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1、第八章 糖代谢有氧分解 Aerobic Oxidation of Carbohydrates,糖的有氧分解概念,指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释出许多能量的过程。是机体主要供能方式。部位：胞液及线粒体,一、有氧分解的反应过程,第一阶段：糖酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线粒体,（一）丙酮酸的氧化脱羧（第二阶段）,总反应式:丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA(acetyl CoA)。,乙酰CoA,丙酮酸,SCoA,（pyruvate dehy
2、drogenase complex）,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶 辅助因子E1：丙酮酸脱氢酶 TPPE2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶 硫辛酸 HSCoAE3：二氢硫辛酰胺脱氢酶 FAD,NAD+,Vitamin B1(Thiamine,硫胺素)的活性形式：焦磷酸硫胺素（TPP）,是酮酸氧化脱羧酶和转酮醇酶的辅基,丙酮酸脱氢酶复合体的辅助因子介绍：,硫辛酸氧化型和还原型结构以及E2分子上的赖氨酸残基结合。硫辛酸起转移酰基和传递氢的作用,硫辛酸（lipoic acid）,4-磷酸泛酰巯基乙胺除了参与HSCoA外，还是酰基载体蛋白（ACP）的组成部分。HSCoA和 ACP都是酰基转移酶的辅酶，参与酰基转
3、移作用。,泛酸,-巯基乙胺,4-磷酸泛酰巯基乙胺,辅酶A（Coenzyme A，CoA,HSCoA)组成,Vitamin B2 两种辅基形式：黄素单核苷酸（FMN）,黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。它们构成一类黄素酶的辅基，起递氢作用。,异咯嗪,核醇,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5.NADH+H+的生成,1.-羟乙基-TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,4.硫辛酰胺的生成,4、反应过程,反应特点,反应部位：线粒体反应性质：氧化脱羧，产物为NADH+H+、CO2 和CH3COSCoA；不可逆反应(Go=-39.5kJ/mol)丙酮酸脱氢酶复合体：三个酶和五
4、个辅助因子（TPP、LA、HSCoA、FAD、NAD+），连续催化，没有游离的中间产物，无副反应，该复合体活性受到调节。,（二）三羧酸循环（第三阶段）,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle,TAC)也称为柠檬酸循环，又称为Krebs循环反应部位：线粒体总反应:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+3H+FADH2+HSCoA+GTP,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰Co
5、A合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,4、反应过程,-酮戊二酸脱氢酶系调节酶,-酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相似,即由-酮戊二酸脱氢酶E1、琥珀酰转移酶E2和二氢硫辛酸脱氢酶E3，以及6种辅因子,TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和Mg2+组成，但是在酶的结构和功能上则有些差别。,5、TCA小结,TCA部位：线粒体。三羧酸循环的要点: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：柠檬酸合酶、-酮戊二酸脱氢酶复合体、异柠檬酸脱氢酶整个循环反应为不可逆反应,6.三羧酸循环的生理意
6、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；为其它生物合成提供前体分子；为呼吸链提供H+e，最终产生大量的ATP,1、糖有氧氧化生成的ATP 的途径：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。,二、糖有氧分解生成的ATP,氧化磷酸化,氧化磷酸化,2、葡萄糖有氧分解生成的ATP计算,3、有氧分解的产能效率,葡萄糖体外燃烧：,C6H12O6+6O2,6CO2+6H2O+能（2840kJ/mol）,葡萄糖体内氧化总反应：,C6H12O6+38ADP+38Pi+6O2,38ATP+6CO2+44H2O,38ATP=30.5 38=1159kJ/mo
7、l产能效率=40%,三、有氧分解的调节,关键酶,酵解途径：6-磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶 己糖激酶,丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环：柠檬酸合酶,-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,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，其活性受到抑制。,(2)共价修饰 被丙酮酸脱氢酶激酶磷酸化而失去活性；丙酮酸脱氢酶磷酸酶去磷酸化而恢复活性,丙酮酸脱氢酶复合体调节,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+,ATP、ADP的影响,产物堆积引起抑
