自养生物
分解代谢
糖代谢包括 异养生物
自养生物
合成代谢
异养生物
能量转换（能源）
糖代谢的生物学功能
物质转换（碳源）
可转化成多种中间产物，这些中间产物可进一步转化成氨基酸、脂肪酸、核苷酸。
糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质：NAD、FAD、DNA、RNA、ATP。
分解代谢：酵解（共同途径）、三羧酸循环（最后氧化途径）、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。
合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用。
分解代谢和合成代谢，受神经、激素、别构物调节控制。
第一节 糖酵解 glycolysis
一、 酵解与发酵
1、 酵解 glycolysis （在细胞质中进行）
酵解酶系统将Glc降解成丙酮酸，并生成ATP的过程。它是动物、植物、微生物细胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径。
在好氧有机体中，丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环被彻底氧化成CO2和H2O，产生的NADH经呼吸链氧化而产生ATP和水，所以酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。
若供氧不足，NADH把丙酮酸还原成乳酸（乳酸发酵）。
2、 发酵fermentation
厌氧有机体（酵母和其它微生物）把酵解产生的NADH上的氢，传递给丙酮酸，生成乳酸，则称乳酸发酵。
若NAPH中的氢传递给丙酮酸脱羧生成的乙醛，生成乙醇，此过程是酒精发酵。
有些动物细胞即使在有O2时，也会产生乳酸，如成熟的红细胞（不含线粒体）、视网膜。
二、 糖酵解过程（EMP）
Embden-Meyerhof Pathway ，1940
在细胞质中进行
1、 反应步骤
P79 图 13-1 酵解途径，三个不可逆步骤是调节位点。
（1）、 葡萄糖磷酸化形成G-6-P
反应式
此反应基本不可逆，调节位点。△G0= - 4.0Kcal/mol使Glc活化，并以G-6-P形式将Glc限制在细胞内。
催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。
激酶：催化ATP分子的磷酸基（r-磷酰基）转移到底物上的酶称激酶，一般需要Mg2+或Mn2+作为辅因子，底物诱导的裂缝关闭现象似乎是激酶的共同特征。
P 80 图13-2己糖激酶与底物结合时的构象变化
已糖激酶：专一性不强，可催化Glc、Fru、Man（甘露糖）磷酸化。己糖激酶是酵解途径中第一个调节酶，被产物G-6-P强烈地别构抑制。
葡萄糖激酶：对Glc有专一活性，存在于肝脏中，不被G-6-P抑制。Glc激酶是一个诱导酶，由胰岛素促使合成，
肌肉细胞中已糖激酶对Glc的Km为0.1mmol/L，而肝中Glc激酶对Glc的Km为10mmol/L，因此，平时细胞内Glc浓度为5mmol/L时，已糖激酶催化的酶促反应已经达最大速度，而肝中Glc激酶并不活跃。进食后，肝中Glc浓度增高，此时Glc激酶将Glc转化成G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞中。
（2）、 G-6-P异构化为F-6-P
反应式：
由于此反应的标准自由能变化很小，反应可逆，反应方向由底物与产物的含量水平控制。
此反应由磷酸Glc异构酶催化，将葡萄糖的羰基C由C1移至C2 ，为C1位磷酸化作准备，同时保证C2上有羰基存在，这对分子的β断裂，形成三碳物是必需的。
（3）、 F-6-P磷酸化，生成F-1.6-P
反应式：
此反应在体内不可逆，调节位点，由磷酸果糖激酶催化。
磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的第二个调节酶
（4）、 F-1.6-P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）
反应式：
该反应在热力学上不利，但是，由于具有非常大的△G0负值的F-1.6-2P的形成及后续甘油醛-3-磷酸氧化的放能性质，促使反应正向进行。同时在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行。
该反应由醛缩酶催化，反应机理
P 83
（5）、 磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成3-磷酸甘油醛
