第⼗⼀章糖类代谢--王镜岩《⽣物化学》第三版笔记（完美打印版）
第⼗⼀章糖类代谢
第⼀节概述
⼀、特点
糖代谢可分为分解与合成两⽅⾯，前者包括酵解与三羧酸循环，后者包括糖的异⽣、糖原与结构多糖的合成等，中间代谢还有磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。 糖代谢受神经、激素和酶的调节。同⼀⽣物体内的不同组织，其代谢情况有很⼤差异。脑组织始终以同⼀速度分解糖，⼼肌和⾻骼肌在正常情况下降解速度较低，但当⼼肌缺氧和⾻骼肌痉挛时可达到很⾼的速度。葡萄糖的合成主要在肝脏进⾏。不同组织的糖代谢情况反映了它们的不同功能。 ⼆、糖的消化和吸收
（⼀）消化
淀粉是动物的主要糖类来源，直链淀粉由300-400个葡萄糖构成，⽀链淀粉由上千个葡萄糖构成，每24-30个残基中有⼀个分⽀。糖类只有消化成单糖以后才能被吸收。
主要的酶有以下⼏种：
1.α-淀粉酶哺乳动物的消化道中较多，是内切酶，随机⽔解链内α1，4糖苷键，产⽣α-构型的还原末端。产物主要是糊精及少量麦芽糖、葡萄糖。最适底物是含5个葡萄糖的寡糖。
2.β-淀粉酶在⾖、麦种⼦中含量较多。是外切酶，作⽤于⾮还原端，⽔解α-1，4糖苷键，放出β-麦芽糖。⽔解到分⽀点则停⽌，⽀链淀粉只能⽔解50%。
3.葡萄糖淀粉酶存在于微⽣物及哺乳动物消化道内，作⽤于⾮还原端，⽔解α-1，4糖苷键，放出β-葡萄糖。可⽔解α-1，6键，但速度慢。链长⼤于5时速度快。
4.其他α-葡萄糖苷酶⽔解蔗糖，β-半乳糖苷酶⽔解乳糖。
⼆、吸收
D-葡萄糖、半乳糖和果糖可被⼩肠粘膜上⽪细胞吸收，不能消化的⼆糖、寡糖及多糖不能吸收，由肠细菌分解，以CO2、甲烷、酸及H2形式放出或参加代谢。
三、转运
1.主动转运⼩肠上⽪细胞有协助扩散系统，通过⼀种载体将葡萄糖（或半乳糖）与钠离⼦转运进⼊细胞。此过程由离⼦梯度提供能量，离⼦梯度则由Na-K-ATP酶维持。细菌中有些糖与氢离⼦协同转运，如乳糖。另⼀种是基团运送，如⼤肠杆菌先将葡萄糖磷酸化再转运，由磷酸烯醇式丙酮酸供能。果糖通过⼀种不需要钠的易化扩散转运。需要钠的转运可被根⽪苷抑制，不需要钠的易化扩散被细胞松驰素抑制。
2.葡萄糖进⼊红细胞、肌⾁和脂肪组织是通过被动转运。其膜上有专⼀受体。红细胞受体可转运多种D-糖，葡萄糖的Km最⼩，L型不转运。此受体是蛋⽩质，其转运速度决定肌⾁和脂肪组织利⽤葡萄糖的速度。⼼肌缺氧和肌⾁做⼯时转运加速，胰岛素也可促进转运，可能是通过改变膜结构。
第⼆节糖酵解
⼀、定义
1.酵解是酶将葡萄糖降解成丙酮酸并⽣成ATP的过程。它是动植物及微⽣物细胞中葡萄糖分解产⽣能量的共同代谢途径。有氧时丙酮酸进⼊线粒体，经三羧酸循环彻底氧化⽣成CO2和⽔，酵解⽣成的NADH则经呼吸链氧化产⽣ATP和⽔。缺氧时NADH 把丙酮酸还原⽣成乳酸。
