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臨床執(zhí)業(yè)醫(yī)師考點：糖類代謝
糖是一類化學本質為多羥醛或多羥酮及其衍生物的有機化合物.在人體內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運輸形式，在機體糖代謝中占據主要地位;糖原是葡萄糖的多聚體,包括肝糖原、肌糖原和腎糖原等，是糖在體內的儲存形式。葡萄糖與糖原都能在體內氧化提供能量。食物中的糖是機體中糖的主要來源，被人體攝入經消化成單糖吸收后，經血液運輸?shù)礁鹘M織細胞進行合成代謝和分解代謝。機體內糖的代謝途徑主要有葡萄糖的無氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑、多元醇途徑、糖原合成與糖原分解、糖異生以及其他己糖代謝等。
第一節(jié) 概述
一、特點
糖代謝可分為分解與合成兩方面，前者包括酵解與三羧酸循環(huán)，后者包括糖的異生、糖原與結構多糖的合成等，中間代謝還有磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等。
糖代謝受神經、激素和酶的調節(jié)。同一生物體內的不同組織，其代謝情況有很大差異。腦組織始終以同一速度分解糖，心肌和骨骼肌在正常情況下降解速度較低，但當心肌缺氧和骨骼肌痙攣時可達到很高的速度。葡萄糖的合成主要在肝臟進行。不同組織的糖代謝情況反映了它們的不同功能。
二、糖的消化和吸收
(一)消化
淀粉是動物的主要糖類來源，直鏈淀粉由300-400個葡萄糖構成，支鏈淀粉由上千個葡萄糖構成，每24-30個殘基中有一個分支。糖類只有消化成單糖以后才能被吸收。
主要的酶有以下幾種：
1.α-淀粉酶 哺乳動物的消化道中較多，是內切酶，隨機水解鏈內α1，4糖苷鍵，產生α-構型的還原末端。產物主要是糊精及少量麥芽糖、葡萄糖。最適底物是含5個葡萄糖的寡糖。
2.β-淀粉酶 在豆、麥種子中含量較多。是外切酶，作用于非還原端，水解α-1，4糖苷鍵，放出β-麥芽糖。水解到分支點則停止，支鏈淀粉只能水解50%。
3.葡萄糖淀粉酶 存在于微生物及哺乳動物消化道內，作用于非還原端，水解α-1，4糖苷鍵，放出β-葡萄糖�？伤�α-1，6鍵，但速度慢。鏈長大于5時速度快。
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腸粘膜上皮細胞吸收，不能消化的二糖、寡糖及多糖不能吸收，由腸細菌分解，以CO2、甲烷、酸及H2形式放出或參加代謝。
三、轉運
1.主動轉運小腸上皮細胞有協(xié)助擴散系統(tǒng)，通過一種載體將葡萄糖(或半乳糖)與鈉離子轉運進入細胞。此過程由離子梯度提供能量，離子梯度則由Na-K-ATP酶維持。細菌中有些糖與氫離子協(xié)同轉運，如乳糖。另一種是基團運送，如大腸桿菌先將葡萄糖磷酸化再轉運，由磷酸烯醇式丙酮酸供能。果糖通過一種不需要鈉的易化擴散轉運。需要鈉的轉運可被根皮苷抑制，不需要鈉的易化擴散被細胞松馳素抑制。
2.葡萄糖進入紅細胞、肌肉和脂肪組織是通過被動轉運。其膜上有專一受體。紅細胞受體可轉運多種D-糖，葡萄糖的Km最小，L型不轉運。此受體是蛋白質，其轉運速度決定肌肉和脂肪組織利用葡萄糖的速度。心肌缺氧和肌肉做工時轉運加速，胰島素也可促進轉運，可能是通過改變膜結構。
第二節(jié) 糖酵解
一、定義
1.酵解是酶將葡萄糖降解成丙酮酸并生成ATP的過程。它是動植物及微生物細胞中葡萄糖分解產生能量的共同代謝途徑。有氧時丙酮酸進入線粒體，經三羧酸循環(huán)徹底氧化生成CO2和水，酵解生成的NADH則經呼吸鏈氧化產生ATP和水。缺氧時NADH把丙酮酸還原生成乳酸。