反应式：（注意碳原子编号的变化）
由磷酸丙糖异构酶催化。
已糖转化成3-磷酸甘油醛后，C原子编号变化：F-1.6-P的C1-P、C6-P都变成了3-磷酸甘油醛的C3-P
图解：
（6）、 3-磷酸甘油醛氧化成1.3—二磷酸甘油酸
反应式：
由磷酸甘油醛脱氢酶催化。
此反应既是氧化反应，又是磷酸化反应，氧化反应的能量驱动磷酸化反应的进行。
反应机理：
P84 图 13-4 3-磷酸甘油醛脱氢酶的催化机理
碘乙酸可与酶的-SH结合，抑制此酶活性，砷酸能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸化作用解偶连（生成3-磷酸甘油酸）
（7）、 1．3—二磷酸甘油酸转化成3—磷酸甘油酸和ATP
反应式：
由磷酸甘油酸激酶催化。
这是酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解过程中第一次产生ATP的反应。
一分子Glc产生二分子三碳糖，共产生2ATP。这样可抵消Glc在两次磷酸化时消耗的2ATP。
（8）、 3—磷酸甘油酸转化成2—磷酸甘油酸
反应式：
磷酸甘油酸变位酶催化，磷酰基从C3移至C2。
（9）、 2—磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
反应式：
烯醇化酶
2—磷酸甘油酸中磷脂键是一个低能键（△G= -17.6Kj /mol）而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇键是高能键（△G= -62.1Kj /mol），因此，这一步反应显著提高了磷酰基的转移势能。
（10）、 磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。
反应式：
不可逆，调节位点。
由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是酵解途径的第三个调节酶，
这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化反应，磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP，生成ATP和丙酮酸
EMP总反应式：
1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ → 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O
2、 糖酵解的能量变化
P87 图 13-5 糖酵解途径中ATP的生成
无氧情况下：净产生2ATP（2分子NADH将2分子丙酮酸还原成乳酸）。
有氧条件下：NADH可通过呼吸链间接地被氧化，生成更多的ATP。
1分子NADH→3ATP
1分子FAD →2ATP
因此，净产生8ATP（酵解2ATP，2分子NADH进入呼吸氧化，共生成6ATP）。
但在肌肉系统组织和神经系统组织：一个Glc酵解，净产生6ATP（２+２*２）。
★甘油磷酸穿梭：
2分子NADH进入线粒体，经甘油磷酸穿梭系统，胞质中磷酸二羟丙酮被还原成3—磷酸甘油，进入线粒体重新氧化成磷酸二羟丙酮，但在线粒体中的3—磷酸甘油脱氢酶的辅基是FAD，因此只产生4分子ATP。
①：胞液中磷酸甘油脱氢酶。
②：线粒体磷酸甘油脱氢酶。
《罗纪盛》P 259 P 260。
★苹果酸穿梭机制：
胞液中的NADH可经苹果酸脱氢酶催化，使草酰乙酸还原成苹果酸，再通过苹果酸—2—酮戊二酸载休转运，进入线粒体内，由线粒体内的苹果酸脱氢酶催化，生成NADH和草酰乙酸。
而草酰乙酸经天冬氨酸转氨酶作用，消耗Glu而形成Asp。Asp经线粒体上的载体转运回胞液。在胞液中，Asp经胞液中的Asp转氨酶作用，再产生草酰乙酸。
经苹果酸穿梭，胞液中NADH进入呼吸链氧化，产生3个ATP。
图
苹果酸脱氢酶（胞液）
α—酮戊二酸转位酶
苹果酸脱氢酶（线粒体基质）
谷—草转氨酶
Glu—Asp转位酶
谷—草转氨酶
草酰乙酸：
苹果酸：
α—酮戊二酸：
3、 糖酵解中酶的反应类型
P88 表13-1 糖酵解反应
氧化还原酶（1种）：3—磷酸甘油醛脱氢酶
转移酶（4种）：己糖激酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶
裂合酶（1种）：醛缩酶
异构酶（4种）：磷酸Glc异构酶、磷酸丙糖异构酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶
三、 糖酵解的调节
参阅 P120 糖酵解的调节
糖酵解过程有三步不可逆反应，分别由三个调节酶（别构酶）催化，调节主要就发生在三个部位。
1、 已糖激酶调节
别构抑制剂（负效应调节物）：G—6—P和ATP
别构激活剂（正效应调节物）：ADP
2、 磷酸果糖激酶调节（关键限速步骤）
抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和H+
激活剂：AMP、F—2.6—2P
ATP：细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。
柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。
H+：可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒。
3、 丙酮酸激酶调节
抑制剂：乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala、ATP
激活剂：F-1.6-P、
四、 丙酮酸的去路
1、 进入三羧酸循环
2、 乳酸的生成
在厌氧酵解时（乳酸菌、剧烈运动的肌肉），丙酮酸接受了3—磷酸甘油醛脱氢酶生成的NADH上的氢，在乳酸脱氢酶催化下，生成乳酸。
总反应： Glc + 2ADP + 2Pi → 2乳酸 + 2ATP + 2H2O
动物体内的乳酸循环 Cori 循环：
图
肌肉收缩，糖酵解产生乳酸。乳酸透过细胞膜进入血液，在肝脏中异生为Glc，解除乳酸积累引起的中毒。
Cori循环是一个耗能过程：2分子乳酸生成1分子Glc，消耗6个ATP。
3、 乙醇的生成
酵母或其它微生物中，经糖酵解产生的丙酮酸，可以经丙酮酸脱羧酶催化，脱羧生成乙醛，在醇脱氢酶催化下，乙醛被NADH还原成乙醇。
总反应：Glc+2pi+2ADP+2H+→2乙醇+2CO2+2ATP+2H20
在厌氧条件下能产生乙醇的微生物，如果有氧存在时，则会通过乙醛的氧化生成乙酸，制醋。
4、 丙酮酸进行糖异生
五、 其它单糖进入糖酵解途径
除葡萄糖外，其它单糖也可进行酵解
P 91 图 13-6 各种单糖进入糖酵解的途径
1．糖原降解产物G—1—P
2．D—果糖 有两个途径
3．D—半乳糖
4．D—甘露糖
分解代谢
糖代谢包括 异养生物
自养生物
合成代谢
异养生物
能量转换（能源）
糖代谢的生物学功能
物质转换（碳源）
可转化成多种中间产物，这些中间产物可进一步转化成氨基酸、脂肪酸、核苷酸。
糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质：NAD、FAD、DNA、RNA、ATP。
分解代谢：酵解（共同途径）、三羧酸循环（最后氧化途径）、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。
合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用。
分解代谢和合成代谢，受神经、激素、别构物调节控制。
第一节 糖酵解 glycolysis
一、 酵解与发酵
1、 酵解 glycolysis （在细胞质中进行）
酵解酶系统将Glc降解成丙酮酸，并生成ATP的过程。它是动物、植物、微生物细胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径。
在好氧有机体中，丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环被彻底氧化成CO2和H2O，产生的NADH经呼吸链氧化而产生ATP和水，所以酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。
若供氧不足，NADH把丙酮酸还原成乳酸（乳酸发酵）。
2、 发酵fermentation
厌氧有机体（酵母和其它微生物）把酵解产生的NADH上的氢，传递给丙酮酸，生成乳酸，则称乳酸发酵。
若NAPH中的氢传递给丙酮酸脱羧生成的乙醛，生成乙醇，此过程是酒精发酵。
有些动物细胞即使在有O2时，也会产生乳酸，如成熟的红细胞（不含线粒体）、视网膜。
二、 糖酵解过程（EMP）
Embden-Meyerhof Pathway ，1940
在细胞质中进行
1、 反应步骤
P79 图 13-1 酵解途径，三个不可逆步骤是调节位点。
（1）、 葡萄糖磷酸化形成G-6-P
反应式
此反应基本不可逆，调节位点。△G0= - 4.0Kcal/mol使Glc活化，并以G-6-P形式将Glc限制在细胞内。