2.发酵也是葡萄糖或有机物降解产⽣ATP的过程，其中有机物既是电⼦供体，⼜是电⼦受体。根据产物不同，可分为⼄醇发酵、乳酸发酵、⼄酸、丙酸、丙酮、丁醇、丁酸、琥珀酸、丁⼆醇等。
⼆、途径
共10步，前5步是准备阶段，葡萄糖分解为三碳糖，消耗2分⼦ATP；后5步是放能阶段，
三碳糖⽣成丙酮酸，共产⽣4分⼦ATP。总过程需10种酶，都在细胞质中，多数需要Mg2+。酵解过程中所有的中间物都是磷酸化的，可防⽌从细胞膜漏出、保存能量，并有利于与酶结合。
1.磷酸化葡萄糖被ATP磷酸化，产⽣6-磷酸葡萄糖。
反应放能，在⽣理条件下不可逆（K⼤于300）。由⼰糖激酶或葡萄糖激酶催化，需要Mg2+或Mn2+。⼰糖激酶可作⽤于D-葡萄糖、果糖和⽢露糖，是糖酵解过程中的第⼀个调节酶，受6-磷酸葡萄糖的别构抑制。有三种同⼯酶。葡萄糖激酶存在于肝脏中，只作⽤于葡萄糖，不受6-磷酸葡萄糖的别构抑制肌⾁的⼰糖激酶Km=0.1mM，肝脏的葡萄糖激酶Km=10mM，平时细胞中的葡萄糖浓度时5mM，只有进后葡萄糖激酶才活跃，合成糖原，降低⾎糖浓度，葡萄糖激酶是诱导酶，胰岛素可诱导它的合成。6-磷酸葡萄糖也可由糖原合成，由糖原磷酸化酶催化，⽣成1-磷酸葡萄糖，在磷酸葡萄糖变位酶的催化下⽣成6-磷酸葡萄糖。此途径少消耗1个ATP。6-磷酸葡萄糖由葡萄糖6-磷酸酶催化⽔解，此酶存在于肝脏和肾脏中，肌⾁中没有。 2.异构由6-磷酸葡萄糖⽣成6-磷酸果糖
反应中间物是酶结合的烯醇化合物，反应是可逆的，由浓度控制。由磷酸葡萄糖异构酶催化，受磷酸戊糖⽀路的中间物竞争抑制，如6-磷酸葡萄糖酸。戊糖⽀路通过这种⽅式抑制酵解和有氧氧化，pH降低使抑制加强，减少酵解，以免组织过酸。
3.磷酸化 6-磷酸果糖被ATP磷酸化，⽣成1，6-⼆磷酸果糖
由磷酸果糖激酶催化，是酵解的限速步骤。是别构酶，四聚体，调节物很多，ATP、柠檬酸、磷酸肌酸、脂肪酸、DPG是负调节物；果糖1，6-⼆磷酸、AMP、ADP、磷酸、环AMP等是正调节物。PFK有三种同⼯酶，A在⼼肌和⾻骼肌中，对磷酸肌酸、柠檬酸和磷酸敏感；B在肝和红细胞中，对DPG敏感；C在脑中，对ATP和磷酸敏感。各种效应物在不同组织中浓度不同，更重要的是其浓度变化幅度不同，如⼤⿏在运动和休息时ATP含量仅差0.8ug/g肌⾁，不能改变PFK活⼒，⽽磷酸肌酸浓度变化⼤，效应也⼤。
4.裂解⽣成3-磷酸⽢油醛和磷酸⼆羟丙酮
什么叫差动保护由醛缩酶催化，有三种同⼯酶，A在肌⾁中，B在肝中，C在脑中。平衡有利于逆反应，由浓度推动反应进⾏。⽣成西弗碱中间物。
5.异构 DHAP⽣成磷酸⽢油醛
DHAP要转变成磷酸⽢油醛才能继续氧化，此反应由磷酸丙糖异构酶催化，平衡时磷酸⽢油醛占10%，由于磷酸⽢油醛不断消耗⽽进⾏。受磷酸和磷酸缩⽔⽢油竞争抑制。以上反应共消耗2分⼦ATP，产⽣2分⼦3-磷酸⽢油醛，原来葡萄糖的3，2，1位和4，5，6位变成1，2，3位。
6.氧化 G-3-P+NAD++H3PO4=1，3-DPG+NADH+H+
