第八章 糖代謝

Chapter8MetabolismofCarbohydrates第八章糖代謝8.1概述8.2糖的分解代謝8.3糖原的生物合成和葡萄糖異生作用8.4糖代謝在工業(yè)上的應(yīng)用§8.1概述葡萄糖及其他單糖經(jīng)分解代謝可為機體提供大量的能量，成人每天所需能量的60%~70%均來自糖類。植物和光合細菌能利用CO2和H2O合成糖類——自養(yǎng)，人類和動物則利用植物制造的糖類獲取能量——異養(yǎng)。淀粉和糖原是異養(yǎng)生物能源和碳源。

多糖酶促降解的兩種方式細胞外降解——水解（由動物的消化酶類或微生物胞外酶完成）。各種糖苷酶水解多糖，如：淀粉酶類。細胞內(nèi)降解——磷酸解。由磷酸化酶催化底物加磷酸同時降解。一、多糖及寡糖的酶促降解⑴α-淀粉酶(α-amylase)名稱：α-糊精酶或液化酶。作用：內(nèi)切酶，內(nèi)部隨機水解α-1,4-糖苷鍵。

不能水解α-1,6-糖苷鍵。產(chǎn)物：直鏈淀粉→G、麥芽糖、糊精支鏈淀粉→G、麥芽糖、異麥芽糖、糊精存在：動物的唾液和胰液、植物的麥芽；微生物枯草桿菌、芽孢桿菌、米曲霉、黑曲霉。1、細胞外降解——糖苷酶（glycosidase）（2）β-淀粉酶(β-amylase)

名稱：α-1,4-麥芽糖苷酶。

作用：外切酶，水解淀粉α-1,4-糖苷鍵，從非還原端依次切下2個G單位，不能水解α-1,6-糖苷鍵，作用于支鏈淀粉時，遇到分支點即停止作用，剩下的大分子量分支糊精，稱為β-極限糊精或核心糊精（coredextrin）。產(chǎn)物：直鏈淀粉→麥芽糖;支鏈淀粉→麥芽糖+核心糊精（β-極限糊精）。

存在：麥芽、麩皮、大豆、甘薯、細菌等。

α-淀粉酶和β-淀粉酶的區(qū)別在于α-淀粉酶水解-1，4糖苷鍵，β-淀粉酶水解β-1，4糖苷鍵。（3）γ–淀粉酶(γ-amylase)名稱：又稱糖化酶或葡萄糖淀粉酶。作用：

外切酶，水解淀粉的α-1,4-糖苷鍵和α-1,6-糖苷鍵，從非還原端順次切下一個葡萄糖分子，并轉(zhuǎn)位形成β-葡萄糖。產(chǎn)物：葡萄糖。存在：動物組織、霉菌、細菌。糖化酶主要用途是淀粉糖化劑，是淀粉工業(yè)轉(zhuǎn)化的主要水解酶，它與α-淀粉酶一起廣泛用于淀粉糖生產(chǎn)和發(fā)酵（4）R酶(glucosiduse)名稱：α-1,6-葡萄糖苷酶。作用：水解支鏈淀粉α-1,6-糖苷鍵。產(chǎn)物：支鏈淀粉→直鏈糊精。存在：植物、動物、微生物。各種淀粉水解酶的專一性（5）纖維素酶(cellulase)作用：水解纖維素分子的β-1,4-糖苷鍵。產(chǎn)物：纖維素→纖維二糖+葡萄糖。存在：微生物。

反芻類哺乳動物牛、羊腸道中的細菌能分泌纖維素酶可以降解纖維素。（1）糖原磷酸化酶：水解糖原α-1,4-糖苷鍵，從非還原端起切下的葡萄糖C1位磷酸化形成G-1-P。（2）脫支酶：水解糖原分支點的α-1,6-糖苷鍵。2、細胞內(nèi)降解非還原端+G-1-P

