第五章 糖 代 谢食物糖 : 淀粉 . 糖元 . 双糖 . 纤维素

消化 . 吸收

单糖( 代谢 )

(+)

第一节 概述 糖的生理功能

供能 供碳原 转化成肌体成分 转化成生物活性物质

糖的消化 . 吸收 消化 : 口腔开始 . 小肠为主 . 酶促反应 吸收 : 依赖载体 . 耗能的主动吸收 ( 主 ) 依赖载体 . 不耗能的促

进吸收 糖代谢概况

分解 : 无氧酵解 . 有氧氧化 . 戊糖旁路 . 糖醛酸途径等 糖元合成与分解 糖异生

第二节 糖的分解代谢

定义 : 在缺氧情况下 , 葡萄糖生成乳酸的过程 .

包括 :

细胞定位 : 胞液

酵解途径 LDHG 丙酮酸 乳酸

一、糖的无氧酵解糖的无氧酵解

过程1. 己糖磷酸酯的生成。（ G →F-1,6-2P ）准备阶段

HK

ATP ADPPH- 异构酶

6-PFK-1

ATP ADP

O

CH2OH

HOOH

OH

OH

G

O

CH2OH

HOOH

OH

OH

P

G-6-P

O CH2OHOCH2P

OH

OH

F-6-P

O CH2OHOCH2P

OH

OH

P

F-1,6-2P

Mg++

Mg++

2. 磷酸丙糖的生成。（ F-1,6-2P →G-3-P ）

aldolaseTriose phosphase

isomerase

继续反应CHO

CHOH

CH2O PG-3-P

CH2O

C=O

CH2OH

P

DHAP

O CH2OHOCH2P

OH

OH

P

F-1,6-2P

3. 丙酮酸的生成。（ G-3-P → Pyr ）

COH

CHOH

CH2O P

O

3-PG

CO~CHOH

CH2O P

P

O

G-1,3-2P

CHO

CHOH

CH2O PG-3-P

COOH

C—OH

CH2

COOH

C=O

CH3

Pyr2-PG

COOH

H-C-O

CH2-OH

P

COOH

C-O~-

CH2

P

PEP

烯醇化酶

H2OＰＹＫ

ADP ATP（自动）

ADP ATP

3-PGK

变位酶

NAD+ Pi

NADHH+

G-3-PDHE

4. 生成乳酸。

COOH

C=O

CH3

Pyr

COOH

CHOH

CH3

Lac

NADH + H+ NAD+

ＬＤＨ

其他己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径．

酵解从Ｇｎ开始：　Ｇｎ　　　　 1- Ｐ - Ｇ　　　　６ -Ｐ - Ｇ

（Ｐ）化Ｅ

无氧酵解总结

在胞液中进行 原料 :G 或者 Gn. 产物：乳酸． 不可逆．催化不可逆反应的三个酶即为限速酶

（整个途径中速度最慢的酶）． 两步耗能反应，两步底物水平磷酸化（代谢物在代谢过

程中，由于脱Ｈ或者脱水，分子内部能量重新分布，形成一个高能磷酸键，此磷酸基可直接转给ＡＤＰ生成ＡＴＰ）．尽生成 ATP 2 个．从 Gn 开始生成 3 个 ATP.

一步氧化反应，一步还原反应，二者偶联以维持胞液中 NADH/NAD + 比例．

糖酵解调节6-PFK-1

6-P-FATP ADP

1.6-DP-F

AMP ADP1.6-DP-F2.6-DP-F

ATP柠檬酸

(+)

(--)

6-PFK-26-PFK-2_(P)F-DPE-2

PYK磷酸烯醇式 PY PYADP ATP

HK

反馈 (--)

长链 RCO-SCOAGK( 肝 )

(--)胰岛素诱导

1.6-DP-F(+) (--)

ATP 丙氨酸 ( 肝 )

6-PFK-2 (P) 化成F-DPE-2

GATP ADP

6-P-G

PYK(P) 化失活

糖酵解的生理意义

生理及病理性缺氧情况下迅速供能 .

红细胞无线粒体 , 此为主要供能方式 .

某些组织的重要供能方式 , 如 : 神经组织 .

白细胞 . 视网膜 . 睾丸等组织细胞在氧供充

足的情况下 , 也进行着旺盛的酵解过程 .

