Chapter 6 Metabolism of Carbohydrates 6 糖代谢 Chapter 6 Metabolism of Carbohydrates

第一节 概 述 Introduction

一、糖的概念 糖(carbohydrates)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。

二、糖的分类及其结构 根据能否被水解以及其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类： 单糖 (monosacchride):不能再水解的糖。 寡糖 (oligosacchride):能水解生成少数几个分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。 多糖 (polysacchride):能水解生成多个分子单糖的糖。 复合糖(glycoconjugate): 糖与非糖物质的结合物。

常见的多糖有 淀 粉 (starch) 糖 原 (glycogen) 纤维素 (cellulose)

糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式 目 录

纤维素 作为植物的骨架 β-1,4-糖苷键

常见的结合糖有 糖脂 (glycolipid)：是糖与脂类的结合物。 糖蛋白 (glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。

三、糖的主要生理功能 1. 氧化供能（能源） 2. 提供合成体内其他物质的原料（碳源） 3. 作为机体组织细胞的组成成分 1. 氧化供能（能源） 这是糖的主要功能。糖类占机体全部能量的70%。 2. 提供合成体内其他物质的原料（碳源） 如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。 3. 作为机体组织细胞的组成成分 如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。作为生物膜、神经组织等的组分。作为核酸类化合物的成分,构成核苷酸，DNA，RNA等。

四、食物中糖的消化和吸收 （一）糖的消化 动物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 葡萄糖 口腔 唾液中的α-淀粉酶 胃 肠腔 胰液中的α-淀粉酶 麦芽糖+麦芽三糖 （40%） （25%） α-临界糊精+异麦芽糖 （30%） （5%） 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 1. 吸收部位：小肠上段 2. 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+ Na+泵 ATP ADP+Pi Na+ G Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT)

4. 吸收途径 小肠肠腔 肠粘膜上皮细胞 门静脉 肝脏 体循环 各种组织细胞 SGLT GLUT 4. 吸收途径 SGLT 小肠肠腔 肠粘膜上皮细胞 门静脉 GLUT：葡萄糖转运体(glucose transporter)，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 1～5)。 肝脏 GLUT 体循环 各种组织细胞

五、糖代谢概况 葡萄糖 糖原 ATP H2O及CO2 核糖 + 丙酮酸 乳酸 淀粉 乳酸、氨基酸、甘油 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 糖酵解 glycolysis

糖酵解亦称EMP途径（Embden、Meyerhof、Parnas) * 糖酵解(glycolysis)的定义 葡萄糖或糖原在细胞液中，经无氧分解转变为乳酸(lactate)并生成ATP的过程称之为糖酵解。 * 糖酵解的反应部位：胞浆 糖酵解亦称EMP途径（Embden、Meyerhof、Parnas) * 糖酵解分为两个阶段 第一阶段 由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。 第二阶段 由丙酮酸转变成乳酸。

一、反应过程： 在细胞质中进行 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 ATP ADP ATP ADP 葡萄糖 E 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 E E NAD NADH Pi E 1，6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸 E E 磷酸二羟基丙酮 ATP ADP E E H2O E 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 烯醇式丙酮酸 E 丙酮酸

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

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

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

+ 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 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 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 3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P 1,3-二磷酸甘油酸 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 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 1,3-二磷酸 3-磷酸甘油醛 甘油酸 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 ⑹ 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸 1,3-二磷酸 甘油酸 3-磷酸甘油醛 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 3-磷酸甘油酸 甘油酸 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 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 磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase) ※代谢物在氧化分解过程中通过脱氢、脱水等作用使底物分子内部能量重新分布，能量集中生成高能键，然后使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。

⑻ 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 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 ⑻ 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸 变位酶 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 磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP) 2-磷酸甘油酸 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 ⑼ 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 + H2O 磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP) 2-磷酸甘油酸 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 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 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 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 ADP ATP K+ Mg2+ 丙酮酸激酶 (pyruvate kinase)

厌氧有机体（如酵母或其他微生物）把酵解生成的NADH中的氢交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，使之形成乙醇——酒精发酵 反应过程－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。 厌氧有机体（如酵母或其他微生物）把酵解生成的NADH中的氢交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，使之形成乙醇——酒精发酵

糖酵解的代谢途径 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 丙 酮 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 糖酵解的代谢途径 E1:己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶 NADH+H+ NAD+ 乳 酸 E3

总反应式

糖酵解小结 ⑴ 反应部位：胞浆。参与糖酵解各反应的酶都存在于细胞浆中。 ⑵ 糖酵解是一个不需氧的产能过程 ⑴ 反应部位：胞浆。参与糖酵解各反应的酶都存在于细胞浆中。 ⑵ 糖酵解是一个不需氧的产能过程 ⑶ 反应全过程不可逆。其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

