第四章 糖類與糖類代謝177

第四章糖類與糖類代謝

糖類是四大類生物分子之一，具有重要生物學(xué)意義。糖類在生物體內(nèi)不僅作為結(jié)構(gòu)成分和主要能源，而且復(fù)合糖中的糖鏈作為細(xì)胞識(shí)別的信息分子參與許多生命過(guò)程。糖酵解過(guò)程是生物體最古老、最原始獲得能量的一種方式，它是包括有氧生物在內(nèi)所有生物共同經(jīng)歷的途徑。檸檬酸循環(huán)是糖、脂類和氨基酸代謝的最后共同途徑。葡萄糖在無(wú)氧條件下轉(zhuǎn)變?yōu)楸岷?，在進(jìn)入檸檬酸循環(huán)之前，先進(jìn)行氧化脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴］o酶A。學(xué)習(xí)提示：

主要內(nèi)容第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解第三節(jié)糖酵解第四節(jié)檸檬酸循環(huán)第五節(jié)磷酸戊糖途徑第六節(jié)單糖的生物合成第七節(jié)蔗糖和淀粉的生物合成第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類糖類物質(zhì)是一類多羥基醛或多羥基酮類化合物或聚合物；糖類物質(zhì)可以根據(jù)其水解情況分為：?jiǎn)翁恰⒐烟呛投嗵?；在生物體內(nèi)，糖類物質(zhì)主要以均一多糖、雜多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。該節(jié)主要內(nèi)容：一.單糖二.雙糖三.多糖四.糖蛋白及其糖鏈第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類單糖（monosaccharides）是最簡(jiǎn)單的碳水化合物，它是具有兩個(gè)或更多個(gè)羥基的醛或酮。最簡(jiǎn)單的單糖是甘油醛和二羥丙酮，所有的醛糖都可以看成是由甘油醛的醛基碳下端逐個(gè)插入C延伸而成。由D-甘油醛衍生而來(lái)的稱D系醛糖，由L-甘油醛衍生而來(lái)的稱L系醛糖。L系醛糖是相應(yīng)的D系醛糖的對(duì)映體。同樣各種酮糖可被認(rèn)為是由二羥丙酮衍生而來(lái)的。植物體內(nèi)的單糖最主要的是戊糖、己糖和庚糖。

一.單糖甘油醛二羥丙酮第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類1.戊糖（pentose）高等植物中有三種重要的戊糖：D-核糖、L-阿拉伯糖及D-木糖，這些糖類的結(jié)構(gòu)式也可寫(xiě)成環(huán)狀，其環(huán)狀結(jié)構(gòu)多以呋喃糖形式存在。最重要的兩種戊糖是：D-核糖及2-脫氧D-核糖。D-核糖是細(xì)胞中核糖核酸的主要成分，2-脫氧-D-核糖存在于脫氧核糖核酸中，即D-核糖在第二碳原子被還原。D-核糖及2-脫氧-D-核糖結(jié)構(gòu)式如下：一.單糖第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類2.己糖（hexose）最普遍存在的兩種己糖是葡萄糖和果糖。它們?cè)谌芤褐械闹饕问讲⒉皇情_(kāi)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，而是環(huán)式結(jié)構(gòu)。因?yàn)橐话阏f(shuō)來(lái)，醛會(huì)和醇反應(yīng)形成半縮醛（hemiacetal），則葡萄糖中的C-1的醛基與C-5的羥基反應(yīng)，形成分子內(nèi)的半縮醛，形成的糖環(huán)稱為吡喃糖（pyranose），因?yàn)樗c吡喃（pyran）相似。酮也能與醇反應(yīng)形成半縮酮。果糖分子上的C-2酮基與C-5羥基反應(yīng)，形成分子內(nèi)的半縮酮，形成的糖環(huán)稱為呋喃糖（furanos），因?yàn)樗c呋喃（furan）相似。一.單糖第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類葡萄糖環(huán)化時(shí)產(chǎn)生出另一個(gè)不對(duì)稱中心，即C-1，它是開(kāi)鏈?zhǔn)街械聂驶荚?，在環(huán)式中變成了一個(gè)不對(duì)稱中心，可以形成兩種環(huán)式結(jié)構(gòu)：一種是α-D-吡喃葡萄糖，α表示C-1上羰基是在環(huán)平面的下邊；另一種是β-D-吡喃葡萄糖，β表示C-1上的羥基在環(huán)平面的上邊。果糖的環(huán)式結(jié)構(gòu)也有同樣的情況，只不過(guò)α和β指的是連在C-2上的羥基。一.單糖吡喃呋喃第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類3.庚糖（heptose）庚糖雖然在自然界中分布較少，但在高等植物中存在。最重要的有D-景天庚酮糖和D-甘露庚酮糖。一.單糖第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類雙糖(disaccharides)是由兩個(gè)相同或不同的單糖分子縮合而成。生物體中的雙糖有多種，最普遍存在的有蔗糖、麥芽糖、乳糖、纖維二糖等。1.蔗糖（sucrose）蔗糖即普通的食糖，蔗糖中的葡萄糖殘基和果糖殘基通過(guò)α-1，2-糖苷鍵連接，所以，蔗糖沒(méi)有還原性的末端基團(tuán)，是一種非還原性糖。結(jié)構(gòu)2.麥芽糖(maltose)麥芽糖是淀粉水解的產(chǎn)物，它是由兩分子葡萄糖通過(guò)α-l，4-糖苷鍵連接的二糖。麥芽糖還保留一個(gè)游離的半縮醛羥基，所以是一種還原糖。結(jié)構(gòu)二.雙糖第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類3.乳糖（Lactose）乳糖存在于哺乳動(dòng)物的乳汁中，由一分子半乳糖和一分子葡萄糖組成，通過(guò)?-1，4-糖苷鍵連接，乳糖也具有還原性。

結(jié)構(gòu)

4.纖維二糖纖維素經(jīng)小心水解可以得到纖維二糖，它是由2個(gè)葡萄糖單位組成，通過(guò)?-1，4-糖苷鍵連接，具有還原性。結(jié)構(gòu)

二.雙糖第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類多糖也稱聚糖，是由很多個(gè)單糖單位構(gòu)成的糖類物質(zhì)。各種生物體都含有多糖，最普遍的如淀粉，糖原和纖維素等等都具有重要的生物學(xué)功能。（一）淀粉（starch）淀粉是植物中普遍存在的儲(chǔ)藏多糖，它是植物體內(nèi)養(yǎng)分的庫(kù)存。天然淀粉一般含有兩種組分：一種是直鏈淀粉（amylose），另一種是支鏈淀粉（amylopectin）。三.多糖第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類1.直鏈淀粉

