大連理工大學生物化學課件糖酵解和己糖的分解代謝2

糖代謝1糖酵解糖有氧氧化磷酸戊糖途徑糖原的合成與分解糖異生2?糖的消化、吸收、運輸、貯存過程?利用糖的代謝調(diào)節(jié)生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品【了解】【掌握】?糖酵解概念，糖酵解途徑的基本反應過程、限速酶、ATP生成部位及生理意義。

?糖有氧氧化概念，有氧氧化途徑中丙酮酸氧化脫羧及三羧酸循環(huán)的基本反應過程、限速酶、ATP生成部位及生理意義。?磷酸戊糖途徑及生理意義，NADPH的功能

?肝糖原合成與分解的限速酶及其催化的反應

?糖異生的概念、限速酶及其催化的反應和生理意義?正常人血糖的來源與去路。激素對血糖水平的調(diào)節(jié)作用3一、糖的消化、吸收、運輸、貯存過程＊糖類的消化淀粉在口腔和小腸內(nèi)轉變?yōu)槠咸烟请p糖的水解——腸粘膜消化纖維素的水解＊糖類的吸收主動轉運被動轉運纖維素的作用：①有助于腸內(nèi)大腸桿菌合成多種維生素。②比重小，體積大，胃腸中占據(jù)空間大，有飽食感，有利于減肥。③刺激胃腸道，使消化液分泌增多、胃腸道蠕動增強，可防治糖尿病的便秘。④高纖維飲食可通過胃排空延緩、腸轉運時間改變、可溶性纖維在腸內(nèi)形成凝膠等作用而使糖的吸收減慢。⑤高纖維飲食使Ⅰ型糖尿病患者單核細胞上胰島素受體結合增加，從而節(jié)省胰島素的需要量。因此，糖尿病患者進食高纖維素飲食，可改善高血糖，減少胰島素和口服降糖藥物的應用劑量。4主動轉運葡萄糖吸收示意圖共轉運類固醇主動運輸?shù)奶攸c是：①逆濃度梯度（逆化學梯度）運輸；

②需要能量（ATP直接供能）或與釋放能量過程偶聯(lián)（協(xié)同運輸）；③都有載體蛋白，依賴于膜運輸?shù)鞍祝?/p>

④具有選擇性和特異性。5高濃度糖被動轉運低濃度糖不需耗能載體蛋白運轉方向6血糖的來源主要有四方面，主要代謝去路有五方面?食物中糖（消化吸收）?肝糖原（分解）?非糖物質(zhì)（糖異生）?其他單糖（轉變）血糖?氧化功能?合成糖原（肝糖原/肌糖原）?轉變成其他單糖及糖衍生物?轉變?yōu)橹?、氨基酸等非糖物質(zhì)?血糖濃度超過腎糖閾（1.6g/L）時可由尿排出血糖來源和去路、維持血糖恒定的機制7

肝臟可進行糖原合成、糖原分解和糖異生過程，是調(diào)節(jié)血糖濃度的最重要器官。

肌糖原對血糖濃度也有一定調(diào)節(jié)作用，但不能直接調(diào)節(jié)血糖，需通過乳酸循環(huán)方可調(diào)節(jié)血糖濃度。葡萄糖在肌肉中合成肌糖原，肌糖原分解產(chǎn)生大量乳酸，通過血液循環(huán)運送到肝臟，經(jīng)糖異生作用轉變?yōu)槠咸烟且匝a充血糖。該葡萄糖經(jīng)血液循環(huán)又可被運送到肌肉合成肌糖原，上述過程稱為乳酸循環(huán)。血糖來源和去路、維持血糖恒定的機制8降低血糖的激素——胰島素升高血糖的激素——胰高血糖素

