生物化学第四章糖代谢
第四章糖代谢
一、糖的主要生理功能是氧化供能
1、生命活动中的主要作用是提供碳源和能源2、提供体内合成其他物质的原料3、作为机体组织细胞的组成成分二、汤的消化吸收主要在小肠进行
三、糖的无氧氧化：在机体极度缺氧的条件下，葡萄糖经一系列酶促反应，生成丙酮酸，
进而还原生成乳酸的过程，称为糖酵解，亦称为糖的无氧氧化。
糖酵解分为两个阶段：1、由葡萄糖分解为丙酮酸（2个），称之为糖酵解途径。2、由丙酮酸转变成乳酸。1、糖酵解总结：
糖酵解的反应部位：胞浆
糖酵解是一个不需氧的产能过程。反应全过程中有三个不可逆反应
G------（ATP）→(ADP)------G-6-P葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖己糖激酶
F-6-P------（ATP）→（ADP）------F-1,6-2P6-磷酸果糖转化为1,6二磷酸果糖磷酸果糖激酶-1
PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）------（ADP）→（ATP）-------丙酮酸丙酮酸激酶产能的方式和数量：方式：底物水平磷酸化净生成ATP数量：
从G开始2*2-2=2ATP
从Gn（糖原）开始2*2-1=3ATP
终产物乳酸的去路：释放入血，进入肝脏再进一步代谢------分解利用
乳酸循环（糖异生）
2、糖酵解的调控是对3个关键酶活性的调控糖酵解关键酶：己糖激酶6-磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶调节方式：别构调节共价修饰调节
3、糖酵解的主要生理意义是在机体缺氧的情况下快速供能
四、糖的有氧氧化：机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并放出能量的过程。
是机体主要功能方式。
部位：胞液、线粒体
1、糖有氧氧化的反应过程包括：
糖酵解途径（葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸）
丙酮酸氧化脱羧（丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA）丙酮酸脱氢酶复合体催化三磷酸循环（乙酰CoA进入三羧酸循环以及氧化磷酸化生成ATP）氧化磷酸化2、三羧酸循环（TCA）是以形成柠檬酸为起始物的循环反应
概念：乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧又生成
草酰乙酸，再重复循环反应过程部位：线粒体
TCA反应由8步代谢反应组成
三羧酸循环要点：经过一次三羧酸循环，消耗一个乙酰CoA
经过四次脱氢，两次脱羧，一次底物水平磷酸化
生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2，1分子GTP关键酶有：柠檬酸合酶，a-酮戊二酸脱氢酶复合体，异柠檬酸脱氢酶整个循环反应为不可逆反应
三羧酸循环的中间反应起催化作用
TCA循环受底物、产物和关键酶活性的调节
TCP循环是3大营养物质代谢中具有重要生理意义：
TCA循环是3大营养素的最终代谢通路，其作用在于通过四次脱氢，为氧化磷酸化反应生成ATP提供还原当量。
TCA循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽3、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式
G→2丙酮酸净生成5或7个ATP丙酮酸→乙酰CoA净生成2.5个ATP
TAC：一分子乙酰CoA经TAC生成三个NADH+H+和一个FADH２加上底物水平磷酸化生成一个高能磷酸键，共产生10个ATP。
结论：1molG彻底氧化成CO2和H2O，可以净生成30或32molATP五、巴斯德效应是指有氧氧化抑制糖酵解的效应
＋机制：有氧时，NADH＋H进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成
乳酸；
缺氧时，酵解途径加强NADH+H+在胞浆里浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳
酸六、葡萄糖的其他代谢途径
①磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖关键酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶＋两次脱氢脱下来的氢都由NADP接受生成NADPH+H+中间产物：5-磷酸核糖
磷酸戊糖途径也叫磷酸戊糖旁路
1分子G-6-P经过反应只能发生一次脱羧两次脱氢，生成1分子CO２和2分子NADHP+H+生理意义：生成NADPH还有5-磷酸核糖七、糖原的合成与分解
肌肉→肌糖原→供肌肉收缩所需肝脏→肝糖原→维持血糖平衡
葡萄糖单元→-1,4-糖苷键→形成长链
10个葡萄糖单元→-1,6-糖苷键→形成分支（分支增加，溶解度增加）每条链都终止于一个非还原端（非还原端增多有利于被酶分解）㈠糖原的合成代谢主要在肝和肌组织内进行（胞浆）G-6-P的代谢去路：G（补充血糖）↑
6-磷酸葡萄糖内酯←G-6-P→F-6-P（进入磷酸戊糖途径）↓（进去酵解途径）
G-1-P
↓UDPG【尿苷二磷酸葡萄糖，“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体】
葡萄糖醛酸Gn
（进入葡萄糖醛酸途径）（合成糖原）⑵肝糖原分解产物--葡萄糖可补充血糖（胞浆）
葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、肾中，而不存在于肌中。所以只有肝肾可以补充血糖，而肌糖原不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解或有氧氧化。肌糖原的合成与分解与乳酸循环有关。关键酶：①糖原合成→糖原合酶②糖原分解→糖原磷酸化酶调节小结：
关键酶都以活性无（低）活性两种形式存在，两种形式之间可以通过磷酸化和去磷酸化
相互转变
双向调控：对合成酶系和分解酶系分别进行调节，如：加强合成则减弱分解双重调节：别构调节和共价修饰调节关键酶调节上存在级联效应
