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,*,*,*,*,第22章 糖代谢,Metabolism of Saccharides,糖酵解作用 glycolysis,11/27/2025,1,糖酵解的概念、,糖酵解途径,ATP,生成、限速酶及其生理意义,反应的亚细胞部位,熟悉糖酵解调节,本章要求,11/27/2025,2,糖代谢概述,有机体重要的能源和碳源,分解代谢（糖酵解,（胞浆）,、三羧酸循环,（线粒体）,）,合成代谢（糖异生、糖原的合成、结构多糖的合成）,中间代谢（磷酸戊糖途径、糖醛酸途径）,糖代谢受神经、激素及别构物的调节控制,11/27/2025,3,葡萄糖,酵解途径,丙酮酸,有氧,无氧,H,2,O及CO,2,乳酸,糖异生途径,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,肝糖原分解,糖原合成,磷酸戊糖途径,核糖,+,NADPH+H,+,淀粉,消化与吸收,ATP,11/27/2025,4,ATP形成途径,G,CO,2,+H,2,O+,38 ATP,G,丙酮酸+,2 ATP,O,2,无O,2,有氧氧化（三羧酸循环）,无氧酵解（糖酵解）,糖类的消化和吸收,11/27/2025,5,第一节 糖类的消化、吸收和转运,一、糖类的消化,消化部位：,小肠（主要）,口腔（少量）,11/27/2025,6,ADP+Pi,ATP,G,Na,+,K,+,Na,+,泵,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,Na,+,依赖型葡萄糖转运体,(Na,+,-dependent glucose transporter,SGLT),刷状缘,细胞内膜,11/27/2025,9,4、吸收途径,小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,GLUT：葡萄糖转运体,(glucose transporter)，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 15)。,11/27/2025,10,5-磷酸核糖,丙酮酸,糖原,淀粉，蔗糖,磷酸戊糖途径,糖酵解,11/27/2025,11,三、糖的转运,Na,+,单糖协同转运系统：,转运,D,葡萄糖和,D,半乳糖,单糖易化扩散系统：,D,果糖,11/27/2025,12,第二节 糖类的酵解,（glycolysis）,糖酵解：,糖的无氧分解，糖类代谢的共同途径（胞液）,一、糖酵解与发酵,无氧条件下，葡萄糖（在酶的作用下）进行分解，形成2分子丙酮酸并提供能量生成ATP的过程。,1、糖酵解,(glycolysis),：,好氧动物、植物和微生物细胞分解产生能量的共同代谢途径,11/27/2025,13,O,2,充足,丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环彻底氧化生成CO,2,、H,2,O，,NADH进入呼吸链氧化产生ATP,O,2,不足,NADH将丙酮酸还原成乳酸，在胞液中进行,厌氧有机体（如酵母）把酵解产生的NADH中的H交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，乙醛还原形成乙醇,酒精发酵,若将H交给丙酮酸生成乳酸,乳酸发酵,2、发酵,(fermentation)：,11/27/2025,14,二、酵解的研究历史,（P,63,）,发酵历史悠久，酿酒、工业酒精、面包,研究发酵，19世纪下半叶开始,18541864，法国,Louis Paster,葡萄糖,在,无氧,条件下被酵母菌分解生成,乙醇,“活力”、“酵素”,发酵：“不要空气的生命”,11/27/2025,15,1897，德,汉斯巴克纳兄弟,(Hans buchner、Edward buchner),发酵,作用可以在不含细胞的,酵母抽提液中进行,1905，,哈登,(Arthur Harden)、,杨,(William Young),实验证明：,无机磷酸的作用,1940，德国,恩伯顿,(Gustar Embden),迈耶霍夫,(Otto Meyerhof),阐明糖酵解的整个途径，揭示其普遍性,因此，糖酵解途径：Embden-Meyerhof途径(EMP),11/27/2025,16,糖酵解途径实验依据,酵母抽提液的发酵速度比完整酵母慢，且逐渐缓慢直至停顿,如果加入无机磷酸盐，可以恢复发酵速度，但不久又会再次,缓慢，同时加入的磷酸盐浓度逐渐下降,上述现象说明：发酵过程需要磷酸，可能磷酸与葡萄糖代谢中间产物生成了糖磷酸酯。