——腎上腺素——糖皮質(zhì)激素——生長激素血糖主要在神經(jīng)、激素的調(diào)節(jié)下維持恒定9二、利用糖的代謝調(diào)節(jié)生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品淀粉丁醇和丙酮1910年，查姆-魏滋曼（ChaimWeizmann）博士細菌梭狀芽孢桿菌（Clostridiumacetobutyricum)發(fā)酵10查姆-魏滋曼（ChaimWeizmann）博士以色列第一任總統(tǒng)宣布立國：1948年5月14日14時零1分國旗：長方形，底面白色，上下各有一道淺藍色的寬帶。旗色是白藍，這是猶太人祈禱時用的披肩色。旗底白色部分的中間是一個六芒星，叫大衛(wèi)王之星，又叫大衛(wèi)的盾牌。這是根據(jù)1891年猶太復國運動的旗幟制定的。

國徽：中心圖案為一個七枝的燭臺。六枝表明創(chuàng)造的六日，中間一枝表明安息日。燭臺兩側各繪一株白色的橄欖枝，以表不同的國籍。

圣經(jīng)中預言的準確應驗，令史學家們佩服得五體投地。在2400年前，《圣經(jīng)》就預言了猶太人的亡國和復國。查考歷史，果真在公元70年被羅馬帝國滅亡，百姓四散到世界各地，然而在長達二千年的漂流中，非但沒有被異族同化（人類學家研究：一個民族分散不超過500年，就會被異族同化），反而照著《圣經(jīng)》預言于1948年5月14日下午4：01重新成立以色列國。11以色列第一任總統(tǒng)?錫安主義運動（ZionismMovement):奧地利新聞記者兼出版商提奧多爾·何素TheodoreHerzel(1860-1904年)，他是猶太人的領袖。他在1896年寫了《猶太人的國家》，提出猶太人回國與復國。這書轟動了世界。他堅持以色列人再一次出埃及。錫安山是他們歸回的目標，所以稱“錫安主義”。他于1897年在瑞士首創(chuàng)“錫安主義運動”，提出猶太人要回國與復國。

1874年10月27日出生。父母在沙俄1880年大屠殺死去。他是猶太難民，對復國有強烈意念。1901年，他在德國得了化學博士學位，同年加入“錫安主義運動。1906年，他受聘于英國曼徹斯特大學，成為化學教授。大學認識了原子物理教授恩涅思特·盧得福ErnestRutherford.盧得福向魏滋曼請教有關原子內(nèi)部秘密。魏指示他進行“放射性射線研究”，盧采納了。1911年，盧發(fā)現(xiàn)物質(zhì)放射性現(xiàn)象，來源于原子內(nèi)部的3種射線：α射線、β射線與γ射線。他向世界宣布:“原子核心部分，是由中子和質(zhì)子組成了原子核，核外有許多電子圍著轉，有如小宇宙?！彼@得了諾貝爾獎金，被授予英國皇室勛爵之榮。魏因盧就成了猶太復國鋪路的角色，魏就成了上流社交人物。12魏滋曼借助于盧得福認識了貝爾福ArthurBalfour。貝爾福于1902-1905年為英國首相。1915年，貝爾福聘魏滋曼任“海軍預備研究所”的首席技術專家。同年，他發(fā)明“溶煤炳酮”合成新型無煙炸藥。1916年，英法在凡爾登戰(zhàn)役中，敗德百萬，殲德百多戰(zhàn)艦。貝爾福將魏介紹給英皇。英皇要給魏頒獎。魏說，“我個人沒有所求，只求同胞能回國?！薄敦悹柛Ｐ浴稵heBalfourDeclaration

第一次世界大戰(zhàn)，英國從智利進口氮，用以制造武器。后來德國封鎖大西洋，得不到供應。正在這時，魏滋曼提出，從空氣中提取氮。英國因此解決了困難。因為以色列對英國有貢獻，所以準許他們回國。

