第六章糖代谢 节概述 糖是一类化学本质为多羟醛或多羟酮及其衍生物的有机化合物。在人体内糖的主要形式 是葡萄糖( glucose,Glc)及糖原( glycogen,Gn)。葡萄糖是糖在血液中的运输形式,在机体 糖代谢中占据主要地位:糖原是葡萄糖的多聚体,包括肝糖原、肌糖原和肾糖原等,是糖在体 内的储存形式。葡萄糖与糖原都能在体内氧化提供能量 食物中的糖是机体中糖的主要来源,被人体摄入经消化成单糖吸收后,经血液运输到各 组织细胞进行合成代谢和分解代谢。机体内糖的代谢途径主要有葡萄糖的无氧酵解、有氧氧 化、磷酸戊糖途径、糖原合成与糖原分解、糖异生以及其他己糖代谢等。本章重点介绍葡萄 糖在机体中血糖浓度动态平衡的维持和前五种主要代谢的途径、生理意义及其调节。 第二节糖的消化和吸收 食物中的糖主要是淀粉,另外包括一些双糖及单糖。多糖及双糖都必须经过酶的催化水 解成单糖才能被吸收。 食物中的淀粉经唾液中的α淀粉酶作用,催化淀粉中α-1,4-糖苷键的水解,产物是葡 萄糖、麦芽糖、麦芽寡糖及糊精。由于食物在口腔中停留时间短,淀粉的主要消化部位在小 肠。小肠中含有胰腺分泌的α淀粉酶,催化淀粉水解成麦芽糖、麦芽三糖、α糊精和少量葡 萄糖。在小肠黏膜刷状缘上,含有α糊精酶,此酶催化α极限糊精的α-1,4-糖苷键及α-1 δ-糖苷键水解,使α-糊精水解成葡萄糖:刷状缘上还有麦芽糖酶可将麦芽三糖及麦芽糖水解 为葡萄糖。小肠黏膜还有蔗糖酶和乳糖酶,前者将蔗糖分解成葡萄糖和果糖,后者将乳糖分 解成葡萄糖和半乳糖。 糖被消化成单糖后的主要吸收部位是小肠上段(图6-1),己糖尤其是葡萄糖被小肠上皮 细胞摄取是一个依赖Na'的耗能的主动摄取过程,有特定的载体参与:在小肠上皮细胞刷状 缘上,存在着与细胞膜结合的Na'-葡萄糖联合转运体,当Na'经转运体顺浓度梯度进入小肠 上皮细胞时,葡萄糖随Naˆ一起被移入细胞内,这时对葡萄糖而言是逆浓度梯度转运。这个 过程的能量是由Na'的浓度梯度(化学势能)提供的,它足以将葡萄糖从低浓度转运到高浓 度。当小肠上皮细胞内的葡萄糖浓度增高到一定程度,葡萄糖经小肠上皮细胞基底面单向葡 萄糖转运体( unidirectional glucose transporter)顺浓度梯度被动扩散到血液中。小肠 上皮细胞内增多的Na'通过钠钾泵( Na-K atP酶),利用ATP提供的能量,从基底面被泵出 小肠上皮细胞外,进入血液,从而降低小肠上皮细胞内Na'浓度,维持刷状缘两侧Na'的浓度 梯度,使葡萄糖能不断地被转运
第六章 糖 代 谢 第一节 概述 糖是一类化学本质为多羟醛或多羟酮及其衍生物的有机化合物。在人体内糖的主要形式 是葡萄糖(glucose，Glc)及糖原(glycogen，Gn)。葡萄糖是糖在血液中的运输形式，在机体 糖代谢中占据主要地位；糖原是葡萄糖的多聚体,包括肝糖原、肌糖原和肾糖原等，是糖在体 内的储存形式。葡萄糖与糖原都能在体内氧化提供能量。 食物中的糖是机体中糖的主要来源，被人体摄入经消化成单糖吸收后，经血液运输到各 组织细胞进行合成代谢和分解代谢。机体内糖的代谢途径主要有葡萄糖的无氧酵解、有氧氧 化、磷酸戊糖途径、糖原合成与糖原分解、糖异生以及其他己糖代谢等。本章重点介绍葡萄 糖在机体中血糖浓度动态平衡的维持和前五种主要代谢的途径、生理意义及其调节。 第二节 糖的消化和吸收 食物中的糖主要是淀粉，另外包括一些双糖及单糖。多糖及双糖都必须经过酶的催化水 解成单糖才能被吸收。 食物中的淀粉经唾液中的α淀粉酶作用，催化淀粉中α-1，4-糖苷键的水解，产物是葡 萄糖、麦芽糖、麦芽寡糖及糊精。由于食物在口腔中停留时间短，淀粉的主要消化部位在小 肠。小肠中含有胰腺分泌的α淀粉酶，催化淀粉水解成麦芽糖、麦芽三糖、α糊精和少量葡 萄糖。在小肠黏膜刷状缘上，含有α糊精酶，此酶催化α极限糊精的α-1，4-糖苷键及α-1， 6-糖苷键水解，使α-糊精水解成葡萄糖；刷状缘上还有麦芽糖酶可将麦芽三糖及麦芽糖水解 为葡萄糖。小肠黏膜还有蔗糖酶和乳糖酶，前者将蔗糖分解成葡萄糖和果糖，后者将乳糖分 解成葡萄糖和半乳糖。 糖被消化成单糖后的主要吸收部位是小肠上段(图 6-1)，己糖尤其是葡萄糖被小肠上皮 细胞摄取是一个依赖 Na+的耗能的主动摄取过程，有特定的载体参与：在小肠上皮细胞刷状 缘上，存在着与细胞膜结合的 Na+ -葡萄糖联合转运体，当 Na+经转运体顺浓度梯度进入小肠 上皮细胞时，葡萄糖随 Na+一起被移入细胞内，这时对葡萄糖而言是逆浓度梯度转运。这个 过程的能量是由 Na+的浓度梯度（化学势能）提供的，它足以将葡萄糖从低浓度转运到高浓 度。当小肠上皮细胞内的葡萄糖浓度增高到一定程度，葡萄糖经小肠上皮细胞基底面单向葡 萄糖转运体（unidirectional glucose transporter）顺浓度梯度被动扩散到血液中。小肠 上皮细胞内增多的 Na+通过钠钾泵(Na+ -K + ATP 酶)，利用 ATP 提供的能量，从基底面被泵出 小肠上皮细胞外,进入血液，从而降低小肠上皮细胞内 Na+浓度，维持刷状缘两侧 Na+的浓度 梯度,使葡萄糖能不断地被转运
第三节血糖 血液中的葡萄糖,称为血糖( blood sugar)。体内血糖浓度是反映机体内糖代谢状况的- 项重要指标。正常情况下,血糖浓度是相对恒定的。正常人空腹血浆葡萄糖糖浓度为3.9~ 6. 1mmol/L(葡萄糖氧化酶法)。空腹血浆葡萄糖浓度髙于7.0mwoⅠ/L称为髙血糖,低于 3.9mmol/L称为低血糖。要维持血糖浓度的相对恒定,必须保持血糖的来源和去路的动态 、血糖的主要来源及去路 血糖的来源:①食物中的糖是血糖的主要来源:②肝糖原分解是空腹时血糖的直接来源 ③非糖物质如甘油、乳酸及生糖氨基酸通过糖异生作用生成葡萄糖,在长期饥饿时作为血糖 的来源 血糖的去路:①在各组织中氧化分解提供能量,这是血糖的主要去路:②在肝脏、肌肉 等组织进行糖原合成;③转变为其他糖及其衍生物,如核糖、氨基糖和糖醛酸等:④转变为 非糖物质,如脂肪、非必需氨基酸等:⑤血糖浓度过高时,由尿液排出。血糖浓度大于8.88~ 99mmo1/L,超过肾小管重吸收能力,岀现糖尿。将出现糖尿时的血糖浓度称为肾糖阈。糖 尿在病理情况下出现,常见于糖尿病患者。 、血糖浓度的调节 正常人体血糖浓度维持在一个相对恒定的水平,这对保证人体各组织器官的利用非常重 要,特别是脑组织,几乎完全依靠葡萄糖供能进行神经活动,血糖供应不足会使神经功能受损, 因此血糖浓度维持在相对稳定的正常水平是极为重要的。 正常人体内存在着精细的调节血糖来源和去路动态平衡的机制,保持血糖浓度的相对恒定 是神经系统、激素及组织器官共同调节的结果。 神经系统对血糖浓度的调节主要通过下丘脑和自主神经系统调节相关激素的分泌。激素 对血糖浓度的调节,主要是通过胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素及 甲状腺激素之间相互协同、相互拮抗以维持血糖浓度的恒定。激素对血糖浓度的调节见表 肝脏是调节血糖浓度的最主要器官。血糖浓度和各组织细胞膜上葡萄糖转运体( glucose transporters)是器官水平调节的两个主要影响因素,此时细胞膜上葡萄糖转运体家族有 GLUT1-5,是双向转运体。在正常血糖浓度情况下,各组织细胞通过细胞膜上 GLUTI和GLUT3 摄取葡萄糖作为能量来源:当血糖浓度过高是,肝细胞膜上的LU2起作用,快速摄取过多 的葡萄糖进入肝细胞,通过肝汤圆合成来降低血糖浓度;血糖浓度过高会刺激胰岛素分泌