由磷酸⽢油醛脱氢酶催化，产物是混合酸酐，含⾼能键（11.8千卡）。反应可分为两部分，放能的氧化反应偶联推动吸能的磷酸化反应。酶是四聚体，含巯基，被碘⼄酸强烈抑制。砷酸盐与磷酸竞争，可产⽣3-磷酸⽢油酸，但没有磷酸化，是解偶联剂。NAD之间有负协同效应，ATP和磷酸肌酸是⾮竞争抑制剂，磷酸可促进酶活。
肌⾁收缩开始的⼏秒，磷酸肌酸从20mM下降到10-5mM，使酶活升⾼；随着乳酸的积累，ATP 抑制增强，酶活下降。
7.放能 1，3-DPG+ADP=3-磷酸⽢油酸+ATP
由磷酸⽢油酸激酶催化，需Mg。是底物⽔平磷酸化，抵消了消耗的ATP。
8.变位 3-磷酸⽢油酸变成2-磷酸⽢油酸
由磷酸⽢油酸变位酶催化，需镁离⼦。DPG是辅因⼦，可由1，3-⼆磷酸⽢油酸变位⽽来。机理是DPG的3位磷酸转移到底物的2位。DPG⽆⾼能键，可被磷酸酶⽔解成3-磷酸⽢油酸。红细胞中有15-50%的1，3-DPG转化为DPG，以调节运氧能⼒。在氧分压较⾼的肺泡，亲和⼒
不变，⽽在组织中亲和⼒降低，可增加氧的释放。
9.脱⽔⽣成磷酸烯醇式丙酮酸PEP
由烯醇酶催化，需镁或锰离⼦。反应可逆，分⼦内能量重新分布，产⽣⼀个⾼能键。F-可络合镁离⼦，抑制酶活，有磷酸盐时更强，可⽤来抑制酵解。
10.放能⽣成丙酮酸和ATP
由丙酮酸激酶催化，需镁离⼦，不可逆。是别构酶，F-1，6-2P活化，脂肪酸、⼄酰辅酶A、ATP和丙氨酸抑制酶活。有三种同⼯酶，L型存在于肝脏中，被⼆磷酸果糖激活，脂肪酸、⼄酰辅酶A、ATP和丙氨酸抑制；A型存在于脂肪、肾和红细胞，被
⼆磷酸果糖激活，ATP和丙氨酸抑制；M型存在于肌⾁中，被磷酸肌酸抑制。丙酮酸激酶受激素影响，胰岛素可增加其合成。
三、能量变化
C6H12O6+2Pi+2ADP+2NAD+=2C3H4O3+2ATP+2NADH+2H++2H2O
有氧时2个NADH经呼吸链可产⽣6个ATP，共产⽣8个ATP；⽆氧时⽣成乳酸，只有2个ATP。在⾻骼肌和脑组织中，NADH 进⼊线粒体要经过⽢油磷酸穿梭系统，在细胞质中由3-磷酸⽢油脱氢酶催化，将磷酸⼆羟丙酮还原⽣成3-磷酸⽢油，进⼊线粒体后再氧化⽣成磷酸⼆羟丙酮，返回细胞质。因为其辅酶是FAD，所以⽣成FADH2，只产⽣2个ATP。这样其还原当量
（2H++2e）被带⼊线粒体，⽣成FADH2，进⼊呼吸链，结果共⽣成6个ATP。
其他组织如肝脏和⼼肌等，通过苹果酸穿梭系统，在苹果酸脱氢酶作⽤下还原草酰⼄酸，⽣成苹果酸，进⼊线粒体后再氧化⽣成草酰⼄酸。不过草酰⼄酸不能通过线粒体膜，必需经⾕草转氨酶催化⽣成天冬氨酸和α-酮戊⼆酸才能返回细胞质。线粒体中苹果酸脱氢酶的辅酶是NAD，所以可⽣成3个ATP。
四、丙酮酸的去向
1.⽣成⼄酰辅酶A：有氧时丙酮酸进⼊线粒体，脱羧⽣成⼄酰辅酶A，通过三羧酸循环彻底氧化成⽔和CO2。