直鏈淀粉溶于熱水，以碘液處理產(chǎn)生藍(lán)色。它是由α-葡萄糖通過(guò)α-1，4-糖苷鍵連接組成的，是不分支類型的淀粉，當(dāng)被淀粉酶水解時(shí)，便產(chǎn)生大量的麥芽糖，所以直鏈淀粉又可以說(shuō)是由許多重復(fù)的麥芽糖單位組成的。2.支鏈淀粉支鏈淀粉分子量較大，在支鏈淀粉分子中除有α-1，4-糖苷鍵外，還有α-1，6-糖苷鍵，大約每30個(gè)α-1，4-糖苷鍵就有一個(gè)α-1，6-糖苷鍵，所以是分支類型的淀粉。支鏈淀粉與碘反應(yīng)呈紫色或紅紫色。

三.多糖第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類(二)糖原（glycogen）糖原是人和動(dòng)物體內(nèi)的儲(chǔ)藏多糖。它的結(jié)構(gòu)類似于淀粉，只是分支程度更高，大約每10個(gè)α-1，4-糖苷鍵就有一個(gè)α-1，6-糖苷鍵，糖原大量存在于肌肉和肝臟中。(三)纖維素(cellulose)纖維素是植物組織中主要的多糖，起著結(jié)構(gòu)的作用。它是由大約上千個(gè)葡萄糖通過(guò)β-l，4-糖苷鍵連接組成的不分支的葡聚糖。纖維素的基本結(jié)構(gòu)單位是纖維二糖可以將纖維素分子看成是幾千個(gè)葡萄糖按照纖維二糖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)β-l，4-糖苷鍵連接起來(lái)的三.多糖糖原第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類四.糖蛋白及其糖鏈糖蛋白是多糖以共價(jià)鍵形式與蛋白質(zhì)連接形成的生物大分子。糖鏈具有多樣性和復(fù)雜性

糖蛋白中的寡糖鏈，序列多變，結(jié)構(gòu)信息豐富，甚至超過(guò)核酸和蛋白質(zhì)。由4個(gè)核苷酸組成的寡核苷酸，可能的序列僅有24種；而由4個(gè)己糖組成的寡糖鏈，可能的序列則多達(dá)3萬(wàn)多種。正是由于糖鏈結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使其可能包含的信息量比核酸和蛋白質(zhì)大了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類糖蛋白功能糖蛋白中的寡糖鏈在細(xì)胞識(shí)別包括細(xì)胞粘著、淋巴細(xì)胞歸巢和精卵識(shí)別等生物學(xué)過(guò)程中起重要作用。

如血管內(nèi)皮細(xì)胞（白細(xì)胞黏附分子），后改稱E選擇蛋白，能識(shí)別白細(xì)胞表面SLex(一種血型抗原）四聚糖。當(dāng)組織受損或感染時(shí)，白細(xì)胞黏附于內(nèi)皮細(xì)胞，沿血管壁滾動(dòng)并穿過(guò)管壁進(jìn)入受損組織，殺滅入侵病原物，但過(guò)多的白細(xì)胞聚集，則會(huì)引起炎癥及類風(fēng)濕等自身免疫疾病。

四.糖蛋白及其糖鏈第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類美籍華裔科學(xué)家王啟輝首先用酶法合成了SLex，當(dāng)時(shí)該四糖的推算價(jià)格為20億美元/千克，經(jīng)他合成后，價(jià)格降低了3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，并已由Cytel公司生產(chǎn)。Glycomed公司則從中藥甘草中，找到了SLex的類似物甘草素，可用于封閉血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的E選擇蛋白，從而達(dá)到抗炎的目的。四.糖蛋白及其糖鏈第一節(jié)生物體內(nèi)的糖類糖生物學(xué)1988年，牛津大學(xué)生化系的德韋克（R.Dwek）在《生化年評(píng)》(AnnualReviewofBiochemistry)上,發(fā)表了題為“glycobiology”的綜述，提出了糖生物學(xué)這一名稱四.糖蛋白及其糖鏈糖生物學(xué)第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解二糖在酶作用下，能水解成單糖。主要的二糖酶為蔗糖酶、半乳糖酶和麥芽糖酶。這三種酶廣泛存在于人及動(dòng)物的小腸液和微生物中。（一）蔗糖的水解庶糖的水解主要通過(guò)蔗糖酶（也稱轉(zhuǎn)化酶）作用，蔗糖酶在動(dòng)植物和微生物體內(nèi)廣泛存在。蔗糖水解后產(chǎn)生一分子葡萄糖和一分子果糖。

一.雙糖的酶促降解第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解（二）麥芽糖的水解麥芽糖酶催化麥芽糖水解產(chǎn)生葡萄糖。每分子麥芽糖水解產(chǎn)生2分子葡萄糖。另外，植物中還存在α-葡萄糖苷酶，此酶也可催化麥芽糖的水解，在含淀粉種子萌發(fā)時(shí)最豐富。一.雙糖的酶促降解第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。直鏈淀粉是由

-D-葡萄糖分子通過(guò)

1,4-糖苷鍵連接而成的鏈狀化合物。支鏈淀粉是由多個(gè)直鏈淀粉通過(guò)1,6-糖苷鍵連接而成的樹(shù)枝狀多糖。能夠水解淀粉的酶稱為淀粉水解酶淀粉可以通過(guò)兩種不同的過(guò)程降解成葡萄糖。一個(gè)過(guò)程是水解生成葡萄糖，另一個(gè)過(guò)程為磷酸解過(guò)程。二.淀粉的酶促降解第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解（一）淀粉的水解參與淀粉水解的酶主要有以下幾種：1.淀粉酶

（1）α-淀粉酶是一種需鈣的金屬酶，又稱α-1，4-葡聚糖水解酶，是一種內(nèi)淀粉酶，可以水解直鏈淀粉內(nèi)部的α-1，4-糖苷鍵，生成葡萄糖和麥芽糖的混合物。如果作用于支鏈淀粉，則直鏈部分的α-1，4-糖苷鍵被水解，而α-1，6-糖苷鍵不被水解，所以水解產(chǎn)物為短的分支部分和寡聚糖類的混合物。二.淀粉的酶促降解第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解（2）β-淀粉酶屬巰基酶，又稱α-1，4-葡聚糖基-麥芽糖基水解酶。是一種外淀粉酶，可作用于淀粉的非還原性一端而生成麥芽糖。如果作用于直鏈淀粉，可生成定量的麥芽糖，如果作用于支鏈淀粉，則生成麥芽糖和β-極限糊精。α-與β-淀粉酶水解支鏈淀粉見(jiàn)圖。

