第五章 糖 代 谢

　　新陈代谢(物质代谢)是指生物与周围环境进行物质和能量交换的过程。包括同化作用和异化作用。特点：1、温和条件下由酶催化完成;2、反应协调而有顺序性;3、反应分步进行并伴有能量变化，有中间产物。

　　糖代谢是生物体广泛存在的最基本代谢 。糖代谢为生物提供重要的碳源和能源。生物所需的能量，主要由糖代谢提供。糖代谢包括糖的分解代谢和合成代谢，分解代谢包括糖的有氧氧化分解(糖酵解、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环)和磷酸戊糖途径;合成代谢包括糖异生和光合作用。

　　注：代谢章节的特点是易懂难记，但对于任何一种代谢过程无非学习以下几个方面知识：1、每步中间反应的反应物和产物是什么;2、催化的酶是什么;3、物质和能量变化情况;4、代谢如何进行调节;(5、生物学意义)。

　　一、糖酵解

　　糖酵解(EMP途径)：葡萄糖经过一系列中间反应后生成丙酮酸的过程。糖酵解在细胞质中进行。

　　1、过程：

　　1)、 葡萄糖磷酸化形成G-6-P;此反应不可逆，催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。

　　激酶：催化ATP分子的磷酸基(r-磷酰基)转移到底物上的酶称激酶，一般需要Mg2+或Mn2+作为辅因子，底物诱导的裂缝关闭现象似乎是激酶的共同特征。

　　2)、 G-6-P异构化为F-6-P;此反应可逆，反应方向由底物与产物的含量水平控制。由磷酸葡萄糖异构酶催化，将葡萄糖的羰基C由C1移至C2 ，为C1位磷酸化作准备，同时保证C2上有羰基存在，这对分子的β断裂，形成三碳物是必需的。

　　3)、 F-6-P磷酸化，生成F-1.6-P;此反应在体内不可逆，调节位点，由磷酸果糖激酶催化。磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的第二个调节酶

　　4)、 F-1.6-P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮(DHAP);该反应可逆，由醛缩酶催化。同时在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行。

　　5)、 磷酸二羟丙酮(DHAP)异构化成3-磷酸甘油醛;由磷酸丙糖异构酶催化。已糖转化成3-磷酸甘油醛后，C原子编号变化：F-1.6-P的C1-P、C6-P都变成了3-磷酸甘油醛的C3-P

　　6)、 3-磷酸甘油醛氧化成1.3—二磷酸甘油酸;由磷酸甘油醛脱氢酶催化。此反应可逆，既是氧化反应，又是磷酸化反应，氧化反应的能量驱动磷酸化反应的进行。碘乙酸可与酶的-SH结合，抑制此酶活性，砷酸能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸化作用解偶连(生成3-磷酸甘油酸)。

　　7)、 1.3—二磷酸甘油酸转化成3—磷酸甘油酸和ATP;此反应可逆，由磷酸甘油酸激酶催化。这是酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解过程中第一次产生ATP的反应。一分子Glc产生二分子三碳糖，共产生2ATP。这样可抵消Glc在两次磷酸化时消耗的2ATP。

　　8)、 3—磷酸甘油酸转化成2—磷酸甘油酸;此反应可逆，磷酸甘油酸变位酶催化，磷酰基从C3移至C2。

　　9)、 2—磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸;此反应可逆，烯醇化酶催化。2—磷酸甘油酸中磷脂键是一个低能键(△G= -17.6Kj /mol)而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇键是高能键(△G= -62.1Kj /mol)，因此，这一步反应显著提高了磷酰基的转移势能。

　　10)、 磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸;此反应不可逆，调节位点。由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是酵解途径的第三个调节酶，这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化反应，磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP，生成ATP和丙酮酸

　　EMP总反应式：

　　1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ → 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O

　　2、 糖酵解的能量变化

　　无氧情况下：净产生2ATP(2分子NADH将2分子丙酮酸还原成乳酸)。

　　有氧条件下：NADH可通过呼吸链间接地被氧化，生成更多的ATP。

　　1分子NADH→3ATP(或2.5ATP)

　　1分子FADH2 →2ATP(或1.5 ATP)

　　因此，净产生8ATP(酵解2ATP，2分子NADH进入呼吸氧化，共生成6ATP)。

　　但在肌肉系统组织和神经系统组织：一个Glc酵解，净产生6ATP(2+2*2)。

　　★甘油磷酸穿梭：

　　2分子NADH进入线粒体，经甘油磷酸穿梭系统，胞质中磷酸二羟丙酮被还原成3—磷酸甘油，进入线粒体重新氧化成磷酸二羟丙酮，但在线粒体中的3—磷酸甘油脱氢酶的辅基是FAD，因此只产生4分子ATP。

