸合酶 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶 ⑤ 三羧酸循环的中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化。

2. 三羧酸循环的生理意义 是三大营养物质氧化分解的共同途径； 是三大营养物质代谢联系的枢纽； 为其它物质代谢提供小分子前体； 为氧化磷酸化反应生成ATP提供NADH + H+ 和FADH2。

二、有氧氧化生成的ATP NADH + H+ 和FADH2进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP磷酸化生成ATP。 氧化磷酸化： 代谢物脱下的氢经电子传  递链传递给氧时释放的能量使ADP磷酸化生成ATP 的过程，称为氧化磷酸化或电子传递水平磷酸化。（生成ATP的主要方式） NADH+H+ H2O、3ATP [O] H2O、2ATP FADH2 [O]

此表按传统方式计算ATP。目前有新的理论，在此不作详述

有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。 简言之，即“供能”

三、有氧氧化的调节 ① 酵解途径：己糖激酶 丙酮酸激酶 关键酶 6-磷酸果糖激酶-1 ③ 三羧酸循环：柠檬酸合酶 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 ② 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体 ③ 三羧酸循环：柠檬酸合酶 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶

变构抑制剂：乙酰CoA; NADH; ATP 1. 丙酮酸脱氢酶复合体 ⑴ 变构调节 变构抑制剂：乙酰CoA; NADH; ATP 变构激活剂：AMP; ADP; NAD+ * 乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+时，其活性也受到抑制。

⑵ 共价修饰调节 目 录

2. 三羧酸循环的调节 ① 对限速酶的调节； ② Ca2+浓度的影响； ③ 氧化磷酸化速率的影响。

乙酰CoA – + 柠檬酸 草酰乙酸 异柠檬酸 苹果酸 – + α-酮戊二酸 + 琥珀酰CoA – NADH FADH2 柠檬酸 ATP GTP ATP 柠檬酸 ATP – 琥珀酰CoA NADH + ADP 柠檬酸合酶 异柠檬酸 脱氢酶 – ATP ADP + Ca2+ α-酮戊二酸 脱氢酶复合体 + Ca2+ – 琥珀酰CoA NADH

有氧氧化的调节特点 ⑴ 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。 ⑵ 有氧氧化受细胞内ATP/ADP或ATP/AMP以及NADH/NAD+比率的影响， ATP/ADP或ATP/AMP以及NADH/NAD+比例↑→糖的有氧氧化速度↓，反之亦然。 ⑶ 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。 ⑷ 有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对能量的需要。

四、巴斯德效应 * 概念 巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象。 * 机制 有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸; 缺氧时，酵解途径加强，NADH+H+在胞浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。

第 四 节 磷酸戊糖途径 Pentose Phosphate Pathway

* 概念 磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。

一、磷酸戊糖途径的反应过程 * 细胞定位：胞 液 * 反应过程可分为二个阶段 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2 包括一系列基团转移。 * 细胞定位：胞 液 * 反应过程可分为二个阶段 第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2 第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。

1. 磷酸戊糖生成 关键酶 6-磷酸葡萄糖酸 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸内酯 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 NADPH+H+ NADP+ ⑴ CO 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖酸内酯 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 NADPH+H+ NADP+ ⑴ H2O 5-磷酸核酮糖 CH2OH C O 5-磷酸核糖 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 NADP+ CO2 NADPH+H+ ⑵

催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。 两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。 G-6-P 5-磷酸核糖 CO2 催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。 两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。 反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。

2. 基团转移反应 通过一系列基团转移反应，将核糖转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt)。

5-磷酸核酮糖(C5) ×3 5-磷酸木酮糖 C5 7-磷酸景天糖 C7 3-磷酸甘油醛 C3 4-磷酸赤藓糖 C4 6-磷酸果糖 C6 5-磷酸核糖 C5

磷酸戊糖途径 第一阶段 第二阶段 6-磷酸葡萄糖(C6)×3 6-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×3 6-磷酸葡萄糖酸(C6)×3 5-磷酸核糖 3NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 CO2 磷酸戊糖途径 第一阶段 5-磷酸木酮糖 7-磷酸景天糖 3-磷酸甘油醛 4-磷酸赤藓糖 6-磷酸果糖 第二阶段