二.淀粉的酶促降解第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解2.R-酶即α-1，6-糖苷酶，又稱脫支酶，它可作用于淀粉的α-1，6-糖苷鍵，但它不能水解支鏈淀粉內(nèi)部的分支，只能水解支鏈淀粉的外圍分支。所以，支鏈淀粉的完全降解需要有α-淀粉酶、β-淀粉酶和R-酶的共同作用。3.麥芽糖酶α，β-淀粉酶與R-酶協(xié)同作用，最終可將支鏈淀粉水解為葡萄糖和麥芽糖。麥芽糖在植物體內(nèi)難以直接利用，必須由麥芽糖酶水解為葡萄糖，才能參與糖代謝。植物體內(nèi)的麥芽糖酶通常與淀粉酶同時(shí)存在并配合作用，故麥芽糖很少積累。一.淀粉的酶促降解第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解（二）淀粉的磷酸解淀粉除了可以被水解外，也可以被磷酸解（pho1.磷酸化酶可作用于淀粉的α-1，4-糖苷鍵，從非還原端依次進(jìn)行磷酸解，每次釋放1分子1-磷酸葡萄糖。磷酸化酶可以徹底降解直鏈淀粉，但降解支鏈淀粉時(shí)，只能降解至距分支點(diǎn)（α-1，6-糖苷鍵）4個(gè)葡萄糖基為止。支鏈淀粉的完全降解還需要有其他酶的作用。二.淀粉的酶促降解第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解2.轉(zhuǎn)移酶與脫支酶轉(zhuǎn)移酶的主要作用是將連接于分支點(diǎn)上4個(gè)葡萄糖基的葡聚三糖轉(zhuǎn)移至同一分支點(diǎn)的另一葡四糖鏈末端，使分支點(diǎn)僅留下1個(gè)α-1，6-糖苷鍵連接的葡萄糖基。脫支酶（即α-1，6-糖苷酶）再將這個(gè)葡萄糖基水解，使支鏈淀粉的分支結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成直鏈結(jié)構(gòu)。磷酸化酶再進(jìn)一步將其降解為1-磷酸葡萄糖。磷酸化酶、轉(zhuǎn)移酶和脫支酶的協(xié)同作用，將支鏈淀粉（或糖原）徹底降解為1-磷酸葡萄糖二.淀粉的酶促降解第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解綜上，淀粉徹底水解產(chǎn)物是葡萄糖，淀粉磷酸解終產(chǎn)物是1-磷酸葡萄糖。后者比前者有更重要的生理意義，因?yàn)?-磷酸葡萄糖不易擴(kuò)散出細(xì)胞，且不必再消耗能量便可參與糖代謝。二.淀粉的酶促降解第二節(jié)雙糖和多糖的酶促降解纖維素是由

-D-葡萄糖通過(guò)

-1,4-糖苷鍵連接而成的長(zhǎng)鏈大分子。纖維素酶能特異性地水解

-1,4-糖苷鍵，最終將纖維素水解成葡萄糖。人和動(dòng)物的消化系統(tǒng)中不能分泌出纖維素酶，所以不能直接利用纖維素作為食物。反芻動(dòng)物（牛，羊等）的消化道中含有某些微生物，這些微生物能分泌出纖維素酶，因此反芻動(dòng)物能利用纖維素作為食物。三.纖維素的酶促降解糖的分解代謝是生物體取得能量的主要方式。生物體中糖的氧化分解主要有三條途徑：（1）無(wú)氧氧化（糖酵解）（2）有氧氧化（3）磷酸戊糖途徑糖酵解：指把葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)楸嵬瑫r(shí)產(chǎn)生ATP的一系列反應(yīng)。糖酵解是一切有機(jī)體中普遍存在的葡萄糖降解途徑。整個(gè)糖酵解過(guò)程于1940年得到闡明，GustavEmbden，OttoMeyerhof，JacobParnas等人的貢獻(xiàn)最多，故糖酵解過(guò)程也稱為Embden

Meyerhof

Parnas途徑，簡(jiǎn)稱EMP途徑。第三節(jié)糖酵解第三節(jié)糖酵解糖酵解部位:細(xì)胞溶質(zhì)糖酵解過(guò)程:從葡萄糖開(kāi)始,經(jīng)二個(gè)階段10步反應(yīng)，最后生成丙酮酸并形成二分子ATP。第一階段：磷酸三碳糖的生成第二階段：丙酮酸的生成一.糖酵解的過(guò)程糖酵解過(guò)程糖酵解過(guò)程糖酵解過(guò)程

葡萄糖在分解代謝過(guò)程中產(chǎn)生的能量有兩種形式：（1）直接產(chǎn)生ATP（2）生成高能分子NADH或FADH2，后者在線粒體呼吸鏈氧化并產(chǎn)生ATP糖酵解：1分子葡萄糖

2分子丙酮酸，共消耗了2個(gè)ATP，產(chǎn)生了4個(gè)ATP，實(shí)際上凈生成了2個(gè)ATP，同時(shí)產(chǎn)生2個(gè)NADH。按照一個(gè)NADH能夠產(chǎn)生2.5個(gè)ATP，1個(gè)FADH2能夠產(chǎn)生1.5個(gè)ATP計(jì)算，若糖酵解進(jìn)入有氧氧化則產(chǎn)生2+2.5+2.5=7ATP二.糖酵解中產(chǎn)生的能量第三節(jié)糖酵解第三節(jié)糖酵解糖酵解途徑有兩方面的作用：（1）使葡萄糖降解產(chǎn)生ATP（2）為合成反應(yīng)提供原料。為滿足這兩方面的需要，細(xì)胞就要調(diào)節(jié)糖酵解的速率。在代謝途徑中，催化基本上不可逆反應(yīng)的酶所處的部位是控制代謝反應(yīng)的有力部位。在糖酵解途徑中由己糖激酶，6-磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反應(yīng)實(shí)際上都是不可逆反應(yīng)，因此這三個(gè)酶均有調(diào)節(jié)糖酵解途徑的作用。三.糖酵解的控制在所有生物中糖酵解的過(guò)程都是非常類似的，但在不同生物體中丙酮酸的去路卻有所不同。在有氧條件下丙酮酸進(jìn)入TCA（第四節(jié)講）；在無(wú)氧條件下丙酮酸主要有以下去路：四.丙酮酸的去路第三節(jié)糖酵解（一）丙酮酸形成乳酸在供氧不足或缺氧時(shí)，細(xì)胞必須用糖酵解產(chǎn)生的ATP分子暫時(shí)滿足對(duì)能量的需要。為了使3-磷酸-甘油醛繼續(xù)氧化，必須提供氧化型的NAD+。丙酮酸作為NADH的受氫體，使細(xì)胞在無(wú)氧條件下重新生成NAD+，于是丙酮酸的羰基被還原，生成乳酸。在此反應(yīng)中，3-磷酸甘油醛氧化時(shí)所形成的NADH在丙酮酸的還原反應(yīng)中消耗掉了，使NAD+

得到再生，從而維持糖酵解在無(wú)氧條件下繼續(xù)不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)。如果NAD+

