第八章 糖代谢 - Metabolism
一、糖代谢总论
二、多糖和寡聚糖的酶促降解
三、糖的无氧降解及厌氧发酵
四、葡萄糖的有氧分解代谢
五、磷酸戊糖途径
六、糖异生
七、糖原代谢
八、乙醛酸循环
一、糖代谢总论
? 糖代谢包括 分解代谢 和 合成代谢 。
? 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代
谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合
成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，
提供碳源或碳链骨架。
? 植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成
糖类化合物，即 光合作用 。光合作用将太阳能转变成化
学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种
能量转换过程。
糖与多糖
? 糖类物质 是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物
或聚合物；
? 糖类物质可以根据其水解情况分为,单糖、寡
糖和多糖；
? 在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多
糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。
重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。
O
O H
H
H
H
OH
O H
H O H
H
O H
O
O H
H
H
OH
H
O H
H O H
H
O H
?-D-吡喃葡萄糖 ?-D-吡喃半乳糖
1.单糖的结构
O
O H
O H
H
H
OH
O H
H H
H
O H
O O H
H
OH
O H
H
H
OH
O H
?-D-吡喃甘露糖 ?-D-呋喃果糖
? 蔗糖
2.寡糖（二糖）
O
O
O
CH2OH
CH2OH
HOCH2
1
2
3
2
4
葡萄糖 -?,?（ 1?2）果糖苷
葡萄糖 -?（ 1?4）半乳糖苷
?乳 糖
C H 2 O H
O H
O H
O
O H
O H
O H
C H 2 O H
O H
1 4
O
CH2OH
O
CH2OH
OH O
1 4 1
2 3
? 麦芽糖
(1)淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉）
? 直链淀粉 分子量约 1万 -200万,250-260个葡萄
糖分子，以 ?（ 1?4）糖苷键 聚合而成。呈螺
旋结构，遇碘显紫蓝色。
? 支链淀粉 中除了 ?（ 1?4）糖苷键构成糖链以
外，在支点处存在 ?（ 1?6）糖苷键，分子量
较高。遇碘显紫红色。
3,多糖
(2)纤维素
? 由葡萄糖以 ?（ 1?4）糖苷键连接而成的直链，不
溶于水。
(3)几丁质（壳多糖）
? N-乙酰 -D-葡萄糖胺，以 ?（ 1?4）糖苷键缩合而
成的线性均一多糖 。
(4)杂多糖
? 糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）
? 透明质酸
? 硫酸软骨素
? 硫酸皮肤素
? 硫酸角质素
? 肝素
糖原
二、多糖和寡聚糖的酶促降解
1.概述
多糖和寡聚糖只有分解成小分子后
才能被吸收利用，生产中常称为 糖化 。
2,淀粉
3.淀粉水解
淀粉 糊精 寡糖 麦芽糖 G
淀粉的酶促水解,
? 水解淀粉的淀粉酶有 α 与 β 淀粉酶, 二者只能
水解淀粉中的 α -1,4糖苷键，水解产物为麦芽
糖。
? α -淀粉酶可以水解淀粉 (或糖原 )中任何部位的
α -1,4糖键。
? β 淀粉酶只能从非还原端开始水解。
? 水解淀粉中的 α -1,6糖苷键的酶是 α -1,6糖苷
键酶。
? 淀粉水解的产物为 糊精 和 麦芽糖 的混合物 。
还原末端
非还原末端
α-1,4糖苷键
α-1,6糖苷键
三、糖的无氧降解及厌氧发酵
1.糖酵解途径 (glycolysis)
（ Embden Meyerhof Parnas EMP）
（一）定义：在无氧的条件下，葡萄糖或糖原分解
成丙酮酸，并释放少量能量的过程称为糖的无氧
分解。这一过程与酵母菌使糖发酵的过程相似，
又称为糖酵解，简称 EMP途径。
（二）反应部位：细胞液（胞浆）
（三） EMP途径的生化历程 — 三个阶段
1、葡萄糖的磷酸化
第一阶段,
葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
ATP ATP ADP
P
己糖激酶是糖酵解途径的第一个关键酶
2、磷酸己糖异构化
O
C H 2 O H
O H
O H
O H
O H
H
HH
H
M g
O
C H 2 O P O 3 H 2
O H
O H
O H
O H
H
HH
H
己糖磷酸激酶
葡萄糖
6 －磷酸葡萄糖
H
O H
磷酸己糖异构酶
6- 磷酸果糖
H 2 O 3 P O
H
O H
O H
C H 2 O HC H 2
O
H 2 O 3 P O
H
O H
O H
C H 2 O P O 3 H 2C H 2
O
O H
H
H
O H
O H
C H 2 O HC H 2
O
H O
O H
H
磷酸果糖激酶
己糖激酶
A T P
ADP
M g
A T P
ADP
A T P
ADP
Mg
果糖
1,6 - 二磷酸果糖
P
3,1,6-二磷酸果糖的生成
磷酸果糖激酶是糖酵解途径的第二个关键酶,并且是限速酶
ATP ADP
磷酸果糖激酶 己糖激酶 磷酸己糖
异 构 酶
葡
萄
糖
6
－
磷
酸
果
糖
6
－
磷
酸
葡
萄
糖
1
，
6
－
二
磷
酸
果
糖
ATP ADP ATP
磷酸化酶 糖 原 1－磷酸葡萄糖
磷酸果糖
变 位 酶
ADP
己糖激酶 磷酸果糖激酶
4,1,6-二磷酸果糖的裂解
第二阶段,
C HO
CH2O P
C
CH
CH2O
COH
O
P
HO
H
H
1,6-二磷酸果糖 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛
5、磷酸丙糖的同分异构化
相当于 1,6-二磷酸果糖裂解
为两分子的 3-磷酸甘油醛。
6,3-磷酸甘油醛氧化为 1,3-二磷酸甘油酸
第三阶段,
CHOH
CH2O
CHO
P
CHOH
CH2O
COO～
P
P
+NAD++Pi +NADH+H+ H
3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸
这是糖酵解过程中唯一一步脱氢反应
7、高能磷酸基团的转移
糖酵解中第一次底物水平磷酸化,
1分子葡萄糖产生 2分子 ATP。
+ ADP + ATP
8,3-磷酸甘油酸异构为 2-磷酸甘油酸
9、磷酸烯醇式丙酮酸的生成
~
10、丙酮酸的生成
糖酵解中第二次底物水平磷酸化,
丙酮酸激酶是第三个关键酶,
1分子葡萄糖产生 2分子 ATP。
ADP ATP ~
自发反应
2ATP
3-
磷
酸
甘
油
醛
1,
3-
二
磷
酸
甘
油
酸
3-
磷
酸
甘
油
酸
2-
磷
酸
甘
油
酸
磷
酸
烯
醇
式
丙
酮
酸
丙 酮 酸 烯醇式丙酮酸 丙酮酸激酶 丙酮酸激酶
2ADP
烯醇化酶 磷酸甘油
酸变位酶
磷酸甘油
酸 激 酶
磷酸甘油
酸脱氢 酶
NAD++Pi
NADH+H+ 2ATP
2ADP
糖酵解分为三个阶段
第一阶段,葡萄糖的磷酸化
葡萄糖 3步 1,6－二磷酸果糖
第二阶段,糖的裂解阶段
1,6－二磷酸果糖 两分子的磷酸丙糖 2步
第三阶段,产能阶段
两分子的 3－磷酸甘油醛 两分子丙酮酸 5步
（四）糖酵解的反应特点
1、整个过程无氧参加；
2、三个关键酶；
3、从葡萄糖开始净生成 2分子 ATP,
从糖原开始净生成 3分子 ATP；
4、一次脱氢，辅酶为 NAD＋,生成 NADH＋ H＋ 。
总反应式,
G+2NAD+2ADP+2Pi ?
2丙酮酸 +2NADH+2H +2ATP +2H2O
2,丙酮酸的去路
葡萄糖 丙酮酸
乳酸
乙醇
乙酰 CoA
三羧酸
循环
（有氧或无氧）
糖酵解途径
（有氧或无氧）
（有氧）
（无氧）
（ 1） 乳酸发酵 （ lactic fermation）
动物，藻类、乳酸菌
G +2ADP+ 2Pi 2乳酸 ＋ 2ATP+2H2O
NAD
（一）丙酮酸的无氧还原
（ 2）酒精发酵（ alcoholic fermation）
酵母菌
焦磷酸硫胺素
（ TPP ）
H
O
糖的无氧降解及
厌氧发酵总图
（二）丙酮酸的氧化脱羧 —乙酰 CoA的生成
基本反应,
糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒体
基质，在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅
酶 A。
TPP,FAD,
硫辛酸,Mg2+
细胞呼吸最早释放的 CO2
丙酮酸脱氢酶系,
这一多酶复合体位于线粒体内膜上，
原核细胞则在胞液中。
丙酮酸脱氢酶系
三种酶
六种辅助因子
E1-丙酮酸脱羧酶（也叫丙酮酸脱氢酶）
E2-二氢硫辛酸乙酰基转移酶
E3-二氢硫 辛酸 脱氢酶。
焦磷酸硫胺素（ TPP)、硫辛酸,
COASH,FAD,NAD+,Mg2+
其它糖进入单糖分解的途径
半乳糖
半乳糖 -1-P
UDP-半乳糖
UDP-葡萄糖
葡萄糖 -1-磷酸
糖原或淀粉
葡萄糖
葡萄糖 -6-磷酸
果糖
葡萄糖
果糖 -6-磷酸 果糖 -1,6-磷酸
磷酸二羟丙酮
3-磷酸甘油
甘油
3-磷酸甘油醛
进入糖酵解
甘露糖
甘露糖 -6-磷酸
ATP
ADP
ATP ADP
ATP
ADP
ATP
ADP
ATP
ADP
ATP
ADP
NADH+H+
NAD+
Pi
UTP
PPi
UTP
PPi
四、葡萄糖的有氧分解代谢
（一）定义：葡萄糖在有氧的条件下彻底氧化
生成 CO2,H2O和大量 ATP的代谢过程，称
为糖的有氧氧化。
（二）反应部位：线粒体基质
反应从乙酰辅酶 A与草酰乙酸缩合成含有三
个羧基的柠檬酸开始，所以 称为柠檬酸循环，又
称为 TCA循环或 Krebs循环。
糖的无氧氧化与有氧氧化的关系
葡萄糖
（或糖原、淀粉）
丙酮酸
乳酸
乙酰辅酶 A
三羧酸循环
CO2+H2O
线粒体内膜
线粒体基质 细胞液
O
CH3-C-SCoA CoASH
NADH +CO2
FADH2
H2O
NADH
+CO2 NADH
GTP
三羧酸循环
（ TCA）
?草酰乙酸
再生阶段
?柠檬酸的
生成阶段
?氧化脱
羧阶段
柠檬酸
异柠檬酸
顺乌头酸
?－ 酮戊二酸
琥珀酸 琥珀酰 CoA
延胡索酸
苹果酸
草酰乙酸
NAD+
NAD+
FAD
NAD+
（三）三羧酸循环的反应过程
（ 1）缩合反应
（ 2）柠檬酸异构化生成异柠檬酸
（ 3）异柠檬酸氧化脱羧生成 α-酮戊二酸
（ 4） α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoA
（ 5）琥珀酰 CoA生成琥珀酸
（ 6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸
（ 7）延胡索酸加水生成苹果酸
（ 8）草酰乙酸的再生
TCA第一阶段：柠檬酸生成
H2O
草酰乙酸
O
CH3-C-SCoA CoASH
H2O 柠檬酸合成酶
顺乌头
酸酶
CH3
—C～ SCoA+
O O C— COOH
CH2COOH
柠檬酸
合成酶 HO
—
C— COOH
CH2COOH
CH2COOH
HSCoA H2O
柠檬酸
合酶
乙酰 CoA 草酰乙酸 柠檬酸
（ 1）缩 合 反 应
柠檬酸合酶是三羧酸循环的第一个限速酶
（ 2）柠檬酸异构化为异柠檬酸
HO
—
— C— COOH
CHCOOH
CH2COOH
H
C— COOH
CHCOOH
CHCOOH
CHCOOH
CH2COOH
CH2COOH
HO
H2O H2O
顺乌头酸酶 顺乌头酸酶
柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸
TCA第二阶段：氧化脱羧
CO2
GDP＋ Pi
GTP
NAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+
CoASH
异柠檬酸脱氢酶
CO2
?－ 酮戊二酸
脱氢酶
琥珀酸
硫激酶
HO
H
（ 3）异柠檬酸氧化生成 α-酮戊二酸
CHCOOH
CHCOOH
CH2COOH
CCOOH
CHCOOH
CH2COOH
HO
异柠檬酸
H
O
CH2
CHCOOH
CH2COOH
O
NAD+ NADH+H+
异柠檬酸脱氢酶
CO2
草酰琥珀酸 α-酮戊二酸
这是三羧酸循环的第一次氧化脱羧反应,
异柠檬酸脱氢酶是第二个限速酶。
异柠檬酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶
（ 4） α-酮戊二酸氧化脱羧反应
CH2
CCOOH
CH2COOH
O
α-酮戊二酸
CH2
CH2
COOH
+ HSCoA
CO～ SCoA
琥珀酰 CoA
NAD+ NADH+H+ CO2
α-酮戊二酸脱氢酶复合体 酮戊二酸脱氢酶复合体
这是三羧酸循环的第二次氧化脱羧反应,α-
酮戊二酸脱氢酶复合体是第三个限速酶。
（ 5）琥珀酸的生成
CH2
CH2
COOH
CO～ SCoA
琥珀酰 CoA
GDP+Pi+ GTP CoASH
CH2COOH
CH2COOH
琥珀酸
琥珀酰 CoA合成酶
这是三羧酸循环的唯一一次底物水平磷酸化。
～
GTP + ADP ATP
TCA第三阶段：草酰乙酸再生
FAD FADH2 H2O
NAD+
NADH+H+
草酰乙酸
琥珀酸脱氢酶 延胡索酸酶
苹果酸
脱氢酶
H
H
（ 6）延胡索酸的生成
CHCOOH
CHCOOH
琥珀酸
+ FAD
CHCOOH
CHCOOH
+ FADH2 2
延胡索酸
琥珀酸脱氢酶
HO
H
H2O
（ 7）苹果酸的生成
CHCOOH
CHCOOH
延胡索酸
CHCOOH
CHCOOH
延胡索酸酶
苹果酸
+
（ 8）草酰乙酸的再生
CHCOOH
CCOOH
苹果酸
O C— COOH
CH2COOH
草酰乙酸
NAD+ NADH+H+
H
HO
H
苹果酸脱氢酶
HO
柠檬 酸
草酰乙酸
乙酰 CoA CoA
H2O
琥珀酰 CoA
异柠檬酸
NAD+ NADH+H+ CO
2
延胡索酸
苹果酸
FAD
FADH2
H2O
CO2
NAD+
NADH+H+
三羧酸循环
琥珀酸
GDP
GTP
ATP
NADH+H+
NAD+
α-酮戊二 酸
H
H
2
H
三羧酸循环过程总结 (一次循环 )
? 8步反应
? 8种酶催化
? 反应类型
缩合 1、脱水 1、氧化 4、底物水平磷酸化 1、水化 3
? 生成 3分子还原型 NADH
? 生成 1分子 FADH2
? 生成 1分子 ATP
三羧循环的化学计量和能量计量
a,总反应式,
CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O?
2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP
能量, 现金,, 1 GTP
能量, 支票,, 3 NADH
1 FADH2
兑换率 1,3 9ATP
兑换率 1,2 2ATP
1ATP
12ATP
b,三羧酸循环的能量计量
（四）反应特点
1,需氧
2,不可逆：三个限速酶
3,两次脱羧, 四次脱氢 （ 三次受体是
NAD,一次是 FAD）, 一次底物水平
磷酸化
4,共产生 12molATP
（五）生理意义
1.普遍存在
2.生物体获得能量的最有效方式
3.是糖类、蛋白质、脂肪三大物质转化的枢纽
4.获得微生物发酵产品的途径
柠檬酸、谷氨酸
葡萄糖完全氧化产生的 ATP
酵解阶段,2 ATP
2 ? 1 NADH 兑换率 1,3 (或 2)
2 ATP
2 ? (3ATP或 2 ATP )
三羧酸循环,2 ? 1 GTP
2 ? 3 NADH
2 ? 1 FADH2
2 ?1 ATP
2 ? 9 ATP
2 ? 2ATP
兑换率 1,3
兑换率 1,2
丙酮酸氧化,2 ? 1NADH 兑换率 1,3 2 ? 3 ATP
总计,38 ATP 或 36 ATP
?
（六） 丙酮酸羧化支路（回补途径）
? 三羧酸循环不仅是产生 ATP的途径，它产生的中
间产物也是生物合成的前体。例如卟啉的主要
碳原子来自琥珀酰 CoA，谷氨酸、天冬氨酸是从
α -酮戊二酸、草酰乙酸衍生而成。一旦草酰乙
酸浓度下降，势必影响三羧酸循环的进行。
1.丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸，
需要生物素为辅酶。
2、磷酸烯醇式丙酮酸在 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 的
催化下形成草酰乙酸。
3、丙酮酸在 苹果酸酶 的催化下形成苹果酸,再由
TCA途径生成草酰乙酸。
+NADPH+H+
苹果酸酶
4.天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草
酰乙酸和 α -酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸、
苏氨酸和甲硫氨酸也会形成琥珀酰 CoA。其
反应将在氨基酸代谢中讲述。
PEP羧激酶
三羧酸循环不仅是各种有机物质氧
化分解的共同途径、释放能量最多的氧
化分解阶段，而且架起了三大类物质相
互转化、相互联系的桥梁。
写出三羧酸循环的反应过程，标出脱
羧、脱氢、产能部位，指出限速酶。
小结,
（一）定义：从 6－磷酸葡萄糖开始，不经
糖酵解和柠檬酸循环，直接将其脱氢脱羧
分解为磷酸戊糖，磷酸戊糖分子再经重排
最终又生成 6－磷酸葡萄糖的过程，或称为
磷酸己糖旁路，简称 HMP途径。
五,磷酸戊糖途径
参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，
动物体中约有 30%的葡萄糖通过此途径分解。
（二）反应历程：可分为两个阶段
第一阶段 氧化阶段,
由 6－磷酸葡萄糖直接脱氢脱
羧生成磷酸戊糖 ;
第二阶段 非氧化阶段,
磷酸戊糖分子再经重排最终
又生成 6－磷酸葡萄糖。
（ 1） G-6-P脱氢脱羧转化成 5-磷酸核酮糖
（ 2）磷酸戊糖的异构化
（ 3）磷酸戊糖通过 转酮 及 转醛 反应生成酵解
途径的中间产物 6-磷酸果糖和 3-磷酸甘油醛。
（三）磷酸戊糖途径的主要特点,
1、是 6-磷酸葡萄糖直接脱氢脱羧,不必经过
EMP,也不必经过 TCA；
2、在整个反应中,脱氢酶的辅酶为 NADP+而
不是 NAD+；
3、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。磷酸戊糖经复杂的转化重新生成磷酸
己糖。
（四）磷酸戊糖途径的生理意义,
1、生成的 5－磷酸核糖是合成核酸及核苷
酸辅酶的必要原料；
2,NADPH＋ H＋ 作为供氢体，参与体内许
多重要的还原性代谢反应。
六、糖异生
糖异生是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。
非糖物质包括丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油
等均可以在 哺乳动物的肝脏 中转变为葡萄糖或糖
原。这一过程基本上是糖酵解途径的逆过程，但
具体过程并不是完全相同，因为在酵解过程中有
三步是不可逆的反应，而在 糖异生中要通过其它
的旁路途径来绕过这三步不可逆反应,完成糖的
异生过程。
? 用整体动物做实验，禁食 24小时，大鼠肝脏中
的糖原由 7%降低到 1%，饲喂乳酸、丙酮酸或三
羧酸循环代谢的中间物后可以使大鼠肝糖原增
加。
糖异生的证据如下,
（一）定义：由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程
称为糖异生作用。
（二）糖异生的部位：主要在肝脏,
其次是肾脏。
（三）糖异生的反应历程,
基本上是糖酵解的逆过程。
主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体
糖 异 生
糖原（或淀粉）
1-磷酸葡萄糖
6-磷酸果糖
1,6-二磷酸果糖
3-磷酸甘油醛 ?磷酸二羟丙酮
2?磷酸烯醇丙酮酸
2?丙酮酸
葡萄糖 己糖激酶
果糖
激酶
二磷酸果糖
磷酸酯酶
丙酮酸
激酶
丙酮酸羧化酶
6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶
6-磷酸葡萄糖
2?草酰乙酸
PEP羧激酶
糖
酵
解
与
糖
异
生
的
关
系
图
糖异生途径关键反应之一
+ H2O +Pi
6-磷酸葡萄糖
磷酸酯酶
P
6-磷酸葡萄糖
H
葡萄糖
糖异生途径关键反应之二
二磷酸果糖
磷酸酯酶 +
H2O + Pi
1,6-二磷酸果糖
P
P
O
H2CO
H2CO
HO
OH
H
OH H
H
H
H2CO
OH
6-磷酸果糖
P
O H2CO
HO
OH
H
H
H
糖异生途径关键反应之三
PEP羧激酶
（胞液）
ATP+H2O ADP+Pi
丙酮酸羧化酶
（辅酶生物素）
（线粒体基质）
P
磷酸烯醇丙酮酸
（ PEP）
GTP
GDP
丙酮酸 草酰乙酸
CO2
CO2
糖
酵
解
和
葡
萄
糖
异
生
反
应
部
位
A
B
C1
C2
A G-6-P磷酸酯酶
B F-1.6-P磷酸酯酶
C1 丙酮酸羧化酶
C2 PEP羧激酶
（胞液）
（线粒体）
葡萄糖
丙酮酸 草酰乙酸 天冬氨酸
磷酸二羟丙酮 3-P-甘油醛
?-酮戊二酸
乳酸
谷氨酸 丙氨酸
TCA循环 乙酰 CoA
PEP
G-6-P
F-6-P
F-1.6-P
丙酮酸 草酰乙酸
谷氨酸 ?-酮戊二酸
天冬氨酸
3-P-甘油 甘油
苹果酸
苹果酸
② ①
（四）糖异生途径的前体
1、凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡萄糖。
例如三羧酸循环的中间物,柠檬酸、异柠檬酸、
α -酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸 都可
以转变成 草酰乙酸 而进入糖异生途径。
2、大多数氨基酸是生糖氨基酸如丙氨酸、谷氨
酸、天冬氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、
精氨酸、组氨酸、苏氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、
天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸等，它们可转化
成 丙酮酸,α -酮戊二酸、草酰乙酸 等三羧酸循
环中间物参加糖异生途径。
3,Cori循环：剧烈运动时产生的大量 乳酸 会迅
速扩散到血液，随血流流至肝脏，先氧化成丙酮
酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充
血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来。这一乳
酸 —— 葡萄糖的循环过程称为 Cori循环。
4、反刍动物糖异生途径十分活跃，牛胃中的细
菌分解纤维素成为乙酸、丙酸、丁酸等,可转变
成为 琥珀酰 CoA参加糖异生途径合成葡萄糖。
糖异生作用的总反应式如下,
2丙酮酸 +4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2O →
葡萄糖 +2NAD+ 4ADP +2GDP +6Pi
（五）糖异生的意义,
（一）维持血糖浓度恒定
（二）补充肝糖原
三碳途径, 指进食后，大部分葡萄糖先
在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化
合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。
（三）调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）
糖异生活跃
有葡萄糖 -6磷酸酶 【 】
肝 肌肉
（六）乳酸循环 (lactose cycle)
———（ Cori 循环 ）
⑴ 循环过程
葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖
酵
解
途
径
丙酮酸
乳酸
NADH
NAD+
乳酸 乳酸
NAD+
NADH
丙酮酸
糖
异
生
途
径
血液
糖异生低下
没有葡萄糖 -6磷酸酶 【 】
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。
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。
七,糖原的代谢
糖原结构示意图 糖原部分结构式
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。
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 (glycogen)
? 糖原储存的主要器官及其生理意义
1,糖原的合成
（一）定义：葡萄糖、半乳糖和果糖等在
体内相应酶的作用下合成糖原的过程。
（二）合成部位,
组织定位：主要在肝脏、肌肉
细胞定位：胞液
1,葡萄糖磷酸化生 成 6-磷酸葡萄糖
葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
ATP ADP
己糖激酶 ;
葡萄糖激酶（肝）
（三）糖原合成途径
2,6-磷酸葡萄糖转变 成 1-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。
1-磷酸葡萄糖
磷酸葡萄糖变位酶
6-磷酸葡萄糖
* UDPG可看作,活性葡萄糖,，在体内充作葡萄
糖供体。
+
UTP
尿苷 P P P
PPi
UDPG焦磷酸化酶
3,1- 磷酸葡萄糖转变 成 尿苷二磷酸葡萄糖
2Pi+能量
1- 磷酸葡萄糖
OH
HO
OH
H OH
H
O
H
CH 2 OH
H
P
尿苷二磷酸葡萄糖
( uridine diphosphate glucose,UDPG )
OH
HO
OH
H OH
H
O
H
CH 2 OH
H
P 尿苷P 尿苷
糖原 n + UDPG 糖原 n+1 + UDP 糖原合酶
( glycogen synthase )
UDP UTP
ADP ATP
核苷二磷酸激酶
4,α-1,4-糖苷键式结 合
* 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 n + UDPG 糖原 n+1 + UDP 糖原合酶
(glycogen synthase)
5.糖原分枝的形成
分 支 酶
(branching enzyme)
α-1,6-糖苷键
α-1,4-糖苷键
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 。
糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？
（四）糖原合成的特点,
1,反应部位
2,糖原合成酶是关键酶
3,需要糖原引物
4,每加上一个葡萄糖残基消耗 2分子 ATP
（五）糖原合成的意义,
1、有效地调节血糖浓度
2、合理地贮存能源
2,糖原的分解
（一）定义：糖原分解主要是指 肝糖原 分解为
葡萄糖 的过程。
（三）糖原分解的历程
糖原 n+1 糖原 n + 1-磷酸葡萄糖
磷酸化酶
1,糖原的磷酸解
（二） 反应部位：胞浆和内质网内腔面
脱枝酶
(debranching enzyme)
2,脱枝酶的作用 ① 转移葡萄糖残基
② 水解 ?-1,6-糖苷键
磷 酸 化 酶 转移酶活性 α-1,6糖苷
酶活性
1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
磷酸葡萄糖变位酶
3,1-磷酸葡萄糖转变成 6-磷酸葡萄糖
4,6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖
葡萄糖 -6-磷酸酶
（肝，肾，肠细胞内质网内腔面）
葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
糖原的合成与分解总图
UDPG焦磷酸化酶
G-1-P UTP
UDPG
PPi
糖原 n+1 UDP
G-6-P G
糖原合酶
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
* 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。
G-6-P的代谢去路
G（补充血糖）
G-6-P F-6-P （进入酵解途径）
G-1-P
Gn（合成糖原）
UDPG
6-磷酸葡萄糖内酯
（进入磷酸戊糖途径）
小 结
（四）糖原分解反应的特点,
1、糖原磷酸化酶是关键酶
2、分解过程不消耗 ATP
3、肌糖原不能直接分解为游离的葡萄糖
（五）反应意义,
?肝糖原分解不仅可以氧化供能，而且可以
分解为游离的葡萄糖维持血糖恒定；
?肌糖原是肌肉收缩时的主要供能物质，可
经糖酵解途径转化为乳酸，经血液循环到
肝脏，转变为肝糖原或葡萄糖，对血糖的
调节起间接作用。
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。
血糖水平恒定的生理意义
保证重要组织器官的能量供应，特别是某
些依赖葡萄糖供能的组织器官。
正常血糖浓度, 3.89- 6.11mmol/L
? 脑组织 不能利用脂肪酸，正常情况下主要依赖葡
萄糖供能；
? 红细胞 没有线粒体，完全通过糖酵解获能；
? 骨髓及神经组织 代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。
型别 缺陷的酶 受害器官 糖原结构
Ⅰ 葡萄糖 -6-磷酸酶缺陷 肝、肾 正常
Ⅱ 溶酶体 α 1→4 和 1→6 葡萄
糖苷酶
所有组织 正常
Ⅲ 脱支酶缺失 肝、肌肉 分支多，外周糖
链短
Ⅳ 分支酶缺失 所有组织 分支少，外周糖
链特别长
Ⅴ 肌磷酸化酶缺失 肌肉 正常
Ⅵ 肝磷酸化酶缺陷 肝 正常
Ⅶ 肌肉和红细胞磷酸果糖激
酶缺陷
肌肉、红细
胞
正常
Ⅷ 肝脏磷酸化酶激酶缺陷 脑、肝 正常
糖原积累症分型
八、乙醛酸循环
（一）乙醛酸循环反应历程
（二）乙醛酸循环和三羧酸循环反应历程的比较
（三）乙醛酸循环的的特点
（四）乙醛酸循环的生理意义
CoASH
柠檬酸合成酶
顺乌头
酸酶
（一）乙醛
酸循环反应
历程
NAD +
NADH
苹果酸
脱氢酶
草酰乙酸
O
CH3-C~SCoA
CoASH
O
CH3-C~SCoA
COO-
CH2
CH2
COO-
琥珀酸
异柠檬酸
裂解酶
苹果酸
合酶
O O
H-C-C~ OH
乙醛酸
NAD
草酰乙酸
O
CH3-C-SCoA CoASH （二） 乙
醛
酸
循
环
和
三
羧
酸
循
环
反
应
历
程
的
比
较
柠檬酸
异柠檬酸
顺乌头酸
?－ 酮戊二酸
琥珀酸 琥珀酰 CoA
草酰乙酸
苹果酸
延胡索酸
O O
H-C-C~ OH
乙醛酸
O
CH3-C-SCoA
TCA循环
乙醛酸循环
（三）乙醛酸循环的的特点
? 只存在于植物（种子）和微生物中；
? 其实质是使 乙酰 CoA转变为 草酰乙酸,再异生
成 葡萄糖 ；
? 关键酶是 异柠檬酸裂解酶 和 苹果酸合酶。
（四）乙醛酸循环的生理意义
?植物种子萌发时脂肪转化为葡萄糖供能！
本章重点,
1,糖的酵解
2,三羧酸循环
3,磷酸戊糖途径
4,糖异生
5,糖原代谢
6,乙醛酸循环
掌握各途径关键步骤的反应、关键酶、
代谢特点和生理意义。
第九章 生物氧化
Biological Oxidation
第一节 生物能学简介
第二节 生物氧化概述
第三节 线粒体电子传递体系
第四节 氧化磷酸化作用
一, 生物能的转换及生物系统中的能流
二, 自由能的概念及化学反应中自由能的计算
三, 高能化合物
第一节 生物能学简介
生物能学 就是应用物理化学、生物物理
学和量子物理学的原理和方法，来研究生物
系统中能量的流动和传递规律的科学。
生
物
能
的
转
换
及
生
物
系
统
中
的
能
流
二,自由能的概念及化学反应中自由
能的计算
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行,
即,
Δ G<0,反应能自发进行
Δ G>0,反应不能自发进行
Δ G=0,反应处于平衡状态 。
１,自由能（ free energy）的概念
自由能 (G)：指一个反应体系中能够做有用功的
那部分能量。
2,化学反应自由能的计算
a.利用化学反应平衡常数计算
基本公式,Δ G′ =Δ G° ′ + RTlnQc (Qc-浓度商 )
Δ G° ′ = - RTlnKeq
例,计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
b.利用标准氧化还原电位（ E° ?）计算 （限于氧化还原反应）
基本公式,Δ G° ′= － nFΔ E° ′
(Δ E° ′=E +° ′ -E-° ′)
例,计算 NADH氧化反应的 Δ G° ′
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变
化
达平衡时 =Keq=19 解,
Δ G° ′ = - RTlnKeq
=-2.303?8.314 ? 311 ? log19
=-7.6 KJ / mol
Δ G′ =Δ G° ′ + RTlnQc (Qc-浓度商 )
=-7.6+ 2.303?8.314 ? 311 ? log0.1
=-13.6 KJ / mol
未达平衡时 =Qc=0.1
反应 G-1-P?G-6-P在 380C达到平衡时,G-1-P占
5%,G-6-P占 95%，求 G0?。如果反应未达到平衡
，设 [G-1- P]=0.01mol.L,[G-6-P]=0.001mol.L,求
反应的 G?是多少？
例题,
例题：计算下列反应式 Δ G° ′
NADH + H+ + ? O2====NAD+ + H2O
正极反应,1/2 O2 + 2H+ + 2e ? H2O
E+° ′ ? 0.82
负极反应,NAD+ + H+ + 2e ? NADH
E-° ′ ? -0.3
Δ G° ′ ?-nFΔ E° ′
? ? -2× 96485× [0.82-(-0.32)]
?? -220 KJ·mol-1
三、高能化合物
1,高能化合物的类型
2,ATP的特点及其特殊作用
生化反应中, 在水解时或基团转移反应中可释
放出大量自由能 （ >21千焦 /摩尔或 5千卡 /摩尔 ） 的
化合物称为高能化合物 。
1,高能化合物的类型
根据高能化合物键的特性可以分成以下几种类
型,
① 磷氧键型 a) 酰基磷酸化合物
C H 3 C
O
O P
O
O -
O -
乙酰磷酸
10.1千卡 /摩尔
C O
C H
O
C H 2
O H
O P
O
O
-
O
-
P
O
O
-
O
-
1,3-二磷酸甘油酸
11.8千卡 /摩尔
b) 焦磷酸化合物
O
-
P
O
O
-
N
N
N
N
N H
2
O
H
H
O H
H
O H
H
O C H
2
O
-
P
O
O
-
O
-
P
O
O
-
ATP（三磷酸腺苷）
7.3千卡 /摩尔
c) 烯醇式磷酸化合物
OP
O
OC O O H
C O
C H 2
磷酸烯醇式丙酮酸
14.8千卡 /摩尔
② 氮磷键型
OP
O
O
N H
C N H
N C H 3
C H 2 C O O H
磷酸肌酸
10.3千卡 /摩尔
OP
O
O
N H
C N H
N C H 3
C H 2 C H 2 C H 2 C H C O O H
N H 2
磷酸精氨酸
7.7千卡 /摩尔
这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用 !