極限糊精寡聚-（1,4→1,4)葡萄糖轉(zhuǎn)移酶α-1,4-糖苷+GH2O脫支酶+G-1-P磷酸化酶磷酸化酶Pi（3）水解雙糖的酶麥芽糖葡萄糖+葡萄糖蔗糖葡萄糖+果糖乳糖葡萄糖+半乳糖蔗糖酶麥芽糖酶乳糖酶β-半乳糖苷酶二、單糖的吸收與轉(zhuǎn)運1、單糖可被吸收2、參與消化的酶類

唾液（含α-淀粉酶）

----水解α-1,4糖苷鍵

產(chǎn)物:G，麥芽糖，糊精3、吸收部位：小腸——單糖（酶）方式：消耗能量的主動運輸過程

4、血糖：血液中的葡萄糖。

血糖的主要來源與去路

血糖

食物中糖氧化供能其它糖，復(fù)合糖肝糖原分解糖原合成非糖物質(zhì)（脂肪、非必需AA）糖異生(腎糖域)尿糖高血糖：?8.8mmol/L；低血糖：?3.8mmol/L。

正常：4.4~6.7mmol/L葡萄糖與Na+同向協(xié)同運輸

3、糖代謝概況

葡萄糖

酵解途徑丙酮酸

有氧無氧H2O及CO2

乳酸

糖異生途徑

乳酸、氨基酸、甘油糖原

肝糖原分解糖原合成核糖+NADPH+H+磷酸戊糖途徑淀粉消化與吸收

（1）需氧分解（有氧呼吸）——氧為最終受氫體糖在有氧條件下徹底分解成CO2和H2O，同時放出能量的過程，稱為糖的有氧氧化或有氧呼吸?！究偡磻?yīng)式】：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+686千卡自由能（2）不需氧分解（無氧呼吸）少數(shù)生物或組織在缺氧或暫時缺氧時葡萄糖的分解反應(yīng)，產(chǎn)生較少ATP。G在細胞內(nèi)進行無氧呼吸生成乳酸的過程，稱為酵解(glycolysis)。C6H12O62丙酮酸2乳酸+47千卡自由能酵解還原

——代謝中間產(chǎn)物為最終受氫體C6H12O62丙酮酸2乙醇+2CO2+52千卡自由能（3）以無機物為受氫體的無氧呼吸

厭氧生物以無機硫或硝酸鹽、亞硝酸鹽為糖氧化的受氫體。微生物在分解糖時也獲取部分能量。發(fā)酵葡萄糖經(jīng)酵母菌無氧呼吸作用生成

乙醇的過程，稱為發(fā)酵。還原§8.2糖的分解代謝EMP途徑無氧乙醛丙酮酸受氫體——無氧分解和有氧分解的共同階段從葡萄糖→丙酮酸的10步反應(yīng)，稱為EMP途徑或糖酵解途徑。一、EMP途徑（糖酵解途徑）EMP途徑是1933年Embden和Meyerhof、Parnas發(fā)現(xiàn)糖酵解及發(fā)酵的關(guān)鍵性中間產(chǎn)物而得名。EMP途徑的反應(yīng)過程：fructose-1,6-bisphosphate

磷酸己糖異構(gòu)酶(2)fructose-6-phosphate

（1）活化階段（-2ATP）glucose

glucose-6-phosphate

磷酸果糖激酶-1ATPADP(3)己糖激酶/葡萄糖激酶ATPADP(1)GG-6-PF-6-PF-1,6-2P第一限速第二限速（EC2.）（EC5.）（EC2.）fructose-1,6-bisphosphate