不能再生，那么糖酵解進(jìn)行到3-磷酸甘油醛就不能再向下進(jìn)行，也就沒(méi)有ATP的產(chǎn)生。丙酮酸變成乳酸及葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗岬目偡磻?yīng)如下：四.丙酮酸的去路第三節(jié)糖酵解（二）丙酮酸形成乙醇在酵母和其他一些微生物體內(nèi)，無(wú)氧條件下將丙酮酸轉(zhuǎn)變成乙醇和CO2。這一過(guò)程實(shí)際包括兩個(gè)反應(yīng)步驟（1）丙酮酸的脫羧生成乙醛和CO2；（2）脫羧生成的乙醛由NADH+H+還原生成乙醇同時(shí)產(chǎn)生氧化型NAD+，

由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖嫉倪^(guò)程稱為酒精發(fā)酵，這一無(wú)氧過(guò)程的凈反應(yīng)為：葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+→2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O在乙醛生成乙醇的過(guò)程中，NAD+得到再生，可用于3-磷酸甘醛的氧化。四.丙酮酸的去路第三節(jié)糖酵解概念:指在有氧條件下，丙酮酸進(jìn)行氧化脫羧，形成乙酰輔酶A，然后乙酰輔酶A通過(guò)檸檬酸循環(huán)被完全氧化為CO2,這一途徑稱為檸檬酸循環(huán)（citricacidcycle）,又稱三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán))或Krebs循環(huán)場(chǎng)所:線粒體發(fā)現(xiàn):檸檬酸循環(huán)是燃料分子（氨基酸、脂肪酸和碳水化合物）的最后的共同途徑,它的發(fā)現(xiàn)是生物化學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大成就，1953年該項(xiàng)成就獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。第四節(jié)檸檬酸循環(huán)在無(wú)氧條件下:葡萄糖經(jīng)分解代謝形成丙酮酸或無(wú)氧發(fā)酵形成乳酸或乙醇，釋放有限能量；在有氧條件下:葡萄糖分解代謝并不停止在丙酮酸，而是繼續(xù)進(jìn)行有氧分解，最后形成CO2和H2O，同時(shí)釋放出更多能量。它所經(jīng)歷的途徑分為兩個(gè)階段，分別為檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化?？梢?jiàn)糖的有氧分解代謝實(shí)際上是糖的無(wú)氧分解代謝的繼續(xù)，只是從丙酮酸生成后，無(wú)氧酵解與有氧氧化才開(kāi)始進(jìn)入不同途徑。第四節(jié)檸檬酸循環(huán)為丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的準(zhǔn)備階段催化此反應(yīng)的酶是丙酮酸脫氫酶復(fù)合物，該酶復(fù)合物存在于線粒體襯質(zhì)上，它催化丙酮酸的氧化脫羧反應(yīng)，并生成乙酰輔酶A。此作用將糖酵解和檸檬酸循環(huán)連接起來(lái)。丙酮酸+NAD++CoA乙酰CoA+CO2+NADH+H+當(dāng)NADH通過(guò)線粒體中的電子傳遞鏈把電子傳遞給O2時(shí)，NAD+就再生出來(lái)，可供此反應(yīng)和3-磷酸甘油醛的氧化反應(yīng)所用。一.由丙酮酸形成乙酰輔酶A

第四節(jié)檸檬酸循環(huán)丙酮酸脫氫酶復(fù)合物:是一個(gè)非常大的多酶復(fù)合物，包括三種酶、五種輔助因子

三種酶:丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶和二氫硫辛酸脫氫酶五種輔助因子：

S硫胺素焦磷酸（TPP）、硫辛酸LS、輔酶A，F(xiàn)AD和NAD+，還有Mg2+。由丙酮酸生成乙酰輔酶A的反應(yīng)如下：一.由丙酮酸形成乙酰輔酶A第四節(jié)檸檬酸循環(huán)1.丙酮酸脫氫酶催化丙酮酸與TPP結(jié)合，從而發(fā)生脫羧。一.由丙酮酸形成乙酰輔酶A第四節(jié)檸檬酸循環(huán)2.由二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶催化，使連在TPP上的羥基被氧化，形成乙酰基，并轉(zhuǎn)移到硫辛酸的硫原子上，形成乙酰硫辛酸。一.由丙酮酸形成乙酰輔酶A第四節(jié)檸檬酸循環(huán)3.還是由二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶催化，從乙酰硫辛酸上轉(zhuǎn)移乙?；捷o酶A的硫醇基上，形成乙酰輔酶A及二氫硫辛酸，并且高能硫酯鍵保留下來(lái)。一.由丙酮酸形成乙酰輔酶A第四節(jié)檸檬酸循環(huán)4.由二氫硫辛酸脫氫酶催化，將二氫硫辛酸氧化，使硫辛酸再生，同時(shí)FAD作為輔基被還原，氧化劑是NAD+。一.由丙酮酸形成乙酰輔酶A第四節(jié)檸檬酸循環(huán)在有氧條件下，乙酰輔酶A經(jīng)過(guò)一種循環(huán)反應(yīng)，使其中的乙?；粡氐籽趸癁镃O2和H2O，這種循環(huán)稱為檸檬酸循環(huán)。整個(gè)循環(huán)過(guò)程包括8個(gè)步驟:二.檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)過(guò)程第四節(jié)檸檬酸循環(huán)檸檬酸

異檸檬酸

1.乙酰輔酶A與草酸乙酸縮合生成檸檬酸

循環(huán)從草酰乙酸與乙酰輔酶A結(jié)合開(kāi)始，形成檸檬酸及輔酶A。這個(gè)反應(yīng)由檸檬酸合成酶（citratesynthetase）催化，草酰乙酸與乙酰輔酶A縮合形成檸檬酰輔酶A，后者再水解成一分子檸檬酸和輔酶A。

2.檸檬酸異構(gòu)化形成異檸檬酸

檸檬酸必須異構(gòu)化形成異檸檬酸，以便使六碳化合物進(jìn)行氧化脫羧反應(yīng)。首先，檸檬酸脫水生成順烏頭酸，然后再加水生成異檸檬酸。催化這兩步反應(yīng)的酶為順烏頭酸酶

3.異檸檬酸被氧化并脫羧形成α-酮戊二酸

首先，在異檸檬酸脫氫酶的催化下，異檸檬酸被氧化脫去一對(duì)氫，生成草酰琥珀酸，草酰琥珀酸迅速脫羧生成α-酮戊二酸。

4.α-酮戊二酸經(jīng)氧化脫羧形成琥珀酰輔酶A

異檸檬酸轉(zhuǎn)變成α-酮戊二酸后隨之進(jìn)行第二次的氧化脫羧反應(yīng)，形成琥珀酰輔酶A。這一反應(yīng)由α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物催化，反應(yīng)與丙酮酸的氧化脫羧相似。