③ 硫酯键型
O S
O
O
-
O C H 2
O
H
H
O H
H
O H
H
N
N
N H 2
N
N
O P
O
O
-
3’-磷酸腺苷 -5’-磷酸硫酸
R C
O
S C o A
酰基辅酶 A
④ 甲硫键型
C O O
-
C H N H 3
+
C H 2
C H 2
S
+
H 3 C A
S-腺苷甲硫氨酸
2.ATP的特点
在 pH=7环境中, ATP分子中的三个磷酸基团完
全解离成带 4个负电荷的离子形式 （ ATP4-）, 具有
较大势能, 加之水解产物稳定, 因而水解自由能很
大 （ Δ G° ′ = -30.5千焦 /摩尔 ） 。
腺嘌呤 — 核糖 — O — P — O — P — O — P — O-
O O O
O- O- O-
?+ ?+ ?+
Mg2+
ATP的特殊作用
1,ATP是细胞内的, 能量通货,
2,ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体
～ P
～ P
～ P
～ P
ATP
～ P
0
2
10
8
6
4
12
14
磷
酸
基
团
转
移
能
磷酸烯醇式丙酮酸
1,3-二磷
酸甘油酸
磷酸肌酸
（磷酸基团储备物）
6-磷酸葡萄糖
3-磷酸甘油
第二节 生物氧化概述
一, 生物氧化的概念
物质在 体内 的 氧化 分解过程，主要是
糖、脂、蛋白质 等在体内分解时 逐步释放
能量,最终生成 二氧化碳和水 的过程。
糖
脂肪
蛋白质
CO2和 H2O O2
能量
ADP+Pi
ATP
热能
二、生物氧化特点
1,在活的细胞中 （ pH接近中性, 体温条件下 ）,
有机物的氧化在一系列酶, 辅酶和中间传递体参与
下进行, 其途径迂回曲折, 有条不紊 。
2,氧化过程中能量逐步释放, 其中一部分由一些
高能化合物 （ 如 ATP） 截获, 再供给机体所需 。 在
此过程中既不会因氧化过程中能量骤然释放而伤害
机体, 又能使释放的能量尽可得到有效的利用 。
生物氧化与体外氧化之相同点,
☆ 生物氧化中物质的氧化方式有加氧,
脱氢, 失电子, 遵循氧化还原反应的
一般规律 。
☆ 都 服从热力学规律 。
☆ 物质在体内外氧化时所消耗的氧量,
最终产物 （ CO2,H2O） 和释放能量均
相同 。
?是在细胞内温和的环境中 （ 体
温, pH接近中性 ）, 在一系列
酶促反应逐步进行, 能量逐步
释放有利于有利于机体捕获能
量, 提高 ATP生成的效率 。
?进行广泛的加水脱氢反应使物
质能间接获得氧, 并增加脱氢
的机会；脱下的氢与氧结合产
生 H2O,有机酸脱羧产生 CO2。
生物氧化与体外氧化之不同点,
生物氧化 体外氧化
?反应是在强酸, 强碱,
高温, 高压条件下进行
的 。
?能量是突然释放的 。
?产生的 CO2,H2O由物
质中的碳和氢直接与氧
结合生成 。
三、生物氧化过程中 CO2的生成和 H2O的生成
CO2的生成
方式,糖, 脂, 蛋白质等有机物转变成含
羧基的中间化合物, 然后在酶催化下 脱羧 而生成
CO2。
类型, α -脱羧和 β -脱羧
氧化脱羧和单纯脱羧
CH3COSCoA+CO2 CH3-C-COOH
O 丙酮酸脱氢酶系
NAD+ NADH+H+ CoASH
例,
+CO2 H2N-CH-COOH
R
氨基酸脱羧酶 CH
2-NH2
R
H2O的生成
代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载
体 （ NAD+,NADP+,FAD,FMN等 ） 所接受, 再通过
一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成 H2O 。
CH3CH2OH CH3CHO
NAD+
NADH+H+
乙醇脱氢酶
例,
1\2 O2
NAD+
电子传递链
H2O
2e
O=
2H+
四、生物氧化的三个阶段
脂肪
葡萄糖、
其它单糖
三羧酸
循环 电子传递（氧化）
蛋白质
脂肪酸、甘油
多糖
氨基酸
乙酰 CoA
e-
磷酸化
+Pi
小分子化合物分
解成共同的中间
产物（如 丙酮酸
、乙酰 CoA等）
共同中间物进
入三羧酸循环,
氧化脱下的氢由
电子传递链传递
生成 H2O，释放
出大量能量，其
中一部分通过磷
酸化储存在 ATP
中。
大分子降解成基
本结构单位
H2O
第三节 线粒体电子传递体
系
一、线粒体结构特点
二,电子传递链的概念
三、呼吸链的组成和顺序
四,胞浆中 NADH的氧化
五,电子传递抑制剂
一、线粒体结构特点
（ 1） 代谢脱下的成对氢原子 （ 2H） 通过多种 酶和辅酶 所
催化的氧化还原反应逐步从高能向低能传递, 最终
与 氧 结合生成水, 其中释放的能量被用于合成 ATP；
（ 2） 在真核生物细胞内, 酶和辅酶按一定顺序排列在 位
于线粒体内膜上；原核生物中, 位于细胞膜上 。
传递氢的酶和辅酶 ——递氢体
传递电子的酶和辅酶 ——递电子体
（ 3） 此过程与细胞呼吸有关, 此传递链称为 呼吸链 。
递氢体, 递电子体都起传递电子的作用, 又称 电子
传递体 。
二,电子传递链的概念
呼吸链
三、呼吸链的组成和顺序
复合体 酶名称
复合体 Ⅰ
复合体 Ⅱ
复合体 Ⅲ
复合体 Ⅳ
NA DH - 泛醌还原酶
琥珀酸 - 泛醌还原酶
泛醌 - 细胞色素 C 还原酶
细胞色素 c 氧化酶
辅基
F M N, Fe - S
F AD, Fe - S
铁卟啉,Fe - S
铁卟啉,Cu
多肽链数
39
4
10
13
复合体 酶名称
复合体 Ⅰ
复合体 Ⅱ
复合体 Ⅲ
复合体 Ⅳ
泛醌还原酶
琥珀酸 泛醌还原酶
泛醌 细胞色素 还原酶
细胞色素 氧化酶
辅基
，
，
铁卟啉，
铁卟啉，
多肽链数
１,
电
子
传
递
链
中
各
中
间
体
的
顺
序
NADH
FMN
CoQ
Fe-S
Cyt c1
O2
Cyt b
Cyt c
Cyt aa3
Fe-S
复合物 IV
复合物 I
复合物 III
NADH-Q 还原酶
细胞色素还原酶
细胞色素氧化酶
FADH2 Fe-S 琥珀酸等
复合物 II
琥珀酸 -Q还原酶
复合体 Ⅰ, NADH-CoQ还原
酶
功能：将电子从 NADH传递给
CoQ
辅基,FMN，铁硫蛋白
NAD+（ NADP+）和 NADH（ NADPH）相互转变
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
FMN结构中含核黄素, 发挥功能的部位是
异咯嗪环, 氧化还原反应时不稳定中间产物是
FMN? 。
功能：氢原子传递体
铁硫蛋白 F e
S
S
S
F e
F e
F e
S
SC
S
S
C
C
铁硫簇 (Fe4S4)
功能：电子传递体
F e 3 +
+ e
- e F e
2 +
泛醌 （辅酶 Q,CoQ,Q）, 带有聚异戊二烯
侧链的苯醌,脂溶性,位于膜双脂层中,能在膜
脂中自由泳动。它是电子传递链中唯一的非蛋白
电子载体。
+2H
传递氢机理, CoQ CoQH2
－ 2H 功能：氢原子传递体
N A D H
+ H
+
N A D
+
F M N
F M N H
2 2 F e
3 +
2 F e
2 +
F e - S
C o Q
C o Q H
2
N A D H - C o Q 还 原 酶
复合体 Ⅲ, CoQ -细胞色素 C还原酶
功能：将电子从 CoQ传递给 Cytc
组成,Cytb,Fe-S,Cytc1
细胞色素 (Cyt)：含铁卟啉辅基的色蛋白，
分 a,b,c三类，每类中又分几种亚类。
细胞色素
C y t a 辅基
N
N
NN
H
3
C
CHHO
CH
2
( C H
2
CH C CH
2
)
3
H
CH
3
CH
3
CH CH
2
CH
3
CH
2
CH
2
C O O H
CH
2
CH
2
C O O H
HC
O
Fe
C y t b 辅基
N
N
NN
H
3
C
CHCH
2
CH
3
CH CH
2
CH
3
CH
2
CH
2
C O O H
CH
2
CH
2
C O O H
Fe
H
3
C
功能：单电子传递体
F e 3 +
+ e
- e F e
2 +
C y t c 辅基
蛋白质
N
N
NN
H
3
C
CH CH
3
CH
CH
3
CH
2
CH
2
C O O H
CH
2
CH
2
C O O H
Fe
H
3
C
CH
3
CH
3
S
C y s
S
C y s
C o Q
C o Q H 2
2 F e
3 +
2 F e
2 +
2 F e
3 +
2 F e
2 +
2 F e
2 +
2 F e
3 +
2 F e
3 +
2 F e
2 +
C y t b F e - S C y t c 1 C y t c
C o Q - C y t c 还 原 酶
复合体 Ⅳ,细胞色素氧化酶
功能：将电子从 Cytc最终传递到 O2
组成,Cyta,Cyta3,Cu
2
1
2 F e
3 +
2 F e
2 +
2 F e
2 +
2 F e
3 +
2 C u
2 +
2 C u
+
C y t c C y t a
2 F e
2 +
2 F e
3 +
C y t a
3
H
2
O
细 胞 色 素 氧 化 酶
O
2
复合体 Ⅱ,琥珀酸 - CoQ还原酶
功能：将电子从琥珀酸传递给 CoQ
辅基,FAD,Fe-S
琥 珀 酸
延 胡 索 酸
F A D
F A D H 2 C o Q
C o Q H 2
F e - S
总
结
NADH
FMN
CoQ
Fe-S
Cyt c1
O2
Cyt b
Cyt c
Cyt aa3
Fe-S
复合物 IV
复合物 I
复合物 III
NADH-Q 还原酶
细胞色素还原酶
细胞色素氧化酶
FADH2 Fe-S 琥珀酸等
复合物 II
琥珀酸 -Q还原酶
由以下实验确定
① 标准氧化还原电位
② 拆开和重组
③ 特异抑制剂阻断
④ 还原状态呼吸链缓慢给氧
（根据电子传递体氧化还原态时的吸收光谱变化进行检测）
２,呼吸链成分的排列顺序
氧 化 还 原 对 E o ' (V)
NAD
+
/NADH+H
+
- 0.3 2
F MN/ F MNH
2
- 0.3 0
F AD / F ADH
2
- 0.0 6
Cy t b Fe
3+
/F e
2+
0.0 4 （ 或 0.1 0 ）
Q
10
/Q
10
H
2
0.0 7
Cy t c
1
Fe
3+
/ F e
2+
0.2 2
Cy t c F e
3+
/F e
2+
0.2 5
Cy t a Fe
3 +
/ F e
2+
0.2 9
Cy t a
3
Fe
3 +
/ F e
2 +
0.5 5
1/2 O
2
/ H
2
O 0,82
呼 吸 链 中 各 种 氧 化 还 原 对 的 标 准 氧 化 还 原 电 位
e
EO’（小） EO’（大）
呼吸链中电子传递时自由能的
下降
FADH2
2e-
NADH
四,线粒体外 NADH的 氧化
?胞浆中 NADH必须经一定
转运机制 进入线粒体，再
经呼吸链进行氧化磷酸化。
酵解
（细胞质）
氧化磷酸化
（线粒体）
转运机制 主要有,
1.α-磷酸甘油穿梭系统
（ 主要存在于骨骼肌、神经细胞）
2.苹果酸 -天冬氨酸穿梭系统
（主要存在于肝、心肌组织）
NADH+H+
FADH2
NAD+
FAD
线粒体
内膜
线粒体
外膜 膜间隙
线粒体
基质
α-磷酸甘油
脱氢酶
呼吸链
磷酸二羟丙酮
PiCH 2O -
CH 2O H
C =O
PiCH 2O -
CH 2O H
C =O
α-磷酸甘油
PiCH 2O -
CH 2O H
C H O H
PiCH 2O -
CH 2O H
C H O H
α-磷酸甘油
脱氢酶
1,α-磷酸甘油穿梭机制
细胞液
NADH
+H+
NAD+
-O O C - C H 2 - C - C O O -
O
-O O C - C H 2 - C - C O O -
O H
H
NADH
+H+
NAD+
谷氨酸 -
天冬氨酸
转运体
苹果酸 -α-酮
戊二酸转运体
-O O C - C H 2 - C - C O O -
O H
H
苹果酸
-O O C - C H 2 - C - C O O -
O
草酰乙酸
- O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O -
O
- O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O -
O
α-酮戊二酸
-
O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O
-
H 3 N
+
H谷氨酸
苹果酸
脱氢酶
谷草转
氨酶
胞液
线
粒
体
内
膜
基质
呼吸链
-
O O C -C H 2 -C -C O O
-
H 3 N
+
H
天冬氨酸
-
O O C -C H 2 -C -C O O
-
H 3 N
+
H
-
O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O
-
H 3 N
+
H
2,苹果酸 -天冬氨酸穿梭 机制
五,电子传递抑制剂
几种电子传递抑制剂的作用部位
① ② ③
阻断 呼吸链中某些部位 电子传递 。
第四节 氧化磷酸化作用
一、氧化磷酸化的概念
呼吸链中电子的传递过程偶联 ADP磷
酸化，生成 ATP的方式，称为氧化磷酸化；
是体内产生 ATP的主要方式。
二、氧化磷酸化的偶联部位
NADH与 Q之间
Ctyb 与 Cytc之间
Cytaa3 与 O2之间
根据 P/O比值 和 自由能变化
推测氧化磷酸化的偶联部位！
线 粒 体 离 体 实 验 测 得 的 一 些 底 物 的 P / O 比 值
底 物 呼 吸 链 的 组 成 P /O 比 值 可 能 生 成 的 A TP 数
β - 羟 丁 酸 N A D
+
→ 复 合 体 Ⅰ → C oQ → 复 合 体 Ⅲ 2,4 ～ 2.8 3
→ C y t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
琥 珀 酸 复 合 体 Ⅱ → C oQ → 复 合 体 Ⅲ 1.7 2
→ C y t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
抗 坏 血 酸 C y t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
0.88 1
细 胞 色 素 c ( Fe
2+
) 复 合 体 Ⅳ → O
2
0,61 - 0,68 1
P/O比值,
物质氧化时，每消耗 1mol O2所消耗 无机磷 的 mol数（或
ADP mol数），或每消耗 1mol O2所生成的 ATP的 mol数。
电子传递链自由能变化
区段
电位变化
( ⊿ E o ′ )
自由能变化
⊿ G o ′ = - nF ⊿ E o ′
能否生成 A TP
( ⊿ G o ′ 是否大于 30.5 K J)
Cyt aa
3
~O
2
0,53V 102,3K J/ mo l 能
NAD + ~Co Q 0.36V 69.5KJ/m ol 能
CoQ ~Cy t c 0.2 1V 4 0.5 KJ /m ol 能
ATP ATP ATP
氧化磷酸化偶联部位
-
-
-
三、氧化磷酸化的偶联机理
1,化学渗透假说 (chemiosmotic
hypothesis)
电子经呼吸链传递时, 可将质子 （ H+） 从
线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧, 产生膜
内外质子电化学梯度, 储存能量 。 当质子顺浓
度梯度回流时驱动 ADP与 Pi生成 ATP。
线粒体基质
线粒体膜
+ + + +
- - - -
H+
O2
H2O
H+
e-
ADP +
Pi ATP
化学渗透假说简单示意图
化
学
渗
透
假
说
化学渗透假说示意图
2H+
2H+
2H+
2H+
NADH+H+
2H+
2H+
2H+
ADP+Pi ATP
高
质
子
浓
度
H2O
2e-
+ + + + + + + + +
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _
质子流
线粒体内膜
磷酸化
氧化
Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅳ
F
0
F1
Cyt c
Q
NADH+H+
NAD+
延胡索酸
琥珀酸
H+
1/2O2+2H+
H2O
ADP+Pi ATP
H+
H+ H+ 胞液侧
基质侧
+ + + + + + + + + +
- - - - - - - - -
化学渗透假说详细示意图
2,ATP合酶
由亲水部分 F1
（ α3β3γδε亚基 ） 和
疏水部分 F0
（ a1b2c9～ 12亚基 ）
组成 。
ATP合酶结构模式图
3,氧化磷酸化的解偶联作用
① 解偶联剂
增加线粒体内膜对质子的通透性。
如,2,4— 二硝基苯酚（ DNP）,FCCP
② 氧化磷酸化抑制剂
阻止质子从 F0质子通道回流 。
如：寡霉素
③ 离子载体抑制剂
增加线粒体内膜对一价阳离子的通透性。
如：缬氨霉素，短杆菌肽
2,4-二硝基苯酚的解偶联作用
NO2
NO2
O-
NO2
NO2
OH
NO2
NO2
O-
NO2
NO2
OH
H+
H+
线
粒
体
内
膜
内 外
低 pH 高 pH
不能形成质子梯度，使氧化与磷酸化偶联过程脱离。 抑制 ATP的生
成，不抑制电子传递,使电子传递产生的自由能都变为热能散失。
寡霉素 (oligomycin)
对电子传递及 ADP磷酸化均有抑制作用 。
寡霉素
不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响
氧
浓
度
解偶联蛋白作用机制（褐色脂肪组织线粒体）
Ⅲ Ⅰ Ⅱ
F
0
F1
Ⅳ
Cyt c
Q
胞液侧
基质侧
产热素
热能
H+
H+
ADP+Pi ATP
非线粒体氧化系统
通过线粒体细胞色素系统进行氧化的体系是一切动物、植物、微生
物主要氧化途径，它与 ATP的生成紧密相关。除此以外，生物体内还存
在非线粒体氧化系统，其特点是从底物脱氢到 H2O的生成是经过其它末
端氧化酶完成的，与 ATP的生成无关，但各自具有重要的生理功能。
生物体内主要的非线粒体氧化系统如下,
1、多酚氧化酶系统
2、抗坏血酸氧化酶系统
3、黄素蛋白氧化酶系统
4、超氧化物歧化酶氧化系统
5、植物抗氰氧化酶系统
本章重点
1,自由能,ATP的作用
2,生物氧化的概念与特点
3,呼吸链（电子传递链）
组成与顺序，作用机制，抑制剂。
4,氧化磷酸化
氧化磷酸化概念，偶联部位，化学渗透
假说,
解偶联作用。
第十章 脂类代
谢
? 脂类概述
? 脂肪的分解代谢
? 脂肪的生物合成
一、脂类概述
1,概念
脂类是 脂肪和类脂的总称,它是有脂肪酸与
醇作用生成的酯及其衍生物，统称为脂质或脂类，
是动物和植物体的重要组成成分。脂类是广泛存
在与自然界的一大类物质，它们的化学组成、结
构理化性质以及生物功能存在着很大的差异，但
它们都有一个共同的特性，即可用非极性有机溶
剂从细胞和组织中提取出来。
2,分类
脂肪 真脂或中性脂肪（甘油三酯）
类脂
磷脂
糖脂
异戊二烯酯 甾醇 萜类
甘油磷脂
鞘氨醇磷脂
卵磷脂
脑磷脂
① 贮藏物质 /能量物质, 脂肪是机体内代谢燃料的贮
存形式，它在体内氧化可释
放大量能量以供机体利用。
② 提供给机体必需脂成分,
（ 1）必需脂肪酸
亚油酸 18碳脂肪酸，含两个不饱和键；
亚麻酸 18碳脂肪酸，含三个不饱和键；
花生四烯酸 20碳脂肪酸，含四个不饱和键；
（ 2）生物活性物质
激素、胆固醇、维生素等。
3,脂类的功能
1g 脂肪在体内彻底氧化供能约 38KJ，而 1g 糖彻底氧化仅
供销能 16.7KJ。
③ 生物体结构物质
（ 1） 作为细胞膜的主要成分, 几乎细胞所含的磷
脂都集中在生物膜中，是生物膜
结构的基本组成成分。
（ 2） 保护作用, 脂肪组织较为柔软，存在于各重
要的器官组织之间，使器官之间
减少摩擦，对器官起保护作用。
④用作药物：卵磷脂、脑磷脂可用于肝病、神经衰
弱及动脉粥样硬化的治疗等。
二、脂肪的分解代谢
1.脂肪的水解
脂肪酸甘油甘油一酯甘油二酯甘油三酯 脂酶脂酶 ???? ???? ??
酯酶为限速酶 !
