糖代谢

糖代谢Metabolism of Carbohydrates

第八章第八章

复习：糖的生理功能复习：糖的生理功能1. 氧化供能

如糖可提供合成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等物质的原料。

3. 作为机体组织细胞的组成成分

这是糖的主要功能。

2. 提供合成体内提供合成体内其他物质的原料

如糖是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等的组成成分。

概述

糖的分布糖代谢包括分解代谢和合成代谢。分解代谢动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。合成代谢植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程。人或动物利用葡萄糖合成糖原也属于合成代谢。

第一节糖的消化、吸收、转运及储存

一、糖的消化

人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。

消化部位：主要在小肠，少量在口腔

淀粉

麦芽糖 + 麦芽三糖（ 40% ）（ 25% ）

α- 临界糊精 + 异麦芽糖（ 30% ）（ 5% ）

葡萄糖

唾液中的 α- 淀粉酶

α- 葡萄糖苷酶 α- 临界糊精酶

消化过程

肠粘膜上皮细胞刷状缘

胃

口腔

肠腔胰液中的 α- 淀粉酶

食物中含有的大量纤维素，因人体内无 - 糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。但有些微生物和反刍动物的瘤胃能产生纤维素酶，分解纤维素。

二、糖的吸收

1. 吸收部位小肠上段

2. 吸收形式单糖（戊糖、己糖）

ADP+Pi

ATP

G

Na+

K+

Na+ 泵

小肠粘膜细胞

肠腔

门静脉

3. 吸收机制

Na+ 依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter, SGLT)

刷状缘细胞内膜

4. 转运小肠肠腔肠粘膜上皮细胞

门静脉

肝脏

体循环

SGLT

各种组织细胞 GLUT

GLUT ：葡萄糖转运体(glucose transporter) ，已发现有 5 种葡萄糖转运体 (GLUT 1 ～ 5) 。

5. 储存

糖原

脂肪

三、糖代谢的概况

葡萄糖

酵解途径丙酮酸

有氧

无氧

H2O 及 CO2

乳酸、乙醇糖异生途径

乳酸、氨基酸、甘油

糖原

肝糖原分解糖原合成

磷酸戊糖途径核糖 + NADPH+H+

淀粉

消化与吸收

ATP

第二节

糖的分解代谢

Catabolism of Carbohydrates

分解代谢

本质是糖的氧化作用，在不同条件下可进行：无氧酵解有氧氧化磷酸戊糖途径生醇发酵和乙醛酸循环

一、糖的无氧酵解

第一阶段

第二阶段

糖酵解 (glycolysis) 的定义

糖酵解分为两个阶段糖酵解的反应部位：胞浆

在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸 (lactate)的过程称之为糖酵解。

由葡萄糖分解成丙酮酸 (pyruvate) ，称之为糖酵解途径 (glycolytic pathway) 。也称 EMP （ Embdem Meyerhof Parnas ）途径，己糖二磷酸途径。

由丙酮酸转变成乳酸。

⑴ 葡萄糖磷酸化为 6- 磷酸葡萄糖

ATP ADPMg2+

己糖激酶(hexokinase)

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP

1,3- 二磷酸甘油酸

3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP

磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖

O

CH2HO

H

HOOH

H OH

H OH

H H

6- 磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P)

P P O

CH2O

H

HOOH

H OH

H OH

H H

（（ⅠⅠ）葡萄糖分解成丙酮酸）葡萄糖分解成丙酮酸

（一）无氧酵解的反应过程（一）无氧酵解的反应过程

哺乳类动物体内已发现有 4 种己糖激酶同工酶，分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型，称为葡萄糖激酶 (glucokinase) 。它的特点是：

① 对葡萄糖的亲和力很低② 受激素调控

⑵ 6- 磷酸葡萄糖转变为 6- 磷酸果糖

己糖异构酶

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP


3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP

磷酸烯醇式丙酮酸

6- 磷酸葡萄糖

P P O

CH2O

H

HOOH

H OH

H OH

H H

6- 磷酸果糖 (fructose-6-phosphate, F-6-P)

限速酶

⑶ 6- 磷酸果糖转变为 1,6- 双磷酸果糖

ATP ADP Mg2+

6- 磷酸果糖激酶 -1

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP


3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP

磷酸烯醇式丙酮酸 6- 磷酸果糖激酶 -1(6-phosphfructokinase-1)