总反应式 3×6-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+ 2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2

二、磷酸戊糖途径的调节 * 6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。 * 6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。 * 6-磷酸葡萄糖脱氢酶酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响，比值升高则磷酸戊糖途径被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。 * 磷酸戊糖途径的流量取决于机体对NADPH的需求。

三、磷酸戊糖途径的生理意义 （一）为核酸的生物合成提供核糖 （二）提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应 3. NADPH可维持GSH的还原状态

A AH2 2G-SH G-S-S-G NADP+ NADPH+H+

第 五 节 糖原的合成与分解 Glycogenesis and Glycogenolysis

糖 原 (glycogen) 是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。 糖原储存的主要器官及其生理意义 肌肉：肌糖原，180 ~ 300g，主要供肌肉收缩所需 肝脏：肝糖原，70 ~ 100g，维持血糖水平

2. 分支处葡萄糖以α-1,6-糖苷键连接。分支增加，水溶性增加，非还原端增多，有利于磷酸化酶能迅速分解糖原。 糖原的结构特点及其意义 1. 葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键形成长链。 2. 分支处葡萄糖以α-1,6-糖苷键连接。分支增加，水溶性增加，非还原端增多，有利于磷酸化酶能迅速分解糖原。 目 录

一、糖原的合成代谢 （一）定义 糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。 （二）合成部位 组织定位：主要在肝脏、肌肉 细胞定位：胞浆

（三）糖原合成反应过程 葡萄糖的供体：UDPG ， 需小分子糖原作引物 消耗的能量：2分子ATP Gn G → G-6-P → G-1-P → UDPG Gn+1 关键酶：糖原合酶 葡萄糖的供体：UDPG ， 需小分子糖原作引物 消耗的能量：2分子ATP

1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 2. 6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖 ATP ADP 己糖激酶; 葡萄糖激酶（肝） 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 2. 6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶 6-磷酸葡萄糖

+ 3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖 * UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。 UTP 2Pi+能量 尿苷 3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖 1- 磷酸葡萄糖 + UTP 尿苷 P 尿苷二磷酸葡萄糖 ( uridine diphosphate glucose , UDPG ) PPi UDPG焦磷酸化酶 2Pi+能量 * UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。

糖原合酶

* 糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)， 作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。 4. α-1,4-糖苷键式结合 糖原n + UDPG 糖原n+1 + UDP 糖原合酶 ( glycogen synthase ) UDP UTP ADP ATP 核苷二磷酸激酶 * 糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)， 作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。

（四）糖原分支的形成 分 支 酶 (branching enzyme) α-1,4-糖苷键 α-1,6-糖苷键 目 录

研究进展 糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？ 近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为glycogenin的蛋白质。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，将UDP-葡萄糖分子的C1结合到其酶分子的酪氨酸残基上，从而使它糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原合成时的引物。

二、糖原的分解代谢 * 定义 糖原分解 (glycogenolysis )习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。 * 亚细胞定位：胞 浆 * 亚细胞定位：胞 浆 * 肝糖原的分解 1. 糖原的磷酸解 糖原n+1 糖原n + 1-磷酸葡萄糖 磷酸化酶 关键酶

①转移葡萄糖残基 2. 脱枝酶的作用 ②水解-1,6-糖苷键 脱支酶 (debranching enzyme) 转移酶活性 磷酸化酶 α-1,6糖苷酶活性 磷酸化酶 目 录

3. 1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 4. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶 4. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 （肝，肾） 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖

* 肌糖原的分解 肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，补充血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。 肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。