第三节 血 糖 血液中的葡萄糖，称为血糖(blood sugar)。体内血糖浓度是反映机体内糖代谢状况的一 项重要指标。正常情况下，血糖浓度是相对恒定的。正常人空腹血浆葡萄糖糖浓度为 3.9～ 6.1mmol／L(葡萄糖氧化酶法)。空腹血浆葡萄糖浓度高于 7．0 mmol／L 称为高血糖，低于 3．9mmol／L 称为低血糖。要维持血糖浓度的相对恒定，必须保持血糖的来源和去路的动态 平衡。 一、血糖的主要来源及去路 血糖的来源：①食物中的糖是血糖的主要来源；②肝糖原分解是空腹时血糖的直接来源； ③非糖物质如甘油、乳酸及生糖氨基酸通过糖异生作用生成葡萄糖，在长期饥饿时作为血糖 的来源。 血糖的去路：①在各组织中氧化分解提供能量，这是血糖的主要去路；②在肝脏、肌肉 等组织进行糖原合成；③转变为其他糖及其衍生物，如核糖、氨基糖和糖醛酸等；④转变为 非糖物质，如脂肪、非必需氨基酸等；⑤血糖浓度过高时，由尿液排出。血糖浓度大于 8．88～ 9.99mmol／L，超过肾小管重吸收能力，出现糖尿。将出现糖尿时的血糖浓度称为肾糖阈。糖 尿在病理情况下出现，常见于糖尿病患者。 二、血糖浓度的调节 正常人体血糖浓度维持在一个相对恒定的水平，这对保证人体各组织器官的利用非常重 要，特别是脑组织,几乎完全依靠葡萄糖供能进行神经活动，血糖供应不足会使神经功能受损， 因此血糖浓度维持在相对稳定的正常水平是极为重要的。 正常人体内存在着精细的调节血糖来源和去路动态平衡的机制，保持血糖浓度的相对恒定 是神经系统、激素及组织器官共同调节的结果。 神经系统对血糖浓度的调节主要通过下丘脑和自主神经系统调节相关激素的分泌。激素 对血糖浓度的调节，主要是通过胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素及 甲状腺激素之间相互协同、相互拮抗以维持血糖浓度的恒定。激素对血糖浓度的调节见表 6-1。 肝脏是调节血糖浓度的最主要器官。血糖浓度和各组织细胞膜上葡萄糖转运体（glucose transporters）是器官水平调节的两个主要影响因素，此时细胞膜上葡萄糖转运体家族有 GLUT1-5，是双向转运体。在正常血糖浓度情况下，各组织细胞通过细胞膜上 GLUT1 和 GLUT3 摄取葡萄糖作为能量来源；当血糖浓度过高是，肝细胞膜上的 GLUT2 起作用，快速摄取过多 的葡萄糖进入肝细胞，通过肝汤圆合成来降低血糖浓度；血糖浓度过高会刺激胰岛素分泌
导致肌肉和脂肪住址细胞膜上GLUI4的量迅速增加,加快对血液中葡萄糖的吸收,合成肌糖 原或转变成脂肪储存起来。当血糖浓度偏低时,肝脏通过糖原分解及糖异生升高血糖浓度。 从体外实验了解机体对血糖浓度的调节能力,可以通过葡萄糖耐量试验( glucose tolerance test,GTT)获得糖耐量试验曲线加以理解,见图6-2。正常人由于存在精细的调 节机制,空腹时正常血糖浓度是3.8-6. 1 mmol/L,在口服或静脉注射葡萄糖2小时后血糖 浓度<7.8mol/L。糖耐量减退病人,一般空腹血糖浓度<7.0mmol/L,口服或静脉注射 葡萄糖0.5-1小时后最高浓度<11.1mmol/L,2小时血糖浓度≥7.8mol/L,称为亚临床 或无症状的糖尿病,糖耐量试验在这种病人的早期诊断上颇具意义。典型的糖尿病人糖耐量 试验为:空腹血糖浓度在≥7.0mol/L,口服或静脉注射葡萄糖2小时后血糖浓度≥11.1 mnol/L,说明病人调节血糖浓度能力降低。目前临床上建议检测空腹血糖浓度和2小时餐后 血糖浓度,简化糖耐量试验过程。 第四节糖的无氧酵解 当机体处于相对缺氧情况(如剧烈运动)时,葡萄糖或糖原分解生成乳酸,并产生能量的 过程称之为糖的无氧酵解。这个代谢过程常见于运动时的骨骼肌,因与酵母的生醇发酵非常 相似,故又称为糖酵解。反应过程 参与糖酵解反应的一系列酶存在在细胞质中,因此糖酵解的全部反应过程均在细胞质中 进行。根据反应特点,可将整个过程分为四个阶段 (一)己糖磷酸化: 1.葡萄糖或糖原磷酸化为δ-磷酸葡萄糖( glucose-6- phosphate,G-6-P) (1)催化葡萄糖生成G-6-P的是己糖激酶( hexokinase,),ATP提供磷酸基团,Mg 作为激活剂。这个反应的△G=-16.7KJ/mol,基本是一个不可逆的反应。己糖激酶是糖酵 解过程关键酶之 己糖激酶广泛存在各组织中,和m为0.lmol/L,对葡萄糖的亲和力高。哺乳动物中已发 现了四种己糖激酶的同工酶Ⅰ-Ⅳ型。Ⅳ型酶只存在于肝脏,对葡萄糖有高度专一性,又称葡 萄糖激酶( glucokinase,K),K对葡萄糖的Am为10mmol/L,对葡萄糖的亲和力低,这种 特性的存在,使遝K催化的酶促反应只有在饮食后大量消化吸收的葡萄糖进入肝脏后才加强」 生成糖原储存于肝中,在维持血糖浓度恒定的过程中发挥了重要作用。 2)从糖原开始的分解途径,是糖原在磷酸化酶的作用下成为1-磷酸葡萄糖(G-1-P),再 变位成为G-6-P (3)G-6-P是一个重要的中间代谢产物,是许多糖代谢途径(无氧酵解、有氧氧化、磷酸
