第九章 糖代谢
第一节 糖类的消化、吸收与转运
(α -D-G)n β -淀粉酶,水解 G非还原端(大麦麦芽)
支链淀粉酶,水解 α -1,6-糖苷键
一.糖酶与消化, α -淀粉酶,唾液淀粉酶 (水解 α -1,4-糖苷键)
淀粉酶 胰淀粉酶
果糖酶
多糖酶 纤维素酶 (β -D-G)n,除牛等动物外, 一般动物无此酶 。
1,糖酶 麦芽糖酶:水解麦芽糖 2葡萄糖 ( 2G)
蔗糖酶,水解蔗糖 1G + 1F糖苷酶
乳糖酶 β -半乳糖酶
乳糖酶(水解乳糖 1G + 1半乳糖 )
2,消化, 淀粉酶 胰淀粉酶
( 口腔 ) ( 小肠 )
淀粉 ( 低聚糖 ) n ( 麦芽糖 ) n ( G) n
3,主要终产物:
二, 吸收与转运:
1,吸收形式:单糖
速率:半乳糖 >葡萄糖 >果糖 >甘露糖 >木酮糖 >阿拉伯糖
( %) 110 > 100 > 43 > 19 > 15 > 9
1,2,吸收方式,协同运送 ( co-transport), ( 主动运送的一种形式 )
在小肠等细胞中 葡萄糖 的运送是伴随 Na+一起运送入细胞的, 所以称之为 协同运送 。 由
于膜外 Na+ 浓度高, Na+ 顺电化学梯度流向膜内, 葡萄糖 利用 Na+ 梯度提供的能量, 通过专一性
运送载体, 伴随 Na+ 一起运送入细胞 。 进入细胞内的 Na+ 由质膜上的 Na+,K+ — ATP酶 ( Na+ 泵
) 运送到膜外, 从而使 葡萄糖 不断利用离子梯度形式的能量进入细胞 。
小肠粘膜 C 入血
( G) n 吸收 [血糖 ]
1,3,运输形式,[血糖 ],[80~ 120mg % ] 或 [ 3~ 7 mmol / L ]
CO2 + H2O 单糖 ( 光合作用 ) ( 植生 )
G + F 蔗糖
合成代谢 单糖 多糖 淀粉 ( 自学 )
非糖物质 糖原 ( 讲授 )三.糖的中间代谢
分解代谢 (讲授重点):糖酵解(无氧分解)、三羧酸循环
( TCA、有氧分解)、磷酸戊糖途径,乙醛酸循环(植物中)
( 磷酸戊糖途径 )
G G-6-P - - - 丙酮酸 乙酰辅酶 A
( TCA) CO2+H2O
糖原 G-1-P 乳酸 NADH+ATP
(胞液) (糖酵解) (线粒体) (呼吸链)
(有氧氧化)
第二节 糖酵解
1940年, 酵解的全过程才被了解 。 G,Embden和 O,Meyerhof等人发现肌肉中
也存在与酵母发酵十分相似的不需氧的分解葡萄糖并产生能量的过程, 称之为 酵
解途径 。 这一发现揭示了生物化学过程的普遍性, 故亦可称为 Embden –
Meyerhof途径 ( EMP) 。
一, EMP生化反应途径与参与催化的酶:
从葡萄糖开始, 酵解全过程共有 10步反应 ( P67 图 22-1), 可分为两个阶段,前 5步为准备
阶段, 后 5步为产生 ATP阶段 。 整个过程需要 胞液 中 10种酶催化 。
1,1,葡萄糖 ( G) 磷酸化形成 6-磷酸葡萄糖 ( G-6-P),
凡是 催化磷酰基键 ATP分子转移到受体上的酶都称为激酶 。 这是一个耗能反应 。
催化 可催化这个反应的酶有:
( 1) ( 1) 己糖激酶; ( 2) 葡萄糖激酶
● 己糖激酶 与 葡萄糖激酶 比较:
ATP ADPA,相同点,催化的反应,G G-6-P
B,不同点,己糖激酶 葡萄糖激酶
主要存在部位,肌细胞内 肝细胞内
对 D-G底物 Km值,0.1 mmol/L 10 mmol/L
与底物的亲和力,大 小
专一性,不强 强
参与体内代谢,G的氧化分解 G合成糖原
调节方式,别构酶 诱导酶
[胰岛素 ] ( +)[G-6-P] ( -)