　　①：胞液中磷酸甘油脱氢酶。

　　②：线粒体磷酸甘油脱氢酶。

　　★苹果酸穿梭机制：

　　胞液中的NADH可经苹果酸脱氢酶催化，使草酰乙酸还原成苹果酸，再通过苹果酸—2—酮戊二酸载休转运，进入线粒体内，由线粒体内的苹果酸脱氢酶催化，生成NADH和草酰乙酸。

　　而草酰乙酸经天冬氨酸转氨酶作用，消耗Glu而形成Asp。Asp经线粒体上的载体转运回胞液。在胞液中，Asp经胞液中的Asp转氨酶作用，再产生草酰乙酸。

　　经苹果酸穿梭，胞液中NADH进入呼吸链氧化，产生3个ATP。

　　糖酵解过程中包含两个底物水平磷酸化：一为1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸;二为磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸。

　　2、调节

　　1)6-磷酸果糖激酶-1

　　变构抑制剂：ATP、柠檬酸

　　变构激活剂：AMP、ADP、1，6-双磷酸果糖(产物反馈激，比较少见)和2，6-双磷酸果糖(最强的激活剂)。

　　2)丙酮酸激酶

　　变构抑制剂：ATP 、肝内的丙氨酸

　　变构激活剂：1，6-双磷酸果糖

　　3)葡萄糖激酶

　　变构抑制剂：长链脂酰辅酶A

　　注：此项无需死记硬背，理解基础上记忆是很容易的，如知道糖酵解是产生能量的，那么有ATP等能量形式存在，则可抑制该反应，以利节能，上述的柠檬酸经三羧酸循环也是可以产生能量的，因此也起抑制作用;产物一般来说是反馈抑制的;但也有特殊，如上述的1，6-双磷酸果糖。特殊的需要记忆，只属少数。以下类同。关于共价修饰的调节，只需记住几个特殊的即可，下面章节提及。

　　3、丙酮酸的去路

　　1) 进入三羧酸循环

　　2) 乳酸的生成

　　在厌氧酵解时(乳酸菌、剧烈运动的肌肉)，丙酮酸接受了3—磷酸甘油醛脱氢酶生成的NADH上的氢，在乳酸脱氢酶催化下，生成乳酸。

　　总反应： Glc + 2ADP + 2Pi → 2乳酸 + 2ATP + 2H2O

　　3) 乙醇的生成

　　酵母或其它微生物中，经糖酵解产生的丙酮酸，可以经丙酮酸脱羧酶催化，脱羧生成乙醛，在醇脱氢酶催化下，乙醛被NADH还原成乙醇。

　　总反应：Glc+2pi+2ADP+2H+→2乙醇+2CO2+2ATP+2H20

　　在厌氧条件下能产生乙醇的微生物，如果有氧存在时，则会通过乙醛的氧化生成乙酸，制醋。

　　4) 丙酮酸进行糖异生

　　4、 其它单糖进入糖酵解途径：除葡萄糖外，其它单糖也可进行酵解，通过形成糖酵解的某一中间产物。各种单糖进入糖酵解的途径，如糖原降解产物G—1—P异构成G—6—P。

　　5、糖酵解的生理意义

　　1)葡萄糖分解代谢的共同途径;

　　2)对于厌氧生物、缺氧或某些病理的组织来说，是糖分解和获得能量的主要方式;

　　3)糖酵解形成的很多中间产物，可作为合成其他物质的原料，与其他代谢途径联系起来。

　　6、乳酸循环：葡萄糖在肌肉组织中经糖的无氧酵解产生的乳酸，可经血循环转运至肝脏，再经糖的异生作用生成自由葡萄糖后转运至肌肉组织加以利用，这一循环过程就称为乳酸循环(Cori循环)。Cori循环是一个耗能过程：2分子乳酸生成1分子Glc，消耗6个ATP。

　　乳酸循环是由于肝内糖异生活跃，又有葡萄糖-6-磷酸酶可水解6-磷酸葡萄糖，释出葡萄糖。肌肉除糖异生活性低外，又没有葡萄糖-6-磷酸酶。

　　乳酸循环生理意义：避免损失乳酸以及防止因乳酸堆积引起酸中毒。

　　二、糖有氧氧化

　　葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段。

　　①糖酵解产生丙酮酸(2丙酮酸、 2ATP、2NADH)

　　②丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 2×(CO2、NADH)

　　③三羧酸循环 2×(2CO2、ATP、3NADH、FADH2)

