第五章糖代谢 学习目标 通过本章学习，你应该能够： 掌握糖酵解的概念、反应部位、基本过程、关键隋和生理意义，糖有氧氧化的概 念，丙酮酸氧化脱羧及三羧酸循环的反应部位、主要产物，三羧酸循环的 基本过程、关键酶，三羧酸循环的作用，糖有氧氧化的生理意义，磷酸戊糖 途径的念，第一阶段的主要产：物和腾酸戊糖涂径的生理意义脑原合成 与分解的关键酶，糖异生的概念、原料、关键酶和生理意义，乳酸循环的概 念及其生理意义，血糖的概念，血糖的来源与去路。 熟悉糖的主要生理功能，糖酵解的特点，糖有氧氧化的基本过程，三羧酸循环 的特点，磷酸成糖途径的关键酶，肌糖原不能分解为葡萄糖的原因，肝糖 原合成与分解的激素调节机制，血糖浓度的调节机制，包括激素和器官 调节。 了解糖的概念与分类，糖代谢的概况、糖酵解的调节、糖有氧氧化的调节、磷酸 戊糖途径的基本过程和调节，糖原的结构，糖原合成与分解的特点，糖原 累积症，糖异生途径的基本过程、甘油、乳酸、氨基酸进行糖异生的基本途 径，糖异生途径的调节，其他糖的代谢，血糖的正常值，高血糖与低血糖等 糖代谢异常疾病。 糖是自然界存在的一大类有机化合物，是人类食物中的重要成分。由C、H,0所组成的多羟醛，多 羟酮类以及它们的衍生物或多聚物（图51）。多数糖可表示为Cx(H,0)y,如葡萄糖[C(H,0)。]、[蔗 糖C(H,0)]。因此曾被称为“碳水化合物”。随后人们发现此名称并不确切，如非糖物质甲醛 [C,(H,0),]、醋酸[C,(H,0)2]等：有些糖类物质不能用Cx(H,0)y表示，如脱氧核糖[CH0C,H。0,]: =0 20 H-C-0 HO- 一H H-C-OH 0 CH OF 甘油醛 D-葡萄糖 二羟内酮 D果糖 (多羟醛) (多羟酮》 图51糖的基本结构（多羟醛或多羟酮】 108
第五康代增 有的糖类分子除含C、H、0外，还含S或N如氨基葡萄糖。事实上，没有任何一种糖可由碳、水化合而 成，但习惯上这种称谓仍在使用。 第一节概述 一、糖的分类与生理功能 根据糖能否被水解和水解后的产物情况，糖可分为单糖(monosaccharide)、寡糖(oligosaccharide)、多 糖(polysaccharide)和结合糖四类：凡不能被水解为更小分子的糖称为单糖如葡萄糖、果糖(fructose)、半 乳糖(galactose)、甘露糖(mannose)等：凡能水解为少数单糖分子的糖称为寡糖如蔗糖(sucrose,葡萄糖 果糖)，乳糖(lactose,葡萄糖-半乳糖)、麦芽糖(maltose,葡萄糖-葡萄糖)等；凡能水解为多个单糖分子的 糖称为多糖如来源于植物的淀粉(starch)、纤维素(cellulose)以及来源于动物的糖原(glycogen)等；结合 糖是指糖与非糖物质的结合物如糖脂(ycolipid,糖与脂类的结合物)、糖蛋白(glycoprotein,糖与蛋白质 的结合物)等。 糖的主要生理功能包括： 1.氧化分解供能糖最重要的生理功能是为生命活动过程提供能量。1ml葡萄糖(glucose,G)完 全氧化为二氧化碳和水可释放2840kJ(679kcal/mol)的能量，人体所需能量的50%~80%来自于糖。 2.提供碳源糖代谢的许多中间产物可为机体合成其他含碳化合物如非必需氨基酸、脂肪酸等提 供碳元素。 3.糖的其他生理功能如构成结缔组织、软骨基质的蛋白聚糖：某些激素、免疫球蛋白、血型物质 等体内具有特殊生理功能的糖蛋白含有糖；许多重要的生物活性物质含有糖的衍生物如NAD、,FAD DNA、RNA等。 