6年临床执业医师生物化学课本条记:第十一章糖类代谢_优德娱乐场w88官方网

  优德亚洲,第十一章糖类代谢

  第一节概述

  一、特点

  糖代谢可分为分解与合成两方面,前者包括酵解与三羧酸循环,后者包括糖的异生、糖原与结构多糖的合成等,中间代谢还有磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。

  糖代谢受神经、激素和酶的调节。同一生物体内的不同组织,其代谢情况有很大差异。脑组织始终以同一速度分解糖,心肌和骨骼肌在正常情况下降解速度较低,但当心肌缺氧和骨骼肌痉挛时可达到很高的速度。葡萄糖的合成主要在肝脏进行。不同组织的糖代谢情况反映了它们的不同功能。

  二、糖的消化和吸收

  (一)消化

  淀粉是动物的主要糖类来源,直链淀粉由300-400个葡萄糖构成,支链淀粉由上千个葡萄糖构成,每24-30个残基中有一个分支。糖类只有消化成单糖以后才能被吸收。

  主要的酶有以下几种:

  1.α-淀粉酶哺乳动物的消化道中较多,是内切酶,随机水解链内α1,4糖苷键,产生α-构型的还原末端。产物主要是糊精及少量麦芽糖、葡萄糖。最适底物是含5个葡萄糖的寡糖。

  2.β-淀粉酶在豆、麦种子中含量较多。是外切酶,作用于非还原端,水解α-1,4糖苷键,放出β-麦芽糖。水解到分支点则停止,支链淀粉只能水解50%。

  3.葡萄糖淀粉酶存在于微生物及哺乳动物消化道内,作用于非还原端,水解α-1,4糖苷键,放出β-葡萄糖。可水解α-1,6键,但速度慢。链长大于5时速度快。

  4.其他α-葡萄糖苷酶水解蔗糖,β-半乳糖苷酶水解乳糖。

  二、吸收

  D-葡萄糖、半乳糖和果糖可被小肠粘膜上皮细胞吸收,不能消化的二糖、寡糖及多糖不能吸收,由肠细菌分解,以CO2、甲烷、酸及H2形式放出或参加代谢。

  三、转运

  1.主动转运小肠上皮细胞有协助扩散系统,通过一种载体将葡萄糖(或半乳糖)与钠离子转运进入细胞。此过程由离子梯度提供能量,离子梯度则由Na-K-ATP酶维持。细菌中有些糖与氢离子协同转运,如乳糖。另一种是基团运送,如大肠杆菌先将葡萄糖磷酸化再转运,由磷酸烯醇式丙酮酸供能。果糖通过一种不需要钠的易化扩散转运。需要钠的转运可被根皮苷,不需要钠的易化扩散被细胞松驰素。

  2.葡萄糖进入红细胞、肌肉和脂肪组织是通过被动转运。其膜上有受体。红细胞受体可转运多种D-糖,葡萄糖的Km最小,L型不转运。此受体是蛋白质,其转运速度决定肌肉和脂肪组织利用葡萄糖的速度。心肌缺氧和肌肉做工时转运加速,胰岛素也可促进转运,可能是通过改变膜结构。

  第二节糖酵解

  一、定义

  1.酵解是酶将葡萄糖降解成丙酮酸并生成ATP的过程。它是动植物及微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。有氧时丙酮酸进入线粒体,经三羧酸循环彻底氧化生成CO2和水,酵解生成的NADH则经呼吸链氧化产生ATP和水。缺氧时NADH把丙酮酸还原生成乳酸。

  2.发酵也是葡萄糖或有机物降解产生ATP的过程,其中有机物既是电子供体,又是电子受体。根据产物不同,可分为乙醇发酵、乳酸发酵、乙酸、丙酸、丙酮、丁醇、丁酸、琥珀酸、丁二醇等。

  二、途径

  共10步,前5步是准备阶段,葡萄糖分解为三碳糖,消耗2ATP;后5步是放能阶段,三碳糖生成丙酮酸,生4ATP。总过程需10种酶,都在细胞质中,多数需要Mg2+。酵解过程中所有的中间物都是磷酸化的,可防止从细胞膜漏出、保存能量,并有利于与酶结合。

  1.磷酸化葡萄糖被ATP磷酸化,产生6-磷酸葡萄糖。

  反应放能,在生理条件下不可逆(K大于300)。由己糖激酶或葡萄糖激酶催化,需要Mg2+或Mn2+。己糖激酶可作用于D-葡萄糖、果糖和甘露糖,是糖酵解过程中的第一个调节酶,受6-磷酸葡萄糖的别构。有三种同工酶。葡萄糖激酶存在于肝脏中,只作用于葡萄糖,不受6-磷酸葡萄糖的别构肌肉的己糖激酶Km=0.1mM,肝脏的葡萄糖激酶Km=10mM,平时细胞中的葡萄糖浓度时5mM,只有进后葡萄糖激酶才活跃,合成糖原,降低血糖浓度,葡萄糖激酶是酶,胰岛素可它的合成。6-磷酸葡萄糖也可由糖原合成,由糖原磷酸化酶催化,生成1-磷酸葡萄糖,在磷酸葡萄糖变位酶的催化成6-磷酸葡萄糖。此途径少消耗1个ATP。6-磷酸葡萄糖由葡萄糖6-磷酸酶催化水解,此酶存在于肝脏和肾脏中,肌肉中没有。