（2）裂解階段磷酸丙糖異構(gòu)酶(5)醛縮酶(4)dihydroxyacetonephosphate

glyceraldehyde-3-phosphate

F-1,6-2P(FBP/FDP)二羥丙酮磷酸（DHAP）甘油醛-3-磷酸（GAP）醛縮酶的產(chǎn)物是：（

）A．G-6-P

B．F-6-P

C．F-D-P

D．1，3-二磷酸甘油酸（EC4.）（EC5.）glyceraldehyde-3-phosphate

(6)甘油醛-3-磷酸脫氫酶NAD++PiNADH+H+glycerate-1,3-diphosphate

(7)ATPADP磷酸甘油酸激酶/Mg2+

glycerate-3-phosphate

(8)磷酸甘油酸變位酶glycerate-2-phosphate

（3）放能階段

（+4ATP、+2H）甘油醛-3-磷酸（GAP）甘油酸-1,3-二磷酸（1,3-BPG）甘油酸-3-磷酸底物水平磷酸化甘油酸-2-磷酸（EC1.）（EC2.）（EC5.）甘油酸-2-磷酸磷酸烯醇式丙酮酸

丙酮酸底物水平磷酸化葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2OEMP總反應(yīng)式：

第三限速glycerate-2-phosphate

烯醇化酶⑼H2Ophosphoenolpyruvate丙酮酸激酶⑽ATPADPpyruvateH-（EC2.）（EC4.）第一限速步驟第二限速步驟唯一脫氫氧化第三限速步驟底物水平磷酸化底物水平磷酸化己糖激酶糖酵解時哪一對代謝物提供P使ADP生成ATP：（

）A．3-磷酸甘油醛及磷酸烯醇式丙酮酸B．1,3-二磷酸甘油酸及磷酸烯醇式丙酮酸C．1-磷酸葡萄糖及1,6-二磷酸果糖D．6-磷酸葡萄糖及2-磷酸甘油酸1、最初指糖類在微生物細胞內(nèi)無氧分解，生成酒精的過程。2、最終受氫體——乙醛；終產(chǎn)物——乙醇。3、現(xiàn)在凡利用微生物生產(chǎn)產(chǎn)品，需氧或不需氧，糖或其它物質(zhì)代謝，統(tǒng)稱發(fā)酵。1、多數(shù)組織細胞在缺氧時進行酵解作用。2、最終受氫體——丙酮酸；終產(chǎn)物——乳酸。（二）發(fā)酵（一）酵解——成熟紅細胞主要能源二、無氧分解的還原階段(-2H)在缺氧條件下，丙酮酸還原為乳酸的意義是使NAD+再生。乳酸脫氫酶NAD+NADH+H+⑾pyruvatelactate丙酮酸乳酸CHOCH3CH2OHCH3+NADH+H++NAD+COOHC=OCH3+CO2CHOCH3丙酮酸脫羧酶丙酮酸乙醛乙醇乙醛乙醇脫氫酶1.

酵解2.發(fā)酵（EC1.）（EC4.）（EC1.）無氧分解普遍存在，厭氧微生物主要產(chǎn)能途徑。G為起始底物——凈生成2ATP；

糖原為起始底物——凈生成3ATP。酵解產(chǎn)能：

總△G0`=-196.6kJmol-1（-47kcal·mol-1）

貯能效率：

31%（1molATP=30.5kJ）發(fā)酵產(chǎn)能：總△G0`=-217.6kJ·mol-1(-52Kcal·mol-1)

貯能效率：

28%（三）糖無氧代謝的生理意義TAC循環(huán)

G（Gn）丙酮酸

乙酰CoA

CO2

NADH+H+FADH2H2O

[O]

ATP

ADP胞液

線粒體

三、糖的有氧氧化

——巴斯德效應(yīng)途徑：糖酵解途徑（EMP）、丙酮酸氧化脫羧、三羧酸循環(huán)（TCA）三階段。EMP途徑呼吸鏈（一）三羧酸(TCA)循環(huán)1.