6- 磷酸果糖 1,6- 双磷酸果糖 (1, 6-fructose-biphosphate, F-1,6-2P)

CH2O

HO

C

C

C

C

CH2O

O

H

OH

OH

H

H

PP

PP

1,6- 双磷酸果糖

⑷ 磷酸己糖裂解成 2 分子磷酸丙糖

醛缩酶(aldolase)

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP


3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP


磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

+CHO

CH OHCH OHOH

CH2 POCH2 PPO

CH2OH

C O

CH2 POCH2 PPO

该反应逆反应占主要，但由于磷酸丙糖被不断移走，所以朝正反应方向进行。

⑸ 磷酸丙糖的同分异构化

磷酸丙糖异构酶

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP


3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP


磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase)

3- 磷酸甘油醛

CHO

CH OHCH OHOH

CH2 POCH2 PPO

磷酸二羟丙酮

CH2OH

C O

CH2 POCH2 PPO

⑹ 3- 磷酸甘油醛氧化为 1,3- 二磷酸甘油酸

Pi 、 NAD+ NADH+H+

3- 磷酸甘油醛脱氢酶

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP


3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP


3- 磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)

3- 磷酸甘油醛

CHO

CH OHCH OHOH

CH2 POCH2 PPO


O=C

C OH

CH2 PO PPO

PPO

⑺ ⑺ 1,3-1,3- 二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸转变成转变成 3-3- 磷酸甘油酸磷酸甘油酸

ADP ATP

磷酸甘油酸激酶

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP


3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP


※ 在以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使 ADP 磷酸化生成 ATP的过程，称为底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) 。


O=C

C OH

CH2 PO PPO

PPO

3- 磷酸甘油酸

COOH

C OH

CH2 PO PPO

磷酸甘油酸激酶 (phosphoglycerate kinase)

⑻ 3- 磷酸甘油酸转变为 2- 磷酸甘油酸

磷酸甘油酸变位酶

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP


3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP


磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase)

3- 磷酸甘油酸

COOH

C OH

CH2 PO PPO

2- 磷酸甘油酸

COOH

C

CH2

PO PPO

OHOH

⑼ 2- 磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸

烯醇化酶(enolase)

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP


3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP


2- 磷酸甘油酸

COOH

C

CH2

PO PPO

OHOH

+ H2O

磷酸烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP)

COOH

C

CH2

PPO

ADP ATP K+ Mg2+

丙酮酸激酶(pyruvate kinase)

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP


3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP


⑽ 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，并通过底物水平磷酸化生成 ATP


COOH

C

CH2

PPO

丙酮酸

COOH

C=O

CH3

(Ⅱ) 丙酮酸转变成乳酸

丙酮酸

乳酸

反应中的 NADH+H+ 来自于上述第 6步反应中的 3- 磷酸甘油醛脱氢反应。

乳酸脱氢酶 (LDH)

NADH + H+ NAD+ COOH

CHOH

CH3

COOH

C=O

CH3

E1: 己糖激酶

E2: 6- 磷酸果糖激酶 -1

E3: 丙酮酸激酶

NAD+

乳酸

糖酵解的代谢途径

Glu G-6-P F-6-P F-1, 6-2PATP ADP ATP ADP


3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮 3- 磷酸甘油醛 NAD+

NADH+H+

ADP ATP

ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸

E2E1

E3

NADH+H+

糖酵解小结

⑴ 反应部位：胞浆⑵ 糖酵解是一个不需氧的产能过程⑶ 反应全过程中有三步不可逆的反应

G G-6-P ATP ADP

己糖激酶 ATP ADP

F-6-P F-1,6-2P 磷酸果糖激酶 -1

ADP ATP

PEP 丙酮酸丙酮酸激酶

⑷ 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开始 2×2-1= 3ATP

⑸ 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）

果糖己糖激酶

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP

丙酮酸

半乳糖

1- 磷酸半乳糖

1- 磷酸葡萄糖

半乳糖激酶

变位酶

甘露糖

6- 磷酸甘露糖己糖激酶

变位酶

除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。

（二）糖酵解的调节

关键酶

① 己糖激酶

② 6- 磷酸果糖激酶 -1

③ 丙酮酸激酶

调节方式① 别构调节

② 共价修饰调节

（ 1 ） 6- 磷酸果糖激酶 -1(PFK-1)