  2.异构由6-磷酸葡萄糖生成6-磷酸果糖

  反应中间物是酶结合的烯醇化合物,反应是可逆的,由浓度控制。由磷酸葡萄糖异构酶催化,受磷酸戊糖支的中间物竞争,如6-磷酸葡萄糖酸。戊糖支通过这种方式酵解和有氧氧化,pH降低使加强,减少酵解,以免组织过酸。

  3.磷酸化6-磷酸果糖被ATP磷酸化,生成1,6-二磷酸果糖

  由磷酸果糖激酶催化,是酵解的限速步骤。是别构酶,四聚体,调节物很多,ATP、柠檬酸、磷酸肌酸、脂肪酸、DPG是负调节物;果糖1,6-二磷酸、AMP、ADP、磷酸、环AMP等是正调节物。PFK有三种同工酶,A在心肌和骨骼肌中,对磷酸肌酸、柠檬酸和磷酸;B在肝和红细胞中,对DPG;C在脑中,对ATP和磷酸。各种效应物在不同组织中浓度不同,更重要的是其浓度变化幅度不同,如大鼠在运动和休息时ATP含量仅差0.8ug/g肌肉,不能改变PFK活力,而磷酸肌酸浓度变化大,效应也大。

  4.裂解生成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮

  由醛缩酶催化,有三种同工酶,A在肌肉中,B在肝中,C在脑中。平衡有利于应,由浓度推动反应进行。生成西弗碱中间物。

  5.异构DHAP生成磷酸甘油醛

  DHAP要转变成磷酸甘油醛才能继续氧化,此反应由磷酸丙糖异构酶催化,平衡时磷酸甘油醛占10%,由于磷酸甘油醛不断消耗而进行。受磷酸和磷酸缩水甘油竞争。以上反应共消耗2ATP,产生23-磷酸甘油醛,原来葡萄糖的3,2,1位和4,5,6位变成1,2,3位。

  6.氧化G-3-P+NAD++H3PO4=1,3-DPG+NADH+H+

  由磷酸甘油醛脱氢酶催化,产物是混合酸酐,含高能键(11.8千卡)。反应可分为两部分,放能的氧化反应偶联推动吸能的磷酸化反应。酶是四聚体,含巯基,被碘乙酸强烈。砷酸盐与磷酸竞争,可产生3-磷酸甘油酸,但没有磷酸化,是解偶联剂。NAD之间有负协同效应,ATP和磷酸肌酸竞争剂,磷酸可促进酶活。

  肌肉收缩开始的几秒,磷酸肌酸从20mM下降到10-5mM,使酶活升高;随着乳酸的积累,ATP增强,酶活下降。

  7.放能1,3-DPG+ADP=3-磷酸甘油酸+ATP

  由磷酸甘油酸激酶催化,需Mg。是底物水平磷酸化,抵消了消耗的ATP。

  8.变位3-磷酸甘油酸变成2-磷酸甘油酸

  由磷酸甘油酸变位酶催化,需镁离子。DPG是辅因子,可由1,3-二磷酸甘油酸变位而来。机理是DPG的3位磷酸转移到底物的2位。DPG无高能键,可被磷酸酶水解成3-磷酸甘油酸。红细胞中有15-50%的1,3-DPG为DPG,以调节运氧能力。在氧分压较高的肺泡,亲和力不变,而在组织中亲和力降低,可增加氧的。

  9.脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸PEP

  由烯醇酶催化,需镁或锰离子。反应可逆,内能量重新分布,产生一个高能键。F—可络合镁离子,酶活,有磷酸盐时更强,可用来酵解。

  10.放能生成丙酮酸和ATP

  由丙酮酸激酶催化,需镁离子,不可逆。是别构酶,F-1,6-2P活化,脂肪酸、乙酰辅酶A、ATP和丙氨酸酶活。有三种同工酶,L型存在于肝脏中,被二磷酸果糖激活,脂肪酸、乙酰辅酶A、ATP和丙氨酸;A型存在于脂肪、肾和红细胞,被二磷酸果糖激活,ATP和丙氨酸;M型存在于肌肉中,被磷酸肌酸。丙酮酸激酶受激素影响,胰岛素可增加其合成。

