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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!
编辑于2020-03-02 16:11:21- 相似推荐
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糖代谢
磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)
反应场所
广泛存在于动植物细胞的细胞溶胶内
氧化阶段
6-磷酸葡萄糖 -----------> 6-磷酸葡萄糖酸-德尔塔-内酯
催化酶类：葡萄糖-6-磷酸脱氢酶
脱去德尔塔位置上的氢原子，形成NADPH
6-磷酸葡萄糖-德尔塔-内酯 --------------> 6-磷酸葡萄糖酸
催化酶类：6-磷酸葡萄糖酸内酯酶
将1号位上的羧基与5号位上的羟基形成酯基水合断开
环装糖变为长链型糖
6-磷酸葡萄糖酸 ---------------> 5-磷酸核酮糖
催化酶类：6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
以NADP为电子受体，包括脱羧和脱氢两个过程
脱去1号位由酯内水解下生成的羧基脱去
脱去原葡萄糖酸上的3号位上的氢，形成一分子NADPH
生成 一分子5-磷酸核酮糖 + 两分子NADPH + 一分子CO2
非氧化阶段
5-磷酸核酮糖 -------> 5-磷酸核糖（酮糖变醛糖）
5-磷酸核酮糖 ---------> 5-磷酸木酮糖（酮糖差向异构体）
使3号位碳上的羟基位置变换
羟基由D型糖变为L型糖，利于反应进行
5-磷酸核糖 + 5-磷酸木酮糖 ---------> 3-磷酸甘油醛 + 7-磷酸景天庚酮糖（酮糖上的二碳单位转移到醛糖上）
3-磷酸甘油醛 + 7-磷酸景天庚酮糖 ---------> 6-磷酸果糖 +4-磷酸赤藓糖（酮糖上的三碳单位转移到醛糖上）
4-磷酸赤藓糖 + 5-磷酸木酮糖 ---------> 3-磷酸甘油醛 + 6-磷酸果糖（酮糖上的二碳单位转移到醛糖上）
总计：生成3-磷酸甘油醛两分子 + 两分子6-磷酸果糖
设计碳数目变化的反应，即为醛糖和酮糖的反应，且都为酮糖上的二碳或三碳单位转移到醛糖上
与其他过程的联系
细胞处于细胞分裂G期
需要大量核糖合成dNTP用于DNA复制
细胞处于饥饿状态
PPP途径直接从F6P和PGA进入糖酵解途径产生能量
细胞处于生物合成阶段
总反应式
对5-磷酸核糖需要远超于NADPH需要
5葡萄糖-6-磷酸 + ATP ---------> 6磷酸-5-核糖 +ADP + H+
走糖酵解途径生成2分子PGA和4分子F6P
生成6分子五碳糖
从PPP途径往上，生成5-磷酸核糖
糖酵解耗能阶段 + PPP途径逆非氧化阶段
两者需要程度持平
基本上走PPP途径生成NADPH和5-磷酸核糖
PPP氧化途径走通
葡萄糖-6-磷酸 + 2NADP+ + H2O ---------> 核糖-5-磷酸 + 2NADPH +2H+ +CO2
对于NADPH需要大于5-磷酸核糖
PPP途径循环 + 糖酵解耗能阶段逆向
6葡萄糖-6-磷酸 +12NADP+ + 7H2O --------------> 6核糖-5-磷酸 + 12NADPH + 12H+ +6CO2
能量变化
一次PPP途径可生成2NADPH的还原力
PPP途径是细胞产生还原力的（NADPH）的主要途径
PPP途径是细胞内不同结构糖分子的重要来源，为各种单糖转变提供条件
所有反应皆可逆
调控
调控限速步骤
葡萄糖-6-磷酸转变为葡萄酸-6-磷酸-德尔塔-内酯
催化酶类：葡萄糖-6-磷酸脱氢酶
别构调控
由NADP+/NADPH比值进行调控
其他
提供还原力方面
红细胞谷胱甘肽中的二硫键还原为两个巯基
维持谷胱甘肽本身蛋白质结构完整性
