河南大学：《生物化学》课程教学资源（教案讲义）第四章 糖代谢

第一节概述(overview) 一、代谢的基本概念(Basis concepts of Metabolism) 机体内的化学反应是在酶的催化下完成的。在细胞内这些反应不是相互独立的，而是相互联系的，一个反应的产物可能就是下一个反应的底 物，这样构成一连串的反应，称之为代谢途径(pathway),由不同的代谢途径相互交叉构成一个有组织有目的的化学反应网络(network),称为 代谢(metabolism)。体内的代谢途径主要分为两类：一类是由大分子（多糖、蛋白、脂类等）不断降解为小分子（如CO2,NH3,H2O)的过程称之 为分解代谢(catabolism):另一类是由小分子（如氨基酸等）生成大分子（如蛋白质）的过程称之为合成代谢(anabolism)。分解代谢主要分三个阶段 进行：第一阶段是由复杂的大分子分解为物质基本组成单位的过程，即糖、脂肪和蛋白质降解生成葡萄糖、脂肪酸、甘油和氨基酸：第二阶段 是由这些基本分子转变为代谢中间产物，即活泼的二碳化合物的过程，如上述萄萄糖、氨基酸和脂防酸等降解为乙酰C0A,这期间有少量能量 的释放，生成ATP:第三阶段是乙酰CoA氧化生成CO2和H2O的过程，这期间生成的NADH,FADH2通过氧化磷酸化过程，生成大量ATP。合 成代谢一般不是分解代谢简单的逆向反应，而是由不同酶催化的，通常需要消耗ATP,还原供氢体多为NADPH,很显然，分解代谢是一个发 散的过程(divergent process)),而合成代谢是一个集合过程(convergent process)。在正常的机体内，代谢受若严格的调控(regulation),处在动 态平衡状态中，这种调节主要是通过各种代谢途径中关键的限速酶的活性变化来实现的。调控发生在两个水平上：一个是细胞内水平，主要由 代谢底物、产物的多少来完成；第二个是整体水平，主要通过神经·内分泌系统来实现。 二、食物中糖的消化和吸收(Digestion and absorption of carbohydrates) 食物中的糖类主要是植物淀粉(starch)和动物糖原(glycogen)两类可消化吸收的多糖、少量蔗糖(sucrose)、麦芽糖(maltose)、异麦芽糖 (isomaltose)和乳糖(lactose)等寡糖或单糖，这些糖首先在口腔被唾液中的淀粉酶(a-amylase)部分水解a-l,4糖苷键(a-l.4 glycosidic bond),进 而在小肠被胰液中的淀粉酶进一步水解生成麦芽糖，异麦芽糖和含4个糖基的临界糊精(a-dextrins),最终被小肠粘膜刷毛缘的麦芽糖酶 (maltase)、乳糖酶(lactase)和蔗糖酶(sucrase)水解为葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)、半乳糖(galatose),这些单糖可吸收入小肠细胞。此吸收 过程是一个主动耗能的过程，由特定载体完成，同时伴有N+转运，不受胰岛素的调控。除上述糖类以外，由于人体内无B-糖苷酶，食物中含 有的纤维素(cellulose)无法被人体分解利用，但是其具有刺激肠蠕动等作用，对于身体健康也是必不可少的。临床上，有些患者由于缺乏乳糖 酶等双糖酶，可导致食物中糖类消化吸收障碍而使未消化吸收的糖类进入大肠，被大肠中细菌分解产生C02、H2等，引起腹胀，腹泻等症状。 三、糖的主要生理功能(Functions of carbohydrate) 糖是自然界最丰富的物质之一，人体每日摄入的糖比蛋白质、脂肪多，占到食物总量的百分之五十以上，糖是人体能量的主要来源之一，以萄 萄糖为主供给机体各种组织能量，1克葡萄糖完全氧化分解可产生2840J/m01的能量，除了供给机体能量以外，糖也是组成人体组织结构的重要 成分：与蛋白质结合形成糖蛋白(glycoprotein)构成细胞表面受体、配体，在细胞间信息传递中起着重要作用；与脂类结合形成糖脂 (glyeolipid)是神经组织和细胞膜中的组成成分；还有血浆蛋白、抗体和某些酶及激素中也含有糖。糖的基本结构式是(CH2O)n,故也称之为碳 水化合物。 第二节糖的分解代谢(catabolism of carbohydrate) 人体组织均能对糖进行分解代谢，主要的分解途径有四条：(1)无氧条件下进行的糖酵解途径；(2)有氧条件下进行的有氧氧化；(3)生成磷酸戊 糖的磷酸戊糖通路；：(4)生成萄萄糖醛酸的糖醛酸代谢。 一、糖酵解途径(glycolytic pathway) 糖酵解途径是指细胞在胞浆中分解萄萄糖生成丙酮酸(pyruvate)的过程，此过程中伴有少量ATP的生成。在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸 (lactate)称为糖酵解。有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环，生成CO2和H2O。 (一)葡萄糖的转运(transport of glucose)