  三、能量变化

  C6H12O6+2Pi+2ADP+2NAD+=2C3H4O3+2ATP+2NADH+2H++2H2O

  有氧时2个NADH经呼吸链可产生6个ATP,生8个ATP;无氧时生成乳酸,只有2个ATP。在骨骼肌和脑组织中,NADH进入线粒体要经过甘油磷酸穿梭系统,在细胞质中由3-磷酸甘油脱氢酶催化,将磷酸二羟丙酮还原生成3-磷酸甘油,进入线粒体后再氧化生成磷酸二羟丙酮,返回细胞质。因为其辅酶是FAD,所以生成FADH2,只产生2个ATP。这样其还原当量(2H++2e)被带入线粒体,生成FADH2,进入呼吸链,结果共生成6个ATP。

  其他组织如肝脏和心肌等,通过苹果酸穿梭系统,在苹果酸脱氢酶作用下还原草酰乙酸,生成苹果酸,进入线粒体后再氧化生成草酰乙酸。不过草酰乙酸不能通过线粒体膜,必需经谷草转氨酶催化生成天冬氨酸和α-酮戊二酸才能返回细胞质。线粒体中苹果酸脱氢酶的辅酶是NAD,所以可生成3个ATP。

  四、丙酮酸的去向

  1.生成乙酰辅酶A:有氧时丙酮酸进入线粒体,脱羧生成乙酰辅酶A,通过三羧酸循环彻底氧化成水和CO2。

  2.生成乳酸:乳酸菌及肌肉供氧不足时,丙酮酸接受3磷酸甘油醛脱氢时产生的NADH上的H,在乳酸脱氢酶催化下还原生成乳酸。LDH有5种同工酶,A4在骨骼肌,B4在心肌。A4以高速催化丙酮酸的还原,使骨骼肌可在缺氧时运动;H4速度慢并受丙酮酸,所以心肌在正常情况下并不生成乳酸,而是将血液中的乳酸氧化生成丙酮酸,进入三羧酸循环。骨骼肌产生的大量乳酸还可由肝脏氧化生成丙酮酸,再通过糖的异生转变为葡萄糖,供骨骼肌利用,称为乳酸循环或Coli氏循环。

  3.生成乙醇:在酵母菌中,由丙酮酸脱羧酶催化生成乙醛,再由乙醇脱氢酶催化还原生成乙醇。

  五、其他单糖

  1.果糖:可由己糖激酶催化形成6-磷酸果糖而进入酵解。己糖激酶对葡萄糖的亲和力比果糖大12倍,只有在脂肪组织中,果糖含量比葡萄糖高,才由此途径进入酵解。肝脏中有果糖激酶,可生成1-磷酸果糖,再被1-磷酸果糖醛缩酶裂解生成甘油醛和磷酸二羟丙酮,甘油醛由三碳糖激酶磷酸化生成3-磷酸甘油醛,进入酵解。

  2.半乳糖:在半乳糖激酶催化成1-磷酸半乳糖(需镁离子),再在1-磷酸半乳糖尿苷酰转移酶催化下与UDP-葡萄糖生成UDP-半乳糖和1-磷酸葡萄糖,UDP-半乳糖被UDP-半乳糖4-差向酶催化生成UDP-葡萄糖。反应是可逆的,半乳糖摄入不足时可用于合成半乳糖。

  3.甘露糖:由己糖激酶催化生成6-磷酸甘露糖,被磷酸甘露糖异构酶催化生成6-磷酸果糖,进入酵解。

  第三节三羧酸循环

  一、丙酮酸脱氢酶复合体

  (一)反应过程:5步,第一步不可逆。

  1.脱羧,生成羟乙基TPP,由E1催化。

  2.羟乙基被氧化成乙酰基,转移给硫辛酰胺。由E2催化。

  3.形成乙酰辅酶A。由E2催化。

  4.氧化硫辛酸,生成FADH2。由E3催化。

  5.氧化FADH2,生成NADH。

  复合体有60条肽链组成,直径30nm,E1和E2各24个,E3有12个。其中硫辛酰胺构成转动长臂,在电荷的推动下携带中间产物移动。

  (二)活性调控

  此反应处于代谢途径的分支点,收到严密调控:

  1.产物:乙酰辅酶AE2,NADHE3。可被辅酶A和NAD+逆转。

  2.核苷酸反馈调节:E1受GTP,被AMP活化。

  3.共价调节:E1上的特殊丝氨酸被磷酸化时无活性,水解后恢复活性。丙酮酸磷酸化作用,钙和胰岛素增加去磷酸化作用,ATP、乙酰辅酶A、NADH增加磷酸化作用。

  二、三羧酸循环的途径:8步。曾经怀疑第一个组分是其他三羧酸,故名三羧酸循环。也叫Krebs循环。

  1.辅酶A与草酰乙酸缩合,生成柠檬酸

  由柠檬酸缩合酶催化,高能硫酯键水解推动反应进行。受ATP、NADH、琥珀酰辅酶A和长链脂肪酰辅酶A。ATP可增加对乙酰辅酶A的Km。氟乙酰辅酶A可形成氟柠檬酸,下一步反应的酶,称为合成,可用于杀虫剂。