準(zhǔn)備階段——EMP途徑葡萄糖生成丙酮酸（線粒體外）特點：EMP途徑中甘油醛-3-P脫下的2H進入呼吸鏈徹底氧化。共得2×2(1.5)或2×3(2.5)分子ATP。故第一階段可凈生成6(5)分子或8(7)分子ATP。此反應(yīng)聯(lián)系EMP途徑和TCA。2.丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA（線粒體內(nèi)）丙酮酸脫氫酶系NAD++HSCoANADH+H++CO2*pyruvateacetylCoA丙酮酸乙酰CoA2CO22×3(2.5)=6(5)ATP

E1催化的1~3脫羧反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，丙酮酸脫氫酶系（多酶復(fù)合體）是葡萄糖有氧氧化體系的調(diào)節(jié)酶之一?！玖N輔因子】：TPP+、硫辛酸、FAD、NAD+、CoASH、Mg2+。

丙酮酸脫氫酶系含三種酶：E1：丙酮酸脫氫酶(TPP+)E2：二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；?硫辛酸)E3：二氫硫辛酸脫氫酶(FAD)丙酮酸脫氫酶系催化的反應(yīng)不涉及下述哪種物質(zhì)？（

）A．乙酰CoA

B．硫辛酸C．TPP

D．生物素

E．NAD+CO2CoASHNAD+NADH+H+5.

NADH+H+的生成1.

-羥乙基-TPP的生成

2.乙酰硫辛酰胺的生成3.乙酰CoA的生成4.硫辛酰胺的生成五步反應(yīng)3.乙酰CoA經(jīng)TCA徹底氧化產(chǎn)物:2×12(10)=24(20)ATP

(4次脫H+1次底物磷酸化)和2×2CO2(2次脫羧)、H2O。反應(yīng)循環(huán)進行,前4個中間產(chǎn)物都是六碳三羧酸,稱三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle,TCA);因第一個產(chǎn)物是檸檬酸,又稱檸檬酸循環(huán);此循環(huán)代謝理論于1937年由H·A·Krebs提出,又稱Krebs循環(huán)。TCA在線粒體基質(zhì)中進行。⑴乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸*不可逆反應(yīng)*檸檬酸合（成）酶---第一個限速酶TCA一次循環(huán)包括8步反應(yīng)：合酶與合成酶的區(qū)別合酶synthase屬裂合酶(EC4）或轉(zhuǎn)移酶（EC2);合成酶synthetase是連接酶(EC6)。合酶涉及雙鍵，合成酶需要ATP。現(xiàn)在有一部分合酶被轉(zhuǎn)移到EC2，比如檸檬酸合酶citratesynthase，現(xiàn)在是EC2.3.3.1；糖原合酶Glycogensynthase:EC2.4.1.11；脂肪酸合酶fattyacidsynthase:EC2.3.1.85。蛋白激酶:EC2.7.1.126

ATP合酶ATPsynthase：EC3.6.3.14精氨琥珀酸合成酶Argininosuccinatesynthetase：EC6.3.4.5；合成酶現(xiàn)在也都叫l(wèi)igase了。2×3(2.5)ATP2×CO2（2）檸檬酸異構(gòu)為異檸檬酸（3）異檸檬酸氧化脫羧成α-酮戊二酸*不可逆反應(yīng)（第一次氧化脫羧）

*異檸檬酸脫氫酶--第二限速酶(主要)EC4.（4）α-酮戊二酸氧化脫羧成琥珀酰CoA*不可逆反應(yīng)（第二次氧化脫羧）

*

α-酮戊二酸脫氫酶系與丙酮酸脫氫酶系類似（多酶復(fù)合體）--第三限速酶

2×3(2.5)ATP2×CO2（5）琥珀酰CoA變?yōu)殓晁?底物水平磷酸化（唯一）*琥珀酸硫激（琥珀酰CoA合成）酶

G在兩次氧化脫羧階段，共產(chǎn)生:

2×2×CO22×2×NADH+H（12ATP/10ATP）

2×1×GTP（=2ATP）EC6.2×2(1.5)ATP第三次氧化還原（6）琥珀酸脫氫為延胡索酸L-（7）延胡索酸水合為L-蘋果酸（EC4.）TCA循環(huán)中催化琥珀酸形成延胡索酸的酶是琥珀酸脫氫酶，此酶的輔因子是A．NAD+