2.發(fā)酵也是葡萄糖或有機物降解產生ATP的過程，其中有機物既是電子供體，又是電子受體。根據產物不同，可分為乙醇發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、乙酸、丙酸、丙酮、丁醇、丁酸、琥珀酸、丁二醇等。
二、途徑
共10步，前5步是準備階段，葡萄糖分解為三碳糖，消耗2分子ATP;后5步是放能階段，三碳糖生成丙酮酸，共產生4分子ATP。總過程需10種酶，都在細胞質中，多數(shù)需要Mg2+。酵解過程中所有的中間物都是磷酸化的，可防止從細胞膜漏出、保存能量，并有利于與酶結合。
1.磷酸化葡萄糖被ATP磷酸化，產生6-磷酸葡萄糖。
反應放能，在生理條件下不可逆(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，是糖酵解過程中的第一個調節(jié)酶，受6-磷酸葡萄糖的別構抑制。有三種同工酶。葡萄糖激酶存在于肝臟中，只作用于葡萄糖，不受6-磷酸葡萄糖的別構抑制肌肉的己糖激酶Km=0.1mM，肝臟的葡萄糖激酶Km=10mM，平時細胞中的葡萄糖濃度時5mM，只有進后葡萄糖激酶才活躍，合成糖原，降低血糖濃度，葡萄糖激酶是誘導酶，胰島素可誘導它的合成。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，在磷酸葡萄糖變位酶的催化下生成6-磷酸葡萄糖。此途徑少消耗1個ATP。6-磷酸葡萄糖由葡萄糖6-磷酸酶催化水解，此酶存在于肝臟和腎臟中，肌肉中沒有。
2.異構由6-磷酸葡萄糖生成6-磷酸果糖
反應中間物是酶結合的烯醇化合物，反應是可逆的，由濃度控制。由磷酸葡萄糖異構酶催化，受磷酸戊糖支路的中間物競爭抑制，如6-磷酸葡萄糖酸。戊糖支路通過這種方式抑制酵解和有氧氧化，pH降低使抑制加強，減少酵解，以免組織過酸。
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，是酵解的限速步驟。是別構酶，四聚體，調節(jié)物很多，ATP、檸檬酸、磷酸肌酸、脂肪酸、DPG是負調節(jié)物;果糖1，6-二磷酸、AMP、ADP、磷酸、環(huán)AMP等是正調節(jié)物。PFK有三種同工酶，A在心肌和骨骼肌中，對磷酸肌酸、檸檬酸和磷酸敏感;B在肝和紅細胞中，對DPG敏感;C在腦中，對ATP和磷酸敏感。各種效應物在不同組織中濃度不同，更重要的是其濃度變化幅度不同，如大鼠在運動和休息時ATP含量僅差0.8ug/g肌肉，不能改變PFK活力，而磷酸肌酸濃度變化大，效應也大。
4.裂解生成3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮
由醛縮酶催化，有三種同工酶，A在肌肉中，B在肝中，C在腦中。平衡有利于逆反應，由濃度推動反應進行。生成西弗堿中間物。
5.異構 DHAP生成磷酸甘油醛
DHAP要轉變成磷酸甘油醛才能繼續(xù)氧化，此反應由磷酸丙糖異構酶催化，平衡時磷酸甘油醛占10%，由于磷酸甘油醛不斷消耗而進行。受磷酸和磷酸縮水甘油競爭抑制。以上反應共消耗2分子ATP，產生2分子3-磷酸甘油醛，原來葡萄糖的3，2，1位和4，5，6位變成1，2，3位。
6.氧化 G-3-P+NAD++H3PO4=1，3-DPG+NADH+H+
由磷酸甘油醛脫氫酶催化，產物是混合酸酐，含高能鍵(11.8千卡)。反應可分為兩部分，放能的氧化反應偶聯(lián)推動吸能的磷酸化反應。酶是四聚體，含巰基，被碘乙酸強烈抑制。砷酸鹽與磷酸競爭，可產生3-磷酸甘油酸，但沒有磷酸化，是解偶聯(lián)劑。NAD之間有負協(xié)同效應，ATP和磷酸肌酸是非競爭抑制劑，磷酸可促進酶活。