  2.柠檬酸异构化,生成异柠檬酸

  由顺乌头酸酶催化,先脱水,再加水。是含铁的非铁卟啉蛋白。需铁及巯基化合物(谷胱甘肽或Cys等)维持其活性。

  3.氧化脱羧,生成α-酮戊二酸

  第一次氧化,由异柠檬酸脱氢酶催化,生成NADH或NADPH。中间物是草酰琥珀酸。是第二个调节酶,能量高时。生理条件下不可逆,是限速步骤。细胞质中有另一种异柠檬酸脱氢酶,需NADPH,不是别构酶。其反应可逆,与NADPH还原当量有关。

  4.氧化脱羧,生成琥珀酰辅酶A

  第二次氧化脱羧,由α-酮戊二酸脱氢酶体系催化,生成NADH。其中E1为α-酮戊二酸脱氢酶,E2为琥珀酰转移酶,E3与丙酮酸脱氢酶体系相同。机制类似,但无共价调节。

  5.分解,生成琥珀酸和GTP

  是唯一一个底物水平磷酸化,由琥珀酰辅酶A合成酶(琥珀酰硫激酶)催化。GTP可用于蛋白质合成,也可生成ATP。需镁离子。

  6.脱氢,生成延胡索酸

  第三步氧化还原反应,由琥珀酸脱氢酶催化,生成FADH2。琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜,直接与呼吸链相连。FADH2不与酶解离,电子直接转移到酶的铁原子上。

  7.水化,生成苹果酸

  由延胡索酸酶催化,是反式加成,只形成L-苹果酸。

  8.脱氢,生成草酰乙酸

  第四次氧化还原,由L-苹果酸脱氢酶催化,生成NADH。反应在能量上不利,由于草酰乙酸的消耗而进行。

  三、总结(***)

  1.能量情况:每个循环产生3个NADH,1个FADH2,1个GTP,共12个ATP。加上酵解和丙酮酸脱氢,每个葡萄糖有氧氧化生36-38个ATP。

  2.不对称反应

  四、回补反应

  三羧酸循环的中间物是许多生物合成的前体,如草酰乙酸和α-酮戊二酸可用于合成天冬氨酸和谷氨酸,卟啉的碳原子来自琥珀酰辅酶A。这样会降低草酰乙酸浓度,三羧酸循环。所以必需补充草酰乙酸。

  1.丙酮酸羧化:与ATP、水和CO2在丙酮酸羧化酶作用成草酰乙酸。需要镁离子和生物素。是调节酶,平时活性低,乙酰辅酶A可促进其活性。

  2.PEP+CO2+P=草酰乙酸+GTP由磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化,需Mn2+,在脑和心脏中有这个反应。

  3.由天冬氨酸转氨生成草酰乙酸,谷氨酸生成α-酮戊二酸,异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸生成琥珀酰辅酶A。

  五、乙醛酸循环

  六、许多植物和微生物可将脂肪为糖,是通过一个类似三羧酸循环的乙醛酸循环,将2个乙酰辅酶A合成一个琥珀酸。此循环生成异柠檬酸后经异柠檬酸裂解酶催化,生成琥珀酸和乙醛酸,乙醛酸与另一个乙酰辅酶A缩合产生苹果酸,由苹果酸合成酶催化。然后与三羧酸循环相同。

  第四节磷酸戊糖途径

  一、作用在细胞质中进行

  (一)产生NADP,为生物合成提供还原力,如脂肪酸、固醇等。NADPH还可使谷胱甘肽维持还原态,维持红细胞还原性。

  (二)产生磷酸戊糖,参加核酸代谢

  (三)是植物光合作用中从CO2合成葡萄糖的部分途径

  二、途径

  (一)氧化阶段:生成5-磷酸核酮糖,并产生NADPH

  1.葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸脱氢酶作用成6-磷酸葡萄糖酸内酯,并产生NADPH。是此途径的调控酶,催化不可应,受NADPH反馈。

  2.被6-磷酸葡萄糖酸δ内酯酶水解,生成6-磷酸葡萄糖酸。

  3.在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶作用下脱氢、脱羧,生成5-磷酸核酮糖,并产生NADPH。

  (二)重排,产生6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛

  1.异构化,由磷酸戊糖异构酶催化为5-磷酸核糖,由磷酸戊糖差向酶催化为5-磷酸木酮糖。

  2.转酮反应。5-磷酸木酮糖和5-磷酸核糖在转酮酶催化成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。此酶也叫转酮醇酶,需TPP和镁离子,生成羟乙醛基TPP负离子中间物。

  3.转醛反应。7-景天庚酮糖与3-磷酸甘油醛在转醛酶催化成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖,反应中酶的赖氨酸氨基与酮糖底物生成西弗碱中间物。