2.⽣成乳酸：乳酸菌及肌⾁供氧不⾜时，丙酮酸接受3磷酸⽢油醛脱氢时产⽣的NADH上的H，在乳酸
脱氢酶催化下还原⽣成乳酸。LDH有5种同⼯酶，A4在⾻骼肌，B4在⼼肌。A4以⾼速催化丙酮酸的还原，使⾻骼肌可在缺氧时运动；H4速度慢并受丙酮酸抑制，所以⼼肌在正常情况下并不⽣成乳酸，⽽是将⾎液中的乳酸氧化⽣成丙酮酸，进⼊三羧酸循环。⾻骼肌产⽣的⼤量乳酸还可由肝脏氧化⽣成丙酮酸，再通过糖的异⽣转变为葡萄糖，供⾻骼肌利⽤，称为乳酸循环或Coli⽒循环。
3.⽣成⼄醇：在酵母菌中，由丙酮酸脱羧酶催化⽣成⼄醛，再由⼄醇脱氢酶催化还原⽣成⼄醇。
五、其他单糖
1.果糖：可由⼰糖激酶催化形成6-磷酸果糖⽽进⼊酵解。⼰糖激酶对葡萄糖的亲和⼒⽐果糖⼤12倍，只有在脂肪组织中，果糖含量⽐葡萄糖⾼，才由此途径进⼊酵解。肝脏中有果糖激酶，可⽣成1-磷酸果糖，再被1-磷酸果糖醛缩酶裂解⽣成⽢油醛和磷酸⼆羟丙酮，⽢油醛由三碳糖激酶磷酸化⽣成3-磷酸⽢油醛，进⼊酵解。
2.半乳糖：在半乳糖激酶催化下⽣成1-磷酸半乳糖（需镁离⼦），再在1-磷酸半乳糖尿苷酰转移酶催化下与UDP-葡萄糖⽣成UDP-半乳糖和1-磷酸葡萄糖，UDP-半乳糖被UDP-半乳糖4-差向酶催化⽣成UDP-葡萄糖。反应是可逆的，半乳糖摄⼊不⾜时可⽤于合成半乳糖。
3.⽢露糖：由⼰糖激酶催化⽣成6-磷酸⽢露糖，被磷酸⽢露糖异构酶催化⽣成6-磷酸果糖，进⼊酵解。
第三节三羧酸循环
⼀、丙酮酸脱氢酶复合体
（⼀)反应过程：5步，第⼀步不可逆。
1.脱羧，⽣成羟⼄基TPP，由E1催化。
2.羟⼄基被氧化成⼄酰基，转移给硫⾟酰胺。由E2催化。
3.形成⼄酰辅酶A。由E2催化。
4.氧化硫⾟酸，⽣成FADH2。由E3催化。
5.氧化FADH2，⽣成NADH。
工程结算
复合体有60条肽链组成，直径30nm，E1和E2各24个，E3有12个。其中硫⾟酰胺构成转动长臂，在电荷的推动下携带中间产物移动。
（⼆)活性调控
2011安徽高考数学理科此反应处于代谢途径的分⽀点，收到严密调控：
1.产物抑制：⼄酰辅酶A抑制E2，NADH抑制E3。可被辅酶A和NAD+逆转。
2.核苷酸反馈调节：E1受GTP抑制，被AMP活化。
3.共价调节：E1上的特殊丝氨酸被磷酸化时⽆活性，⽔解后恢复活性。丙酮酸抑制磷酸化作⽤，钙和胰岛素增加去磷酸化作⽤，ATP、⼄酰辅酶A、NADH增加磷酸化作⽤。
⼆、三羧酸循环的途径：8步。曾经怀疑第⼀个组分是其他三羧酸，故名三羧酸循环。也叫Krebs循环。
1.辅酶A与草酰⼄酸缩合，⽣成柠檬酸
由柠檬酸缩合酶催化，⾼能硫酯键⽔解推动反应进⾏。受ATP、NADH、琥珀酰辅酶A和长链脂肪酰辅酶A抑制。ATP可增加对⼄酰辅酶A的Km。氟⼄酰辅酶A可形成氟柠檬酸，抑制下⼀步反应的酶，称为致死合成，可⽤于杀⾍剂。
2.柠檬酸异构化，⽣成异柠檬酸
由顺乌头酸酶催化，先脱⽔，再加⽔。是含铁的⾮铁卟啉蛋⽩。需铁及巯基化合物（⾕胱⽢肽或Cys等）维持其活性。