催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。
激酶：催化ATP分子的磷酸基（r-磷酰基）转移到底物上的酶称激酶，一般需要Mg2+或Mn2+作为辅因子，底物诱导的裂缝关闭现象似乎是激酶的共同特征。
P 80 图13-2己糖激酶与底物结合时的构象变化
已糖激酶：专一性不强，可催化Glc、Fru、Man（甘露糖）磷酸化。己糖激酶是酵解途径中第一个调节酶，被产物G-6-P强烈地别构抑制。
葡萄糖激酶：对Glc有专一活性，存在于肝脏中，不被G-6-P抑制。Glc激酶是一个诱导酶，由胰岛素促使合成，
肌肉细胞中已糖激酶对Glc的Km为0.1mmol/L，而肝中Glc激酶对Glc的Km为10mmol/L，因此，平时细胞内Glc浓度为5mmol/L时，已糖激酶催化的酶促反应已经达最大速度，而肝中Glc激酶并不活跃。进食后，肝中Glc浓度增高，此时Glc激酶将Glc转化成G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞中。
（2）、 G-6-P异构化为F-6-P
反应式：
由于此反应的标准自由能变化很小，反应可逆，反应方向由底物与产物的含量水平控制。
此反应由磷酸Glc异构酶催化，将葡萄糖的羰基C由C1移至C2 ，为C1位磷酸化作准备，同时保证C2上有羰基存在，这对分子的β断裂，形成三碳物是必需的。
（3）、 F-6-P磷酸化，生成F-1.6-P
反应式：
此反应在体内不可逆，调节位点，由磷酸果糖激酶催化。
磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的第二个调节酶
（4）、 F-1.6-P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）
反应式：
该反应在热力学上不利，但是，由于具有非常大的△G0负值的F-1.6-2P的形成及后续甘油醛-3-磷酸氧化的放能性质，促使反应正向进行。同时在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行。
该反应由醛缩酶催化，反应机理
P 83
（5）、 磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成3-磷酸甘油醛
反应式：（注意碳原子编号的变化）
由磷酸丙糖异构酶催化。
已糖转化成3-磷酸甘油醛后，C原子编号变化：F-1.6-P的C1-P、C6-P都变成了3-磷酸甘油醛的C3-P
图解：
（6）、 3-磷酸甘油醛氧化成1.3—二磷酸甘油酸
反应式：
由磷酸甘油醛脱氢酶催化。
此反应既是氧化反应，又是磷酸化反应，氧化反应的能量驱动磷酸化反应的进行。
反应机理：
P84 图 13-4 3-磷酸甘油醛脱氢酶的催化机理
碘乙酸可与酶的-SH结合，抑制此酶活性，砷酸能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸化作用解偶连（生成3-磷酸甘油酸）
（7）、 1．3—二磷酸甘油酸转化成3—磷酸甘油酸和ATP
反应式：
由磷酸甘油酸激酶催化。
这是酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解过程中第一次产生ATP的反应。
一分子Glc产生二分子三碳糖，共产生2ATP。这样可抵消Glc在两次磷酸化时消耗的2ATP。
（8）、 3—磷酸甘油酸转化成2—磷酸甘油酸
反应式：
磷酸甘油酸变位酶催化，磷酰基从C3移至C2。
（9）、 2—磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
反应式：
烯醇化酶
2—磷酸甘油酸中磷脂键是一个低能键（△G= -17.6Kj /mol）而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇键是高能键（△G= -62.1Kj /mol），因此，这一步反应显著提高了磷酰基的转移势能。
（10）、 磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。
反应式：
不可逆，调节位点。
由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是酵解途径的第三个调节酶，
这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化反应，磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP，生成ATP和丙酮酸
