第9章　糖代谢 主讲教师：卢涛

糖即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。食物中的糖类主要是淀粉，体内糖的存储形式是糖原。

9.1 糖的消化与吸收 9.1.1 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。 9.1　糖的消化与吸收 　9.1.1　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 消化产物：单糖（以葡萄糖为主，少量半乳糖、果糖） 　　食物中含有的大量纤维素，因人体内无-糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。

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

9.1.2 糖的吸收 部位：空肠 吸收形式：单糖 吸收机理：主动吸收 载体：Na+依赖型葡萄糖转运体 9.1.2　糖的吸收 部位：空肠 吸收形式：单糖 吸收机理：主动吸收 载体：Na+依赖型葡萄糖转运体 耗能：在吸收过程中同时伴有Na+的转运并消耗能量以维持K+-Na+泵的运转

9.1.3　糖代谢的概况 葡萄糖吸收入血后，除肝脏外依赖一类葡萄糖转运体进入不同的组织细胞。

9.2 糖的分解代谢 9.2.1 糖的无氧分解 糖酵解定义：在缺氧或无氧条件下，葡萄糖或糖原分解成乳酸并释放出部分能量的过程，称为糖酵解。 9.2　糖的分解代谢 　9.2.1　糖的无氧分解 糖酵解定义：在缺氧或无氧条件下，葡萄糖或糖原分解成乳酸并释放出部分能量的过程，称为糖酵解。 过程：第一阶段是糖酵解途径， 　　　第二阶段是丙酮酸转变为乳酸。

葡萄糖或糖原分解成丙酮酸的过程称之为糖 酵解途径。 （一）糖酵解的途径 E1 E2 1．糖酵解途径： 葡萄糖或糖原分解成丙酮酸的过程称之为糖 酵解途径。 关键酶 E1:己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶 E3

2．丙酮酸转变为乳酸： NAD + NADH+H + 丙酮酸 乳酸 LDH

（1）整个反应仅均在胞浆中进行，无需氧参与。肌肉组织以糖酵解供能更为重要。 （2）三步不可逆反应，三种关键酶：己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶 。 （3）能量生成方式为底物水平磷酸化，即底物分子内部能量重新分布，形成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。一分子葡萄糖经糖酵解生成二分子乳酸，生成四分子ATP，净生成二分子ATP。 （4）NADH+H+的生成与利用：3-磷酸甘油醛脱氢生成1,3-二磷酸甘油酸，生成二分子NADH+H+；而第三阶段丙酮酸还原成乳酸需要还原当量NADH+H+。所以NADH+H+去路：在无氧情况下用于丙酮酸还原；而在有氧情况下，就必须经线粒体内膜进行氧化磷酸化。 （5）乳酸去路：①可以经乳酸循环在肝脏进行糖异生；②乳酸彻底氧化分解生成CO2、H2O和ATP；③随尿液排出。

（二）糖酵解的调节 1．6-磷酸果糖激酶-1 调节酵解途径最重要的是6-磷酸果糖激酶-1的活性。6-磷酸果糖激酶-1有与别构激活剂和抑制剂结合的部位。高浓度ATP和柠檬酸是此酶的别构抑制剂； 6-磷酸果糖激酶-1的别构激活剂有AMP、ADP、1,6-双磷酸果糖和2,6-双磷酸果糖。2,6-双磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-1最强的别构激活剂。 2．丙酮酸激酶 1,6-双磷酸果糖是丙酮酸激酶的别构激活剂，而ATP和丙氨酸则有抑制作用。丙酮酸激酶还受共价修饰方式调节。 3．己糖激酶 己糖激酶对葡萄糖由很高的亲和力。己糖激酶受其产物6-磷酸葡萄糖的别构抑制。长链脂酰CoA对其有别构抑制作用。

（三）糖酵解的生理意义 1．迅速、有限地供给能量（胞浆，净生成二分子ATP） 2．成熟红细胞没有线粒体，完全依赖糖酵解供应能量。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供应能量。