小 结 ⑴ 反应部位：胞浆 ⑵ G-6-P的代谢去路 G-6-P G（补充血糖） 6-磷酸葡萄糖内酯 F-6-P （进入磷酸戊糖途径） 小 结 ⑴ 反应部位：胞浆 ⑵ G-6-P的代谢去路 G（补充血糖） 6-磷酸葡萄糖内酯 （进入磷酸戊糖途径） F-6-P （进入酵解途径） G-6-P G-1-P UDPG Gn（合成糖原） 葡萄糖醛酸 （进入葡萄糖醛酸途径）

糖原的合成与分解

三、糖原合成与分解的调节 ① 糖原合成：糖原合酶 ② 糖原分解：糖原磷酸化酶 这两种关键酶的重要特点： * 它们的快速调节有共价修饰和变构调节二种方式。 * 它们都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。

1. 共价修饰调节 + + - + + - - + – 腺苷环化酶 （无活性） 腺苷环化酶（有活性） 激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体 激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体 ATP cAMP PKA (无活性) 1. 共价修饰调节 + Pi 磷蛋白磷酸酶-1 磷酸化酶b激酶 PKA (有活性) + 磷酸化酶b激酶-P – 磷蛋白磷酸酶抑制剂-P - + + 糖原合酶 糖原合酶-P 磷酸化酶b 磷酸化酶a-P - - PKA（有活性） + 磷蛋白磷酸酶抑制剂

2. 变构调节 主要是葡萄糖作为变构效应剂对磷酸化酶进行变构调节。 当血糖升高时，葡萄糖进入肝细胞，与磷酸化酶a的变构部位结合，引起构象改变，暴露出磷酸化的第14 位丝氨酸，使其易被磷蛋白磷酸酶-1去磷酸化而转变成低活性的磷酸化酶b，从而降低肝糖原的分解。           糖原合成与分解的生理性调节主要靠胰岛素和胰高血糖素，肾上腺素可能仅在应激状态发挥作用（共价修饰）。

3.肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同 * 在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上腺素调节。 * 肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。 糖原合酶 磷酸化酶a-P 磷酸化酶b AMP ATP及6-磷酸葡萄糖 ♁ 

四、糖原积累症 糖原累积症(glycogen storage diseases)是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。

糖原积累症分型 型别 缺陷的酶 受害器官 糖原结构 Ⅰ 葡萄糖-6-磷酸酶缺陷 肝、肾 正常 Ⅱ 溶酶体α1→4和1→6葡萄糖苷酶 所有组织 Ⅲ 脱支酶缺失 肝、肌肉 分支多，外周糖链短 Ⅳ 分支酶缺失 分支少，外周糖链特别长 Ⅴ 肌磷酸化酶缺失 肌肉 Ⅵ 肝磷酸化酶缺陷 肝 Ⅶ 肌肉和红细胞磷酸果糖激酶缺陷 肌肉、红细胞 Ⅷ 肝脏磷酸化酶激酶缺陷 脑、肝

第 六 节 糖 异 生 Gluconeogenesis

* 概念 糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。 * 部位 主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体 * 原料 主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸等

一、糖异生途径 * 定义 糖异生途径(gluconeogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。 * 过程 糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的； 酵解途径中有3个由关键酶催化的不可逆反应。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。

① 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体） 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) ----丙酮酸羧化支路 ATP ADP+Pi CO2 ① GTP GDP CO2 ② 丙酮酸 草酰乙酸 PEP ① 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体） ② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）

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※ 草酰乙酸转运出线粒体 出线粒体 苹果酸 草酰乙酸 草酰乙酸 天冬氨酸 出线粒体

PEP 胞液 磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶 草酰乙酸 苹果酸 天冬氨酸 天冬氨酸 苹果酸 草酰乙酸 线粒体 丙酮酸羧化酶 丙酮酸 丙酮酸 GTP GDP + CO2 胞液 天冬氨酸 苹果酸 草酰乙酸 天冬氨酸 谷氨酸 α-酮戊二酸 苹果酸 NADH + H+ NAD+ 草酰乙酸 丙酮酸羧化酶 ATP + CO2 ADP + Pi 线粒体 丙酮酸 丙酮酸

