糖类代谢
一、生物体的糖类
1、糖的概念
糖类物质是多羟基(2个或以上)的醛类或酮类化合物，以及它们的衍生物或聚合物。
据此可分为醛糖和酮糖。
还可根据碳层子数分为丙糖，丁糖，戊糖、己糖。
最简单的糖类就是丙糖(甘油醛和二羟丙酮)
由于绝大多数的糖类化合物都可以用通式Cn (H2O)n表示，所以过去人们一直认为糖类是碳与水的化合物，称为碳水化合物。现在已经这种称呼并恰当，只是沿用已久，仍有许多人称之为碳水化合物。
2、糖的种类
根据糖的结构单元数目多少分为：
（1）单糖：不能被水解称更小分子的糖。
（2）寡糖：2-6个单糖分子脱水缩合而成，以双糖最为普遍，意义也较大。
（3）多糖：均一性多糖：淀粉、糖原、纤维素、半纤维素、几丁质(壳多糖)
不均一性多糖：糖胺多糖类(透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等)
（4）结合糖(复合糖，糖缀合物)：糖脂、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸等
（5）糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷
3、糖类的生物学功能
(1) 提供能量。植物的淀粉和动物的糖原都是能量的储存形式。
(2) 物质代谢的碳骨架，为蛋白质、核酸、脂类的合成提供碳骨架。
(3) 细胞的骨架。纤维素、半纤维素、木质素是植物细胞壁的主要成分，肽聚糖是细胞壁的主要成分。
(4) 细胞间识别和生物分子间的识别。
细胞膜表面糖蛋白的寡糖链参与细胞间的识别。一些细胞的细胞膜表面含有糖分子或寡糖链，构成细胞的天线，参与细胞通信。
红细胞表面ABO血型决定簇就含有岩藻糖。
二、单糖的分解作用
（一）糖酵解
１、过程：
(1)糖原 1-磷酸葡萄糖
(2)葡萄糖 己糖激酶 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖6-磷酸果糖-1-激酶
ATP ADP ATP ADP
磷酸二羟丙酮
1,6-二磷酸果糖
3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸
NAD+ NADH＋H+
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸激酶
ADP ATP ADP ATP
丙酮酸 乳酸
NADH＋H+ NAD+
注：红色表示该酶为该反应的限速酶；蓝色ATP表示消耗，红色ATP和NADH等表示生成的能量或可以转变为能量的物质。以下类同。
（图1-1）
糖酵解过程中包含两个底物水平磷酸化：一为1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸；二为磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸。
２、调节
１）６－磷酸果糖激酶-1
变构抑制剂：ATP、柠檬酸
变构激活剂：AMP、ADP、1，6-双磷酸果糖（产物反馈激，比较少见）和2，6-双磷酸果糖（最强的激活剂）。
２）丙酮酸激酶
变构抑制剂：ATP 、肝内的丙氨酸
变构激活剂：1，6-双磷酸果糖
３）葡萄糖激酶
变构抑制剂：长链脂酰辅酶A
注：此项无需死记硬背，理解基础上记忆是很容易的，如知道糖酵解是产生能量的，那么有ATP等能量形式存在，则可抑制该反应，以利节能，上述的柠檬酸经三羧酸循环也是可以产生能量的，因此也起抑制作用；产物一般来说是反馈抑制的；但也有特殊，如上述的1，6-双磷酸果糖。特殊的需要记忆，只属少数。以下类同。关于共价修饰的调节，只需记住几个特殊的即可，下面章节提及。
３、生理意义
１）迅速提供能量，尤其对肌肉收缩更为重要。若反应按（１）进行，可净生成３分子ATP，若反应按（２）进行，可净生成２分子ATP；另外，酵解过程中生成的２个NADH在有氧条件下经电子传递链，发生氧化磷酸化，可生成更多的ATP，但在缺氧条件下丙酮酸转化为乳酸将消耗NADH，无NADH净生成。
２）成熟红细胞完全依赖糖酵解供能，神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧也常由糖酵解提供部分能量。
３）红细胞内1，3-二磷酸甘油酸转变成的2，３-二磷酸甘油酸可与血红蛋白结合，使氧气与血红蛋白结合力下降，释放氧气。
４）肌肉中产生的乳酸、丙氨酸（由丙酮酸转变）在肝脏中能作为糖异生的原料，生成葡萄糖。
４、乳酸循环
葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖
糖 糖
异 酵
生 解
途 途
径 径
丙酮酸 丙酮酸
乳酸 乳酸 乳酸
(肝) (血液) (肌肉)
乳酸循环是由于肝内糖异生活跃，又有葡萄糖-6-磷酸酶可水解6-磷酸葡萄糖，释出葡萄糖。肌肉除糖异生活性低外，又没有葡萄糖-6-磷酸酶。
生理意义：避免损失乳酸以及防止因乳酸堆积引起酸中毒。
（二）三羧酸循环
１、过程
1)、经糖酵解过程生成丙酮酸
2)、丙酮酸 丙酮酸脱氢酶复合体 乙酰辅酶A
NAD+ NADH＋H+
限速酶的辅酶有：TPP﹑FAD﹑NAD+﹑CoA及硫辛酸
3)、三羧酸循环
草酰乙酸＋乙酰辅酶A 柠檬酸合成酶 柠檬酸 异柠檬酸 异柠檬酸脱氢酶
NAD+ NADH＋H+