　　④呼吸链氧化磷酸化 (NADH-----ATP)

　　三羧酸循环：乙酰CoA经一系列的氧化、脱羧，最终生成CO2、H2O、并释放能量的过程，又称柠檬酸循环、Krebs循环。

　　原核生物：①~④阶段在胞质中

　　真核生物：①在胞质中，②~④在线粒体中

　　1、丙酮酸脱羧生成乙酰CoA。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行，这是连接糖酵解与TCA的中心环节。

　　1) 丙酮酸脱氢酶系：丙酮酸脱氢酶系是一个十分庞大的多酶体系，位于线粒体膜上，电镜下可见。

　　E.coli丙酮酸脱氢酶复合体：

　　分子量：4.5×106，直径45nm，比核糖体稍大。

　　酶 辅酶 每个复合物亚基数

　　丙酮酸脱羧酶(E1) TPP 24

　　二氢硫辛酸转乙酰酶(E2) 硫辛酸 24

　　二氢硫辛酸脱氢酶(E3) FAD、NAD+ 12

　　此外，还需要CoA、Mg2+作为辅因子。这些肽链以非共价键结合在一起，在碱性条件下，复合体可以解离成相应的亚单位，在中性时又可以重组为复合体。所有丙酮酸氧化脱羧的中间物均紧密结合在复合体上，活性中间物可以从一个酶活性位置转到另一个酶活性位置，因此，多酶复合体有利于高效催化反应及调节酶在反应中的活性。

　　2) 反应步骤：

　　(1)丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP

　　(2)二氢硫辛酸乙酰转移酶(E2)使羟乙基氧化成乙酰基

　　(3)E2将乙酰基转给CoA，生成乙酰-CoA

　　(4)E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸

　　(5)E3还原NAD+生成NADH

　　3) 丙酮酸脱氢酶系的活性调节：从丙酮酸到乙酰CoA是代谢途径的分支点，此反应体系受到严密的调节控制，此酶系受两种机制调节。

　　(1)可逆磷酸化的共价调节：

　　丙酮酸脱氢酶激酶(EA)(可被ATP激活)

　　丙酮酸脱氢酶磷酸酶(EB)

　　磷酸化的丙酮酸脱氢酶(无活性)

　　去磷酸化的丙酮酸脱氢酶(有活性)

　　(2)别构调节：ATP、CoA、NADH是别构抑制剂。ATP抑制E1;CoA抑制E2;NADH抑制E3。

　　4) 能量变化：1分子丙酮酸生成1分子乙酰CoA，产生1分子NADH(3ATP)。

　　2、 三羧酸循环(TCA)的过程

　　TCA循环：每轮循环有2个C原子以乙酰CoA形式进入，有2个C原子完全氧化成CO2放出，分别发生4次氧化脱氢，共释放12ATP。

　　1) 反应步骤

　　(1)、 乙酰CoA+草酰乙酸→柠檬酸

　　柠檬酸合酶，TCA中第一个调节酶：受ATP、NADH、琥珀酰CoA、和长链脂肪酰CoA的抑制;受乙酰CoA、草酸乙酸激活。氟乙酰CoA可与草酰乙酸生成氟柠檬酸，抑制下一步反应的酶，据此，可以合成杀虫剂、灭鼠药。

　　(2)、 柠檬酸→异柠檬酸

　　由顺鸟头酸酶催化

　　(3)、 异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸和NADH

　　异柠檬酸脱氢酶，这是三羧酸循环中第一次氧化脱羧反应， TCA中第二个调节酶：Mg2+(Mn2+ )、NAD+和ADP可活化此酶，NADH和ATP可抑制此酶活性。细胞在高能状态：ATP/ADP、NADH/NAD+比值高时，酶活性被抑制。线粒体内有二种异柠檬酸脱氢酶，一种以NAD+为电子受体，另一种以NADP+为受体。前者只在线粒体中，后者在线粒体和胞质中都有。

　　(4)、 α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA和NADH

　　α-酮戊二酸脱氢酶系，TCA循环中的第三个调节酶：受NADH、琥珀酰CoA、Ca2+、ATP、GTP抑制，α-酮戊二酸脱氢酶系为多酶复合体，与丙酮酸脱氢酶系相似(先脱羧，后脱氢)

　　(5)、 琥珀酰CoA生成琥珀酸和GTP

　　琥珀酰CoA合成酶(琥珀酸硫激酶)，这是TCA中唯一的底物水平磷酸化反应，直接生成GTP。在高等植物和细菌中，硫酯键水解释放出的自由能，可直接合成ATP。在哺乳动物中，先合成GTP，然后在核苷二磷酸激酶的作用下，GTP转化成ATP。