完整细胞可通过ATP水解提供磷酸,11/27/2025,17,糖酵解途径实验依据,碘乙酸对酵母生长有抑制作用,将葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保温，可以分离出,少量的磷酸丙糖,（,3-,磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的平衡混合物）,推断：,磷酸己糖可能裂解为两分子三碳糖,碘乙酸对三碳糖进一步分解的酶有抑制作用,11/27/2025,18,糖酵解途径实验依据,氟化钠对酵母生长也有抑制作用,将,1,6-,二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提液以及氟化钠,一起保温,磷酸甘油酸积累（,3-,、,2-,磷酸甘油酸的平衡混合物）,推断：,3-磷酸甘油酸是3-磷酸甘油醛的氧化产物,2-磷酸甘油酸是前者变位后的产物,氟化钠对2-磷酸甘油酸进一步反应的酶有抑制作用,11/27/2025,19,糖酵解途径实验依据,酵母液透析，失去发酵能力,酵母液加热到,50,，失去发酵能力,经过透析失活的酵母液混合，恢复发酵能力,推断：,发酵需要两类物质：,一是热不稳定的，不可透析的组分即酶,二是热稳定的可透析的组分,如辅酶、ATP、金属离子等,11/27/2025,20,三、糖酵解途径,（无氧分解、EMP途径）,酶将,葡萄糖,降解成,丙酮酸,并伴随着,生成ATP,的反应序列,氧化磷酸化和三羧酸循环的前奏,场所:,细胞质,氧气:,NO,11/27/2025,21,酵解途径,葡萄糖酵解的总反应式：,Glc+2Pi+2ADP+2NAD,+,2丙酮酸2ATP+2NADH+H,+,+2H,2,O,乳酸,糖酵解,乙醛乙醇,生醇发酵,11/27/2025,22,糖酵解的反应过程,葡萄糖,丙酮酸,两个部分：,准备、放能,三个阶段：,活化、裂解、放能,10步反应,11/27/2025,23,己糖激酶/葡萄糖激酶,磷酸己糖异构酶,磷酸果糖激酶-1,ATP,ADP,ATP,ADP,*,*,(1),(2),(3),Mg,2+,Mg,2+,（一）准备,11/27/2025,24,1、葡萄糖磷酸化(phosphorylation)6-磷酸葡萄糖（G-6-P）,己糖激酶,分布广泛，专一性低,葡糖糖激酶,仅肝脏，专一性高,关键酶、调节酶,，消耗1分子ATP,11/27/2025,25,2、G-6-P异构化 6-磷酸果糖（F-6-P）,可逆，反应方向由底物与产物含量水平控制,磷酸葡萄糖异构酶,11/27/2025,26,3、F-6-P磷酸化 1，6-二磷酸果糖（F-1，6-BP）,关键反应步骤，限速酶,消耗,1,分子,ATP,磷酸果糖激酶,11/27/2025,27,（二）裂解,（lysis）磷酸丙糖的生成,1分子,F-1,6-BP,2分子,磷酸丙糖（可互变）,（triose phosphate）,11/27/2025,28,4、F-1，6-2P 裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）,2,个三碳糖,醛缩酶,11/27/2025,29,5、磷酸三碳糖的异构化,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,磷酸丙糖异构酶,11/27/2025,30,（三）放能,（贮能）,3-磷酸甘油醛,脱氢、磷酸化、脱水、放能等,丙酮酸、ATP,11/27/2025,31,11/27/2025,32,11/27/2025,33,6、3-磷酸甘油醛氧化生成1