分解肝糖原的激素主要是胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要是肾上腺素八、糖异生【从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程】（肝、肾细胞的胞浆及线粒体）
原料【乳酸、甘油、糖氨基酸】(一)糖异生途径不完全是糖酵解的逆反应
糖异生途径【丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程】
酵解途径中有3个有关键酶催化的不可逆反应，在糖异生时需另外的反应和酶替代(二)糖异生的生理意义主要在于维持血糖水平恒定
糖异生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稳定
(三)肌中产生的乳酸运输至肝进行糖异生形成乳酸循环
乳酸循环是一个耗能过程
2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP生理意义：
乳酸再利用，避免了乳酸的损失防止乳酸堆积，引起酸中毒九、血糖及其调节
主要调节激素：降低血糖→胰岛素【体内唯一降低血糖的激素】升高血糖→胰高血糖素糖皮脂激素肾上腺素
低血糖：血糖浓度低于3.0mmol/L高血糖：空腹血糖高于6.9mmol/L空腹血糖浓度高于5.6~6.9mmol/L称为高血糖
扩展阅读：生化第四章-糖代谢
生化第四章糖代谢
一、名词解释
1.Glycolysis（糖酵解）:Aanaerobicdegradationisuniversalandancientcentralpathwayof
glucosecatabolism.Inglycolysisamoleculeofglucoseisdegradedinaseriesofenzymaticreactions
toyieldtwomoleculesofpyruvateorlactate.Thebasicprocessofglycolysiscanbedividedintotwophase:reactionsfromglucosetopyruvateandfrompyruvatetolactate.
2.物质代谢：机体在生命活动过程中不断摄入O2及营养物质，在细胞内进行中间代谢，同时不断排出CO2及代谢废物，这种机体和环境之间不断进行的物质交换即物质代谢。3.Gluconeogenesis（糖原异生）：Theprocessoftransformationofnon-carbohydratestoglucoseorglycogenistermedasgluconeogenesis.Non-carbohydratesaresomecompounds,suchasglucogenicaminoacids,lactate,glycerol,andotherorganicacids.
4．OxidativePhosphorylation(氧化磷酸化)：TheprecessbywhichNADHandFADH2areoxidizedandthecoupledformationofATPfromADP,iscalledoxidativephosphorylation.5.糖原(glycogen)：动物体内糖的储存形式，是可以迅速动用的葡萄糖储备。
6.Coricycle(乳酸循环):Coricyclemaybetermedaslactatecyclebywhichlactateisformedinmuscleandistransportedintoliverthroughbloodstream,inliverlactateisconvertedtoglucose,andglucosethenistransportedtomuscleforproducelactateagain.ThesignificanceofCoricycleistoavoidthelossoflactateandtheaccumulationoflactateinbloodtolowerthebloodPhandacidosis.Coricycleisanenergyconsumingpathway,6ATPsareconsumedforconverting2moleculesoflactatetoglucose.
8.Pentosephosphatepathway(磷酸戊糖途径):Itisoneoftwomajorpathwaysforthecatabolismofglucose.Thispathwaycanbedividedintotwopahses:anoxidativenonreversiblephaseandanonoxidativereversiblephase.Inthefirstphase,glucose6-phosphateundergoesdehydrogenationanddecarboxylationtogiveapentosephosphate,ribulose5-phosphate.Inthesecondphase,ribulose5-phosphateisconvertedbacktoglucose6-phosphatebyaseriesofreactionsinvolvingmainlytwoenzymes:transketolaseandtransaldolase.。
9.Tricarboxylicacidcycle;Krebscycle;citratecycle（三羧酸循环）:AcetylCoAisthefuelfurtherreactswithoxaloacetatetoformcitrateandiscompletelyoxidizedtoCO2andwater,including8reactions.TricarboxylicacidcyclenotonlyoxidizesglucosetoCO2andwatercompletely,butalsooxidizedothercompoundssuchasfattyacidsandaminoacidstoCO2andwaterwiththeformationofreducedcoenzymesandthesynthesisofATP.Thetricarboxylicacidcycleservesasthecrossroadfortheinterconversionamongcarbohydrates、lipids、andnon-essentialaminoacids,andasasourceofbiosyntheticintermediates.