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）

除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。 半乳糖 1-磷酸半乳糖 1-磷酸葡萄糖 半乳糖激酶 变位酶 Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP 丙酮酸 甘露糖 6-磷酸甘露糖 己糖激酶 变位酶 果糖 己糖激酶

二、糖酵解的调节 ① 己糖激酶 ② 6-磷酸果糖激酶 ③ 丙酮酸激酶 关键酶 ① 别构调节 ② 共价修饰调节 调节方式

6-磷酸果糖激酶(PFK) * 别构调节 别构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P 别构抑制剂： 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 活性中心外别构调节部位（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

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

2. 共价修饰调节 Pi 丙酮酸激酶 丙酮酸激酶 P PKA：蛋白激酶A (protein kinase A) CaM：钙调蛋白 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

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可别构抑制肝葡萄糖激酶。

三、糖酵解的生理意义 1.产生能量，是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。但能量的利用率较低。同时也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 2.凡是可转变为酵解中间产物的物质，均可沿酵解途径逆转合成葡萄糖。 3.糖酵解反应了生物获取能量方式的演变过程。

第三节 糖的有氧分解 Aerobic Oxidation of Carbohydrate

* 概念 糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，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：糖酵解途径 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（柠檬酸）循环 线粒体 TCA循环 NADH+H+ FADH2 [O] CO2 H2O ATP ADP

总反应式: 丙酮酸 乙酰CoA 第一阶段：葡萄糖分解为丙酮酸 第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 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 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 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 3.乙酰CoA的生成 4. 硫辛酰胺的生成

丙酮酸脱氢酶系由三种酶单体构成：丙酮酸脱羧酶（E1），硫辛酸乙酰基转移酶（E2），二氢硫辛酸脱氢酶（E3）。该多酶复合体有六种辅助因子：TPP，硫辛酸，NAD+，FAD，HSCoA和Mg2+。

注：在糖代谢中，从丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA是一个关键性不可逆步骤。因此动物不能把乙酰CoA转变为葡萄糖。

第三阶段：柠檬酸循环（三羧酸循环） * 概述 * 反应部位 三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TCA)也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs（ATP循环之父）正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。 * 概述 * 反应部位 所有的反应均在线粒体中进行。

* 柠檬酸合酶 + ⑴ H2O HSCoA 顺乌头酸酶 ⑵ * 异柠檬酸脱氢酶 ⑶ NADH+H++CO2 NAD+

* α-酮戊二酸脱氢酶系 琥珀酰CoA合成酶 琥珀酸脱氢酶 ⑷ NAD+ +HSCoA NADH+H+ +CO2 GDP+Pi ⑸ GTP ⑹ FADH2 FAD

延胡索酸酶 ⑺ H2O NAD+ 苹果酸脱氢酶 ⑻ NADH+H+

② ① ② ①柠檬酸合酶 ⑧ ②顺乌头酸酶 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顺乌头酸酶 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

有氧氧化生成的ATP

小 结 ① 柠檬酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。 小 结 ① 柠檬酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。 ② TCA过程的反应部位是线粒体。

③ 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， 经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP。 关键酶有：柠檬酸合成酶 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶 ④ 整个循环反应为不可逆反应

⑤ 三羧酸循环的中间产物 三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。

表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是， Ⅰ 机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TCA中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。 例如： 草酰乙酸 天冬氨酸 α-酮戊二酸 谷氨酸 柠檬酸 脂肪酸 琥珀酰CoA 卟啉

Ⅱ 机体糖供不足时，可能引起TCA运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解。 苹果酸酶 丙酮酸 CO2 NAD+ NADH + H+ 草酰乙酸 草酰乙酸脱羧酶 丙酮酸 CO2

* 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。 草酰乙酸 柠檬酸 苹果酸 丙酮酸 天冬氨酸 其来源如下： 柠檬酸裂解酶 苹果酸脱氢酶 谷草转氨酶 乙酰CoA 苹果酸 苹果酸脱氢酶 NADH+H+ NAD+ 草酰乙酸 天冬氨酸 谷草转氨酶 α-酮戊二酸 谷氨酸 丙酮酸 丙酮酸羧化酶 CO2

二、柠檬酸（三羧酸）循环的生理意义 柠檬酸循环不仅是糖生成ATP的主要途径，也是脂肪、蛋白质、氨基酸等最终氧化分解产生能量的共同途径。 是糖、脂、蛋白质及其他有机物质最终氧化分解的共同途径；也是这些物质相互转变、相互联系的枢纽； 为其它物质代谢提供小分子前体； 为呼吸链提供H+ + e。