糖异生途径中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛时，需要NADH+H+。 下述反应提供。 乳酸 丙酮酸 LDH NAD+ NADH+H+

② 由氨基酸为原料进行糖异生时， NADH+ H+ 则由线粒体内NADH+H+提供，它们来自于脂酸的β-氧化或三羧酸循环，NADH+H+转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。 胞浆

* 糖异生的关键酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖双磷酸酶 、葡萄糖-6-磷酸酶 2. 1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 6-磷酸果糖 Pi 果糖双磷酸酶 3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 Pi 葡萄糖-6-磷酸酶 * 糖异生的关键酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖双磷酸酶 、葡萄糖-6-磷酸酶

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二、糖异生的调节 作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环(substrate cycle)。 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 己糖激酶 ATP ADP Pi 作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环(substrate cycle)。 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 6-磷酸果糖激酶-1 果糖双磷酸酶-1 ADP ATP Pi PEP 丙酮酸 草酰乙酸 丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶 ADP ATP CO2+ATP ADP+Pi GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶 GDP+Pi +CO2

1. 6-磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间 6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖 Pi ATP 果糖双磷 酸酶-1 6-磷酸果糖激酶-1 AMP 1. 6-磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间 6-磷酸果糖 Pi ATP 2,6-双磷酸果糖 AMP 果糖双磷 酸酶-1 6-磷酸果糖激酶-1 ADP 1,6-双磷酸果糖

2. 磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间 PEP ADP 1,6-双磷酸果糖 丙氨酸 丙酮酸激酶 草酰乙酸 ATP 丙 酮 酸 乙 酰 CoA

三、糖异生的生理意义 （一）维持血糖浓度恒定 （二）补充肝糖原 三碳途径： 指进食后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。 （三）调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）

【 】 【 】 四、乳酸循环(lactose cycle) ———（Cori 循环） ⑴ 循环过程 肝 葡萄糖 葡萄糖 肌肉 葡萄糖 丙酮酸 ⑴ 循环过程 肝 葡萄糖 葡萄糖 肌肉 葡萄糖 糖异生途径 酵解途径 丙酮酸 丙酮酸 NAD+ NADH NADH NAD+ 乳酸 乳酸 乳酸 血液 糖异生活跃 有葡萄糖-6磷酸酶 【 】 糖异生低下 没有葡萄糖-6磷酸酶 【 】

⑵ 乳酸循环是一个耗能的过程 2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP。 ⑶ 生理意义 ① 乳酸再利用，避免了乳酸的损失。 ② 防止乳酸的堆积引起酸中毒。

第 七 节 血糖及其调节 Blood Glucose and The Regulation of Blood Glucose Concentration

血糖及血糖水平的概念 * 血糖，指血液中的葡萄糖。 * 血糖水平，即血糖浓度。 正常血糖浓度 ：3.89~6.11mmol/L

血糖水平恒定的生理意义 保证重要组织器官的能量供应，特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。 脑组织不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡萄糖供能； 红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获能； 骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。

血糖 一、血糖来源和去路 食 物 糖 CO2 + H2O 肝糖原 其它糖 非糖物质 脂肪、氨基酸 肝(肌)糖原 氧化分解 消化，吸收 糖原合成 肝(肌)糖原 肝糖原 分解 磷酸戊糖途径等 其它糖 非糖物质 糖异生 脂类、氨基酸合成代谢 脂肪、氨基酸