9.2.2 糖的有氧氧化 定义：在有氧条件下，葡萄糖或糖原彻底氧化成H2O和CO2，并释放出大量能量的过程。 9.2.2　糖的有氧氧化 定义：在有氧条件下，葡萄糖或糖原彻底氧化成H2O和CO2，并释放出大量能量的过程。 过程：第一阶段为糖酵解途径，第二阶段为丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA，第三阶段为三羧酸循环和氧化磷酸化。 细胞地位：胞浆和线粒体

（一）有氧氧化的反应过程 1．丙酮酸氧化脱羧 丙酮酸 乙酰 CoA 丙酮酸脱氢酶复合体 NAD , HSCoA CO , NADH + H 2 , NADH + H 丙酮酸脱氢酶复合体

2．三羧酸循环 1）三羧酸循环的反应过程 （1）柠檬酸的形成：乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸。 （2）异柠檬酸的形成：柠檬酸与异柠檬酸的异构化可逆互变反应由顺乌头酸酶催化。 （3）第一次氧化脱羧：异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶作用下氧化脱羧转变为α-酮戊二酸，脱下的氢由NAD+接受，生成NADH+H+。 （4）第二次氧化脱羧：α-酮戊二酸经α-酮戊二酸脱氢酶复合体作用氧化脱羧生成琥珀酰CoA，其组成和催化反应与前述的丙酮酸脱氢酶复合体类似。

（5）底物水平磷酸化反应：琥珀酰CoA的高能硫酯键水解时，可与GDP的磷酸化偶联生成高能磷酸键，由琥珀酰CoA合成酶催化。 （6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸：反应由琥珀酸脱氢酶催化，辅酶为FAD。 （7）延胡索酸加水生成苹果酸:延胡索酸酶催化此可逆反应。 （8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸：由苹果酸脱氢酶催化，脱下的氢由NAD+接受。

2）三羧酸循环的生理意义： （1）三羧酸循环为呼吸链提供还原当量。 （2）三羧酸循环是三大营养素的最终代谢通路。 （3）三羧酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽。 （4）三羧酸循环在提供生物合成的前体中起重要作用。

3）三羧酸循环的特点： （1）三羧酸循环定义：从2个碳原子的乙酰CoA与4个碳原子的草酰乙酸缩合成6个碳原子的柠檬酸开始，反复地脱氢脱羧的过程。 （2）三羧酸循环运转一周，氧化了1分子乙酰CoA。经过二次脱羧反应，四次氧化脱氢反应和一次底物水平磷酸化反应。生成3分子NADH+H+，1分子FADH2，2分子CO2，1分子GTP。最后进入氧化磷酸化生成12分子ATP。 （3）三羧酸循环反应过程是在线粒体中进行的，为不可逆反应。其关键酶为异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶复合体。 （4）三羧酸循环的中间产物包括草酰乙酸在内起着催化剂的作用，本身并无量的变化，这些中间产物也不可能直接在三羧酸循环中被氧化，必须要生成乙酰CoA才能进入三羧酸循环被氧化。

有氧氧化是机体氧化供能的主要方式。1mol的葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O，可净生成36或38mol ATP。 （二）有氧氧化的生理意义 　有氧氧化是机体氧化供能的主要方式。1mol的葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O，可净生成36或38mol ATP。 * NADH+H+进入线粒体氧化可通过2条途径：α-磷酸甘油穿梭和苹果酸-天冬氨酸穿梭。由前者进去H+由FAD接受生成FADH2，最终生成2个ATP；由后者进去H+由NAD +接受生成NADH+H+，最后生成3个ATP。

（三）糖有氧氧化调节 1．丙酮酸脱氢酶复合体的调节 丙酮酸脱氢酶复合体可通过别构效应和共价修饰二种方式进行快速调节。乙酰CoA及NADH+H+对酶有反馈抑制作用。ATP有抑制作用，AMP则能激活之。 2．三羧酸循环的调节 异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶是三羧酸循环的调节点。异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶在NADH/NAD+、ATP/ADP比率高时被反馈抑制。ADP还是异柠檬酸脱氢酶的别构激活剂。当线粒体内Ca2+浓度升高时，Ca2+可直接与异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶结合使酶激活；也可激活丙酮酸脱氢酶复合体。 3．氧化磷酸化速率的调节

