生化第五章：糖代谢

根据人卫第9版生物化学与分子生物学第五章：糖代谢知识总结，可作为期末复习资料使用，分享给相关专业的同学。

糖代谢

• 第一节 糖的摄取与利用
  • 
• 第二节 糖的无氧氧化
  • 概念
    • 缺氧时，葡萄糖在胞质中生成乳酸并释放出少量 ATP
  • 糖酵解（glycolysis）
    • 葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸
      • 1.葡萄糖磷酸化为葡糖-6-磷酸
      • 己糖激酶
        • （hexokinase）
      • 
      • 2.葡糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸
      • 3.果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸
      • 磷酸果糖激酶-1
        • （phosphfructokinase-1, PFK-1）
      • 4.磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖
      • 5.磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛
      • 6.磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸
      • Pi、NAD+ NADH+H+
        • 为辅酶接受氢和电子
      • 7.1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸
      • 底物水平磷酸化 （substrate-level phosphorylation）：
      • ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与高能化合物的高能键水 解直接相偶联的产能方式
      • 8.3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸
      • 9.2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
      • 10.磷酸烯醇式丙酮酸经底物水平磷酸化生成ATP和丙酮酸
      • 
  • 乳酸生成
    • 丙酮酸被还原为乳酸
      • 
  • 3个关键酶活性
    • 
  • 四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物
  • 三、糖的无氧氧化为机体快速供能
• 第三节 糖的有氧氧化
  • 一、糖的有氧氧化分三阶段
    • 糖酵解（胞质，同无氧氧化第一阶段，略）
    • 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA（线粒体）
      • 
      • 五步反应
        • 1. -羟乙基-TPP的生成
        • 2.乙酰硫辛酰胺的生成
        • 3.乙酰CoA的生成
        • 4. 硫辛酰胺的生成
        • 5. NADH+H+的生成
    • 乙酰CoA进入柠檬酸循环及氧化磷酸化（线粒体）
  • 柠檬酸循环
    • 线粒体
    • 四次脱氢（3NADH，1FADH2） 两次脱羧(2CO2) 一次底物水平磷酸化(GTP/ATP)
    • 1.乙酰辅酶A+草酰乙酸——柠檬酸
      • 柠檬酸合酶
    • 2. 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸
    • 3.异柠檬酸氧化脱羧——α-酮戊二酸
      • 异柠檬酸脱氢酶
        • 辅因子
          • NAD+
      • 产生CO2+(NADH+H)
    • 4.α-酮戊二酸氧化脱羧——琥珀酰辅酶A
      • α-酮戊二酸脱氢酶复合体
        • 辅因子
          • NAD+
      • 产生CO2+(NADH+H)
    • 两次氧化脱羧
    • 5.琥珀酰辅酶A底物水平磷酸化——琥珀酸
      • 琥珀酰辅酶A合成酶
      • 生成ATP或GTP
    • 6.琥珀酸脱氢——延胡索酸
      • 琥珀酸脱氢酶
        • 三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶
        • 辅因子
          • FAD
        • 生成FADH2
          • 经电子传递链被氧化
            • 生成1.5分子ATP
    • 7. 延胡索酸加水生成苹果酸
    • 8.苹果酸脱氢——草酰乙酸
      • 苹果酸脱氢酶
        • 辅因子
          • NAD+
    • 特点
      • 4次脱氢，2次脱羧，1次底物水平磷酸化
      • 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP（ATP）
      • 关键酶：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，α-酮戊二酸脱氢酶复合体
    • 意义
      • 柠檬酸循环在三大营养物代谢中占核心地位
      • 三大营养物质分解产能的共同通路
        • 1分子乙酰CoA经柠檬酸循环及氧化磷酸化生成 10 ATP
      • 糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽
        • 三大营养物质通过柠檬酸循环在一定程度上相互转变
    • 
  • 四﹑糖氧化产能方式的选择有组织偏好
    • 1. 巴斯德效应 （Pasteur effect）
      • 概念：肌组织中，糖的有氧氧化抑制无氧氧化
      • 机制：NADH决定丙酮酸的代谢去向。有氧时二者均进入线粒体氧化，无氧时二者均留在胞质还原生成乳酸
    • 2. Warburg效应 （Warburg effect）
      • 意义：积累碳源用于生物合成
      • 概念：增殖活跃的细胞中，有氧时糖的无氧氧化增强
• 第四节 磷酸戊糖途径
  • 磷酸戊糖途
    • NADPH和磷酸核糖的主要来源
    • 细胞质
    • 概念
      • 从葡糖-6-磷酸形成旁路，通过氧化、基团转移生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛，从而返回糖酵解，发生于胞质，主要意义是提供NADPH和磷酸核糖