  4.转酮反应。4-磷酸赤藓糖与5-磷酸木酮糖在转酮酶催化成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。

  5.总反应为:

  3核糖-5-磷酸=2果糖-6-磷酸+甘油醛-3-磷酸

  如细胞中磷酸核糖过多,可以逆转反应,进入酵解。

  第五节糖醛酸途径

  一、意义

  (一)解毒:肝脏中的糖醛酸有解毒作用,可与含羟基、巯基、羧基、氨基等基团的异物或药物结合,生成水溶性加成物,使其溶于水而排出。

  (二)生物合成:UDP-糖醛酸可用于合成粘多糖,如肝素、透明质酸、硫酸软骨素等。

  (三)合成维生素C,但灵长类不能。

  (四)形成木酮糖,可与磷酸戊糖途径相连。

  二、过程

  (一)6-磷酸葡萄糖为UDP-葡萄糖,再由NAD连接的脱氢酶催化,形成UDP-葡萄糖醛酸。

  (二)合成维生素C:UDP-葡萄糖醛酸经水解、还原、脱水,形成L-古洛糖酸内酯,再经L-古洛糖酸内酯氧化酶氧化成抗坏血酸。灵长类动物、豚鼠、印度果蝙蝠不能合成。

  (三)通过C5差向酶,形成UDP-艾杜糖醛酸。

  (四)L-古洛糖酸脱氢,再脱羧,生成L-木酮糖,然后与NADPH加氢生成木糖醇,还原NAD+生成木酮糖,与磷酸戊糖途径相连。

  第六节糖的异生

  一、意义

  (一)将非糖物质转变为糖,以维持血糖恒定,满足组织对葡萄糖的需要。人体可供利用的糖仅150克,而且储量最大的肌糖原只供本身消耗,肝糖原不到12小时即全部耗尽,这时必需通过异生补充血糖,以满足脑和红细胞等对葡萄糖的需要。

  (二)将肌肉酵解产生的乳酸合成葡萄糖,供肌肉重新利用,即乳酸循环。

  二、途径

  基本是酵解的逆转,但有三步不同:

  (一)由丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸

  1.丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用成草酰乙酸

  此酶存在于肝和肾脏的线粒体中,需生物素和镁离子。镁离子与ATP结合,提供能量,生成羧基生物素,再转给丙酮酸,形成草酰乙酸。此酶是别构酶,受乙酰辅酶A调控,缺乏乙酰辅酶A时无活性。ATP含量高可促进羧化。此反应联系三羧酸循环和糖异生,乙酰辅酶A可促进草酰乙酸合成,如ATP含量高则三羧酸循环被,异生加快。

  2.草酰乙酸过膜:异生在细胞质中进行,草酰乙酸要为苹果酸才能出线粒体膜,在细胞质中再氧化成草酰乙酸。这是由苹果酸脱氢酶催化的,同时带出一个NADH。因为线粒体中还原辅酶多,NAD+/NADH在细胞质中是500-700,线粒体中是5-8。

  3.磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化草酰乙酸生成PEP。反应需GTP提供磷酰基,速度受草酰乙酸浓度和激素调节。胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素可增加肝脏中的酶量,胰岛素相反。

  总反应为:

  丙酮酸+ATP+GTP+H2O=PEP+ADP+P+Pi+H+

  反应消耗2个高能键,比酵解更易进行。

  (二)果糖二磷酸酶催化果糖-1,6-二磷酸水解为果糖-6-磷酸。需镁离子。是别构酶,AMP强烈酶活,平时酶活50%。果糖2,6-二磷酸也,ATP、柠檬酸和3-磷酸甘油酸可激活。

  (三)6-磷酸葡萄糖水解,生成葡萄糖。由葡萄糖-6-磷酸酶催化,需镁离子。此酶存在于肝脏,脑和肌肉没有。

  总反应为:

  2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2O=葡萄糖+NAD++4ADP+2P+6Pi

  三、糖异生的前体

  (一)三羧酸循环的中间物,如柠檬酸、琥珀酸、苹果酸等。

  (二)大多数氨基酸是生糖氨基酸,如丙氨酸、丝氨酸、半胱氨酸等,可转变为三羧酸循环的中间物,参加异生。

  (三)肌肉产生的乳酸,可通过乳酸循环(Cori循环)生成葡萄糖。

  反刍动物胃中的细菌将纤维素分解为乙酸、丙酸、丁酸等,奇数碳脂肪酸可转变为琥珀酰辅酶A,参加异生。

  第七节糖原的合成与分解

  一、分解代谢

  (一)糖原磷酸化酶从非还原端水解α-1,4糖苷键,生成1-磷酸葡萄糖。到分支点前4个残基停止,生成极限糊精。可分解40%。有a,b两种形式,b为二聚体,磷酸化后生成有活性的a型四聚体。b也有一定活性,受AMP显著激活。