3.氧化脱羧，⽣成α-酮戊⼆酸
第⼀次氧化，由异柠檬酸脱氢酶催化，⽣成NADH或NADPH。中间物是草酰琥珀酸。是第⼆个调节酶，能量⾼时抑制。⽣理条件下不可逆，是限速步骤。细胞质中有另⼀种异柠檬酸脱氢酶，需NADPH，不是别构酶。其反应可逆，与NADPH还原当量有关。
4.氧化脱羧，⽣成琥珀酰辅酶A
第⼆次氧化脱羧，由α-酮戊⼆酸脱氢酶体系催化，⽣成NADH。其中E1为α-酮戊⼆酸脱氢酶，E2为琥珀酰转移酶，E3与丙酮酸脱氢酶体系相同。机制类似，但⽆共价调节。
5.分解，⽣成琥珀酸和GTP
是唯⼀⼀个底物⽔平磷酸化，由琥珀酰辅酶A合成酶（琥珀酰硫激酶）催化。GTP可⽤于蛋⽩质合成，也可⽣成ATP。需镁离⼦。
6.脱氢，⽣成延胡索酸
第三步氧化还原反应，由琥珀酸脱氢酶催化，⽣成FADH2。琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜，直接与呼吸链相连。FADH2不与酶解离，电⼦直接转移到酶的铁原⼦上。
7.⽔化，⽣成苹果酸
由延胡索酸酶催化，是反式加成，只形成L-苹果酸。
8.脱氢，⽣成草酰⼄酸
第四次氧化还原，由L-苹果酸脱氢酶催化，⽣成NADH。反应在能量上不利，由于草酰⼄酸的消耗⽽进⾏。
三、总结（***）
1.能量情况：每个循环产⽣3个NADH，1个FADH2，1个GTP，共12个ATP。加上酵解和丙酮酸脱氢，每个葡萄糖有氧氧化共产⽣36-38个ATP。
排污阀2.不对称反应
四、回补反应
三羧酸循环的中间物是许多⽣物合成的前体，如草酰⼄酸和α-酮戊⼆酸可⽤于合成天冬氨酸和⾕氨酸，卟啉的碳原⼦来⾃琥珀酰辅酶A。这样会降低草酰⼄酸浓度，抑制三羧酸循环。所以必需补充草酰⼄酸。
1.丙酮酸羧化：与ATP、⽔和CO2在丙酮酸羧化酶作⽤下⽣成草酰⼄酸。需要镁离⼦和⽣物素。是调节酶，平时活性低，⼄酰辅酶A可促进其活性。
2.PEP+ CO2+GDP=草酰⼄酸+GTP 由磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化，需Mn2+，在脑和⼼脏中有这个反应。
3.由天冬氨酸转氨⽣成草酰⼄酸，⾕氨酸⽣成α-酮戊⼆酸，异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸⽣成琥珀酰辅酶A。
五、⼄醛酸循环
六、许多植物和微⽣物可将脂肪转化为糖，是通过⼀个类似三羧酸循环的⼄醛酸循环，将2个⼄酰辅酶A合成⼀个琥珀酸。此循环⽣成异柠檬酸后经异柠檬酸裂解酶催化，⽣成琥珀酸和⼄醛酸，⼄醛酸与另⼀个⼄酰辅酶A缩合产⽣苹果酸，由苹果酸合成酶催化。然后与三羧酸循环相同。
第四节磷酸戊糖途径
⼀、作⽤在细胞质中进⾏
（⼀)产⽣NADP，为⽣物合成提供还原⼒，如脂肪酸、固醇等。NADPH还可使⾕胱⽢肽维持还原态，维持红细胞还原性。
（⼆)产⽣磷酸戊糖，参加核酸代谢