EMP总反应式：
1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ → 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O
2、 糖酵解的能量变化
P87 图 13-5 糖酵解途径中ATP的生成
无氧情况下：净产生2ATP（2分子NADH将2分子丙酮酸还原成乳酸）。
有氧条件下：NADH可通过呼吸链间接地被氧化，生成更多的ATP。
1分子NADH→3ATP
1分子FAD →2ATP
因此，净产生8ATP（酵解2ATP，2分子NADH进入呼吸氧化，共生成6ATP）。
但在肌肉系统组织和神经系统组织：一个Glc酵解，净产生6ATP（２+２*２）。
★甘油磷酸穿梭：
2分子NADH进入线粒体，经甘油磷酸穿梭系统，胞质中磷酸二羟丙酮被还原成3—磷酸甘油，进入线粒体重新氧化成磷酸二羟丙酮，但在线粒体中的3—磷酸甘油脱氢酶的辅基是FAD，因此只产生4分子ATP。
①：胞液中磷酸甘油脱氢酶。
②：线粒体磷酸甘油脱氢酶。
《罗纪盛》P 259 P 260。
★苹果酸穿梭机制：
胞液中的NADH可经苹果酸脱氢酶催化，使草酰乙酸还原成苹果酸，再通过苹果酸—2—酮戊二酸载休转运，进入线粒体内，由线粒体内的苹果酸脱氢酶催化，生成NADH和草酰乙酸。
而草酰乙酸经天冬氨酸转氨酶作用，消耗Glu而形成Asp。Asp经线粒体上的载体转运回胞液。在胞液中，Asp经胞液中的Asp转氨酶作用，再产生草酰乙酸。
经苹果酸穿梭，胞液中NADH进入呼吸链氧化，产生3个ATP。
图
苹果酸脱氢酶（胞液）
α—酮戊二酸转位酶
苹果酸脱氢酶（线粒体基质）
谷—草转氨酶
Glu—Asp转位酶
谷—草转氨酶
草酰乙酸：
苹果酸：
α—酮戊二酸：
3、 糖酵解中酶的反应类型
P88 表13-1 糖酵解反应
氧化还原酶（1种）：3—磷酸甘油醛脱氢酶
转移酶（4种）：己糖激酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶
裂合酶（1种）：醛缩酶
异构酶（4种）：磷酸Glc异构酶、磷酸丙糖异构酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶
三、 糖酵解的调节
参阅 P120 糖酵解的调节
糖酵解过程有三步不可逆反应，分别由三个调节酶（别构酶）催化，调节主要就发生在三个部位。
1、 已糖激酶调节
别构抑制剂（负效应调节物）：G—6—P和ATP
别构激活剂（正效应调节物）：ADP
2、 磷酸果糖激酶调节（关键限速步骤）
抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和H+
激活剂：AMP、F—2.6—2P
ATP：细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。
柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。
H+：可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒。
3、 丙酮酸激酶调节
抑制剂：乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala、ATP
激活剂：F-1.6-P、
四、 丙酮酸的去路
1、 进入三羧酸循环
2、 乳酸的生成
在厌氧酵解时（乳酸菌、剧烈运动的肌肉），丙酮酸接受了3—磷酸甘油醛脱氢酶生成的NADH上的氢，在乳酸脱氢酶催化下，生成乳酸。
总反应： Glc + 2ADP + 2Pi → 2乳酸 + 2ATP + 2H2O
动物体内的乳酸循环 Cori 循环：
图
肌肉收缩，糖酵解产生乳酸。乳酸透过细胞膜进入血液，在肝脏中异生为Glc，解除乳酸积累引起的中毒。
Cori循环是一个耗能过程：2分子乳酸生成1分子Glc，消耗6个ATP。
3、 乙醇的生成
酵母或其它微生物中，经糖酵解产生的丙酮酸，可以经丙酮酸脱羧酶催化，脱羧生成乙醛，在醇脱氢酶催化下，乙醛被NADH还原成乙醇。
总反应：Glc+2pi+2ADP+2H+→2乙醇+2CO2+2ATP+2H20
在厌氧条件下能产生乙醇的微生物，如果有氧存在时，则会通过乙醛的氧化生成乙酸，制醋。
4、 丙酮酸进行糖异生
五、 其它单糖进入糖酵解途径
除葡萄糖外，其它单糖也可进行酵解
P 91 图 13-6 各种单糖进入糖酵解的途径
1．糖原降解产物G—1—P
2．D—果糖 有两个途径
3．D—半乳糖
4．D—甘露糖