脂肪动员,储存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶
逐步水解为游离的脂肪酸及甘油，并释入血以供
其他组织氧化利用的过程。
2.甘油的分解
磷酸酯
酶
3,脂肪酸的氧化分解（ β -氧化）
① 脂肪酸的活化 ——脂酰 CoA的生成
长链脂肪酸氧化前必须进行活化，活化
在线粒体外进行。 内质网和线粒体外膜上的
脂酰 CoA合成酶 在 ATP,CoASH,Mg2+存在条
件下，催化 脂肪酸活化，生成脂酰 CoA。
② 脂酰 CoA的穿膜（脂酰 CoA进入线粒体）
脂肪酸活化在细胞液中进行，而 催化脂肪
酸氧化的酶系是在 线粒体基质 内，因此活化
的脂酰 CoA必须进入线粒体内才能代谢。
酯
酰
肉
碱
穿
梭
系
统
肉毒碱脂酰
CoA转移酶 Ⅱ
肉毒碱脂酰 CoA
转移酶 Ⅰ ( 限速酶 )
移位酶
③ 脂肪酸的 β 氧化
长链脂酰 CoA的 β 氧化是在线粒体脂肪
酸氧化酶系作用下进行的,每次氧化断去
二碳单位的乙酰 CoA，再经 TCA循环完全氧
化成二氧化碳和水，并释放大量能量。 偶
数 碳原子的脂肪酸 β 氧化最终全部生成 乙
酰 CoA。
脂酰 CoA的 β 氧化反应过程如下,
（ 1）脱氢 脂酰 CoA经脂酰 CoA脱氢酶催化，在其
α 和 β 碳原子上脱氢，生成△ 2反烯脂酰 CoA，该
脱氢反应的辅基为 FAD。
（ 2）加水（水合反应） △ 2反烯脂酰 CoA在△ 2反
烯脂酰 CoA水合酶催化下，在双键上加水生成 L-
β -羟脂酰 CoA。
R C H 2 C H 2 C H 2 C
O
S C oA
F A D F A D H 2
R C H 2 C C
H
H
C
O
S C oA
脂酰 C o A 脱氢酶
R C H 2 C C
H
H
C
O
S C oA R C H 2 C H C H C
O
S C oA
O H
H 2 O
烯脂酰 C o A 水合酶
（ 3）脱氢 L-β -羟脂酰 CoA在 L-β -羟脂酰 CoA脱
氢酶催化下，脱去 β 碳原子与羟基上的氢原子生
成 β -酮脂酰 CoA，该反应的辅酶为 NAD+。
（ 4）硫解 在 β -酮脂酰 CoA硫解酶催化下,β -酮
脂酰 CoA与 CoA作用，硫解产生 1分子乙酰 CoA和比
原来少两个碳原子的脂酰 CoA。
R C H 2 C H C H C
O
S C oA
O H
R C H 2 C C H C
O
S C oA
O烯脂酰 C o A 脱氢酶
N A D + N A D H + H +
R C H 2 C C H C
O
S C oA
O
R C H 2 C
O
S C oA C H 3 C
O
S C oA
C oA S H
+
硫解酶
?
氧
化
的
生
化
历
程
乙酰 CoA
FAD
FADH2
NAD +
NADH
RCH2CH2CO-SCoA
脂酰 CoA 脱氢酶
脂酰 CoA
β -烯脂酰 CoA 水化酶
β -羟脂酰 CoA 脱氢酶
β -酮酯酰 CoA 硫解酶
RCHOHCH2CO~ScoA
RCOCH2CO-SCoA
RCH=CH-CO-SCoA
+ CH3CO~SCoA R-CO~ScoA
H2O
CoASH
TCA
乙酰 CoA
乙酰 CoA
乙酰 CoA
ATP
H20 呼吸链
H20 呼吸链
乙酰 CoA
乙酰 CoA
乙酰 CoA
乙酰 CoA
脂肪酸 β -氧化作用小结,
（ 1） 脂肪酸 β -氧化时仅需 活化一次, 消耗 1个 ATP的
两个 高能键, 生成脂酰 CoA 。
（ 2） 长链脂肪酸由线粒体外的脂酰 CoA合成酶活化,
经肉碱运到线粒内；中, 短链脂肪酸直接进入线
粒体, 由线粒体内的脂酰 CoA合成酶活化 。
（ 3） β -氧化包括 脱氢, 水化, 脱氢, 硫解 4个重复步
骤 。
(4) 脂肪酸 β 氧化最终的产物为乙酰 CoA,NADH和
FADH2。假如碳原子数为 Cn的脂肪酸进行 β 氧化，
则需要作（ n/2－ 1）次循环才能完全分解为 n/2个
乙酰 CoA，产生 n/2-1个 NADH和 n/2-1个 FADH2；生
成的乙酰 CoA通过 TCA循环彻底氧化成二氧化碳和
水并释放能量，而 NADH和 FADH2则通过呼吸链传递
电子生成 ATP。至此可以生成的 ATP数量为,
以软脂酸（ 16C）为例计算其完全氧化所生成的
ATP分子数,
? ? 22123212 ??????????? n －n
? ? 1 2 9212216321216 ???????????? ?
4,脂肪酸的其它氧化分解方式
1)奇数碳原子脂肪酸的分解
丙酰 CoA有两条代谢途径,
① 羧化,丙酰 CoA转化成琥珀酰 CoA,进入 TCA。
动物体内存在这条途径, 因此, 在动物肝脏中奇数
碳脂肪酸最终能够异生为糖 。
② 脱羧,丙酰 CoA转化成乙酰 CoA,进入 TCA。
植物, 微生物中较普遍 。
2）脂肪酸的 α -氧化 （不需活化，直接氧化游离脂
肪酸）
RCH2COOH→RCOOH+CO 2
对于降解支链脂肪酸, 奇数碳脂肪酸, 过分长
链脂肪酸 （ 如脑中 C22,C24） 有重要作用 。
3）脂肪酸的 -ω 氧化 （ ω端的甲基羟基化，氧化成
醛，再氧化成酸）
少数的 12C以下的脂酸可通过 ω-氧化途径, 产生
二羧酸 。
4）不饱和脂肪酸的分解
① 单不饱和脂肪酸的氧化
油酸的 β 氧化,
△ 3顺 —△ 2反烯脂酰 CoA异构酶 （ 改变双键位置和顺反构型 ）
② 多不饱和脂肪酸的氧化
亚油酸的 β 氧化,
△ 3顺 —△ 2反烯脂酰 CoA异构酶（改变双键位置和顺反
构型）
β -羟脂酰 CoA差向酶（改变 β -羟基构型,D→L 型）
5,乙酰 CoA的去路
①进入 TCA循环最终氧化生成二氧化碳和水
以及大量的 ATP。
②生成酮体参与代谢（动物体内）
脂肪酸 β 氧化产生的乙酰 CoA，在肌
肉细胞中可进入 TCA循环进行彻底氧化分
解；但在 肝脏及肾脏 细胞中还有另外一条
去路，即形成 乙酰乙酸,D-β -羟丁酸和
丙酮,这三者统称为 酮体 。
（ 1）酮体的生成 （肝细胞的线粒体内）
肝脏线粒体中的乙酰 CoA走哪一条途径（生成酮
体或进入 TCA ），主要取决于草酰乙酸的可利用性。
饥饿状态下，草酰乙酸离开 TCA，用于异生合成
葡萄糖。只有少量乙酰 CoA进入 TCA，大多数乙酰
CoA用于合成酮体。
酮体的生成过程,
6,酮体的代谢
图 酮体的生成 -1
① 2分子的乙酰 CoA在肝脏线粒体 β-酮酯酰硫解酶
的作用下，缩合成 乙酰乙酰 CoA，并释放 1分子的
CoASH。
图 酮体的生成 -2
② 乙酰乙酰 CoA与另一分子乙酰 CoA缩合成 羟甲基戊二
酰 CoA（ HMG CoA）,并释放 1分子 CoASH。
图 酮体的生成 -3
③ HMG CoA在 HMG CoA裂解酶催化 下裂解生成
乙酰乙酸 和乙酰 CoA。
图 酮体的生成 -4
④ 乙酰乙酸在线粒体内膜 β-羟丁酸脱氢酶 作
用下，被还原成 β-羟丁酸 。
图 酮体的生成 -5
⑤ 部分乙酰乙酸可自动脱羧而成为 丙酮 。
CH3COCH2CO~SCoA
乙酰乙酰 CoA
CH3CO~SCoA
乙酰 CoA CH
3— C— CH2CO~SCoA
OH
CH2COOH
β-羟 β-甲基戊二酸单酰 CoA
CH3— C— CH2COOH
OH
β-羟丁酸
CH3COCH2COOH
乙酰乙酸
CH3COCH3
丙酮
CH3CO~SCoA
乙酰 CoA
CoA-SH
乙酰乙酰
硫解酶
CoA-SH
HMG-CoA
合酶
HMG-CoA
裂解酶
NADH+H+
NAD+
β -羟丁酸
脱氢酶
CO2
乙酰乙酸
脱羧酶
关键酶
酮体的生成途径
（ 2）酮体的分解 (肝外）
肝脏是生成酮体的器官，但不能使酮体
进一步氧化分解，而是采用酮体的形式将乙
酰 CoA经血液运送到 肝外组织,作为它们的能
源，尤其是 肾、心肌、脑 等组织中主要以酮
体为燃料分子。在这些细胞中，酮体进一步
分解成 乙酰 CoA参加三羧酸循环。
? A,乙酰乙酸 在肌肉线粒体中经 β -酮脂酰 CoA转移
酶催化，能被琥珀酰 CoA活化成乙酰乙酰 CoA。
? B,乙酰乙酰 CoA被 β 氧化酶系中的硫解酶裂解成
乙酰 CoA进入三羧酸循环。
? C,β -羟丁酸 在 β -羟丁酸脱氢酶作用下，脱氢生
成乙酰乙酸，然后再转变成乙酰 CoA而被氧化。
? D,丙酮 可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳酸，
进而异生成糖。
β - 羟丁酸
N A D
+
N A D H + H
+
H S C o A + A T P 乙酰乙酸 琥珀酰 Co A
乙酰乙酸硫激酶 琥珀酰 CoA 转硫酶
A M P + P P i 乙酰乙酰 Co A 琥珀酸
硫解酶
2 ×乙酰 CoA
三羧酸 循环
β - 羟丁酸脱氢酶
心、肾、脑、
骨骼肌细胞
心、肾、
脑细胞
酮体的氧化过程
（ 3） 酮体生成的生理意义
酮体是肝输出能量的一种形式,为肝外组织提
供可利用的能源 。
酮体溶于水, 分子小, 能通过血脑屏障及肌
肉毛细管壁 。 脑组织细胞不能氧化脂肪酸, 但能
利用酮体 。 长期饥饿, 糖供应不足时, 酮体可以
代替葡萄糖, 成为脑组织及肌肉的重要能源 。
饥饿, 糖供给不足或糖尿病,
脂肪动员加强, 酮体生成增加, 超过肝外组织氧
化能力,, 酮血症,,, 酮尿症, 。 可引起酸中毒 。
1.脂肪酸的生物合成
生物机体内脂类的合成是十分活跃
的，特别是在高等动物的肝脏、脂肪组
织和乳腺中占优势。脂肪酸合成的碳源
主要来自糖酵解产生的乙酰 CoA。脂肪
酸合成步骤与氧化降解步骤完全不同。
脂肪酸的生物合成是在细胞液中进行，
需要 CO2和柠檬酸参加；而氧化降解是
在线粒体中进行的。
三、脂肪的生物合成
合成过程可以分为三个阶段,
（ 1）原料的准备 —— 乙酰 CoA羧化生成丙二
酸单酰 CoA（在细胞液中进行），由乙酰
CoA羧化酶催化，辅基为生物素，是一个不
可逆反应。
乙酰 CoA羧化酶可分成三个不同的亚基,
生物素羧化酶（ BC）
生物素羧基载体蛋白（ BCCP）
羧基转移酶（ CT）
乙酰 CoA的穿膜转运,
柠檬酸穿梭系统
肉毒碱转运
（ 2）合成阶段 ——— 以软脂酸（ 16碳）的合成
为例（在细胞液中进行）。催化该合成反应的是
一个多酶体系，共有七种蛋白质参与反应，以没
有酶活性的脂酰基载体蛋白（ ACP）为中心，组成
一簇。
? 原初反应（初始反应）
? 原初反应
? 缩合反应
? 还原反应
? 脱水反应
? 还原反应
至此，生成的丁酰 -ACP比开始的乙酰 -
ACP多了两个碳原子；然后丁酰基再从 ACP
上转移到 β -酮脂酰合成酶的 -SH上，再重
复以上的缩合、还原、脱水、还原 4步反应，
每次重复增加两个碳原子，释放一分子 CO2，
消耗两分子 NADPH，经过 7次重复后合成软
脂酰 -ACP，最后经硫脂酶催化脱去 ACP生成
软脂酸（ 16碳）。
（ 3）延长阶段（在线粒体和微粒体中进行）
生物体内有两种不同的酶系可以催化碳链
的延长，一是线粒体中的 延长酶系,另一
个是粗糙内质网中的 延长酶系 。
? 线粒体脂肪酸延长酶系
以乙酰 CoA为 C2供体，不需要酰基载体，
由软脂酰 CoA与乙酰 CoA直接缩合。
? 内质网脂肪酸延长酶系
用丙二酸单酰 CoA作为 C2的供体,NADPH作
为 H的供体,中间过程和脂肪酸合成酶系的
催化过程相同。
2,不饱和脂肪酸的合成
不饱和脂肪酸中的不饱和键由去饱和酶催化
形成。人体内含有的不饱和脂肪酸主要有棕榈油
酸（ 16C，一个不饱和键）、油酸（ 18C，一个不
饱和键）、亚油酸（ 18C，两个不饱和键）、亚麻
酸（ 18C，三个不饱和键）以及花生四烯酸（ 20C，
四个不饱和键）等，前两种单不饱和脂肪酸可由
人体自己合成，后三种为多不饱和脂肪酸，必须
从食物中摄取，因为哺乳动物体内没有△ 9以上的
去饱和酶。
本章重点,
1,脂类概述
2,脂肪的分解
3,脂肪的合成
脂肪与类脂，功能
脂肪酸的 β －氧化，酮体
乙酰 CoA羧化生成丙二酸单酰 CoA
脂肪酸的从头合成
第十一章 蛋白质的酶促降解及氨基
酸代谢
第一节 蛋白质的酶促降解
第二节 氨基酸的分解与转化
第三节 氨基酸的生物合成
氨基酸的分解与转化
一,氨基酸代谢概况
三,氨基酸的脱羧基作用
四,氨基酸分解产物的转化
二,氨基酸的脱氨基作用
氨基酸代谢概况 食物蛋白质
氨基酸 特殊途径
?-酮酸
糖及其代谢
中间产物
脂肪及其代谢
中间产物
TCA
鸟氨酸
循环
NH4+
NH4+
NH3
CO2 H2O
体蛋白
尿素 尿酸
激素
卟啉
尼克酰氨
衍生物
肌酸胺
嘧啶
嘌呤
SO4 2 -
生物固氮
硝酸还原
（次生物质代谢）
CO2 胺
氨基酸的脱氨基作用
4,非氧化脱氨基作用
1,氧化脱氨基作用
2,转氨基作用
3,联合脱氨基作用
氧化脱氨基作用
氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应
的 α -酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主
要有以下两种类型,
α -氨基酸
氨基酸氧化酶（ FAD,FMN）
α-酮酸
R-CH-COO-
NH+3 |
R-C-COO-+NH3
O
||
H2O+O2 H
2O2
L-谷氨酸脱氢酶 谷氨酸 + H
2O ?-酮戊二 酸 + NH3
NAD（ P） + NAD（ P） H
转氨基作用
α -氨基酸 1
R1-CH-COO-
NH+3
|
α-酮酸 1
R1-C-COO-
O
||
R2-C-COO-
O
||
α-酮酸 2
R2-CH-COO-
NH+3 |
α-氨基酸 2 转氨酶
（辅酶：磷酸吡哆醛）
在转氨酶的催化下,α-氨基酸的氨基转移到 α-酮酸的酮基碳原子上
，结果原来的 α-氨基酸生成相应的 α-酮酸，而原来的 α-酮酸则形成了相应
的 α-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。
磷酸吡哆醛的作用机理
谷氨酰胺的生成和利用
+NH2 +H2O
ATP ADP+Pi
谷氨酰胺合成酶
Mg2+
+2H 谷氨酸合成酶
联合脱氨基作用
（ 1）概念
（ 2）类型
a,转氨酶与 L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联
b,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联
转氨基作用和
氧化脱氨基作
用联合进行的
脱氨基作用方
式。
转氨酶与 L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联
转氨酶 L-谷氨酸脱氢酶
H20+NAD+
NH3+NADH
α-酮酸
α -氨基酸 α-酮戊二酸
L-谷氨酸
转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联
α-氨基酸
α-酮酸
α-酮戊二酸
谷氨酸 草酰乙酸
天冬氨酸
腺苷酰琥珀酸
苹果酸 延胡索酸 腺苷酸
次黄苷酸
非氧化脱氨基作用（自学）
（ 1） 直接脱氨基作用
（ 2） 还原脱氨基作用
（ 3） 水解脱氨基作用
（ 4） 脱水脱氨基作用
（ 5） 氧化还原脱氨基作用
氨基酸的脱羧基作用
1、概念
3,脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢 ）
氨基酸在脱羧酶的
作用下脱掉羧基生成相
应的一级胺类化合物
的作用。脱羧酶的辅
酶为磷酸吡哆醛。
直接脱羧 胺
羟化脱羧 羟胺
2、类型,
氨基酸分解产物的转化
1.氨的代谢转变
2.氨基酸碳骨架的代谢途径
氨的代谢转变
（ 1） 重新生成氨基酸
（ 2） 谷氨酰胺和天冬酰氨的生成
（ 3） 尿素的生成 —— 尿素循环
（ 4） 合成其他含 N物质
谷丙转氨酶和谷草转氨酶
谷丙转氨酶
（ GPT）
谷草转氨酶
(GOT)
谷氨酸的重新生成
L-谷氨酸脱氢酶
谷氨酸 + H2O ?-酮戊二 酸 + NH3
NAD（ P） + NAD（ P） H
尿 素 的 生 成
a、概念
b,总反应和过程
在排尿动物体内由
NH3合成 尿素是在肝脏
中通过一个循环机制完
成的，这一个循环称为
尿素循环。
NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸 +2H2O ? NH2-CO-NH2
+ 2ADP +2+ AMP +PPi+延胡索酸
鸟
氨
酸
循
环
氨基酸
谷氨酸
谷氨酸
氨甲酰磷酸
鸟氨酸
瓜氨酸
瓜氨酸
精氨琥珀酸
鸟氨酸
精氨酸
延胡索酸
草酰乙酸 氨基酸 谷氨酸
?-酮戊二酸 天冬氨酸
ATP
AMP+PPi
H2O
2ATP+CO2+NH3+H2O
2ADP+Pi
基质
线
粒
体
胞液
NH2-C-NH2
O
尿素
氨基酸碳骨架的代谢途径
（ 1） 再氨基化生成氨基酸
（ 2） 转变成糖或脂肪
生糖氨基酸和生酮氨基酸
（ 3） 氧化成 CO2和 H2O
作业：分别写出谷氨酸在体内生成糖和氧化分解成 CO2,
H2O的代谢途径，并计算氧化分解时可产生的 ATP数。
氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径
草酰乙酸
磷酸烯
醇式酸
?-酮戊二酸
天冬氨酸
天冬酰氨
丙酮酸
延胡索酸
琥珀酰 CoA
乙酰 CoA 乙酰乙酰 CoA
苯丙氨酸
酪氨酸
亮氨酸
赖氨酸
色氨酸
丙氨酸
苏氨酸
甘氨酸
丝氨酸
半胱氨酸
谷氨酸
谷氨酰胺
精氨酸
组氨酸
脯氨酸
异亮氨酸
亮氨酸
缬氨酸
苯丙氨酸
酪氨酸
天冬氨酸
异亮氨酸
甲硫氨酸
缬氨酸
葡萄糖
柠檬酸
转氨基作用是 α — 氨基酸与 α -酮
酸之间的氨基的转移作用。即：一种
α -氨基酸的 α -氨基在转氨酶作用下
转移到 α -酮酸的酮基上，结果原来的
氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮
酸则形成相应的氨基酸,反应如图
蛋白质的酶促降解
一、水解蛋白质的酶的种类和专一性
肽酶 （ Peptidase）
蛋白酶 (Proteinase)
二、细胞内蛋白质降解
胞内蛋白质降解的意义
胞内蛋白质降解系统：溶酶系统和泛肽系统
蛋白质降解的泛肽途径
肽酶的种类和专一性
编号 名 称 作 用 特 征
3,4,11
3,4,13
?-氨酰肽水解酶
(?-aminoacyl
peptide hydrolase)
作用于多肽链的 N-末端
?-羧肽水解酶
(?-carboxyl peptide
hydrolase)
作用于多肽链的 C-末端
3,4,14 二羧肽水解酶
(depeptide
hydrolase)
水解二肽
蛋白酶的种类和专一性
编号 名 称 作用特征 实例
3,4,2,1
3,4,2,2
丝氨酸蛋白酶类
(serine pritelnase)
活性中心含
Ser
3,4,2,3
3,4,2,4
硫醇蛋白酶类
(Thiol pritelnase)
活性中心含
Cys
羧基（酸性）蛋白酶类
[carboxyl(asid)
pritelnase]
活性中心含
Asp,最适 pH
在 5以下
金属蛋白酶类
(metallopritelnase)
活性中心含有
Zn2+, Mg2+等
金属
胰凝乳蛋白酶
胰蛋白酶
凝血酶
木瓜蛋白酶
无花果蛋白酶
菠萝酶
胃蛋白酶
凝乳酶
枯草杆菌蛋白酶
嗜热菌蛋白酶
消化道内几种蛋白酶的专一性
（ Phe.Tyr.Trp） （ Arg.Lys）
（脂肪族）
胰凝乳
蛋白酶 胃蛋白酶 弹性蛋白酶
羧肽酶
胰蛋白酶
氨肽酶 羧肽酶
（ Phe,Trp）
蛋白质降解的泛肽途径
E1-S-
E1-SH
E2-S-
E1-SH
E2-SH
E2-SH
ATP AMP+PPi E3
多 泛肽化蛋白
ATP
26S蛋白酶体
20S蛋白酶体
ATP
19S调节亚基
去折叠
水解
E1：泛肽激活酶 E2：泛肽载体蛋白
E3：泛肽 -蛋白质连接酶
（ ubiquitin）
自然界的氮素循环
硝酸盐
亚硝酸
氮
生物固氮
工业固氮
固氮生物 动植物
硝酸盐还原
大气固氮 大气氮素
岩浆源的
固定氮
火成岩 反硝化作用
氧化亚氮
蛋白质
入地下水
动植物废物
死的有机体
氨基酸的生物合成
1,必需氨基酸和非必需氨基酸
2,氨基酸的生物合成
氨基酸的生物合成的碳架来源
（ 1） 非必需氨基酸的生物合成
（ 2） 各族氨基酸的前体及相互关系
a、由 α-酮酸氨基化生成
b、由某些非必需氨基酸转化而来
c、由某些必需氨基酸转变而来
氨
基
酸
的
生
物
合
成
酸
的
前
体
及
相
互
关
系
谷氨酸族
天冬氨
酸族
丙氨
酸族
丝氨
酸族 His 和芳香族
氨基酸与一碳基团代谢
1,一碳基团（一碳单位）的概念
2,一碳基团和氨基酸代谢
Gly,Ser,Thr,His都可以作为一碳基团的供体。
3、一碳基团的利用：参与合成反应,如磷
脂、核苷酸等的合成。
一碳基团
在代谢过程中，某些化合
物（如氨基酸）可以分解产生具
有一个碳原子的基团（不包括
CO2），称为一碳基团。一碳基
团的转移除了和许多氨基酸的代
谢直接有关外，还参与嘌呤和胸
腺嘧啶的生物合成。
一碳基团转移酶的辅酶, FH4
一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名
-CH=NH 亚氨甲基
H-CO- 甲酰基
-CH2OH 甲醇基
-CH= 次甲基
-CH2- 亚甲基
-CH3 甲基
叶酸 和 四氢叶酸（ FH4）
叶
酸
四
氢
叶
酸 H
H
10
5
N5,N10-CH2-FH4 N5-CHO-FH4
CH2 CHO
一碳基团的
来源与转变
S-腺苷蛋氨酸
N5-CH2-FH4
N5 N10 - CH2-FH4
N5,N10 = CH-FH4
N10 -CHO-FH4
N5, N10 -CH2-FH4还原酶
N5, N10 -CH2-FH4脱氢酶
环水化酶
丝 氨酸
组氨酸
苷氨酸
参与 甲基化 反应
为 胸腺嘧啶 合成提供 甲基
参与 嘌呤 合成
FH4
FH4
FH4
HCOOH
H2O
NAD+
NDAH+H+
NAD+
NDAH+H+
H+
参与 嘌呤 合成
六、蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢
1 蛋白质的酶促降解
（ 1）肽酶和蛋白酶的类别
（ 2）蛋白酶的专一性
2 氨基酸代谢概况
3 氨基酸降解与转化
（ 1）脱氨基作用
氧化脱氨基作用, 转氨基作用 ； 联合脱氨基
（ 2）脱羧基作用，脱羧产物 — 胺类物质的生理功能
（ 3）氨基酸分解产物的转化
4 氨和氨基酸的生物合成
(1) 自然界的氮循环
（ 2） 生物固氮 的生物化学
（ 3） 硝酸还原 作用 人的必需氨基酸 Thr,Val,Leu,Ile,Met、
Lys,Phr,Trp (His Arg) （ 4）氨基酸的生物合成
必需氨基酸 和非必需氨基酸的概念
氨基酸碳架的来源
（ 5） 一碳单位 的代谢
本章重点,
1,氨基酸降解与合成的主要途径
2,初步理解蛋白质代谢与糖类代谢、脂
类代谢的相互关系。
第十一章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢
本章重点讨论核酸酶的类别和特点, 对核
苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍 。
第一节 核酸的酶促降解
第三节 核苷酸的合成代谢
第二节 核苷酸的分解代谢
第一节 核酸的酶促降解
一,核酸酶
二,限制性内切酶
核酸酶 核苷酸酶 核苷磷酸化酶
核酸 核苷酸 核苷 碱基 +戊糖 -1-P
磷酸
核 酸 酶
1、核酸酶的分类
（ 1）根据对底物的
专一性分为
（ 2）根据切割位点分为
核糖核酸酶 (RNase)
脱氧核糖核酸酶 (DNase)
非特异性核酸酶
核酸内切酶
核酸外切酶
2,核酸酶的作用特点