10.物质代谢：机体在生命活动过程中不断摄入O2及营养物质(1)，在细胞内进行中间代谢，同时不断排出CO2及代谢废物，这种机体和环境之间不断进行的物质交换即物质代谢(2)。补充：
1.脂溶性维生素：维生素A，D，E及K均为非极性疏水的异戊二烯衍生物，可溶于脂类或脂肪溶剂而不溶于水，称为脂溶性维生素。
2.水溶性维生素：B族维生素及维生素C在结构上与脂溶性维生素不同，可溶于水，不溶于脂类溶剂，称为水溶性维生素。
3.Vitamin（维生素）：存在于食物中的一类低分子有机化合物，是维持机体正常生活或细胞正常代谢所必需的一类营养素
4.高血糖：空腹血糖浓度高于7.22mmol/L(130mg%)称为高血糖。
5.低血糖：血糖浓度低于3.89mmol/L(70mg%)称为低血糖。二、填空题
1.蛋白质合成后其空间结构的修饰包括（亚基聚合）（辅基连接）和(疏水脂链的共价连接等）。2.脑是机体耗能的主要器官之一，正常情况下，主要以（葡萄糖）作为供能物质，长期饥饿时，则主要以（酮体）作为能源。
3.生物素是体内多种（羧化）酶的辅酶，参与体内（CO2）的羧化过程。4.调节血糖浓度最主要的激素是（胰岛素）和（胰高血糖素）。5.在一轮三羧酸循环中，有（1）次底物水平磷酸化，有（4）次脱氢反应。6.糖异生的原料有（甘油）、（乳酸）和（生糖氨基酸）
7.当体内葡萄糖有富余时，糖在体内很容易转变为脂，因为糖分解产生的（乙酰CoA）可作为合成脂肪酸的原料，磷酸戊糖途径产生的（NADPH+H）可为脂酸合成提供还原当量。8.在三羧酸循环中，催化氧化脱羧的酶是（异柠檬酸脱氢酶）和（α酮戊二酸脱氢酶）。
9.1mol葡萄糖氧化生成CO2和H2O时，净生成（36或38）molATP。
10.由于红细胞没有（线粒体），其能量几乎全由（糖酵解）提供。
11.肝糖原分解代谢主要受（胰高血糖素）调控，而肌糖原分解代谢主要受（肾上腺素）调控。
12.脂酰CoA脱下的2H通过（琥珀酸）氧化呼吸链氧化，β-羟丁酸脱下的2H通过（NADH）氧化呼吸链氧化。
13.目前已知有3个反应以底物水平磷酸化方式生成ATP，其中有一个反应由丙酮酸激酶催化，催化另2个反应的酶是（琥珀酸CoA合成酶）和（磷酸甘油酸激酶）。14.糖的运输形式是（葡萄糖），储存形式是(糖原）。15.6-磷酸果糖激酶-1的别构抑制剂是（ATP）和（柠檬酸）。16.丙酮酸脱氢酶复合体是有(丙酮酸脱氢酶)、（氢硫辛酰胺转乙酰酶）、（二氢硫辛酰胺脱氢酶）成的。
17.ATP与（肌酸）反应生成CP（肌酸），催化该反应的酶是（肌酸激酶）.18.肌糖原酵解的关键酶有（磷酸化酶）、（6磷酸果糖激酶1）和（丙酮酸激酶）。19.6磷酸果糖激酶2是一双功能酶，同时具有（磷酸果糖激酶2）和（果糖二磷酸酶2）两种活性。
20.糖酵解途径中的两个底物水平磷酸化反应分别由（磷酸甘油酸激酶）和（丙酮酸激酶）催化。
补充：1.可逆性抑制作用中，（竞争性）抑制剂与酶的活性中心相结合，（非竞争性）抑制剂与酶的活性中心外的必需基团相结合。
2.磷酸吡哆醛及磷酸吡哆胺是维生素B6在体内的活性型，它们分别是（转氨酶）及（脱羧酶）的辅酶。
3.维生素B6在体内的活性型为（磷酸吡哆醛及磷酸吡哆胺）
4.维生素A的活性型包括：（视黄醇）、（视黄醛）、（视黄酸）。5.以遗传信息传递而言，复制是从（DNA）到（DNA）；翻译是从（RNA）到（蛋白质）。6.肝糖原合成和分解的关键酶分别是（糖原合酶）和（磷酸化酶）。7.维生素B2在体内的活性型为（FAD）及（FMN），分别可作为黄素酶的辅基。
2+三、问答题
1.试述乳酸异生为葡萄糖的主要反应过程及其酶。答：（1）乳酸经LDH催化生成丙酮酸。