二、糖的消化与吸收 (一】糖的消化 糖在自然界中分布广泛，其中以植物中含量最为丰富（约占干重的85%~90%）。人类食物中的糖 主要有淀粉、糖原、蔗糖、乳糖、葡萄糖、果糖等，以淀粉为主。另外，也含有大量纤维素，因人体内缺乏纤 维素酶（或称B糖苷酶）而不能对其分解利用，因而纤维素对人类来说没有营养价值，反而大量纤维素 在胃肠道还可能干扰营养物质的消化吸收。但纤维素有刺激胃肠蠕动的作用，能缩短肠内容物在肠道 的停留时间，也为维持人类健康所必需。此外，还发现，食物中含一定量的纤维素有利于降低血胆固醇。 大分子的淀粉不能直接被人体吸收与利用，必须经过消化道水解酶的作用，变成小分子的葡萄糖等 单糖才能被吸收，转运与利用。淀粉的消化主要通过来源于唾液、胰腺的a-淀粉酶(a~amylase)进行 水解。 在人类，淀粉的消化从口腔开始，唾液中的α-淀粉酶能将淀粉部分水解为α-糊精等。但因食物在 口腔中停留时间很短，所以对淀粉的水解作用较小。当食物进入胃后，睡液淀粉酶受到胃酸的作用，很 快失去活性，对淀粉的消化作用随即停止。因此，淀粉的消化主要是在小肠肠腔和肠黏膜上皮细胞表面 讲行。 小肠是消化糖最重要的器官。小肠肠腔中含有来自胰腺的α-淀粉酶，能将淀粉水解为α-糊精及多 种寡糖，后者进一步在小肠黏膜上皮细胞表面的多种寡糖酶作用下被水解为葡萄糖等单糖（图52），接 着被小肠黏膜上皮细胞吸收。 食物中的其他糖如乳糖、蔗糖、麦芽糖等，可被小肠黏膜上皮细胞表面的相应酶水解为葡萄糖、半乳 糖、果糖等单糖被吸收。若消化乳糖的乳糖酶缺乏，在食用牛奶后易发生乳糖消化吸收障碍，可引起腹 109
第二草物质代谢及其精节 淀粉 口腔 唾液a-淀粉酶 肠腔◆ a淀粉酶 麦芽糖+麦芽三糖 α-临界糊精+异麦芽 a-葡萄糖苷酶 a临界糊精酶 葡萄糖 图52食物淀粉的消化概况 胀、腹泻等症状。 (二)糖的吸收与转运 小肠黏膜细胞对单糖的吸收是消耗能量的主动转运过程且吸收速度不同，若以葡萄糖的吸收速度 为100%，则各单糖的吸收速率为：半乳糖(110%)>葡萄糖(100%)>果糖(43%)。 对葡萄糖的吸收是通过特定转运载体并伴有N转运的过程，该转运载体被称为Na依赖型葡 萄糖转运蛋白(sodium-dependent glucose transporter,SGLT)。葡萄糖的吸收部位在小肠上段，其吸收 过程是一个主动耗能的过程（图53）：在小肠上皮细胞刷状缘上有与膜相结合的Na依赖型葡萄糖 转运蛋白，葡萄糖与Na分别结合在SGLT的不同部位，经SGLT一同被转运至细胞内，从而使葡萄树 逆浓度梯度被吸收。当Na'进入细胞后，启动Na泵(Na'、K'-ATP酶)分解ATP获得能量并将Na排 出细胞。 个细 （欲) K Na到 Na ADP+P 刷状缘 细胞内膜 图53小肠黏膜细胞对葡萄糖的转运机制 N依赖型葡萄糖转运蛋白除了在消化道葡萄糖吸收中发挥作用外，在肾小管上皮细胞的葡萄糖重 吸收中也有重要作用。 葡萄糖经小肠黏膜细胞吸收入血后，经门静脉系统通过 肝脏而进入血液循环，运往全身各组织细胞（图5-4）。葡萄 小肠新腔SGL工肠黏膜上皮铜胞 糖由血液进人各种组织细胞需借助于细胞膜上的葡萄糖转运 体(glucose transporter,GLUT)。人体中已经发现的葡萄糖转 门静脉 运体有12种(GLUT1~12),GLUT1~5功能较为明确，GLUT 各种组织细胞，G肛体循环，一肝键 1和GLUT3广泛分布于全身各组织中，是细胞摄取血液葡萄 糖的基本转运体：GLUT-2主要存在于肝细胞和胰腺B细胞 图54葡萄糖的吸收与转运 110