外切核酸酶对核酸的水解位点
5′ p p p p OH
B
p p p p 3′
B B B B B B B
牛脾磷酸二酯酶
（ 5′端外切 5得 3）
蛇毒磷酸二酯酶
（ 3′端外切 3得 5）
内切核酸酶对 RNA的水解位点示意图
5′
p p p p OH
Py Pu Py Py
1′
p p p
G A C U
p p p
G A
3′
RNAase I RNAase I RNAase T1 RNAase T1
Pu,嘌呤 Py：嘧啶
限制性内切酶
? 类型
? 命名
? 意义
原核生物中存在着一类能识别外源 DNA双螺旋中 4-8个碱基
对所组成的特异的具有二重旋转对称性的 回文序列,并在此序
列的某位点水解 DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类
酶称为限制性内切酶（ ristriction endonuclease）。
常用的 DNA限制性内切酶的专一性 酶 辨认的序列和切口 说明
‥ ‥ A G C T ‥‥
‥ ‥ T C G A ‥ ‥
‥ ‥ G G A T C C ‥‥
‥ ‥ C C T A G G ‥‥
‥ ‥ A G A T C T ‥‥
‥ ‥ T C T A G A ‥‥
‥ ‥ G A A T T C ‥‥
‥ ‥ C T T A A G ‥‥
‥ ‥ A A G C T T‥‥
‥ ‥ T T C G A A ‥‥
‥ ‥ G T C G A C ‥‥
‥ ‥ C A G C T G ‥‥
‥ ‥ C C C G G G ‥‥
‥ ‥ G G G C C C ‥‥
Bam H I
Alu I
Bgl I
Eco R I
Hind Ⅲ
Sal I
Sma I
四核苷酸，平端切口
六核苷酸，平端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
限制性内切酶类型
I型：分子量大于 105，多亚基，需 S-线苷蛋氨酸,ATP
和 Mg2+,识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限
制与修饰相排斥的多功能酶,
Ⅱ 型：分子量小于 105，需 Mg2+,切割位点位于识别
位点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生
物学研究所用的限制性内切酶均为此类。
ⅡI 型：识别位点为 5-7bp的非对称序列,切割位点在
顺序之外离识别 序列 5-10bp，切割双链，个别也切割单链。
是限制与修饰相多功能酶,
限制性内切酶的命名和意义
Eco R I
序号 属名 种名 株名
例,Eco R I，这是从大肠杆菌（ Ecoli） R菌珠中分离出的一种限制性内切酶
限制性内切酶是分析染色体结构、制作 DNA限
制图谱、进行 DNA序列测定和基因分离、基因体外
重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，
用来解剖纤细的 DNA分子。
第二节 核苷酸的降解
二, 嘧啶的降解
一,嘌呤的降解
核苷酸酶 核苷磷酸化酶
核苷酸 核苷 碱基 +（ 脱氧 ） 戊糖 -1-P
磷酸
嘌
呤
的
分
解
嘧
啶
的
分
解
第三节 核苷酸的合成代谢
一,核糖核苷酸的生物合成
二,脱氧核糖核苷酸的生物合成
三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷
三磷酸（自学）
四,各种核苷酸的相互转变
核糖核苷酸的生物合成
1、嘌呤核苷酸的生物合成
(1) 从头合成途径
(2) 补救途径 (自学 )
2、嘧啶核苷酸的生物合成
(1) 从头合成途径
(2) 补救合成途径 (自学 )
嘌呤环上各原子的来源
来自谷氨酰胺的酰胺氮
来自“甲酸盐”
来自天冬氨酸 来自甘氨酸
来自 CO2
来自“甲酸盐”
5-磷酸核糖焦磷酸
5-磷酸
核糖胺 甘氨酸
甘氨酰胺核苷酸 甲酰甘氨酰胺核苷酸 甲酰甘氨咪核苷酸
5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑 -4-羧核苷酸
IMP的 生
物合成
5-氨基咪唑 -4-琥珀
基 -甲酰胺核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
氨甲酰核苷酸
5-甲酰氨基咪唑 -
4-氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤核苷酸
（ IMP）
甲酰 THFA
IMP转变为 GMP和 AMP
嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）
磷酸核糖转移酶 嘌呤 +PRPP A(G)MP+PPi
嘌呤 +1-P-核糖 嘌呤核苷
A(G)MP
ATP
ADP
嘧啶核苷酸从头合成途径
c,UMP转变为 CTP
CTP CTP合成酶
ATP Gln H2O
UMP UDP UTP
a,嘧啶环上原子的来源
b,UMP的从头合成
嘧啶环上各原子的来源
天冬氨酸
CO2
NH3
N
N
C
C
C C 6
5
4
3
2
1
H2N-CO- P
氨甲酰磷酸
尿嘧啶核苷酸合成途径
嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）
尿嘧啶 +PRPP
尿嘧啶 +1-P-核糖
尿嘧啶核苷 +ATP
UMP+PPi
尿嘧啶核苷 +Pi
UMP+ADP
脱氧核苷酸的合成
2,脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
1,脱氧核苷酸的合成
核糖核苷酸的还原反应
核糖核苷酸还原酶
NADP+ NADPH+H+
硫氧还蛋白
还原酶
FAD
ATP, Mg2+
硫氧还蛋白
（还原型）
SH
SH
硫氧还蛋白
（氧化型）
S
S
O
P-P-CH2 N
OH OH
核糖核苷二磷酸
O
P-P-CH2 N
OH H
+ H2O
脱氧核糖核苷二磷酸
核糖核苷酸的还原反应
FAD
核糖核苷酸还原酶
ATP, Mg2+
硫氧还蛋白 SH
SH
硫氧还蛋白 S
S
硫氧还蛋白
还原酶
核糖核苷二磷酸
+ H2O
脱氧核糖核苷二磷酸
FADH2
谷氧还蛋白 S
S 谷氧还蛋白
SH
SH
NADP+ NADPH+H+
谷氧还蛋白
还原酶
O
P-P-CH2 N
OH OH
O
P-P-CH2 N
OH H
GSSG 2GSH
谷胱甘肽
还原酶
核糖核苷酸还原酶示意图
底物特异性
调节位点
酶 活 性
调节位点
活性位点
R1亚基
R2亚基
脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
胸腺嘧啶核苷酸合成酶
NADPH+H++Ser NADP++Gly
N5,N10— CH2 — FH4 FH2
二氢叶酸
还原酶
Ser羟甲基
转移酶
O N
HN
O
dR-P
CH3
O N
HN
O
dR-P
叶酸 和 四氢叶酸（ FH4）
叶
酸
四
氢
叶
酸 H
H
10
5
N5,N10-CH2-FH4 N5-CHO-FH4
CH2 CHO
一碳基团的
来源与转变
S-腺苷蛋氨酸
N5-CH2-FH4
N5 N10 - CH2-FH4
N5,N10 = CH-FH4
N10 -CHO-FH4
N5, N10 -CH2-FH4还原酶
N5, N10 -CH2-FH4脱氢酶
环水化酶
丝 氨酸
组氨酸
苷氨酸
参与 甲基化 反应
为 胸腺嘧啶 合成提供 甲基
参与 嘌呤 合成
FH4
FH4
FH4
HCOOH
H2O
NAD+
NDAH+H+
NAD+
NDAH+H+
H+
参与 嘌呤 合成
的
合
成
及
相
互
关
系
七、核酸的酶促降解和核苷酸的代谢
1 核酸的酶促降解
核糖核酸酶, 脱氧核糖核酸酶, 限制性内切酶
2 核苷酸的降解
3 核苷酸的 合成代谢
（ 1）核糖核苷酸的生物合成
嘌呤核苷酸的合成：从头合成和补救途径
嘧啶核苷酸的合成：从头合成和补救途径
（ 2）脱氧核苷酸的生物合成
核糖核苷酸的还原
脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
本章重点,
1,核苷酸分解和合成的一般途径
2,核酸限制性内切酶的催化作用特点
第十三章
物质代谢的调节控制
?第一节 代谢调控的类型
?第二节 激素的调节作用
?第三节 细胞水平的反馈调节机制
?第四节 基因表达的调节控制
?第五节 糖代谢与脂代谢调节
?第六节 代谢调节与微生物发酵
?生命现象是生物体内发生的极其复杂的
生物化学过程的 综合结果 。
?为了保证生命活动 （ 如生长, 发育, 分
化, 繁殖, 代谢和运动等 ） 能够有条不
紊地进行, 所有生物体内发生的生物化
学过程都必须受到有效的调控 。
?生物调控机制是生物在长期进化过程中
逐步形成的 。 生物进化程度愈高, 调控
机制愈 完善, 愈 复杂 。
调控的分子生物学基础
?调控的本质是化学物质与机体组织中具
有重要功能的生物大分子之间进行物理
化学反应的最终结果 。
?这些能够与化学物质发生结合并产生相
应作用的生物大分子, 一般称为 受体 。
?调控分 生物体内物质的调控 和 外源化学
物质的调控 。
物质之间的相互作用
? 包括生物大分子之间的 相互识别与作用, 如核酸与
蛋白质之间的作用多糖与蛋白质之间的相互作用；
蛋白质与蛋白质之间的相互作用 。
? 有机小分子与生物大分子 之间的相互作用, 如辅酶
与酶之间的相互作用 。
? 有机分子与酶或蛋白质受体 之间的相互作用 。
? 底物与酶分子之间 的识别以及相互作用 。
? 无机金属离子与生物大分子 之间的相互作用, 如金
属离子与酶或蛋白质之间的络合；与生物小分子
（ 辅酶, ATP等 ） 之间的络合作用 。
第一节 代谢调控的类型
?神经调控作用
?激素调控作用
?细胞水平的调节作用
?人及高等动物具有高度发达的神经系统，这
类生物的各种活动和代谢的调节机制都处于
中枢神经系统的控制之下。神经系统既直接
影响各种 酶的合成,又影响内分泌腺分泌激
素的 种类和水平,所以神经系统的调节具有
整体性特点 。
?神经系统对生命活动的调控在很大程度上是
通过调节 激素的分泌 来实现的 。
神经调控作用
第二节
激素调节功能
激素调控作用
?激素是生物体内特定细胞产生的的对某些
靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。
? 激素是生物细胞分泌的一类特殊化学物质, 它对
各种生命活动和代谢过程具有调控功能 。
? 激素调控往往是 局部性 的, 并且直接或间接受到
神经系统的控制 。
? 通常一种激素只作用于一定的细胞组织, 不同的
激素调节不同的物质代谢或生理过程 。
?1.含量少； 在生物体某特定组织细胞产生 。
?2.通过体液的运动被输送到其他组织中发挥
作用 。
?3.作用很大, 效率高, 在新陈代谢中起调节
控制作用 。
?4.在医疗上, 激素也是一类重要 药物 。
激素具有以下几个特点,
激素的分类
? 在生物激素中, 动物激素 最为重要 。 植物激素 主要为
植物生长调节剂 。
? 根据激素的化学结构和调控功能, 一般可以分为三类
? （ 1） 含氮激素 。 包括蛋白质激素, 多肽激素, 氨基
酸衍生物激素等 。
? （ 2） 类固醇激素 。 性腺和肾上腺皮质分泌的激素大
多数是类固醇激素 。
? （ 3） 脂肪酸衍生物激素 。 主要由生殖系统及其它组
织分泌产生 。
甲状腺激素
? 甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的
三碘甲腺原氨酸 。 三碘甲腺原氨酸的活性约为
甲状腺素的 5－ 10倍 。 二者的结构如下,
O
I
HO
I NH 2
I
I
- C H 2 - C H - C O O H - C H 2 - C H - C O O H
I
I
NH 2
HO
I
O
甲状腺素 三碘甲腺原氨酸
甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织，能将体内
70-80%的碘富集在其中。
甲状腺素 生理功能
?在甲状腺素的合成中, 碘化过程并不是
发生在游离的酪氨酸上, 而是甲状腺球
蛋白分子中的酪氨酸残基发生 碘化反应 。
?主要是促进糖, 脂及蛋白质的代谢；促
进机体的生长发育和组织分化；对 中枢
神经系统, 循环系统, 造血过程, 肌肉
活动及智力和体质的发育等均有显著作
用 。
?幼年动物若甲状腺机能减退或切除甲状腺时,
将引起发育迟缓, 身材矮小, 行动呆笨 而缓
慢；
?成年动物甲状腺机能减退时, 出现厚皮病,
心博减慢, 基础代谢降低, 性机能低下 。
?反之, 甲状腺机能亢进, 动物眼球突出, 心
跳加快, 基础代谢增高, 消瘦, 神经系统兴
奋性提高, 表现为神经过敏等,
肾上腺素
?肾上腺分为髓质和皮质两部分 。 髓质分泌
肾上腺素和少量去甲肾上腺素 。 去甲肾上
腺素主要由交感神经末梢分泌 。 他们也是
酪氨酸的衍生物, 为 R-构型 。
H O
H O
C H C H 2
O H
N H C H 3 H O
H O
C H C H 2
O H
N H 2
肾上腺素 去甲肾上腺素
?肾上腺素具有与 交感神经兴奋 相似
的作用，使血管收缩，心脏活动加
强，血压升高，临床上被用来作为
升压药物，起抗休克作用。
?肾上腺素主要是 调节糖代谢,它能
够促进肝糖原和肌糖原的分解，增
加血糖和血中的 乳酸 含量。
肾上腺素 功能
多肽及蛋白质激素
? 由脑垂体、下丘脑、胰腺、甲状旁腺、
胃肠粘膜以及胸腺等分泌的激素属于多肽
或蛋白质激素。这些激素具有各种各样的
功能。
胰岛素
? 胰岛素是由胰腺中胰岛的 β -细胞分泌的一种
含有 51个氨基酸残基的蛋白质激素 。
? 胰岛素由两条多肽链组成胰岛素的生理功能主
要是促进细胞摄取葡萄糖；促进肝糖原和肌糖
原的合成；抑制肝糖原的分解 。
? 胰岛素具有抑制细胞内腺苷酸环化酶活性作用,
使 cAMP产生显著减少, 导致糖原分解速度减慢 。
胰岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反 。
（ 2）胰高血糖素
? 胰高血糖素为胰岛的 α -细胞分泌的多肽激素, 由 29个氨基
酸组成, 人和猪的胰高血糖素的氨基酸序列完全一样, 其
结构如下,
? His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-
Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-
Trp-Leu-Met-Asp-Thr
? 胰高血糖素主要是促进肝糖原分解, 使血糖升高, 与肾上
腺素作用相似 。 其作用原理是激活肝细胞中的腺苷酸环化
酶, 使 cAMP浓度升高, 从而提高磷酸化酶活性, 促进肝糖
原分解 。
甲状旁腺激素
?甲状旁腺主要分泌甲状旁腺素 （ PTH） 和降
钙素 （ CT）, 它们都是多肽激素 。
?二者的生理作用相反, PTH可以升高血钙,
而 CT则可以降低血钙, 因此都是调节钙磷代
谢的激素 。
糖皮质激素功能
?调节糖代谢,抑制糖的氧化，使血糖
升高；促进蛋白质转化为糖。这类激
素还具有良好的抗炎，抗过敏作用，
是常用的激素药物。
? 调节水盐代谢,促使体内保留钠离子及排出过
多的钾离子，调节水盐代谢。肾上腺皮质激素
分泌失常，将引起糖代谢及无机盐代谢紊乱而
出现病症。
盐皮质激素
性激素
?性激素属于类固醇类激素，可分为雄性激素
和雌性激素两类。它们与动物的性别及第二
性征的发育有关。
?性激素的分泌受垂体的促性腺激素（ LHF 和
SH）调节。
? 第三节
细胞 -酶水平调控作用
?细胞 -酶水平调控是通过调节细胞内的酶
的种类, 数量, 分布或活性来控制各种
代谢过程或生理过程 。
?这类调控主要包括：细胞膜结构的调控
作用和酶的活性调控作用 。
?某些人工合成或天然存在的化学物质也
具有调控功能, 主要是表现在对酶的活
性影响方面 。
?细胞内进行的错综复杂的代谢过程及生理
变化，主要是通过 酶的调节 来实现的。
?实际上，激素的调控作用也是通过对酶的
影响（酶的产生和酶的活性）而实现的。
?细胞 -酶对生物体内发生的生物化学过程的
调控主要包括 细胞膜结构的调控作用 和 酶
的活性调控作用 两个方面。
一、细胞膜结构的调控作用
?细胞内发生的各种代谢反应及生理变化之
所以能够有条不紊地进行，首先是由于细
胞本身具有的特殊膜结构。如果细胞的完
整性受到破坏，细胞水平的调控功能将丧
失。
二、酶活性的调控
?酶除了具有催化功能外，还具有调节和控制
各类生物化学反应速度、方向和途径的功能。
?酶水平的调节作用主要有两种方式：一是通
过激活或抑制酶的活性；二是通过影响酶的
合成或降解速度，即改变细胞内酶的含量。
这种酶水平的调节作用是生物调控最重要的
形式。
? 酶活性的前馈和反馈调节
前馈（ feedforward ）和反馈（ feedback ） 是来自
电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影
响”，后者的意思是“输出对输入的影响”，这里分别
借用来说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。这
种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是
通过酶的变构效应来实现的。
S0 Sn S2 S1 E0 E1 En-1
或 + —
或 + —
反馈
前馈
别
构
中
心
活性
中心
代谢物
反馈调节中酶活性调节的机制
酶变构调节作用
? 有些酶分子除了具有活性中心 （ 结合部位和催化
部位 ） 外, 还存在一个特殊的调控部位, 即 变构
中心 。
? 变构中心虽然不是酶活性中心的组成部分, 但它
可以与某些化合物 （ 称为变构剂 ） 发生 非共价 结
合, 引起酶分子构象的改变, 对酶起到激活或抑
制的作用 。 这类酶通常称为 变构酶, 由于 变构剂
与变构中心的结合 而 引起酶活性改变的 现象则称
为 变构调节作用 。
? 目前已知的变构酶均为 寡聚酶, 含两个或两
个以上的亚基, 一般分子量较大, 而且具有
复杂的空间结构 。
? 大多数由变构酶催化的反应不遵守米氏方程,
由变构剂所引起的抑制作用也不服从典型的
竞争性或非竞争性抑制 作用的数量关系 。
变构剂可以分为两类
? 激活变构剂,变构剂与酶分子结合后, 酶的构象
发生了变化, 这种新的构象有利于底物分子与酶
的结合, 使酶促反应速度提高 。
? 抑制变构剂,变构剂与酶分子结合所引起的酶的
构象变化不利于与底物的结合, 表现出一定程度
的抑制作用 。
? 实验发现, 在变构酶中起 催化作用, 称为 催化亚
基 ；与变构剂结合的对反应起调节作用, 称为 调
节亚基 。
共价修饰调控
? 某些酶分子上的基团可以在另一种酶催化下发生共价
修饰作用 （ 例如磷酸化或去磷酸化作用 ）, 从而引起
酶活性的激活或抑制 。 这种作用称为 共价修饰作用 。
这类酶则称为共价调节酶 。 有如下两个特点,
? 被修饰的酶可以有两种互变形式, 即一种为 活性形式
（ 具有催化活性 ）, 另一种为 非活性形式 （ 无催化活
性 )。 正反两个方向的互变均发生共价修饰反应, 并且
都将引起酶活性的变化 。
? 共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象, 所以
? 具有 信号放大 效应 。 例如肾上腺素引起糖原分解过程
中的一系列磷酸化激活步骤, 其结果将激素的信号被
逐级放大了约 300万倍 。
? 共价修饰
第四节 基因表达调控
基因表达 转录调控 方式
?原核生物以 操纵子 为单元进行表达和调控，
特异的阻遏蛋白是控制原核启动序列活性
的重要因素。
I－调节基因
P－启动子
O－操作子（操作
基因）
Z,Y,A－三种结
构基因
乳糖操纵子的调节机制
阻遏蛋白的负性调节
当无诱导物乳糖存在时，调节基因编码的阻遏
蛋白（ repressor protein）处于活性状态，阻止
RNA聚合酶与启动基因的结合，则无法启动转录。
当有乳糖存在时,lac操纵子（元）即可被诱导。
乳糖进入细胞，经 β －半乳糖苷酶催化，转变为
半乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，
使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与 O序列解离、转
录发生。
异丙基硫代半乳糖苷（ IPTG）是一种作用极
强的诱导剂，不被细菌代谢而十分稳定，因此被
实验室广泛应用
CAP（代谢产物活化蛋白）的正性调节
当没有 葡萄糖 及 cAMP浓度较高时,cAMP与
CAP结合，这时 CAP结合在 lac启动序列附近
的 CAP位点，可刺激 RNA转录活性。葡萄糖的
分解代谢产物能抑制腺苷酸环化酶活性并活
化磷酸二酯酶，从而降低了 cAMP的浓度，
CAP不能被活化形成 CAP－ cAMP复合物，则不
能转录。
? lac阻遏蛋白负性调节与 CAP正性调节两种机制协
调合作：当 Lac阻遏蛋白封闭转录时,CAP对该系
统不能发挥作用；但是如果没有 CAP存在来加强
转录活性，即使阻遏蛋白从操纵序列上解聚仍几
无转录活性。
? lac操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又需缺
乏葡萄糖。
调节基因 操纵基因
结构基因
mRNA
酶蛋白
调节基因 操纵基因 结构基因
辅阻遏物 trp 阻遏蛋白原
? 调节基因编码的阻遏蛋白原不与操作基因结合，结构基因转录。
Trp或 Trp－ RNA与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化与操纵基
因结合，结构基因不能表达。
阻遏物调节机制
色氨酸操纵子的调节机制
大肠杆菌色氨酸操纵子
的衰减作用
衰减子,在转录水平上调节基因表达的衰减作用，
用于终止和减弱转录，这种调节的作用部位叫衰减
子 —— 是一种位于结构基因上游前导区的 终止子 。
真核生物基因表达调控
DNA
转录初产物
RNA
mRNA
蛋白质前体 mRNA降解物
活性蛋白质
DNA水平调节
转录水平调节
转录后加工
的调节
翻译调节 mRNA降解 调节
翻译后加工
的调节
核
细胞质
? 真核基因表达调控的五个水平
DNA水平调节
转录水平调节
转录后加工的调节
翻译水平调节
翻译后加工的调节
? 真核基因调控主要是正调控
? 顺式作用元件和反式作用因子
? 转录因子的相互作用控制转录
真核基因的调控
⑤ 翻译调节
（ translational control）
真核染色质体（ DNA） ① 转录前调节
转录初级产物 RNA
（ Pro－ RNA） hnRNA
③ 转录后加工的调节（ RNA Processing control）
④ 转运调节（ RNA transport control）
mRNA
⑥ mRNA降解的调控
mRNA降解物 多肽链
⑦ 翻译后加工及蛋白质活性控制
（ protein activity control）
活性蛋白 失活蛋白
② 转录调节（ transcription control）
?顺式作用元件 (cis acting elements)
真核基因的顺式调控元件是基因周围
能与特异转录因子结合而影响转录的 DNA
序列。其中主要是起正性调控作用的顺
式作用元件，包括启动子 (promoter)、
增强子 (enhancer)；近年又发现起负性
调控作用的 元件沉寂子 (silencer)。
? 1.启动子（ Promoter）
? 是指 RNA聚合酶结合并起动转录的 DNA序列 。真核启
动子一般包括转录起始点及其上游约 100－ 200bp序
列，包含有若干具有独立功能的 DNA序列元件，每
个元件约长 7－ 30bp。
?