保护脂膜不被过氧化物氧化
维持血红蛋白上二价铁离子不被氧化为三价铁离子，保证其对氧的运输能力
保护眼球、角膜不受氧自由基侵害
保护蛋白、脂质等物质结构不受氧自由基攻击导致结构改变、功能丧失
糖酵解
基本概念
唯一能量来源
红细胞
肾髓质细胞
脑细胞
精子
马铃薯块茎
水生十字花科
生物学意义：他是在不需要氧参与条件下提供能量的一种方式
限速步骤
葡萄糖------->6-磷酸己糖
催化酶：己糖激酶
含有四种同工酶
位于肝脏的同工酶称为葡 萄 糖 激 酶 IV 的KM值较大
血糖浓度高于人体正常需要时，肝细胞摄入葡萄糖并合成糖原
能量需要：需要消耗一分子ATP
生理学意义：使得葡萄糖能够转变为6-磷酸葡萄糖之后，细胞膜上缺少G6P载体，从而无法从细胞内向外流失
赋予中性葡萄糖以负电荷
保持细胞内未磷酸化的葡萄糖浓度为低水平状态
6-磷酸果糖 --------> 1,6-二磷酸果糖
催化酶：磷酸果糖激酶-1（PFK-1）
能量需要：需要消耗一分子的ATP
生理学意义：作为糖酵解非始末阶段的调控步骤，PFK-1具有关键性调控作用
其他：在原生生物和细菌等植物体内催化利用的是PPi(焦磷酸)而不是ATP
磷酸烯醇式丙酮酸 -------> 丙酮酸
催化酶：丙酮酸激酶（以逆反应作为命名）
能量：生成一分子的ATP
生理学意义：形成糖酵解阶段生成TCA循环前最后一物质
调控机制
糖酵解调控即为对限速步骤关键酶的调控为主
ATP，丙酮酸，柠檬酸对糖酵解有抑制作用
ADP不可作为衡量糖酵解是否受到抑制的关键变量
ADP + ADP -----> ATP + AMP
丙酮酸的转变物质丙氨酸为抑制物
NADH作为酶的抑制物，NAD+作为酶的激活物
任何一种中间产物的增加都会导致其下方限速步骤关键酶的激活
类似6-磷酸果糖缓冲物质进行调控PFK-1的活性
缓冲物质：2,6-二磷酸果糖
调控机理：当2,6-二磷酸果糖增加时，代表6-磷酸果糖含量增加
调控性酶类：PFK-2
PFK-2与果糖二磷酸酶-2在同一条多肽链上，由同一个蛋白调控
共价调控酶活性
毒理
碘乙酸毒害
毒害3-PGA脱氢酶的活性中心的巯基，干扰底物的结合，影响正常催化
砷酸盐和有机砷毒害
与磷酸盐结构类似，与3-PGA结合后能形成1-砷酸-3-磷酸甘油酸，无法产生ATP
导致糖酵解无正产出ATP
氟离子毒害
氟离子与磷酸结合形成二价负离子，取代烯醇化酶上激活酶活性的Mg2+的位置，造成烯醇化酶无法催化
其他重要点
醛缩酶
催化1,6-二磷酸果糖生成DHAP和GAP
高等动植物中为醛缩酶I型，而真菌等微生物中催化的为醛缩酶II型，且需要金属离子的参与
醛缩酶催化过程
1,6-二磷酸果糖的酮基与醛缩酶中心赖氨酸的——NH2形成 西 佛 碱
先脱去3-6号位上的三碳单位形成PGA
而后脱去1-3号位上的三碳单位形成DHAP
磷酸甘油酸变位酶
酶学的“乒乓机制”
催化中心的磷酸基团结合到3-磷酸甘油酸2号位---------> 2,3-二磷酸甘油酸
随后归还3号位上的磷酸基团
子主题
丙酮酸去处
进入TCA循环
与3-磷酸甘油酸------>1,3-二磷酸甘油酸生成的2xNADH重新接合
乳酸脱氢酶作用
生成乳酸
丙酮酸脱羧酶------>乙醛+1分子CO2
乙醛在乙醇脱氢酶作用下------->乙醇
发酵过程
总反应式
葡萄糖 + 2NAD+ + 2ADP +2Pi -----------> 2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H+ +2H2O
其他类单糖物质进入糖代谢的方式
柠檬酸循环(Kerbs cycle)
与糖酵解的联系
丙酮酸进入线粒体过程
酶类：丙酮酸移位酶(pyruvate translocase)
从细胞溶胶中穿过线粒体外膜上的孔蛋白进入线粒体基质
丙酮酸生成乙酰辅酶A过程
辅助因子：TPP、辅酶A、FAD、NAD+、硫辛酸
步骤