导致肌肉和脂肪住址细胞膜上 GLUT4 的量迅速增加，加快对血液中葡萄糖的吸收，合成肌糖 原或转变成脂肪储存起来。当血糖浓度偏低时，肝脏通过糖原分解及糖异生升高血糖浓度。 从体外实验了解机体对血糖浓度的调节能力，可以通过葡萄糖耐量试验（glucose tolerance test，GTT）获得糖耐量试验曲线加以理解，见图 6-2。正常人由于存在精细的调 节机制，空腹时正常血糖浓度是 3.8-6.1 mmol／L，在口服或静脉注射葡萄糖 2 小时后血糖 浓度＜7.8 mmol／L。糖耐量减退病人，一般空腹血糖浓度＜7.0 mmol／L，口服或静脉注射 葡萄糖 0.5-1 小时后最高浓度＜11.1 mmol／L，2 小时血糖浓度≥7.8 mmol／L，称为亚临床 或无症状的糖尿病，糖耐量试验在这种病人的早期诊断上颇具意义。典型的糖尿病人糖耐量 试验为：空腹血糖浓度在≥7.0 mmol／L，口服或静脉注射葡萄糖 2 小时后血糖浓度≥11.1 mmol／L，说明病人调节血糖浓度能力降低。目前临床上建议检测空腹血糖浓度和 2 小时餐后 血糖浓度，简化糖耐量试验过程。 第四节 糖的无氧酵解 当机体处于相对缺氧情况(如剧烈运动)时，葡萄糖或糖原分解生成乳酸，并产生能量的 过程称之为糖的无氧酵解。这个代谢过程常见于运动时的骨骼肌，因与酵母的生醇发酵非常 相似，故又称为糖酵解。反应过程 参与糖酵解反应的一系列酶存在在细胞质中，因此糖酵解的全部反应过程均在细胞质中 进行。根据反应特点，可将整个过程分为四个阶段： （一） 己糖磷酸化： 1. 葡萄糖或糖原磷酸化为 6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate,G-6-P） （1）催化葡萄糖生成 G-6-P 的是己糖激酶（hexokinase，HK）, ATP 提供磷酸基团，Mg2+ 作为激活剂。这个反应的ΔG" 0 =-16.7KJ/mol,基本是一个不可逆的反应。己糖激酶是糖酵 解过程关键酶之一。 己糖激酶广泛存在各组织中，Km 为 0.1mmol／L，对葡萄糖的亲和力高。哺乳动物中已发 现了四种己糖激酶的同工酶Ⅰ-Ⅳ型。Ⅳ型酶只存在于肝脏，对葡萄糖有高度专一性，又称葡 萄糖激酶(glucokinase，GK)，GK 对葡萄糖的 Km 为 10mmol／L，对葡萄糖的亲和力低，这种 特性的存在，使 GK 催化的酶促反应只有在饮食后大量消化吸收的葡萄糖进入肝脏后才加强， 生成糖原储存于肝中，在维持血糖浓度恒定的过程中发挥了重要作用。 （2）从糖原开始的分解途径，是糖原在磷酸化酶的作用下成为 1-磷酸葡萄糖（G-1-P），再 变位成为 G-6-P。 （3）G-6-P 是一个重要的中间代谢产物，是许多糖代谢途径（无氧酵解、有氧氧化、磷酸
戊糖途径、糖原合成、糖原分解)的连接点 (4)葡萄糖进入细胞后进行了一系列的磷酸化,其目的在于:磷酸化后的化合物极性增高, 不能自由进出细胞膜,因而葡萄糖磷酸化后不易逸出胞外,反应限制在细胞质中进行;同时 从ATP中释放出的能量储存到了6-磷酸葡萄糖中;另外结合了磷酸基团的化合物不仅能减 低酶促反应的活化能,同时能提高酶促反应的特异性。 2.G-6-P生成6-磷酸果糖( fructose-6- phosphate,F-6-P) 此反应在磷酸己糖异构酶催化下进行,是一个醛-酮异构变化。 3.6-磷酸果糖生成1,6-二磷酸果糖( Fructose1,6 bisphosphate,F-1,6-BP) 催化此反应的酶是6-磷酸果糖激酶1(6- phosphofructokinase,PFKl),这是糖酵解途 径的第二次磷酸化反应,需要ATP与Mg”参与,△G"=-14.2KJ/mol,反应不可逆。 6-磷酸果糖激酶1是糖酵解过程的主要限速酶,是糖酵解过程中的主要调节点 至此,糖酵解完成了代谢的第一个阶段,这一阶段的主要特点是葡萄糖的磷酸化,并伴随 着能量的消耗,糖酵解若从葡萄糖开始磷酸解,则每生成1分子F-1,6-BP消耗了2分子ATP; 若从糖原开始磷酸解,则每生成1分子F-1,6-BP消耗1分子ATP。在这一阶段中有二个不 可逆反应,从葡萄糖开始由二个关键酶己糖激酶和δ-磷酸果糖激酶1催化:从糖原开始由二 个关键酶磷酸化酶和6-磷酸果糖激酶1催化,它们是糖酵解过程的调节点。 (二)1分子磷酸己糖裂解为2分子磷酸丙糖 F-1,6-BP裂解为2分子磷酸丙糖,此反应由醛缩酶催化,反应可逆。3-磷酸甘油醛和 磷酸二羟丙酮,两者互为异构体,在磷酸丙糖异构酶催化下可互相转变,当3-磷酸甘油醛在 继续进行反应时,磷酸二羟丙酮可不断转变为3-磷酸甘油醛,这样1分子F-1,6-BP生成2 分子3-磷酸甘油醛。 (三)2分子磷酸丙糖氧化为2分子丙酮酸 1.3-磷酸甘油醛脱氢氧化成为1,3-二磷酸甘油酸 此反应由3—磷酸甘油醛脱氢酶催化脱氢、加磷酸,其辅酶为NAD',反应脱下的氢交给 NAD成为NADH+H;反应时释放的能量储存在所生成的1,3-二磷酸甘油酸1位的羧酸与磷酸 的构成的混合酸酐内,此高能磷酸基团可将能量转移给ADP形成ATP。 2.1,3-二磷酸甘油酸转变3-磷酸甘油酸 此反应由3-磷酸甘油酸激酶催化,产生1分子ATP,这是无氧酵解过程中第一次生成ATP 由于是1分子葡萄糖产生2分子1,3-二磷酸甘油酸,所以在这一过程中,1分子葡萄糖可产 生2分子ATP。ATP的产生方式是底物水平磷酸化( substrate level phosphorylation),能
戊糖途径、糖原合成、糖原分解）的连接点。 （4）葡萄糖进入细胞后进行了一系列的磷酸化,其目的在于：磷酸化后的化合物极性增高， 不能自由进出细胞膜，因而葡萄糖磷酸化后不易逸出胞外，反应限制在细胞质中进行；同时 从 ATP 中释放出的能量储存到了 6-磷酸葡萄糖中；另外结合了磷酸基团的化合物不仅能减 低酶促反应的活化能，同时能提高酶促反应的特异性。 2． G-6-P 生成 6-磷酸果糖（fructose-6-phosphate,F-6-P） 此反应在磷酸己糖异构酶催化下进行，是一个醛-酮异构变化。 3. 6-磷酸果糖生成 1，6-二磷酸果糖(Fructose l，6 bisphosphate，F-1，6-BP) 催化此反应的酶是 6-磷酸果糖激酶 1(6-phosphofructokinase1，PFK 1)，这是糖酵解途 径的第二次磷酸化反应，需要 ATP 与 Mg2+参与，ΔG" 0 =-14.2KJ/mol,反应不可逆。 6-磷酸果糖激酶 1 是糖酵解过程的主要限速酶,是糖酵解过程中的主要调节点。 至此，糖酵解完成了代谢的第一个阶段，这一阶段的主要特点是葡萄糖的磷酸化，并伴随 着能量的消耗，糖酵解若从葡萄糖开始磷酸解，则每生成 1 分子 F-1，6-BP 消耗了 2 分子 ATP； 若从糖原开始磷酸解，则每生成 1 分子 F-1，6-BP 消耗 1 分子 ATP。在这一阶段中有二个不 可逆反应，从葡萄糖开始由二个关键酶己糖激酶和 6-磷酸果糖激酶 1 催化；从糖原开始由二 个关键酶磷酸化酶和 6-磷酸果糖激酶 1 催化，它们是糖酵解过程的调节点。 (二)1 分子磷酸己糖裂解为 2 分子磷酸丙糖 F-1，6-BP 裂解为 2 分子磷酸丙糖，此反应由醛缩酶催化，反应可逆。3-磷酸甘油醛和 磷酸二羟丙酮，两者互为异构体，在磷酸丙糖异构酶催化下可互相转变，当 3-磷酸甘油醛在 继续进行反应时，磷酸二羟丙酮可不断转变为 3-磷酸甘油醛，这样 1 分子 F-1，6-BP 生成 2 分子 3-磷酸甘油醛。 (三)2 分子磷酸丙糖氧化为 2 分子丙酮酸 1．3-磷酸甘油醛脱氢氧化成为 1，3-二磷酸甘油酸 此反应由 3—磷酸甘油醛脱氢酶催化脱氢、加磷酸，其辅酶为 NAD+，反应脱下的氢交给 NAD+成为 NADH+H+；反应时释放的能量储存在所生成的 1，3-二磷酸甘油酸 1 位的羧酸与磷酸 的构成的混合酸酐内，此高能磷酸基团可将能量转移给 ADP 形成 ATP。 2．1，3-二磷酸甘油酸转变 3-磷酸甘油酸 此反应由 3-磷酸甘油酸激酶催化，产生 1 分子 ATP,这是无氧酵解过程中第一次生成 ATP。 由于是 1 分子葡萄糖产生 2 分子 1，3-二磷酸甘油酸，所以在这一过程中，1 分子葡萄糖可产 生 2 分子 ATP。ATP 的产生方式是底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)，能