? ① 核心启动子元件 (core promoter element) 指
RNA聚合酶起始转录所必需的最小的 DNA序列，包括
转录起始点及其上游－ 25/－ 30bp处的 TATA盒。核
心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生
? ② 上游启动子元件 (upstream promoter element)
包括通常位于－ 70bp附近的 CAAT盒和 GC盒、以及距
转录起始点更远的上游元件
? 2.增强子（ Ehancer） 一种能够提高转录效率的顺
式调控元件，通常占 100－ 200bp长度，也和启动子一
样由若干组件构成，基本核心组件常为 8－ 12bp，可
以单拷贝或多拷贝串连形式存在。增强子的作用有以
? ①增强子提高同一条 DNA链上基因转录效率, 可以远
距离作用，通常可距离 1－ 4kb、个别情况下离开所调
控的基因 30kb仍能发挥作用，而且在基因的上游或下
游都能起作用
? ②增强子作用与其序列的正反方向无关,将增强子方
向倒置依然能起作用。而将启动子倒就不能起作用，
可见增强子与启动子是很不相同的。
? ③增强子要有启动子才能发挥作用,没有启动子存在，
增强子不能表现活性。
?3.沉寂子（ silencer）
最早在酵母中发现，以后在 T淋巴细胞的 T抗原受体基因
的转录和重排中证实这种沉寂子的作用可不受序列方向
的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达
起作用，是一种 负调控顺式元件 。
?UAS（ upstream acticity sequence）
CAATbox（－ 70～－ 80）
GC BOX（－ 80～－ 110）
反式作用因子
(trans acting factors)
以反式作用影响转录的因子可统称为转录因
子 (transcription factors,TF)。 RNA聚合
酶是一种反式作用于转录的蛋白因子。
?GTF（ Genaral Transcription Factor）
?TBP(TATAbox binding protein) 是唯一能识
别 TATA盒并与其结合的转录因子，是三种 RNA
聚合酶转录时都需要的；
?不同基因由不同的上游启动子元件组成，能
与不同的转录因子结合,这些转录因子通过
与基础的转录复合体作用而影响转录的效率。
第五节
糖代谢与脂代谢调节
能荷
?指细胞内 ATP,ADP,AMP系统 中可供
利用的高能磷酸键的量度。
?生物体内糖代谢和脂类代谢虽然受到柠
檬酸、乙酰辅酶 A等物质的调节，但调节
控制中起决定作用的是 ATP,AMP这些
反应 能荷的 物质。
生物系统中的能流
糖代谢途径的调节
? ATP是糖 酵解途径中限速酶磷酸果糖激
酶、丙酮酸激酶的反馈抑制物质。
?再三羧酸循环中、再糖原合成与分解途
径中,ATP均通过调节酶的活性来调节
整个的物质代谢速度。
PEP
丙酮酸 生酮氨基酸
?-酮戊二酸
核糖 -5-磷酸
甘氨酸
天冬氨酸
谷氨酰氨
丙氨酸
甘氨酸
丝氨酰
苏氨酸
半胱氨酸
氨基酸
6-磷酸葡萄糖
磷酸二羟丙酮
乙酰 CoA
甘油
脂肪酸
胆固醇
亮氨酸
赖氨酸
酪酰氨
色氨酸
笨丙氨酸
异亮氨酸
亮氨酸
色氨酸
乙酰乙酰 CoA
脂肪
核苷酸
天冬氨酸
天冬酰氨
天冬氨酸
苯丙酰氨
酪氨酸
异亮氨酸
甲硫酰氨
苏氨酸
缬氨酸
琥珀酰 CoA
苹果酸
草酰乙酸
柠檬酸
异柠檬酸
乙醛酸
蛋白质 淀粉、糖原 核酸
生糖氨基酸
谷氨酰氨
组氨酸
脯氨酸
精氨酸
谷氨酸
延胡索酸
琥珀酸
丙二单酰 CoA
1-磷酸葡萄糖
糖
类
、
脂
类
、
蛋
白
质
类
代
谢
途
径
关
系
核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系
?核苷酸的一些衍生物具重要生理功能 （ 如 CoA,NAD+，
NADP+,cAMP,cGMP） 。
? 核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细
胞的成分和代谢类型。
? 核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要
酶和多种蛋白质因子。
? 各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如 ATP
是能量的“通货”，此外 UTP参与多糖的合成,CTP参与磷脂合
成,GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。
通过 NADPH循环将还原力由分解代谢转
移给生物合成反应
NADPH+H+ NADP+
分解代谢 还原性有机物
还原性生物合成反应
氧化物
还原性生物
合成产物
氧化前体
脂肪酸合成的调节
?乙酰辅酶 A羧化酶 呈 聚合态是具有活性,
因此，凡促进其聚合因素起正调节作用，
使其解聚的因素起负调节作用。
第六节
代谢调节与微生物发酵
? 微生物代谢的调节控制可以直接应用于
发酵工业。
? 目前主要有 三种措施 改变微生物的正常
代谢。
1.降低最终产物的浓度 以解除反馈抑制。
2.改变敏感酶和酶生成机制 。
3.改变细胞的透性 。
降低最终产物的浓度
?降低最终产物的浓度可以解除最终产物对
合成途径的 反馈抑制或阻遏作用,也就能
积累中间产物或最终产物 。
改变敏感酶的作用机制
选育抗代谢类似物的 变异株,也是提高
某些代谢产物产量的措施 。
改变细胞的透性
?一方面注意筛选细胞膜通透性强的野生菌株。
?另一方面对于通过诱变选育出来的突变体要注
意控制发酵条件，以提高细胞膜的透性。
本章重点,
1,糖类、脂类、蛋白质和核酸代谢的调控和
相互关系。
2,了解细胞结构、酶活性、信号转导和基因
水平的代谢调节。
一、糖代谢总论
二、多糖和寡聚糖的酶促降解
三、糖的无氧降解及厌氧发酵
四、葡萄糖的有氧分解代谢
五、磷酸戊糖途径
六、糖异生
七、糖原代谢
八、乙醛酸循环
一、糖代谢总论
? 糖代谢包括 分解代谢 和 合成代谢 。
? 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代
谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合
成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，
提供碳源或碳链骨架。
? 植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成
糖类化合物，即 光合作用 。光合作用将太阳能转变成化
学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种
能量转换过程。
糖与多糖
? 糖类物质 是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物
或聚合物；
? 糖类物质可以根据其水解情况分为,单糖、寡
糖和多糖；
? 在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多
糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。
重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。
O
O H
H
H
H
OH
O H
H O H
H
O H
O
O H
H
H
OH
H
O H
H O H
H
O H
?-D-吡喃葡萄糖 ?-D-吡喃半乳糖
1.单糖的结构
O
O H
O H
H
H
OH
O H
H H
H
O H
O O H
H
OH
O H
H
H
OH
O H
?-D-吡喃甘露糖 ?-D-呋喃果糖
? 蔗糖
2.寡糖（二糖）
O
O
O
CH2OH
CH2OH
HOCH2
1
2
3
2
4
葡萄糖 -?,?（ 1?2）果糖苷
葡萄糖 -?（ 1?4）半乳糖苷
?乳 糖
C H 2 O H
O H
O H
O
O H
O H
O H
C H 2 O H
O H
1 4
O
CH2OH
O
CH2OH
OH O
1 4 1
2 3
? 麦芽糖
(1)淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉）
? 直链淀粉 分子量约 1万 -200万,250-260个葡萄
糖分子，以 ?（ 1?4）糖苷键 聚合而成。呈螺
旋结构，遇碘显紫蓝色。
? 支链淀粉 中除了 ?（ 1?4）糖苷键构成糖链以
外，在支点处存在 ?（ 1?6）糖苷键，分子量
较高。遇碘显紫红色。
3,多糖
(2)纤维素
? 由葡萄糖以 ?（ 1?4）糖苷键连接而成的直链，不
溶于水。
(3)几丁质（壳多糖）
? N-乙酰 -D-葡萄糖胺，以 ?（ 1?4）糖苷键缩合而
成的线性均一多糖 。
(4)杂多糖
? 糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）
? 透明质酸
? 硫酸软骨素
? 硫酸皮肤素
? 硫酸角质素
? 肝素
糖原
二、多糖和寡聚糖的酶促降解
1.概述
多糖和寡聚糖只有分解成小分子后
才能被吸收利用，生产中常称为 糖化 。
2,淀粉
3.淀粉水解
淀粉 糊精 寡糖 麦芽糖 G
淀粉的酶促水解,
? 水解淀粉的淀粉酶有 α 与 β 淀粉酶, 二者只能
水解淀粉中的 α -1,4糖苷键，水解产物为麦芽
糖。
? α -淀粉酶可以水解淀粉 (或糖原 )中任何部位的
α -1,4糖键。
? β 淀粉酶只能从非还原端开始水解。
? 水解淀粉中的 α -1,6糖苷键的酶是 α -1,6糖苷
键酶。
? 淀粉水解的产物为 糊精 和 麦芽糖 的混合物 。
还原末端
非还原末端
α-1,4糖苷键
α-1,6糖苷键
三、糖的无氧降解及厌氧发酵
1.糖酵解途径 (glycolysis)
（ Embden Meyerhof Parnas EMP）
（一）定义：在无氧的条件下，葡萄糖或糖原分解
成丙酮酸，并释放少量能量的过程称为糖的无氧
分解。这一过程与酵母菌使糖发酵的过程相似，
又称为糖酵解，简称 EMP途径。
（二）反应部位：细胞液（胞浆）
（三） EMP途径的生化历程 — 三个阶段
1、葡萄糖的磷酸化
第一阶段,
葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
ATP ATP ADP
P
己糖激酶是糖酵解途径的第一个关键酶
2、磷酸己糖异构化
O
C H 2 O H
O H
O H
O H
O H
H
HH
H
M g
O
C H 2 O P O 3 H 2
O H
O H
O H
O H
H
HH
H
己糖磷酸激酶
葡萄糖
6 －磷酸葡萄糖
H
O H
磷酸己糖异构酶
6- 磷酸果糖
H 2 O 3 P O
H
O H
O H
C H 2 O HC H 2
O
H 2 O 3 P O
H
O H
O H
C H 2 O P O 3 H 2C H 2
O
O H
H
H
O H
O H
C H 2 O HC H 2
O
H O
O H
H
磷酸果糖激酶
己糖激酶
A T P
ADP
M g
A T P
ADP
A T P
ADP
Mg
果糖
1,6 - 二磷酸果糖
P
3,1,6-二磷酸果糖的生成
磷酸果糖激酶是糖酵解途径的第二个关键酶,并且是限速酶
ATP ADP
磷酸果糖激酶 己糖激酶 磷酸己糖
异 构 酶
葡
萄
糖
6
－
磷
酸
果
糖
6
－
磷
酸
葡
萄
糖
1
，
6
－
二
磷
酸
果
糖
ATP ADP ATP
磷酸化酶 糖 原 1－磷酸葡萄糖
磷酸果糖
变 位 酶
ADP
己糖激酶 磷酸果糖激酶
4,1,6-二磷酸果糖的裂解
第二阶段,
C HO
CH2O P
C
CH
CH2O
COH
O
P
HO
H
H
1,6-二磷酸果糖 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛
5、磷酸丙糖的同分异构化
相当于 1,6-二磷酸果糖裂解
为两分子的 3-磷酸甘油醛。
6,3-磷酸甘油醛氧化为 1,3-二磷酸甘油酸
第三阶段,
CHOH
CH2O
CHO
P
CHOH
CH2O
COO～
P
P
+NAD++Pi +NADH+H+ H
3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸
这是糖酵解过程中唯一一步脱氢反应
7、高能磷酸基团的转移
糖酵解中第一次底物水平磷酸化,
1分子葡萄糖产生 2分子 ATP。
+ ADP + ATP
8,3-磷酸甘油酸异构为 2-磷酸甘油酸
9、磷酸烯醇式丙酮酸的生成
~
10、丙酮酸的生成
糖酵解中第二次底物水平磷酸化,
丙酮酸激酶是第三个关键酶,
1分子葡萄糖产生 2分子 ATP。
ADP ATP ~
自发反应
2ATP
3-
磷
酸
甘
油
醛
1,
3-
二
磷
酸
甘
油
酸
3-
磷
酸
甘
油
酸
2-
磷
酸
甘
油
酸
磷
酸
烯
醇
式
丙
酮
酸
丙 酮 酸 烯醇式丙酮酸 丙酮酸激酶 丙酮酸激酶
2ADP
烯醇化酶 磷酸甘油
酸变位酶
磷酸甘油
酸 激 酶
磷酸甘油
酸脱氢 酶
NAD++Pi
NADH+H+ 2ATP
2ADP
糖酵解分为三个阶段
第一阶段,葡萄糖的磷酸化
葡萄糖 3步 1,6－二磷酸果糖
第二阶段,糖的裂解阶段
1,6－二磷酸果糖 两分子的磷酸丙糖 2步
第三阶段,产能阶段
两分子的 3－磷酸甘油醛 两分子丙酮酸 5步
（四）糖酵解的反应特点
1、整个过程无氧参加；
2、三个关键酶；
3、从葡萄糖开始净生成 2分子 ATP,
从糖原开始净生成 3分子 ATP；
4、一次脱氢，辅酶为 NAD＋,生成 NADH＋ H＋ 。
总反应式,
G+2NAD+2ADP+2Pi ?
2丙酮酸 +2NADH+2H +2ATP +2H2O
2,丙酮酸的去路
葡萄糖 丙酮酸
乳酸
乙醇
乙酰 CoA
三羧酸
循环
（有氧或无氧）
糖酵解途径
（有氧或无氧）
（有氧）
（无氧）
（ 1） 乳酸发酵 （ lactic fermation）
动物，藻类、乳酸菌
G +2ADP+ 2Pi 2乳酸 ＋ 2ATP+2H2O
NAD
（一）丙酮酸的无氧还原
（ 2）酒精发酵（ alcoholic fermation）
酵母菌
焦磷酸硫胺素
（ TPP ）
H
O
糖的无氧降解及
厌氧发酵总图
（二）丙酮酸的氧化脱羧 —乙酰 CoA的生成
基本反应,
糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒体
基质，在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅
酶 A。
TPP,FAD,
硫辛酸,Mg2+
细胞呼吸最早释放的 CO2
丙酮酸脱氢酶系,
这一多酶复合体位于线粒体内膜上，
原核细胞则在胞液中。
丙酮酸脱氢酶系
三种酶
六种辅助因子
E1-丙酮酸脱羧酶（也叫丙酮酸脱氢酶）
E2-二氢硫辛酸乙酰基转移酶
E3-二氢硫 辛酸 脱氢酶。
焦磷酸硫胺素（ TPP)、硫辛酸,
COASH,FAD,NAD+,Mg2+
其它糖进入单糖分解的途径
半乳糖
半乳糖 -1-P
UDP-半乳糖
UDP-葡萄糖
葡萄糖 -1-磷酸
糖原或淀粉
葡萄糖
葡萄糖 -6-磷酸
果糖
葡萄糖
果糖 -6-磷酸 果糖 -1,6-磷酸
磷酸二羟丙酮
3-磷酸甘油
甘油
3-磷酸甘油醛
进入糖酵解
甘露糖
甘露糖 -6-磷酸
ATP
ADP
ATP ADP
ATP
ADP
ATP
ADP
ATP
ADP
ATP
ADP
NADH+H+
NAD+
Pi
UTP
PPi
UTP
PPi
四、葡萄糖的有氧分解代谢
（一）定义：葡萄糖在有氧的条件下彻底氧化
生成 CO2,H2O和大量 ATP的代谢过程，称
为糖的有氧氧化。
（二）反应部位：线粒体基质
反应从乙酰辅酶 A与草酰乙酸缩合成含有三
个羧基的柠檬酸开始，所以 称为柠檬酸循环，又
称为 TCA循环或 Krebs循环。
糖的无氧氧化与有氧氧化的关系
葡萄糖
（或糖原、淀粉）
丙酮酸
乳酸
乙酰辅酶 A
三羧酸循环
CO2+H2O
线粒体内膜
线粒体基质 细胞液
O
CH3-C-SCoA CoASH
NADH +CO2
FADH2
H2O
NADH
+CO2 NADH
GTP
三羧酸循环
（ TCA）
?草酰乙酸
再生阶段
?柠檬酸的
生成阶段
?氧化脱
羧阶段
柠檬酸
异柠檬酸
顺乌头酸
?－ 酮戊二酸
琥珀酸 琥珀酰 CoA
延胡索酸
苹果酸
草酰乙酸
NAD+
NAD+
FAD
NAD+
（三）三羧酸循环的反应过程
（ 1）缩合反应
（ 2）柠檬酸异构化生成异柠檬酸
（ 3）异柠檬酸氧化脱羧生成 α-酮戊二酸
（ 4） α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoA
（ 5）琥珀酰 CoA生成琥珀酸
（ 6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸
（ 7）延胡索酸加水生成苹果酸
（ 8）草酰乙酸的再生
TCA第一阶段：柠檬酸生成
H2O
草酰乙酸
O
CH3-C-SCoA CoASH
H2O 柠檬酸合成酶
顺乌头
酸酶
CH3
—C～ SCoA+
O O C— COOH
CH2COOH
柠檬酸
合成酶 HO
—
C— COOH
CH2COOH
CH2COOH
HSCoA H2O
柠檬酸
合酶
乙酰 CoA 草酰乙酸 柠檬酸
（ 1）缩 合 反 应
柠檬酸合酶是三羧酸循环的第一个限速酶
（ 2）柠檬酸异构化为异柠檬酸
HO
—
— C— COOH
CHCOOH
CH2COOH
H
C— COOH
CHCOOH
CHCOOH
CHCOOH
CH2COOH
CH2COOH
HO
H2O H2O
顺乌头酸酶 顺乌头酸酶
柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸
TCA第二阶段：氧化脱羧
CO2
GDP＋ Pi
GTP
NAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+
CoASH
异柠檬酸脱氢酶
CO2
?－ 酮戊二酸
脱氢酶
琥珀酸
硫激酶
HO
H
（ 3）异柠檬酸氧化生成 α-酮戊二酸
CHCOOH
CHCOOH
CH2COOH
CCOOH
CHCOOH
CH2COOH
HO
异柠檬酸
H
O
CH2
CHCOOH
CH2COOH
O
NAD+ NADH+H+
异柠檬酸脱氢酶
CO2
草酰琥珀酸 α-酮戊二酸
这是三羧酸循环的第一次氧化脱羧反应,
异柠檬酸脱氢酶是第二个限速酶。
异柠檬酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶
（ 4） α-酮戊二酸氧化脱羧反应
CH2
CCOOH
CH2COOH
O
α-酮戊二酸
CH2
CH2
COOH
+ HSCoA
CO～ SCoA
琥珀酰 CoA
NAD+ NADH+H+ CO2
α-酮戊二酸脱氢酶复合体 酮戊二酸脱氢酶复合体
这是三羧酸循环的第二次氧化脱羧反应,α-
酮戊二酸脱氢酶复合体是第三个限速酶。
（ 5）琥珀酸的生成
CH2
CH2
COOH
CO～ SCoA
琥珀酰 CoA
GDP+Pi+ GTP CoASH
CH2COOH
CH2COOH
琥珀酸
琥珀酰 CoA合成酶
这是三羧酸循环的唯一一次底物水平磷酸化。
～
GTP + ADP ATP
TCA第三阶段：草酰乙酸再生
FAD FADH2 H2O
NAD+
NADH+H+
草酰乙酸
琥珀酸脱氢酶 延胡索酸酶
苹果酸
脱氢酶
H
H
（ 6）延胡索酸的生成
CHCOOH
CHCOOH
琥珀酸
+ FAD
CHCOOH
CHCOOH
+ FADH2 2
延胡索酸
琥珀酸脱氢酶
HO
H
H2O
（ 7）苹果酸的生成
CHCOOH
CHCOOH
延胡索酸
CHCOOH
CHCOOH
延胡索酸酶
苹果酸
+
（ 8）草酰乙酸的再生
CHCOOH
CCOOH
苹果酸
O C— COOH
CH2COOH
草酰乙酸
NAD+ NADH+H+
H
HO
H
苹果酸脱氢酶
HO
柠檬 酸
草酰乙酸
乙酰 CoA CoA
H2O
琥珀酰 CoA
异柠檬酸
NAD+ NADH+H+ CO
2
延胡索酸
苹果酸
FAD
FADH2
H2O
CO2
NAD+
NADH+H+
三羧酸循环
琥珀酸
GDP
GTP
ATP
NADH+H+
NAD+
α-酮戊二 酸
H
H
2
H
三羧酸循环过程总结 (一次循环 )
? 8步反应
? 8种酶催化
? 反应类型
缩合 1、脱水 1、氧化 4、底物水平磷酸化 1、水化 3
? 生成 3分子还原型 NADH
? 生成 1分子 FADH2
? 生成 1分子 ATP
三羧循环的化学计量和能量计量
a,总反应式,
CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O?
2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP
能量, 现金,, 1 GTP
能量, 支票,, 3 NADH
1 FADH2
兑换率 1,3 9ATP
兑换率 1,2 2ATP
1ATP
12ATP
b,三羧酸循环的能量计量
（四）反应特点
1,需氧
2,不可逆：三个限速酶
3,两次脱羧, 四次脱氢 （ 三次受体是
NAD,一次是 FAD）, 一次底物水平
磷酸化
4,共产生 12molATP
（五）生理意义
1.普遍存在
2.生物体获得能量的最有效方式
3.是糖类、蛋白质、脂肪三大物质转化的枢纽
4.获得微生物发酵产品的途径
柠檬酸、谷氨酸
葡萄糖完全氧化产生的 ATP
酵解阶段,2 ATP
2 ? 1 NADH 兑换率 1,3 (或 2)
2 ATP
2 ? (3ATP或 2 ATP )
三羧酸循环,2 ? 1 GTP
2 ? 3 NADH
2 ? 1 FADH2
2 ?1 ATP
2 ? 9 ATP
2 ? 2ATP
兑换率 1,3
兑换率 1,2
丙酮酸氧化,2 ? 1NADH 兑换率 1,3 2 ? 3 ATP
总计,38 ATP 或 36 ATP
?
（六） 丙酮酸羧化支路（回补途径）
? 三羧酸循环不仅是产生 ATP的途径，它产生的中
间产物也是生物合成的前体。例如卟啉的主要
碳原子来自琥珀酰 CoA，谷氨酸、天冬氨酸是从
α -酮戊二酸、草酰乙酸衍生而成。一旦草酰乙
酸浓度下降，势必影响三羧酸循环的进行。
1.丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸，
需要生物素为辅酶。
2、磷酸烯醇式丙酮酸在 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 的
催化下形成草酰乙酸。
3、丙酮酸在 苹果酸酶 的催化下形成苹果酸,再由
TCA途径生成草酰乙酸。
+NADPH+H+
苹果酸酶
4.天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草
酰乙酸和 α -酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸、
苏氨酸和甲硫氨酸也会形成琥珀酰 CoA。其
反应将在氨基酸代谢中讲述。
PEP羧激酶
三羧酸循环不仅是各种有机物质氧
化分解的共同途径、释放能量最多的氧
化分解阶段，而且架起了三大类物质相
互转化、相互联系的桥梁。
写出三羧酸循环的反应过程，标出脱
羧、脱氢、产能部位，指出限速酶。
小结,
（一）定义：从 6－磷酸葡萄糖开始，不经
糖酵解和柠檬酸循环，直接将其脱氢脱羧
分解为磷酸戊糖，磷酸戊糖分子再经重排
最终又生成 6－磷酸葡萄糖的过程，或称为
磷酸己糖旁路，简称 HMP途径。
五,磷酸戊糖途径
参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，
动物体中约有 30%的葡萄糖通过此途径分解。
（二）反应历程：可分为两个阶段
第一阶段 氧化阶段,
由 6－磷酸葡萄糖直接脱氢脱
羧生成磷酸戊糖 ;
第二阶段 非氧化阶段,
磷酸戊糖分子再经重排最终
又生成 6－磷酸葡萄糖。
（ 1） G-6-P脱氢脱羧转化成 5-磷酸核酮糖
（ 2）磷酸戊糖的异构化
（ 3）磷酸戊糖通过 转酮 及 转醛 反应生成酵解
途径的中间产物 6-磷酸果糖和 3-磷酸甘油醛。
（三）磷酸戊糖途径的主要特点,
1、是 6-磷酸葡萄糖直接脱氢脱羧,不必经过
EMP,也不必经过 TCA；
2、在整个反应中,脱氢酶的辅酶为 NADP+而
不是 NAD+；
3、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。磷酸戊糖经复杂的转化重新生成磷酸
己糖。
（四）磷酸戊糖途径的生理意义,
1、生成的 5－磷酸核糖是合成核酸及核苷
酸辅酶的必要原料；
2,NADPH＋ H＋ 作为供氢体，参与体内许
多重要的还原性代谢反应。
六、糖异生
糖异生是指从非糖物质合成葡萄糖的过程。
非糖物质包括丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油
等均可以在 哺乳动物的肝脏 中转变为葡萄糖或糖
原。这一过程基本上是糖酵解途径的逆过程，但
具体过程并不是完全相同，因为在酵解过程中有
三步是不可逆的反应，而在 糖异生中要通过其它
的旁路途径来绕过这三步不可逆反应,完成糖的
异生过程。
? 用整体动物做实验，禁食 24小时，大鼠肝脏中
的糖原由 7%降低到 1%，饲喂乳酸、丙酮酸或三
羧酸循环代谢的中间物后可以使大鼠肝糖原增
加。
糖异生的证据如下,
（一）定义：由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程
称为糖异生作用。
（二）糖异生的部位：主要在肝脏,
其次是肾脏。
（三）糖异生的反应历程,
基本上是糖酵解的逆过程。
主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体
糖 异 生
糖原（或淀粉）
1-磷酸葡萄糖
6-磷酸果糖
1,6-二磷酸果糖
3-磷酸甘油醛 ?磷酸二羟丙酮
2?磷酸烯醇丙酮酸
2?丙酮酸
葡萄糖 己糖激酶
果糖
激酶
二磷酸果糖
磷酸酯酶
丙酮酸
激酶
丙酮酸羧化酶
6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶
6-磷酸葡萄糖
2?草酰乙酸
PEP羧激酶
糖
酵
解
与
糖
异
生
的
关
系
图
糖异生途径关键反应之一
+ H2O +Pi
6-磷酸葡萄糖
磷酸酯酶
P
6-磷酸葡萄糖
H
葡萄糖
糖异生途径关键反应之二
二磷酸果糖
磷酸酯酶 +
H2O + Pi
1,6-二磷酸果糖
P
P
O
H2CO
H2CO
HO
OH
H
OH H
H
H
H2CO
OH
6-磷酸果糖
P
O H2CO
HO
OH
H
H
H
糖异生途径关键反应之三
PEP羧激酶
（胞液）
ATP+H2O ADP+Pi
丙酮酸羧化酶
（辅酶生物素）
（线粒体基质）
P
磷酸烯醇丙酮酸
（ PEP）
GTP
GDP
丙酮酸 草酰乙酸
CO2
CO2
糖
酵
解
和
葡
萄
糖
异
生
反
应
部
位
A
B
C1
C2
A G-6-P磷酸酯酶
B F-1.6-P磷酸酯酶
C1 丙酮酸羧化酶
C2 PEP羧激酶
（胞液）
（线粒体）
葡萄糖
丙酮酸 草酰乙酸 天冬氨酸
磷酸二羟丙酮 3-P-甘油醛
?-酮戊二酸
乳酸
谷氨酸 丙氨酸
TCA循环 乙酰 CoA
PEP
G-6-P
F-6-P
F-1.6-P
丙酮酸 草酰乙酸
谷氨酸 ?-酮戊二酸
天冬氨酸
3-P-甘油 甘油
苹果酸
苹果酸
② ①
（四）糖异生途径的前体
1、凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡萄糖。
例如三羧酸循环的中间物,柠檬酸、异柠檬酸、
α -酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸 都可
以转变成 草酰乙酸 而进入糖异生途径。
2、大多数氨基酸是生糖氨基酸如丙氨酸、谷氨
酸、天冬氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、
精氨酸、组氨酸、苏氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、
天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸等，它们可转化
成 丙酮酸,α -酮戊二酸、草酰乙酸 等三羧酸循
环中间物参加糖异生途径。
3,Cori循环：剧烈运动时产生的大量 乳酸 会迅
速扩散到血液，随血流流至肝脏，先氧化成丙酮
酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充
血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来。这一乳
酸 —— 葡萄糖的循环过程称为 Cori循环。
4、反刍动物糖异生途径十分活跃，牛胃中的细
菌分解纤维素成为乙酸、丙酸、丁酸等,可转变
成为 琥珀酰 CoA参加糖异生途径合成葡萄糖。
糖异生作用的总反应式如下,
2丙酮酸 +4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2O →
葡萄糖 +2NAD+ 4ADP +2GDP +6Pi
（五）糖异生的意义,
（一）维持血糖浓度恒定
（二）补充肝糖原
三碳途径, 指进食后，大部分葡萄糖先
在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化
合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。
（三）调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）
糖异生活跃
有葡萄糖 -6磷酸酶 【 】
肝 肌肉
（六）乳酸循环 (lactose cycle)
———（ Cori 循环 ）
⑴ 循环过程
葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖
酵
解
途
径
丙酮酸
乳酸
NADH
NAD+
乳酸 乳酸
NAD+
NADH
丙酮酸
糖
异
生
途
径
血液
糖异生低下
没有葡萄糖 -6磷酸酶 【 】
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。
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。
七,糖原的代谢
糖原结构示意图 糖原部分结构式
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。
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 (glycogen)
? 糖原储存的主要器官及其生理意义
1,糖原的合成
（一）定义：葡萄糖、半乳糖和果糖等在
体内相应酶的作用下合成糖原的过程。
（二）合成部位,
组织定位：主要在肝脏、肌肉
细胞定位：胞液
1,葡萄糖磷酸化生 成 6-磷酸葡萄糖
葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
ATP ADP
己糖激酶 ;
葡萄糖激酶（肝）
（三）糖原合成途径
2,6-磷酸葡萄糖转变 成 1-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。
1-磷酸葡萄糖
磷酸葡萄糖变位酶
6-磷酸葡萄糖
* UDPG可看作,活性葡萄糖,，在体内充作葡萄
糖供体。
+
UTP
尿苷 P P P
PPi
UDPG焦磷酸化酶
3,1- 磷酸葡萄糖转变 成 尿苷二磷酸葡萄糖
2Pi+能量
1- 磷酸葡萄糖
OH
HO
OH
H OH
H
O
H
CH 2 OH
H
P
尿苷二磷酸葡萄糖
( uridine diphosphate glucose,UDPG )
OH
HO
OH
H OH
H
O
H
CH 2 OH
H
P 尿苷P 尿苷
糖原 n + UDPG 糖原 n+1 + UDP 糖原合酶
( glycogen synthase )
UDP UTP
ADP ATP
核苷二磷酸激酶
4,α-1,4-糖苷键式结 合
* 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 n + UDPG 糖原 n+1 + UDP 糖原合酶
(glycogen synthase)
5.糖原分枝的形成
分 支 酶
(branching enzyme)
α-1,6-糖苷键
α-1,4-糖苷键
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 。
糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？
（四）糖原合成的特点,
1,反应部位
2,糖原合成酶是关键酶
3,需要糖原引物
4,每加上一个葡萄糖残基消耗 2分子 ATP
（五）糖原合成的意义,
1、有效地调节血糖浓度
2、合理地贮存能源
2,糖原的分解
（一）定义：糖原分解主要是指 肝糖原 分解为
葡萄糖 的过程。
（三）糖原分解的历程
糖原 n+1 糖原 n + 1-磷酸葡萄糖
磷酸化酶
1,糖原的磷酸解
（二） 反应部位：胞浆和内质网内腔面
脱枝酶
(debranching enzyme)
2,脱枝酶的作用 ① 转移葡萄糖残基
② 水解 ?-1,6-糖苷键
磷 酸 化 酶 转移酶活性 α-1,6糖苷
酶活性
1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
磷酸葡萄糖变位酶
3,1-磷酸葡萄糖转变成 6-磷酸葡萄糖
4,6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖
葡萄糖 -6-磷酸酶
（肝，肾，肠细胞内质网内腔面）
葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
糖原的合成与分解总图
UDPG焦磷酸化酶
G-1-P UTP
UDPG
PPi
糖原 n+1 UDP
G-6-P G
糖原合酶
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
* 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。
G-6-P的代谢去路
G（补充血糖）
G-6-P F-6-P （进入酵解途径）
G-1-P
Gn（合成糖原）
UDPG
6-磷酸葡萄糖内酯
（进入磷酸戊糖途径）
小 结
（四）糖原分解反应的特点,
1、糖原磷酸化酶是关键酶
2、分解过程不消耗 ATP
3、肌糖原不能直接分解为游离的葡萄糖
（五）反应意义,
?肝糖原分解不仅可以氧化供能，而且可以
分解为游离的葡萄糖维持血糖恒定；
?肌糖原是肌肉收缩时的主要供能物质，可
经糖酵解途径转化为乳酸，经血液循环到
肝脏，转变为肝糖原或葡萄糖，对血糖的
调节起间接作用。
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。
血糖水平恒定的生理意义
保证重要组织器官的能量供应，特别是某
些依赖葡萄糖供能的组织器官。
正常血糖浓度, 3.89- 6.11mmol/L
? 脑组织 不能利用脂肪酸，正常情况下主要依赖葡
萄糖供能；
? 红细胞 没有线粒体，完全通过糖酵解获能；
? 骨髓及神经组织 代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。
型别 缺陷的酶 受害器官 糖原结构
Ⅰ 葡萄糖 -6-磷酸酶缺陷 肝、肾 正常
Ⅱ 溶酶体 α 1→4 和 1→6 葡萄
糖苷酶
所有组织 正常
Ⅲ 脱支酶缺失 肝、肌肉 分支多，外周糖
链短
Ⅳ 分支酶缺失 所有组织 分支少，外周糖
链特别长
Ⅴ 肌磷酸化酶缺失 肌肉 正常
Ⅵ 肝磷酸化酶缺陷 肝 正常
Ⅶ 肌肉和红细胞磷酸果糖激
酶缺陷
肌肉、红细
胞
正常
Ⅷ 肝脏磷酸化酶激酶缺陷 脑、肝 正常
糖原积累症分型
八、乙醛酸循环
（一）乙醛酸循环反应历程
（二）乙醛酸循环和三羧酸循环反应历程的比较
（三）乙醛酸循环的的特点
（四）乙醛酸循环的生理意义
CoASH
柠檬酸合成酶
顺乌头
酸酶
（一）乙醛
酸循环反应
历程
NAD +
NADH
苹果酸
脱氢酶
草酰乙酸
O
CH3-C~SCoA
CoASH
O
CH3-C~SCoA
COO-
CH2
CH2
COO-
琥珀酸
异柠檬酸
裂解酶
苹果酸
合酶
O O
H-C-C~ OH
乙醛酸
NAD
草酰乙酸
O
CH3-C-SCoA CoASH （二） 乙
醛
酸
循
环
和
三
羧
酸
循
环
反
应
历
程
的
比
较
柠檬酸
异柠檬酸
顺乌头酸
?－ 酮戊二酸
琥珀酸 琥珀酰 CoA
草酰乙酸
苹果酸
延胡索酸
O O
H-C-C~ OH
乙醛酸
O
CH3-C-SCoA
TCA循环
乙醛酸循环
（三）乙醛酸循环的的特点
? 只存在于植物（种子）和微生物中；
? 其实质是使 乙酰 CoA转变为 草酰乙酸,再异生
成 葡萄糖 ；
? 关键酶是 异柠檬酸裂解酶 和 苹果酸合酶。
（四）乙醛酸循环的生理意义
?植物种子萌发时脂肪转化为葡萄糖供能！
本章重点,
1,糖的酵解
2,三羧酸循环
3,磷酸戊糖途径
4,糖异生
5,糖原代谢
6,乙醛酸循环
掌握各途径关键步骤的反应、关键酶、
代谢特点和生理意义。
第九章 生物氧化
Biological Oxidation
第一节 生物能学简介
第二节 生物氧化概述
第三节 线粒体电子传递体系
第四节 氧化磷酸化作用
一, 生物能的转换及生物系统中的能流
二, 自由能的概念及化学反应中自由能的计算
三, 高能化合物
第一节 生物能学简介
生物能学 就是应用物理化学、生物物理
学和量子物理学的原理和方法，来研究生物
系统中能量的流动和传递规律的科学。
生
物
能
的
转
换
及
生
物
系
统
中
的
能
流
二,自由能的概念及化学反应中自由
能的计算
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行,
即,
Δ G<0,反应能自发进行
Δ G>0,反应不能自发进行
Δ G=0,反应处于平衡状态 。
１,自由能（ free energy）的概念
自由能 (G)：指一个反应体系中能够做有用功的
那部分能量。
2,化学反应自由能的计算
a.利用化学反应平衡常数计算
基本公式,Δ G′ =Δ G° ′ + RTlnQc (Qc-浓度商 )
Δ G° ′ = - RTlnKeq
例,计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
b.利用标准氧化还原电位（ E° ?）计算 （限于氧化还原反应）
基本公式,Δ G° ′= － nFΔ E° ′
(Δ E° ′=E +° ′ -E-° ′)
例,计算 NADH氧化反应的 Δ G° ′
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变
化
达平衡时 =Keq=19 解,
Δ G° ′ = - RTlnKeq
=-2.303?8.314 ? 311 ? log19
=-7.6 KJ / mol
Δ G′ =Δ G° ′ + RTlnQc (Qc-浓度商 )
=-7.6+ 2.303?8.314 ? 311 ? log0.1
=-13.6 KJ / mol
未达平衡时 =Qc=0.1
反应 G-1-P?G-6-P在 380C达到平衡时,G-1-P占
5%,G-6-P占 95%，求 G0?。如果反应未达到平衡
，设 [G-1- P]=0.01mol.L,[G-6-P]=0.001mol.L,求
反应的 G?是多少？
例题,
例题：计算下列反应式 Δ G° ′
NADH + H+ + ? O2====NAD+ + H2O
正极反应,1/2 O2 + 2H+ + 2e ? H2O
E+° ′ ? 0.82
负极反应,NAD+ + H+ + 2e ? NADH
E-° ′ ? -0.3
Δ G° ′ ?-nFΔ E° ′
? ? -2× 96485× [0.82-(-0.32)]
?? -220 KJ·mol-1
三、高能化合物
1,高能化合物的类型
2,ATP的特点及其特殊作用
生化反应中, 在水解时或基团转移反应中可释
放出大量自由能 （ >21千焦 /摩尔或 5千卡 /摩尔 ） 的
化合物称为高能化合物 。
1,高能化合物的类型
根据高能化合物键的特性可以分成以下几种类
型,
① 磷氧键型 a) 酰基磷酸化合物
C H 3 C
O
O P
O
O -
O -
乙酰磷酸
10.1千卡 /摩尔
C O
C H
O
C H 2
O H
O P
O
O
-
O
-
P
O
O
-
O
-
1,3-二磷酸甘油酸
11.8千卡 /摩尔
b) 焦磷酸化合物
O
-
P
O
O
-
N
N
N
N
N H
2
O
H
H
O H
H
O H
H
O C H
2
O
-
P
O
O
-
O
-
P
O
O
-
ATP（三磷酸腺苷）
7.3千卡 /摩尔
c) 烯醇式磷酸化合物
OP
O
OC O O H
C O
C H 2
磷酸烯醇式丙酮酸
14.8千卡 /摩尔
② 氮磷键型
OP
O
O
N H
C N H
N C H 3
C H 2 C O O H
磷酸肌酸
10.3千卡 /摩尔
OP
O
O
N H
C N H
N C H 3
C H 2 C H 2 C H 2 C H C O O H
N H 2
磷酸精氨酸
7.7千卡 /摩尔
这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用 !