  (二)去分支酶:有两个活性中心,一个是转移酶,将3个残基转移到另一条链,留下以α-1,6键相连的分支点。另一个活性中心起脱支酶作用,水解分支点残基,生成游离葡萄糖。

  (三)磷酸葡萄糖变位酶:催化1-磷酸葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖,经1,6-二磷酸葡萄糖中间物。

  (四)肝脏、肾脏、小肠有葡萄糖6-磷酸酶,可水解生成葡萄糖,补充血糖。肌肉和脑没有,只能氧化供能。

  二、合成:与分解不同

  (一)在UDP-葡萄糖焦磷酸化酶作用下,1-磷酸葡萄糖生成UDP-葡萄糖,消耗一个UTP,生成焦磷酸

  (二)糖原合成酶将UDP-葡萄糖的糖基加在糖原引物的非还原端葡萄糖的C4羟基上。引物至少要有4个糖基,由引发蛋白和糖原起始合成酶合成,将UDP-葡萄糖加在引发蛋白的酪氨酸羟基上。糖原合成酶a磷酸化后活性降低,称为b,其活性依赖别构效应物6-磷酸葡萄糖激活。

  (三)分支酶合成支链。从至少11个残基的链上将非还原端7个残基转移到较内部的,形成1,6键分支。新的分支必需与原有糖链有4个残基的距离。分支可加快代谢速度,增加溶解度。

  三、衍生糖的合成

  (一)P-岩藻糖

  Glc→Glc-6-P→Fru-6-P→Man-6-P→Man-1-P→P-Man→P-岩藻糖

  (二)UDP-葡萄糖胺

  Fru-6-P→葡萄糖胺-6-P→NacG-6-P→NAcG-1-P→UDP-NacG

  (三)CMP-唾液酸

  UDP-NAcG→N-乙酰神经氨酸-9-磷酸→N-乙酰神经氨酸(唾液酸)→CMP-唾液酸

  第八节糖代谢的调节

  一、酵解的调节

  三个酶。通过能量与生物合成的原料调节。

  (一)磷酸果糖激酶是限速酶。其调节物有:

  1.ATP是底物,也是负调节物,可被AMP逆转。当细胞中能荷(ATP/AMP)高时,酶对6-磷酸果糖的亲和力降低。

  2.柠檬酸是三羧酸循环的第一个产物,其浓度增加表示生物合成的前体过剩,可加强ATP的作用。

  3.氢离子也有作用,可防止乳酸过多引起血液酸中毒。

  4.2,6-二磷酸果糖是别构活化剂,可增加对底物的亲和力。由磷酸果糖激酶2合成,在果糖二磷酸酶催化下水解成6-磷酸果糖。这两个酶称为前后酶或双功能酶,组成相同,其丝氨酸磷酸化后起磷酸酶作用,去磷酸则起激酶作用。

  (二)己糖激酶控制酵解的入口,因为6-磷酸葡萄糖的用处较多,参加磷酸戊糖途径、糖醛酸途径和糖原合成等,所以不是关键酶,由产物反馈,磷酸果糖激酶活性降低则6-磷酸葡萄糖积累,己糖激酶活性。

  (三)丙酮酸激酶控制出口。

  1.1,6-二磷酸果糖起活化作用,与磷酸果糖激酶协调,加速酵解。

  2.丙酮酸转氨生成丙氨酸,别构,表示生物合成过剩。

  3.其三种同工酶调节不同,肝脏的L型同工酶受ATP别构,且有可逆磷酸化。血糖低时被级联放大系统磷酸化,降低活性,而肌肉中的M型不受磷酸化调节,血糖低时也可酵解供能。A型介于两者之间。

  二、三羧酸循环的调控

  由三个酶调控:柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶。第一步是限速步骤,受底物浓度影响和ATP的。ATP还异柠檬酸脱氢酶,ADP起激活作用。NADH对三种酶都。琥珀酰辅酶A与乙酰辅酶A竞争,柠檬酸合成酶和α-酮戊二酸脱氢酶。草酰乙酸浓度低,是影响三羧酸循环速度的重要因素。

  三、酵解、三羧酸循环与氧化磷酸化

  给高速酵解的细胞氧气,则葡萄糖消耗减少,乳酸堆积终止,称为巴斯德效应。原因是有氧时丙酮酸氧化,产生大量ATP,酵解和三羧酸循环。三者都由能荷控制。

  四、糖异生和酵解的协调

  (一)高浓度的6-磷酸葡萄糖己糖激酶,促进异生。

  (二)酵解和异生的控制点是6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖的。ATP和柠檬酸促进异生,酵解。2,6-二磷酸果糖相反,是重要调节物。