2,G-6-P转化成 6-磷酸果糖 ( F-6-P),由 磷酸葡萄糖异构酶 催化的同分异构化
反应
3,3,F—6—P磷酸化成 1,6 -二磷酸果糖 ( F—1,6—2P),由 磷酸果糖激酶 催化,
将 ATP上的磷酰基转移到 F—6—P分子的 C1位上而形成 。
这是酵解中关键反应步骤, 酵解速度取决于此酶的活性, 因此 磷酸果糖激酶 又称 限速酶,
磷酸果糖激酶 是一个 别构酶 ( +) AMP,ADP ( 关键酶 中的关键 ))
( -) ATP,柠檬酸
4,F-1,6-DP裂解成 3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮( DHAP):
醛糖
由 1,6-二磷酸果糖醛缩酶 催化, 使 C3和 C4之间键断裂, 产生两个三碳糖 酮糖
反应自由能变化为 +24千焦耳 / 摩尔, 平衡有利于逆反应方向, 故称醛缩酶 ( 催化一个醛和
一个酮化合物形成一个醛醇化合物, 即醛缩反应 ) 。
但是正常生理条件下, 由于 3-磷酸甘油醛不断转化为丙酮酸, 大大降低了细胞中的 3-磷酸甘
油醛浓度而驱动反应 向裂解方向进行:
5,磷酸三碳糖的同分异构化:
磷酸三碳糖中只有 3-磷酸甘油醛能进入酵解途径, 磷酸二羟丙酮则不能, 但它可在酶催化
下迅速转化为 3-磷酸甘油醛,磷酸丙糖异构酶
己糖转化成三碳糖后, 碳原子顺序颠倒, 己糖原来的碳原子数的 C3和 C4 是 3-磷酸甘油醛
的 C1,C5和 C2 变成 C2,C1和 C6 变成 C3。
上述 5步反应中, 消耗了 2分子 ATP,产生 2分子 3-磷酸甘油醛, 后 5步则为产能阶段,第
6,7步反应为第一次底物水平磷酸化 。
6,3-磷酸甘油醛氧化成 3-磷酸甘油酸磷酸, 又称 1,3-二磷酸甘油酸:
3-磷酸甘油醛脱氢酶 催化的这个反应既是氧化反应又是磷酸化反应, 可被碘乙酸
抑制 。
7,7,1,3-二磷酸甘油酸将磷酰基转给 ADP形成 3-磷酸甘油酸和
ATP:
催 催化此反应的酶是 磷酸甘油酸激酶 。 3-磷酸甘油醛氧化产生的高能中间物
最后转化成 3-磷酸甘油酸并产生 ATP,这是酵解过程中第一次 产生 ATP的反应,
也是 底物水平磷酸化 反应 。 因为葡萄糖分解成 2分子三碳糖, 故可 产生 2分子 ATP

7,8,3-磷酸甘油酸转变成 2-磷酸甘油酸,由 磷酸甘油酸变位酶 催化磷酰基
从 C3移至 C2。
凡是催化分子内化学功能基团的位置移动的酶称为变位酶 。
第 9,10步反应为第二次底物水平磷酸化:
9,2-磷酸甘油酸脱水形成磷酸烯醇式丙酮酸:由 烯醇化酶 催化 。
这是一个可逆反应, 自由能变化很小, 但分子内能重新分布的变化很大 。 磷脂键由
低能键 ( Δ G 0,= -17.6千焦耳 / 摩尔 ), 转变为高能键 ( Δ G 0,= -62.1千焦耳 / 摩尔 ) 。
由于 F 能与 Mg2+ 形成并与酶结合, 故可抑制酶活性 。
10,磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给 ADP形成 ATP和丙酮酸:
这是 第二次底物水平磷酸化反应, 经 丙酮酸激酶 催化, 将磷酸烯醇式丙酮
酸的高能磷酸键移到 ADP上, 形成 ATP和烯醇式丙酮酸 。 反应基本不可逆 。
在 PH7.0时烯醇式丙酮酸分子迅速重排形成丙酮酸,此反应不需酶的参与,
因为反应 平衡点大大倾向于向右进行,遵循质量作用定律推动反应向右进行:
二.能量变化,
1分子 葡萄糖 降解成 2分子 丙酮酸 的过程中,消耗 2分子 ATP,经 二次底物水平磷酸化,