③ 硫酯键型
O S
O
O
-
O C H 2
O
H
H
O H
H
O H
H
N
N
N H 2
N
N
O P
O
O
-
3’-磷酸腺苷 -5’-磷酸硫酸
R C
O
S C o A
酰基辅酶 A
④ 甲硫键型
C O O
-
C H N H 3
+
C H 2
C H 2
S
+
H 3 C A
S-腺苷甲硫氨酸
2.ATP的特点
在 pH=7环境中, ATP分子中的三个磷酸基团完
全解离成带 4个负电荷的离子形式 （ ATP4-）, 具有
较大势能, 加之水解产物稳定, 因而水解自由能很
大 （ Δ G° ′ = -30.5千焦 /摩尔 ） 。
腺嘌呤 — 核糖 — O — P — O — P — O — P — O-
O O O
O- O- O-
?+ ?+ ?+
Mg2+
ATP的特殊作用
1,ATP是细胞内的, 能量通货,
2,ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体
～ P
～ P
～ P
～ P
ATP
～ P
0
2
10
8
6
4
12
14
磷
酸
基
团
转
移
能
磷酸烯醇式丙酮酸
1,3-二磷
酸甘油酸
磷酸肌酸
（磷酸基团储备物）
6-磷酸葡萄糖
3-磷酸甘油
第二节 生物氧化概述
一, 生物氧化的概念
物质在 体内 的 氧化 分解过程，主要是
糖、脂、蛋白质 等在体内分解时 逐步释放
能量,最终生成 二氧化碳和水 的过程。
糖
脂肪
蛋白质
CO2和 H2O O2
能量
ADP+Pi
ATP
热能
二、生物氧化特点
1,在活的细胞中 （ pH接近中性, 体温条件下 ）,
有机物的氧化在一系列酶, 辅酶和中间传递体参与
下进行, 其途径迂回曲折, 有条不紊 。
2,氧化过程中能量逐步释放, 其中一部分由一些
高能化合物 （ 如 ATP） 截获, 再供给机体所需 。 在
此过程中既不会因氧化过程中能量骤然释放而伤害
机体, 又能使释放的能量尽可得到有效的利用 。
生物氧化与体外氧化之相同点,
☆ 生物氧化中物质的氧化方式有加氧,
脱氢, 失电子, 遵循氧化还原反应的
一般规律 。
☆ 都 服从热力学规律 。
☆ 物质在体内外氧化时所消耗的氧量,
最终产物 （ CO2,H2O） 和释放能量均
相同 。
?是在细胞内温和的环境中 （ 体
温, pH接近中性 ）, 在一系列
酶促反应逐步进行, 能量逐步
释放有利于有利于机体捕获能
量, 提高 ATP生成的效率 。
?进行广泛的加水脱氢反应使物
质能间接获得氧, 并增加脱氢
的机会；脱下的氢与氧结合产
生 H2O,有机酸脱羧产生 CO2。
生物氧化与体外氧化之不同点,
生物氧化 体外氧化
?反应是在强酸, 强碱,
高温, 高压条件下进行
的 。
?能量是突然释放的 。
?产生的 CO2,H2O由物
质中的碳和氢直接与氧
结合生成 。
三、生物氧化过程中 CO2的生成和 H2O的生成
CO2的生成
方式,糖, 脂, 蛋白质等有机物转变成含
羧基的中间化合物, 然后在酶催化下 脱羧 而生成
CO2。
类型, α -脱羧和 β -脱羧
氧化脱羧和单纯脱羧
CH3COSCoA+CO2 CH3-C-COOH
O 丙酮酸脱氢酶系
NAD+ NADH+H+ CoASH
例,
+CO2 H2N-CH-COOH
R
氨基酸脱羧酶 CH
2-NH2
R
H2O的生成
代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载
体 （ NAD+,NADP+,FAD,FMN等 ） 所接受, 再通过
一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成 H2O 。
CH3CH2OH CH3CHO
NAD+
NADH+H+
乙醇脱氢酶
例,
1\2 O2
NAD+
电子传递链
H2O
2e
O=
2H+
四、生物氧化的三个阶段
脂肪
葡萄糖、
其它单糖
三羧酸
循环 电子传递（氧化）
蛋白质
脂肪酸、甘油
多糖
氨基酸
乙酰 CoA
e-
磷酸化
+Pi
小分子化合物分
解成共同的中间
产物（如 丙酮酸
、乙酰 CoA等）
共同中间物进
入三羧酸循环,
氧化脱下的氢由
电子传递链传递
生成 H2O，释放
出大量能量，其
中一部分通过磷
酸化储存在 ATP
中。
大分子降解成基
本结构单位
H2O
第三节 线粒体电子传递体
系
一、线粒体结构特点
二,电子传递链的概念
三、呼吸链的组成和顺序
四,胞浆中 NADH的氧化
五,电子传递抑制剂
一、线粒体结构特点
（ 1） 代谢脱下的成对氢原子 （ 2H） 通过多种 酶和辅酶 所
催化的氧化还原反应逐步从高能向低能传递, 最终
与 氧 结合生成水, 其中释放的能量被用于合成 ATP；
（ 2） 在真核生物细胞内, 酶和辅酶按一定顺序排列在 位
于线粒体内膜上；原核生物中, 位于细胞膜上 。
传递氢的酶和辅酶 ——递氢体
传递电子的酶和辅酶 ——递电子体
（ 3） 此过程与细胞呼吸有关, 此传递链称为 呼吸链 。
递氢体, 递电子体都起传递电子的作用, 又称 电子
传递体 。
二,电子传递链的概念
呼吸链
三、呼吸链的组成和顺序
复合体 酶名称
复合体 Ⅰ
复合体 Ⅱ
复合体 Ⅲ
复合体 Ⅳ
NA DH - 泛醌还原酶
琥珀酸 - 泛醌还原酶
泛醌 - 细胞色素 C 还原酶
细胞色素 c 氧化酶
辅基
F M N, Fe - S
F AD, Fe - S
铁卟啉,Fe - S
铁卟啉,Cu
多肽链数
39
4
10
13
复合体 酶名称
复合体 Ⅰ
复合体 Ⅱ
复合体 Ⅲ
复合体 Ⅳ
泛醌还原酶
琥珀酸 泛醌还原酶
泛醌 细胞色素 还原酶
细胞色素 氧化酶
辅基
，
，
铁卟啉，
铁卟啉，
多肽链数
１,
电
子
传
递
链
中
各
中
间
体
的
顺
序
NADH
FMN
CoQ
Fe-S
Cyt c1
O2
Cyt b
Cyt c
Cyt aa3
Fe-S
复合物 IV
复合物 I
复合物 III
NADH-Q 还原酶
细胞色素还原酶
细胞色素氧化酶
FADH2 Fe-S 琥珀酸等
复合物 II
琥珀酸 -Q还原酶
复合体 Ⅰ, NADH-CoQ还原
酶
功能：将电子从 NADH传递给
CoQ
辅基,FMN，铁硫蛋白
NAD+（ NADP+）和 NADH（ NADPH）相互转变
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
FMN结构中含核黄素, 发挥功能的部位是
异咯嗪环, 氧化还原反应时不稳定中间产物是
FMN? 。
功能：氢原子传递体
铁硫蛋白 F e
S
S
S
F e
F e
F e
S
SC
S
S
C
C
铁硫簇 (Fe4S4)
功能：电子传递体
F e 3 +
+ e
- e F e
2 +
泛醌 （辅酶 Q,CoQ,Q）, 带有聚异戊二烯
侧链的苯醌,脂溶性,位于膜双脂层中,能在膜
脂中自由泳动。它是电子传递链中唯一的非蛋白
电子载体。
+2H
传递氢机理, CoQ CoQH2
－ 2H 功能：氢原子传递体
N A D H
+ H
+
N A D
+
F M N
F M N H
2 2 F e
3 +
2 F e
2 +
F e - S
C o Q
C o Q H
2
N A D H - C o Q 还 原 酶
复合体 Ⅲ, CoQ -细胞色素 C还原酶
功能：将电子从 CoQ传递给 Cytc
组成,Cytb,Fe-S,Cytc1
细胞色素 (Cyt)：含铁卟啉辅基的色蛋白，
分 a,b,c三类，每类中又分几种亚类。
细胞色素
C y t a 辅基
N
N
NN
H
3
C
CHHO
CH
2
( C H
2
CH C CH
2
)
3
H
CH
3
CH
3
CH CH
2
CH
3
CH
2
CH
2
C O O H
CH
2
CH
2
C O O H
HC
O
Fe
C y t b 辅基
N
N
NN
H
3
C
CHCH
2
CH
3
CH CH
2
CH
3
CH
2
CH
2
C O O H
CH
2
CH
2
C O O H
Fe
H
3
C
功能：单电子传递体
F e 3 +
+ e
- e F e
2 +
C y t c 辅基
蛋白质
N
N
NN
H
3
C
CH CH
3
CH
CH
3
CH
2
CH
2
C O O H
CH
2
CH
2
C O O H
Fe
H
3
C
CH
3
CH
3
S
C y s
S
C y s
C o Q
C o Q H 2
2 F e
3 +
2 F e
2 +
2 F e
3 +
2 F e
2 +
2 F e
2 +
2 F e
3 +
2 F e
3 +
2 F e
2 +
C y t b F e - S C y t c 1 C y t c
C o Q - C y t c 还 原 酶
复合体 Ⅳ,细胞色素氧化酶
功能：将电子从 Cytc最终传递到 O2
组成,Cyta,Cyta3,Cu
2
1
2 F e
3 +
2 F e
2 +
2 F e
2 +
2 F e
3 +
2 C u
2 +
2 C u
+
C y t c C y t a
2 F e
2 +
2 F e
3 +
C y t a
3
H
2
O
细 胞 色 素 氧 化 酶
O
2
复合体 Ⅱ,琥珀酸 - CoQ还原酶
功能：将电子从琥珀酸传递给 CoQ
辅基,FAD,Fe-S
琥 珀 酸
延 胡 索 酸
F A D
F A D H 2 C o Q
C o Q H 2
F e - S
总
结
NADH
FMN
CoQ
Fe-S
Cyt c1
O2
Cyt b
Cyt c
Cyt aa3
Fe-S
复合物 IV
复合物 I
复合物 III
NADH-Q 还原酶
细胞色素还原酶
细胞色素氧化酶
FADH2 Fe-S 琥珀酸等
复合物 II
琥珀酸 -Q还原酶
由以下实验确定
① 标准氧化还原电位
② 拆开和重组
③ 特异抑制剂阻断
④ 还原状态呼吸链缓慢给氧
（根据电子传递体氧化还原态时的吸收光谱变化进行检测）
２,呼吸链成分的排列顺序
氧 化 还 原 对 E o ' (V)
NAD
+
/NADH+H
+
- 0.3 2
F MN/ F MNH
2
- 0.3 0
F AD / F ADH
2
- 0.0 6
Cy t b Fe
3+
/F e
2+
0.0 4 （ 或 0.1 0 ）
Q
10
/Q
10
H
2
0.0 7
Cy t c
1
Fe
3+
/ F e
2+
0.2 2
Cy t c F e
3+
/F e
2+
0.2 5
Cy t a Fe
3 +
/ F e
2+
0.2 9
Cy t a
3
Fe
3 +
/ F e
2 +
0.5 5
1/2 O
2
/ H
2
O 0,82
呼 吸 链 中 各 种 氧 化 还 原 对 的 标 准 氧 化 还 原 电 位
e
EO’（小） EO’（大）
呼吸链中电子传递时自由能的
下降
FADH2
2e-
NADH
四,线粒体外 NADH的 氧化
?胞浆中 NADH必须经一定
转运机制 进入线粒体，再
经呼吸链进行氧化磷酸化。
酵解
（细胞质）
氧化磷酸化
（线粒体）
转运机制 主要有,
1.α-磷酸甘油穿梭系统
（ 主要存在于骨骼肌、神经细胞）
2.苹果酸 -天冬氨酸穿梭系统
（主要存在于肝、心肌组织）
NADH+H+
FADH2
NAD+
FAD
线粒体
内膜
线粒体
外膜 膜间隙
线粒体
基质
α-磷酸甘油
脱氢酶
呼吸链
磷酸二羟丙酮
PiCH 2O -
CH 2O H
C =O
PiCH 2O -
CH 2O H
C =O
α-磷酸甘油
PiCH 2O -
CH 2O H
C H O H
PiCH 2O -
CH 2O H
C H O H
α-磷酸甘油
脱氢酶
1,α-磷酸甘油穿梭机制
细胞液
NADH
+H+
NAD+
-O O C - C H 2 - C - C O O -
O
-O O C - C H 2 - C - C O O -
O H
H
NADH
+H+
NAD+
谷氨酸 -
天冬氨酸
转运体
苹果酸 -α-酮
戊二酸转运体
-O O C - C H 2 - C - C O O -
O H
H
苹果酸
-O O C - C H 2 - C - C O O -
O
草酰乙酸
- O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O -
O
- O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O -
O
α-酮戊二酸
-
O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O
-
H 3 N
+
H谷氨酸
苹果酸
脱氢酶
谷草转
氨酶
胞液
线
粒
体
内
膜
基质
呼吸链
-
O O C -C H 2 -C -C O O
-
H 3 N
+
H
天冬氨酸
-
O O C -C H 2 -C -C O O
-
H 3 N
+
H
-
O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O
-
H 3 N
+
H
2,苹果酸 -天冬氨酸穿梭 机制
五,电子传递抑制剂
几种电子传递抑制剂的作用部位
① ② ③
阻断 呼吸链中某些部位 电子传递 。
第四节 氧化磷酸化作用
一、氧化磷酸化的概念
呼吸链中电子的传递过程偶联 ADP磷
酸化，生成 ATP的方式，称为氧化磷酸化；
是体内产生 ATP的主要方式。
二、氧化磷酸化的偶联部位
NADH与 Q之间
Ctyb 与 Cytc之间
Cytaa3 与 O2之间
根据 P/O比值 和 自由能变化
推测氧化磷酸化的偶联部位！
线 粒 体 离 体 实 验 测 得 的 一 些 底 物 的 P / O 比 值
底 物 呼 吸 链 的 组 成 P /O 比 值 可 能 生 成 的 A TP 数
β - 羟 丁 酸 N A D
+
→ 复 合 体 Ⅰ → C oQ → 复 合 体 Ⅲ 2,4 ～ 2.8 3
→ C y t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
琥 珀 酸 复 合 体 Ⅱ → C oQ → 复 合 体 Ⅲ 1.7 2
→ C y t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
抗 坏 血 酸 C y t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
0.88 1
细 胞 色 素 c ( Fe
2+
) 复 合 体 Ⅳ → O
2
0,61 - 0,68 1
P/O比值,
物质氧化时，每消耗 1mol O2所消耗 无机磷 的 mol数（或
ADP mol数），或每消耗 1mol O2所生成的 ATP的 mol数。
电子传递链自由能变化
区段
电位变化
( ⊿ E o ′ )
自由能变化
⊿ G o ′ = - nF ⊿ E o ′
能否生成 A TP
( ⊿ G o ′ 是否大于 30.5 K J)
Cyt aa
3
~O
2
0,53V 102,3K J/ mo l 能
NAD + ~Co Q 0.36V 69.5KJ/m ol 能
CoQ ~Cy t c 0.2 1V 4 0.5 KJ /m ol 能
ATP ATP ATP
氧化磷酸化偶联部位
-
-
-
三、氧化磷酸化的偶联机理
1,化学渗透假说 (chemiosmotic
hypothesis)
电子经呼吸链传递时, 可将质子 （ H+） 从
线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧, 产生膜
内外质子电化学梯度, 储存能量 。 当质子顺浓
度梯度回流时驱动 ADP与 Pi生成 ATP。
线粒体基质
线粒体膜
+ + + +
- - - -
H+
O2
H2O
H+
e-
ADP +
Pi ATP
化学渗透假说简单示意图
化
学
渗
透
假
说
化学渗透假说示意图
2H+
2H+
2H+
2H+
NADH+H+
2H+
2H+
2H+
ADP+Pi ATP
高
质
子
浓
度
H2O
2e-
+ + + + + + + + +
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _
质子流
线粒体内膜
磷酸化
氧化
Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅳ
F
0
F1
Cyt c
Q
NADH+H+
NAD+
延胡索酸
琥珀酸
H+
1/2O2+2H+
H2O
ADP+Pi ATP
H+
H+ H+ 胞液侧
基质侧
+ + + + + + + + + +
- - - - - - - - -
化学渗透假说详细示意图
2,ATP合酶
由亲水部分 F1
（ α3β3γδε亚基 ） 和
疏水部分 F0
（ a1b2c9～ 12亚基 ）
组成 。
ATP合酶结构模式图
3,氧化磷酸化的解偶联作用
① 解偶联剂
增加线粒体内膜对质子的通透性。
如,2,4— 二硝基苯酚（ DNP）,FCCP
② 氧化磷酸化抑制剂
阻止质子从 F0质子通道回流 。
如：寡霉素
③ 离子载体抑制剂
增加线粒体内膜对一价阳离子的通透性。
如：缬氨霉素，短杆菌肽
2,4-二硝基苯酚的解偶联作用
NO2
NO2
O-
NO2
NO2
OH
NO2
NO2
O-
NO2
NO2
OH
H+
H+
线
粒
体
内
膜
内 外
低 pH 高 pH
不能形成质子梯度，使氧化与磷酸化偶联过程脱离。 抑制 ATP的生
成，不抑制电子传递,使电子传递产生的自由能都变为热能散失。
寡霉素 (oligomycin)
对电子传递及 ADP磷酸化均有抑制作用 。
寡霉素
不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响
氧
浓
度
解偶联蛋白作用机制（褐色脂肪组织线粒体）
Ⅲ Ⅰ Ⅱ
F
0
F1
Ⅳ
Cyt c
Q
胞液侧
基质侧
产热素
热能
H+
H+
ADP+Pi ATP
非线粒体氧化系统
通过线粒体细胞色素系统进行氧化的体系是一切动物、植物、微生
物主要氧化途径，它与 ATP的生成紧密相关。除此以外，生物体内还存
在非线粒体氧化系统，其特点是从底物脱氢到 H2O的生成是经过其它末
端氧化酶完成的，与 ATP的生成无关，但各自具有重要的生理功能。
生物体内主要的非线粒体氧化系统如下,
1、多酚氧化酶系统
2、抗坏血酸氧化酶系统
3、黄素蛋白氧化酶系统
4、超氧化物歧化酶氧化系统
5、植物抗氰氧化酶系统
本章重点
1,自由能,ATP的作用
2,生物氧化的概念与特点
3,呼吸链（电子传递链）
组成与顺序，作用机制，抑制剂。
4,氧化磷酸化
氧化磷酸化概念，偶联部位，化学渗透
假说,
解偶联作用。
第十章 脂类代
谢
? 脂类概述
? 脂肪的分解代谢
? 脂肪的生物合成
一、脂类概述
1,概念
脂类是 脂肪和类脂的总称,它是有脂肪酸与
醇作用生成的酯及其衍生物，统称为脂质或脂类，
是动物和植物体的重要组成成分。脂类是广泛存
在与自然界的一大类物质，它们的化学组成、结
构理化性质以及生物功能存在着很大的差异，但
它们都有一个共同的特性，即可用非极性有机溶
剂从细胞和组织中提取出来。
2,分类
脂肪 真脂或中性脂肪（甘油三酯）
类脂
磷脂
糖脂
异戊二烯酯 甾醇 萜类
甘油磷脂
鞘氨醇磷脂
卵磷脂
脑磷脂
① 贮藏物质 /能量物质, 脂肪是机体内代谢燃料的贮
存形式，它在体内氧化可释
放大量能量以供机体利用。
② 提供给机体必需脂成分,
（ 1）必需脂肪酸
亚油酸 18碳脂肪酸，含两个不饱和键；
亚麻酸 18碳脂肪酸，含三个不饱和键；
花生四烯酸 20碳脂肪酸，含四个不饱和键；
（ 2）生物活性物质
激素、胆固醇、维生素等。
3,脂类的功能
1g 脂肪在体内彻底氧化供能约 38KJ，而 1g 糖彻底氧化仅
供销能 16.7KJ。
③ 生物体结构物质
（ 1） 作为细胞膜的主要成分, 几乎细胞所含的磷
脂都集中在生物膜中，是生物膜
结构的基本组成成分。
（ 2） 保护作用, 脂肪组织较为柔软，存在于各重
要的器官组织之间，使器官之间
减少摩擦，对器官起保护作用。
④用作药物：卵磷脂、脑磷脂可用于肝病、神经衰
弱及动脉粥样硬化的治疗等。
二、脂肪的分解代谢
1.脂肪的水解
脂肪酸甘油甘油一酯甘油二酯甘油三酯 脂酶脂酶 ???? ???? ??
酯酶为限速酶 !