1917年11月2日頒布了《貝爾福宣言》，準許猶太人回國購業(yè)，但要受英的治理與保護。這事得到美國總統(tǒng)威爾遜的支持。魏滋曼立即率領“錫安主義代表團”到以色列。1917年，以色列有85,000人，得英國為保障，基督徒也安然居住。耶路撒冷成立以魏為首的希伯來大學。1922年7月24日，國際聯(lián)盟正式把這地交與英國托管。1918年－1948年，英國治理以色列地，包括以色列和約旦及西岸的迦薩。1314“上帝十戒”1.除了我以外，你不可有別的神

2.不可為自己雕刻偶像，也不可作甚么形像仿佛上天、下地和地底下、水中的百物

不可跪拜那些像，也不可侍奉他，因為我耶和華——你的神是忌邪的神

恨我的，我必追討他的罪，自父及子，直到三四代

愛我、守我誡命的，我必向他們發(fā)慈愛，直到千代

3.不可妄稱耶和華——你神的名；因為妄稱耶和華名的，耶和華必不以他為無罪

4.當紀念安息日，守為圣日。六日要勞碌作你一切的工，但第七日是向耶和華——你神當守的安息日。這一日你和你的兒女、仆婢、牲畜，并你城里寄居的客旅，無論何工都不可作；因為六日之內(nèi)，耶和華造天、地、海，和其中的萬物，第七日便安息，所以耶和華賜福與安息日，定為圣日5.當孝敬父母，使你的日子在耶和華—你神所賜你的地上得以長久