E1.TPP与丙酮酸结合,脱下一分子的二氧化碳，E1为丙酮酸脱氢酶
丙酮酸脱氢酶被共价调控（磷酸或去磷酸化）
E1.TPP.羟乙基结合体与E2结合，形成E1.E2.TPP.羟乙基复合体
脱去E1.TPP，辅酶A与羟乙基形成乙酰辅酶A
氧化型E3变为还原型E3,还原型E2转变为氧化型E2
还原型E3将质子传给FAD，FADH2将质子传给NAD+
TPP是由维生素B1为其中的一个组成部分
缺少VB1导致脚气病原理
无法合成TPP从而导致丙酮酸无法合成乙酰辅酶A，无法进入TCA循环
丙酮酸积累，对神经细胞产生毒害
丙酮酸积累抑制糖酵解过程
限速步骤
乙酰辅酶A + 草酰乙酸 ----------> 柠檬酸
关键酶：柠檬酸合酶
步骤：首先合成柠檬酸辅酶A，而后脱辅酶A生成柠檬酸
异柠檬酸 ---------> 阿尔法酮戊二酸 + CO2
关键酶：异柠檬酸脱氢酶
机理：在顺乌头酸酶作用下由柠檬酸变为异柠檬酸，即叔醇----->仲醇，利于反应的发生
实质：脱氢生成NADH和脱羧形成CO2的过程，脱去原为草酰乙酸上的非酮基一侧的羧基
脱去的羧基和氢离子具有特定位置
概要
阿尔法酮戊二酸 ---------> 琥珀酰辅酶A + CO2
关键酶系：阿尔法酮戊二酸脱氢酶系
辅酶：TPP，NAD+, FAD，硫辛酸，辅酶A和金属镁离子
机理：机理与丙酮酸脱氢酶系相同，E1与E3酶功能相似，E2为二氢硫辛酰琥珀酸转移酶
结果：同样脱去一分子的CO2和形成一分子的NADH+H+
毒理
砷酸盐和有机砷酸类物质
破坏脱氢酶系中的巯基——SH，使FAD无法接受上面的H
氟离子毒害
形成氟乙酰辅酶A，代替乙酰辅酶A结合上草酰乙酸形成2-氟柠檬酸
氟柠檬酸与顺乌头酸酶结合，F-结合在顺乌头酸酶上，使其催化功能无效
其他重要点
琥珀酰辅酶A ---------> 琥珀酸 + 辅酶A + GTP
哺乳类动物形成GTP，植物或细菌生成ATP
1、磷酸基团取代辅酶基团
2、4-磷酸琥珀酸结合琥珀酰辅酶A 合成酶
3、底物-酶复合体脱下琥珀酸，磷酸基团与催化中心组氨酸结合
4、利用与组氨酸结合磷酸基团生成GTP/ATP
琥珀酸脱氢酶是唯一与膜稳定结合的催化酶
真核生物位于线粒体内膜上
原核生物位于质膜内侧
琥珀酸脱氢酶的催化中心会产生竞争性抑制
琥珀酸
丙二酸
无法催化脱氢，一直stuck
L-苹果酸脱氢反应的热力学变化为正值，但是却可以一直进行
1、与草酰乙酸和乙酰辅酶A合成的反应耦联，使得反应总体为负值
2、维持草酰乙酸浓度低水平状态，促进反应正向进行
类似底物通道理论
顺乌头酸酶具有铁硫簇中心
介导柠檬酸的脱水和顺乌头酸的水合过程
能量产生
丙酮酸脱氢酶系生成一分子NADH
异柠檬酸脱氢酶生成一分子NADH
阿尔法酮戊二酸脱氢酶系产生一分子NADH
琥珀酸脱氢酶产生一分子FADH2
苹果酸脱氢酶产生能一分子NADH
琥珀酰辅酶A合成酶产生一分子GTP/ATP
即1分子丙酮酸-------->4NADH + FADH2 +GTP/ATP
调控机制
离子型调控
钙离子启动肌肉收缩，加强对ATP需求
钙离子抑制丙酮酸脱氢酶激酶活性
共价调控
丙酮酸脱氢酶磷酸化后活性降低
活性降低后无法催化丙酮酸合成乙酰辅酶A
丙酮酸脱氢酶激酶去磷酸化，激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶
激活E1，从而推动丙酮酸脱氢酶系催化反应的进行
别构调控
限速步骤的反应物浓度水平降低
限速步骤产物浓度水平升高
即乙酰辅酶A、草酰乙酸、NADH是最关键的调控物质
ATP,NADH抑制
琥珀酰辅酶A对丙酮酸脱氢酶系的抑制
生理学意义
分解代谢
产生能量，供给机体能量需要
使得各种物质如氨基酸、脂质能够进入TCA循环进行分解代谢
子主题
合成代谢
“添补反应”（anaplerotic reaction）
保持柠檬酸中间产物的充足
使得柠檬酸循环可以一直进行
使得各种各种生物合成的前体物质充足