第五章糖代谢 中，与葡萄糖的亲和力较低，需要较高浓度葡萄糖才能发挥作用：而葡萄糖转运体4(GLUT4)则主要存 在于脂肪和肌肉组织，以胰岛素依赖方式摄取葡萄糖，加强耐力训练可使肌肉细胞膜上的GLUT-4数量 增加；GLUT-5主要分布在小肠，是果糖转运至细胞的重要转运蛋白。 进食高糖食物后，由于血液葡萄糖浓度迅速升高，引起胰岛素分泌增加，胰岛素可使原先位于脂肪 细胞和肌肉细胞内囊泡中的GLUT4重新分布于细胞膜，从而促使脂肪细胞和肌肉细胞摄取并利用葡 萄糖。若胰岛素分泌不足或胰岛素功能障碍，使脂肪细胞和肌肉细胞内的GLUT-4转位至细胞膜发生 障碍，与糖尿病的发生有关。 三、糖代谢概况 进入细胞内的葡萄糖通过一系列复杂的化学反应进行糖代谢。细胞内葡萄糖的代谢包括分 解、储存、合成三方面内容：葡萄糖的分解代谢主要包括糖的无氧氧化、糖的有氧氧化和磷酸戊树 途径，其中前两个分解涂径主要是涉及葡萄糖的分解供能（产生ATP),而磷酸戊糖涂径并不产生 ATP,主要是为机体提供某些物质如合成核苷酸需要的核糖等：糖的储存涉及葡萄糖合成糖原以 及肝糖原的分解等代谢；糖的合成主要涉及非糖物质如乳酸、甘油、丙氨酸等异生为糖原或葡萄 糖。以上这些代谢途径在不同细胞中的进行情况，主要取决于不同类型细胞的代谢特点和供氧情 况。例如，在葡萄糖供应充足时机体绝大多数组织细胞若氧气供应充足，均可将葡萄糖分解为 氧化碳和水并产生ATP:肌肉细胞在缺氧时，可将葡萄糖进行无氧氧化生成乳酸，也可产生ATP: 在饱食状态下，肝、肌肉可将葡萄糖转化为糖原而储备起来，其中肝的糖原可在空腹状态下分解补 充血液中的葡萄糖；在长时间空腹或饥饿状态下，某些非糖物质如乳酸、甘油、丙氨酸等可通过糖 异生途径转变为糖原或葡萄糖。 第二节糖的无氧氧化 在无法利用氧或氧供应不足时，由葡萄糖或糖原经过一系列反应转变为乳酸并产生能量的过程称 为糖的无氧分解或糖酵解(y©oyis)。在酵母菌中由葡萄糖 CH:0葡萄糖 转变为乙醇的过程称为发酵。其中，从葡萄糖至丙酮酸的途 径相同，又称为糖酵解途径 糖酵解是生物界最古老、最普遍的一种供能方式，广泛 CH,0(丙雨酸 存在于包括人类在内的动植物界和许多微生物体内：而且也 酵解（乳酸+少量能量） 是糖有氧氧化的前奏（图55）。 无时二乙+0少量能制 有氧时 有氧氧化(CO2+H0+大量能量) 一、糖酵解的反应过程 图55葡萄糖分解供能途径 糖酵解的整个过程在胞液中完成，从葡萄糖起始包括11 步反应。通常分为三阶段。 (一)第一阶段：葡萄糖的裂解 糖酵解的第一阶段是耗能的过程，通过对葡萄糖进行反复磷酸化，生成双磷酸六碳糖（即1,6 二磷酸果糖)，随后被裂解为2分子磷酸丙糖（即磷酸二羟丙酮和3磷酸甘油醛）。具体反应 如下： L.葡萄糖磷酸化生成葡糖-6-磷酸葡萄糖通过己糖激酶(hexokinase)催化，由ATP提供磷酸 基团（即消耗1分子ATP),形成葡糖-6-磷酸(glucose-6-phosphate,G-6-P)。磷酸化的葡萄糖含有 带负电荷的磷酸基团，不能自由通过细胞膜而逸出细胞。该反应不可逆，也是糖酵解中的第一个 限速步骤」 111
