生物化学：糖代谢

生物化学专业学生必看！本思维导图涵盖本科阶段糖代谢各个反应，包括糖的储存，合成和分解途径，体内糖代谢的重要循环。知识点详尽，复习必备，大大提高学习效率。赶快收藏学起来吧!

糖代谢

• 糖的无氧氧化
  • 糖酵解
    • 葡萄糖磷酸化生成葡糖-6-磷酸
      • 己糖激酶
        • 肝脏中是葡糖激酶
      • 不可逆，需ATP
    • 葡糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸
    • 果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸
      • 磷酸果糖激酶-1（PFK-1）
      • 需ATP，Mg2+
      • 不可逆
    • 果糖-1,6-二磷酸裂解为磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛
    • 磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛
    • 糖酵解耗能阶段，一分子葡萄糖两次磷酸化消耗2分子ATP
    • 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸
    • 1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸
    • 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸
    • 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
    • 磷酸烯醇式丙酮酸底物水平磷酸化生成丙酮酸
      • 丙酮酸激酶
      • 需K+，Mg2+
      • 不可逆
    • 糖酵解产能阶段，两分子磷酸丙糖经过两次底物水平磷酸化转变成2分子丙酮酸，生成4分子ATP
    • 净生成2个ATP
  • 乳酸生成
    • 丙酮酸被还原为乳酸
      • 乳酸脱氢酶催化
• 糖的有氧氧化
  • 葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸
  • 丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰辅酶A
    • 丙酮酸脱氢酶复合体
  • 乙酰辅酶A经三羧酸循环
    • 乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸
      • 由柠檬酸合酶催化
      • 柠檬酸合酶对草酰乙酸的Km很低
    • 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸
    • 异柠檬酸氧化脱羧转变为a-酮戊二酸
      • 异柠檬酸脱氢酶催化
      • 第一次脱羧反应
      • 脱下的氢由NAD+接受生成NADH，产生2.5个ATP
    • a-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA
      • a-酮戊二酸脱氢酶复合体催化
      • 第二次脱羧反应
      • 脱下的氢由NAD+接受，产生2.5个ATP
    • 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化
      • 生成1个GTP或ATP
    • 琥珀酸脱氢生成延胡索酸
      • 琥珀酸脱氢酶结合在线粒体内膜上，辅因子是FAD，与氢结合生成FADH2
      • 生成1.5分子ATP
    • 延胡索酸加水生成苹果酸
    • 苹果酸脱氢生成草酰乙酸
      • 脱下的氢由NAD+接受，生成2.5个ATP
    • 2分子乙酰辅酶A共产生20个ATP，此过程在线粒体内进行，4次脱氢，两次脱羧，1次底物水平磷酸化
  • 最终获得30或32个ATP
• 磷酸戊糖途径
  • 两个阶段
    • 氧化阶段生成NADPH和磷酸核糖
      • 葡糖-6-磷酸脱氢酶（关键酶）
    • 基团转移阶段生成磷酸己糖和磷酸丙糖
      • 需要3分子磷酸戊糖
  • 受NADPH/NADP+比值的调节
    • NADPH对葡糖-6-磷酸脱氢酶有抑制作用
    • 葡糖-6-磷酸脱氢酶活性受比值调节
    • 比值升高，磷酸戊糖途径被抑制，比值降低则被激活
  • 是NADPH和磷酸核糖的主要来源
    • 提供磷酸核糖参与核糖的合成
    • 提供NADPH作为供氢体参与代谢
      • NADPH是许多合成代谢的供氢体
      • NADPH参与羟化反应
      • NADPH用于维持谷胱甘肽的还原状态
• 糖原的合成与分解
  • 糖原合成是将葡萄糖连接成多聚体
    • 葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）
      • 葡糖-6-磷酸变构生成葡糖-1-磷酸，再与尿苷三磷酸生成尿苷二磷酸葡萄糖和焦磷酸
    • 糖原合成的起始需要引物
      • 以糖原蛋白作为葡萄糖基受体
    • UDPG中的葡萄糖基连接形成直链和支链
      • 由糖原合酶催化，形成a-1,4-糖苷键
      • 当长度达到11个葡萄糖基时，分支酶将约6~7个葡萄糖基转到临近糖链上，以a-1,6-糖苷键相连
  • 糖原的分解是从非还原性末端进行磷酸解
    • 糖原磷酸化酶分解a-1,4-糖苷键释出葡糖-1-磷酸
      • 只能作用于a-1,4-糖苷键，对分支的a-1,6-糖苷键无作用
    • 脱支酶分解a-1,6-糖苷键释出游离葡萄糖
      • 葡聚糖转移酶转移3个葡萄糖基
      • a-1,6-葡糖苷酶水解a-1,6-糖苷键
    • 肝利用葡糖-6-磷酸生成葡萄糖而肌不能
      • 主要存在与肝脏，饥饿时肝糖原分解，维持血糖稳定
• 糖异生
  • 三个阶段
    • 丙酮酸经丙酮酸羧化支路生成磷酸烯醇式丙酮酸
      • 丙酮酸羧化支路
        • 第一个反应由丙酮酸羧化酶催化
          • 辅因子为生物素，CO2先与生物素结合，需消耗ATP
          • 活化的CO2转移给丙酮酸生成草酰乙酸
        • 第二个反应磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
          • 将草酰乙酸脱羧转变成磷酸烯醇式丙酮酸，消耗一个高能磷酸键
      • 将草酰乙酸运出线粒体
        • 经苹果酸转运
          • 草酰乙酸还原成苹果酸后运出线粒体，在细胞质中又被重新氧化成草酰乙酸
          • 此过程伴随着NADH从线粒体到细胞质的转运
        • 经天冬氨酸转运
          • 草酰乙酸转变为天冬氨酸运出线粒体，在细胞质中又被重新氧化成草酰乙酸
          • 无NADH的转运
    • 果糖-1,6-二磷酸水解为果糖-6-磷酸
      • 由果糖二磷酸酶-1催化，是磷酸酯水解反应不生成ATP
    • 葡糖-6-磷酸水解为葡萄糖
      • 由葡糖-6-磷酸酶催化，是磷酸酯水解反应
  • 糖异生和糖酵解的反向调节主要针对两个底物循环
    • 第一个底物循环调节果糖-6-磷酸与果糖-1,6-二磷酸的互变
      • 果糖-2,6-二磷酸和AMP反向调节第一个底物循环
      • 果糖-2,6-二磷酸是肝内糖异生与糖酵解的主要调节信号
    • 第二个底物循环调节磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸的互变
      • 丙酮酸激酶受别构调节和磷酸化修饰调节
      • 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶受激素诱导的含量调节
      • 丙酮酸羧化酶受乙酰辅酶A的别构激活
  • 生理意义
    • 维持血糖恒定是肝糖异生最重要的生理作用
    • 是补充或恢复肝糖原储备的重要途径
    • 肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡
  • 肌收缩产生的乳酸在肝内糖异生形成乳酸循环
    • 糖的无氧氧化生成乳酸进入血液后入肝，在肝内异生为葡萄糖，葡萄糖进入血液后又被肌摄取构成乳酸循环
• 血糖调节
  • 维持在3.9~6.0mmol/L
  • 胰岛素是降低血糖的主要激素
  • 胰高血糖素、糖皮质激素、肾上腺素是升高血糖的主要因素
• 两次底物水平磷酸化
• 两次磷酸化
• 三个关键步骤