量是由底物中的高能磷酸基团直接转移给ADP形成ATP。 3.3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸 此反应由磷酸甘油酸变位酶催化,磷酸基团由3-位转至2-位。 4.2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸( phosphoenolpyruvate,PEP) 此脱水反应由烯醇化酶所催化,Mg2作为激活剂。反应过程中,分子内部能量重新分配 形成含有高能磷酸基团的磷酸烯醇式丙酮酸。 5.磷酸烯醇式丙酮酸转变丙酮酸 此反应由丙酮酸激酶( pyruvate kinase,PK)催化,Mg2作为激活剂,产生1分子ATP,4 G=-61.9KJ/mo1,在生理条件下,此反应不可逆。丙酮酸激酶也是无氧酵解过程中的关键酶 及调节点 这是无氧酵解过程第二次生成ATP,产生方式也是底物水平磷酸化。由于是1分子葡萄 糖产生2分子丙酮酸,所以在这一过程中,1分子葡萄糖可产生2分子ATP。 反应的第二阶段的特点是能量的产生。无氧酵解过程的能量产生主要在3-磷酸甘油醛脱 氢成为1,3-二磷酸甘油酸及磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸过程中,共产生4分子ATP,产 生方式都是底物水平磷酸化。这一阶段中丙酮酸激酶是糖酵解过程的另一个关键酶和调节点。 (四)2分子丙酮酸还原为2分子乳酸 在无氧条件下,丙酮酸被还原为乳酸。此反应由乳酸脱氢酶催化,乳酸脱氢酶有多种同 工酶(详见第四章),骨骼肌中主要含有LDH3,它和丙酮酸亲和力较高,有利于丙酮酸还原为 乳酸,LD的辅酶是NAD。还原反应所需的 NADH+H是3-磷酸甘油醛脱氢时产生,作为供氢 体脱氢后成为NAD',再作为3-磷酸甘油醛脱氢酶的辅酶。因此,NAD来回穿梭,起着递氢作 用,使无氧酵解过程持续进行。在有氧的条件下,3-磷酸甘油醛脱氢产生的NADH+H从细胞 质中通过穿梭系统进入线粒体经电子传递链传递生成水,同时释放出能量(详见“第八章”)。 糖酵解过程的能量变化 1分子葡萄糖在缺氧的条件下转变为2分子乳酸,同时伴随着能量的产生,净产生2分 子ATP;糖原开始1分子葡萄糖单位糖酵解成乳酸,净产生3分子ATP(表6-3), 糖酵解的生理意义 (一)主要的生理功能是在缺氧时迅速提供能量 (二)正常情况下为一些细胞提供部分能量 (三)糖酵解是糖有氧氧化的前段过程,其一些中间代谢物是脂类、氨基酸等合成的前体。 四、糖酵解的调节
量是由底物中的高能磷酸基团直接转移给 ADP 形成 ATP。 3．3-磷酸甘油酸转变成 2-磷酸甘油酸 此反应由磷酸甘油酸变位酶催化，磷酸基团由 3-位转至 2-位。 4.2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate，PEP) 此脱水反应由烯醇化酶所催化，Mg 2+作为激活剂。反应过程中，分子内部能量重新分配， 形成含有高能磷酸基团的磷酸烯醇式丙酮酸。 5．磷酸烯醇式丙酮酸转变丙酮酸 此反应由丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK) 催化，Mg 2+作为激活剂,产生 1 分子 ATP,Δ G' 0 =-61.9KJ/mol,在生理条件下，此反应不可逆。丙酮酸激酶也是无氧酵解过程中的关键酶 及调节点。 这是无氧酵解过程第二次生成 ATP，产生方式也是底物水平磷酸化。由于是 1 分子葡萄 糖产生 2 分子丙酮酸，所以在这一过程中，1 分子葡萄糖可产生 2 分子 ATP。 反应的第二阶段的特点是能量的产生。无氧酵解过程的能量产生主要在 3-磷酸甘油醛脱 氢成为 1，3-二磷酸甘油酸及磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸过程中，共产生 4 分子 ATP，产 生方式都是底物水平磷酸化。这一阶段中丙酮酸激酶是糖酵解过程的另一个关键酶和调节点。 (四)2 分子丙酮酸还原为 2 分子乳酸 在无氧条件下，丙酮酸被还原为乳酸。此反应由乳酸脱氢酶催化，乳酸脱氢酶有多种同 工酶(详见第四章)，骨骼肌中主要含有 LDH5，它和丙酮酸亲和力较高，有利于丙酮酸还原为 乳酸，LDH5 的辅酶是 NAD+。还原反应所需的 NADH+H+是 3-磷酸甘油醛脱氢时产生，作为供氢 体脱氢后成为 NAD+，再作为 3-磷酸甘油醛脱氢酶的辅酶。因此，NAD+来回穿梭，起着递氢作 用，使无氧酵解过程持续进行。在有氧的条件下，3-磷酸甘油醛脱氢产生的 NADH+H+从细胞 质中通过穿梭系统进入线粒体经电子传递链传递生成水，同时释放出能量(详见“第八章”)。 二、糖酵解过程的能量变化 1 分子葡萄糖在缺氧的条件下转变为 2 分子乳酸，同时伴随着能量的产生，净产生 2 分 子 ATP；糖原开始 1 分子葡萄糖单位糖酵解成乳酸，净产生 3 分子 ATP（表 6-3）。 三、糖酵解的生理意义 (一) 主要的生理功能是在缺氧时迅速提供能量 (二)正常情况下为一些细胞提供部分能量 (三) 糖酵解是糖有氧氧化的前段过程，其一些中间代谢物是脂类、氨基酸等合成的前体。 四、糖酵解的调节