二、 糖的有氧氧化定义 : 葡萄糖在有氧条件下 , 彻底氧化成水

和二氧化碳的过程

6-P-G PYr PYr

TAC

H2O

O2Q

ADPH3PO4

ATP

氧化磷酸化

酵解途径

CH3CO-SCOA

PYrDHE 系

2 CO2

3 NADH FADH2

GTP

G

胞液

腺粒体

一 . 有氧氧化的反应过程( 一 ) 丙酮酸的氧化脱羧

CH3COCOOH

CH3COSCoAPYr DHE 系

CoASHNAD+

NADH+H+

PYrDHE系包括 :

丙酮酸脱氢酶 (12 个 )--TPP

转乙酰酶 (60 个 为核心 )-- 硫辛酸 . CoA

二氢硫辛酰胺脱氢酶 (6 个 )—FAD. NAD+

PYr DHE 系的反应

( 二 ) 三羧酸循环亦称柠檬酸循环 or Krebs 循环

过程

COO—

CH2

CH2

C=O

COOH

COO--

CH2

CH2

CO~SCOA

COO--

CH2

CH2

COO-

NAD+HSCOA

NADH + H+

CO2

GDPH3PO4

GTPCOA

α- 酮戊二酸脱氢酶系

α- 酮戊二酸脱氢酶 --TPP

转琥珀酰酶—硫辛酸 COA

二氢硫辛酰胺脱氢酶— FAD NAD+

底物水平磷酸化

三羧酸循环过程

总结 在腺粒体内进行 原料 : CH3CO~SCoA 产物 : 2 CO2 GTP 3 NADH

FADH2 COA 不可逆 . 三步酶促不可逆 : 柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱

氢酶 α- 酮戊二酸脱氢酶系 ( 限速酶 ) 草酰乙酸及其他中间产物起着催化剂或载体功能 , 理论

上不损耗 . 但由于 TAC 是一个开放体系 , 不断有成员逸出 TAC 去参与别的代谢 , 故草酰乙酸必需不断得到补充 . 主要方法是 PYr 羧化 .

某些酶的立体异构特意性导致脱下的 CO2均来自草酰乙酸的羧基

TAC 的功能是 : 彻底氧化 CH3CO~SCoA上的乙酰基 .

三羧酸循环的生理意义三羧酸循环的生理意义

• TAC 是三大营养物共同的最终代谢途径

• TAC 是三大营养物代谢联系的枢纽

二 . 有氧氧化生成的 ATP

G

2 ATP 2X2 ATP

PYr2 NADH

2 CH3CO~SCOA2 NADH

TAC

氧化磷酸化

H2O

3 ATP

H2O

2 ATP+11 ATP

3 NADH

FADH2

GTP(ATP)

NADH

苹果酸穿梭

3 ATP

FADH2

磷酸甘油穿梭

2 ATPX2

6 Or 4 ATP

H2O 3 ATP

36Or

38 ATP

三 . 有氧氧化的调节1. 酵解途径 : 6-PFK-1 、 PYK 、 HK

2. PYDHE 系变构 (+)

AMPATPNADHCH3CO~SCOA

反馈 (_)PYDHE PYDHE-(P)

( 失活 )PYDHEK(+)

变构调节 化学修饰

3. TAC : 异柠檬酸 DHE 、 α- 酮戊二酸 DHE 系• 受 NADH / NAD 、 ATP / ADP 、 ATP / AMP 调节 . 比值↑ 酶活性↑• 受氧化磷酸化的影响和制约 ______ 同步进行

四 . 巴斯德效应

有氧氧化抑制生醇发酵的现象 .

第四节 磷酸戊糖途径 将 G 转化成非常重要的 5-P- 核糖、 NADPH

的方式 , 供能不是主要目的 . 在胞液中进行 . 过程包括 :

• 6-P-G 通过脱氢、脱羧生成磷酸戊糖 .• 磷酸戊糖间经过基团转移生成 6-P-F 、 3-P- 甘油

醛 , 进入酵解途径 .

6-P-G 5-P- 核酮糖

变构及基团转移

3 5-P- 核酮糖 异构酶 5-P- 核糖5-P- 木酮糖

5-P- 木酮糖表构酶

转酮醇酶

转醛醇酶

变构

基团转移

CH2OH

C=O转 给醛糖

给醛糖

CH2OH

C=O

C—HOH

转

异构

基团转移

3 6-P-G

2 6-P-F

3-P- 甘油醛

酵解途径

6 NADPH + 6 H+

3 CO2脱氢 脱梭 基团转移

磷酸戊糖途径的总结 在胞液中进行 .

原料 : 3 6-P-G

产物 : 6 X NADPH 、 6 X H+ 、 3 X CO2 、 3-P 甘油醛、 2 X 6-P-F

两步脱氢反应不可逆 , 异构与基团转移反应全部是可 逆的 .

调节 : 限速酶是 :6-P-G DHE 活性受细胞内 NADPH/NADP+

的调节 . 此比值↗ , 酶活性↘ . 此比值受细胞内脂肪酸合成的影响 .