第二篇物质代谢及其调节 HO-CHa ⑨0-CH R/H H ATP ADP H 萄糖 葡糖6磷酸 己糖激酶专一性不强，葡萄糖、果糖、半乳糖等均可为其底物，被磷酸化后生成相应的磷酸化己糖形 式。哺乳动物的已糖激酶有4种同工酶，分别称为己糖激酶I~N。肝细胞中存在的是己糖激酶Ⅳ，特 称为葡萄糖激酶(lucokinase)。此酶的特点是：①对底物葡萄糖有严格专一性：②对葡萄糖的亲和力低 (葡萄糖激酶Km约为10mmol/L,而己糖激酶Km约为0.1mmol/L),需要较高浓度葡萄糖才能发挥价 用：③其活性受激素调控，对产物（葡糖-6-磷酸）的反馈抑制不敏感。这些特性使葡糖激酶在维持血糖 浓度恒定和葡萄糖代谢中有重要的生理作用。 若从糖原起始，糖原被磷酸解生成葡糖-1-磷酸（此步由无机磷酸提供磷酸基团，不消耗ATP,详见 本章“糖原分解”)，在磷酸葡糖变位酶作用下转变为葡糖-6-磷酸。 2.葡糖-6-磷酸异构为果糖-6-磷酸葡糖-6-磷酸在磷酸己糖异构酶(phosphohexose isomerase)作 用下进行醛糖与酮糖间的异构反应转变为果糖-6-磷酸，磷酸己糖异构酶催化的是可逆反应。 ⑧0-H H ®-0-C40CH,0H 磷酸己精异构酶 6-酸葡萄糖 6-南酸果糖 3.果糖-6-磷酸磷酸化生成果糖-l,6-二磷酸在磷酸果糖激酶-1(phosphofructokinase-l,PK-l)催化下 由ATP提共硫酸基团.果糖-6-磷酸被再次磷酸化生成果糖-1.6-一砖酸(fructose-1.6-biphosphate.F.1,6-BP) 该酶催化的反应不可逆，是糖酵解中的第二个限速步骤。磷酸果糖激酶】是葡萄糖分解的主要限速酶 ®-0-CH H,0 ATP ADP®-0-H-0- H O 90m 磷酸果精激酶1 6酸果糖 1,6二酸果肺 4.果糖-1,6-二磷酸裂解为2分子磷酸丙糖在醛缩酶(aldolase)作用下，将1,6二磷酸果糖裂解 为磷酸二羟丙酮和3磷酸甘油醛即将双磷酸六碳糖裂解为2分子磷酸丙糖。醛缩酶催化的是可逆反应 且更有利于逆反应，因此称为醛缩酶（或醇醛缩合酶） CH2OPO H =0 CH OPO:H2 CHO HO- 醛缩南 -H =0 CHOH CH:OPO,Ha C-OH 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 CH2OPO3H2 1,6二辞酸果糖 112
第五章糖代谢 5.磷酸丙糖的同分异构化磷酸二羟丙酮和3磷酸甘油醛是同分异构体，在磷酸丙糖异构酶 (triose phosphate isomerase)催化下可互相转变。 通过以上过程，1分子葡萄糖（六碳）被裂解为2分子丙糖，共消耗了2分子ATP(2步磷酸化反 应)，若从糖原起始，则消耗1分子ATP(仅一步磷酸化反应消耗1分子ATP,另1个磷酸基团来源于无 机磷酸)，相当于生成了2分子3-磷酸甘油醛。 (二)第二阶段：醛氧化为酸 第一阶段生成的3-磷酸甘油醛通过反复的分子内部电子重排、能量重新分布而形成高能化合物，后 者高能键裂解释放的能量可将ADP磷酸化为ATP(即底物水平磷酸化)，最终，从3-磷酸甘油醛变为丙 酮酸。因此，该阶段是糖酵解的能量释放与储存阶段。第二阶段包括以下反应： 6.3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛在3-磷酸甘油醛脱氢酶(lyceraidehyde 3-phosphate dehydrogenase)的催化下进行脱氢氧化并消耗1分子无机磷酸而生成高能磷酸化合物1,3- 二磷酸甘油酸，脱下的H由NAD'接受生成1分子NADH+H,这是糖酵解中唯 ·一步生成还原性受氢 体(NADH+H)的反应。