　　(6)、 琥珀酸脱氢生成延胡索酸(反丁烯二酸)和FADH

　　琥珀酸脱氢酶是TCA循环中唯一嵌入线粒体内膜的酶。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，可阻断三羧酸循环。

　　(7)、 延胡索酸水化生成L-苹果酸

　　延胡索酸酶具有立体异构特性，OH只加入延胡索酸双键的一侧，因此只形成L-型苹果酸。

　　(8)、 L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸和NADH

　　L-苹果酸脱氢酶，平衡有利于逆反应，但生理条件下，反应产物草酰乙酸不断合成柠檬酸，其在细胞中浓度极低，少于10-6mol/L，使反应向右进行。

　　2) TCA循环小结

　　(1)、总反应式：

　　丙酮酸 + 4NAD+ + FAD + GDP → 4NADH + FADH2 + GTP + 3CO2 + H2O

　　乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP → 3NADH + FADH2 + GTP + 2CO2 + H2O

　　(2)、 一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应，三个调节位点，四次脱氢反应。

　　3个NADH、1个FADH2进入呼吸链

　　(3)、 三羧酸循环中碳骨架的不对称反应

　　同位素标记表明，乙酰CoA上的两个C原子在第一轮TCA上并没有被氧化。

　　被标记的羰基碳在第二轮TCA中脱去。在第三轮TCA中，两次脱羧，可除去最初甲基碳的50%，以后每循环一次，脱去余下甲基碳的50%

　　3) 一分子Glc彻底氧化产生的ATP数量(按NADH的P/O=3,FADH2的为2来计算)

　　(在肝脏中)

　　反应 酶 ATP消耗 产生ATP方式 ATP数量 合计

　　糖 酵 解 已糖激酶 1 -1 8

　　磷酸果糖激酶 1 -1

　　磷酸甘油醛脱氢酶 NADH呼吸链氧化磷酸化 2×3

　　磷酸甘油酸激酶 底物水平磷酸化 2×1

　　丙酮酸激酶 底物水平磷酸化 2×1

　　TCA 丙酮酸脱氢酶复合物 NADH 2×3 30

　　异柠檬酸脱氢酶 NADH 2×3

　　α-酮戊二酸脱氢酶复合物 NADH 2×3

　　琥珀酸脱氢酶 FADH2 2×2

　　苹果酸脱氢酶 NADH 2×3

　　琥珀酰CoA合成酶 底物水平磷酸化 2×1

　　净产生：38ATP

　　在骨骼肌、脑细胞中，净产生：36ATP

　　甘油磷酸穿梭，1个NADH生成2个ATP

　　苹果酸穿梭，1个NADH生成3个ATP

　　(1)、 磷酸甘油穿梭机制：

　　磷酸二羟丙酮+NADH+H+→3-磷酸甘油+NAD+

　　3-磷酸甘油进入线粒体，将2H交给FAD而生成FADH2，FADH2可传递给辅酶Q，进入呼吸链，产生2ATP(3-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是FAD)。

　　(2)、 苹果酸穿梭机制：

　　胞液中NADH可经苹果酸酶催化，使草酰乙酸还原成苹果酸，再通过苹果酸-α-酮戊二酸载体转运，进入线粒体，由线粒体内苹果酸脱氢酶催化，生成NADH和草酰乙酸，NADH进入呼吸链氧化，生成3ATP。(苹果酸脱氢酶的辅酶是NAD+)

　　1分子Glc在肝、心中完全氧化，产生38ATP，在骨骼肌、神经系统组织中，产生36ATP。

　　4) 三羧酸循环的代谢调节

　　(1)、 柠檬酸合酶(限速酶)：受ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA抑制。

　　受乙酰CoA、草酰乙酸激活

　　(2)、 异柠檬酸脱氢酶：NADH、ATP可抑制此酶，ADP可活化此酶，当缺乏ADP时就失去活性。

　　(3)、 α-酮戊二酸脱氢酶：受NADH和琥珀酰CoA抑制。

5) TCA的生物学意义

　　(1) 氧化提供能量。线粒体外的NADH，可通过3-磷酸甘油穿梭和苹果酸穿梭机制，运到线粒体内，经呼吸链再氧化，这两种机制在不同组织的细胞中起作用。

　　(2) TCA是生物体内其它有机物氧化的主要途径，如脂肪、氨基酸、糖

　　(3) TCA是物质代谢的枢纽。一方面，TCA是糖、脂肪、氨基酸等彻底氧化分解的共同途径;另一方面，循环中生成的草酰乙酸、α-酮戊二酸、柠檬酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等又是合成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料，因而TCA将各种有机物的代谢联系起来。TCA是联系体内三大物质代谢的中心环节，为合成其它物质提供C架。