磷酸戊糖途径的生理意义 生成和代谢 5-P- 核糖 .(5-P- 核糖既是核甘酸合成的原料 , 也是

核酸、核甘酸分解代谢的产物 )

生成 NADPH. NADPH 有多种重要的生物学功能 .• 作为供氢体参与合成代谢 . 如 : 脂肪酸、胆固醇、非必须氨基酸

等 .

• 作为羟化酶的辅酶参与各种羟化过程 . 如 : 胆固醇、胆汁酸、类固醇激素等 .

• 作为谷胱甘肽还原酶的辅酶参与谷胱甘肽还原 . ( 还原性谷胱甘肽是强的抗氧化剂 , 通过自身氧化以保护含— SH 的酶和蛋白的还原性以及细胞膜的完整 , 特别是红细胞膜 . 蚕豆病就因戊糖旁路障碍而至 .)

第五节 糖原的合成与分解

人体能量的储存形式 : 脂肪 ( 主 . 脂肪组织 )

糖原 ( 肝 ~5% 、 肌 ~1%)

糖原结构 : 与支链淀粉相似 . 只是分子更大 , 分支更多 , 聚合度更小 .

肝糖原、糖原肌合成与分解都在胞液中进行 . 但合成与分解的过程均有区别 , 功能也各不相同 .

一个还原端

无数多个非还原端

α-1,4- 糖苷

α-1,6- 糖苷

一、 Gn 的合成代谢

G 6-P-G

1-P-G

Gn合成酶变位酶

UDPG

UDPG焦 (P) 酶

UTP PPі

Gn+1Gn UDP

ATPADP

HK

ATP ADP

α-1.4-糖苷键

分支酶 转移一段含 6~7 个 G残基的糖链以

α-1,6- 糖苷键接在临近糖链上

肝 : GK 三炭化合物

异生

UDP-Glc is an activated form of Glc

UDP-Glc, the donor in the biosynthesis of glycogen is an activated form of Glc

UDP-Glc is synthesized from G-1-P and UTP: G-1-P+ UTP→UDP-Glc+ PPi (→2Pi)

It is synthesized by a pathway that utilyzes UDP-Glc rather than G-1-P as the activated Glc donor

Biosynthetic and degradative pathways in biological systems are almost always distinct which afford much greater flexibility, both in energetics and in control

Glycogen synthase catalyzes the transfer of Glc fr

om UDP-Glc to a growing chain New glucosyl units added to nonreducing terminal of glycogen

to form anα-1,4-glycosydic linkage which is catalyzed by glycogen synthase

分支酶

• 分支的增加 ,使 Gn 水溶性↗ ,合成速度↗ ,分子越来越大。

Gn 合成的总结

在胞液中进行 .

不可逆 . 限速酶 : Gn 合成酶

耗能 . Gn 每增加一个 G 残基要消耗 2 分子 ATP.

肝、肌 Gn 合成的不同在于 6-P-G 的合成不同 .

二 . Gn 的分解代谢

Gn 6-P-G变位酶

G

G-6P-E( 肝 )

酵解途径

肌肉

无 O2

乳酸

有 O2

CO2 、Q 、H2O

1-P-GGn(P) 化酶

Pi Gn-1

(α-1,4- 糖甘键 )

此处的不同导致Gn 合成与分解功能的不同 .

脱支

酶 葡聚糖转移酶α-1,6-G苷酶 NADPH

5-P- 核糖

戊糖旁路

Gn 磷酸化酶

糖原分解

脱支酶

Gn 分解的总结

在胞液中进行 .

不可逆 . 限速酶 : Gn 磷酸化酶 .

不耗能 .

肝、肌 Gn 分解的不同在于 6-P-G 的去路

不同 . 此导致 Gn 合成、分解的功能不同 .

三 . Gn 合成与分解的调节

肝 Gn 合成与分解通过调节以保证血 [G] 的恒定 .

肌 Gn 合成与分解通过调节以保证肌肉组织对能量的需求 .

所以 , 调节的条件和因素也不同 Gn 合成与分解是由两套酶催化的不同途径 ,

但受相同体系的调节 . Gn 合成酶、 Gn 磷酸化酶均受共价修饰、

变构的双重调节 .

共价修饰

激素 [ 胰高血糖素 ( 肝 ). 肾上腺素 ( 肌肉 )

R(+)腺苷酸环化酶酶

ATP

cAMPPro KA

Pro KA

磷酸化酶 b 激酶

磷酸化酶 b 激酶 -(P)

(+)

磷酸化酶 b 磷酸化酶 a

Gn合成↘

(--)

磷 Pro 磷酸酶 ( 失活 )

Gn分解↗

Gn 合酶Gn 合酶 -(P)

(+)

磷 Pro 磷酸酶抑制剂 磷 Pro 磷酸酶抑制剂 -(P)

(+)

脱磷酸化反应↘

通过一系列酶促反应将激素效应逐级放大的体系

1. 放大效应 . 2. 各级反应均可调节 .