6.不可殺人

7.不可奸淫

8.不可偷盜

9.不可作假見證陷害人

10.不可貪戀人的房屋；也不可貪戀人的妻子、仆婢、牛驢，他一切所有的15一、糖酵解（glycolysis）16

沒有經(jīng)過訓練的人，快速跑步之后肌肉感到疼痛，為什么？

點滴時常用葡萄糖作為溶劑，為什么？砷酸、砒霜（三氧化二砷）之類為什么能引起人類中毒？17將小麥、大豆、食鹽和幾種微生物包括酵母混合在一起，經(jīng)過發(fā)酵，可生成富含乳酸和乙醇的醬油。這兩種物質(zhì)是如何產(chǎn)生的？為了避免生成的醬油中有強烈的醋味，發(fā)酵罐中必須隔絕氧氣，為什么？18糖原淀粉蔗糖高等植物和動物細胞內(nèi)葡萄糖的主要代謝途徑（5碳化合物）（3碳化合物）大部分有機體的主要燃料分子，也是多功能的起始物19糖酵解途徑(glycolyticpathway)發(fā)現(xiàn)歷史1875年，法國科學家巴斯德(L.Pasteur)發(fā)現(xiàn)葡萄糖在無氧條件下被酵母菌分解生成乙醇的現(xiàn)象；1897年，德國的巴克納兄弟(HansBuchner和EdwardBuchner)發(fā)現(xiàn)發(fā)酵作用可以在不含細胞的酵母抽提液中進行；1905年，哈登(ArthurHarden)和揚(WilliamYoung)證明了無機磷酸的作用；1940年，前德國的生物化學家恩伯頓(GustarEmbden)和邁耶霍夫(OttoMeyerhof)等人完全闡明了糖酵解的整個途徑，揭示了生物化學的普遍性。故糖酵解途徑又稱Embden-MeyerhofPathway(簡稱EMP)。20糖酵解途徑(glycolyticpathway)發(fā)現(xiàn)歷史直到1941年，F(xiàn)ritzLipmann和HermanKalckar對高能化合物諸如ATP等代謝角色的清楚認識，才確認在酵母和肌肉的提取物中糖酵解的反應是生化研究的中心。FritzLipmannHermanKalckar21確立糖酵解途徑的實驗依據(jù)？22糖酵解途徑實驗依據(jù)（1）酵母抽提液的發(fā)酵速度比完整酵母慢，且逐漸緩慢直至停頓；如果加入無機磷酸鹽，可以恢復發(fā)酵速度，但不久又會再次緩慢，同時加入的磷酸鹽濃度逐漸下降。上述現(xiàn)象說明在發(fā)酵過程中需要磷酸，可能磷酸與葡萄糖代謝中間產(chǎn)物生成了糖磷酸酯。完整細胞可通過ATP水解提供磷酸。23糖酵解途徑實驗依據(jù)（2）碘乙酸對酵母生長有抑制作用；將葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保溫，可以分離出少量的磷酸丙糖（主要是3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮的平衡混合物）。推斷磷酸己糖可能裂解為兩分子三碳糖而碘乙酸對三碳糖進一步分解的酶有抑制作用。24糖酵解途徑實驗依據(jù)（3）氟化鈉對酵母生長也有抑制作用；將1,6-二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提液以及氟化鈉一起保溫，有磷酸甘油酸積累（3-磷酸甘油酸和2-磷酸甘油酸的平衡混合物）。推斷3-磷酸甘油酸是3-磷酸甘油醛的氧化產(chǎn)物，2-磷酸甘油酸又是前者變位后的產(chǎn)物，氟化鈉對2-磷酸甘油酸進一步反應的酶有抑制作用。25糖酵解途徑實驗依據(jù)（4）將酵母液透析后就會失去發(fā)酵能力；將酵母液加熱到50℃也會失去發(fā)酵能力；將經(jīng)過透析失活的酵母液混合在一起后又恢復發(fā)酵能力。推斷發(fā)酵需要兩類物質(zhì)：一是熱不穩(wěn)定的，不可透析的組分即酶；二是熱穩(wěn)定的可透。析的組分，如輔酶、ATP、金屬離子等。26糖酵解是葡萄糖代謝的主要途徑，大多數(shù)細胞中碳的流動主要通過這條途徑。如哺乳動物的紅細胞、腎髓質(zhì)、腦和精子中是唯一的代謝能量來源；許多厭氧微生物完全依賴糖酵解。27糖酵解途徑(glycolyticpathway)葡萄糖丙酮酸(pyruvate)胞漿ATP+NADH發(fā)酵（fermentation）：指葡萄糖或其他有機營養(yǎng)物通過厭氧呼吸降解獲得能量，貯存ATP。丙酮酸缺氧乳酸（lactate）乳酸發(fā)酵（lacticacidfermentation）脫羧乙醛還原乙醇乙醇發(fā)酵（alcoholfermentation）有氧乙酰CoATCA循環(huán)CO2+H2O有氧氧化還原28前5步為準備階段（吸能反應階段）:葡萄糖首先被磷酸化，ATP是磷酰基團的供體。后5步為償還階段（放能反應階段）:產(chǎn)生ATP補償準備階段消耗的能量，還能產(chǎn)生贏余。消能多少？產(chǎn)能多少？糖酵解分2個階段，共10個反應步驟29細胞外液細胞質(zhì)葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸ATPADP

葡萄糖磷酸化葡萄糖-6-磷酸葡萄糖帶極性而不易穿越細胞膜30吸能反應階段放能反應階段糖酵解途徑可凈產(chǎn)生2分子ATP①~⑤消耗2個ATP使1分子6碳糖裂解為2分子3碳糖⑥~⑩產(chǎn)生2分子丙酮酸4分子ATP和2分子NADH31葡萄糖3-磷酸甘油醛糖酵解第一階段吸能反應階段321、葡萄糖的磷酸化激活通過己糖激酶（或葡萄糖激酶）活化，消耗第一個ATP，活化葡萄糖以進行后續(xù)反應。33

?己糖激酶分布在所有細胞內(nèi)，對葡萄糖的Km=0.1mmol，專一性不強，可活化六碳糖。

?