    • 关键酶
      • 葡糖-6-磷酸脱氢酶
        • 别构抑制
          • NADPH
    • 关键步骤
      • 氧化反应（六碳糖转变为五碳糖）
        • 葡糖-6-磷酸脱氢——6-磷酸葡糖酸内脂
          • 葡糖-6-磷酸脱氢酶
          • 生成NADPH
          • 生成2NADPH 1核糖-5-磷酸 1CO2
        • 6-磷酸葡糖酸氧化脱羧——核酮糖-5-磷酸
          • 生成NADPH和CO2
      • 基团转移反应（3个五碳糖返回糖酵解）
        • 3磷酸戊糖——2果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛
          • 生成磷酸己糖 磷酸丙糖
    • 二、磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADP+比值的调节
      • NADPH/NADP+比值降低时，葡糖-6-磷酸脱氢酶被激活
    • 三、磷酸戊糖途径是NADPH和磷酸核糖的主要来源
      • 提供磷酸核糖参与核酸的生物合成
      • 提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应
        • 为脂类合成等供氢
        • 参与体内羟化反应
        • 维持谷胱甘肽的还原状态 蚕豆病
• 第五节 糖原的合成与分解
  • 肌糖原：180 ~ 300g，主要为肌收缩供能
  • 肝糖原：70 ~ 100g，维持血糖水平
  • 
  • 合成
    • 肝、肌的细胞质中，耗能将葡萄糖连接形成分支状多聚体
    • （一）葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖
    • UDPG焦磷酸化酶
  • （二）糖原合成的起始需要引物
  • （三）UDPG中的葡萄糖基连接形成直链和支链
  • 糖原分解（glycogenolysis）
    • 糖原分子从非还原性末端进行磷酸解而被机体快速利用
    • 分解产物主要为葡糖-1-磷酸，少量为游离葡萄糖
    • （一） 糖原磷酸化酶分解α-1,4-糖苷键释出葡糖-1-磷酸
      • 糖原磷酸化酶
    • （二）脱支酶分解α-1,6-糖苷键释出游离葡萄糖
    • （三）肝利用葡糖-6-磷酸生成葡萄糖而肌不能
      • 肝糖原分解为葡萄糖，补充血糖
      • 肌糖原分解为乳酸，为肌收缩供能
    • 
  • 三、糖原合成与分解的调节彼此相反
    • （一）磷酸化修饰对两个关键酶进行反向调节
    • （二）激素反向调节糖原的合成与分解
      • 1. 肝糖原分解主要受胰高血糖素调节；肌糖原分解主要受肾上腺素调节
      • 2. 肝糖原和肌糖原的合成主要受胰岛素调节
    • （三）肝糖原和肌糖原分解受不同的别构剂调节
      • 1. 肝糖原和肌糖原的合成受相同的别构剂调节
      • 2. 肝糖原和肌糖原的分解受不同的别构剂调节
• 第六节 糖异生
  • 糖异生
    • 乳酸、甘油、生糖氨基酸——葡萄糖或糖原 主要器官——肝脏 肾脏，较弱，长期饥饿时增强 不完全是糖酵解的逆反应
    • 糖异生的概念：
      • 在肝、肾细胞的胞质及线粒体，由非糖化合物（乳酸、甘油、生糖氨基酸等）转变为葡萄糖或糖原的过程
    • 特定
      • 糖异生与糖酵解的大多数反应可逆
      • 糖酵解的3个关键酶反应不可逆，糖异生需由另外的酶催化
    • 关键酶
      • 丙酮酸羧化酶
        • 别构
          • 激活
            • 乙酰辅酶A
      • 磷酸烯醇式丙酮酸激酶
        • 促进
          • 胰高血糖素
        • 抑制
          • 胰岛素
      • 果糖二磷酸激酶-1
      • 葡糖-6-磷酸酶
    • 关键步骤
      • 丙酮酸——草酰乙酸
        • 线粒体
        • 丙酮酸羧化酶
        • 消耗ATP、CO2
        • 辅因子为生物素（反应在线粒体）
      • 草酰乙酸——磷酸烯醇式丙酮酸
        • 磷酸烯醇式丙酮酸激酶
        • GTP消耗，CO2生成
        • （反应在线粒体、胞液）
      • 草酰乙酸出线粒体
        • 经苹果酸转运
          • 丙酮酸，生糖氨基酸
          • 有NADH从线粒体到细胞质的转运
        • 经天冬氨酸转运
          • 乳酸
      • 果糖-1，6-二磷酸——果糖-6-磷酸
        • 果糖二磷酸激酶-1
      • 葡糖-6磷酸——葡萄糖
        • 葡糖-6-磷酸酶
      • 细胞质
    • 底物循环
      • 果糖-1，6-二磷酸——果糖-6-磷酸
        • 果糖-2,6-二磷酸、AMP
      • 磷酸烯醇式丙酮酸——丙酮酸
        • 果糖-1,6-二磷酸、乙酰辅酶A
      • 两酶活性不等：代谢向活性强的一方推进
      • 两酶活性相等：不能向任一方向推进
      • 通过中间代谢物协调两个底物循环
        • 果糖-1,6-二磷酸
      • 通过激素协调两个底物循环
        • 胰高血糖素
      • 相互联系 果糖-1,6-二磷酸 激素
    • 生理意义
      • 维持血糖稳定
        • 运动时，乳酸来自肌糖原分解
        • 饥饿时，氨基酸和甘油来自蛋白质和脂肪分解
      • 肝糖原储备
        • 三碳途径：进食后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原
      • 肾脏糖异生——维持酸碱平衡
    • 乳酸循环
      • 肌肉和肝脏之间
      • 
• 第八节血糖及其调节
  • 血糖的概念：
    • 指血中的葡萄糖
    • 正常血糖浓度始终稳定在 3.9~6.0 mmol/L
    • 肝是调节血糖的主要器官（肝糖原、糖异生）
    • 保证重要组织器官的供能（如脑、红细胞）
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  • 调节血糖的主要激素
    • 降低血糖：胰岛素 （insulin）等
    • 升高血糖：胰高血糖素 （glucagon）、糖皮质激素、肾上腺素等