肌肉收縮開始的幾秒，磷酸肌酸從20mM下降到10-5mM，使酶活升高;隨著乳酸的積累，ATP抑制增強，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.變位 3-磷酸甘油酸變成2-磷酸甘油酸
由磷酸甘油酸變位酶催化，需鎂離子。DPG是輔因子，可由1，3-二磷酸甘油酸變位而來。機理是DPG的3位磷酸轉移到底物的2位。DPG無高能鍵，可被磷酸酶水解成3-磷酸甘油酸。紅細胞中有15-50%的1，3-DPG轉化為DPG，以調節(jié)運氧能力。在氧分壓較高的肺泡，親和力不變，而在組織中親和力降低，可增加氧的釋放。
9.脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸PEP
由烯醇酶催化，需鎂或錳離子。反應可逆，分子內能量重新分布，產生一個高能鍵。F—可絡合鎂離子，抑制酶活，有磷酸鹽時更強，可用來抑制酵解。
10.放能生成丙酮酸和ATP
由丙酮酸激酶催化，需鎂離子，不可逆。是別構酶，F(xiàn)-1，6-2P活化，脂肪酸、乙酰輔酶A、ATP和丙氨酸抑制酶活。有三種同工酶，L型存在于肝臟中，被二磷酸果糖激活，脂肪酸、乙酰輔酶A、ATP和丙氨酸抑制;A型存在于脂肪、腎和紅細胞，被二磷酸果糖激活，ATP和丙氨酸抑制;M型存在于肌肉中，被磷酸肌酸抑制。丙酮酸激酶受激素影響，胰島素可增加其合成。
三、能量變化
C6H12O6+2Pi+2ADP+2NAD+=2C3H4O3+2ATP+2NADH+2H++2H2O
有氧時2個NADH經呼吸鏈可產生6個ATP，共產生8個ATP;無氧時生成乳酸，只有2個ATP。在骨骼肌和腦組織中，NADH進入線粒體要經過甘油磷酸穿梭系統(tǒng)，在細胞質中由3-磷酸甘油脫氫酶催化，將磷酸二羥丙酮還原生成3-磷酸甘油，進入線粒體后再氧化生成磷酸二羥丙酮，返回細胞質。因為其輔酶是FAD，所以生成FADH2，只產生2個ATP。這樣其還原當量(2H++2e)被帶入線粒體，生成FADH2，進入呼吸鏈，結果共生成6個ATP。
其他組織如肝臟和心肌等，通過蘋果酸穿梭系統(tǒng)，在蘋果酸脫氫酶作用下還原草酰乙酸，生成蘋果酸，進入線粒體后再氧化生成草酰乙酸。不過草酰乙酸不能通過線粒體膜，必需經谷草轉氨酶催化生成天冬氨酸和α-酮戊二酸才能返回細胞質。線粒體中蘋果酸脫氫酶的輔酶是NAD，所以可生成3個ATP。
四、丙酮酸的去向
1.生成乙酰輔酶A：有氧時丙酮酸進入線粒體，脫羧生成乙酰輔酶A，通過三羧酸循環(huán)徹底氧化成水和CO2。
2.生成乳酸：乳酸菌及肌肉供氧不足時，丙酮酸接受3磷酸甘油醛脫氫時產生的NADH上的H，在乳酸脫氫酶催化下還原生成乳酸。LDH有5種同工酶，A4在骨骼肌，B4在心肌。A4以高速催化丙酮酸的還原，使骨骼肌可在缺氧時運動;H4速度慢并受丙酮酸抑制，所以心肌在正常情況下并不生成乳酸，而是將血液中的乳酸氧化生成丙酮酸，進入三羧酸循環(huán)。骨骼肌產生的大量乳酸還可由肝臟氧化生成丙酮酸，再通過糖的異生轉變?yōu)槠咸烟�，供骨骼肌利用，稱為乳酸循環(huán)或Coli氏循環(huán)。
3.生成乙醇：在酵母菌中，由丙酮酸脫羧酶催化生成乙醛，再由乙醇脫氫酶催化還原生成乙醇。
五、其他單糖
1.果糖：可由己糖激酶催化形成6-磷酸果糖而進入酵解。己糖激酶對葡萄糖的親和力比果糖大12倍，只有在脂肪組織中，果糖含量比葡萄糖高，才由此途徑進入酵解。肝臟中有果糖激酶，可生成1-磷酸果糖，再被1-磷酸果糖醛縮酶裂解生成甘油醛和磷酸二羥丙酮，甘油醛由三碳糖激酶磷酸化生成3-磷酸甘油醛，進入酵解。
2.半乳糖：在半乳糖激酶催化下生成1-磷酸半乳糖(需鎂離子)，再在1-磷酸半乳糖尿苷酰轉移酶催化下與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。反應是可逆的，半乳糖攝入不足時可用于合成半乳糖。