此反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，釋放出大量能量，反應(yīng)產(chǎn)生一分子NADH和一分子CO2。α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物與丙酮酸脫氫酶復(fù)合物在結(jié)構(gòu)上相似，也由三種酶組成，包括：α-酮戊二酸脫氫酶、轉(zhuǎn)琥珀酰酶和二氫硫辛酸脫氫酶。反應(yīng)也需同樣的輔助因子：TTP、硫辛酸、輔酶A，F(xiàn)AD，NAD+，另外也需有Mg2+的存在。

5.琥珀酰輔酶A轉(zhuǎn)化成琥珀酸并產(chǎn)生一個(gè)高能磷酸鍵

琥珀酰CoA在琥珀酰CoA合成酶的催化下，將其高能鍵能轉(zhuǎn)給GDP，生成GTP，同時(shí)生成琥珀酸。GTP的磷酸基團(tuán)很容易轉(zhuǎn)移到ADP上形成ATP。這是檸檬酸循環(huán)中唯一直接產(chǎn)生ATP的反應(yīng)。此反應(yīng)是底物水平磷酸化的一個(gè)例子。6.琥珀酸氧化生成延胡索酸

經(jīng)琥珀酸脫氫酶催化，琥珀酸被氧化為延胡索酸，F(xiàn)AD是氫受體。

7.延胡索酸水合生成L-蘋(píng)果酸

此反應(yīng)由延胡索酸酶催化，該酶的催化反應(yīng)具有嚴(yán)格的立體專一性，-OH嚴(yán)格地加到延胡索酸雙鍵的一側(cè)，而另一個(gè)H原子則加到相反的一側(cè)，因此形成的蘋(píng)果酸只有L-蘋(píng)果酸。

8.L-蘋(píng)果酸被氧化成草酸乙酸。

這一步是再生成草酸乙酸完成檸檬酸循環(huán)的最后一個(gè)步驟。此反應(yīng)由蘋(píng)果酸脫氫酶催化，NAD+是受氫體。至此，草酸乙酸又重新生成，又可和另一分子乙酰CoA縮合生成檸檬酸而進(jìn)入檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)的總化學(xué)反應(yīng)式如下：乙酰-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H++CoA-SH從上式可以看出，檸檬酸循環(huán)的每一次循環(huán)都納入一個(gè)乙酰CoA分子，即兩個(gè)碳原子進(jìn)入循環(huán);又有兩個(gè)碳原子以CO2的形式離開(kāi)循環(huán)。但是離開(kāi)循環(huán)的兩個(gè)碳原子并不是剛剛進(jìn)入循環(huán)的那兩個(gè)碳原子。三.檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算第四節(jié)檸檬酸循環(huán)每一次循環(huán)共有4次氧化反應(yīng)。參加這4次氧化反應(yīng)的有3個(gè)NAD+分子和1個(gè)FAD分子；同時(shí)有4對(duì)氫原子離開(kāi)循環(huán)，形成3個(gè)NADH和1個(gè)FADH2分子。每一次循環(huán)以GTP的形式產(chǎn)生一個(gè)高能鍵，并消耗兩個(gè)水分子。在檸檬酸循環(huán)中雖然沒(méi)有氧分子直接參加反應(yīng),但是檸檬酸循環(huán)只能在有氧條件下進(jìn)行。因?yàn)闄幟仕嵫h(huán)所產(chǎn)生的3個(gè)NADH和一個(gè)FADH2分子只能通過(guò)電子傳遞鏈和氧分子才能夠再被氧化。三.檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算第四節(jié)檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)共有4個(gè)脫氫步驟，其中有3對(duì)電子經(jīng)NADH轉(zhuǎn)遞給電子傳遞鏈，最后與氧結(jié)合生成水。每對(duì)電子通過(guò)化學(xué)計(jì)算產(chǎn)生2.5個(gè)ATP分子，3對(duì)電子共產(chǎn)生7.5個(gè)ATP分子，一對(duì)電子經(jīng)FADH2轉(zhuǎn)移給電子傳遞鏈，化學(xué)計(jì)算產(chǎn)生1.5個(gè)ATP分子，通過(guò)檸檬酸循環(huán)本身，只產(chǎn)生一個(gè)ATP（GTP）分子。因此，根據(jù)化學(xué)計(jì)算每循環(huán)一次最終可以形成7.5+1.5+1=10個(gè)ATP分子。這個(gè)數(shù)值比以往的計(jì)算少了兩個(gè)ATP分子（以往是9+2+1=12個(gè)ATP分子）。三.檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算第四節(jié)檸檬酸循環(huán)若從丙酮酸脫氫酶開(kāi)始計(jì)算每分子丙酮酸氧化脫羧產(chǎn)生一個(gè)NADH經(jīng)電子傳遞鏈最后產(chǎn)生2.5個(gè)ATP分子。因此，從丙酮酸開(kāi)始經(jīng)過(guò)一次循環(huán)共產(chǎn)生2.5+10=12.5個(gè)ATP分子。若從葡萄糖開(kāi)始計(jì)算，若不考慮糖酵解產(chǎn)生的2個(gè)ATP和2個(gè)NADH，每分子葡萄糖可形成2分子丙酮酸，因此，從葡萄糖形成2分子丙酮酸開(kāi)始經(jīng)檸檬酸循環(huán)共產(chǎn)生2倍的12.5個(gè)ATP分子（12.5×2），即25個(gè)ATP和2個(gè)NADH，則一分子葡萄糖共產(chǎn)生25（檸檬酸循環(huán)）+（2+2×2.5）（糖酵解）=32個(gè)ATP分子。三.檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算第四節(jié)檸檬酸循環(huán)各種生物，包括動(dòng)物、植物、微生物都普遍存在檸檬酸循環(huán)途徑，所以具有普遍的生物學(xué)意義。（1）檸檬酸循環(huán)是機(jī)體利用糖或其他物質(zhì)氧化而獲得能量的最有效方式。糖經(jīng)此途徑氧化產(chǎn)生的能量最多。每分子葡萄糖經(jīng)有氧氧化生成H2O和CO2時(shí)，可凈生成32分子ATP。四.檸檬酸循環(huán)的生物學(xué)意義第四節(jié)檸檬酸循環(huán)（2）檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物是合成其他化合物的前體來(lái)源。檸檬酸循環(huán)可供應(yīng)多種化合物的碳骨架，以供細(xì)胞生物合成之用。例如，α-酮戊二酸可作為碳架去合成谷氨酸和其他一些氨基酸；又如草酰乙酸可作為碳架去合成天冬氨酸，天冬氨酸又可轉(zhuǎn)變成其他一些氨基酸；此外，卟啉中的大部分碳原子來(lái)自于琥珀酰CoA，而卟啉是葉綠素和血紅素的組成部分。四.檸檬酸循環(huán)的生物學(xué)意義第四節(jié)檸檬酸循環(huán)因此，如果檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物被抽走用于其他生物合成，它們必須得到補(bǔ)充才行。假設(shè)草酰乙酸被轉(zhuǎn)化成氨基酸去進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，這時(shí)除非草酰乙酸重新形成，否則檸檬酸循環(huán)就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)橐阴oA只有與草酰乙酸縮合才能進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。草酰乙酸如何得到補(bǔ)充（即回補(bǔ)反應(yīng)）？四.檸檬酸循環(huán)的生物學(xué)意義第四節(jié)檸檬酸循環(huán)回補(bǔ)反應(yīng)：①丙酮酸的羧化該反應(yīng)是線粒體中的丙酮酸羧化酶催化的，需要生物素做輔基。四.檸檬酸循環(huán)的生物學(xué)意義第四節(jié)檸檬酸循環(huán)回補(bǔ)反應(yīng)：②磷酸烯醇式丙酮酸的羧化磷酸烯醇式丙酮酸經(jīng)過(guò)羧化可以形成草酰乙酸，反應(yīng)由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化。四.檸檬酸循環(huán)的生物學(xué)意義第四節(jié)檸檬酸循環(huán)回補(bǔ)反應(yīng)：③蘋(píng)果酸脫氫生成草酰乙酸由蘋(píng)果酸酶催化丙酮酸生成蘋(píng)果酸，然后在蘋(píng)果酸脫氫酶作用下，蘋(píng)果酸脫氫生成草酰乙酸。四.檸檬酸循環(huán)的生物學(xué)意義第四節(jié)檸檬酸循環(huán)回補(bǔ)反應(yīng)：④氨基酸形成草酰乙酸谷氨酸和天冬氨酸經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用，可形成α-酮戊二酸和草酰乙酸。四.檸檬酸循環(huán)的生物學(xué)意義第四節(jié)檸檬酸循環(huán)（3）檸檬酸循環(huán)是糖類、脂類、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)轉(zhuǎn)化的樞紐。檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物可作為碳架形成相應(yīng)的氨基酸，如前面提到的谷氨酸和天冬氨酸。另一方面，蛋白質(zhì)水解的產(chǎn)物氨基酸，如谷氨酸、天冬氨酸脫氨后或轉(zhuǎn)氨后的碳架也要通過(guò)檸檬酸循環(huán)而徹底氧化。脂肪分解后的產(chǎn)物脂肪酸經(jīng)β-氧化后生成乙酰CoA，也要經(jīng)過(guò)檸檬酸循環(huán)而徹底氧化。所以，通過(guò)檸檬酸循環(huán)將三大類物質(zhì)的代謝聯(lián)系起來(lái)。四.檸檬酸循環(huán)的生物學(xué)意義第四節(jié)檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)的速率受到精確的調(diào)控以適應(yīng)細(xì)胞對(duì)ATP的需要量。在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中有三個(gè)控制部位:（1）檸檬酸合成酶催化的由乙酰CoA和草酰乙酸生成檸檬酸的反應(yīng)。（2）異檸檬酸脫氫酶催化的反應(yīng)（3）α-酮戊二酸脫氫酶催化的放映總之，當(dāng)細(xì)胞中ATP含量高時(shí)，二碳片段進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的速率以及循環(huán)的速率都減慢了。五.檸檬酸循環(huán)的調(diào)控第四節(jié)檸檬酸循環(huán)