第一节 概述(overview) 一、代谢的基本概念(Basis concepts of Metabolism) 机体内的化学反应是在酶的催化下完成的。在细胞内这些反应不是相互独立的，而是相互联系的，一个反应的产物可能就是下一个反应的底 物，这样构成一连串的反应，称之为代谢途径(pathway)，由不同的代谢途径相互交叉构成一个有组织有目的的化学反应网络(network)，称为 代谢(metabolism)。体内的代谢途径主要分为两类：一类是由大分子(多糖、蛋白、脂类等)不断降解为小分子(如CO2，NH3，H2O)的过程称之 为分解代谢(catabolism)；另一类是由小分子(如氨基酸等)生成大分子(如蛋白质)的过程称之为合成代谢(anabolism)。分解代谢主要分三个阶段 进行：第一阶段是由复杂的大分子分解为物质基本组成单位的过程，即糖、脂肪和蛋白质降解生成葡萄糖、脂肪酸、甘油和氨基酸；第二阶段 是由这些基本分子转变为代谢中间产物，即活泼的二碳化合物的过程，如上述葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等降解为乙酰CoA，这期间有少量能量 的释放，生成ATP；第三阶段是乙酰CoA氧化生成CO2和H2O的过程，这期间生成的NADH，FADH2通过氧化磷酸化过程，生成大量ATP。合 成代谢一般不是分解代谢简单的逆向反应，而是由不同酶催化的，通常需要消耗ATP，还原供氢体多为NADPH。很显然，分解代谢是一个发 散的过程(divergent process)，而合成代谢是一个集合过程(convergent process)。在正常的机体内，代谢受着严格的调控(regulation)，处在动 态平衡状态中，这种调节主要是通过各种代谢途径中关键的限速酶的活性变化来实现的。调控发生在两个水平上：一个是细胞内水平，主要由 代谢底物、产物的多少来完成；第二个是整体水平，主要通过神经－内分泌系统来实现。 二、食物中糖的消化和吸收(Digestion and absorption of carbohydrates) 食物中的糖类主要是植物淀粉(starch)和动物糖原(glycogen)两类可消化吸收的多糖、少量蔗糖(sucrose)、麦芽糖(maltose)、异麦芽糖 (isomaltose)和乳糖(lactose)等寡糖或单糖，这些糖首先在口腔被唾液中的淀粉酶(α-amylase)部分水解α-1，4糖苷键(α-1.4glycosidic bond)，进 而在小肠被胰液中的淀粉酶进一步水解生成麦芽糖，异麦芽糖和含4个糖基的临界糊精(α-dextrins)，最终被小肠粘膜刷毛缘的麦芽糖酶 (maltase)、乳糖酶(lactase)和蔗糖酶(sucrase)水解为葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)、半乳糖(galatose)，这些单糖可吸收入小肠细胞。此吸收 过程是一个主动耗能的过程，由特定载体完成，同时伴有Na+转运，不受胰岛素的调控。除上述糖类以外，由于人体内无β-糖苷酶，食物中含 有的纤维素(cellulose)无法被人体分解利用，但是其具有刺激肠蠕动等作用，对于身体健康也是必不可少的。临床上，有些患者由于缺乏乳糖 酶等双糖酶，可导致食物中糖类消化吸收障碍而使未消化吸收的糖类进入大肠，被大肠中细菌分解产生CO2、H2等，引起腹胀，腹泻等症状。 三、糖的主要生理功能(Functions of carbohydrate) 糖是自然界最丰富的物质之一，人体每日摄入的糖比蛋白质、脂肪多，占到食物总量的百分之五十以上，糖是人体能量的主要来源之一，以葡 萄糖为主供给机体各种组织能量，1克葡萄糖完全氧化分解可产生2840J/mol的能量，除了供给机体能量以外，糖也是组成人体组织结构的重要 成 分 ： 与 蛋 白 质 结 合 形 成 糖 蛋 白 (glycoprotein) 构 成 细 胞 表 面 受 体 、 配 体 ， 在 细 胞 间 信 息 传 递 中 起 着 重 要 作 用 ； 与 脂 类 结 合 形 成 糖 脂 (glyeolipid)是神经组织和细胞膜中的组成成分；还有血浆蛋白、抗体和某些酶及激素中也含有糖。糖的基本结构式是(CH2O)n，故也称之为碳 水化合物。 第二节 糖的分解代谢(catabolism of carbohydrate) 人体组织均能对糖进行分解代谢，主要的分解途径有四条：(1)无氧条件下进行的糖酵解途径；(2)有氧条件下进行的有氧氧化；(3)生成磷酸戊 糖的磷酸戊糖通路；(4)生成葡萄糖醛酸的糖醛酸代谢。 一、糖酵解途径(glycolytic pathway) 糖酵解途径是指细胞在胞浆中分解葡萄糖生成丙酮酸(pyruvate)的过程，此过程中伴有少量ATP的生成。在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸 (lactate)称为糖酵解。有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环，生成CO2和H2O。 (一)葡萄糖的转运(transport of glucose)