  (三)丙酮酸与磷酸烯醇式丙酮酸的,丙酮酸羧化酶受乙酰辅酶A激活,ADP;丙酮酸激酶被ATP、NADH和丙氨酸。

  (四)无效循环:由不同酶催化的两个相反代谢反应条件不同,一个需要ATP参加,另一个进行水解,结果只是消耗能量,反应物不变,称为无效循环。可用于产热。

  五、糖原代谢的调节

  其分解与合成主要由糖原磷酸化酶和糖原合成酶控制。二者都受可逆磷酸化调节,效果相反。激素通过cAMP促进磷酸化作用,使磷酸化酶成为a型(有活性),合成酶变成b型(无活性)。合成酶由蛋白激酶磷酸化。

  六、神经和激素对血糖的调节

  血糖浓度一般在80-120mg/100ml,称为葡萄糖耐量。肾糖阈为160-180,血糖过多则从尿排出。血糖低于70或过度兴奋可刺激延脑第四脑室“糖中枢”,引起肝糖原分解。下丘脑可分泌皮质因子,作用于肾上腺皮质,升高血糖。影响糖代谢的激素有:

  1.胰岛素:由胰岛β细胞分泌,促进糖原合成酶活性,葡萄糖激酶合成,加强磷酸果糖激酶作用。低血糖效应。

  2.肾上腺素和胰高血糖素:通过cAMP激活糖原磷酸化酶,肝中磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶和果糖二磷酸酶的合成,促进异生,升高血糖。

  3.生长激素:抗胰岛素,糖原分解和葡萄糖氧化。促肾上腺皮质激素可阻碍肌糖原氧化,促进肝糖原合成。

  4.甲状腺素:促进糖的异生和糖原分解,增加小肠对葡萄糖的吸收,升高血糖。

  以上激素都是水溶性激素,通过cAMP起作用。

  第九节光合作用(课本27章)

  1771年J.Priestly发现植物能“净化被燃烧的蜡烛所恶化的空气”。后来普里斯特利因同情法国而离开英国。拉瓦锡发现了氧化现象和物质不灭定律,打破了燃素;荷兰人发现植物在阳光下可以净化空气,在中会恶化空气。人根据物质不灭定律证明光合作用中有水参加;人罗伯特f迈耶发现能量守恒定律,指出光合作用是光能为化学能的过程。每年光合作用可1017千卡能,相当于1010吨碳。

  一、概述

  (一)光合细胞捕获光能并为化学能的过程,即利用光能将CO2为有机物的过程称为光合作用。绿色植物以水为电子供体,放出氧气,光合细菌以H2S等为供体,不放出氧气。

  (二)光合作用分为两个阶段,第一阶段是光反应,由光合色素将光能转变为化学能,并形成ATP和NADPH。第二阶段是暗反应,用ATP和NADPH将CO2还原为糖或其他有机物,不需要光。

  (三)叶绿体是光合作用的器官,有外膜和内膜,膜上有光合色素。膜包着基质,其中有暗反应需要的酶。细菌无叶绿体。

  二、光反应

  (一)光系统

  1.光系统I:700nm激活,产生NADPH

  2.光系统II:680nm激活,产生O2

  (二)过程:分为两个阶段

  1.P680吸收光能,产生强氧化剂,从水中夺取电子,通过电子传递链传给质蓝素(一种铜蛋白),同时产生质子梯度。

  2.电子从质蓝素传给P700,再吸收光能,将电子传递给NADP+,并提高质子梯度。

  (三)光合磷酸化:依赖质子梯度,由叶绿体ATP合成酶(CFO-CF1)合成ATP。根据电子传递方式可分为循环式和非循环式。当NADP+不足时,采用非循环式,不放氧气。

  三、暗反应

  (一)三碳途径:生成三碳中间物

  1.固定:1,5-二磷酸核酮糖在二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)催化下与CO2生成2-羧基-3-酮-1,5-二磷酸核糖醇,然后加水分解为2个3-磷酸甘油酸。Rubisco占叶绿体总蛋白的60%,是自然界中含量最丰富的酶。

  2.生成葡萄糖:与异生相似,但3-磷酸甘油醛脱氢酶在叶绿体中以NADPH为辅基。

  3.二磷酸核酮糖的再生:一系列转酮和转醛反应,与戊糖途径类似。由6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛开始,经四碳、七碳,生成5-磷酸核酮糖,在磷酸核酮糖激酶催化成1,5-二磷酸核酮糖。

  4.总反应为:

  6CO2+12H2O+18ATP+12NADPH+12H+=

  C6H12O6+18ADP+18Pi+12NADP+

  此过程需8个光子,按波长600nm计算,能量为381千卡,葡萄糖氧化为可放能114千卡,所以能量利用率约为30%。

  (二)调控:二磷酸核酮糖羧化酶是别构限速酶,光照射叶绿体产生的三个因素可刺激酶活:

  1.光照使质子外流,基质内pH升高,增加酶活。

  2.质子转运伴随着氯和镁离子的转移,镁离子浓度升高也刺激酶活。

  3.光照增加NADPH,提高反应速度。

  4.光系统I中的铁氧还蛋白可还原硫氧还蛋白,后者可协调光和暗反应,激活暗反应中的一些酶。可加快100倍。

  (三)光呼吸

  二磷酸核酮糖羧化酶还催化二磷酸核酮糖氧化生成3-磷酸甘油酸和磷酸乙醇酸,前者可参加糖的合成,后者通过乙醛酸途径放出CO2。氧化和羧化在同一位点,彼此竞争,羧化活性高4倍。光呼吸浪费能量,希望通过基因工程除去。

  光呼吸随温度升高而加快的速度比羧化更快,所以高温时光合作用效率降低。四碳植物CO2含量高,可光呼吸,所以更适宜在高温长。

  (四)四碳途径

  存在于热带和带植物中,利用CO2的效率特别高。其叶肉细胞细胞质中碳酸酐酶催化CO2形成碳酸氢根,再由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶形成草酰乙酸,被NADPH还原成苹果酸,转移到维管束细胞,脱羧生成丙酮酸和CO2。CO2进入三碳循环,丙酮酸返回叶肉细胞,被丙酮酸磷酸二激酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸。因此每固定一个CO2四碳途径多消耗2个ATP,共5个。热带植物常关闭气孔,CO2和O2都不易进入,通过四碳途径可保持二磷酸核酮糖的最大活力,降低光呼吸,所以四碳植物生长快,是高产植物。

  本章名词解释

  酵解(glycolysis):由10步酶促反应组成的糖分解代谢途径。通过该途径,一葡萄糖为两丙酮酸,同时净生成两ATP和两NADH。

  发酵(fermentation):营养(Eg葡萄糖)产能的厌氧降解。在乙醇发酵中,丙酮酸为乙醇和CO2。

  巴斯德效应(Pasteureffect):氧存在下,酵解速度放慢的现象。

  底物水平磷酸化(substratephosphorlation):ADP或某些其它的核苷-5′—二磷酸的磷酸化是通过来自一个非核苷酸底物的磷酰基的转移实现的。这种磷酸化与电子的转递链无关。

  柠檬酸循环(citricacidcycle):也称为三羧酸循环(TAC),Krebs循环。是用于乙酰CoA中的乙酰基氧化成CO2的酶促反应的循环系统,该循环的第一步是由乙酰CoA经草酰乙酸缩合形成柠檬酸。

  回补反应(anapleroticreaction):酶催化的,补充柠檬酸循环中间代谢物供给的反应,例如由丙酮酸羧化酶生成草酰乙酸的反应。

  乙醛酸循环(glyoxylatecycle):是某些植物,细菌和酵母中柠檬酸循环的修改形式,通过该循环可以收乙乙酰CoA经草酰乙酸净生成葡萄糖。乙醛酸循环绕过了柠檬酸循环中生成两个CO2的步骤

  戊糖磷酸途径(pentosephosphareparhway):那称为磷酸已糖支。是一个葡萄糖-6-磷酸经代谢产生NADPH和核糖-5-磷酸的途径。该途径包括氧化和非氧化两个阶段,在氧化阶段,葡萄糖-6-磷酸为核酮糖-5-磷酸和CO2,并生成两NADPH;在非氧化阶段,转录起始因子核酮糖-5-磷酸异构化生成核糖-5-磷酸或为酵解的两用人才个中间代谢物果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。

  糖醛酸途径(glucuronatepathway):从葡萄糖-6-磷酸或葡萄糖-1-磷酸开始,经UDP-葡萄糖醛酸生成葡萄糖醛酸和抗坏血酸的途径。但只有在植物和那些可以合成抗坏血酸的动物体内,才可以通过该途径合成维生素C。

  无效循环(futilecycle):也称为底物循环。一对酶催化的循环反应,该循环通过ATP的水解导致热能的。Eg葡萄糖+ATP=葡萄糖6-磷酸+ADP与葡萄糖6-磷酸+H2O=葡萄糖+Pi反应组成的循环反应,其净反应实际上是ATP+H2O=ADP+Pi。

  磷酸解(phosphorolysis)作用::通过在内引入一个无机磷酸,形成磷酸脂键而使原来键断裂的方式。实际上引入了一个磷酰基。

  半乳糖血症(galactosemia):人类的一种基因型遗传代谢缺陷,是由于缺乏1-磷酸半乳糖尿苷酰转移酶,导致婴儿不能代谢奶汁中乳糖分解生成的半乳糖。

  尾部生长(tailwardgrowth):一种聚合反应机理经过私有化的单体的头部结合到聚合的尾部,连接到聚合物尾部的单体的尾部又生成了接下一个单体的受体。

  糖异生作用(gluconenogenesis):由简单的非糖前体转变为糖的过程。糖异生不是糖酵解的简单逆转。虽然由丙酮酸开始的糖异生利用了糖酵解中的七步进似平衡反应的应,但还必需利用另外四步酵解中不曾出现的酶促反应,绕过酵解过程中不可逆的三个反应。