3.甘露糖：由己糖激酶催化生成6-磷酸甘露糖，被磷酸甘露糖異構酶催化生成6-磷酸果糖，進入酵解。
第三節(jié) 三羧酸循環(huán)
一、丙酮酸脫氫酶復合體
(一)反應過程：5步，第一步不可逆。
1.脫羧，生成羥乙基TPP，由E1催化。
2.羥乙基被氧化成乙酰基，轉移給硫辛酰胺。由E2催化。
3.形成乙酰輔酶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。
復合體有60條肽鏈組成，直徑30nm，E1和E2各24個，E3有12個。其中硫辛酰胺構成轉動長臂，在電荷的推動下攜帶中間產物移動。
(二)活性調控
此反應處于代謝途徑的分支點，收到嚴密調控：
1.產物抑制：乙酰輔酶A抑制E2，NADH抑制E3。可被輔酶A和NAD+逆轉。
2.核苷酸反饋調節(jié)：E1受GTP抑制，被AMP活化。
3.共價調節(jié)：E1上的特殊絲氨酸被磷酸化時無活性，水解后恢復活性。丙酮酸抑制磷酸化作用，鈣和胰島素增加去磷酸化作用，ATP、乙酰輔酶A、NADH增加磷酸化作用。
二、三羧酸循環(huán)的途徑：8步。曾經懷疑第一個組分是其他三羧酸，故名三羧酸循環(huán)。也叫Krebs循環(huán)。
1.輔酶A與草酰乙酸縮合，生成檸檬酸
由檸檬酸縮合酶催化，高能硫酯鍵水解推動反應進行。受ATP、NADH、琥珀酰輔酶A和長鏈脂肪酰輔酶A抑制。ATP可增加對乙酰輔酶A的Km。氟乙酰輔酶A可形成氟檸檬酸，抑制下一步反應的酶，稱為致死合成，可用于殺蟲劑。
2.檸檬酸異構化，生成異檸檬酸
由順烏頭酸酶催化，先脫水，再加水。是含鐵的非鐵卟啉蛋白。需鐵及巰基化合物(谷胱甘肽或Cys等)維持其活性。
3.氧化脫羧，生成α-酮戊二酸
第一次氧化，由異檸檬酸脫氫酶催化，生成NADH或NADPH。中間物是草酰琥珀酸。是第二個調節(jié)酶，能量高時抑制。生理條件下不可逆，是限速步驟。細胞質中有另一種異檸檬酸脫氫酶，需NADPH，不是別構酶。其反應可逆，與NADPH還原當量有關。
4.氧化脫羧，生成琥珀酰輔酶A
第二次氧化脫羧，由α-酮戊二酸脫氫酶體系催化，生成NADH。其中E1為α-酮戊二酸脫氫酶，E2為琥珀酰轉移酶，E3與丙酮酸脫氫酶體系相同。機制類似，但無共價調節(jié)。
5.分解，生成琥珀酸和GTP
是唯一一個底物水平磷酸化，由琥珀酰輔酶A合成酶(琥珀酰硫激酶)催化。GTP可用于蛋白質合成，也可生成ATP。需鎂離子。
6.脫氫，生成延胡索酸
第三步氧化還原反應，由琥珀酸脫氫酶催化，生成FADH2。琥珀酸脫氫酶位于線粒體內膜，直接與呼吸鏈相連。FADH2不與酶解離，電子直接轉移到酶的鐵原子上。
7.水化，生成蘋果酸
由延胡索酸酶催化，是反式加成，只形成L-蘋果酸。
8.脫氫，生成草酰乙酸
第四次氧化還原，由L-蘋果酸脫氫酶催化，生成NADH。反應在能量上不利，由于草酰乙酸的消耗而進行。
三、總結
1.能量情況：每個循環(huán)產生3個NADH，1個FADH2，1個GTP，共12個ATP。加上酵解和丙酮酸脫氫，每個葡萄糖有氧氧化共產生36-38個ATP。
2.不對稱反應
四、回補反應
三羧酸循環(huán)的中間物是許多生物合成的前體，如草酰乙酸和α-酮戊二酸可用于合成天冬氨酸和谷氨酸，卟啉的碳原子來自琥珀酰輔酶A。這樣會降低草酰乙酸濃度，抑制三羧酸循環(huán)。所以必需補充草酰乙酸。
1.丙酮酸羧化：與ATP、水和CO2在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸。需要鎂離子和生物素。是調節(jié)酶，平時活性低，乙酰輔酶A可促進其活性。