糖的無(wú)氧酵解及有氧氧化過(guò)程是生物體內(nèi)糖分解代謝的主要途徑，但在生物體中還有糖的另一氧化途徑，稱為磷酸戊糖途徑（pentosephosphatepathway）。糖的無(wú)氧酵解和有氧氧化主要是產(chǎn)生ATP，而磷酸戊糖途徑主要是產(chǎn)生還原能力。當(dāng)有機(jī)體變得復(fù)雜時(shí)，除了需要糖酵解的中間物供生物合成外，還需要某種還原劑，因?yàn)樵谔墙徒庵挟a(chǎn)生的還原劑NADH又可在另一反應(yīng)中被消耗，故需要另外的還原劑來(lái)源，而磷酸戊糖能夠產(chǎn)生還原劑NADPH供合成之用。第五節(jié)磷酸戊糖途徑

在大多數(shù)生化反應(yīng)中，NADPH和NADH之間有根本的區(qū)別，NADH被呼吸鏈氧化以產(chǎn)生ATP，而NADPH則是在還原性的生物合成中作為氫和電子的供體。細(xì)胞易于利用的還原能力的通貨是NADPH。另外，這一途徑也能產(chǎn)生其他多種中間產(chǎn)物，與分解代謝及合成代謝均有密切聯(lián)系。

NADH：被呼吸鏈氧化以產(chǎn)生ATPNADPH：在還原性的生物合成中作為氫和電子的供體（還原能力的通貨）第五節(jié)磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑在細(xì)胞溶質(zhì)中進(jìn)行，反應(yīng)從6-磷酸葡萄糖開(kāi)始，故又稱為己糖單磷酸途徑。其基本過(guò)程是6-磷酸葡萄糖脫氫生成6-磷酸葡萄糖酸，再經(jīng)脫羧基作用轉(zhuǎn)化為磷酸戊糖，最后通過(guò)二碳單位和三碳單位的轉(zhuǎn)移進(jìn)行分子間基團(tuán)交換，重復(fù)生成磷酸己糖和磷酸甘油醛。在此過(guò)程中脫下的氫均以NADP+為氫受體，產(chǎn)生NADPH。磷酸戊糖途徑的各個(gè)反應(yīng)如下：第五節(jié)磷酸戊糖途徑一.磷酸戊糖途徑過(guò)程磷酸戊糖途徑氧化階段：1.6-P-G+NADP+6-P-G酸內(nèi)酯+NADPH+H+2.6-P-G酸內(nèi)酯6-P-G酸

3.6-P-G酸+NADP+5-P核酮糖+CO2+NADPH+H+非氧化階段4.5-P核酮糖5-P核糖5.5-P核酮糖5-P木酮糖6.5-P木酮糖+5-P核糖7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛7.7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛6-P果糖+4-赤鮮糖8.5-P木酮糖+4-P赤蘚糖6-P果糖+3-P甘油醛（1）6-磷酸葡萄糖的脫氫反應(yīng)

由6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化，生成6-磷酸葡萄糖內(nèi)酯。此酶以NADP+為輔酶，反應(yīng)生成NADPH。（2）6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸由6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯酶催化。（3）6-磷酸葡萄糖酸氧化脫羧生成5-磷酸核酮糖

反應(yīng)由6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶催化，以NADP+為氫受體，生成又一分子NADPH。（4）磷酸戊糖的相互轉(zhuǎn)化