　　6) TCA的回补反应

　　三羧酸循环中间物的的回补：在TCA循环中，有些中间产物是合成其它物质的前体，如卟啉的主要碳原子来自琥珀酰CoA，Glu、Asp可以从α-酮戊二酸和草酰乙酸衍生而成，一旦草酰乙酸浓度下降，则会影响TCA循环，因此这些中间产物必须不断补充，以维持TCA循环。

　　产生草酰乙酸的途径有三个：

　　(1)、 丙酮酸羧化酶催化丙酮酸生成草酰乙酸

　　丙酮酸羧化酶是一个调节酶，乙酰CoA可以增加其活性。需要生物素为辅酶

　　(2)、 磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸转化成草酰乙酸

　　在脑、心脏中存在这个反应。

　　(3)、 Asp、Glu转氨可生成草酰乙酸和α-酮戊二酸

　　Ile、Val、Thr、Met也会形成琥珀酰CoA，最后生成草酰乙酸

　　附： 　　　　　　　葡萄糖有氧氧化生成的ATP

　　反　　　应 辅酶 ATP

　　第一阶段 葡萄糖　6-磷酸葡萄糖 -1

　　6-磷酸果糖　1，6双磷酸果糖 -1

　　2*3-磷酸甘油醛　2*1,3-二磷酸甘油酸 NAD+ 2*3或2*2(详见)

　　2*1,3-二磷酸甘油酸　2*3-磷酸甘油酸 2*1

　　2*磷酸烯醇式丙酮酸　2*丙酮酸 2*1

　　第二阶段 2*丙酮酸　2*乙酰CoA NAD+ 2*3

　　第三阶段 2*异柠檬酸　2*α-酮戊二酸 NAD+ 2*3

　　2*α-酮戊二酸　2*琥珀酰CoA NAD+ 2*3

　　2*琥珀酰CoA　2*琥珀酸 2*1

　　2*琥珀酸　2*延胡索酸 FAD 2*2

　　2*苹果酸　2*草酰乙酸 NAD+ 2*3

　　净生成　　　38或36个ATP

　　3、磷酸戊糖途径

　　也称磷酸己糖支路，发生在胞质中。细胞内Glc的氧化分解，除通过糖酵解，三羧酸循环和发酵外，还能直接氧化分解。即反应开始，在G-6-P上的C2原子上直接氧化，通过一系列转化被分解，此为磷酸戊糖途径。

　　两个事实：

　　①用碘乙酸和氟化物抑制糖酵解(磷酸甘油醛脱氢酶)发现Glc的消耗并不因此而受影响，证明葡萄糖还有其它的分解途径

　　②用14C分别标记Glc的C1和C6，然后分别测定14CO2生成量，发现C1标记的Glc比C6标记的Glc更快、更多地生成14CO2 ，如果糖酵解是唯一的代谢途径，那么14C1和14C2生成14CO2的速度应该相同。

　　1)、 反应过程

　　Glc经磷酸戊糖途径氧化分解可分为两个阶段。

　　第一阶段：6-磷酸葡萄糖氧化脱羧生成5-磷酸核糖

　　第二阶段：磷酸戊糖分子重排，产生不同碳链长度的磷酸单糖

　　(1) 6-磷酸葡萄糖脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖

　　在此氧化脱羧阶段中，Glc经两次脱氢，一次脱羧，生成5-磷酸核酮糖及NADPH。6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的调控酶，NADPH反馈抑制此酶活性。

　　(2) 磷酸戊糖异构生成5-磷酸核糖及5-磷酸木酮糖

　　(表异构酶)5-磷酸木酮糖产率：2/3; (异构酶) 5-磷酸核糖产率：1/3

　　(3) 磷酸戊糖通过转酮、转醛反应生成酵解途径的中间产物(F-6-P，3-磷酸甘油醛)

　　a. 转酮反应：5-磷酸木酮糖将自身的二碳单位(羟乙酰基)转到5-磷酸核糖的C1上，生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。

　　转酮酶需TPP为辅酶，作用机理与丙酮酸脱氢酶中的TPP类似。

　　b. 转醛反应：转醛酶将7-磷酸庚酮糖上的三碳单位(二羟丙酮基)转到3-磷酸甘油醛的C1上，生成4-磷酸赤鲜糖和6-磷酸果糖。

　　(4)转酮反应(转酮酶)

　　4-磷酸赤鲜糖接受另一分子5-磷酸木酮糖上的二碳单位(羟乙酰基)，生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛

　　磷酸戊糖分子重排的总结果是：

　　2个5-磷酸木酮糖 + 1个5-磷酸核糖 → 2个(F-6-P) + 1个3磷酸甘油醛

　　由于5-磷酸木酮糖可以由5-磷酸核糖经差向酶转化而来，所以上式可写成：

　　3个5-磷酸核糖 → 2个(F-6-P) + 1个3磷酸甘油醛。

　　因此，在细胞中若形成过量的磷酸戊糖可以经磷酸戊糖途径转化为6-磷酸果糖及3-磷酸甘油醛，与糖酵解途径相连。

　　2) 磷酸戊糖途径小结

　　1、 通过此途径，可将G-6-P彻底氧化

　　G-6-P + 12NADP+ + 6H2O → 12NADPH + 12H+ + 6CO2 相当于(36-1)个ATP

　　3) 磷酸戊糖途径的调节

　　6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的限速酶，催化不可逆反应。其活性主要受NADP+/NADPH比例的调节。机体内，NAD+/NADH为700，而NADP+/NADPH仅为0.014，这就使NADPH可以进行有效地反馈抑制调节6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。只有NADPH被生物合成消耗后，才能解除抑制。

　　非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物的浓度。5-磷酸核糖过多时可以转化为6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛进行酵解。

　　4) 磷酸戊糖途径与糖酵解途径的协调调节

　　G-6-P的流向取决于对NADPH、磷酸戊糖及ATP的需要。

　　(1)需要核糖-5-P(用于合成嘌呤核苷酸)的量比NADPH的量大得多时，大多数G-6-P转变成5-磷酸核糖。还可由转酮酶、转醛酶催化，将2分子F-6-P和一分子甘油醛-3-P转变成3分子核糖-5-P。

　　G-6-P + 2NADP+ +H2O → 核糖-5-P + 2NADPH + 2H+

　　2 果糖-6-P + 甘油醛-3-P → 3 核糖-5-P

　　(2)对NADPH和5-磷酸核糖的需要量平衡时，代谢就通过氧化阶段由G-6-P氧化脱羧，生成2个NADPH和1个核糖-5-P

　　反应：G-6-P + 2NADP+ + H2O→核糖-5-P + 2NADP + 2H+ +CO2

　　(3)需要NADPH的量比5-磷酸核糖的量多得多时，G-6-P就完全氧化成CO2

　　反应式：6(G-6-P)+ 12NADP+ + 6H2O→6(5-磷酸核糖)+ 12NADPH+ 12H+ + 6CO2

　　生成的5-磷酸核糖通过非氧化重组及Glc异生作用，再合成G-P-6。

　　G-6-P + 12NADP+ + 6H2O → 12NADPH + 12H+ + 6CO2

　　(4)需要 NADPH和 ATP更多时，G-6-P转化成丙酮酸

　　磷酸戊糖途径→3-磷酸甘油醛+6-磷酸果糖→糖酵解

　　3(G-6-P)+ 6NADP+ + 5NAD+ +5Pi + 8ADP→

　　5丙酮酸 + 6NADPH + 5NADH2 + 8ATP + 2H2O + 8H+ +3CO2

　　5) 磷酸戊糖途径的生理意义

　　(1) 产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供主要的还原力。

　　NADPH作为主要的供氢体，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成，非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的还原，及氨的同化等所必需。哺乳动物的脂肪细胞和红细胞中占50%，肝中占10﹪。

　　(2) 中间产物为许多化合物的合成提供原料。产生的磷酸戊糖参加核酸代谢。4-磷酸赤藓糖与糖酵解中的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族a.a。

　　(3) 是植物光合作用中CO2合成Glc的部分途径。

　　注：NADPH主要用于还原反应，其电子通常不经电子传递链传递，一般不用于ATP合成。如NADPH用于供能，需通过两个偶联反应，进行穿梭转运，将氢转移至线粒体NAD+上。胞液内：α-酮戊二酸+CO2+NADPH+H+=异柠檬酸+NADP+ 异柠檬酸能自由通过线粒体膜，传递氢。线粒体内：异柠檬酸+NAD+=α-酮戊二酸+CO2+NADH+H+ 一分子Glc经磷酸戊糖途径，完全氧化，产生12分子NADPH，可生成(36-1)=35ATP 。