α-酮戊二酸 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 琥珀酸酰CoA 琥珀酸
NAD+ NADH＋H+ GDP GTP
延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸
FAD FADH2 NAD+ NADH＋H+
三羧酸循环中限速酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体的辅酶与丙酮酸脱氢酶复合体的辅酶同。
三羧酸循环中有一个底物水平磷酸化，即琥珀酰COA转变成琥珀酸，生成GTP；加上糖酵解过程中的两个，本书中共三个底物水平磷酸化。
２、调节
１）丙酮酸脱氢酶复合体
抑制：乙酰辅酶A、NADH、ATP
激活：AMP、钙离子
２）异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶
NADH、ATP反馈抑制
３、生理意义
１）基本生理功能是氧化供能。
２）三羧酸循环是体内糖、脂肪和蛋白质三大营养物质代谢的最终共同途径。
３）三羧酸循环也是三大代谢联系的枢纽。
４、有氧氧化生成的ATP
葡萄糖有氧氧化生成的ATP
反 应 辅酶 ATP
第一阶段 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 -1
6-磷酸果糖 1，6双磷酸果糖 -1
2*3-磷酸甘油醛 2*1,3-二磷酸甘油酸 NAD+ 2*3或2*2(详见)
2*1,3-二磷酸甘油酸 2*3-磷酸甘油酸 2*1
2*磷酸烯醇式丙酮酸 2*丙酮酸 2*1
第二阶段 2*丙酮酸 2*乙酰CoA NAD+ 2*3
第三阶段 2*异柠檬酸 2*α-酮戊二酸 NAD+ 2*3
2*α-酮戊二酸 2*琥珀酰CoA NAD+ 2*3
2*琥珀酰CoA 2*琥珀酸 2*1
2*琥珀酸 2*延胡索酸 FAD 2*2
2*苹果酸 2*草酰乙酸 NAD+ 2*3
净生成 38或36个ATP
５、巴斯德效应
有氧氧化抑制糖酵解的现象。
（三）磷酸戊糖途径
１、 过程
6-磷酸葡萄糖
NADP+
6-磷酸葡萄糖脱氢酶
NADPH
6-磷酸葡萄糖酸内酯
6-磷酸葡萄糖酸
NADP+
NADPH
5-磷酸核酮糖
5-磷酸核糖 5-磷酸木酮糖
7-磷酸景天糖 3-磷酸甘油醛
5-磷酸木酮糖 4-磷酸赤藓糖 6-磷酸果糖
3-磷酸甘油醛 6-磷酸果糖
6-磷酸果糖
２、生理意义
１）为核酸的生物合成提供５-磷酸核糖，肌组织内缺乏６-磷酸葡萄糖脱氢酶，磷酸核糖可经酵解途径的中间产物３- 磷酸甘油醛和６-磷酸果糖经基团转移反应生成。
２）提供NADPH
a.NADPH是供氢体，参加各种生物合成反应，如从乙酰辅酶A合成脂酸、胆固醇；α-酮戊二酸与NADPH及氨生成谷氨酸，谷氨酸可与其他α-酮酸进行转氨基反应而生成相应的氨基酸。
b.NADPH是谷胱甘肽还原酶的辅酶，对维持细胞中还原型谷胱甘肽的正常含量进而保护巯基酶的活性及维持红细胞膜完整性很重要，并可保持血红蛋白铁于二价。
c.NADPH参与体内羟化反应，有些羟化反应与生物合成有关，如从胆固醇合成胆汁酸、类固醇激素等；有些羟化反应则与生物转化有关。
三、糖异生
１、 过程
乳酸 丙氨酸等生糖氨基酸
NADH
丙酮酸 丙酮酸
ATP 丙酮酸 丙酮酸
丙酮酸羧化酶
草酰乙酸 草酰乙酸 (线粒体内)
天冬氨酸 苹果酸
GTP 天冬氨酸
NADH
草酰乙酸 苹果酸
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
磷酸烯醇式丙酮酸
2-磷酸甘油酸 (胞液)
ATP 3-磷酸甘油酸
NADH 1，3-二磷酸甘油酸 甘油 ATP
3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油
NADH
1,6-双磷酸果糖
果糖双磷酸酶
6-磷酸果糖
6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 糖原
葡萄糖-6-磷酸酶
葡萄糖
注意：１）糖异生过程中丙酮酸不能直接转变为磷酸烯醇式丙酮酸，需经过草酰乙酸的中间步骤，由于草酰乙酸羧化酶仅存在于线粒体内，故胞液中的丙酮酸必须进入线粒体，才能羧化生成草酰乙酸。但是，草酰乙酸不能直接透过线粒体膜，需借助两种方式将其转运入胞液：一是经苹果酸途径，多数为以丙酮酸或生糖氨基酸为原料异生成糖时；另一种是经天冬氨酸途径，多数为乳酸为原料异生成糖时。
２）在糖异生过程中，1，3-二磷酸甘油酸还原成3-磷酸甘油醛时，需NADH，当以乳酸为原料异生成糖时，其脱氢生成丙酮酸时已在胞液中产生了NADH以供利用；而以生糖氨基酸为原料进行糖异生时，NADH则必须由线粒体内提供，可来自脂酸β-氧化或三羧酸循环。
３）甘油异生成糖耗一个ATP，同时也生成一个NADH
２、 调节
2,6-双磷酸果糖的水平是肝内调节糖的分解或糖异生反应方向的主要信号，糖酵解加强，则糖异生减弱；反之亦然。
３、 生理意义
１）空腹或饥饿时依赖氨基酸、甘油等异生成糖，以维持血糖水平恒定。
２）补充肝糖原，摄入的相当一部分葡萄糖先分解成丙酮酸、乳酸等三碳化合物，后者再异生成糖原。合成糖原的这条途径称三碳途径。
３）调节酸碱平衡，长期饥饿进，肾糖异生增强，有利于维持酸碱平衡。 |
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