顺转污 第 胞外空间 (状志1) 蓝喷我运 体 胞外空可 (找态2)】 图4-1萄萄糖通过转运载体转入细胞示意图GLUT代表葡萄糖转运载体 萄萄糖不能直接扩散进入细胞内，其通过两种方式转运入细胞：一种是在前一节提到的与N+共转运方式，它是一个耗能逆浓度梯度转运，主 要发生在小肠粘膜细胞、肾小管上皮细胞等部位；另一种方式是通过细胞膜上特定转运载体将葡萄糖转运入细胞内（图4·1），它是一个不耗能 顺浓度梯度的转运过程。目前已知转运载体有5种，其具有组织特异性如转运载体-1(GLUT-1)主要存在于红细胞，而转运载体-4(GLUT4)主要 存在于脂肪组织和肌肉组织。 (仁)糖酵解过程 糖酵解分为两个阶段共10个反应，每个分子萄萄糖经第一阶段共5个反应，消耗2个分子ATP为耗能过程，第二阶段5个反应生成4个分子ATP为 释能过程。 1.第一阶段 (I)萄萄糖的磷酸化(phosphorylation of glucose) 进入细胞内的萄萄糖首先在第6位碳上被磷酸化生成6-磷酸萄萄糖(glucose?6?phophate,.G·6·P),磷酸根由ATP供给，这一过程不仅活化了萄 萄糖，有利于它进一步参与合成与分解代谢，同时还能使进入细胞的萄萄糖不再逸出细胞。催化此反应的酶是己糖激酶(hexokinase,HK)。己 糖激酶催化的反应不可逆，反应需要消耗能量ATP,Mg2+是反应的激活剂，它能催化萄萄糖、甘露糖、氨基萄萄糖、果糖进行不可逆的磷酸 化反应，生成相应的6-磷酸酯，6-磷酸葡萄糖是HK的反馈抑制物，此酶是糖氧化反应过程的限速酶(rate?limiting enzyme)或称关键酶(key nzyme)它有同工酶I-IV型，【、Ⅱ、Ⅲ型主要存在于肝外组织，其对葡萄糖Km值为10-5~10-6M。 HK (GK G+ATP- Mg2→G-6-P+ADP IV型主要存在于肝脏，特称萄萄糖激酶(glucokinase,GK),对萄萄糖的Km值1~10-2M,正常血糖浓度为5mmol/L,当血糖浓度升高时，GK活 性增加，葡萄糖和胰岛素能诱导肝脏合成GK,GK能催化萄萄糖、甘露糖生成其6-磷酸酯，6-磷酸葡萄糖对此酶无抑制作用。 HK与GK两者区别见表4-1. 表4-1己糖激酶(HK)和葡萄糖激酶(GK)的区别 HK GK 组织分布 绝大多数组织 肝脏和细胞 Km 低 高 6-碳酸葡萄糖的抑 有 无 (2)6-磷酸葡萄糖的异构反应(isomerization of glucose-6-phosphate) 这是由磷酸己糖异构酶(phosphohexoseisomerase)催化6-磷酸葡萄糖（醛糖aldose sugar)转变为6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)的过程 此反应是可逆的。 G一6-P商酸已箱异构酶】 F-6-P (3)6-磷酸果糖的磷酸化(phosphorylation of fructose·6-phosphate) 此反应是6磷酸果糖第一位上的C进一步磷酸化生成1,6·二磷酸果糖，磷酸根由ATP供给，催化此反应的酶是磷酸果糖激酶 1(phosphofructokinasel,PFK1). PFKI F-6-P+ATP- +F-1,6-P2+ADP PFK1催化的反应是不可逆反应，它是糖的有氧氧化过程中最重要的限速酶，它也是变构酶，柠檬酸、ATP等是变构抑制剂，ADP、AMP、 Pi、1,6-二磷酸果糖等是变构激活剂，胰岛素可诱导它的生成。 (4)l.6?二磷酸果糖裂解反应(cleavageof fructose?1,6di/bis phosphate) 醛缩酶(aldolase)催化1.6-二磷酸果糖生成磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛，此反应是可逆的