（2）丙酮酸在线粒体内经丙酮酸羧化酶催化生成草酰乙酸，后者经GOT催化生成天冬
氨酸出线粒体，在胞液中经GOT催化生成草酰乙酸，后者在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶作用下生成磷酸烯醇式丙酮酸。
（3）磷酸烯醇式丙酮酸循酵解途径至1，6二磷酸果糖。
（4）1，6二磷酸果糖经果糖二磷酸酶1催化生成6磷酸果糖，再异构为6磷酸
葡萄糖。（5）6磷酸葡萄糖在葡萄糖6磷酸酶作用下生成葡萄糖。
2.简述肝糖原合成代谢的直接途径与间接途径。
答：肝糖原合成时由葡萄糖经UDPG合成糖原的过程称为直接途径由葡萄糖先分解成三碳化合物如乳酸、丙酮酸，再运至肝脏异生成糖原的过程称为三碳途径或间接途径。3.概述肾上腺素对血糖水平调节的分子机制。
答：肾上腺素通过促进肝脏和肌肉组织中的糖原分解而抑制糖原合成，使血糖水平升高。其分子机制如下：肾上腺素作用于肝及肌细胞膜上的β受体后，促使G蛋白与GDP解离而与GTP结合，从而激活G蛋白。活化的G蛋白能激活腺苷酸环化酶，使cAMP生成增加，cAMP激活蛋白激酶A；后者催化细胞中许多酶类和功能蛋白质的磷酸化，从而引起肾上腺素的生理效应。
（1）使无活性的磷酸化酶b激酶磷酸化为有活性的磷酸化酶b激酶。后者催化无活性的磷酸化酶b磷酸化为磷酸化酶a；则可促进糖原分解，升高血糖。
（2）使有活性的糖原合酶a磷酸化成无活性的糖原合酶b。从而抑制糖原合成，致使血糖浓度升高。
（3）cAMP蛋白激酶系统还通过磷酸化改变某些酶的活性调节血糖水平。如抑制肝丙酮酸激酶减少糖的分解代谢，激活果糖双磷酸酶1促进糖异生，升高血糖。4.简述糖异生的生理意义。答：（1）空腹或饥饿时利用非糖化合物异生成葡萄糖，以维持血糖水平恒定。（2）糖异生是肝脏补充或恢复糖原储备的重要途径。（3）饥饿时，糖异生增强有利于维持酸碱平衡。
5.简述血糖的来源和去路。答：血糖的来源：（1）食物经消化吸收的葡萄糖；（2）肝糖原的分解；（3）糖异生。血糖的去路：（1）氧化供能；（2）合成糖原；（3）转变为脂肪、某些非必需氨基酸；（4）转变为其他糖类物质。
6.简述乳酸循环形成的原因及其生理意义。
答：乳酸循环的形成是由于肝脏和肌肉组织中酶的特性所致。肝内糖异生很活跃，又有葡萄糖6磷酸酶可水解6磷酸葡萄糖，释放出葡萄糖。肌肉组织中除糖异生的活性很低外，又没有葡萄糖6磷酸酶；肌肉组织内生成的乳酸既不能异生成糖，更不能释放出葡萄糖。乳酸循环的生理意义在于避免损失乳酸（能源物质）以及防止因
乳酸堆积引起酸中毒。
7.试列表比较糖酵解与有氧氧化进行的部位、反应条件、关键酶、产物、能量生成及生理意义。
答：糖酵解糖有氧氧化反应条件供氧不足有氧情况进行部位胞液胞液和线粒体关键酶己糖激酶（或葡萄糖激酶）有左列的3个酶磷酸果糖激酶1丙酮酸脱氢酶系丙酮酸激酶异柠檬酸脱氢酶α酮戊二酸脱氢酶系柠檬酸合酶产物乳酸、ATPH2O、CO2、ATP
能量1mol葡萄糖净得2molATP1mol葡萄糖净得36或38molATP
生理意义迅速供能；某些组织依赖是机体获取能量的主要糖酵解
供能方式
8.在糖代谢过程中生成的丙酮酸可进入哪些代谢途径？答：（1）在供氧不足时，丙酮酸在LDH催化下，接受NADH+H+的氢原子还原生成乳酸。（2）在供氧充足时，丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶复合体的催化下，氧化脱羧生
成乙酰CoA，再经三羧酸循环和氧化磷酸化，彻底氧化生成CO2、H2O和ATP。