葡萄糖激酶主要存在于肝細胞，葡萄糖Km=5~10mmol，專一性很強。一般情況下細胞內(nèi)葡萄糖濃度=4mmol，因此己糖激酶是激活葡萄糖的酶；

當血糖濃度很高時，葡萄糖激酶在肝臟中活化葡萄糖，隨后通過生成UDPG而合成糖原。342、葡萄糖-6-磷酸異構為果糖-6-磷酸磷酸己糖異構酶催化，醛糖與酮糖轉化，反應可逆353、第2步活化反應：果糖-6-磷酸磷酸化磷酸果糖激酶-1激活，消耗第2個ATP，反應不可逆36?磷酸果糖激酶（PFK）是變構酶，該反應是糖酵解關鍵步驟▼ATP抑制，AMP解除抑制低能量狀態(tài)（ATP濃度低）激活PFK高能量狀態(tài)（ATP濃度高）抑制PFK▼

檸檬酸是一種變構抑制劑▲果糖-2,6-二磷酸是變構激活劑37384、果糖-1,6-二磷酸的裂解通過醛縮酶（裂合酶）催化，反應可逆395、丙糖磷酸的異構通過丙糖磷酸異構酶催化，反應可逆404&5、FBP的裂解和丙糖磷酸的異構醛縮酶丙糖磷酸異構酶41葡萄糖通過通過2次磷酸化而被激活為活潑的FBPFBP裂解為2分子三碳糖①己糖激酶②磷酸果糖激酶-142己糖激酶磷酸己糖異構酶磷酸果糖激酶醛縮酶磷酸丙糖異構酶磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸變位酶烯醇化酶丙酮酸激酶葡萄糖激酶43糖酵解第二階段——放能階段446、甘油醛-3-磷酸轉化為甘油酸-1，3-二磷酸丙糖磷酸通過甘油醛-3-磷酸脫氫酶催化，反應可逆砷酸可替代磷酸與3-磷酸甘油酸反應生成1-砷酸-3-磷酸甘油酸457、甘油酸-1,3-二磷酸的磷酰基轉移給ADP生成ATP◆步驟6和7是一個能量偶聯(lián)過程☆3-磷酸甘油醛氧化為3-磷酸甘油酸☆NAD+還原為NADH☆ADP磷酸化為ATP46底物水平磷酸化：底物分子的高能鍵轉移至ADP或GDP生成ATP或GTP的過程。砷酸鹽起解偶聯(lián)作用——解除了氧化和磷酸化的偶聯(lián)P76砷酸替代磷酸與3-磷酸甘油酸反應生成1-砷酸-3-磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛+ADP+Pi+NAD+=3-磷酸甘油酸+ATP+NADH+H+1-砷酸-3-磷酸甘油醛+H2O=3-磷酸甘油酸+砷酸無ATP產(chǎn)生！478、3-磷酸甘油酸變位生成2-磷酸甘油酸489、2-磷酸甘油酸脫水變位為磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）4910、2-磷酸甘油酸脫水變位為磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷?；D移至ADP生成ATP50丙酮酸（烯醇式）丙酮酸（酮式）PEP丙酮酸515253糖酵解總方程式：葡萄糖+2NAD++2ADP+2Pi2丙酮酸+2NADH

+2H++2ATP+2H2O葡萄糖+2NAD+2丙酮酸+2NADH

+2H+（Go1=-146kJ/mol）2ADP+2Pi2ATP+2H2O（Go2=61kJ/mol）Gs=G01+G02=-146kJ/mol+61kJ/mol=-85kJ/mol葡萄糖CO2+H2O（G0=-2840kJ/mol）萄糖經(jīng)糖酵解生成丙酮酸釋放的能量占總能量的5.2%(146/2840)100%=5.2%54