此反应是可逆反应。 CHOH+NAD+HPO4,3酸甘油醛脱氢酶CHOH +NADH+H" CH-OPO H CH-OPO Hs 3磷酸甘油醛 1,3二磷酸甘油酸 7.1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸这是糖酵解中第一个产生ATP的反应。它利用1,3 二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase)的催化下，生成3-磷酸甘油酸，同时将高能磷 酸键裂解所释放的能量转移给ADP而生成1分子ATP。此反应是可逆反应。 CHOH +ATP CHOPOHs CHOPOH 1,3二酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 8.3磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸 在磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)的催化下 3-磷酸甘油酸转变为2磷酸甘油酸。变位酶的作用一般是使底物中的某些化学基团在分子内进行转 移。此反应是可逆反应。 COOH COOH CHOH ,磷酸甘油酸变位酶 →GHO-POH Mg CH:O-PO,Ha CH.OH 3-磷酸甘油酸 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在烯醇化酶（©nolase)的催化下，2-酶酸甘油酸在脱 水过程中分子内部发生能量的重新分布而生成高能磷酸化合物 一磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenol- pyruvate,.PEP)。此步反应是可逆反应。 COOH COOH -0-P0H+H0 Mg或M CHOH CH 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 10.磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸在丙酮酸激酶(pyruvate kinase)催化下，磷酸烯醇式丙酮酸 113
身二气后代清反行 分子中的高能磷酸键裂解所释放的能量转移给ADP,生成ATP和丙酮酸。这是糖酵解过程中的第2次 底物水平磷酸化。此反应是不可逆反应。 COOH COOH O-FPOH+ADP,丙酮酸激每， =0+ATP MgK” CH. 醉酸烯醇式丙酮酸 丙制酸 (三)第三阶段：丙酮酸还原为乳酸 第三阶段仅一步反应。在乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)催化下，丙酮酸接受NADH+H 的氢被还原为乳酸。NADH+H来源于3-磷酸甘油醛的脱氢反应（即反应6），生成的NAD'又可参与3 陵酸甘油醛的脱氢，杖是无氧状态下精酵解能持续讲行的保证。由于糖酵解中会生成1分子NADH+ F',但此处又消耗掉1分子NADH+H,因此，糖酵解中并无净还原性受氢体(NADH+H)的生成。 此反应是可逆反应。 COOH COOH C=+NADH+H,乳酸氢形，CHOH+NAD CH CH 丙酮酸 乳酸 糖酵解的基本过程见图5-6，其总反应如下： C,H,0Os+2H.PO.+2乳酸+2ATP 葡费糖 肺原 酸化房 己糖激 3南酸甘油醛脱氢酶ADH 1酸葡萄精变位 ADP 13.