　　4、糖的异生作用

　　糖异生是指从非糖物质合成Glc的过程。植物利用光、CO2和H2O合成糖。动物可以将丙酮酸、甘油、乳酸及某些氨基酸等非糖物质转化成糖。

　　1) 糖异生的证据及生理意义

　　证据：大鼠禁食24h，肝糖原由7%降至1%。再喂乳酸、丙酮酸或TCA中间产物，肝糖原会增加。

　　意义：糖异生是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。红细胞及大脑是以Glc为主要能量，成人每天需160克Glc，而其中120克Glc用于脑代谢。

　　糖异生主要在肝脏中进行，肾上腺皮质中也有，脑和肌肉细胞中很少。因此，在血中葡萄糖浓度降低时首先是脑受到伤害。

　　2) 糖异生途径

　　糖异生起源于细胞线粒体内。由丙酮酸生成Glc是糖异生的主要途径。从丙酮酸到葡萄糖的糖异生途径不是糖酵解的简单逆转，因为在糖酵解中有3步是不可逆步骤，糖异生时必须饶过这3步：①Glc到G-6-P ，②F-6-P到F-1.6-P ③PEP到丙酮酸

　　(1)丙酮酸被羧化成草酰乙酸(线粒体内)

　　丙酮酸 + CO2 + ATP → 草酰乙酸 + ADP

　　丙酮酸羟化酶需要生物素为辅酶。人和哺乳动物的丙酮酸羧化酶主要存在于肝脏和肾的线粒体内，所以细胞液中的丙酮酸要经过运载载体进入线粒体后才能羧化成草酰乙酸。

　　丙酮酸羧化酶还催化三羧酸循环的回补反应，所以，草酰乙酸既是糖异生的中间物，又是三羧酸循环的中间物，丙酮酸羧化酶联系着三羧酸循环和糖异生作用

　　丙酮酸羧化酶是别构酶，受乙酰CoA和高比值ATP/ADP的激活。若细胞内ATP含量高，则三羧酸循环的速度降低，糖异生作用加强。

　　(2)草酰乙酸被还原成苹果酸(线粒体内)，苹果酸脱氢酶。

　　该反应的逆反应就是TCA。生成的苹果酸从线粒体内运到线粒体外。

　　(3)苹果酸被重新氧化成草酰乙酸(线粒体外)，苹果酸脱氢酶。

　　(4)草酰乙酸生成磷酸烯醇式丙酮酸，丙酮酸羧化激酶。

　　(5) 磷酸烯醇式丙酮酸沿糖酵解的逆方向生成1.6—二磷酸果糖。

　　(6)、 F-1.6-P → F-6-P ，果糖二磷酸酶。

　　这是糖异生的关键反应，果糖二磷酸酶被AMP、2.6—二磷酸果糖强烈抑制，但被ATP、柠檬酸和3—磷酸甘油酸激活。

　　(7)6-磷酸果糖异构化为6-磷酸葡萄糖，磷酸葡萄糖异构酶。

　　(8) 6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖，葡萄糖-6-磷酸酶。

　　糖异生总反应：

　　2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H20→Glc+2NAD++4ADP+2GDP+6Pi.

　　从2分子丙酮酸形成Glc共消耗6个ATP，2个NADH。在糖异生中，有三步反应与糖酵解途径不同：丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸;1.6—二磷酸果糖→F—6—P;G—6—P→Glc

　　3) 糖异生途径的前体

　　凡是能生成丙酮酸或成草酰乙酸的物质都可以变成葡萄糖，如TCA中全部的中间产物，大多数氨基酸。植物微生物经过乙醛酸循环，可将乙酰CoA转化成草酰乙酸，因此可以将脂肪酸转变成糖。动物体中不存在乙醛酸循环，因此不能将乙酰CoA转变成糖。