二、血糖水平的调节 * 主要依靠激素的调节 降低血糖：胰岛素(insulin) 主要调节激素 升高血糖：胰高血糖素(glucagon)、糖皮质激素、肾上腺素

（一） 胰岛素 胰岛素的作用机制: ① 促进葡萄糖转运进入细胞 ； ② 加速糖原合成，抑制糖原分解； ③ 加快糖的有氧氧化； （一） 胰岛素 —— 体内唯一降低血糖水平的激素 胰岛素的作用机制: ① 促进葡萄糖转运进入细胞 ； ② 加速糖原合成，抑制糖原分解； ③ 加快糖的有氧氧化； ④ 抑制肝内糖异生； ⑤ 减少脂肪动员。

* 此外，糖皮质激素和肾上腺素也可升高血糖，肾上腺素主要在应激状态下发挥作用。 （二）胰高血糖素 —— 体内升高血糖水平的主要激素 胰高血糖素的作用机制： ① 促进肝糖原分解，抑制糖原合成； ② 抑制酵解途径，促进糖异生； ③ 促进脂肪动员。 * 此外，糖皮质激素和肾上腺素也可升高血糖，肾上腺素主要在应激状态下发挥作用。

① 促进肌肉蛋白质分解，分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生。 （三）糖皮质激素 ——引起血糖升高，肝糖原增加 糖皮质激素的作用机制可能有两方面： ① 促进肌肉蛋白质分解，分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生。 ② 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。 * 此外，在糖皮质激素存在时，其他促进脂肪动员的激素才能发挥最大的效果，间接抑制周围组织摄取葡萄糖。

（四）肾上腺素 ——强有力的升高血糖的激素 肾上腺素的作用机制 通过肝和肌肉的细胞膜受体、cAMP、蛋白激酶级联激活磷酸化酶，加速糖原分解。主要在应激状态下发挥调节作用。

正常人体内存在一套精细的调节糖代谢的机制，在一次性食入大量葡萄糖后，血糖水平不会出现大的波动和持续升高。 *葡萄糖耐量(glucose tolerence)或耐糖现象 指人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象。

糖耐量试验(glucose tolerance test, GTT) 目的：临床上用来诊断病人有无糖代谢异常。 口服糖耐量试验的方法 被试者清晨空腹静脉采血测定血糖浓度，然后一次服用100g葡萄糖，服糖后的1/2、1、2h（必要时可在3h）各测血糖一次。以测定血糖的时间为横坐标（空腹时为0h），血糖浓度为纵坐标，绘制糖耐量曲线。

糖耐量曲线 正常人：服糖后1/2~1h达到高峰，然后逐渐降低， 一般2h左右恢复正常值。

三、血糖水平异常 （一）高血糖及糖尿症 1. 高血糖(hyperglycemia)的定义 临床上将空腹血糖浓度高于7.22~7.78 mmol/L称为高血糖。 2. 肾糖阈的定义 当血糖浓度高于8.89~10.00mmol/L时，超过了肾小管的重吸收能力，则可出现糖尿。这一血糖水平称为肾糖阈。

持续性高血糖和糖尿，主要见于糖尿病(diabetes mellitus, DM)。 3. 高血糖及糖尿的病理和生理原因 持续性高血糖和糖尿，主要见于糖尿病(diabetes mellitus, DM)。 Ⅰ型（胰岛素依赖型） Ⅱ型(非胰岛素依赖型) 糖尿病可分为二型: b. 血糖正常而出现糖尿，见于慢性肾炎、肾病综合征等引起肾对糖的吸收障碍。 c. 生理性高血糖和糖尿可因情绪激动而出现。

(二）低血糖 1. 低血糖(hypoglycemia)的定义 空腹血糖浓度低于3.33~3.89mmol/L时称为低血糖。 2. 低血糖的影响 血糖水平过低，会影响脑细胞的功能，从而出现 头晕、倦怠无力、心悸等症状，严重时出现昏迷，称为低血糖休克。

3. 低血糖的病因 ① 胰性（胰岛β-细胞功能亢进、胰岛α-细胞功能低下等） ② 肝性（肝癌、糖原积累病等） ③ 内分泌异常（垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等） ④ 肿瘤（胃癌等） ⑤ 饥饿或不能进食