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛+NAD,+,+H,3,PO,3,1，3-二磷酸甘油酸+NADH+H,+,3-磷酸甘油醛脱氢酶,11/27/2025,34,7、1，3-二磷酸甘油酸氧化生成3-磷酸甘油酸、ATP,1，3-二磷酸甘油酸+ADP,3-磷酸甘油酸+,ATP,磷酸甘油酸激酶，Mg,2+,11/27/2025,35,8、3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶，Mg,2+,11/27/2025,36,9、2-磷酸甘油酸脱水 磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶，Mg,2+,11/27/2025,37,10、磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP形成ATP和丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸+ADP,烯醇式丙酮酸+ATP,丙酮酸,丙酮酸激酶，Mg,2+,11/27/2025,38,11/27/2025,39,总结：,10步反应，三个阶段,每分解1个己糖分子消耗2分子ATP,产生2分子三碳糖,每分子三碳糖产生2分子ATP,需要10种酶，大部分过程需Mg+参与,两个阶段链接,11/27/2025,40,11/27/2025,41,中间产物磷酸化的意义,中间产物具有极性,（PO,4,3-,：负电荷）,：,不易透过脂膜失散,信号基团：,有利于与酶结合而催化,保存能量：,最终形成ATP的末端磷酸基团,11/27/2025,42,糖酵解的意义,1单糖分解代谢最,重要的基本途径,之一,2快速,提供能量,，使机体或组织有效,适应缺氧,3某些特殊组织或细胞的,主要获能方式,（如成熟红细胞、皮肤、视网膜）,4G完全氧化分解成CO,2,、H,2,O的,必要准备阶段,代谢中间产物是合成其它物质的原料（如：丙酮酸）,11/27/2025,43,11/27/2025,44,11/27/2025,45,11/27/2025,46,四、糖酵解第一阶段的反应机制,准备阶段,（一）G的磷酸化,11/27/2025,47,1、G与ATP的反应机制,G,（,6,）,-OH,孤电子对的攻击作用,Mg,2+,吸引,O,的负电荷作用,激酶,：催化,ATP,分子与底物间磷酸基转移的酶，一般需要,Mg,2+,、,Mn,2+,为辅因子。,Mg,2+,可掩盖,ATP/ADP,中磷酸基氧原子负电荷，使葡萄糖,C-6/C-1,位羟基易于亲核攻击,ATP,磷原子,机理,：葡萄糖,C-6/C-1,位羟基亲核进攻击,ATP,位磷原子,11/27/2025,48,2、己糖激酶,（hexokinase，HK）,、,葡萄糖激酶,（glucokinase，GK）,所有细胞,维持血糖恒定,肝脏,ATP+Mg,2+,Mg,2+,-ATP,（复合物）,游离的,ATP,分子，强竞争性抑制己糖激酶,正常情况，对己糖激酶起活化作用的是,Mg,2+,11/27/2025,49,HK：,GHKATP-Mg,2+,（三元体复合物）,HK构象变化（G诱发）,ATP 向 C（6）-OH靠拢,快速转移磷酸基团（磷酸化），比向H,2,O转移速度快40，000倍,Hexokinase,Glucose,Induced fit,MW,：108，000；,11/27/2025,50,调节酶,产物（,G-6-P,、,ADP,）的变构抑制,K,m,：,0.1mmol/L,（,G,）,HK的区域性分布,：脑、肾,：骨骼、心肌,：肝、肺,（,GK,）：肝脏；,组织不能合成糖原,无机磷酸解除底物抑制,型酶最敏感，柠檬酸激活,胰岛素（Insulin）诱导,机体调控酶活性的一种方式,11/27/2025,51,440个AA,GK,GK,不受,G-6-P,抑制,K,m,：,5,10mmol/L,（,G,）,高,G,，催化作用,血、肝,G,GK,催化,G,G-6-P,糖原,（肝）,11/27/2025,52,11/27/2025,53,（二）G-6-P异构化,磷酸葡萄糖异构酶,反应可逆,，自由能变化微小,11/27/2025,54,G-6-P,、,F-6-P,：主要为,环式存在,异构化：,开链反应,，,F-6-P,成环,底物、立体专一性,6PG、E4P、S7P：,竞争性抑制剂,11/27/2025,55,催化机制,1、酸性催化开环,2、顺式-烯二醇中间体的形成,3、（C1）质子的取代,4、关环,11/27/2025,56,（三）F-6-P