　　非生糖氨基酸：Ile、Leu、Tyr、Trp

　　反刍动物胃、肠道细菌分解纤维素，产生乙酸、丙酸、丁酸等，其中奇数碳脂肪酸可转变成琥珀酰CoA，进入TCA，生糖。

　　4) 糖异生和糖酵解的代谢协调调控

　　糖异生和糖酵解在细胞中是两个相反的代谢途径，同时，又是协调的。

　　①高浓度G—6—P抑制已糖激酶，活化G—6—P酶，抑制酵解，促进异生。

　　②酵解和异生的控制点是F—6—P与F—1.6—2P的转化。

　　糖异生的关键调控酶是F—1.6—2P酶，而糖酵解的关键调控酶是磷酸果糖激酶。

　　ATP促进酵解，柠檬酸促进糖异生。

　　F-2.6-P是强效应物，促进酵解，减弱异生。

　　③丙酮酸到PEP的转化在糖异生中是由丙酮酸羧化酶调节，在酵解中被丙酮酸激酶调节。

　　乙酰CoA激活丙酮酸羧化酶的活性，抑制丙酮酸脱氢酶的活性，因此乙酰CoA过量时，可促进Glc 生成。

　　④酵解与异生途径，一个途径开放，另一途径就关闭，可避免无效循环。

　　无效循环：由不同酶催化的两个相反代谢，反应条件不一样，一个方向需ATP参加，另一方向则进行水解，结果使ATP水解，消耗能量，反应物无变化。

　　酵解和异生中有三个点可能产生无效循环，这种无效循环只能产生热量供自身需要。

　　⑤激素对酵解和异生的调控

　　肾上腺素、胰高血糖素和糖皮质激素促进异生，胰岛素加强酵解。

　　5)糖异生的生理意义

　　(1)空腹或饥饿时依赖氨基酸、甘油等异生成糖，以维持血糖水平恒定。

　　(2)回收乳酸分子中的能量。

　　(3)调节酸碱平衡。

　　(4)协助氨基酸代谢。

　　5、其他糖类的合成

　　与核苷酸聚合形成核酸不同，葡萄糖只有在活化后形成了糖核苷酸(NDPG)才能合成寡糖和多糖。这与氨基酸活化后形成肽链有些类似。葡萄糖的活化形式： 尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)、腺苷二磷酸葡萄糖(ADPG)、鸟苷二磷酸葡萄糖(GDPG)

　　1)蔗糖的合成

　　蔗糖的生物合成的途径有以下两条：

　　1、蔗糖合成酶催化UDPG和果糖合成蔗糖;(非光合组织)

　　2、磷酸 蔗糖合成酶催化UDPG和6-磷酸葡萄糖合成磷酸蔗糖，再在磷酸蔗糖磷酸酶作用下生成蔗糖;(蔗糖合成的主要途径，光合组织)

　　2)淀粉的合成

　　(1)直链淀粉由以下三个酶合成:

　　淀粉磷酸酶，催化1-磷酸葡萄糖+引物(nG)形成 淀粉 [ (n+1)G ]+磷酸 (n≥3)

　　D酶(糖苷转移酶)，将麦芽糖的残余段加成到其他α-1，4糖苷键的多糖上，形成引物。

　　淀粉合成酶，淀粉合成的主要途径，以ADPG为主要原料催化ADPG+引物(nG)形成淀粉[ (n+1) ]G+ADP

　　(2)支链淀粉在淀粉合成酶和1，4-α-葡聚糖分支酶(Q酶)共同作用下合成

　　3) 糖原的合成与分解

　　糖原是葡萄糖的储存形式，又被称为动物淀粉，主要发生在肝脏、骨骼肌中。

　　糖原合成的反应过程可分为三个阶段：

　　(1)活化：.由己糖激酶(葡萄糖激酶)催化葡萄糖生成UDPG(uridine diphosphate glucose)，是一耗能过程。

　　a.磷酸化：己糖激酶(葡萄糖激酶)催化G + ATP 形成G-6-P + ADP

　　b.异构：磷酸葡萄糖变位酶催化G-6-P转变为G-1-P

　　c. 转形：UDPG焦磷酸化酶催化G-1-P + UTP形成UDPG + PPi

　　(2)缩合：糖原合酶催化UDPG + (G)n形成(G)n+1 + UDP

　　(3)分支：当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在分支酶(branching enzyme)的催化下，将距末端6～7个葡萄糖残基组成的寡糖链由α-1,4-糖苷键转变为α-1,6-糖苷键，使糖原出现分支。

　　糖原合成的特点：1.必须以原有糖原分子作为引物;

　　2.合成反应在糖原的非还原端进行;

　　3.合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗2个高能磷酸键(2分子ATP);

　　4.其关键酶是糖原合酶(glycogen synthase)，为一共价修饰酶;

　　5.需UTP参与( 以UDP为载体)。

　　糖原的分解：

　　(1)水解

a.磷酸解：由糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)催化对α-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P。 (G)n + P i (G)n-1 + G-1-P

　　b. 转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个葡萄糖残基时，由葡聚糖转移酶催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链的非还原端，使分支点暴露。

　　c. 脱支：由α-1,6-葡萄糖苷酶催化。将α-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。

(G)n + H2O (G)n-1 + G

　　(2)异构： 磷酸葡萄糖变位酶催化G-1-P生成G-6-P

　　(3)脱磷酸：由葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase)催化，生成自由葡萄糖。该酶只存在于肝及肾中。

G-6-P + H2O G + Pi

　　糖原分解代谢的特点：

　　1.水解反应在糖原的非还原端进行;

　　2.是一非耗能过程;

　　3.关键酶是糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。