糖酵解過程中的所有中間產(chǎn)物都是以磷酸化合物的形式存在。意義：

1、在pH7時，被離子化具有極性，帶負電荷，不易透過脂膜而失散；2、磷酸基團在酶催化的代謝能量貯存中是必要組分，也利于向ADP提供磷?；鶊F形成ATP；3、磷?；鶊F結合到酶的活性位點產(chǎn)生的結合物降低了活化能并增加了酶促反應的特異性。552丙酮酸2乳酸2乙醇+CO22乙酰輔酶A4CO2+4H2O葡萄糖糖酵解（10步反應）三羧酸循環(huán)無氧條件有氧條件CO2酵母中發(fā)酵產(chǎn)生乙醇肌肉組織紅細胞微生物···發(fā)酵產(chǎn)生乳酸無氧條件有氧無氧條件下丙酮酸去路561、無氧條件下，NADH通過還原丙酮酸而再生NAD+使糖酵解繼續(xù)進行下去。2、有氧條件下，NADH通過將電子和氫傳遞給O2而氧化再生丙酮酸，進而徹底氧化為CO2和H2O。57糖酵解途徑的調(diào)節(jié)ATP/ADP比例（反映細胞內(nèi)能量水平）：ATP/ADP↑（能量充足）：酵解↓ATP/ADP↓（能量短缺）：酵解↑糖酵解途徑有三個關鍵酶，即

己糖激酶（葡萄糖激酶）；

磷酸果糖激酶-1；（限速酶）

丙酮酸激酶。

糖酵解途徑的調(diào)節(jié)主要是通過各種變構劑對三個關鍵酶進行變構調(diào)節(jié)。

58葡萄糖激酶（glucokinase）G-6-P長鏈脂酰CoA己糖激酶（hexokinase）1.己糖激酶或葡萄糖激酶：

己糖激酶存在于肝、腎以外的不能合成糖原的組織中。

葡萄糖激酶是肝臟調(diào)節(jié)葡萄糖吸收的主要的關鍵酶。59檸檬酸ATP加強ATP的抑制效應2、6-磷酸果糖激酶-1：

6-磷酸果糖激酶-1是調(diào)節(jié)糖酵解代謝途徑流量的主要因素，是限速酶。6-磷酸果糖激酶-1（6-phosphofructokinase-1）ATP濃度較高時，6-磷酸果糖激酶-1幾乎無活性，糖酵解作用減弱；當AMP累積，ATP較少時，酶活性恢復，糖酵解作用加強；此外，H+也可抑制6-磷酸果糖激酶-1的活性，防止肌肉中形成過量的乳酸。ADP、AMP1,6-雙磷酸果糖2,6-雙磷酸果糖60果糖-2,6-二磷酸對糖酵解的調(diào)節(jié)作用肝臟中，果糖2,6-二磷酸提高果糖激酶與果糖-6-磷酸的親和力并降低ATP的抑制效應。相對速度613.丙酮酸激酶（pyruvatekinase）：ATP、丙氨酸(肝)果糖-1,6-二磷酸不活躍的磷酸化的丙酮酸激酶去磷酸化的丙酮酸激酶葡萄糖濃度增加減少H2OATPADPPi活躍的激活抑制加強酵解作用降低酵解作用62糖酵解的生理意義1、糖原或葡萄糖分解供能的必需途徑。2、缺氧情況下（如機體缺氧、劇烈運動肌肉局部缺血等）獲得能量的主要途徑。對于厭氧生物，糖酵解是糖分解和獲取能量的主要方式。3、有氧條件下，紅細胞、白細胞、精子、腦和骨骼組織等的主要供能形式。4、糖酵解途徑中，除由己糖激酶、果糖磷酸激酶、丙酮酸激酶所催化的反應是不可逆的以外，其余反應均可逆轉，為糖異生作用提供了基本途徑。63其他六碳糖進入糖酵解途徑P8564小結：1、底物：1分子葡萄糖，產(chǎn)物：2分子丙酮酸。2、三步不可逆反應的酶：己糖激酶（葡萄糖激酶）、6-磷酸果糖-1-激酶（關鍵酶）、丙酮酸激酶3、耗能：2分子ATP，產(chǎn)能：4分子ATP4、高能化合物：1,3-二磷酸甘油酸；磷酸烯醇式丙酮酸5、產(chǎn)能步驟：1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸

磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸6、總反應：C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi2C3H6O3+2NADH

+2H++2ATP+2H2O656667一、選擇題1、在厭氧