糖酵解途径中有3个不可逆反应:分别由己糖激酶(葡萄糖激酶)、6-磷酸果糖激酶1和 丙酮酸激酶催化的反应。它们是糖无氧酵解途径的三个调节点,其中以6-磷酸果糖激酶1的 活性是该途径中的主要调节点。 (一)己糖激酶活性的别构调节 骨骼肌中的己糖激酶的和m相对较小,在血糖达到一定浓度后,活性就能达到最高,它是 种别构酶,其活性受到自身反应产物6-磷酸葡萄糖的抑制。肝内的葡萄糖激酶的直接调节 因素是血糖浓度,由于葡萄糖激酶Ⅷ相对较大,在餐后、血糖浓度很高时,过量的葡萄糖运 输到肝内,肝内的葡萄糖激酶激活:葡萄糖激酶也是别构酶,活性受到6-磷酸果糖的抑制, 而不受6-磷酸葡萄糖的抑制,这样可保证肝糖原顺利合成 (二)6-磷酸果糖激酶1的别构调节 6-磷酸果糖激酶1是糖酵解途径中最重要的一个调节点,它是别构酶,由4个亚基组成, 有很多激活剂和抑制剂。高浓度ATP、柠檬酸是此酶的变构抑制剂。ADP、AMP、2,6-二磷酸 果糖( Fructose2,6 bisphosphate,F-2,6-BP)是此酶的变构激活剂。2,6-二磷酸果糖尽 管和1,6二磷酸果糖结构相似,但F∽2,6-B不是δ-磷酸果糖激酶Ⅰ的产物,而是6-磷酸 果糖激酶1最强烈的激活剂、最重要的调节因素 F-2,6-BP的生成是以6-磷酸果糖为底物在6-磷酸果糖激酶2(6- phosphofructokinase∈ PFK2催化下产生(图6-5。6-磷酸果糖激酶2是双功能酶,包括6-磷酸果糖激酶2与2,6- 磷酸果糖酶2活性,它们同时存在于一条5x10°(55kDa)的多肽链中。6-磷酸果糖激酶2 的别构激活剂是底物F-6-P,在糖供应充分时,F-6-P激活双功能酶中的6-磷酸果糖激酶2 的活性、抑制2,6-二磷酸果糖酶2活性,产生大量F-2,6-BP。相反,在葡萄糖供应不足的情 况下,胰高血糖素刺激产生cAP,激活A激酶,使双功能酶磷酸化后,双功能酶中的6-磷酸果 糖激酶2活性抑制而2,6-二磷酸果糖酶2活性激活,减少F-2,6-BP产生。由此可见,在高 浓度葡萄糖的情况下,2,δ-二磷酸果糖浓度提髙,可激活δ-磷酸果糖激酶1,促进糖酵解过 程进行。F-2,6-BP在参与糖代谢调节中起着重要作用 (三)丙酮酸激酶 丙酮酸激酶是糖酵解过程的第二个调节点,1,6-二磷酸果糖是此酶的别构激活剂,而 TP是该酶的别构抑制剂,ATP能降低该酶对底物磷酸烯醇式丙酮酸的亲和力:乙酰辅酶A 及游离长链脂肪酸也是该酶抑制剂,它们都是产生ATP的重要物质
糖酵解途径中有 3 个不可逆反应：分别由己糖激酶(葡萄糖激酶)、6-磷酸果糖激酶 1 和 丙酮酸激酶催化的反应。它们是糖无氧酵解途径的三个调节点，其中以 6-磷酸果糖激酶 1 的 活性是该途径中的主要调节点。 (一)己糖激酶活性的别构调节 骨骼肌中的己糖激酶的 Km 相对较小,在血糖达到一定浓度后，活性就能达到最高，它是 一种别构酶，其活性受到自身反应产物 6-磷酸葡萄糖的抑制。肝内的葡萄糖激酶的直接调节 因素是血糖浓度，由于葡萄糖激酶 Km 相对较大,在餐后、血糖浓度很高时，过量的葡萄糖运 输到肝内，肝内的葡萄糖激酶激活；葡萄糖激酶也是别构酶，活性受到 6-磷酸果糖的抑制， 而不受 6-磷酸葡萄糖的抑制，这样可保证肝糖原顺利合成。 (二)6-磷酸果糖激酶 1 的别构调节 6-磷酸果糖激酶 1 是糖酵解途径中最重要的一个调节点，它是别构酶，由 4 个亚基组成， 有很多激活剂和抑制剂。高浓度 ATP、柠檬酸是此酶的变构抑制剂。ADP、AMP、2，6-二磷酸 果糖(Fructose 2，6 bisphosphate，F-2，6-BP)是此酶的变构激活剂。2，6-二磷酸果糖尽 管和 1，6 二磷酸果糖结构相似，但 F-2，6-BP 不是 6-磷酸果糖激酶 1 的产物，而是 6-磷酸 果糖激酶 1 最强烈的激活剂、最重要的调节因素。 F-2，6-BP的生成是以6-磷酸果糖为底物在6-磷酸果糖激酶2(6-phosphofructokinase2， PFK2)催化下产生(图 6-5)。6-磷酸果糖激酶 2 是双功能酶，包括 6-磷酸果糖激酶 2 与 2,6- 二磷酸果糖酶 2 活性，它们同时存在于一条 55x103 (55kDa )的多肽链中。6-磷酸果糖激酶 2 的别构激活剂是底物 F-6-P，在糖供应充分时，F-6-P 激活双功能酶中的 6-磷酸果糖激酶 2 的活性、抑制 2,6-二磷酸果糖酶 2 活性,产生大量 F-2，6-BP。相反，在葡萄糖供应不足的情 况下，胰高血糖素刺激产生 cAMP,激活 A 激酶,使双功能酶磷酸化后,双功能酶中的 6-磷酸果 糖激酶 2 活性抑制而 2,6-二磷酸果糖酶 2 活性激活，减少 F-2，6-BP 产生。由此可见，在高 浓度葡萄糖的情况下，2，6-二磷酸果糖浓度提高，可激活 6-磷酸果糖激酶 1，促进糖酵解过 程进行。 F-2，6-BP 在参与糖代谢调节中起着重要作用。 (三)丙酮酸激酶 丙酮酸激酶是糖酵解过程的第二个调节点，1，6-二磷酸果糖是此酶的别构激活剂，而 ATP 是该酶的别构抑制剂，ATP 能降低该酶对底物磷酸烯醇式丙酮酸的亲和力；乙酰辅酶 A 及游离长链脂肪酸也是该酶抑制剂，它们都是产生 ATP 的重要物质
第五节糖的有氧氧化 有氧氧化( aerobic oxidation)是指葡萄糖生成丙酮酸后,在有氧条件下,进一步氧化 生成乙酰辅酶A,经三羧酸循环彻底氧化成水、二氧化碳及能量的过程。这是糖氧化的主要 方式,是机体获得能量的主要途径 反应过程 (一)葡萄糖氧化生成丙酮酸: 这一阶段和糖酵解过程相似,在细胞质中进行。在缺氧的条件下丙酮酸生成乳酸。在有氧 的条件下丙酮酸进入线粒体生成乙酰辅酶A,再进入三羧酸循环。 二)丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A 在有氧条件下,丙酮酸从细胞质进入线粒体。在丙酮酸脱氢酶复合体( pyruvate dehy drogenase complex)的催化下进行氧化脱羧反应,该反应的4G=-39.5kJ/mol,反 应不可逆(图6-6)。丙酮酸脱氢酶复合体是由三种酶组成的多酶复合体,它包括丙酮酸脱氢 酶,二氢硫辛酸乙酰转移酶及二氢硫辛酸脱氢酶(表6-4)。以乙酰转移酶为核心,周围排列 着丙酮酸脱氢酶及二氢硫辛酸脱氢酶。参与的辅酶有TPP,硫辛酸,FAD,NAD,辅酶A。在 多酶复合体中进行着紧密相连的连锁反应过程,反应迅速完成,催化效率高,使丙酮酸脱羧 和脱氢生成乙酰辅酶A及NADH+H。 (三)三羧酸循环 丙酮酸氧化脱羧生成的乙酰辅酶A要彻底进行氧化,这个氧化过程是三羧酸循环 ( tricarboxylic acid cycle, TCA cycle)。三羧酸循环是 Krebs于1937年发现的。故又称 Krebs循环。因为循环中第一个中间产物是柠檬酸,故又称柠檬酸循环( citric acid cycle)。 乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成含有3个羧基的柠檬酸,再经过一系列反应重新变成草酰乙 酸完成一轮循环,其中氧化反应脱下的氢经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水,氧化磷酸化 生成ATP(详见“生物氧化”章):而脱羧反应生成的二氧化碳则通过血液运输到呼吸系统而 被排出,是体内二氧化碳的主要来源 三羧酸循环反应过程: (1)乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成柠檬酸 此反应由柠檬酸合酶( citrate synthase)催化,是三羧酸循环的关键酶,是重要的调 节点。由于高能硫酯键水解时释出较多自由能,ΔG′=-32.2kJ/mol,此反应不可逆。 2)柠檬酸经顺乌头酸生成异柠檬酸 此反应由顺乌头酸酶催化,柠檬酸脱水、加水生成异柠檬酸