可产生 4分子 ATP,故净生成 2分子 ATP。总结如图 13-5( P87)。
葡萄糖酵解的总反应式为:
三, 三, 酵解脱氢反应在胞液中产生的 2 NADH的可能去路:
1,1,缺氧时,3-磷酸甘油醛脱氢酶催化产生的 2分子 NADH只能将 2H给 2分子丙酮
酸生成 2分子乳酸,
COOH NADH+H+ NAD+ COOH
C=O HCOH
CH3 LDH CH3
2,有氧时:胞液中这 2分子 NADH可通过 2种穿梭系统进入线立体, 经呼吸链氧化成 H2O
产生 6分子或 4分子 ATP。
( 1)苹果酸穿梭系统:主要存在于肝、心肌等组织细胞内。
注,( 1) 胞液和线体的苹果酸脱氢酶辅酶均为 NAD+,故 2分子 NADH
经呼吸链氧化可产生 2*3=6分子 ATP。 ( 2) 为谷草转氨酶
( 2) 磷酸甘油穿梭系统,主要存在于骨骼肌, 脑等组织细胞内 。
注,( 1) 胞液中 3-磷酸甘油酸脱氢酶的辅基是 NAD+
( 2) 线粒体内的 3-磷酸甘油酸脱氢酶的辅基是 FAD,故 2分子 FADH2经呼
吸链只产生 2*2=4分子 ATP
四, 四, 酵解反应中可调节酶 ( 关键酶 ) 及生物学意义,
(( 一 ) 关键酶:催化 3步不可逆反应 ( 称为 三步能障, Δ G较大 )
1,己糖激酶, Δ G = - 33.6 千焦耳 / 摩尔
2,磷酸果糖激酶, Δ G = - 22.26 千焦耳 / 摩尔
3,丙酮酸激酶, Δ G = - 16.8 千焦耳 / 摩尔 (参见 P88表 13-1)
( 二 ) 生物学意义,( 酵解 ) ( Δ G = - 47 千卡 / 摩尔 )
净生成 2 ATP,其 有效利能率 = 7.3*2 / 47 * 100% = 31%
2,提供碳骨架,酵解中间产物可参与其他代谢,例,脂肪合成原料之一
1,供能,缺氧时, G ---- - 2乳酸
五, 其他单糖进入酵解的途径 ( 略 )
第三节 糖的有氧氧化与三羧酸循环
一, 有氧氧化的三个阶段
在有氧时,丙酮酸可进入线粒体内氧化脱羧,生成乙酰辅酶 A再经三羧酸循环
二, 丙酮酸脱氢酶系 及其调控:
这 这是一个不可逆反应, 催化可分 5步进行 。
1,1,丙酮酸脱羧形成羟乙基 -TPP
丙酮酸氧化脱羧形成乙酰辅酶 A的反应在真核细胞的 线粒体基质 中进行的,它是连接酵解和三
羧酸循环的中心环节,丙酮酸脱氢酶系 是一个十分大的多酶体系,其中包括:
3 种酶, 丙酮酸脱羧酶 E1; 二氢硫辛酸乙酰转移酶 E2 ; 二氢硫辛酸脱氢酶 E3
6 种辅助因子,焦磷酸硫胺素 ( TPP), 硫辛酸, COA,FAD,NAD,Mg2+
丙酮酸脱氢酶系催化反应如下:
CH3COCOOH+HS-COA+NAD+ CH3COCOA+CO2+NADH+H+
( 2) 核苷酸反馈调节:酶体系的活性由细胞的能荷控制, 当细胞富有可利用的能量时,
丙酮酸脱氢酶系 活性降低 。 特别是 丙酮酸脱羧酶 E1组分可受 GTP 抑制, 为 AMP 所激活 。
( 3) 可逆磷酸化作用的共价调节:在有 ATP时, 丙酮酸脱羧酶 分子上特殊的丝氨酸残基被专 一
的磷酸激酶催化磷酸化, 变得无活性;当酶上磷酸基团被专一的磷酸酶水解后, 又可恢复
活性 。
细胞内 ATP/ADP,乙酰 COA/COA和 NADH/NAD+的比值, 酶的磷酸化作用, 酶活性
胰岛素可刺激去磷酸化作用, 可 酶活性 。 丙酮酸 ( -) 酶活性
总反应式,丙酮酸脱氢酶系
CH3COCOOH + HSCOA + NAD+ CH3CO~ SCOA +CO2+ NADH+H+