图4-1 葡萄糖通过转运载体转入细胞示意图 GLUT代表葡萄糖转运载体 葡萄糖不能直接扩散进入细胞内，其通过两种方式转运入细胞：一种是在前一节提到的与Na+共转运方式，它是一个耗能逆浓度梯度转运，主 要发生在小肠粘膜细胞、肾小管上皮细胞等部位；另一种方式是通过细胞膜上特定转运载体将葡萄糖转运入细胞内(图4－1)，它是一个不耗能 顺浓度梯度的转运过程。目前已知转运载体有5种，其具有组织特异性如转运载体-1(GLUT-1)主要存在于红细胞，而转运载体-4(GLUT-4)主要 存在于脂肪组织和肌肉组织。 (二)糖酵解过程 糖酵解分为两个阶段共10个反应，每个分子葡萄糖经第一阶段共5个反应，消耗2个分子ATP为耗能过程，第二阶段5个反应生成4个分子ATP为 释能过程。 1.第一阶段 (1)葡萄糖的磷酸化(phosphorylation of glucose) 进入细胞内的葡萄糖首先在第6位碳上被磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(glucose?6?phophate,G－6－P)，磷酸根由ATP供给，这一过程不仅活化了葡 萄糖，有利于它进一步参与合成与分解代谢，同时还能使进入细胞的葡萄糖不再逸出细胞。催化此反应的酶是己糖激酶(hexokinase,HK)。己 糖激酶催化的反应不可逆，反应需要消耗能量ATP，Mg2+是反应的激活剂，它能催化葡萄糖、甘露糖、氨基葡萄糖、果糖进行不可逆的磷酸 化反应，生成相应的6-磷酸酯，6－磷酸葡萄糖是HK的反馈抑制物，此酶是糖氧化反应过程的限速酶(rate?limiting enzyme)或称关键酶(key enzyme)它有同工酶Ⅰ-Ⅳ型，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型主要存在于肝外组织，其对葡萄糖Km值为10-5～10-6M。 Ⅳ型主要存在于肝脏，特称葡萄糖激酶(glucokinase,GK)，对葡萄糖的Km值1～10-2M，正常血糖浓度为5mmol/L，当血糖浓度升高时，GK活 性增加，葡萄糖和胰岛素能诱导肝脏合成GK，GK能催化葡萄糖、甘露糖生成其6-磷酸酯，6-磷酸葡萄糖对此酶无抑制作用。 HK与GK两者区别见表4-1。 表4-1 己糖激酶(HK)和葡萄糖激酶(GK)的区别 HK GK 组织分布 绝大多数组织 肝脏和β细胞 Km 低 高 6-磷酸葡萄糖的抑制 有 无 (2)6-磷酸葡萄糖的异构反应(isomerization of glucose-6-phosphate) 这是由磷酸己糖异构酶(phosphohexoseisomerase)催化6-磷酸葡萄糖(醛糖aldose sugar)转变为6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)的过程， 此反应是可逆的。 (3)6-磷酸果糖的磷酸化(phosphorylation of fructose－6－phosphate) 此 反 应 是 6 磷 酸 果 糖 第 一 位 上 的 C 进 一 步 磷 酸 化 生 成 1,6－ 二 磷 酸 果 糖 ， 磷 酸 根 由 ATP 供 给 ， 催 化 此 反 应 的 酶 是 磷 酸 果 糖 激 酶 1(phosphofructokinasel,PFK1)。 PFK1催化的反应是不可逆反应，它是糖的有氧氧化过程中最重要的限速酶，它也是变构酶，柠檬酸、ATP等是变构抑制剂，ADP、AMP、 Pi、1，6-二磷酸果糖等是变构激活剂，胰岛素可诱导它的生成。 (4)1.6?二磷酸果糖裂解反应(cleavageof fructose?1,6 di/bis phosphate) 醛缩酶(aldolase)催化1.6-二磷酸果糖生成磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛，此反应是可逆的

下-1,6-P2.醛缩爵 磷酸二羟丙酮+3-磷酸甘油醛 (5)磷酸二羟丙酮的异构反应(isomerization of dihydroxyacetonephosphate) 磷酸丙糖异构酶(triosephosphate isomerase)催化磷酸二羟丙酮转变为3-磷酸甘油醛，此反应也是可逆的。 磷酸丙糖异构酶 磷酸二羟丙酮 ·3-磷酸甘油醛 到此1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛，通过两次磷酸化作用消耗2分子ATP. 2.第二阶段： (6)3-磷酸甘油醛氧化反应(oxidation of glyceraldehyde-3-phosphate 此反应由3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde3-phosphatedehydrogenase)催化3-磷酸甘油醛氧化脱氢并磷酸化生成含有1个高能磷酸键的1,3 -二磷酸甘油酸，本反应脱下的氢和电子转给脱氢酶的辅酶NAD+生成NADH+H+,磷酸根来自无机磷酸。 