三、柠檬酸循环生成的ATP计算 H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。 NADH+H+ H2O、3ATP [O] H2O、2ATP FADH2 [O] 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。

此表按传统方式计算ATP。目前有新的理论，在此不作详述

四、有氧氧化的调节 关键酶 ① 酵解途径：己糖激酶 丙酮酸激酶 磷酸果糖激酶 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

1、 丙酮酸脱氢酶复合体 ⑴ 别构调节 别构抑制剂：乙酰CoA; NADH; ATP 别构激活剂：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

2、柠檬酸循环的调节 – + – + + – 乙酰CoA ① ATP、ADP的影响 柠檬酸 草酰乙酸 ② 产物堆积引起抑制 异柠檬酸 苹果酸 α-酮戊二酸 异柠檬酸 苹果酸 NADH FADH2 GTP ATP 2、柠檬酸循环的调节 ATP – 柠檬酸 琥珀酰CoA NADH + ADP ① ATP、ADP的影响 柠檬酸合酶 ② 产物堆积引起抑制 异柠檬酸 脱氢酶 – ATP ③ 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶 ADP + Ca2+ α-酮戊二酸 脱氢酶复合体 + Ca2+ ④ 其他，如Ca2+可激活许多酶 – 琥珀酰CoA NADH

3、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。 ⑴ 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。 ⑵ ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。 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 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。

五、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（PPP)

* 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（两个分支） 第一阶段：氧化分支 第二阶段：非氧化分支 * 细胞定位：胞 液 * 反应过程可分为二个阶段（两个分支） 第一阶段：氧化分支 由葡萄糖经脱氢脱羧等作用生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2 第二阶段：非氧化分支 包括一系列基团转移。由五碳糖经转酮和转醛作用重新合成六碳糖。

1. 磷酸戊糖生成 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 H2O 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 磷酸戊糖异构酶 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 每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。 3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途径。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 C5 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 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 第二阶段

总反应式 6×6-磷酸葡萄糖 + 12 NADP+ 4×6-磷酸果糖+2 ×3 -磷酸甘油醛+12NADPH+H++6CO2

磷酸戊糖途径的特点 ⑴ 脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。 ⑵ 反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。 ⑶ 反应中生成了重要的中间代谢物——5-磷酸核糖。 ⑷ 一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。

二、磷酸戊糖途径的调节 * 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 此酶为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 此酶为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。 此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。

三、磷酸戊糖途径的生理意义 （一）磷酸戊糖途径的重要产物是NADPH和5-磷酸核糖。NADPH是细胞中易于利用的还原能力，主要在还原性的生物合成中作为氢和电子的供体，可作为脂类合成的原料。同时可以使氧化型谷胱甘肽还原，维持某些巯基酶活性和红细胞的完整性。5-磷酸核糖是生物体合成 核苷酸和核酸的重要成分，磷酸戊糖途径是机体内核糖产生的唯一场所。 （二）磷酸戊糖途径分为氧化分支和非氧化分支。其中非氧化分支使磷酸戊糖途径相互连接，机体可根据体内NADPH、5-磷酸核糖和ATP之间的需要，调节反应的进行。 （三）磷酸戊糖途径是体内各种形式的糖互相转化的中心环节。 （四）一摩尔葡萄糖经磷酸戊糖途径可生成35摩尔ATP。

第五节 糖异生作用 Gluconeogenesis

糖异生(gluconeogenesis)是指动物体内由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程。 * 概念 * 部位 主要在肝脏、肾脏细胞的胞浆及线粒体 * 原料 主要有乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸

一、糖异生的反应过程 *糖异生途径(gluconeogenic pathway)是从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。 * 过程 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 一、糖异生的反应过程 *糖异生途径(gluconeogenic pathway)是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. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) 丙酮酸 草酰乙酸 PEP 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）

※ 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

糖异生途径所需NADH+H+的来源 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+。 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

2. 1,6-二磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖 3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖 1,6-双磷酸果糖 6-磷酸果糖 果糖二磷酸酶 Pi 果糖二磷酸酶 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

非糖物质进入糖异生的途径 ⑴ 糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物 生糖氨基酸 α-酮酸 甘油 α-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 乳酸 丙酮酸 -NH2 甘油 α-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 乳酸 丙酮酸 2H ⑵ 上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原

G 胞液 线粒体 乙酰CoA PEP 丙酮酸 丙酮酸 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸 苹果酸 苹果酸 天冬氨酸 草酰乙酸 天冬氨酸 PEP

二、糖异生的调节 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 己糖激酶 ATP ADP Pi 在前面的三个反应过程中，作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这样一对由不同酶催化所进行的正逆反应称之为底物循环(substratecycle)。 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