8、制,循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶,其他，如Ca2+可激活许多酶,2.三羧酸循环的调节,有氧分解的调节特点,有氧分解的调节通过对其关键酶的调节实现。ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节，其中 ATP/AMP调节作用更大。氧化磷酸化、三羧酸循环与酵解途径互相协调。,第八章糖代谢磷酸戊糖途径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。,*细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途径的反应过程,*反
9、应过程可分为二个阶段,第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,1.磷酸戊糖生成,5-磷酸核糖,同分异构酶,内酯酶,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 bypass)。,2.基团转移反应（非氧化反应阶段）,5-磷酸核酮糖(C5)3,5-磷酸核糖 C5,基团转移反应,转
10、酮醇酶,5-磷酸木酮糖 5-磷酸核糖 3-磷酸甘油醛 7-磷酸景天糖,transaldolase,7-磷酸景天糖 3-磷酸甘油醛 4-磷酸赤藓糖 6-磷酸果糖,转醛醇酶,转酮醇酶,5-磷酸木酮糖 4-磷酸赤藓糖 3-磷酸甘油醛 6-磷酸果糖,磷酸戊糖途径小结,第一阶段,第二阶段,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。,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）为核苷酸的生成提供核糖（二）提供NA
11、DPH作为供氢体参与多种代谢反应 NADPH是体内许多合成代谢的供氢体NADPH参与体内的羟化反应，与生物合成或生物转化有关NADPH可维持GSH的还原性,2G-SH G-S-S-G,NADP+NADPH+H+,A AH2,第八章糖代谢糖原的合成与分解,动物体内的 糖类大部分转变成脂肪后储存于脂肪组织内，只有一小部分以糖原形式储存 肝糖原70-100g 变动较大 糖原G 糖 原 运到各组织利用 肌糖原180-300g 供肌肉收缩的需要 糖原的生物学意义：储存能量，维持正常血糖水平 糖原以颗粒状存在于细胞浆中(10-40nm)，大颗粒含约12万个葡萄糖，机体储存的糖原作为能量大约可供机体12小时
12、的需要。,一、糖原的合成由G合成糖原,1、G G-6-P G-1-P 己糖激酶 变位酶 G G-6-P G-1-P ATP ADP2、二磷酸尿苷Glucose（UDPG）的生成（活化）磷酸尿苷酰转移酶 G-1-P+UTP G-P-P-尿苷+PPi,3、1,4-糖苷键G聚合物的生成 在有少量糖原（引物）的 非还原性末端接上一个G残基，形成一个新的-1,4糖苷键。4、糖原的生成 在糖原分支酶的催化下，将6-7个G残基短链转移到临近的糖链上，以-1,6糖苷键连接成分支。整个糖原分子具有很多分支，糖原分支的增加可增加糖原的溶解度，也增加了许多非还原性末端，这些非还原性末端正是糖原合成酶，磷酸化酶的作用
13、位点。,糖原的合成,引物上每接上一个G要消耗2分子ATP,引物,糖原合成酶,糖原分支酶,葡萄糖 6磷酸果糖,G-1-P,UDP葡萄糖,大分子葡萄糖聚合物,糖原,引物,ATP,UTP,P.P,UDP,ATP,ADP,二、糖原的分解-糖原分解为G的过程(共3步),磷酸化酶 变位酶 糖原+nPi n 1-P葡萄糖 n 6-P葡萄糖 转移酶 G-6-P 磷酸酶(只存在肝中)葡萄糖 肝是生成血糖的主要部位 脑和骨骼肌无G-6-P磷酸酶，GP不透过细胞，所以这些组织能保持G-6-P不外流，以备活动需要。,三、糖原合成与糖原分解的调节,主要调节酶糖原 合成：糖原合成酶 分解：糖原磷酸化酶 受磷酸化或去磷酸化
14、的共价修饰调节和别构效应调节,糖原合成酶与糖原磷酸化酶的共价修饰调节,两酶修饰情况相似，但结果正好相反，两者之间当有一种被激活时，另一种被抑制，两者不会同时都处于激活状态，说明糖原的合成与其降解是密切协调的。糖原合成酶也可通过别构调节，6磷酸葡萄糖是激活剂。糖原磷酸化酶-AMP是激活剂,活性 2ATP 蛋白激酶 2ADP 无活性糖原合成酶a 糖原合成酶b(磷酸化)Pi 磷酸蛋白磷酸酶 H2O H2O 磷酸化酶磷酸酶 Pi 糖原磷酸化酶a 磷酸化酶b(脱磷酸)ADP 磷酸化酶激酶 ATP,四、糖异生作用和Cori循环,糖异生作用：非糖物质合成为葡萄糖或糖原的过程称之。糖异生的三种主要原料：乳酸（
15、丙酮酸），甘油（磷酸甘油磷酸二羟丙酮）和生糖AA（TCA,EMP的中间代谢物）糖异生的部位：哺乳动物的肝中 糖异生的途径:基本上是糖酵解的逆过程，因EMP途径中大多催化反应是可逆的，只有三处激酶催化反应是不可逆的,糖异生的途径（EMP途径不可逆处）,G G-6-P F-6-P 1,6-FDP,ATP ADP ATP ADP,Pi H2O Pi H2O,G-6-P磷酸酶 FDP磷酸酶,己糖激酶 F-6-P激酶,存在于肝脏,（1）（2）,肝及肾皮质中糖氧化与糖异生的通路,(3)丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸,这一逆过程需要肝细胞浆和线粒体酶的协同作用来完成，称之为丙酮酸羧化支路.,G,糖酵解,糖异生,AD
16、P ATP,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,苹果酸穿羧,GTP,GDP CO2,烯醇式丙酮酸羧激酶,（线粒体）,ADP ATP CO2,生物素,糖异生作用的生理意义：,保证在饥饿情况下血糖浓度相对恒定 当肌肉激烈运动时产生大量乳酸肝G或糖原，补充血糖或重新合成肌糖原被储存，乳酸葡萄糖的循环过程称为Cori循环 糖异生作用对维持TCA循环的正常进行起主要作用，如补充草酰乙酸等,可立氏循环-Cori循环,肝 肌肉葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖异生 糖酵解丙酮酸 丙酮酸 乳酸脱氢酶 乳酸脱氢酶 乳酸 乳酸,五、糖异生作用的调节,1丙酮酸羧化酶，别构酶，ADP别构抑制剂 ATP 乙酰COA草酰乙酸TCA循环 ATP 丙酮酸，草酰乙酸 糖异生,维持血糖水平 21，6-二磷酸果糖磷酸酶，别构酶 激活剂：ATP及柠檬酸 抑制剂：AMP及2，6-二磷酸果糖 3.己糖激酶，高浓度6-磷酸葡萄糖，抑制糖酵解，促进糖异生。,