最重要的添补反应为在丙酮酸羧化酶的催化下由丙酮酸合成草酰乙酸的反应
乙醛酸循环
发生场所：植物细胞线粒体和乙醛酸循环体，一些细菌体内（大肠杆菌和酵母菌）
实质
乙醛酸循环体实质是一种过氧化物酶体
将真核生物脱去的两个CO2以乙醛酸的形式进行再次反应
对脱去的碳的循环利用
特殊酶
异柠檬酸裂解酶
异柠檬酸 ---------> 琥珀酸 + 乙醛
苹果酸合酶
乙醛 + 乙酰辅酶A -----------> L-苹果酸
能量
琥珀酸脱氢生成一分子FADH2
循环反应的苹果酸脱氢生成一分子NADH
乙醛与乙酰辅酶A合成的苹果酸脱氢生成一分子NADH
糖异生Gluconeogenesis
原材料来源
由非糖类物质转化
乳酸
丙酮酸
丙酸
甘油
脱氢+磷酸化——> PGA
进入糖异生途径
某些氨基酸，如丙氨酸
过程重要点
第一步限速步骤：从丙酮酸--------->磷酸烯醇式丙酮酸
由丙酮酸羧化形成草酰乙酸
丙酮酸羧化酶上带有生物素辅基
生物素辅基由两部分组成
噻吩环
尿素
原尿素上的氮接收一分子的二氧化碳，并转移到丙酮酸上形成草酰乙酸
草酰乙酸无法出线粒体进入细胞质基质中
草酰乙酸被NADH还原为苹果酸
苹果酸出线粒体外膜后，在苹果酸进入细胞质基质后重新脱氢形成草酰乙酸
草酰乙酸重新生成磷酸烯醇式丙酮酸
催化酶：磷酸烯醇式丙酮酸 羧 激 酶
脱羧酶
激酶
GTP催化使酮基磷酸化
脱羧，释放CO2
第二步限速步骤：从1,6-二磷酸果糖------->6-磷酸果糖
催化酶类：果糖-1,6-二磷酸酶
形成ATP和一分子无机磷酸
第三步限速步骤：从6-磷酸葡萄糖------------->葡萄糖
催化酶类：葡萄糖-6-磷酸酶
位于光面内质网膜上的一种酶
位于肝、肠和肾细胞的使葡萄糖进入血液 --------> 升高血糖
其他细胞直接对6-磷酸葡萄糖直接利用
催化酶为什么位于细胞光面内质网上？
要将反应产物葡萄糖运往细胞外，即起始点形成囊泡就在内质网上
光面内质网无核糖体，不干扰和瓜分细胞蛋白合成能力
产物分配
能量消耗
即糖酵解逆反应
丙酮酸羧化酶消耗一分子ATP和CO2
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶消耗一分子GTP
3-磷酸甘油酸-------> 1,3-二磷酸甘油酸消耗一分子ATP
1,3-二磷酸甘油酸 ---------> 3-磷酸甘油醛消耗一分子NADH
2ATP + GTP +NADH + H+
物质调控
激素调控
胰高血糖素
胰岛素
产物调控
丙酮酸激酶可受1,6-果糖二磷酸刺激激活，也可受2,6-二磷酸果糖信号分子激活
共价调控
磷酸果糖激酶-2和果糖二磷酸酶-2位于同一个蛋白上
磷酸化和去磷酸化进行调控
果糖-2,6-二磷酸的水平在饥饿状态下对调节糖酵解和葡糖异生作用有特殊重要意义
子主题
别构调控
1、糖异生作用的关键酶在ATP低水平，乙酰辅酶A，丙酮酸等糖酵解不可逆产物高水平时激活
2、糖异生中受产物的结构类似物的激活---------->丙氨酸
实质：糖酵解逆循环，并跳过糖酵解限速步骤
可立氏循环（Cori Cycle）
出膜过程
琥珀酸从乙醛酸循环体回线粒体
天冬氨酸从线粒体入乙醛酸循环体
苹果酸出乙醛酸循环体进入糖异生途径
琥珀酰辅酶A在琥珀酰辅酶A合成酶的催化下形成琥珀酸和一分子的GTP/ATP,实质上是产生的ATP对酶的抑制，实质上还是ATP的别构调控
1分子葡萄糖---------> 10NADH + 2FADH2 +2GTP/ATP +2ATP
底物通道(Substrate Channel)
糖酵解反应第六、七两步
第六步合成的1,3-二磷酸甘油酸直接从底物通道中穿过
第七步催化为3-磷酸甘油酸
指前一步催化的反应产物直接从中间酶通道穿过，不进行弥散，指代催化两步反应的酶结合在一起
别构调控
果糖二磷酸酶激活
PFK-2激活
相互竞争酶的别构位点，以NADH/NAD+比值确定
应该根据ATP/AMP比值确定