磷酸核糖異構(gòu)酶催化5-磷酸核酮糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸核糖；磷酸戊酮糖表異構(gòu)催化5-磷酸核酮糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸木酮糖。（5）7-磷酸景天庚酮糖的生成

由轉(zhuǎn)酮酶催化，將5-磷酸木酮糖的一個(gè)二碳單位(乙酮醇基)轉(zhuǎn)移給5-磷酸核糖，生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。（6）由轉(zhuǎn)醛酶催化生成四碳糖和六碳糖

7-磷酸景天庚酮糖中的一個(gè)三碳單位（二羥丙酮基）轉(zhuǎn)移給3-磷酸甘油醛，生成4-磷酸赤蘚糖和6-磷酸果糖。反應(yīng)由轉(zhuǎn)醛酶催化。（7）轉(zhuǎn)酮酶催化4-磷酸赤蘚糖和5-磷酸木酮糖合成為6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛

由于生成的6-磷酸果糖很容易轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，因此這個(gè)代謝途徑具有循環(huán)機(jī)制的性質(zhì)。假設(shè)開(kāi)始時(shí)有6分子6-磷酸葡萄糖進(jìn)入反應(yīng)，則通過(guò)第一、二、三步反應(yīng)產(chǎn)生6分子CO2和6分子5-磷酸核酮糖。1.6-P-G+NADP+6-P-G酸內(nèi)酯+NADPH+H+2.6-P-G酸內(nèi)酯6-P-G酸

3.6-P-G酸+NADP+5-P核酮糖+CO2+NADPH+H+這6分子5-磷酸核酮糖經(jīng)過(guò)異構(gòu)化作用形成4分子5磷酸木酮糖和2分子5-磷酸核糖，經(jīng)過(guò)以后轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶的催化生成4分子6-磷酸果糖和2分子3-磷酸甘油醛。而這2分子3-磷酸甘油醛可以在磷酸丙糖異構(gòu)酶、醛縮酶和二磷酸果糖磷酸酯酶的催化下生成1分子6-磷酸果糖。4.5-P核酮糖5-P核糖5.5-P核酮糖5-P木酮糖6.5-P木酮糖+5-P核糖7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛7.7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛6-P果糖+4-赤鮮糖8.5-P木酮糖+4-P赤蘚糖6-P果糖+3-P甘油醛因此從開(kāi)始的6分子6-磷酸葡萄糖進(jìn)入反應(yīng)，通過(guò)一系列反應(yīng)轉(zhuǎn)化為5分子6-磷酸果糖（可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為6-磷酸葡萄糖）和6分子CO2，相當(dāng)于1分子6-磷酸葡萄糖被徹底氧化。此途徑的總反應(yīng)可用下式表示：6-P-G+12NADP++7H2O→6CO2+12NADPH+12H++Pi磷酸戊糖途徑的反應(yīng)氧化階段：1.6-P-G+NADP+6-P-G酸內(nèi)酯+NADPH+H+2.6-P-G酸內(nèi)酯6-P-G酸

3.6-P-G酸+NADP+5-P核酮糖+CO2+NADPH+H+非氧化階段：4.5-P核酮糖5-P核糖5.5-P核酮糖5-P木酮糖6.5-P木酮糖+5-P核糖7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛7.7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛6-P果糖+4-赤鮮糖8.5-P木酮糖+4-P赤蘚糖6-P果糖+3-P甘油醛6個(gè)葡萄糖-6-磷酸分子進(jìn)入戊糖磷酸途徑，再生5個(gè)葡萄糖-6-磷酸分子，產(chǎn)生6分子CO2和Pi，并產(chǎn)生12NADPH+12H+。

磷酸戊糖途徑的主要特點(diǎn)是葡萄糖直接脫氫和脫羧，不必經(jīng)過(guò)糖酵解和三羧酸循環(huán)。脫氫酶的輔酶是NADP+。整個(gè)途徑可分為氧化階段和非氧化階段，氧化階段從6磷酸葡萄糖氧化開(kāi)始到形成5-磷酸核糖。非氧化階段是磷酸戊糖分子在轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶的催化下重排，產(chǎn)生6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛，此階段的中間產(chǎn)物有C3，C4，C5，C6和C7糖的產(chǎn)生。磷酸戊糖途徑是生物中普遍存在的糖代謝的一種途徑，尤其是在植物中，有時(shí)可占50%以上。在動(dòng)物及多種微生物中約有30%的葡萄糖經(jīng)此途徑氧化。磷酸戊糖途徑最重要的意義在于：（1）磷酸戊糖途徑是細(xì)胞產(chǎn)生還原力（NADPH）的主要途徑。磷酸戊糖途徑可以生成NADPH，每一分子葡萄糖被完全氧化可產(chǎn)生12分子NADPH，從而滿足許多合成代謝的需要。生物合成（如脂肪酸的合成）需要一種還原能力，即NADPH，NADPH可以作為氫和電子的供體。第五節(jié)磷酸戊糖途徑二.磷酸戊糖途徑的生物學(xué)意義（2）磷酸戊糖途徑是細(xì)胞內(nèi)不同結(jié)構(gòu)糖分子的重要來(lái)源，并為各種單糖的相互轉(zhuǎn)化提供條件。如磷酸戊糖途徑中產(chǎn)生5-磷酸核糖是核酸生物合成的必需原料。另外，核糖類化合物與光合作用也有關(guān)。此外，途徑中產(chǎn)生的4-磷酸赤蘚糖可與糖酵解產(chǎn)生的中間產(chǎn)物磷酸烯醇式丙酮酸生成莽草酸，最后生成芳香族氨基酸。所以磷酸戊糖途徑與其他物質(zhì)的合成代謝也有密切聯(lián)系。磷酸戊糖途徑不需要額外的ATP，即它與檸檬酸環(huán)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物無(wú)關(guān)。它的速率主要受生物合成時(shí)對(duì)NADPH的需要所調(diào)節(jié)。第五節(jié)磷酸戊糖途徑二.磷酸戊糖途徑的生物學(xué)意義高等植物體內(nèi)的葡萄糖，可由多個(gè)代謝產(chǎn)生：光合作用C3途徑中的部分6-磷酸果糖離開(kāi)碳循環(huán)，轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，經(jīng)脫磷酸而生成葡萄糖；寡糖（蔗糖等）和多糖（淀粉等）在降解過(guò)程中產(chǎn)生葡萄糖；通過(guò)糖異生作用形成葡萄糖。以非糖物質(zhì)作為前體合成葡萄糖的過(guò)程稱為糖異生作用或葡萄糖異生作用（gluconeogenesis）。能夠進(jìn)行葡萄糖異生作用的非糖物質(zhì)有多種，如草酰乙酸、乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油以及氨基酸等。這是一個(gè)非常重要的代謝過(guò)程。