F-1，6-BP,变构酶，决定酵解速度，限速酶,磷酸果糖激酶,ATP,、,H,+,：抑制作用,11/27/2025,57,（四）F-1，6-P 裂解,醛缩酶,11/27/2025,58,3,2,1,4,5,6,11/27/2025,59,（五）磷酸三碳糖的异构化,磷酸丙糖异构酶,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,11/27/2025,60,五、酵解第二阶段的反应机制,（见74页）,放能阶段,11/27/2025,61,能量计算：,无O,2,：,葡萄糖开始，净增,2分子ATP,从糖原开始：净增,3分子ATP,NADH用于还原丙酮酸生成乳酸,六、酵解过程ATP的合成,11/27/2025,62,七、丙酮酸的去路,11/27/2025,63,（一）丙酮酸的无氧降解,发酵：,G在缺乏O2的条件下，经丙酮酸生成乙醇或乳酸的过程。,1、酒精发酵,（酵母及其它微生物）,11/27/2025,64,2、乳酸发酵,（微生物、高等生物氧气不足）,11/27/2025,65,（二）丙酮酸的有氧降解,丙酮酸（细胞质）进入线粒体基质,丙酮酸脱氢酶系催化，脱羧、脱氢,乙酰CoA和NADH,11/27/2025,66,11/27/2025,67,八、糖酵解作用的调节（83页）,（一）果糖磷酸激酶活性的调节：,最关键的限速酶,ATP/AMP,：调节酶活性，重要的生理意义,ATP,：,几乎无活性，酵解作用减弱,AMP,，,ATP,：活性恢复，酵解作用增强,H,+,：抑制，防止肌肉中乳酸过量，血液酸中毒,柠檬酸：增加,ATP,对酶的抑制作用,-D-,果糖,-2,，,6-,二磷酸：,消除,ATP,抑制，活化酶,11/27/2025,68,2）己糖激酶活性的调节：,非限速酶,G-6-P,：别构抑制剂,果糖二磷酸激酶活性抑制，,G-6-P,积累，酵解减弱,G-6-P,糖原、磷酸戊糖，非关键的限速酶,11/27/2025,69,3）丙酮酸激酶活性的调节：,F-1,，,6-P,：激活剂,丙氨酸：别构抑制剂,ATP,、乙酰,CoA,：抑制,11/27/2025,70,11/27/2025,71,调节部位,变构激活剂,变构抑制剂,磷酸果糖激酶*,己糖激酶,丙酮酸激酶,ADP、AMP,F-1,6-P,ATP、柠檬酸,脂肪酸,G,F-6-P,F-1,6-P,ATP、Ala、乙酰CoA,11/27/2025,72,九、其它单糖进入酵解的途径,（91页）,（一）果糖,1、肌肉,F+ATP F-6-P,11/27/2025,73,2、肝脏：,无HK，只有GK（专一性），6步反应,1）F+ATP F-1-P,11/27/2025,74,2）F-1-P 裂解,11/27/2025,75,3）甘油醛磷酸化,11/27/2025,76,4）甘油醛还原,11/27/2025,77,5）甘油磷酸化,11/27/2025,78,6）甘油-3-P 的氧化,丙糖磷酸异构酶,3-P-甘油醛,EMP,11/27/2025,79,（二）半乳糖,1、途径,1）磷酸化,11/27/2025,80,2）UDP-半乳糖的形成尿苷酰转移,缺乏：,半乳糖血症,血半乳糖积累，眼睛晶状体半乳糖,半乳糖醇,白内障,11/27/2025,81,3）UDP-半乳糖 UDP-G,11/27/2025,82,4）UDPG G-1-P,11/27/2025,83,5）G-1-P,G-6-P,EMP,11/27/2025,84,2、半乳糖血症,生长停滞、智力迟钝,肝脏损伤致死,不含半乳糖的饮食,11/27/2025,85,（三）甘露糖,磷酸甘露糖异构酶,F-6-P,EMP,11/27/2025,86,11/27/2025,87,