2.PEP+ CO2+GDP=草酰乙酸+GTP 由磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化，需Mn2+，在腦和心臟中有這個反應。
3.由天冬氨酸轉氨生成草酰乙酸，谷氨酸生成α-酮戊二酸，異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸生成琥珀酰輔酶A。
五、乙醛酸循環(huán)
六、許多植物和微生物可將脂肪轉化為糖，是通過一個類似三羧酸循環(huán)的乙醛酸循環(huán)，將2個乙酰輔酶A合成一個琥珀酸。此循環(huán)生成異檸檬酸后經異檸檬酸裂解酶催化，生成琥珀酸和乙醛酸，乙醛酸與另一個乙酰輔酶A縮合產生蘋果酸，由蘋果酸合成酶催化。然后與三羧酸循環(huán)相同。
第四節(jié) 磷酸戊糖途徑
一、作用在細胞質中進行
(一)產生NADP，為生物合成提供還原力，如脂肪酸、固醇等。NADPH還可使谷胱甘肽維持還原態(tài)，維持紅細胞還原性。
(二)產生磷酸戊糖，參加核酸代謝
(三)是植物光合作用中從CO2合成葡萄糖的部分途徑
二、途徑
(一)氧化階段：生成5-磷酸核酮糖，并產生NADPH
1. 葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸脫氫酶作用下生成6-磷酸葡萄糖酸內酯，并產生NADPH。是此途徑的調控酶，催化不可逆反應，受NADPH反饋抑制。
2. 被6-磷酸葡萄糖酸δ內酯酶水解，生成6-磷酸葡萄糖酸。
3. 在6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶作用下脫氫、脫羧，生成5-磷酸核酮糖，并產生NADPH。
(二)分子重排，產生6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛
1. 異構化，由磷酸戊糖異構酶催化為5-磷酸核糖，由磷酸戊糖差向酶催化為5-磷酸木酮糖。
2. 轉酮反應。5-磷酸木酮糖和5-磷酸核糖在轉酮酶催化下生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。此酶也叫轉酮醇酶，需TPP和鎂離子，生成羥乙醛基TPP負離子中間物。
3. 轉醛反應。7-景天庚酮糖與3-磷酸甘油醛在轉醛酶催化下生成4-磷酸赤蘚糖和6-磷酸果糖，反應中酶分子的賴氨酸氨基與酮糖底物生成西弗堿中間物。
4. 轉酮反應。4-磷酸赤蘚糖與5-磷酸木酮糖在轉酮酶催化下生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。
5. 總反應為：
3核糖-5-磷酸=2果糖-6-磷酸+甘油醛-3-磷酸
如細胞中磷酸核糖過多，可以逆轉反應，進入酵解。
第五節(jié) 糖醛酸途徑
一、意義
(一)解毒：肝臟中的糖醛酸有解毒作用，可與含羥基、巰基、羧基、氨基等基團的異物或藥物結合，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、透明質酸、硫酸軟骨素等。
(三)合成維生素C，但靈長類不能。
(四)形成木酮糖，可與磷酸戊糖途徑相連。
二、過程
(一)6-磷酸葡萄糖轉化為UDP-葡萄糖，再由NAD連接的脫氫酶催化，形成UDP-葡萄糖醛酸。
(二)合成維生素C：UDP-葡萄糖醛酸經水解、還原、脫水，形成L-古洛糖酸內酯，再經L-古洛糖酸內酯氧化酶氧化成抗壞血酸。靈長類動物、豚鼠、印度果蝙蝠不能合成。
(三)通過C5差向酶，形成UDP-艾杜糖醛酸。
(四)L-古洛糖酸脫氫，再脫羧，生成L-木酮糖，然后與NADPH加氫生成木糖醇，還原NAD+生成木酮糖，與磷酸戊糖途徑相連。