别构调节

别构激活剂： AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P

别构抑制剂：柠檬酸 ; ATP （高浓度）

此酶有二个结合 ATP 的部位：① 活性中心底物结合部位（低浓度时）② 活性中心外别构调节部位（高浓度时）

F-1,6-2P 正反馈调节该酶

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP PFK-1

磷蛋白磷酸酶

Pi

PKA

ATP

ADP

Pi

胰高血糖素

ATP cAMP

活化

F-2,6-2P

+

+

+

–/+

AMP

+

柠檬酸

––

AMP

+

柠檬酸

––

PFK-2（有活性）

FBP-2（无活性）


PFK-2（无活性）

FBP-2（有活性）

P P

果糖双磷酸酶 -2

（ 2 ）丙酮酸激酶

1. 别构调节

别构抑制剂： ATP, 丙氨酸

别构激活剂： 1,6- 双磷酸果糖

2. 共价修饰调节

丙酮酸激酶丙酮酸激酶

ATP ADP

Pi 磷蛋白磷酸酶

（无活性）（有活性）

胰高血糖素 PKA, CaM 激酶

P

PKA ：蛋白激酶 A (protein kinase A)

CaM ：钙调蛋白

(3) 己糖激酶或葡萄糖激酶

* 6- 磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。

* 长链脂肪酰 CoA 可别构抑制肝葡萄糖激酶。

（三）糖酵解的生理意义

1. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。

2. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。

① 无线粒体的细胞，如：红细胞

② 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞

二、糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate

糖的有氧氧化 (aerobic oxidation) 指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成 H2O

和 CO2 ，并释放出能量的过程。是机体主

要供能方式。

* 部位：胞液及线粒体

* * 概念概念

有氧氧化的反应过程

第一阶段：酵解途径

第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧

第三阶段：三羧酸循环

G （ Gn ）

第四阶段：氧化磷酸化

丙酮酸

乙酰 CoA

CO2 NADH+H+

FADH2

H2O [O]

ATP ADP

TCA 循环

胞液

线粒体

（一）丙酮酸的氧化脱羧

丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰 CoA (acetyl CoA) 。

丙酮酸乙酰 CoA

NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+

丙酮酸脱氢酶复合体

总反应式 :

丙酮酸脱氢酶复合体的组成

酶

E1 ：丙酮酸脱氢酶

E2 ：二氢硫辛酰胺转乙酰酶

E3 ：二氢硫辛酰胺脱氢酶

HSCoA

NAD+

辅酶

TPP 硫辛酸（ ) HSCoA

FAD, NAD+

S

SL

丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程

1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基 -TPP 。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶 (E2)催化形成乙酰硫辛酰胺 -E2 。

3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶 (E2)催化生成乙酰 CoA,

同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为 2 个巯基。4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶 (E3) 使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给 FAD 。

5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶 (E3)催化下，将 FADH2

上的 H 转移给 NAD+ ，形成 NADH+H+ 。

CO2

CoASH

NAD+

NADH+H+

5. NADH+H+

的生成

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

三羧酸循环 (Tricarboxylic acid Cycle, TC

A) 也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs于 1937年发现了三羧酸循环的过程，故此循环又称为 Krebs 循环，它由一连串反应组成。

所有的反应均在线粒体中进行。

（二）三羧酸循环（二）三羧酸循环

* 概述

* 反应部位

CoASH

NADH+H+

NAD+

COCO22

NAD+

NADH+H+

COCO

22GTPGTPGDP+PiGDP+PiFAD

FADH2

NADH+H+

NAD+

H2O

H2O

H2O

CoASHCoASH

⑧

① ②

③

④

⑤

⑥

⑦

②

H2O

①柠檬酸合酶② 顺乌头酸酶③异柠檬酸脱氢酶④α-酮戊二酸脱氢酶复合体

⑤ 琥珀酰 CoA合成酶⑥ 琥珀酸脱氢酶⑦ 延胡索酸酶⑧ 苹果酸脱氢酶

GTP GDP

ATPADP

核苷二磷酸激酶

小结

① 三羧酸循环的概念：指乙酰 CoA 和草酰乙

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

反应的过程。

② TCA 过程的反应部位是线粒体。

③ 三羧酸循环的要点经过一次三羧酸循环，

消耗一分子乙酰 CoA ，经四次脱氢，二次脱羧，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

α- 酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶④ 整个循环反应为不可逆反应

⑤ 三羧酸循环的中间产物

三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰 CoA 合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为 CO2 及 H2O 。