第六節(jié)單糖的生物合成（一）葡萄糖異生作用與糖酵解作用的關(guān)系在糖酵解中，葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，而在葡萄糖異生作用中則是由丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰５咸烟钱惿饔貌⒉皇翘墙徒庾饔玫闹苯幽娣磻?yīng)。糖酵解中三個(gè)不可逆反應(yīng)步驟是糖解過(guò)程中自由能減少的反應(yīng)，所以葡萄糖異生作用要利用糖酵解過(guò)程中的可逆反應(yīng)步驟必須對(duì)上述3個(gè)不可逆過(guò)程采取迂回措施繞道而行。所以葡萄糖異生作用的關(guān)鍵是如何繞過(guò)這三個(gè)不可逆步驟。第六節(jié)單糖的生物合成一.葡萄糖異生作用的途徑（二）葡萄糖異生對(duì)糖酵解的不可逆過(guò)程采取的迂回措施(需繞過(guò))1.丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸2.1，6-二磷酸果糖生成6-磷酸果糖3.6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖第六節(jié)單糖的生物合成一.葡萄糖異生作用的途徑1.丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸。該過(guò)程分兩步進(jìn)行：（1）丙酮酸消耗一分子ATP而被羧化為草酰乙酸。糖酵解中磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸的反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，需繞過(guò)。該繞過(guò)反應(yīng)由丙酮酸羧化酶催化完成。丙酮酸羧化酶存在于線粒體，以生物素為輔基，另外還需ATP及乙酰CoA作為輔助因子。

第六節(jié)單糖的生物合成一.葡萄糖異生作用的途徑（2）草酸乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化下，脫羧生成磷酸烯醇式丙酮酸，該反應(yīng)消耗一個(gè)GTP分子。反應(yīng)如下：

這兩個(gè)步驟的總反應(yīng)為：丙酮酸+ATP+GTPPEP+ADP+GDP+Pi;第六節(jié)單糖的生物合成一.葡萄糖異生作用的途徑2.1，6-二磷酸果糖生成6-磷酸果糖。糖酵解中由6-磷酸果糖生成1，6-二磷酸果糖的反應(yīng)也是不可逆的，所以需要由二磷酸果糖磷酸酯酶催化，水解下C-1上的磷酸基，生成6-磷酸果糖。

第六節(jié)單糖的生物合成一.葡萄糖異生作用的途徑3.6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖。糖酵解中的第一步反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，所以也需繞過(guò)。由6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶催化將6-磷酸葡萄糖的磷酸基水解，生成葡萄糖。

第六節(jié)單糖的生物合成一.葡萄糖異生作用的途徑葡萄糖異生的化學(xué)計(jì)算關(guān)系為：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+6H2O→葡萄糖+4ADP+2GDP+6Pi+2NAD+在葡萄糖異生中，由丙酮酸合成葡萄糖需要6個(gè)高能磷酸鍵，所以此過(guò)程是一個(gè)吸能過(guò)程。綜上，作為生物體內(nèi)單糖合成的中心途徑——糖異生作用途徑大部分反應(yīng)與糖酵解的反應(yīng)相同，但它有兩方面不同于糖酵解，現(xiàn)小結(jié)如下：第六節(jié)單糖的生物合成一.葡萄糖異生作用的途徑（1）克服糖酵解的3步不可逆反應(yīng)。（2）糖酵解全過(guò)程在細(xì)胞液進(jìn)行，而糖異生作用則分別在線粒體和細(xì)胞液進(jìn)行——丙酮酸必須進(jìn)入線粒體羧化成草酰乙酸，后者再轉(zhuǎn)變成蘋(píng)果酸、延胡索酸和天冬氨酸而后逸出線粒體，在細(xì)胞液中恢復(fù)成草酰乙酸，并轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸，才參與葡萄糖合成。糖異生途徑、糖異生作用與糖酵解途徑比較如下：第六節(jié)單糖的生物合成一.葡萄糖異生作用的途徑

圖中單箭頭表示與糖酵解不同的反應(yīng)途徑，其他反應(yīng)都屬糖酵解過(guò)程的逆反應(yīng)單線箭表示糖異生作用；雙線箭頭表示糖酵解糖酵解和糖異生反應(yīng)中酶的差異糖酵解作用葡糖異生作用1.己糖激酶葡萄糖-6-磷酸酶2.磷酸果糖激酶果糖-1，6-二磷酸酶3.丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶

PEP羧激酶第六節(jié)單糖的生物合成一.葡萄糖異生作用的途徑葡萄糖異生作用和糖酵解作用有密切的相互協(xié)調(diào)關(guān)系，如果糖酵解作用活躍，則糖異生作用必受一定限制。如果糖酵解的主要酶受到抑制，則葡糖異生作用酶的活性就受到促進(jìn)。這種相互制約又相互協(xié)調(diào)的關(guān)系主要由兩種途徑不同酶活性和濃度起作用；此外底物濃度也起調(diào)節(jié)作用。無(wú)論是糖酵解作用還是葡萄糖異生作用都是高度的放能過(guò)程，除上述相互協(xié)調(diào)的關(guān)系外，不存在熱力學(xué)上的調(diào)控抑制關(guān)系。這兩種過(guò)程雖可同時(shí)進(jìn)行，但對(duì)機(jī)體來(lái)說(shuō)顯然不是毫無(wú)意義的“無(wú)用循環(huán)”。 第六節(jié)單糖的生物合成二、糖異生作用的調(diào)節(jié)在雙糖與多糖的代謝中，糖核苷酸起著重要的作用，故先介紹糖核苷酸的作用與形成。單糖與核苷酸通過(guò)磷酸酯鍵結(jié)合的化合物稱為糖核苷酸。在高等植物（包括動(dòng)物）體內(nèi)，糖核苷酸是合成雙糖和多糖過(guò)程中單糖的活化形式與供體。在糖類物質(zhì)代謝中，以尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）和腺苷二磷酸葡萄糖（ADPG）為最重要，這兩種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)式如下：第七節(jié)蔗糖和淀粉的生物合成一.糖核苷酸的作用與形成UDPG和ADPG可在相應(yīng)的酶的催化下生成。UDPG是在UDPG焦磷酸化酶催化下由1-磷酸葡萄糖和尿苷三磷酸（UTP）生成的，反應(yīng)中，UTP首先分解出兩個(gè)磷酸基生成焦磷酸，留下的UMP的磷酸基再與1-磷酸葡萄糖的磷酸基結(jié)合，形成UDPG。反應(yīng)如下：1-P-G+UTPUDPG焦磷酸化酶

UDPG+PPi生成ADPG的反應(yīng)與上述反應(yīng)類似，所不同的是以ATP代替UTP，并有ADPG焦磷酸化酶催化反應(yīng)。1-P-G+ATPADPG焦磷酸化酶

ADPG+