二酸甘油酸 6磷酸葡萄 ADP 半乳糖 磷酸己糖异构酶 磷酸甘油酸回 3满酸甘油酸 果 第 ATP 磷酸甘袖酸交位酶 磷酸果糖激酶-】 2酸甘袖酸 1,6-二酸果佛 烯醇化酶H,0 个醛缩酮 典酸烯醇式丙酮 两酸二羟丙一爵酸丙糖异构 ADE :3.磷酸甘油醛 四 丙 乳酸脱氧酶 ADH ANAD' 乳酸 图5-6糖酵解的基本过程 二、糖酵解反应特点总结 1,反应部位胞液，起始物是葡萄糖或糖原，终产物是乳酸。 114
第五章提代 2.无需氧的参与 3.能量(ATP)通过底物水平磷酸化产生。产生位置是：①1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸；②磷 酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸，故整个糖酵解过程共产生4分子ATP;能量消耗情况是：葡萄糖磷酸化与果 糖-6-磷酸磷酸化（分别由ATP提供磷酸基）。由于1分子葡萄糖产生了2分子3-磷酸甘油醛，因此，1 分子葡萄糖可净生成2ATP(2×2-2),若从糖原开始，可净生成3ATP(2×2-1)。 4.己糖激臨（葡萄糖激臨）、磁酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶是糖穆解中的关肆酶(k enzyme),其中，磷酸果糖激酶-】活性最低，是糖酵解过程中最重要的限速酶，对糖分解代谢速度起 重要调节作用。 5.终产物乳酸可被释放入血，进入肝脏再分解利用或进人乳酸循环（参见本章“糖异生”）。 三、糖酵解的调节 糖酵解中大多数反应是可逆的。这些可逆反应的方向、速率通过相应底物、产物的浓度变化而控 制。但对整个糖酵解进行的方向与速率的控制是通过对催化3步不可逆反应的酶活性调节而实现，它 们是己糖激酶（葡糖激酶）、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶，其活性受别构效应物和激素的调节，以别构 效应物的别构调节为主。 1.磷酸果糖激酶-1调节糖酵解流量最重要的方式是改变磷酸果糖激酶-1的活性，因此，磷酸果 糖激酶1的活性调节是糖酵解最重要的调节点，其调节方式以别构调节为主。 磷酸果糖激酶-1是四聚体蛋白质，受多种别构效应剂的调节（图5-7）：ATP、柠檬酸等是该酶的别构 抑制剂；AMP、ADP、果糖-6-磷酸、果糖1,6-二磷酸、果糖2,6-二磷酸等是别构激活剂 磷酸果糖激酶-1有2个ATP结合位点：位于酶活性中心内的催化部位，负责与底物ATP结合；位于 活性中心外的别构部位，负责与别构效应剂ATP结合。前者与ATP亲和力高，后者与ATP亲和力低，因 此，当ATP浓度低时，ATP与酶活性中心结合(ATP作为底物发挥作用)，保证酶促反应的进行：当ATI 浓度高时，才会与活性中心外的别构部位结合，进而抑制酶活性。AMP、ADP可与ATP竞争结合酶活性 中心外的别构部位，消除ATP的抑制作用。果糖1,6-二磷酸是磷酸果糖激酶1的催化产物，作为酶的 别构激活剂比较少见，其目的是有利于糖的分解代谢。 果糖2,6二磷酸是磷酸果糖激酶1最强的别构激活剂，在调节糖代谢中发挥重要的作用。其作用 是与AMP一起消除ATP、柠檬酸等对磷酸果糖激酶-1的别构抑制作用，增强磷酸果糖激酶-1对底物果 糖-6-磷酸的亲和力。