第六節(jié) 糖的異生
一、意義
(一)將非糖物質轉變?yōu)樘�，以維持血糖恒定，滿足組織對葡萄糖的需要。人體可供利用的糖僅150克，而且儲量最大的肌糖原只供本身消耗，肝糖原不到12小時即全部耗盡，這時必需通過異生補充血糖，以滿足腦和紅細胞等對葡萄糖的需要。
(二)將肌肉酵解產生的乳酸合成葡萄糖，供肌肉重新利用，即乳酸循環(huán)。
二、途徑
基本是酵解的逆轉，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下生成草酰乙酸
此酶存在于肝和腎臟的線粒體中，需生物素和鎂離子。鎂離子與ATP結合，提供能量，生成羧基生物素，再轉給丙酮酸，形成草酰乙酸。此酶是別構酶，受乙酰輔酶A調控，缺乏乙酰輔酶A時無活性。ATP含量高可促進羧化。此反應聯(lián)系三羧酸循環(huán)和糖異生，乙酰輔酶A可促進草酰乙酸合成，如ATP含量高則三羧酸循環(huán)被抑制，異生加快。
2. 草酰乙酸過膜：異生在細胞質中進行，草酰乙酸要轉化為蘋果酸才能出線粒體膜，在細胞質中再氧化成草酰乙酸。這是由蘋果酸脫氫酶催化的，同時帶出一個NADH。因為線粒體中還原輔酶多，NAD+/NADH在細胞質中是500-700，線粒體中是5-8。
3. 磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化草酰乙酸生成PEP。反應需GTP提供磷�；�，速度受草酰乙酸濃度和激素調節(jié)。胰高血糖素、腎上腺素、糖皮質激素可增加肝臟中的酶量，胰島素相反。
總反應為：
丙酮酸+ATP+GTP+H2O=PEP+ADP+GDP+Pi+H+
反應消耗2個高能鍵，比酵解更易進行。
(二)果糖二磷酸酶催化果糖-1，6-二磷酸水解為果糖-6-磷酸。需鎂離子。是別構酶，AMP強烈抑制酶活，平時抑制酶活50%。果糖2，6-二磷酸也抑制，ATP、檸檬酸和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，需鎂離子。此酶存在于肝臟，腦和肌肉沒有。
總反應為：
2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2O=葡萄糖+NAD+ +4ADP+2GDP+6Pi
三、糖異生的前體
(一)三羧酸循環(huán)的中間物，如檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸等。
(二)大多數(shù)氨基酸是生糖氨基酸，如丙氨酸、絲氨酸、半胱氨酸等，可轉變?yōu)槿人嵫h(huán)的中間物，參加異生。
(三)肌肉產生的乳酸，可通過乳酸循環(huán)(Cori循環(huán))生成葡萄糖 。
反芻動物胃中的細菌將纖維素分解為乙酸、丙酸、丁酸等，奇數(shù)碳脂肪酸可轉變?yōu)殓牾］o酶A，參加異生。
第七節(jié) 糖原的合成與分解
一、分解代謝
(一)糖原磷酸化酶從非還原端水解α-1，4糖苷鍵，生成1-磷酸葡萄糖。到分支點前4個殘基停止，生成極限糊精�？煞纸�40%。有a,b兩種形式，b為二聚體，磷酸化后生成有活性的a型四聚體。b也有一定活性，受AMP顯著激活。
(二)去分支酶：有兩個活性中心，一個是轉移酶，將3個殘基轉移到另一條鏈，留下以α-1，6鍵相連的分支點。另一個活性中心起脫支酶作用，水解分支點殘基，生成游離葡萄糖。
(三)磷酸葡萄糖變位酶：催化1-磷酸葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖，經1，6-二磷酸葡萄糖中間物。
(四)肝臟、腎臟、小腸有葡萄糖6-磷酸酶，可水解生成葡萄糖，補充血糖。肌肉和腦沒有，只能氧化供能。
二、合成：與分解不同