第五节 糖的有氧氧化 有氧氧化(aerobic oxidation)是指葡萄糖生成丙酮酸后，在有氧条件下，进一步氧化 生成乙酰辅酶 A，经三羧酸循环彻底氧化成水、二氧化碳及能量的过程。这是糖氧化的主要 方式，是机体获得能量的主要途径。 一、反应过程 （一）葡萄糖氧化生成丙酮酸； 这一阶段和糖酵解过程相似，在细胞质中进行。在缺氧的条件下丙酮酸生成乳酸。在有氧 的条件下丙酮酸进入线粒体生成乙酰辅酶 A，再进入三羧酸循环。 （二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶 A 在有氧条件下，丙酮酸从细胞质进入线粒体。在丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvate dehydrogenase complex)的催化下进行氧化脱羧反应，该反应的ΔG' 0 =-39．5kJ／mol，反 应不可逆(图 6-6)。丙酮酸脱氢酶复合体是由三种酶组成的多酶复合体，它包括丙酮酸脱氢 酶，二氢硫辛酸乙酰转移酶及二氢硫辛酸脱氢酶(表 6-4)。以乙酰转移酶为核心，周围排列 着丙酮酸脱氢酶及二氢硫辛酸脱氢酶。参与的辅酶有 TPP，硫辛酸，FAD，NAD+，辅酶 A。在 多酶复合体中进行着紧密相连的连锁反应过程，反应迅速完成，催化效率高，使丙酮酸脱羧 和脱氢生成乙酰辅酶 A 及 NADH+H+。 （三）三羧酸循环 丙酮酸氧化脱羧生成的乙酰辅酶 A 要彻底进行氧化，这个氧化过程是三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle，TCA cycle)。三羧酸循环是 Krebs 于 1937 年发现的。故又称 Krebs 循环。因为循环中第一个中间产物是柠檬酸，故又称柠檬酸循环(citric acid cycle)。 乙酰辅酶 A 与草酰乙酸缩合生成含有 3 个羧基的柠檬酸，再经过一系列反应重新变成草酰乙 酸完成一轮循环，其中氧化反应脱下的氢经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化 生成 ATP(详见“生物氧化”章)；而脱羧反应生成的二氧化碳则通过血液运输到呼吸系统而 被排出，是体内二氧化碳的主要来源。 1.三羧酸循环反应过程： （1）乙酰辅酶 A 与草酰乙酸缩合生成柠檬酸 此反应由柠檬酸合酶（citrate synthase）催化，是三羧酸循环的关键酶，是重要的调 节点。由于高能硫酯键水解时释出较多自由能，ΔG' 0 =-32.2kJ／mol，此反应不可逆。 （2）柠檬酸经顺乌头酸生成异柠檬酸 此反应由顺乌头酸酶催化，柠檬酸脱水、加水生成异柠檬酸
(3)异柠檬酸β-氧化、脱羧生成α-酮戊二酸 此反应在异柠檬酸脱氢酶作用下进行脱氢、脱羧,这是三羧酸循环中第一次氧化脱羧。 异柠檬酸脱氢酶( isocitrate dehydrogenase)是三羧酸循环的限速酶,是最主要的调节点 辅酶是NAD,脱氢生成的NADH+H经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水,氧化磷酸化生成3 分子ATP。异柠檬酸先脱氢生成草酰琥珀酸,再脱羧生成α-酮戊二酸。ΔG"=-20.9kJ/mol。 4)α-酮戊二酸氧化、脱羧生成琥珀酰辅酶A 此反应在a-酮戊二酸脱氢酶复合体(a- ketoglutarate dehydrogenase complex)的催化 下脱氢、脱羧生成琥珀酰辅酶A,这是三羧酸循环中第二次氧化脱羧。α-酮戊二酸脱氢酶复 合体是三羧酸循环的关键酶,是第三个调节点。α-酮戊二酸脱氢酶复合体是多酶复合体,其 组成及反应方式都与丙酮酸脱氢酶复合体相似。它所含的三种酶是α-酮戊二酸脱氢酶(需 TP):硫辛酸琥珀酰基转移酶(需硫辛酸和辅酶A):二氢硫辛酸脱氢酶(需FAD、NAD)。脱氢 生成NADH+,经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水,氧化磷酸化生成3分子ATP。 由于反应中分子内部能量重排,产物琥珀酰辅酶A中含有一个高能硫酯键,此反应不可 逆。△G=-33.5kJ/mol 5)琥珀酰辅酶A转变为琥珀酸 此反应由琥珀酸硫激酶(琥珀酰辅酶A合成酶)催化,琥珀酰辅酶Δ中的高能硫酯键释 放能量,可以转移给ADP(或GDP),形成ATP(或GTP)。细胞中有两种同工酶,一种形成ATP, 另一种形成GTP。这是因为琥珀酸硫激酶由α、β亚基组成,α亚基上有磷酸化的组氨酸残 基以及结合CoA的位点;β亚基上既可以结合ATP又可以结合GTP。形成的GTP可在二磷酸 核苷激酶催化下,将高能磷酸基团转移给ADP生成ATP。这是三羧酸循环中唯一的一次底物 水平磷酸化,生成1分子ATP。 (6)琥珀酸脱氢转变为延胡索酸 此反应由琥珀酸脱氢酶催化,辅酶是FAD,脱氢后生成FADH,经线粒体内膜上经呼吸链 传递生成水,氧化磷酸化生成2分子ATP。 (7)延胡索酸转变为苹果酸 此反应由延胡索酸酶催化,加水生成苹果酸。 (8)苹果酸脱氢生成草酰乙酸 此反应由苹果酸脱氢酶催化,辅酶是NAD,脱氢后生成NADH+H,经线粒体内膜上经呼 吸链传递生成水,氧化磷酸化生成3分子ATP 三羧酸循环的总反应方程式为:
（3）异柠檬酸β-氧化、脱羧生成α-酮戊二酸 此反应在异柠檬酸脱氢酶作用下进行脱氢、脱羧，这是三羧酸循环中第一次氧化脱羧。 异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase)是三羧酸循环的限速酶，是最主要的调节点， 辅酶是 NAD+，脱氢生成的 NADH+H+经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成 3 分子 ATP。异柠檬酸先脱氢生成草酰琥珀酸，再脱羧生成α-酮戊二酸。ΔG' 0 =-20.9kJ／mol。 （4）α-酮戊二酸氧化、脱羧生成琥珀酰辅酶 A 此反应在α-酮戊二酸脱氢酶复合体(α-ketoglutarate dehydrogenase complex)的催化 下脱氢、脱羧生成琥珀酰辅酶 A，这是三羧酸循环中第二次氧化脱羧。α-酮戊二酸脱氢酶复 合体是三羧酸循环的关键酶，是第三个调节点。α-酮戊二酸脱氢酶复合体是多酶复合体，其 组成及反应方式都与丙酮酸脱氢酶复合体相似。它所含的三种酶是α-酮戊二酸脱氢酶(需 TPP)；硫辛酸琥珀酰基转移酶(需硫辛酸和辅酶 A)；二氢硫辛酸脱氢酶(需 FAD、NAD+ )。脱氢 生成 NADH+H+，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成 3 分子 ATP。 由于反应中分子内部能量重排，产物琥珀酰辅酶 A 中含有一个高能硫酯键，此反应不可 逆。ΔG' 0 =-33.5kJ／mol。 （5）琥珀酰辅酶 A 转变为琥珀酸 此反应由琥珀酸硫激酶（琥珀酰辅酶 A 合成酶）催化，琥珀酰辅酶 A 中的高能硫酯键释 放能量，可以转移给 ADP（或 GDP），形成 ATP（或 GTP）。细胞中有两种同工酶，一种形成 ATP， 另一种形成 GTP。这是因为琥珀酸硫激酶由α、β亚基组成，α亚基上有磷酸化的组氨酸残 基以及结合 CoA 的位点；β亚基上既可以结合 ATP 又可以结合 GTP。形成的 GTP 可在二磷酸 核苷激酶催化下，将高能磷酸基团转移给 ADP 生成 ATP。这是三羧酸循环中唯一的一次底物 水平磷酸化，生成 1 分子 ATP。 （6）琥珀酸脱氢转变为延胡索酸 此反应由琥珀酸脱氢酶催化，辅酶是 FAD，脱氢后生成 FADH2，经线粒体内膜上经呼吸链 传递生成水，氧化磷酸化生成 2 分子 ATP。 （7）延胡索酸转变为苹果酸 此反应由延胡索酸酶催化，加水生成苹果酸。 （8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸 此反应由苹果酸脱氢酶催化，辅酶是 NAD+，脱氢后生成 NADH+H+，经线粒体内膜上经呼 吸链传递生成水，氧化磷酸化生成 3 分子 ATP。 三羧酸循环的总反应方程式为：
乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+P+2H2O→CoA-SH+3(NADH+H)+FADH2+2CO2+GTP 2.三羧酸循环的特点: (1)三羧酸循环是乙酰辅酶A的彻底氧化过程。草酰乙酸在反应前后并无量的变化。三羧酸 循环中的草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化 (2)三羧酸循环是能量的产生过程,1分子乙酰CoA通过TCA经历了4次脱氢(3次脱氢生 成NADH+H,1次脱氢生成FAD)、2次脱羧生成CO2,1次底物水平磷酸化,共产生12分子 ATP 3)三羧酸循环中柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体是反应的关键 酶,是反应的调节点。 3.三羧酸循环的生理意义 1)三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的最终代谢通路。糖、脂和蛋白质在体内代 谢都最终生成乙酰辅酶A,然后进入三羧酸循环彻底氧化分解成水、CO2和产生能量。 (2)三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的枢纽。(图6-8) 糖的有氧氧化生理意义 糖有氧氧化的主要功能是提供能量,人体内绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化获取能 量。体内1分子葡萄糖彻底有氧氧化生成38(或36)分子ATP。葡萄糖彻底氧化生成CO、HO 的过程中,AG”=-2840kJ/mo1,生成了38分子ATP,38×30.5kJ/mol=1159kJ/mol, 产生能量的有效率为40%左右。(表6-5) 糖的有氧氧化中通过氧化磷酸化反应得到34(或32)分子ATP,通过底物水平磷酸化生 成6分子ATP。在肝、肾、心等组织中1分子葡萄糖彻底氧化可生成38分子ATP,而骨骼肌 及脑组织中只能生成36分子ATP,这一差别的原因是由于葡萄糖到丙酮酸这阶段的反应是在 细胞质中进行,3-磷酸甘油醛脱氢酶的辅酶 NADH+H又必须在线粒体内进行氧化磷酸化,因 此NADH+H要通过穿梭系统进入线粒体,由于穿梭系统的不同,最后获得ATP数目亦不同(详 见“第八章”)。从糖原的葡萄糖残基开始氧化,则每分子糖基氧化可形成39(或37分子ATP。 糖有氧氧化的调节 糖有氧氧化中,葡萄糖生成丙酮酸过程的调节和糖酵解中一样,这里主要讨论丙酮酸脱氢 酶复合体和三羧酸循环的调节 (一)丙酮酸脱氢酶复合体的调节 丙酮酸脱氢酶复合体有别构调节和共价调节两种。别构调节的抑制剂有ATP、乙酰辅酶A
2. 三羧酸循环的特点： （1）三羧酸循环是乙酰辅酶 A 的彻底氧化过程。草酰乙酸在反应前后并无量的变化。三羧酸 循环中的草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化。 （2）三羧酸循环是能量的产生过程，1 分子乙酰 CoA 通过 TCA 经历了 4 次脱氢（3 次脱氢生 成 NADH+H+，1 次脱氢生成 FADH2）、2 次脱羧生成 CO2，1 次底物水平磷酸化，共产生 12 分子 ATP。 （3）三羧酸循环中柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体是反应的关键 酶，是反应的调节点。 3. 三羧酸循环的生理意义 （1）三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的最终代谢通路。糖、脂和蛋白质在体内代 谢都最终生成乙酰辅酶 A，然后进入三羧酸循环彻底氧化分解成水、CO2 和产生能量。 （2）三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的枢纽。（图 6-8） 二、糖的有氧氧化生理意义 糖有氧氧化的主要功能是提供能量，人体内绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化获取能 量。体内 l 分子葡萄糖彻底有氧氧化生成 38(或 36)分子 ATP。葡萄糖彻底氧化生成 CO2、H2O 的过程中，ΔG' 0 =-2840kJ／mol，生成了 38 分子 ATP，38×30.5 kJ／mol=1159 kJ／mol， 产生能量的有效率为 40%左右。（表 6-5） 糖的有氧氧化中通过氧化磷酸化反应得到 34(或 32)分子 ATP，通过底物水平磷酸化生 成 6 分子 ATP。在肝、肾、心等组织中 l 分子葡萄糖彻底氧化可生成 38 分子 ATP，而骨骼肌 及脑组织中只能生成 36 分子 ATP，这一差别的原因是由于葡萄糖到丙酮酸这阶段的反应是在 细胞质中进行，3-磷酸甘油醛脱氢酶的辅酶 NADH+H+又必须在线粒体内进行氧化磷酸化，因 此 NADH+H+要通过穿梭系统进入线粒体，由于穿梭系统的不同，最后获得 ATP 数目亦不同(详 见“第八章”)。从糖原的葡萄糖残基开始氧化，则每分子糖基氧化可形成 39(或 37)分子 ATP。 三、糖有氧氧化的调节 糖有氧氧化中，葡萄糖生成丙酮酸过程的调节和糖酵解中一样，这里主要讨论丙酮酸脱氢 酶复合体和三羧酸循环的调节。 （一） 丙酮酸脱氢酶复合体的调节 丙酮酸脱氢酶复合体有别构调节和共价调节两种。别构调节的抑制剂有 ATP、乙酰辅酶 A