S裤酸甘油酸十NAD+H,PO,典酸甘演延酸氢盖1，子二爵酸甘治酸十NADH十H计 (7)1.3·二磷酸甘油酸的高能磷酸键转移反应 在磷酸甘油酸激酶(phosphaglyceratekinase,PGK)催化下，1.3·二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸，同时其CI上的高能磷酸根转移给ADP生成 ATP,这种底物氧化过程中产生的能量直接将ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substrate?level phosphorylation)。此激酶催化 的反应是可逆的。 1,3二膜酸甘油酸+ADP,G水？，陈酸甘油酸+ATP (8)3-磷酸甘油酸的变位反应 在磷酸甘油酸变位酶(phosphoglyceratemutase)催化下3-磷酸甘油酸C3·位上的磷酸基转变到C2位上生成2·磷酸甘油酸。此反应是可逆的. 子磷酸甘油酸+聘限甘随破变位鹰2舜酸甘油酸 (9)2-磷酸甘油酸的脱水反应 由烯醇化酶(enolase)催化，2-磷酸甘油酸脱水的同时，能量重新分配，生成含高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvatePEP)。本 反应也是可逆的. ?磷酸甘油酸婚御化鹰弹酸烯醇式丙弱酸十H,0 (10)磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移 在丙酮酸激酶(pyruvatekinase,PK)催化下，磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至ADP生成ATP,这是又一次底物水平上的磷酸化过程。但 此反应是不可逆的。 醉酸烯式醇丙酮酸十ADP乃飘酸澈意丙南酸十ATP 丙酮酸激酶是糖的有氧氧化过程中的限速酶，具有变构酶性质，ATP是变构抑制剂，ADP是变构激活剂，Mg2+或K+可激活丙酮酸激酶的活 性，胰岛素可诱导PK的生成，烯醇式丙酮酸又可自动转变成丙酮酸。 磷酸烯醇式丙酮酸 PK +烯醇式丙副酸，自动，丙酮酸 ADP ATP 总结糖的无氧酵解在细胞液阶段的过程中，一个分子的葡萄糖或糖原中的一个葡萄糖单位，可氧化分解产生2个分子的丙酮酸，丙酮酸将进 入线粒体继续氧化分解，此过程中产生的两对NADH+H+,由递氢体α-磷酸甘油（肌肉和神经组织细胞）或苹果酸（心肌或肝脏细胞）传递进入线粒 体，再经线粒体内氧化呼吸链的传递，最后氢与氧结合生成水，在氢的传递过程释放能量，其中一部分以4TP形式贮存. 在整个细胞液阶段中的10或11步酶促反应中，在生理条件下有三步是不可逆的单向反应，催化这三步反应的酶活性较低，是整个糖的有氧氧化 过程的关键酶，其活性大小，对糖的氧化分解速度起决定性作用，在此阶段经底物水平磷酸化产生四个分子ATP

(5)磷酸二羟丙酮的异构反应(isomerization of dihydroxyacetonephosphate) 磷酸丙糖异构酶(triosephosphate isomerase)催化磷酸二羟丙酮转变为3－磷酸甘油醛，此反应也是可逆的。 到此1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛，通过两次磷酸化作用消耗2分子ATP。 2.第二阶段： (6)3-磷酸甘油醛氧化反应(oxidation of glyceraldehyde-3-phosphate 此反应由3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde 3－phosphatedehydrogenase)催化3-磷酸甘油醛氧化脱氢并磷酸化生成含有1个高能磷酸键的1，3 －二磷酸甘油酸，本反应脱下的氢和电子转给脱氢酶的辅酶NAD+生成NADH+H+，磷酸根来自无机磷酸。 (7)1.3－二磷酸甘油酸的高能磷酸键转移反应 在磷酸甘油酸激酶(phosphaglyceratekinase,PGK)催化下，1.3－二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸，同时其C1上的高能磷酸根转移给ADP生成 ATP，这种底物氧化过程中产生的能量直接将ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substrate?level phosphorylation)。此激酶催化 的反应是可逆的。 (8)3-磷酸甘油酸的变位反应 在磷酸甘油酸变位酶(phosphoglyceratemutase)催化下3-磷酸甘油酸C3－位上的磷酸基转变到C2位上生成2－磷酸甘油酸。此反应是可逆的。 (9)2-磷酸甘油酸的脱水反应 由烯醇化酶(enolase)催化，2-磷酸甘油酸脱水的同时，能量重新分配，生成含高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvatePEP)。