脂肪动员,储存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶
逐步水解为游离的脂肪酸及甘油，并释入血以供
其他组织氧化利用的过程。
2.甘油的分解
磷酸酯
酶
3,脂肪酸的氧化分解（ β -氧化）
① 脂肪酸的活化 ——脂酰 CoA的生成
长链脂肪酸氧化前必须进行活化，活化
在线粒体外进行。 内质网和线粒体外膜上的
脂酰 CoA合成酶 在 ATP,CoASH,Mg2+存在条
件下，催化 脂肪酸活化，生成脂酰 CoA。
② 脂酰 CoA的穿膜（脂酰 CoA进入线粒体）
脂肪酸活化在细胞液中进行，而 催化脂肪
酸氧化的酶系是在 线粒体基质 内，因此活化
的脂酰 CoA必须进入线粒体内才能代谢。
酯
酰
肉
碱
穿
梭
系
统
肉毒碱脂酰
CoA转移酶 Ⅱ
肉毒碱脂酰 CoA
转移酶 Ⅰ ( 限速酶 )
移位酶
③ 脂肪酸的 β 氧化
长链脂酰 CoA的 β 氧化是在线粒体脂肪
酸氧化酶系作用下进行的,每次氧化断去
二碳单位的乙酰 CoA，再经 TCA循环完全氧
化成二氧化碳和水，并释放大量能量。 偶
数 碳原子的脂肪酸 β 氧化最终全部生成 乙
酰 CoA。
脂酰 CoA的 β 氧化反应过程如下,
（ 1）脱氢 脂酰 CoA经脂酰 CoA脱氢酶催化，在其
α 和 β 碳原子上脱氢，生成△ 2反烯脂酰 CoA，该
脱氢反应的辅基为 FAD。
（ 2）加水（水合反应） △ 2反烯脂酰 CoA在△ 2反
烯脂酰 CoA水合酶催化下，在双键上加水生成 L-
β -羟脂酰 CoA。
R C H 2 C H 2 C H 2 C
O
S C oA
F A D F A D H 2
R C H 2 C C
H
H
C
O
S C oA
脂酰 C o A 脱氢酶
R C H 2 C C
H
H
C
O
S C oA R C H 2 C H C H C
O
S C oA
O H
H 2 O
烯脂酰 C o A 水合酶
（ 3）脱氢 L-β -羟脂酰 CoA在 L-β -羟脂酰 CoA脱
氢酶催化下，脱去 β 碳原子与羟基上的氢原子生
成 β -酮脂酰 CoA，该反应的辅酶为 NAD+。
（ 4）硫解 在 β -酮脂酰 CoA硫解酶催化下,β -酮
脂酰 CoA与 CoA作用，硫解产生 1分子乙酰 CoA和比
原来少两个碳原子的脂酰 CoA。
R C H 2 C H C H C
O
S C oA
O H
R C H 2 C C H C
O
S C oA
O烯脂酰 C o A 脱氢酶
N A D + N A D H + H +
R C H 2 C C H C
O
S C oA
O
R C H 2 C
O
S C oA C H 3 C
O
S C oA
C oA S H
+
硫解酶
?
氧
化
的
生
化
历
程
乙酰 CoA
FAD
FADH2
NAD +
NADH
RCH2CH2CO-SCoA
脂酰 CoA 脱氢酶
脂酰 CoA
β -烯脂酰 CoA 水化酶
β -羟脂酰 CoA 脱氢酶
β -酮酯酰 CoA 硫解酶
RCHOHCH2CO~ScoA
RCOCH2CO-SCoA
RCH=CH-CO-SCoA
+ CH3CO~SCoA R-CO~ScoA
H2O
CoASH
TCA
乙酰 CoA
乙酰 CoA
乙酰 CoA
ATP
H20 呼吸链
H20 呼吸链
乙酰 CoA
乙酰 CoA
乙酰 CoA
乙酰 CoA
脂肪酸 β -氧化作用小结,
（ 1） 脂肪酸 β -氧化时仅需 活化一次, 消耗 1个 ATP的
两个 高能键, 生成脂酰 CoA 。
（ 2） 长链脂肪酸由线粒体外的脂酰 CoA合成酶活化,
经肉碱运到线粒内；中, 短链脂肪酸直接进入线
粒体, 由线粒体内的脂酰 CoA合成酶活化 。
（ 3） β -氧化包括 脱氢, 水化, 脱氢, 硫解 4个重复步
骤 。
(4) 脂肪酸 β 氧化最终的产物为乙酰 CoA,NADH和
FADH2。假如碳原子数为 Cn的脂肪酸进行 β 氧化，
则需要作（ n/2－ 1）次循环才能完全分解为 n/2个
乙酰 CoA，产生 n/2-1个 NADH和 n/2-1个 FADH2；生
成的乙酰 CoA通过 TCA循环彻底氧化成二氧化碳和
水并释放能量，而 NADH和 FADH2则通过呼吸链传递
电子生成 ATP。至此可以生成的 ATP数量为,
以软脂酸（ 16C）为例计算其完全氧化所生成的
ATP分子数,
? ? 22123212 ??????????? n －n
? ? 1 2 9212216321216 ???????????? ?
4,脂肪酸的其它氧化分解方式
1)奇数碳原子脂肪酸的分解
丙酰 CoA有两条代谢途径,
① 羧化,丙酰 CoA转化成琥珀酰 CoA,进入 TCA。
动物体内存在这条途径, 因此, 在动物肝脏中奇数
碳脂肪酸最终能够异生为糖 。
② 脱羧,丙酰 CoA转化成乙酰 CoA,进入 TCA。
植物, 微生物中较普遍 。
2）脂肪酸的 α -氧化 （不需活化，直接氧化游离脂
肪酸）
RCH2COOH→RCOOH+CO 2
对于降解支链脂肪酸, 奇数碳脂肪酸, 过分长
链脂肪酸 （ 如脑中 C22,C24） 有重要作用 。
3）脂肪酸的 -ω 氧化 （ ω端的甲基羟基化，氧化成
醛，再氧化成酸）
少数的 12C以下的脂酸可通过 ω-氧化途径, 产生
二羧酸 。
4）不饱和脂肪酸的分解
① 单不饱和脂肪酸的氧化
油酸的 β 氧化,
△ 3顺 —△ 2反烯脂酰 CoA异构酶 （ 改变双键位置和顺反构型 ）
② 多不饱和脂肪酸的氧化
亚油酸的 β 氧化,
△ 3顺 —△ 2反烯脂酰 CoA异构酶（改变双键位置和顺反
构型）
β -羟脂酰 CoA差向酶（改变 β -羟基构型,D→L 型）
5,乙酰 CoA的去路
①进入 TCA循环最终氧化生成二氧化碳和水
以及大量的 ATP。
②生成酮体参与代谢（动物体内）
脂肪酸 β 氧化产生的乙酰 CoA，在肌
肉细胞中可进入 TCA循环进行彻底氧化分
解；但在 肝脏及肾脏 细胞中还有另外一条
去路，即形成 乙酰乙酸,D-β -羟丁酸和
丙酮,这三者统称为 酮体 。
（ 1）酮体的生成 （肝细胞的线粒体内）
肝脏线粒体中的乙酰 CoA走哪一条途径（生成酮
体或进入 TCA ），主要取决于草酰乙酸的可利用性。
饥饿状态下，草酰乙酸离开 TCA，用于异生合成
葡萄糖。只有少量乙酰 CoA进入 TCA，大多数乙酰
CoA用于合成酮体。
酮体的生成过程,
6,酮体的代谢
图 酮体的生成 -1
① 2分子的乙酰 CoA在肝脏线粒体 β-酮酯酰硫解酶
的作用下，缩合成 乙酰乙酰 CoA，并释放 1分子的
CoASH。
图 酮体的生成 -2
② 乙酰乙酰 CoA与另一分子乙酰 CoA缩合成 羟甲基戊二
酰 CoA（ HMG CoA）,并释放 1分子 CoASH。
图 酮体的生成 -3
③ HMG CoA在 HMG CoA裂解酶催化 下裂解生成
乙酰乙酸 和乙酰 CoA。
图 酮体的生成 -4
④ 乙酰乙酸在线粒体内膜 β-羟丁酸脱氢酶 作
用下，被还原成 β-羟丁酸 。
图 酮体的生成 -5
⑤ 部分乙酰乙酸可自动脱羧而成为 丙酮 。
CH3COCH2CO~SCoA
乙酰乙酰 CoA
CH3CO~SCoA
乙酰 CoA CH
3— C— CH2CO~SCoA
OH
CH2COOH
β-羟 β-甲基戊二酸单酰 CoA
CH3— C— CH2COOH
OH
β-羟丁酸
CH3COCH2COOH
乙酰乙酸
CH3COCH3
丙酮
CH3CO~SCoA
乙酰 CoA
CoA-SH
乙酰乙酰
硫解酶
CoA-SH
HMG-CoA
合酶
HMG-CoA
裂解酶
NADH+H+
NAD+
β -羟丁酸
脱氢酶
CO2
乙酰乙酸
脱羧酶
关键酶
酮体的生成途径
（ 2）酮体的分解 (肝外）
肝脏是生成酮体的器官，但不能使酮体
进一步氧化分解，而是采用酮体的形式将乙
酰 CoA经血液运送到 肝外组织,作为它们的能
源，尤其是 肾、心肌、脑 等组织中主要以酮
体为燃料分子。在这些细胞中，酮体进一步
分解成 乙酰 CoA参加三羧酸循环。
? A,乙酰乙酸 在肌肉线粒体中经 β -酮脂酰 CoA转移
酶催化，能被琥珀酰 CoA活化成乙酰乙酰 CoA。
? B,乙酰乙酰 CoA被 β 氧化酶系中的硫解酶裂解成
乙酰 CoA进入三羧酸循环。
? C,β -羟丁酸 在 β -羟丁酸脱氢酶作用下，脱氢生
成乙酰乙酸，然后再转变成乙酰 CoA而被氧化。
? D,丙酮 可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳酸，
进而异生成糖。
β - 羟丁酸
N A D
+
N A D H + H
+
H S C o A + A T P 乙酰乙酸 琥珀酰 Co A
乙酰乙酸硫激酶 琥珀酰 CoA 转硫酶
A M P + P P i 乙酰乙酰 Co A 琥珀酸
硫解酶
2 ×乙酰 CoA
三羧酸 循环
β - 羟丁酸脱氢酶
心、肾、脑、
骨骼肌细胞
心、肾、
脑细胞
酮体的氧化过程
（ 3） 酮体生成的生理意义
酮体是肝输出能量的一种形式,为肝外组织提
供可利用的能源 。
酮体溶于水, 分子小, 能通过血脑屏障及肌
肉毛细管壁 。 脑组织细胞不能氧化脂肪酸, 但能
利用酮体 。 长期饥饿, 糖供应不足时, 酮体可以
代替葡萄糖, 成为脑组织及肌肉的重要能源 。
饥饿, 糖供给不足或糖尿病,
脂肪动员加强, 酮体生成增加, 超过肝外组织氧
化能力,, 酮血症,,, 酮尿症, 。 可引起酸中毒 。
1.脂肪酸的生物合成
生物机体内脂类的合成是十分活跃
的，特别是在高等动物的肝脏、脂肪组
织和乳腺中占优势。脂肪酸合成的碳源
主要来自糖酵解产生的乙酰 CoA。脂肪
酸合成步骤与氧化降解步骤完全不同。
脂肪酸的生物合成是在细胞液中进行，
需要 CO2和柠檬酸参加；而氧化降解是
在线粒体中进行的。
三、脂肪的生物合成
合成过程可以分为三个阶段,
（ 1）原料的准备 —— 乙酰 CoA羧化生成丙二
酸单酰 CoA（在细胞液中进行），由乙酰
CoA羧化酶催化，辅基为生物素，是一个不
可逆反应。
乙酰 CoA羧化酶可分成三个不同的亚基,
生物素羧化酶（ BC）
生物素羧基载体蛋白（ BCCP）
羧基转移酶（ CT）
乙酰 CoA的穿膜转运,
柠檬酸穿梭系统
肉毒碱转运
（ 2）合成阶段 ——— 以软脂酸（ 16碳）的合成
为例（在细胞液中进行）。催化该合成反应的是
一个多酶体系，共有七种蛋白质参与反应，以没
有酶活性的脂酰基载体蛋白（ ACP）为中心，组成
一簇。
? 原初反应（初始反应）
? 原初反应
? 缩合反应
? 还原反应
? 脱水反应
? 还原反应
至此，生成的丁酰 -ACP比开始的乙酰 -
ACP多了两个碳原子；然后丁酰基再从 ACP
上转移到 β -酮脂酰合成酶的 -SH上，再重
复以上的缩合、还原、脱水、还原 4步反应，
每次重复增加两个碳原子，释放一分子 CO2，
消耗两分子 NADPH，经过 7次重复后合成软
脂酰 -ACP，最后经硫脂酶催化脱去 ACP生成
软脂酸（ 16碳）。
（ 3）延长阶段（在线粒体和微粒体中进行）
生物体内有两种不同的酶系可以催化碳链
的延长，一是线粒体中的 延长酶系,另一
个是粗糙内质网中的 延长酶系 。
? 线粒体脂肪酸延长酶系
以乙酰 CoA为 C2供体，不需要酰基载体，
由软脂酰 CoA与乙酰 CoA直接缩合。
? 内质网脂肪酸延长酶系
用丙二酸单酰 CoA作为 C2的供体,NADPH作
为 H的供体,中间过程和脂肪酸合成酶系的
催化过程相同。
2,不饱和脂肪酸的合成
不饱和脂肪酸中的不饱和键由去饱和酶催化
形成。人体内含有的不饱和脂肪酸主要有棕榈油
酸（ 16C，一个不饱和键）、油酸（ 18C，一个不
饱和键）、亚油酸（ 18C，两个不饱和键）、亚麻
酸（ 18C，三个不饱和键）以及花生四烯酸（ 20C，
四个不饱和键）等，前两种单不饱和脂肪酸可由
人体自己合成，后三种为多不饱和脂肪酸，必须
从食物中摄取，因为哺乳动物体内没有△ 9以上的
去饱和酶。
本章重点,
1,脂类概述
2,脂肪的分解
3,脂肪的合成
脂肪与类脂，功能
脂肪酸的 β －氧化，酮体
乙酰 CoA羧化生成丙二酸单酰 CoA
脂肪酸的从头合成
第十一章 蛋白质的酶促降解及氨基
酸代谢
第一节 蛋白质的酶促降解
第二节 氨基酸的分解与转化
第三节 氨基酸的生物合成
氨基酸的分解与转化
一,氨基酸代谢概况
三,氨基酸的脱羧基作用
四,氨基酸分解产物的转化
二,氨基酸的脱氨基作用
氨基酸代谢概况 食物蛋白质
氨基酸 特殊途径
?-酮酸
糖及其代谢
中间产物
脂肪及其代谢
中间产物
TCA
鸟氨酸
循环
NH4+
NH4+
NH3
CO2 H2O
体蛋白
尿素 尿酸
激素
卟啉
尼克酰氨
衍生物
肌酸胺
嘧啶
嘌呤
SO4 2 -
生物固氮
硝酸还原
（次生物质代谢）
CO2 胺
氨基酸的脱氨基作用
4,非氧化脱氨基作用
1,氧化脱氨基作用
2,转氨基作用
3,联合脱氨基作用
氧化脱氨基作用
氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应
的 α -酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主
要有以下两种类型,
α -氨基酸
氨基酸氧化酶（ FAD,FMN）
α-酮酸
R-CH-COO-
NH+3 |
R-C-COO-+NH3
O
||
H2O+O2 H
2O2
L-谷氨酸脱氢酶 谷氨酸 + H
2O ?-酮戊二 酸 + NH3
NAD（ P） + NAD（ P） H
转氨基作用
α -氨基酸 1
R1-CH-COO-
NH+3
|
α-酮酸 1
R1-C-COO-
O
||
R2-C-COO-
O
||
α-酮酸 2
R2-CH-COO-
NH+3 |
α-氨基酸 2 转氨酶
（辅酶：磷酸吡哆醛）
在转氨酶的催化下,α-氨基酸的氨基转移到 α-酮酸的酮基碳原子上
，结果原来的 α-氨基酸生成相应的 α-酮酸，而原来的 α-酮酸则形成了相应
的 α-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。
磷酸吡哆醛的作用机理
谷氨酰胺的生成和利用
+NH2 +H2O
ATP ADP+Pi
谷氨酰胺合成酶
Mg2+
+2H 谷氨酸合成酶
联合脱氨基作用
（ 1）概念
（ 2）类型
a,转氨酶与 L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联
b,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联
转氨基作用和
氧化脱氨基作
用联合进行的
脱氨基作用方
式。
转氨酶与 L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联
转氨酶 L-谷氨酸脱氢酶
H20+NAD+
NH3+NADH
α-酮酸
α -氨基酸 α-酮戊二酸
L-谷氨酸
转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联
α-氨基酸
α-酮酸
α-酮戊二酸
谷氨酸 草酰乙酸
天冬氨酸
腺苷酰琥珀酸
苹果酸 延胡索酸 腺苷酸
次黄苷酸
非氧化脱氨基作用（自学）
（ 1） 直接脱氨基作用
（ 2） 还原脱氨基作用
（ 3） 水解脱氨基作用
（ 4） 脱水脱氨基作用
（ 5） 氧化还原脱氨基作用
氨基酸的脱羧基作用
1、概念
3,脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢 ）
氨基酸在脱羧酶的
作用下脱掉羧基生成相
应的一级胺类化合物
的作用。脱羧酶的辅
酶为磷酸吡哆醛。
直接脱羧 胺
羟化脱羧 羟胺
2、类型,
氨基酸分解产物的转化
1.氨的代谢转变
2.氨基酸碳骨架的代谢途径
氨的代谢转变
（ 1） 重新生成氨基酸
（ 2） 谷氨酰胺和天冬酰氨的生成
（ 3） 尿素的生成 —— 尿素循环
（ 4） 合成其他含 N物质
谷丙转氨酶和谷草转氨酶
谷丙转氨酶
（ GPT）
谷草转氨酶
(GOT)
谷氨酸的重新生成
L-谷氨酸脱氢酶
谷氨酸 + H2O ?-酮戊二 酸 + NH3
NAD（ P） + NAD（ P） H
尿 素 的 生 成
a、概念
b,总反应和过程
在排尿动物体内由
NH3合成 尿素是在肝脏
中通过一个循环机制完
成的，这一个循环称为
尿素循环。
NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸 +2H2O ? NH2-CO-NH2
+ 2ADP +2+ AMP +PPi+延胡索酸
鸟
氨
酸
循
环
氨基酸
谷氨酸
谷氨酸
氨甲酰磷酸
鸟氨酸
瓜氨酸
瓜氨酸
精氨琥珀酸
鸟氨酸
精氨酸
延胡索酸
草酰乙酸 氨基酸 谷氨酸
?-酮戊二酸 天冬氨酸
ATP
AMP+PPi
H2O
2ATP+CO2+NH3+H2O
2ADP+Pi
基质
线
粒
体
胞液
NH2-C-NH2
O
尿素
氨基酸碳骨架的代谢途径
（ 1） 再氨基化生成氨基酸
（ 2） 转变成糖或脂肪
生糖氨基酸和生酮氨基酸
（ 3） 氧化成 CO2和 H2O
作业：分别写出谷氨酸在体内生成糖和氧化分解成 CO2,
H2O的代谢途径，并计算氧化分解时可产生的 ATP数。
氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径
草酰乙酸
磷酸烯
醇式酸
?-酮戊二酸
天冬氨酸
天冬酰氨
丙酮酸
延胡索酸
琥珀酰 CoA
乙酰 CoA 乙酰乙酰 CoA
苯丙氨酸
酪氨酸
亮氨酸
赖氨酸
色氨酸
丙氨酸
苏氨酸
甘氨酸
丝氨酸
半胱氨酸
谷氨酸
谷氨酰胺
精氨酸
组氨酸
脯氨酸
异亮氨酸
亮氨酸
缬氨酸
苯丙氨酸
酪氨酸
天冬氨酸
异亮氨酸
甲硫氨酸
缬氨酸
葡萄糖
柠檬酸
转氨基作用是 α — 氨基酸与 α -酮
酸之间的氨基的转移作用。即：一种
α -氨基酸的 α -氨基在转氨酶作用下
转移到 α -酮酸的酮基上，结果原来的
氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮
酸则形成相应的氨基酸,反应如图
蛋白质的酶促降解
一、水解蛋白质的酶的种类和专一性
肽酶 （ Peptidase）
蛋白酶 (Proteinase)
二、细胞内蛋白质降解
胞内蛋白质降解的意义
胞内蛋白质降解系统：溶酶系统和泛肽系统
蛋白质降解的泛肽途径
肽酶的种类和专一性
编号 名 称 作 用 特 征
3,4,11
3,4,13
?-氨酰肽水解酶
(?-aminoacyl
peptide hydrolase)
作用于多肽链的 N-末端
?-羧肽水解酶
(?-carboxyl peptide
hydrolase)
作用于多肽链的 C-末端
3,4,14 二羧肽水解酶
(depeptide
hydrolase)
水解二肽
蛋白酶的种类和专一性
编号 名 称 作用特征 实例
3,4,2,1
3,4,2,2
丝氨酸蛋白酶类
(serine pritelnase)
活性中心含
Ser
3,4,2,3
3,4,2,4
硫醇蛋白酶类
(Thiol pritelnase)
活性中心含
Cys
羧基（酸性）蛋白酶类
[carboxyl(asid)
pritelnase]
活性中心含
Asp,最适 pH
在 5以下
金属蛋白酶类
(metallopritelnase)
活性中心含有
Zn2+, Mg2+等
金属
胰凝乳蛋白酶
胰蛋白酶
凝血酶
木瓜蛋白酶
无花果蛋白酶
菠萝酶
胃蛋白酶
凝乳酶
枯草杆菌蛋白酶
嗜热菌蛋白酶
消化道内几种蛋白酶的专一性
（ Phe.Tyr.Trp） （ Arg.Lys）
（脂肪族）
胰凝乳
蛋白酶 胃蛋白酶 弹性蛋白酶
羧肽酶
胰蛋白酶
氨肽酶 羧肽酶
（ Phe,Trp）
蛋白质降解的泛肽途径
E1-S-
E1-SH
E2-S-
E1-SH
E2-SH
E2-SH
ATP AMP+PPi E3
多 泛肽化蛋白
ATP
26S蛋白酶体
20S蛋白酶体
ATP
19S调节亚基
去折叠
水解
E1：泛肽激活酶 E2：泛肽载体蛋白
E3：泛肽 -蛋白质连接酶
（ ubiquitin）
自然界的氮素循环
硝酸盐
亚硝酸
氮
生物固氮
工业固氮
固氮生物 动植物
硝酸盐还原
大气固氮 大气氮素
岩浆源的
固定氮
火成岩 反硝化作用
氧化亚氮
蛋白质
入地下水
动植物废物
死的有机体
氨基酸的生物合成
1,必需氨基酸和非必需氨基酸
2,氨基酸的生物合成
氨基酸的生物合成的碳架来源
（ 1） 非必需氨基酸的生物合成
（ 2） 各族氨基酸的前体及相互关系
a、由 α-酮酸氨基化生成
b、由某些非必需氨基酸转化而来
c、由某些必需氨基酸转变而来
氨
基
酸
的
生
物
合
成
酸
的
前
体
及
相
互
关
系
谷氨酸族
天冬氨
酸族
丙氨
酸族
丝氨
酸族 His 和芳香族
氨基酸与一碳基团代谢
1,一碳基团（一碳单位）的概念
2,一碳基团和氨基酸代谢
Gly,Ser,Thr,His都可以作为一碳基团的供体。
3、一碳基团的利用：参与合成反应,如磷
脂、核苷酸等的合成。
一碳基团
在代谢过程中，某些化合
物（如氨基酸）可以分解产生具
有一个碳原子的基团（不包括
CO2），称为一碳基团。一碳基
团的转移除了和许多氨基酸的代
谢直接有关外，还参与嘌呤和胸
腺嘧啶的生物合成。
一碳基团转移酶的辅酶, FH4
一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名
-CH=NH 亚氨甲基
H-CO- 甲酰基
-CH2OH 甲醇基
-CH= 次甲基
-CH2- 亚甲基
-CH3 甲基
叶酸 和 四氢叶酸（ FH4）
叶
酸
四
氢
叶
酸 H
H
10
5
N5,N10-CH2-FH4 N5-CHO-FH4
CH2 CHO
一碳基团的
来源与转变
S-腺苷蛋氨酸
N5-CH2-FH4
N5 N10 - CH2-FH4
N5,N10 = CH-FH4
N10 -CHO-FH4
N5, N10 -CH2-FH4还原酶
N5, N10 -CH2-FH4脱氢酶
环水化酶
丝 氨酸
组氨酸
苷氨酸
参与 甲基化 反应
为 胸腺嘧啶 合成提供 甲基
参与 嘌呤 合成
FH4
FH4
FH4
HCOOH
H2O
NAD+
NDAH+H+
NAD+
NDAH+H+
H+
参与 嘌呤 合成
六、蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢
1 蛋白质的酶促降解
（ 1）肽酶和蛋白酶的类别
（ 2）蛋白酶的专一性
2 氨基酸代谢概况
3 氨基酸降解与转化
（ 1）脱氨基作用
氧化脱氨基作用, 转氨基作用 ； 联合脱氨基
（ 2）脱羧基作用，脱羧产物 — 胺类物质的生理功能
（ 3）氨基酸分解产物的转化
4 氨和氨基酸的生物合成
(1) 自然界的氮循环
（ 2） 生物固氮 的生物化学
（ 3） 硝酸还原 作用 人的必需氨基酸 Thr,Val,Leu,Ile,Met、
Lys,Phr,Trp (His Arg) （ 4）氨基酸的生物合成
必需氨基酸 和非必需氨基酸的概念
氨基酸碳架的来源
（ 5） 一碳单位 的代谢
本章重点,
1,氨基酸降解与合成的主要途径
2,初步理解蛋白质代谢与糖类代谢、脂
类代谢的相互关系。
第十一章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢
本章重点讨论核酸酶的类别和特点, 对核
苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍 。
第一节 核酸的酶促降解
第三节 核苷酸的合成代谢
第二节 核苷酸的分解代谢
第一节 核酸的酶促降解
一,核酸酶
二,限制性内切酶
核酸酶 核苷酸酶 核苷磷酸化酶
核酸 核苷酸 核苷 碱基 +戊糖 -1-P
磷酸
核 酸 酶
1、核酸酶的分类
（ 1）根据对底物的
专一性分为
（ 2）根据切割位点分为
核糖核酸酶 (RNase)
脱氧核糖核酸酶 (DNase)
非特异性核酸酶
核酸内切酶
核酸外切酶
2,核酸酶的作用特点
外切核酸酶对核酸的水解位点
5′ p p p p OH
B
p p p p 3′
B B B B B B B
牛脾磷酸二酯酶
（ 5′端外切 5得 3）
蛇毒磷酸二酯酶
（ 3′端外切 3得 5）
内切核酸酶对 RNA的水解位点示意图
5′
p p p p OH
Py Pu Py Py
1′
p p p
G A C U
p p p
G A
3′
RNAase I RNAase I RNAase T1 RNAase T1
Pu,嘌呤 Py：嘧啶
限制性内切酶
? 类型
? 命名
? 意义
原核生物中存在着一类能识别外源 DNA双螺旋中 4-8个碱基
对所组成的特异的具有二重旋转对称性的 回文序列,并在此序
列的某位点水解 DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类
酶称为限制性内切酶（ ristriction endonuclease）。
常用的 DNA限制性内切酶的专一性 酶 辨认的序列和切口 说明
‥ ‥ A G C T ‥‥
‥ ‥ T C G A ‥ ‥
‥ ‥ G G A T C C ‥‥
‥ ‥ C C T A G G ‥‥
‥ ‥ A G A T C T ‥‥
‥ ‥ T C T A G A ‥‥
‥ ‥ G A A T T C ‥‥
‥ ‥ C T T A A G ‥‥
‥ ‥ A A G C T T‥‥
‥ ‥ T T C G A A ‥‥
‥ ‥ G T C G A C ‥‥
‥ ‥ C A G C T G ‥‥
‥ ‥ C C C G G G ‥‥
‥ ‥ G G G C C C ‥‥
Bam H I
Alu I
Bgl I
Eco R I
Hind Ⅲ
Sal I
Sma I
四核苷酸，平端切口
六核苷酸，平端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
限制性内切酶类型
I型：分子量大于 105，多亚基，需 S-线苷蛋氨酸,ATP
和 Mg2+,识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限
制与修饰相排斥的多功能酶,
Ⅱ 型：分子量小于 105，需 Mg2+,切割位点位于识别
位点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生
物学研究所用的限制性内切酶均为此类。
ⅡI 型：识别位点为 5-7bp的非对称序列,切割位点在
顺序之外离识别 序列 5-10bp，切割双链，个别也切割单链。
是限制与修饰相多功能酶,
限制性内切酶的命名和意义
Eco R I
序号 属名 种名 株名
例,Eco R I，这是从大肠杆菌（ Ecoli） R菌珠中分离出的一种限制性内切酶
限制性内切酶是分析染色体结构、制作 DNA限
制图谱、进行 DNA序列测定和基因分离、基因体外