NADH、脂肪酸等。激活剂是ADP、COA、NAD和Ca2等。当[ATP/[ADP],[NADH/[NAD]和[乙 酰CoA]/[CoA]很高时,提示能量足够,丙酮酸脱氢酶复合体被别构后活性抑制。 丙酮酸脱氢酶复合体还存在共价修饰调节机制:组成成分之一的丙酮酸脱氢酶中的丝氨 酸残基可被特定的磷酸激酶磷酸化而使丙酮酸脱氢酶失活:相应的磷酸酶可使磷酸化的丙酮 酸脱氢酶去磷酸化而恢复其活性。这个特定的磷酸激酶又受到ATP的别构激活:当ATP浓度 髙时,特定的磷酸激酶别构激活,使丙酮酸脱氢酶被磷酸化抑制其活性。 (二)三羧酸循环的调节 三羧酸循环的三个调节点是:柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合 体这三个限速酶,最重要的调节点是异柠檬酸脱氢酶,其次是α-酮戊二酸脱氢酶复合体;最 主要的调节因素是ATP和NAH的浓度。当[ATP]/[ADP],[NADH/NAD]很高时,提示能量足 够,三个限速酶活性被抑制:反之,这三个限速酶的活性被激活。此外,底物乙酰CoA、草 酰乙酸的不足,产物柠檬酸、ATP产生过多,都能抑制柠檬酸合酶 四、糖有氧氧化与糖酵解的相互调节 巴斯德效应( Pastuer effect)是指:在有氧的条件下糖有氧氧化抑制糖无氧酵解。这 个效应是 Paster在硏究酵母菌葡萄糖发酵时发现的:在无氧的条件下,糖无氧酵解产生的 ATP的速度和数量远远大于有氧氧化,为产生ATP的主要方式。但在有氧的条件下,酵母菌 的酵解作用受到抑制。这种现象同样出现在肌肉中:当肌肉组织供氧充分的情况下,有氧氧 化抑制糖无氧酵解,产生大量量能量供肌肉组织活动所需。缺氧时,则以糖无氧酵解为主。 在一些代谢旺盛的正常组织和肿瘤细胞中,即使在有氧的条件下,仍然以糖无氧酵解为 产生ATP的主要方式,这种现象称为 Crabtree效应或反巴斯德效应。在具有 Crabtree效应的 组织细胞中,其糖无氧酵解酶系(己糖激酶、6磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶)活性较强, 线粒体中产生ATP的酶系活性较低,氧化磷酸化减弱,以糖无氧酵解酶系产生能量为主。 第六节磷酸戊糖途径 磷酸戊糖途径( pentose phosphate pathway)是葡萄糖氧化分解的另一条重要途径, 它的功能不是产生ATP,而是产生细胞所需的具有重要生理作用的特殊物质,如 NADPH和 5-磷酸核糖。这条途径存在于肝脏、脂肪组织、甲状腺、肾上腺皮质、性腺、红细胞等组 织中。代谢相关的酶存在于细胞质中 、磷酸戊糖途径反应过程 磷酸戊糖途径是一个比较复杂的代谢途径:6分子葡萄糖经磷酸戊糖途径可以使1分 子葡萄糖转变为6分子C02。磷酸戊糖途径的过程见图6-9
NADH、脂肪酸等。激活剂是 ADP、CoA、NAD+和 Ca2+等。当[ATP]/[ADP]，[NADH]/[NAD+ ]和[乙 酰 CoA]/[ CoA]很高时，提示能量足够，丙酮酸脱氢酶复合体被别构后活性抑制。 丙酮酸脱氢酶复合体还存在共价修饰调节机制：组成成分之一的丙酮酸脱氢酶中的丝氨 酸残基可被特定的磷酸激酶磷酸化而使丙酮酸脱氢酶失活；相应的磷酸酶可使磷酸化的丙酮 酸脱氢酶去磷酸化而恢复其活性。这个特定的磷酸激酶又受到 ATP 的别构激活：当 ATP 浓度 高时，特定的磷酸激酶别构激活，使丙酮酸脱氢酶被磷酸化抑制其活性。 （二） 三羧酸循环的调节 三羧酸循环的三个调节点是：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合 体这三个限速酶，最重要的调节点是异柠檬酸脱氢酶，其次是α-酮戊二酸脱氢酶复合体；最 主要的调节因素是 ATP 和 NADH 的浓度。当[ATP]/[ADP]，[NADH]/[NAD+ ]很高时，提示能量足 够，三个限速酶活性被抑制；反之，这三个限速酶的活性被激活。此外，底物乙酰 CoA、草 酰乙酸的不足，产物柠檬酸、ATP 产生过多，都能抑制柠檬酸合酶。 四、糖有氧氧化与糖酵解的相互调节 巴斯德效应（Pastuer effect）是指：在有氧的条件下糖有氧氧化抑制糖无氧酵解。这 个效应是 Pastuer 在研究酵母菌葡萄糖发酵时发现的：在无氧的条件下，糖无氧酵解产生的 ATP 的速度和数量远远大于有氧氧化，为产生 ATP 的主要方式。但在有氧的条件下，酵母菌 的酵解作用受到抑制。这种现象同样出现在肌肉中：当肌肉组织供氧充分的情况下，有氧氧 化抑制糖无氧酵解，产生大量量能量供肌肉组织活动所需。缺氧时，则以糖无氧酵解为主。 在一些代谢旺盛的正常组织和肿瘤细胞中，即使在有氧的条件下，仍然以糖无氧酵解为 产生 ATP 的主要方式，这种现象称为 Cratree 效应或反巴斯德效应。在具有 Cratree 效应的 组织细胞中，其糖无氧酵解酶系（己糖激酶、6 磷酸果糖激酶 1、丙酮酸激酶）活性较强，而 线粒体中产生 ATP 的酶系活性较低，氧化磷酸化减弱，以糖无氧酵解酶系产生能量为主。 第六节 磷酸戊糖途径 磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway）是葡萄糖氧化分解的另一条重要途径， 它的功能不是产生 ATP，而是产生细胞所需的具有重要生理作用的特殊物质，如 NADPH 和 5-磷酸核糖。这条途径存在于肝脏、脂肪组织、甲状腺、肾上腺皮质、性腺、红细胞等组 织中。代谢相关的酶存在于细胞质中。 一、 磷酸戊糖途径反应过程 磷酸戊糖途径是一个比较复杂的代谢途径： 6 分子葡萄糖经磷酸戊糖途径可以使 1 分 子葡萄糖转变为 6 分子 CO2。磷酸戊糖途径的过程见图 6-9