当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而称之为无效循环(futile cycle)。 因此，有必要通过调节使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对前述底物循环中的后2个底物循环进行调节。

1. 6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖之间 6-磷酸果糖 Pi ATP AMP ADP 1,6-双磷酸果糖 2,6-双磷酸果糖 1. 6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖之间 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）葡糖异生可维持动物和人体内血糖浓度的相对 恒定。这对需糖较多的脑组织、红细胞和视网膜等非 常重要 。 （二）葡糖异生是草食动物，特别是反刍动物体内葡 萄糖的唯一来源。 （三）葡糖异生与乳酸的利用有密切关系，对于回收 乳酸分子中的能量，更新肝糖原。防止乳酸酸中毒的 发生等都有一定的意义。 （四）协助氨基酸代谢。

【 】 【 】 四、乳酸循环(lactose cycle) ———（Cori 氏循环） ⑴ 循环过程 肝 肌肉 血液 糖异生活跃 ⑴ 循环过程 肝 肌肉 葡萄糖 葡萄糖 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。

第六节 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。糖原是由葡萄糖残基构成的含许多分支的大分子高聚物。 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

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. 约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以α-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。 3. 每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。

一、糖原的合成代谢 （一）定义 （二）合成部位 糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。 α-1,6-糖苷键 α-1,4-糖苷键 组织定位：主要在肝脏、肌肉 细胞定位：胞浆

一、糖原合成途径 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 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 这步反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成α-1,4-糖苷键，所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合。 半缩醛羟基与磷酸基之间形成的O-P键具有较高的能量。

+ 3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖 UTP 2Pi+能量 * UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。 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。

4. α-1,4-糖苷键式结合 糖原n + UDPG 糖原n+1 + UDP 糖原合成酶 ( glycogen synthase ) UDP 4. α-1,4-糖苷键式结合 糖原n + UDPG 糖原n+1 + UDP 糖原合成酶 ( glycogen synthase ) UDP UTP ADP ATP 核苷二磷酸激酶

糖原n + UDPG 糖原n+1 + UDP 糖原合成酶 (glycogen synthase) * 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。

糖原分枝的形成 糖 原 分 支 酶 (branching enzyme) α-1,4-糖苷键 α-1,6-糖苷键

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 * 亚细胞定位：胞 浆 * 肝糖元的分解 1. 糖原的磷酸解 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 * 肝糖元的分解 1. 糖原的磷酸解 糖原n+1 糖原n + 1-磷酸葡萄糖 糖原磷酸化酶

2. 脱枝酶的作用 ①转移葡萄糖残基 ②水解-1,6-糖苷键 脱枝酶 (debranching enzyme) 转移酶活性 α-1,6糖苷 磷 酸 化 酶

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，提供血糖，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）

3. 糖原的合成与分解总图 糖原合酶 磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原n Pi 磷酸葡萄糖变位酶 己糖(葡萄糖)激酶 糖原n Pi 磷酸化酶 葡萄糖-6-磷酸酶（肝） 糖原n

三、糖原合成与分解的调节 关键酶 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。 ① 糖原合成：糖原合成酶 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 ①两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反； ②此调节为酶促反应，调节速度快； ③调节有级联放大作用，效率高； ④受激素调节。

– 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 ATP cAMP PKA Pi 磷酸化酶b激酶 激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体 ATP cAMP PKA (无活性) 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. 别构调节 * 葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。 磷酸化酶 a (R) [疏松型] 磷酸化酶 a (T) [紧密型] 葡萄糖 2. 别构调节 * 葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。 磷酸化酶 a (R) [疏松型] 磷酸化酶 a (T) [紧密型] 葡萄糖 磷酸化酶二种构像——紧密型(T)和疏松型(R) ，其中T型的14位Ser暴露，便于接受前述的共价修饰调节。

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 ♁ 

调节小结 ① 关键酶都以活性、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。 ② 双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。 ③ 双重调节：别构调节和共价修饰调节。 ④ 关键酶调节上存在级联效应。 ⑤ 肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点： 如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素， 分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。

糖代谢的调节 生物体中的代谢反应，除了受到遗传因素控制外，还受到酶活性、底物浓度和辅助因子的调节。细胞的酶浓度主要是由遗传因素控制的。在某些情况下，激素可以调整细胞的酶浓度。人和动物的糖代谢受到神经中枢和激素的调节。神经系统一方面可直接调节糖代谢，通过脑的〝糖中枢〞引起兴奋，促进肝糖原分解，补充血糖。另一方面，神经中枢通过控制激素分泌，如胰岛素、胰高血糖素等激素的分泌，调节糖代谢。

本章内容结束 The End