9.2.3 磷酸戊糖途径 （一）磷酸戊糖途径的反应过程 1．第一阶段：氧化反应，生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2 9.2.3　磷酸戊糖途径 （一）磷酸戊糖途径的反应过程 1．第一阶段：氧化反应，生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2 6-磷酸葡萄糖经6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸内酯，以NADP+为电子受体，生成NADPH，6-磷酸葡萄糖酸内酯在内酯酶的作用下水解为6-磷酸葡萄糖酸，后者在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶作用下再次脱氢并自发脱羧而转变为5-磷酸核酮糖，同时生成NADPH+H+及CO2，5-磷酸核酮糖在异构酶作用下，即转变为5-磷酸核糖。 在第一阶段，6-磷酸葡萄糖生成5-磷酸核糖的过程中，同时生成2分子NADPH+H+及1分子CO2。 限速酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶，主要受NADPH/NADP+比例调节。NADPH对该酶有强烈的抑制作用。

2．第二阶段：非氧化反应，包括一系列基团转移反应 在细胞中合成代谢消耗的NADPH远比核糖需要量大，因此，葡萄糖经此途径生成了多余的核糖，通过一系列基团转移反应，将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入糖酵解途径。 磷酸戊糖途径总的反应为： 3×6-磷酸葡萄糖+ 6NADP+ →2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+6H++3CO2

（二）磷酸无糖途径的生理意义 1．为核酸的生物合成提供核糖：人类主要通过氧化反应生成核糖。 2．提供NADPH+H+作为供氢体参与多种代谢反应。 （1）是体内许多合成代谢的供氢体：如脂酸的合成、胆固醇的合成等。 （2）参与体内羟化反应：如胆固醇合成胆汁酸、类固醇激素等，有些则与生物转化有关。 （3）还用于维持谷胱甘肽的还原状态。

9.3　糖原的合成与分解 　　糖原是动物体内糖的储存形式。肝脏和肌肉是贮存糖原的主要组织器官，肝糖原约占肝重1%，约70~100克；肌糖原约占肌重1~2%，约180~300克。

9.3.1 糖原的合成作用 1．定义：由葡萄糖合成糖原的过程 2．反应过程 1）葡萄糖的磷酸化 2）6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖 9.3.1　糖原的合成作用 1．定义：由葡萄糖合成糖原的过程 2．反应过程 1）葡萄糖的磷酸化 2）6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖 3）尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）的生成 4）糖原的生成：糖原合酶 5）分支的形成：分支酶 3．关键酶：糖原合酶

9.3.2 糖原的分解作用 1．定义：糖原的分解过程。 2．反应过程： 1）糖原磷酸解为1-磷酸葡萄糖：磷酸化酶 2）脱枝酶催化的反应 9.3.2　糖原的分解作用 1．定义：糖原的分解过程。 2．反应过程： 1）糖原磷酸解为1-磷酸葡萄糖：磷酸化酶 2）脱枝酶催化的反应 3）1-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖 4）6-磷酸葡萄糖转变为葡萄糖 3.关键酶：糖原磷酸化酶

9.3.3　糖原代谢的调节 （一）糖原合梅 糖原合酶分为a、b二种形式。糖原合酶a有活性，磷酸化成糖原合酶b后即失去活性。催化其磷酸化的也是依赖cAMP的蛋白激酶。此外，ATP、6-磷酸葡萄糖是糖原合酶的别构激活剂。 （二）磷酸化酶 糖原磷酸化酶有磷酸化和去磷酸化二种形式，活性很低的磷酸化酶b被磷酸化就转变为活性强的磷酸型磷酸化酶a。此外，磷酸化酶还受别构调节，葡萄糖、ATP及6-磷酸葡萄糖是其别构抑制剂，AMP是其别构激活剂。Ca2+的升高可引起肌糖原分解增加。

9.3.4　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。

9.3.5 糖异生 定义：非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程。 原料：乳酸、甘油、生糖氨基酸等。 9.3.5　糖异生 定义：非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程。 原料：乳酸、甘油、生糖氨基酸等。 部位：主要器官是肝脏，大约占90%，其次10%是在肾脏进行。但长期饥饿时肾脏糖异生能力则可大为增强。