果糖-2,6-二磷酸是由磷酸果糖激酶-2(phosphofructokinase-2,P℉K-2)催化果糖-6- 磷酸与ATP生成（磷酸化位置在果糖的C,位上），同时，酸果糖激酶2也具有果糖二磷酸酶 (fructose biphosphatase-.2,FBP-2)活性（催化果糖-2,6-二磷酸进行水解生成果糖-6-磷酸的作用），因此， 磷酸果糖激酶2是双功能酶。 磷酸果糖激酶2的活性受到别构效应(6-磷酸果糖是其变构激活剂)和激素的双重调节。在糖供应 充足时，6磷酸果糖、AMP等激活双功能酶中的磷酸果糖激酶-2活性(P℉K-2有活性)、同时抑制果糖二 磷酸酶2(BP-2无活性)活性，有利于2,6-二磷酸果糖的生成，后者激活磷酸果糖激酶-1活性，有利于 葡萄糖转变为1,6-二磷酸果糖，结果是促进糖酵解进行，而柠檬酸可抑制磷酸果糖激酶2活性；反之，当 葡萄糖供应不足时，胰高血糖素通过依赖cAMP的蛋白激酶(cAMP-dependent protein kinase,PKA)使双 功能酶中的磷酸果糖激酶2产生磷酸化（参见“第20章”）进而抑制其激酶活性、同时激活果糖二磷酸 臨2活性减少2.6-一腾酸果糖量，进而抑制糖酵解（图5-7） 2.丙酮酸激酶 丙酮酸激酶的活性调节是调节糖酵解第二个重要的调节点，受别构效应和共价修 饰的双重调控。如1,6-二磷酸果糖是丙酮酸激酶的变构激活剂，而ATP是丙酮酸激酶的别构抑制剂， 在肝，丙氨酸也是丙酮酸激酶的别构抑制剂，而丙氨酸是糖异生的重要原料，此举有利于血糖的维持 (参见本章“糖异生”)。胰高血糖素可通过激活依赖©AMP的蛋白激酶(PKA)进而产生磷酸化（参见第 20章)而抑制丙酮酸激酶活性。 115
第二篇物质代谢及其调节 厂ANP柠檬酸 胰高血糖素 (有活性) 果糖-6磷酸酶-2 ATP F-6-P 磷蛋白酸 F2,62P 果糖双磷酸酶2 ATP (有活性) ADP -1,62P 围57磷酸果糖激酶1的活性调节 3.己糖激酶（或葡萄糖激酶）在调节糖酵解中，己糖激酶的重要性不及磷酸果糖激酵-1和丙酮酸 激酶。己糖激酶也同时受别构调节和共价修饰的双重调节机制。葡糖-6磷酸是己糖激酶的别构抑制 剂，而葡萄糖激酶没有葡糖-6-磷酸的别构结合部位，因此，葡糖-6-磷酸可反馈抑制已糖激酶活性，但对 葡萄糖激酶却无此作用。乙酰CA、长链脂肪酸是己糖激酶和葡萄糖激酶的别构抑制剂，这在空腹或饥 饿状态下减少肝和其他外周组织分解葡萄糖有一定意义。 铺酵解是体内葡萄糖分解供能的起始阶段。对于绝大多数组织来说，根据组织对能量的需求而调 节萄特糖仆解流量，当消耗能量多，细胞内ATP/AP比例降低时，陵酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶均被 激活，可加速葡萄糖的分解；反之，细胞内ATP储备丰富时，通过糖酵解分解的葡萄糖就减少。肝的情 况不同，正常情况下，肝仅消耗少量葡萄糖供能，其能量主要来源于脂肪酸的氧化分解。当进食后，机体 胰高血糖素分泌减少而胰岛素分泌增加，果糖2,6二磷酸的合成增加，加速酵解途径分解葡萄糖，但主 要产物不是乳酸而是生成乙酰C©A用于合成脂肪（参见本章“糖有氧氧化”）；而空腹或饥饿时，胰高血 糖素分泌增加而胰岛素分泌减少，抑制了果糖2,6-二磷酸的合成，进而抑制糖酵解，这样才能有效进行 糖异生作用，维持血糖水平（参加本章“血糖及其调节”）。 四、糖酵解的生理意义 1,机体在不消耗氧时的快速供能方式糖酵解最重要的生理意义是能迅速为组织提供能量ATP, 这对于剧列云动的骨路肌尤为重要。