本 反应也是可逆的。 (10)磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移 在丙酮酸激酶(pyruvatekinase,PK)催化下，磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至ADP生成ATP，这是又一次底物水平上的磷酸化过程。但 此反应是不可逆的。 丙酮酸激酶是糖的有氧氧化过程中的限速酶，具有变构酶性质，ATP是变构抑制剂，ADP是变构激活剂，Mg2+或K+可激活丙酮酸激酶的活 性，胰岛素可诱导PK的生成，烯醇式丙酮酸又可自动转变成丙酮酸。 总结糖的无氧酵解 在细胞液阶段的过程中，一个分子的葡萄糖或糖原中的一个葡萄糖单位，可氧化分解产生2个分子的丙酮酸，丙酮酸将进 入线粒体继续氧化分解，此过程中产生的两对NADH+H+，由递氢体α-磷酸甘油(肌肉和神经组织细胞)或苹果酸(心肌或肝脏细胞)传递进入线粒 体，再经线粒体内氧化呼吸链的传递，最后氢与氧结合生成水，在氢的传递过程释放能量，其中一部分以ATP形式贮存。 在整个细胞液阶段中的10或11步酶促反应中，在生理条件下有三步是不可逆的单向反应，催化这三步反应的酶活性较低，是整个糖的有氧氧化 过程的关键酶，其活性大小，对糖的氧化分解速度起决定性作用，在此阶段经底物水平磷酸化产生四个分子ATP

能量消耗所段 .2ATm 1ADP ADP深 量生皮阶段 NAD*.2D阳 2酸 净生成薄解) 2丙服 :2ADP .2ATP 年2kAn*南 图42萄萄糖分解的两个阶段 总而言之，经过糖酵解途径，一个分子葡萄糖可氧化分解产生2个分子丙酮酸。在此过程中，经底物水平磷酸化可产生4个分子ATP,如与第一 阶段萄萄糖磷酸化和磷酸果糖的磷酸化消耗二分子ATP相互抵消，每分子萄萄糖降解至丙酮酸净产生2分子ATP,如从糖原开始，因开始阶段仅 消耗1分子ATP,所以每个葡萄糖单位可净生成3分子ATP(图4-2)。葡萄糖+2Pi+2NAD+2ADP→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H20 (三)丙酮酸在无氧条件下生成乳酸 氧供应不足时从糖酵解途径生成的丙酮酸转变为乳酸。缺氧时葡萄糖分解为乳酸称为糖酵解(glycolysis),因它和酵母菌生醇发酵非常相似。丙 酮酸转变成乳酸由乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenase)催化丙酮酸乳酸脱氢酶乳酸在这个反应中丙酮酸起了氢接受体的作用。由3-磷酸甘油醛脱 氢酶反应生成的NADH+H+,缺氧时不能经电子传递链氧化。正是通过将丙酮酸还原成乳酸，使NADH转变成NAD+,糖酵解才能继续进行。 3一醉酸甘油骚、 NAD* 2乳酸 Pi 3-二瑞酸甘油酸NADH+H*/ 丙解酸 乳酸脱氢酶是由M和H二种亚基构成的四聚体，组成5种同工酶。这些同工酶在组织中分布不同，对丙酮酸的KM也有较大差异。H4主要分布在 心肌。它的酶动力学参数表明H4有利于催化乳酸氧化成丙酮酸。所以心肌进行有氧氧化而且能利用乳酸作为燃料。骨骼肌中为M4型。它对反 应方面无倾向性，但肌细胞内底物的浓度有利于生成乳酸。 (四)糖酵解及其生理意义 糖酵解是生物界普遍存在的供能途径，但其释放的能量不多，而且在一般生理情况下，大多数组织有足够的氧以供有氧氧化之需，很少进行糖 酵解，因此这一代谢途径供能意义不大，但少数组织，如视网膜、睾丸、肾髓质和红细胞等组织细胞，即使在有氧条件下，仍需从糖酵解获得 能量。 在某些情况下，糖酵解有特殊的生理意义。例如剧烈运动时，能量需求增加，糖分解加速，此时即使呼吸和循环加快以增加氧的供应量，仍不 能满足体内糖完全氧化所需要的能量，这时肌肉处于相对缺氧状态，必须通过糖酵解过程，以补充所需的能量。在剧烈运动后，可见血中乳酸 浓度成倍地升高，这是糖酵解加强的结果。又如人们从平原地区进入高原的初期，由于缺氧，组织细胞也往往通过增强糖酵解获得能量。 在某些病理情况下，如严重贫血、大量失血、呼吸障碍、肿瘤组织等，组织细胞也需通过糖酵解来获取能量。倘若糖酵解过度，可因乳酸产生 过多，而导致酸中毒。 (五)糖酵解的调节 正常生理条件下，人体内的各种代谢受到严格而精确的调节，以满足机体的需要，保持内环境的稳定。这种控制主要是通过调节酶的活性来实 现的。在一个代谢过程中往往催化不可逆反应的酶限制代谢反应速度，这种酶称为限速酶。糖酵解途径中主要限速酶是己糖激酶(HK),磷酸果 糖激酶1(PFK-1)和丙酮酸激酶(PK). 1激素的调节 胰岛素能诱导体内葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的合成，因而促进这些酶的活性，一般来说，这种促进作用比对限速酶的变构或修 饰调节慢，但作用比较持久。 2.代谢物对限速酶的变构调节 上述三个限速酶中，起决定作用的是催化效率最低的酶PFK,1。其分子是一个四聚体形式，不仅具有对反应底物6-磷酸果糖和ATP的结合部 位，而且尚有几个与别位激活剂和抑制剂结合的部位，6-磷酸果糖、1,6二磷酸果糖、ADP和AMP是其激活剂，而ATP、柠檬酸等是其抑制 剂，ATP既可作为反应底物又可作为抑制剂，其原因在于：此酶一个是与作为底物的ATP结合位点，另一个是与作为抑制剂的ATP结合位点