变构调节

磷酸化酶变构、共价

协调

[G]↗ (--)

AMP

ATP

磷酸化酶 a 维持血糖浓度恒定

ATP6-P-G

}糖原合酶(+)

磷酸化酶 a(--)

AMP 磷酸化酶 b(+)

肌 N 冲动

[Ca++]↗ 磷酸化酶 b 激酶

(+)

适应机体对

能量的需求

第六节 糖异生

非糖物质转化为 G 或 Gn 的过程 原料主要为乳酸、甘油、生糖 AA 及生糖兼

生酮 AA 的部分碳链 组织 : 肝和肾 . 正常情况下 , 肝占总量的 90

%, 但在长期饥饿时 , 肾的糖异生量增至总量的50%.

糖异生与糖酵解途径协调 , 共同保证血糖浓度的恒定

过程 基本上是糖酵解的逆过程

HK

6-P-FK-1

PYK

通过三个底物循环

用四步酶促反应

将原来的三步不可逆

反应逆回去

此逆过程即为糖异生过程

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的互变循环.

HK

6-P-FK-1

PYK

H2O

H3PO4

H2O

H3PO4

PYr 羧化酶 ( 线粒体 )

ATP

磷酸烯醇式 PYr 羧激酶 ( 胞液 )

四步酶促反应

苹果酸 天冬氨酸

苹果酸

NADH + H+

NAD+

苹果酸 DHE

NAD+

NADH + H+

苹果酸 DHE

Α- 酮戊二酸

谷氨酸

GOT

天冬氨酸 Α- 酮戊二酸

谷氨酸

GOT

用于 3-P- 甘油醛的生成

G

GTP

磷酸稀醇式 PY

草酰乙酸

GDP CO2

磷酸稀醇式 PY 羧激酶

胞液

ATP

ADP

草酰乙酸

丙酮酸

丙酮酸羧化酶

腺粒体

COOH

CHOH

CH3 LDH

NAD+NAD

HH+

COOH

C=O

CH3

CH2OH

CHOH

CH2OP

CH2OH

C=O

CH2OP

NAD+

NADH

H+

CH2OH

CHOH

CH2OH

ATP

ADP

糖异生原料

甘油激酶

原料

糖异生的调节

6-P-F

1,6-DP-F

6-PFK-1F-DPE-1

}2,6-DP-F1,6-DP-FAMP ADP

(+) (--)

ATP柠檬酸

(--) (+)

6-P-F

2,6-DP-F

6-PFK-26-PFK-2_

(F-DPE-2)

P

磷酸烯醇式 PY

PYK

PYr草酰乙酸PYr 羧化酶

磷酸烯醇式 PY羧激酶

(+)

乙酰 COA

PYrDHE 系

(-)

丙氨酸( 肝 )

(-)

受胰高血糖诱导

调节两个底物循环

PYK (P) 化失活

调节举例长期饥饿时 : [ 胰高血糖素 ]↗

•细胞内磷酸化反应↗ . 6-PFK-2 (P) 化成 F-DPE-2; PYK 、 PYDHE 系 (P) 化失活 , 结果酵解↘异生↗ .

•诱导磷酸烯醇式 PY羧激酶合成↗ .使异生↗ . 组织蛋白水解↗ 血 [丙氨酸 ]↗ [α- 酮戊二酸 ] ↗ 脂肪动员↗

PYDHE 系(--)

PY 羧化酶(+)

柠檬酸F-DPE-1(+

)6-PFK-1(--)

(--) PYK

CH3CO~SCOA.

RCOOHβ(O)

甘油作异生原料

结果

酵解↘

异生↗ .

作异生原料

糖异生的生理意义

维持血糖浓度 .

补充 ( 更新 ) 肝 Gn GK

肾的糖异生调节机体的酸碱平衡 .

• GLn GLu α- 酮戊二酸 ( 原料 )

回收乳酸能量 , 防止乳酸中毒 .

( 见乳酸循环 )

第七节 血糖及其调节 血糖的来源与去路

血糖水平的调节 : 胰岛素、胰高血糖素等 血糖水平异常 : 高血糖及糖尿病 ,低血糖

血糖血糖3.89---6.113.89---6.11mmol∕Lmmol∕L

食物糖 消化吸收

肝糖原糖化作用

非糖物质异生

CO2+H2O+Q

氧化分解

脂肪、氨基酸

其他糖转化

肝、肌糖原合成