表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，

例如：草酰乙酸天冬氨酸 α- 酮戊二酸谷氨酸柠檬酸脂肪酸琥珀酰 CoA 卟啉

Ⅰ 机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的， TCA 循环中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。

Ⅱ 机体糖供不足时，可能引起 TCA 运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰 CoA 进入 TCA 氧化分解。

草酰乙酸草酰乙酸脱羧酶

丙酮酸 CO2

苹果酸苹果酸酶

丙酮酸

CO2 NAD+ NADH + H+

* * 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。

草酰乙酸

草酰乙酸

柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸裂解酶裂解酶

乙酰CoA

丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸羧化酶羧化酶

CO2

苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶

NADH+H+ NAD+

天冬氨酸天冬氨酸谷草转氨酶谷草转氨酶

α- 酮戊二酸谷氨酸

其来源如下：

三羧酸循环的生理意义三羧酸循环的生理意义

是三大营养物质氧化分解的共同途径；

是三大营养物质代谢联系的枢纽；

为其它物质代谢提供小分子前体；

为呼吸链提供 H+ + e 。

H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成 H2O 的同时 ADP偶联磷酸化生成 ATP 。

NADH+H+ H2O 、 3ATP [O]

H2O 、 2ATP FADH2

[O]

(( 三）有氧氧化生成的三）有氧氧化生成的 ATP 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*

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 2 × 3

第三阶段

2×异柠檬酸 → 2 × α-酮戊二酸 2 × 3

2×α-酮戊二酸 → 2 × 琥珀酰CoA 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)ATP

NAD+

NAD+

NAD+

有氧氧化的生理意义

1. 普遍存在2.生物体获得能量的最有效方式3.是糖类、蛋白质、脂肪三大物质转化的枢纽4.获得微生物发酵产品的途径柠檬酸、谷氨酸

简言之，即“供能”

（四）有氧氧化的调节

关键酶

① 酵解途径：己糖激酶

② 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体

③ 三羧酸循环：柠檬酸合酶

丙酮酸激酶6- 磷酸果糖激酶 -1

α- 酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶

1. 丙酮酸脱氢酶复合体

⑴ 别构调节

别构抑制剂：乙酰 CoA; NADH; ATP

别构激活剂： AMP; ADP; NAD+

* 乙酰 CoA/HSCoA或 NADH/NAD+时，其活性也受到抑制。

⑵ 共价修饰调节

乙酰CoA

柠檬酸草酰乙酸

琥珀酰CoA

α- 酮戊二酸

异柠檬酸苹果酸 NADH

FADH2

GTP ATP

异柠檬酸脱氢酶

柠檬酸合酶

α- 酮戊二酸脱氢酶复合体

–ATP

+ADP

ADP +

ATP – 柠檬酸琥珀酰CoA NADH

– 琥珀酰CoA NADH

+Ca2+

Ca2+

① ATP 、 ADP 的影响

② 产物堆积引起抑制

③ 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶

④ 其他，如 Ca2+ 可激活许多酶

2. 三羧酸循环的调节

有氧氧化的调节特点

⑴ 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。⑵ ATP/ADP或 ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。

⑶ 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。

⑷ 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰 CoA ，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰 CoA 。