图4-2 葡萄糖分解的两个阶段 总而言之，经过糖酵解途径，一个分子葡萄糖可氧化分解产生2个分子丙酮酸。在此过程中，经底物水平磷酸化可产生4个分子ATP，如与第一 阶段葡萄糖磷酸化和磷酸果糖的磷酸化消耗二分子ATP相互抵消，每分子葡萄糖降解至丙酮酸净产生2分子ATP，如从糖原开始，因开始阶段仅 消耗1分子ATP，所以每个葡萄糖单位可净生成3分子ATP(图4-2)。葡萄糖+2Pi+2NAD++2ADP→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O (三)丙酮酸在无氧条件下生成乳酸 氧供应不足时从糖酵解途径生成的丙酮酸转变为乳酸。缺氧时葡萄糖分解为乳酸称为糖酵解(glycolysis)，因它和酵母菌生醇发酵非常相似。丙 酮酸转变成乳酸由乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenase)催化丙酮酸乳酸脱氢酶乳酸在这个反应中丙酮酸起了氢接受体的作用。由3-磷酸甘油醛脱 氢酶反应生成的NADH+H+，缺氧时不能经电子传递链氧化。正是通过将丙酮酸还原成乳酸，使NADH转变成NAD+，糖酵解才能继续进行。 乳酸脱氢酶是由M和H二种亚基构成的四聚体，组成5种同工酶。这些同工酶在组织中分布不同，对丙酮酸的KM也有较大差异。H4主要分布在 心肌。它的酶动力学参数表明H4有利于催化乳酸氧化成丙酮酸。所以心肌进行有氧氧化而且能利用乳酸作为燃料。骨骼肌中为M4型。它对反 应方面无倾向性，但肌细胞内底物的浓度有利于生成乳酸。 (四)糖酵解及其生理意义 糖酵解是生物界普遍存在的供能途径，但其释放的能量不多，而且在一般生理情况下，大多数组织有足够的氧以供有氧氧化之需，很少进行糖 酵解，因此这一代谢途径供能意义不大，但少数组织，如视网膜、睾丸、肾髓质和红细胞等组织细胞，即使在有氧条件下，仍需从糖酵解获得 能量。 在某些情况下，糖酵解有特殊的生理意义。例如剧烈运动时，能量需求增加，糖分解加速，此时即使呼吸和循环加快以增加氧的供应量，仍不 能满足体内糖完全氧化所需要的能量，这时肌肉处于相对缺氧状态，必须通过糖酵解过程，以补充所需的能量。在剧烈运动后，可见血中乳酸 浓度成倍地升高，这是糖酵解加强的结果。又如人们从平原地区进入高原的初期，由于缺氧，组织细胞也往往通过增强糖酵解获得能量。 在某些病理情况下，如严重贫血、大量失血、呼吸障碍、肿瘤组织等，组织细胞也需通过糖酵解来获取能量。倘若糖酵解过度，可因乳酸产生 过多，而导致酸中毒。 (五)糖酵解的调节 正常生理条件下，人体内的各种代谢受到严格而精确的调节，以满足机体的需要，保持内环境的稳定。这种控制主要是通过调节酶的活性来实 现的。在一个代谢过程中往往催化不可逆反应的酶限制代谢反应速度，这种酶称为限速酶。糖酵解途径中主要限速酶是己糖激酶(HK)，磷酸果 糖激酶-1(PFK-1)和丙酮酸激酶(PK)。 1.激素的调节 胰岛素能诱导体内葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的合成，因而促进这些酶的活性，一般来说，这种促进作用比对限速酶的变构或修 饰调节慢，但作用比较持久。 2.代谢物对限速酶的变构调节 上述三个限速酶中，起决定作用的是催化效率最低的酶PFK-1。其分子是一个四聚体形式，不仅具有对反应底物6-磷酸果糖和ATP的结合部 位，而且尚有几个与别位激活剂和抑制剂结合的部位，6-磷酸果糖、1，6二磷酸果糖、ADP和AMP是其激活剂，而ATP、柠檬酸等是其抑制 剂，ATP既可作为反应底物又可作为抑制剂，其原因在于：此酶一个是与作为底物的ATP结合位点，另一个是与作为抑制剂的ATP结合位点