B．CoASHC．FAD

D．TPP

E．NADP+（EC1.）2×3(2.5)ATPL-第四次氧化還原（8）L-蘋果酸脫氫為草酰乙酸(6)~(8)草酰乙酸的再生

2次脫氫——10(8)ATPFADH2

:2×1×2(1.5)ATP

NADH+H+

:2×1×3(2.5)ATP（EC1.）TCA循環(huán)中發(fā)生底物水平磷酸化的化合物是（）A．α-酮戊二酸

B．琥珀酰C．琥珀酰CoA

D．蘋果酸TCA中底物水平磷酸化直接生成的是ATP。

C2C6C4C4C5NADH+H+CO2NADH+H+CO2GTPFADH2NADH+H+三羧酸循環(huán)概況TCA④①②③⑤⑦⑥⑧三羧酸循環(huán)中哪一個化合物前后各放出一個分子CO2：（

）A．檸檬酸

B．乙酰CoA

C．琥珀酸

D．α-酮戊二酸在有氧條件下，線粒體內(nèi)下述反應(yīng)中能產(chǎn)生FADH2步驟是：（

）A．琥珀酸→延胡索酸

B．異檸檬酸→α-酮戊二酸C．α-戊二酸→琥珀酰CoA

D．蘋果酸→草酰乙酸4、TCA的調(diào)控關(guān)鍵底物：乙酰CoA（丙酮酸）、草酰乙酸（蘋果酸）。反饋抑制：乙酰CoA、檸檬酸、琥珀酰CoA

。

Ca2+對異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶有激活作用；ADP是異檸檬酸脫氫酶變構(gòu)促進劑。ATP和NADH濃度上升產(chǎn)生抑制作用?！救齻€調(diào)節(jié)酶—限速酶】：檸檬酸合酶（EC2.）、異檸檬酸脫氫酶（EC1.）、α-酮戊二酸脫氫酶系。(1)檸檬酸合酶——限速酶抑制物質(zhì)：ATPNADH琥珀酰CoA激活物質(zhì)：草酰乙酸乙酰CoA(2)異檸檬酸脫氫酶——限速酶抑制物質(zhì)：ATPNADH激活物質(zhì)：ADPCa2+

(3)

－酮戊二酸脫氫酶系——限速酶抑制物質(zhì)：ATPNADH琥珀酰CoA激活物質(zhì)：ADPNAD+Ca2+

5、TCA循環(huán)的生理意義（1）為生物體供能的主要途徑

EMP途徑——凈生成6(5)或8(7)ATP

2次底物水平磷酸化：2×2=4ATP1次氧化磷酸化——

4(3)或6(5)ATP

2×2(1.5)ATP=4(3)ATP(FAD呼吸鏈)或2×3(2.5)ATP=6(5)ATP(NADH呼吸鏈)G→F-1,6-2P

消耗：-2ATP丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA:2×3(2.5)=6(5)ATPTCA——2次脫羧、4次氧化脫氫、

1次底物水平磷酸化共生成——2×12(10)=24(20)ATP。異檸檬酸脫氫:2×3(2.5)=6(5)ATP

α-酮戊二酸脫氫:

2×3(2.5)=6(5)ATP琥珀酰CoA→琥珀酸:2×1=2ATP琥珀酸脫氫:2×2(1.5)=4(3)ATP

蘋果酸脫氫:

2×3(2.5)=6(5)ATP線粒體階段可生成：6(5)+24(20)=

30(25)ATP

1molG氧化成CO2和H2O，可產(chǎn)生36(30)或38(32)ATP，與無氧分解產(chǎn)生2ATP比高19(16)倍。葡萄糖需氧代謝的貯能效率：C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi→6CO2+38ATP+6H2O（總反應(yīng)式）1molG氧化放能2870kJ，產(chǎn)生38ATP貯能30.54kJ×38=1160.5kJ貯能效率=1160.5kJ/2870kJ≈40%原核生物中，有氧條件下，利用1摩爾葡萄糖生成的凈ATP摩爾數(shù)與在無氧條件下利用1摩爾生成的凈ATP摩爾數(shù)的最近比值是：

A．2：1

B．9：1

C．18：1D．19：1

E．25：1