三、磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pathway

* 概念

磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及 NADPH+H+ ，前者再进一步转变成 3-

磷酸甘油醛和 6- 磷酸果糖的反应过程。

* 细胞定位：胞液

第一阶段：氧化反应生成磷酸戊糖， NADPH+H+ 及 CO2

（一）磷酸戊糖途径的反应过程

* 反应过程可分为二个阶段

第二阶段则是非氧化反应包括一系列基团转移。

C

C

C

C

COO—

CH2O

H

OH

OH

OHH

H

HO

H

PP6- 磷酸葡萄糖酸

CH2OH

C=O

C

C

CH2O

OH

OHH

H

PP5- 磷酸核酮糖

NADPH+H+

NADP+

⑴

H2O

NADP+ CO2

NADPH+H+

⑵

6- 磷酸葡萄糖脱氢酶

6- 磷酸葡萄糖酸脱氢酶

HH

COCO

HH

CH2OH

C O

6- 磷酸葡萄糖

C

C

C

C

C

CH2O

H

OH

OH

OH

H

H

HO

H

H

O

PP6- 磷酸葡萄糖酸内酯

C

C

C

C

C=O

CH2O

H

OH

OH

H

H

HO

H

O

PP

1. 磷酸戊糖生成

5- 磷酸核糖

催化第一步脱氢反应的 6- 磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由 NADP+接受生成 NADPH + H+ 。反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。

G-6-P 5- 磷酸核糖 NADP+ NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+

CO2

每 3 分子 6- 磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过 3C 、 4C 、 6C 、 7C 等演变阶段，最终生成 3- 磷酸甘油醛和 6- 磷酸果糖。

3- 磷酸甘油醛和 6- 磷酸果糖，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路 (p

entose phosphate shunt) 。

2. 基团转移反应

5- 磷酸核酮糖 (C5) ×3

5- 磷酸核糖 C5

5- 磷酸木酮糖

C5

5- 磷酸木酮糖 C5

7- 磷酸景天糖 C7

3- 磷酸甘油醛 C3

4- 磷酸赤藓糖 C4

6- 磷酸果糖 C6

6- 磷酸果糖 C6


磷酸戊糖途径

第一阶段

第二阶段

5- 磷酸木酮糖

C5

5- 磷酸木酮糖 C5

7- 磷酸景天糖 C7


4- 磷酸赤藓糖 C4

6- 磷酸果糖 C6

6- 磷酸果糖 C6


6- 磷酸葡萄糖 (C6)×3

6- 磷酸葡萄糖酸内酯 (C6)×3

6- 磷酸葡萄糖酸 (C6)×3

5- 磷酸核酮糖 (C5) ×3

5- 磷酸核糖 C5

3NADP+

3NADP+3H+ 6- 磷酸葡萄糖脱氢酶

3NADP+

3NADP+3H+ 6- 磷酸葡萄糖酸脱氢酶

CO2

总反应式

3×6- 磷酸葡萄糖 + 6 NADP+

2×6- 磷酸果糖 +3- 磷酸甘油醛 +6NADPH+H++3CO2

（二）磷酸戊糖途径的特点

⑴ 脱氢反应以 NADP+ 为受氢体，生成 NADPH+H+ 。

⑵ 反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了 3 、 4 、 5 、 6 、 7碳糖的演变过程。

⑶ 反应中生成了重要的中间代谢物—— 5- 磷酸核糖。

⑷ 一分子 G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成一分子 CO2 和 2 分子 NADPH+H+ 。

（三）磷酸戊糖途径的调节

6- 磷酸葡萄糖脱氢酶

此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定 6- 磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。

此酶活性主要受 NADPH/NADP+ 比值的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外 NADPH 对该酶有强烈抑制作用。

（四）磷酸戊糖途径的生理意义

1 为核苷酸的生成提供核糖

2 提供 NADPH 作为供氢体参与多种代谢反应

（ 1 ） . NADPH 是体内许多合成代谢的供氢体（ 2 ） . NADPH参与体内的羟化反应，

与生物合成或生物转化有关

（ 3 ） . NADPH 可维持 GSH 的还原性

2G-SH G-S-S-G

NADP+ NADPH+H+

A AH2

第三节

糖的合成代谢Biosynthesis of Carbohydrate

糖异生 (gluconeogenesis) 是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。

* 部位

* 原料

一、糖异生作用

主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体

主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸

（一）糖异生途径

* 定义

* 过程

酵解途径中有 3 个由关键酶催化的不可逆反应。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。

糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；

Glu

G-6-P

F-6-P

F-1,6-2P

ATP

ADP

ATP

ADP


3- 磷酸甘油酸

2- 磷酸甘油酸

丙酮酸

磷酸二羟丙酮

3- 磷酸甘油醛

NAD+

NADH+H+

ADPATP

ADPATP


糖异生途径 (gluconeogenic pathway)

指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。

1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP)