（3）丙酮酸进入线粒体在丙酮酸羧化酶催化下生成草酰乙酸，后者经磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化生成磷酸烯醇式丙酮酸，再异生为糖。
（4）丙酮酸进入线粒体在丙酮酸羧化酶催化下生成草酰乙酸，后者与乙酰CoA缩合成柠檬酸，可促进乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化。
（5）丙酮酸进入线粒体在丙酮酸羧化酶催化下生成草酰乙酸，后者与乙酰CoA缩合成柠
檬酸；柠檬酸出线粒体在胞液中经柠檬酸裂解酶催化生成乙酰CoA，后者可作为脂肪酸、胆固醇等的合成原料。（6）丙酮酸可经还原性氨基化生成丙氨酸等非必需氨基酸。
决定丙酮酸代谢的方向是各条代谢途径中关键酶的活性，这些酶受到别构效应剂与激素的调节。
9.试述磷酸戊糖途径的主要产物及生理意义。
答：磷酸戊糖途径的主要产物是：5磷酸核糖；NADPH。磷酸戊糖途径的生理意义：
（1）提供5磷酸核糖，是合成核苷酸的原料。（2）提供NADPH，参与合成代谢（作为供氢体）、生物转化反应以及维持谷胱甘肽的
还原性。
10.说明高氨血症导致昏迷的生化基础。答：高氨血症时，脑中的反应为氨+α-酮戊二酸生成谷氨酸(3)，氨+谷氨酸生成谷氨酰胺，脑内α-酮戊二酸减少导致了三羧酸循环减慢(4)，从而使ATP生成减少，脑组织供能缺乏表现为昏迷(3)。
11.简述草酰乙酸在糖代谢中的重要作用
答：草酰乙酸在葡萄糖的氧化分解及糖异生代谢中起着十分重要的作用。
（1）草酰乙酸是三羧酸循环中的起始物，糖氧化产生的乙酰CoA必须首先与草酰乙
酸缩合成柠檬酸，才能彻底氧化。
（2）草酰乙酸可以作为糖异生的原料，循糖异生途径异生为糖。
（3）草酰乙酸是丙酮酸、乳酸及生糖氨基酸等异生为糖时的中间产物，这些物质必须
转变成草酰乙酸后再异生为糖。12.简述三羧酸循环的要点及生理意义。
答：1）TAC中有4次脱氢、2次脱羧及1次底物水平磷酸化。（2）TAC中有3个不可逆反应、3个关键酶（异柠檬酸脱氢酶、α酮戊二酸脱氢酶系、柠檬酸合酶）。（3）TAC的中间产物包括草酰乙酸在内起着催化剂的作用。草酰乙酸的回补反应是丙酮酸的直接羧化或者经苹果酸脱氢生成。三羧酸循环的生理意义：TAC是三大营养素彻底氧化的最终代谢通路。TAC是三大营养素代谢联系的枢纽。TAC为其他合成代谢提供小分子前体。TAC为氧化磷酸化提供还原当量。
13.糖异生过程是否为糖酵解的逆反应？为什么？
答：糖异生过程不是糖酵解的逆过程，因为糖酵解中己糖激酶、6磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶催化的反应是不可逆反应，所以非糖物质必须依赖葡萄糖6磷酸酶、果糖二磷酸酶1、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化才能异生为糖，亦即酶促反应需要饶过三个能障以及线粒体膜的膜障。
12.为何称三羧酸循环是物质代谢的中枢，有何生理意义？（10分）
答：三羧酸循环是糖、脂、蛋白质分解代谢的最终共同途径，体内各种代谢产生的ATP、CO2、H2O主要来源于此循环。三羧酸循环是三大物质相互联系的枢纽，机体通过神经体液的调节，使三大物质代谢处于动态平衡中，正常情况下，三羧酸循环原料乙酰CoA主要来源于糖的分解代谢，脂主要是储能；病理或饥饿状态时，则主要来源于脂肪的动员，蛋白质分解产生的氨基酸也可为三羧酸循环提供原料。
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