重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，
用来解剖纤细的 DNA分子。
第二节 核苷酸的降解
二, 嘧啶的降解
一,嘌呤的降解
核苷酸酶 核苷磷酸化酶
核苷酸 核苷 碱基 +（ 脱氧 ） 戊糖 -1-P
磷酸
嘌
呤
的
分
解
嘧
啶
的
分
解
第三节 核苷酸的合成代谢
一,核糖核苷酸的生物合成
二,脱氧核糖核苷酸的生物合成
三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷
三磷酸（自学）
四,各种核苷酸的相互转变
核糖核苷酸的生物合成
1、嘌呤核苷酸的生物合成
(1) 从头合成途径
(2) 补救途径 (自学 )
2、嘧啶核苷酸的生物合成
(1) 从头合成途径
(2) 补救合成途径 (自学 )
嘌呤环上各原子的来源
来自谷氨酰胺的酰胺氮
来自“甲酸盐”
来自天冬氨酸 来自甘氨酸
来自 CO2
来自“甲酸盐”
5-磷酸核糖焦磷酸
5-磷酸
核糖胺 甘氨酸
甘氨酰胺核苷酸 甲酰甘氨酰胺核苷酸 甲酰甘氨咪核苷酸
5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑 -4-羧核苷酸
IMP的 生
物合成
5-氨基咪唑 -4-琥珀
基 -甲酰胺核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
氨甲酰核苷酸
5-甲酰氨基咪唑 -
4-氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤核苷酸
（ IMP）
甲酰 THFA
IMP转变为 GMP和 AMP
嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）
磷酸核糖转移酶 嘌呤 +PRPP A(G)MP+PPi
嘌呤 +1-P-核糖 嘌呤核苷
A(G)MP
ATP
ADP
嘧啶核苷酸从头合成途径
c,UMP转变为 CTP
CTP CTP合成酶
ATP Gln H2O
UMP UDP UTP
a,嘧啶环上原子的来源
b,UMP的从头合成
嘧啶环上各原子的来源
天冬氨酸
CO2
NH3
N
N
C
C
C C 6
5
4
3
2
1
H2N-CO- P
氨甲酰磷酸
尿嘧啶核苷酸合成途径
嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）
尿嘧啶 +PRPP
尿嘧啶 +1-P-核糖
尿嘧啶核苷 +ATP
UMP+PPi
尿嘧啶核苷 +Pi
UMP+ADP
脱氧核苷酸的合成
2,脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
1,脱氧核苷酸的合成
核糖核苷酸的还原反应
核糖核苷酸还原酶
NADP+ NADPH+H+
硫氧还蛋白
还原酶
FAD
ATP, Mg2+
硫氧还蛋白
（还原型）
SH
SH
硫氧还蛋白
（氧化型）
S
S
O
P-P-CH2 N
OH OH
核糖核苷二磷酸
O
P-P-CH2 N
OH H
+ H2O
脱氧核糖核苷二磷酸
核糖核苷酸的还原反应
FAD
核糖核苷酸还原酶
ATP, Mg2+
硫氧还蛋白 SH
SH
硫氧还蛋白 S
S
硫氧还蛋白
还原酶
核糖核苷二磷酸
+ H2O
脱氧核糖核苷二磷酸
FADH2
谷氧还蛋白 S
S 谷氧还蛋白
SH
SH
NADP+ NADPH+H+
谷氧还蛋白
还原酶
O
P-P-CH2 N
OH OH
O
P-P-CH2 N
OH H
GSSG 2GSH
谷胱甘肽
还原酶
核糖核苷酸还原酶示意图
底物特异性
调节位点
酶 活 性
调节位点
活性位点
R1亚基
R2亚基
脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
胸腺嘧啶核苷酸合成酶
NADPH+H++Ser NADP++Gly
N5,N10— CH2 — FH4 FH2
二氢叶酸
还原酶
Ser羟甲基
转移酶
O N
HN
O
dR-P
CH3
O N
HN
O
dR-P
叶酸 和 四氢叶酸（ FH4）
叶
酸
四
氢
叶
酸 H
H
10
5
N5,N10-CH2-FH4 N5-CHO-FH4
CH2 CHO
一碳基团的
来源与转变
S-腺苷蛋氨酸
N5-CH2-FH4
N5 N10 - CH2-FH4
N5,N10 = CH-FH4
N10 -CHO-FH4
N5, N10 -CH2-FH4还原酶
N5, N10 -CH2-FH4脱氢酶
环水化酶
丝 氨酸
组氨酸
苷氨酸
参与 甲基化 反应
为 胸腺嘧啶 合成提供 甲基
参与 嘌呤 合成
FH4
FH4
FH4
HCOOH
H2O
NAD+
NDAH+H+
NAD+
NDAH+H+
H+
参与 嘌呤 合成
的
合
成
及
相
互
关
系
七、核酸的酶促降解和核苷酸的代谢
1 核酸的酶促降解
核糖核酸酶, 脱氧核糖核酸酶, 限制性内切酶
2 核苷酸的降解
3 核苷酸的 合成代谢
（ 1）核糖核苷酸的生物合成
嘌呤核苷酸的合成：从头合成和补救途径
嘧啶核苷酸的合成：从头合成和补救途径
（ 2）脱氧核苷酸的生物合成
核糖核苷酸的还原
脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
本章重点,
1,核苷酸分解和合成的一般途径
2,核酸限制性内切酶的催化作用特点
第十三章
物质代谢的调节控制
?第一节 代谢调控的类型
?第二节 激素的调节作用
?第三节 细胞水平的反馈调节机制
?第四节 基因表达的调节控制
?第五节 糖代谢与脂代谢调节
?第六节 代谢调节与微生物发酵
?生命现象是生物体内发生的极其复杂的
生物化学过程的 综合结果 。
?为了保证生命活动 （ 如生长, 发育, 分
化, 繁殖, 代谢和运动等 ） 能够有条不
紊地进行, 所有生物体内发生的生物化
学过程都必须受到有效的调控 。
?生物调控机制是生物在长期进化过程中
逐步形成的 。 生物进化程度愈高, 调控
机制愈 完善, 愈 复杂 。
调控的分子生物学基础
?调控的本质是化学物质与机体组织中具
有重要功能的生物大分子之间进行物理
化学反应的最终结果 。
?这些能够与化学物质发生结合并产生相
应作用的生物大分子, 一般称为 受体 。
?调控分 生物体内物质的调控 和 外源化学
物质的调控 。
物质之间的相互作用
? 包括生物大分子之间的 相互识别与作用, 如核酸与
蛋白质之间的作用多糖与蛋白质之间的相互作用；
蛋白质与蛋白质之间的相互作用 。
? 有机小分子与生物大分子 之间的相互作用, 如辅酶
与酶之间的相互作用 。
? 有机分子与酶或蛋白质受体 之间的相互作用 。
? 底物与酶分子之间 的识别以及相互作用 。
? 无机金属离子与生物大分子 之间的相互作用, 如金
属离子与酶或蛋白质之间的络合；与生物小分子
（ 辅酶, ATP等 ） 之间的络合作用 。
第一节 代谢调控的类型
?神经调控作用
?激素调控作用
?细胞水平的调节作用
?人及高等动物具有高度发达的神经系统，这
类生物的各种活动和代谢的调节机制都处于
中枢神经系统的控制之下。神经系统既直接
影响各种 酶的合成,又影响内分泌腺分泌激
素的 种类和水平,所以神经系统的调节具有
整体性特点 。
?神经系统对生命活动的调控在很大程度上是
通过调节 激素的分泌 来实现的 。
神经调控作用
第二节
激素调节功能
激素调控作用
?激素是生物体内特定细胞产生的的对某些
靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。
? 激素是生物细胞分泌的一类特殊化学物质, 它对
各种生命活动和代谢过程具有调控功能 。
? 激素调控往往是 局部性 的, 并且直接或间接受到
神经系统的控制 。
? 通常一种激素只作用于一定的细胞组织, 不同的
激素调节不同的物质代谢或生理过程 。
?1.含量少； 在生物体某特定组织细胞产生 。
?2.通过体液的运动被输送到其他组织中发挥
作用 。
?3.作用很大, 效率高, 在新陈代谢中起调节
控制作用 。
?4.在医疗上, 激素也是一类重要 药物 。
激素具有以下几个特点,
激素的分类
? 在生物激素中, 动物激素 最为重要 。 植物激素 主要为
植物生长调节剂 。
? 根据激素的化学结构和调控功能, 一般可以分为三类
? （ 1） 含氮激素 。 包括蛋白质激素, 多肽激素, 氨基
酸衍生物激素等 。
? （ 2） 类固醇激素 。 性腺和肾上腺皮质分泌的激素大
多数是类固醇激素 。
? （ 3） 脂肪酸衍生物激素 。 主要由生殖系统及其它组
织分泌产生 。
甲状腺激素
? 甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的
三碘甲腺原氨酸 。 三碘甲腺原氨酸的活性约为
甲状腺素的 5－ 10倍 。 二者的结构如下,
O
I
HO
I NH 2
I
I
- C H 2 - C H - C O O H - C H 2 - C H - C O O H
I
I
NH 2
HO
I
O
甲状腺素 三碘甲腺原氨酸
甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织，能将体内
70-80%的碘富集在其中。
甲状腺素 生理功能
?在甲状腺素的合成中, 碘化过程并不是
发生在游离的酪氨酸上, 而是甲状腺球
蛋白分子中的酪氨酸残基发生 碘化反应 。
?主要是促进糖, 脂及蛋白质的代谢；促
进机体的生长发育和组织分化；对 中枢
神经系统, 循环系统, 造血过程, 肌肉
活动及智力和体质的发育等均有显著作
用 。
?幼年动物若甲状腺机能减退或切除甲状腺时,
将引起发育迟缓, 身材矮小, 行动呆笨 而缓
慢；
?成年动物甲状腺机能减退时, 出现厚皮病,
心博减慢, 基础代谢降低, 性机能低下 。
?反之, 甲状腺机能亢进, 动物眼球突出, 心
跳加快, 基础代谢增高, 消瘦, 神经系统兴
奋性提高, 表现为神经过敏等,
肾上腺素
?肾上腺分为髓质和皮质两部分 。 髓质分泌
肾上腺素和少量去甲肾上腺素 。 去甲肾上
腺素主要由交感神经末梢分泌 。 他们也是
酪氨酸的衍生物, 为 R-构型 。
H O
H O
C H C H 2
O H
N H C H 3 H O
H O
C H C H 2
O H
N H 2
肾上腺素 去甲肾上腺素
?肾上腺素具有与 交感神经兴奋 相似
的作用，使血管收缩，心脏活动加
强，血压升高，临床上被用来作为
升压药物，起抗休克作用。
?肾上腺素主要是 调节糖代谢,它能
够促进肝糖原和肌糖原的分解，增
加血糖和血中的 乳酸 含量。
肾上腺素 功能
多肽及蛋白质激素
? 由脑垂体、下丘脑、胰腺、甲状旁腺、
胃肠粘膜以及胸腺等分泌的激素属于多肽
或蛋白质激素。这些激素具有各种各样的
功能。
胰岛素
? 胰岛素是由胰腺中胰岛的 β -细胞分泌的一种
含有 51个氨基酸残基的蛋白质激素 。
? 胰岛素由两条多肽链组成胰岛素的生理功能主
要是促进细胞摄取葡萄糖；促进肝糖原和肌糖
原的合成；抑制肝糖原的分解 。
? 胰岛素具有抑制细胞内腺苷酸环化酶活性作用,
使 cAMP产生显著减少, 导致糖原分解速度减慢 。
胰岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反 。
（ 2）胰高血糖素
? 胰高血糖素为胰岛的 α -细胞分泌的多肽激素, 由 29个氨基
酸组成, 人和猪的胰高血糖素的氨基酸序列完全一样, 其
结构如下,
? His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-
Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-
Trp-Leu-Met-Asp-Thr
? 胰高血糖素主要是促进肝糖原分解, 使血糖升高, 与肾上
腺素作用相似 。 其作用原理是激活肝细胞中的腺苷酸环化
酶, 使 cAMP浓度升高, 从而提高磷酸化酶活性, 促进肝糖
原分解 。
甲状旁腺激素
?甲状旁腺主要分泌甲状旁腺素 （ PTH） 和降
钙素 （ CT）, 它们都是多肽激素 。
?二者的生理作用相反, PTH可以升高血钙,
而 CT则可以降低血钙, 因此都是调节钙磷代
谢的激素 。
糖皮质激素功能
?调节糖代谢,抑制糖的氧化，使血糖
升高；促进蛋白质转化为糖。这类激
素还具有良好的抗炎，抗过敏作用，
是常用的激素药物。
? 调节水盐代谢,促使体内保留钠离子及排出过
多的钾离子，调节水盐代谢。肾上腺皮质激素
分泌失常，将引起糖代谢及无机盐代谢紊乱而
出现病症。
盐皮质激素
性激素
?性激素属于类固醇类激素，可分为雄性激素
和雌性激素两类。它们与动物的性别及第二
性征的发育有关。
?性激素的分泌受垂体的促性腺激素（ LHF 和
SH）调节。
? 第三节
细胞 -酶水平调控作用
?细胞 -酶水平调控是通过调节细胞内的酶
的种类, 数量, 分布或活性来控制各种
代谢过程或生理过程 。
?这类调控主要包括：细胞膜结构的调控
作用和酶的活性调控作用 。
?某些人工合成或天然存在的化学物质也
具有调控功能, 主要是表现在对酶的活
性影响方面 。
?细胞内进行的错综复杂的代谢过程及生理
变化，主要是通过 酶的调节 来实现的。
?实际上，激素的调控作用也是通过对酶的
影响（酶的产生和酶的活性）而实现的。
?细胞 -酶对生物体内发生的生物化学过程的
调控主要包括 细胞膜结构的调控作用 和 酶
的活性调控作用 两个方面。
一、细胞膜结构的调控作用
?细胞内发生的各种代谢反应及生理变化之
所以能够有条不紊地进行，首先是由于细
胞本身具有的特殊膜结构。如果细胞的完
整性受到破坏，细胞水平的调控功能将丧
失。
二、酶活性的调控
?酶除了具有催化功能外，还具有调节和控制
各类生物化学反应速度、方向和途径的功能。
?酶水平的调节作用主要有两种方式：一是通
过激活或抑制酶的活性；二是通过影响酶的
合成或降解速度，即改变细胞内酶的含量。
这种酶水平的调节作用是生物调控最重要的
形式。
? 酶活性的前馈和反馈调节
前馈（ feedforward ）和反馈（ feedback ） 是来自
电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影
响”，后者的意思是“输出对输入的影响”，这里分别
借用来说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。这
种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是
通过酶的变构效应来实现的。
S0 Sn S2 S1 E0 E1 En-1
或 + —
或 + —
反馈
前馈
别
构
中
心
活性
中心
代谢物
反馈调节中酶活性调节的机制
酶变构调节作用
? 有些酶分子除了具有活性中心 （ 结合部位和催化
部位 ） 外, 还存在一个特殊的调控部位, 即 变构
中心 。
? 变构中心虽然不是酶活性中心的组成部分, 但它
可以与某些化合物 （ 称为变构剂 ） 发生 非共价 结
合, 引起酶分子构象的改变, 对酶起到激活或抑
制的作用 。 这类酶通常称为 变构酶, 由于 变构剂
与变构中心的结合 而 引起酶活性改变的 现象则称
为 变构调节作用 。
? 目前已知的变构酶均为 寡聚酶, 含两个或两
个以上的亚基, 一般分子量较大, 而且具有
复杂的空间结构 。
? 大多数由变构酶催化的反应不遵守米氏方程,
由变构剂所引起的抑制作用也不服从典型的
竞争性或非竞争性抑制 作用的数量关系 。
变构剂可以分为两类
? 激活变构剂,变构剂与酶分子结合后, 酶的构象
发生了变化, 这种新的构象有利于底物分子与酶
的结合, 使酶促反应速度提高 。
? 抑制变构剂,变构剂与酶分子结合所引起的酶的
构象变化不利于与底物的结合, 表现出一定程度
的抑制作用 。
? 实验发现, 在变构酶中起 催化作用, 称为 催化亚
基 ；与变构剂结合的对反应起调节作用, 称为 调
节亚基 。
共价修饰调控
? 某些酶分子上的基团可以在另一种酶催化下发生共价
修饰作用 （ 例如磷酸化或去磷酸化作用 ）, 从而引起
酶活性的激活或抑制 。 这种作用称为 共价修饰作用 。
这类酶则称为共价调节酶 。 有如下两个特点,
? 被修饰的酶可以有两种互变形式, 即一种为 活性形式
（ 具有催化活性 ）, 另一种为 非活性形式 （ 无催化活
性 )。 正反两个方向的互变均发生共价修饰反应, 并且
都将引起酶活性的变化 。
? 共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象, 所以
? 具有 信号放大 效应 。 例如肾上腺素引起糖原分解过程
中的一系列磷酸化激活步骤, 其结果将激素的信号被
逐级放大了约 300万倍 。
? 共价修饰
第四节 基因表达调控
基因表达 转录调控 方式
?原核生物以 操纵子 为单元进行表达和调控，
特异的阻遏蛋白是控制原核启动序列活性
的重要因素。
I－调节基因
P－启动子
O－操作子（操作
基因）
Z,Y,A－三种结
构基因
乳糖操纵子的调节机制
阻遏蛋白的负性调节
当无诱导物乳糖存在时，调节基因编码的阻遏
蛋白（ repressor protein）处于活性状态，阻止
RNA聚合酶与启动基因的结合，则无法启动转录。
当有乳糖存在时,lac操纵子（元）即可被诱导。
乳糖进入细胞，经 β －半乳糖苷酶催化，转变为
半乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，
使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与 O序列解离、转
录发生。
异丙基硫代半乳糖苷（ IPTG）是一种作用极
强的诱导剂，不被细菌代谢而十分稳定，因此被
实验室广泛应用
CAP（代谢产物活化蛋白）的正性调节
当没有 葡萄糖 及 cAMP浓度较高时,cAMP与
CAP结合，这时 CAP结合在 lac启动序列附近
的 CAP位点，可刺激 RNA转录活性。葡萄糖的
分解代谢产物能抑制腺苷酸环化酶活性并活
化磷酸二酯酶，从而降低了 cAMP的浓度，
CAP不能被活化形成 CAP－ cAMP复合物，则不
能转录。
? lac阻遏蛋白负性调节与 CAP正性调节两种机制协
调合作：当 Lac阻遏蛋白封闭转录时,CAP对该系
统不能发挥作用；但是如果没有 CAP存在来加强
转录活性，即使阻遏蛋白从操纵序列上解聚仍几
无转录活性。
? lac操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又需缺
乏葡萄糖。
调节基因 操纵基因
结构基因
mRNA
酶蛋白
调节基因 操纵基因 结构基因
辅阻遏物 trp 阻遏蛋白原
? 调节基因编码的阻遏蛋白原不与操作基因结合，结构基因转录。
Trp或 Trp－ RNA与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化与操纵基
因结合，结构基因不能表达。
阻遏物调节机制
色氨酸操纵子的调节机制
大肠杆菌色氨酸操纵子
的衰减作用
衰减子,在转录水平上调节基因表达的衰减作用，
用于终止和减弱转录，这种调节的作用部位叫衰减
子 —— 是一种位于结构基因上游前导区的 终止子 。
真核生物基因表达调控
DNA
转录初产物
RNA
mRNA
蛋白质前体 mRNA降解物
活性蛋白质
DNA水平调节
转录水平调节
转录后加工
的调节
翻译调节 mRNA降解 调节
翻译后加工
的调节
核
细胞质
? 真核基因表达调控的五个水平
DNA水平调节
转录水平调节
转录后加工的调节
翻译水平调节
翻译后加工的调节
? 真核基因调控主要是正调控
? 顺式作用元件和反式作用因子
? 转录因子的相互作用控制转录
真核基因的调控
⑤ 翻译调节
（ translational control）
真核染色质体（ DNA） ① 转录前调节
转录初级产物 RNA
（ Pro－ RNA） hnRNA
③ 转录后加工的调节（ RNA Processing control）
④ 转运调节（ RNA transport control）
mRNA
⑥ mRNA降解的调控
mRNA降解物 多肽链
⑦ 翻译后加工及蛋白质活性控制
（ protein activity control）
活性蛋白 失活蛋白
② 转录调节（ transcription control）
?顺式作用元件 (cis acting elements)
真核基因的顺式调控元件是基因周围
能与特异转录因子结合而影响转录的 DNA
序列。其中主要是起正性调控作用的顺
式作用元件，包括启动子 (promoter)、
增强子 (enhancer)；近年又发现起负性
调控作用的 元件沉寂子 (silencer)。
? 1.启动子（ Promoter）
? 是指 RNA聚合酶结合并起动转录的 DNA序列 。真核启
动子一般包括转录起始点及其上游约 100－ 200bp序
列，包含有若干具有独立功能的 DNA序列元件，每
个元件约长 7－ 30bp。
?
? ① 核心启动子元件 (core promoter element) 指
RNA聚合酶起始转录所必需的最小的 DNA序列，包括
转录起始点及其上游－ 25/－ 30bp处的 TATA盒。核
心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生
? ② 上游启动子元件 (upstream promoter element)
包括通常位于－ 70bp附近的 CAAT盒和 GC盒、以及距
转录起始点更远的上游元件
? 2.增强子（ Ehancer） 一种能够提高转录效率的顺
式调控元件，通常占 100－ 200bp长度，也和启动子一
样由若干组件构成，基本核心组件常为 8－ 12bp，可
以单拷贝或多拷贝串连形式存在。增强子的作用有以
? ①增强子提高同一条 DNA链上基因转录效率, 可以远
距离作用，通常可距离 1－ 4kb、个别情况下离开所调
控的基因 30kb仍能发挥作用，而且在基因的上游或下
游都能起作用
? ②增强子作用与其序列的正反方向无关,将增强子方
向倒置依然能起作用。而将启动子倒就不能起作用，
可见增强子与启动子是很不相同的。
? ③增强子要有启动子才能发挥作用,没有启动子存在，
增强子不能表现活性。
?3.沉寂子（ silencer）
最早在酵母中发现，以后在 T淋巴细胞的 T抗原受体基因
的转录和重排中证实这种沉寂子的作用可不受序列方向
的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达
起作用，是一种 负调控顺式元件 。
?UAS（ upstream acticity sequence）
CAATbox（－ 70～－ 80）
GC BOX（－ 80～－ 110）
反式作用因子
(trans acting factors)
以反式作用影响转录的因子可统称为转录因
子 (transcription factors,TF)。 RNA聚合
酶是一种反式作用于转录的蛋白因子。
?GTF（ Genaral Transcription Factor）
?TBP(TATAbox binding protein) 是唯一能识
别 TATA盒并与其结合的转录因子，是三种 RNA
聚合酶转录时都需要的；
?不同基因由不同的上游启动子元件组成，能
与不同的转录因子结合,这些转录因子通过
与基础的转录复合体作用而影响转录的效率。
第五节
糖代谢与脂代谢调节
能荷
?指细胞内 ATP,ADP,AMP系统 中可供
利用的高能磷酸键的量度。
?生物体内糖代谢和脂类代谢虽然受到柠
檬酸、乙酰辅酶 A等物质的调节，但调节
控制中起决定作用的是 ATP,AMP这些
反应 能荷的 物质。
生物系统中的能流
糖代谢途径的调节
? ATP是糖 酵解途径中限速酶磷酸果糖激
酶、丙酮酸激酶的反馈抑制物质。
?再三羧酸循环中、再糖原合成与分解途
径中,ATP均通过调节酶的活性来调节
整个的物质代谢速度。
PEP
丙酮酸 生酮氨基酸
?-酮戊二酸
核糖 -5-磷酸
甘氨酸
天冬氨酸
谷氨酰氨
丙氨酸
甘氨酸
丝氨酰
苏氨酸
半胱氨酸
氨基酸
6-磷酸葡萄糖
磷酸二羟丙酮
乙酰 CoA
甘油
脂肪酸
胆固醇
亮氨酸
赖氨酸
酪酰氨
色氨酸
笨丙氨酸
异亮氨酸
亮氨酸
色氨酸
乙酰乙酰 CoA
脂肪
核苷酸
天冬氨酸
天冬酰氨
天冬氨酸
苯丙酰氨
酪氨酸
异亮氨酸
甲硫酰氨
苏氨酸
缬氨酸
琥珀酰 CoA
苹果酸
草酰乙酸
柠檬酸
异柠檬酸
乙醛酸
蛋白质 淀粉、糖原 核酸
生糖氨基酸
谷氨酰氨
组氨酸
脯氨酸
精氨酸
谷氨酸
延胡索酸
琥珀酸
丙二单酰 CoA
1-磷酸葡萄糖
糖
类
、
脂
类
、
蛋
白
质
类
代
谢
途
径
关
系
核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系
?核苷酸的一些衍生物具重要生理功能 （ 如 CoA,NAD+，
NADP+,cAMP,cGMP） 。
? 核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细
胞的成分和代谢类型。
? 核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要
酶和多种蛋白质因子。
? 各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如 ATP
是能量的“通货”，此外 UTP参与多糖的合成,CTP参与磷脂合
成,GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。
通过 NADPH循环将还原力由分解代谢转
移给生物合成反应
NADPH+H+ NADP+
分解代谢 还原性有机物
还原性生物合成反应
氧化物
还原性生物
合成产物
氧化前体
脂肪酸合成的调节
?乙酰辅酶 A羧化酶 呈 聚合态是具有活性,
因此，凡促进其聚合因素起正调节作用，
使其解聚的因素起负调节作用。
第六节
代谢调节与微生物发酵
? 微生物代谢的调节控制可以直接应用于
发酵工业。
? 目前主要有 三种措施 改变微生物的正常
代谢。
1.降低最终产物的浓度 以解除反馈抑制。
2.改变敏感酶和酶生成机制 。
3.改变细胞的透性 。
降低最终产物的浓度
?降低最终产物的浓度可以解除最终产物对
合成途径的 反馈抑制或阻遏作用,也就能
积累中间产物或最终产物 。
改变敏感酶的作用机制
选育抗代谢类似物的 变异株,也是提高
某些代谢产物产量的措施 。
改变细胞的透性
?一方面注意筛选细胞膜通透性强的野生菌株。
?另一方面对于通过诱变选育出来的突变体要注
意控制发酵条件，以提高细胞膜的透性。
本章重点,
1,糖类、脂类、蛋白质和核酸代谢的调控和
相互关系。
2,了解细胞结构、酶活性、信号转导和基因
水平的代谢调节。