丙酮酸草酰乙酸 PEP ATP ADP+Pi

CO2 ①

GTP GDP

CO2 ②

① 丙酮酸羧化酶 (pyruvate carboxylase) ，辅酶为生物素（反应在线粒体）

② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在胞液）

※ 草酰乙酸转运出线粒体

出线粒体苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸

草酰乙酸天冬氨酸出线粒体天冬氨酸草酰乙酸

丙酮酸

丙酮酸

草酰乙酸

丙酮酸羧化酶

ATP + CO2

ADP + Pi

苹果酸

NADH + H+

NAD+

天冬氨酸

谷氨酸

α- 酮戊二酸

天冬氨酸苹果酸

草酰乙酸

PEP

磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶 GTP

GDP + CO2

线粒体

胞液

糖异生途径所需 NADH+H+ 的来源

糖异生途径中， 1,3- 二磷酸甘油酸生成 3-

磷酸甘油醛时，需要 NADH+H+ 。

① 由乳酸为原料异生糖时， NADH+H+ 由下述反应提供。

乳酸丙酮酸 LDH

NAD+ NADH+H+

② 由氨基酸为原料进行糖异生时， NADH+H+则由线粒体内 NADH+H+ 提供，它们来自于脂酸的 β-

氧化或三羧酸循环， NADH+H+ 转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。

苹果酸

线粒体

苹果酸

草酰乙酸

草酰乙酸

NAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+

胞浆

2. 1,6- 二磷酸果糖转变为 6- 磷酸果糖

1,6- 二磷酸果糖 6- 磷酸果糖 Pi

果糖二磷酸酶

3. 6- 磷酸葡萄糖水解为葡萄糖

6- 磷酸葡萄糖葡萄糖 Pi

葡萄糖 -6- 磷酸酶

非糖物质进入糖异生的途径

⑴ 糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物

生糖氨基酸 α- 酮酸 -NH2

甘油 α- 磷酸甘油磷酸二羟丙酮

乳酸丙酮酸 2H

⑵ 上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原

（二）糖异生的调节

在前面的三个反应过程中，作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环 (s

ubstratecycle) 。

6- 磷酸果糖

1,6- 双磷酸果糖 6- 磷酸果糖激酶 -1

果糖二磷酸酶 -1

ADP ATP

Pi

6- 磷酸葡萄糖葡萄糖

葡萄糖 -6- 磷酸酶

己糖激酶 ATP ADP

Pi

PEP

丙酮酸草酰乙酸

丙酮酸激酶

丙酮酸羧化酶

ATP ADP

CO2+ATP

ADP+Pi GTP

磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶

GDP+Pi +CO2

因此，有必要通过调节使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对前述底物循环中的后2个底物循环进行调节。

当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是 ATP 分解释放出能量，因而称之为无效循环 (futile cycle) 。

6- 磷酸果糖


ATP

ADP


Pi

果糖双磷酸酶 -1


AMP

1. 6- 磷酸果糖与 1,6- 双磷酸果糖之间

2. 磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间

PEP

丙酮酸

ATP

ADP

丙酮酸激酶


丙氨酸

乙酰 CoA

草酰乙酸

（三）糖异生的生理意义

1 维持血糖浓度恒定

2 补充肝糖原

三碳途径：指进食后，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的过程。

3 调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）

UDPG焦磷酸化酶

G-1-P UTP

UDPG

PPi

糖原 n+1 UDP

G-6-P G

糖原合酶

磷酸葡萄糖变位酶

己糖 ( 葡萄糖 ) 激酶

糖原 n

Pi

磷酸化酶

葡萄糖 -6- 磷酸酶（肝）

糖原 n

二、糖原的生物合成

形成UDPG

糖原合成

糖原合酶

形成糖原分支

糖原分支酶

糖原分支反应的能量变化

从糖原分支反应不需要提供能量，因为 α（ 1→4 ）糖苷键水解释放出的能量比形成α （ 1→6 ）糖苷键所需的能量大（约 2

倍）。

三、蔗糖和淀粉的生物合成

1. 蔗糖合成UDPG+ 果糖蔗糖＋ UDP

2. 淀粉的合成直链淀粉的合成：同糖原支链淀粉的合成： Q 酶参与

蔗糖合成酶

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糖 代 谢

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