两个位点对ATP的亲和力不同，与底物的位点亲和力高，抑制剂作用的位点亲和力低。对ATP有两种结合位点，这样，当细胞内ATP不足时 ATP主要作为反应底物，保证酶促反应进行，而当细胞内ATP增多时，ATP作为抑制剂，降低了酶对6-磷酸果糖的亲和力。 它在体内也是由6-磷酸果糖磷酸化而成，但磷酸化是在C2位而不是C4位，参与的酶也是另一个激酶，磷酸果糖激酶2(P℉K2). 2,6·二磷酸果糖可被二磷酸果糖磷酸酶2去磷酸而生成6-磷酸果糖，失去其调节作用。2,6·二磷酸果糖的作用在于增强磷酸果糖激酶-1对 6-磷酸果糖的亲和力和取消ATP的抑制作用（图4·3）。 高血地素 (医) 1H加真0H的孤然1 了一一nm4 多种的化 ATP AMP i 南酿免影成的生成 激璃A水平降后 2 26-二 酸要 26一二确酸果葡的生成 图4-3胰岛素浓度升高对肝细胞内2,6二磷酸果糖浓度的影响 临床上丙酮酸激酶异常，可导致葡萄糖酵解障碍，红细胞破坏出现溶血性贫血。 二、糖的有氧氧化 萄萄糖在有氧条件下，氧化分解生成二氧化碳和水的过程称为糖的有氧氧化(aerobicoxidation)。有氧氧化是糖分解代谢的主要方式，大多数组 织中的萄萄糖均进行有氧氧化分解供给机体能量。 (一有氧氧化过程 糖的有氧氧化分两个阶段进行。第一阶段是由萄萄糖生成的丙酮酸，在细胞液中进行。第二阶段是上述过程中产生的NADH+H+和丙酮酸在有 氧状态下，进入线粒体中，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰C0A进入三羧酸循环，进而氧化生成CO2和H2O,同时NADH+H+等可经呼吸链传递，伴 随氧化磷酸化过程生成H2O和TP,下面主要将讨论有氧氧化在线粒体中进行的第二阶段代谢。 1.丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸 CH-C0-C00H+HS-CoA一税氢系 →CH,C0-SCoA+C0 丙酮酸 销酶ANHD+NADH+H+乙酰COA 催化氧化脱羧的酶是丙酮酸脱氢酶系(pyruvatedehydrogenase system),此多酶复合体括丙酮酸脱羧酶，辅酶是TPP,二氢硫辛酸乙酰转移酶， 辅酶是二氢硫辛酸和辅酶A,还有二氢硫辛酸脱氢酶，辅酶是FAD及存在于线粒体基质液中的NAD+,多酶复合体形成了紧密相连的连锁反应 机构，提高了催化效率。 从丙酮酸到乙酰C0A是糖有氧氧化中关键的不可逆反应，催化这个反应的丙酮酸脱氢酶系受到很多因素的影响，反应中的产物，乙酰CoA和 NADH+H+可以分别抑制酶系中的二氢硫辛酸乙酰转移酶和二氢硫辛酸脱氢酶的活性，丙酮酸脱羧酶(pyruvate decarboxylase,PDC)活性受 ADP和胰岛素的激活，受ATP的抑制。 丙酮酸脱氢反应的重要特征是丙酮酸氧化释放的自由能贮存在乙酰CoA中的高能硫酯键中，并生成NADH+H+(图4-4)

两个位点对ATP的亲和力不同，与底物的位点亲和力高，抑制剂作用的位点亲和力低。对ATP有两种结合位点，这样，当细胞内ATP不足时， ATP主要作为反应底物，保证酶促反应进行，而当细胞内ATP增多时，ATP作为抑制剂，降低了酶对6-磷酸果糖的亲和力。 它在体内也是由6-磷酸果糖磷酸化而成，但磷酸化是在C2位而不是C4位，参与的酶也是另一个激酶，磷酸果糖激酶-2(PFK-2)。 2，6－二磷酸果糖可被二磷酸果糖磷酸酶-2去磷酸而生成6-磷酸果糖，失去其调节作用。2，6－二磷酸果糖的作用在于增强磷酸果糖激酶-1对 6-磷酸果糖的亲和力和取消ATP的抑制作用(图4－3)。 图4-3 胰岛素浓度升高对肝细胞内2，6-二磷酸果糖浓度的影响 临床上丙酮酸激酶异常，可导致葡萄糖酵解障碍，红细胞破坏出现溶血性贫血。 二、糖的有氧氧化 葡萄糖在有氧条件下，氧化分解生成二氧化碳和水的过程称为糖的有氧氧化(aerobicoxidation)。有氧氧化是糖分解代谢的主要方式，大多数组 织中的葡萄糖均进行有氧氧化分解供给机体能量。 (一)有氧氧化过程 糖的有氧氧化分两个阶段进行。第一阶段是由葡萄糖生成的丙酮酸，在细胞液中进行。第二阶段是上述过程中产生的NADH+H+和丙酮酸在有 氧状态下，进入线粒体中，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA进入三羧酸循环，进而氧化生成CO2和H2O，同时NADH+H+等可经呼吸链传递，伴 随氧化磷酸化过程生成H2O和ATP，下面主要将讨论有氧氧化在线粒体中进行的第二阶段代谢。 1.丙酮酸的氧化脱羧 催化氧化脱羧的酶是丙酮酸脱氢酶系(pyruvatedehydrogenase system)，此多酶复合体括丙酮酸脱羧酶，辅酶是TPP，二氢硫辛酸乙酰转移酶， 辅酶是二氢硫辛酸和辅酶A，还有二氢硫辛酸脱氢酶，辅酶是FAD及存在于线粒体基质液中的NAD+，多酶复合体形成了紧密相连的连锁反应 机构，提高了催化效率。 从丙酮酸到乙酰CoA是糖有氧氧化中关键的不可逆反应，催化这个反应的丙酮酸脱氢酶系受到很多因素的影响，反应中的产物，乙酰CoA和 NADH++H+可以分别抑制酶系中的二氢硫辛酸乙酰转移酶和二氢硫辛酸脱氢酶的活性，丙酮酸脱羧酶(pyruvate decarboxylase,PDC)活性受 ADP和胰岛素的激活，受ATP的抑制。 丙酮酸脱氢反应的重要特征是丙酮酸氧化释放的自由能贮存在乙酰CoA中的高能硫酯键中，并生成NADH+H+(图4-4)