（一）糖异生途径 从丙酮酸生成葡萄糖或糖原的过程称为糖异生途径。基本上是糖酵解途径的逆反应。但糖酵解途径中有3个不可逆反应，在糖异生途径中须由另外的反应和酶代替。 1．丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸： ① ② ① 丙酮酸羧化酶：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）

2．1,6-双磷酸果糖转变为6-磷酸果糖：果糖双磷酸酶-1。 3．6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖：葡萄糖-6-磷酸酶。 草酰乙酸转运出线粒体： 出线粒体 草酰乙酸 苹果酸 苹果酸 草酰乙酸 出线粒体 草酰乙酸 天冬氨酸 天冬氨酸 草酰乙酸

在糖异生途径的随后反应中，1,3-二磷酸甘油酸还原成3-磷酸甘油醛时，需NADH+H+提供氢原子。NADH+H+来源： 乳酸脱氢；胞液中苹果酸脱氢；线粒体内脂酸β-氧化或三羧酸循环中脱氢。

【 】 【 】 肝 血液 肌肉 （二）乳酸循环 葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 乳酸 乳酸 乳酸 糖异生活跃 有葡萄糖-6磷酸酶 糖异生途径 酵解途径 丙酮酸 丙酮酸 NADH NADH NAD+ NAD+ 乳酸 乳酸 乳酸 肝 血液 肌肉 【 】 【 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 】

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。 生理意义 乳酸再利用，避免了乳酸的损失。 防止乳酸的堆积引起酸中毒。

（三）糖异生的生理意义 1．维持血糖浓度恒定 2．补充肝糖原 3．调节酸碱平衡

（四）糖异生的调节 酵解途径与糖异生途径是方向相反的两条代谢途径。要进行有效的糖异生，就必须抑制糖酵解途径。这种协调主要依赖于对这两条途径中的2个底物循环的调节。 底物循环：作用物的互变反应分别由不同的酶催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环。

第一个底物循环在6-磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间： 6-P-F 2, 6-2P-F 果糖双磷酸酶-1 6-磷酸果糖激酶-1 AMP 1,6-2P-F

第二个底物循环在磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间：

9.4　血糖水平的调节 　　血糖就是指血中的葡萄糖。血糖水平是血中葡萄糖浓度。血糖水平相当恒定，维持在3. 9~6.1mmol/L之间。

9.4.1 血糖的来源和去路 血糖的来源：1．肠道吸收 2．肝糖原分解 3．糖异生 血糖的去路：1．氧化分解 2．糖原合成 9.4.1　血糖的来源和去路 血糖的来源：1．肠道吸收 　　　　　　2．肝糖原分解 　　　　　　3．糖异生 血糖的去路：1．氧化分解 　　　　　　2．糖原合成 　　　　　　3．糖的其它代谢途径如磷酸戊糖途径 　　　　　　4．糖转变成脂肪等

9.4.2　血糖水平的调节 　　血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果；也是肝、肌肉、脂肪组织等各器官组织代谢协调的结果。这样精确协调主要依靠激素的调节。降低血糖的激素只有胰岛素，升高血糖的激素主要有胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素。

9.4.3 血糖水平异常 （一）高血糖及糖尿症（hyperglycemia and glucosuria） 9.4.3　血糖水平异常 （一）高血糖及糖尿症（hyperglycemia and glucosuria） 　　空腹血糖浓度高于7.22~7.78mmol/L称为高血糖。当血糖浓度高于8.89~10.00mmol/L，即超过了肾小管的重吸收能力，则可出现糖尿。持续性高血糖和糖尿，特别是空腹血糖和糖耐量曲线高于正常范围，主要见于糖尿病（diabetes mellitus）。某些慢性肾炎、肾病综合症等引起肾脏对糖的重吸收障碍也可出现糖尿，但血糖及糖耐量曲线均正常。 （二）低血糖（hypoglycemia） 　　空腹血糖浓度低于3.33~3.89mmol/L时称为低血糖。低血糖影响脑的正常功能从而出现头晕、倦怠无力、心悸等，严重时出现昏迷，称为低血糖休克。如不及时给病人静脉补充葡萄糖，可导致死亡。