（三)是植物光合作⽤中从CO2合成葡萄糖的部分途径
⼆、途径
6500d（⼀)氧化阶段：⽣成5-磷酸核酮糖，并产⽣NADPH
1. 葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸脱氢酶作⽤下⽣成6-磷酸葡萄糖酸内酯，并产⽣NADPH。是此途径的调控酶，催化不可逆反应，受NADPH反馈抑制。
2. 被6-磷酸葡萄糖酸δ内酯酶⽔解，⽣成6-磷酸葡萄糖酸。
3. 在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶作⽤下脱氢、脱羧，⽣成5-磷酸核酮糖，并产⽣NADPH。（⼆)分⼦重排，产⽣6-磷酸果糖和3-磷酸⽢油醛
1. 异构化，由磷酸戊糖异构酶催化为5-磷酸核糖，由磷酸戊糖差向酶催化为5-磷酸⽊酮糖。
2. 转酮反应。5-磷酸⽊酮糖和5-磷酸核糖在转酮酶催化下⽣成3-磷酸⽢油醛和7-磷酸景天庚酮糖。此酶也叫转酮醇酶，需TPP 和镁离⼦，⽣成羟⼄醛基TPP负离⼦中间物。
3. 转醛反应。7-景天庚酮糖与3-磷酸⽢油醛在转醛酶催化下⽣成4-磷酸⾚藓糖和6-磷酸果糖，反应中酶分⼦的赖氨酸氨基与酮糖底物⽣成西弗碱中间物。
4. 转酮反应。4-磷酸⾚藓糖与5-磷酸⽊酮糖在转酮酶催化下⽣成6-磷酸果糖和3-磷酸⽢油醛。
5. 总反应为：
3核糖-5-磷酸=2果糖-6-磷酸+⽢油醛-3-磷酸
如细胞中磷酸核糖过多，可以逆转反应，进⼊酵解。
第五节糖醛酸途径
⼀、意义
（⼀)解毒：肝脏中的糖醛酸有解毒作⽤，可与含羟基、巯基、羧基、氨基等基团的异物或药物结合，⽣成⽔溶性加成物，使其溶于⽔⽽排出。
（⼆)⽣物合成：UDP-糖醛酸可⽤于合成粘多糖，如肝素、透明质酸、硫酸软⾻素等。
（三)合成维⽣素C，但灵长类不能。
（四)形成⽊酮糖，可与磷酸戊糖途径相连。
⼆、过程
（⼀)6-磷酸葡萄糖转化为UDP-葡萄糖，再由NAD连接的脱氢酶催化，形成UDP-葡萄糖醛酸。（⼆)合成维⽣素C：UDP-葡萄糖醛酸经⽔解、还原、脱⽔，形成L-古洛糖酸内酯，再经L-古洛糖酸内酯氧化酶氧化成抗坏⾎酸。灵长类动物、豚⿏、印度果蝙蝠不能合成。
陶瓦
（三)通过C5差向酶，形成UDP-艾杜糖醛酸。
（四)L-古洛糖酸脱氢，再脱羧，⽣成L-⽊酮糖，然后与NADPH加氢⽣成⽊糖醇，还原NAD+⽣成⽊酮糖，与磷酸戊糖途径相连。
第六节糖的异⽣
⼀、意义
（⼀)将⾮糖物质转变为糖，以维持⾎糖恒定，满⾜组织对葡萄糖的需要。⼈体可供利⽤的糖仅150克，⽽且储量最⼤的肌糖原只供本⾝消耗，肝糖原不到12⼩时即全部耗尽，这时必需通过异⽣补充⾎糖，以满⾜脑和红细胞等对葡萄糖的需要。
（⼆)将肌⾁酵解产⽣的乳酸合成葡萄糖，供肌⾁重新利⽤，即乳酸循环。
⼆、途径
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