正常情况下，骨路肌ATP含量很低，只能维持肌肉收缩数秒钟 这时即使肌肉不缺氧，但因葡萄糖进行有氧氧化的反应过程较长，来不及满足肌肉对ATP的需求，而通 过糖酵解则可迅速得到ATP,当剧烈运动时骨骼肌局部缺血缺氧，ATP主要通过糖酵解过程获得，当然 乳酸产生也必然增多，这也是长时间剧烈运动后容易出现肌肉酸痛的重要原因。 2.某些组织在生理或病理情况下的供能途径少数组织即使是氧气供应充足时，仍主要靠糖酵解 供能如视网膜、睾丸、皮肤等：红细胞完全依赖糖酵解供能：神经、骨髓、白细胞等代谢活跃的组织细胞， 116
第五章糖代谢 也常由糖酵解提供部分能量。严重贫血、大量失血、呼吸障碍等病理情况下，糖酵解是重要供能途径；肿 瘤细胞以糖酵解为主要供能途径等。 糖酵解与有氧氧化比较，虽然产生ATP不多，但糖酵解产生ATP不消耗氧气日能为机体组细 快速提供ATP,这是糖酵解的重要特点。1mol葡萄糖经糖酵解生成2mol乳酸可释放196kJ/mo (46.9kca/mol)的能量，并可净生成2 mol ATP,可储能61kJ/mol(14.6kcal/mol),储能效率约 为31%。 第三节糖的有氧氧化 葡萄糖或糖原在有氧条件下彻底氧化成水和二氧化碳并释放大量能量的反应过程称为有氧氧化 它是体内糖分解供能的主要方式，也是机体大多数组织细胞获取能量的主要方式。 一、糖有氧氧化的反应过程 葡萄糖有氧氧化的基本过程如图5-8，分为四个阶段。 →0 =120 胞液 线粒林 氧化呼吸链 葡萄糖 十有药糖→6：磷酸葡萄精-→丙酸十丙附酸→乙希0A一 C0 一第一阶段一 一第二阶段 →十一第三阶段→第四阶良 图58葡萄糖有氧氧化的基本过程 (一)第一阶段：糖经过糖酵解途径转变为丙酮酸 此阶段的反应即为糖酵解的前10步反应（糖酵解途径），终产物是丙酮酸。通过第一阶段，每分子 葡萄糖可产生2分子丙酮酸、净生成2分子ATP2分子NADH+H。无CO的生成。 (二)第二阶段：丙酮酸氧化脱羧转变为乙酰C0A 在氧气供应充足时，胞液中生成的丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvate dehydrogenase complex)作用下进行氧化脱羧生成乙酰CoA(acetyl CoA),其总反应式如下： NAD'.HSCoA COz.NADH+H' 丙酮酸 丙酸氨后合一→乙酰0A 丙酮酸脱氢酶复合体位于线粒体中，包括3种酶：丙酮酸脱氢酶(E,)、二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E,) 和二氢硫辛酰胺脱氢酶(E,)。参与的辅酶有：硫辛酸、焦磷酸硫胺素(TPP)、FAD、NAD和CoA共5种。 其中，硫辛酸是含二硫键的八碳羧酸，成为酶的柔性长臂，可将乙酰基从酶复合体的一个活性部位转到 另一个活性部位。丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应包括五步（图59）。 1.丙酮酸脱羧形成羟乙基TPP,产生1分子C02。 2.在二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E,)催化下，羟乙基-TPP的羟乙基被氧化为乙酰基，并转移给硫辛酰 胺，生成乙酰硫辛酰胺。 3.乙酰硫辛酰胺的乙酰基转移给铺酶A生成乙酰C0A离开酶复合体：同时使硫辛酰胺的二硫键还 原为2个巯基（二氢硫辛酰胺）。 117