(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，消耗一個UTP，生成焦磷酸
(二)糖原合成酶將UDP-葡萄糖的糖基加在糖原引物的非還原端葡萄糖的C4羥基上。引物至少要有4個糖基，由引發(fā)蛋白和糖原起始合成酶合成，將UDP-葡萄糖加在引發(fā)蛋白的酪氨酸羥基上。糖原合成酶a磷酸化后活性降低，稱為b，其活性依賴別構效應物6-磷酸葡萄糖激活。
(三)分支酶合成支鏈。從至少11個殘基的鏈上將非還原端7個殘基轉移到較內部的位置，形成1，6鍵分支。新的分支必需與原有糖鏈有4個殘基的距離。分支可加快代謝速度，增加溶解度。
三、衍生糖的合成
(一)GDP-巖藻糖
Glc→Glc-6-P→Fru-6-P→Man-6-P→Man-1-P→GDP-Man→GDP-巖藻糖
(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-乙酰神經氨酸-9-磷酸→N-乙酰神經氨酸(唾液酸)→CMP-唾液酸
第八節(jié) 糖代謝的調節(jié)
一、酵解的調節(jié)
三個酶。通過能量與生物合成的原料調節(jié)。
(一)磷酸果糖激酶是限速酶。其調節(jié)物有：
1. ATP是底物，也是負調節(jié)物，可被AMP逆轉。當細胞中能荷(ATP/AMP)高時，酶對6-磷酸果糖的親和力降低。
2. 檸檬酸是三羧酸循環(huán)的第一個產物，其濃度增加表示生物合成的前體過剩，可加強ATP的抑制作用。
3. 氫離子也有抑制作用，可防止乳酸過多引起血液酸中毒。
4. 2，6-二磷酸果糖是別構活化劑，可增加對底物的親和力。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。這兩個酶稱為前后酶或雙功能酶，組成相同，其絲氨酸磷酸化后起磷酸酶作用，去磷酸則起激酶作用。
(二)己糖激酶控制酵解的入口，因為6-磷酸葡萄糖的用處較多，參加磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑和糖原合成等，所以不是關鍵酶，由產物反饋抑制，磷酸果糖激酶活性降低則6-磷酸葡萄糖積累，抑制己糖激酶活性。
(三)丙酮酸激酶控制出口。
1. 1，6-二磷酸果糖起活化作用，與磷酸果糖激酶協(xié)調，加速酵解。
2. 丙酮酸轉氨生成丙氨酸，別構抑制，表示生物合成過剩。
3. 其三種同工酶調節(jié)不同，肝臟的L型同工酶受ATP別構抑制，且有可逆磷酸化。血糖低時被級聯(lián)放大系統(tǒng)磷酸化，降低活性，而肌肉中的M型不受磷酸化調節(jié)，血糖低時也可酵解供能。A型介于兩者之間。
二、三羧酸循環(huán)的調控
由三個酶調控：檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶。第一步是限速步驟，受底物濃度影響和ATP的抑制。ATP還抑制異檸檬酸脫氫酶，ADP起激活作用。NADH對三種酶都抑制。琥珀酰輔酶A與乙酰輔酶A競爭，抑制檸檬酸合成酶和α-酮戊二酸脫氫酶。草酰乙酸濃度低，是影響三羧酸循環(huán)速度的重要因素。
三、酵解、三羧酸循環(huán)與氧化磷酸化
給高速酵解的細胞氧氣，則葡萄糖消耗減少，乳酸堆積終止，稱為巴斯德效應。原因是有氧時丙酮酸氧化，產生大量ATP，抑制酵解和三羧酸循環(huán)。三者都由能荷控制。
四、糖異生和酵解的協(xié)調
(一)高濃度的6-磷酸葡萄糖抑制己糖激酶，促進異生。
(二)酵解和異生的控制點是6-磷酸果糖與1，6-二磷酸果糖的轉化。ATP和檸檬酸促進異生，抑制酵解。2，6-二磷酸果糖相反，是重要調節(jié)物。
(三)丙酮酸與磷酸烯醇式丙酮酸的轉化，丙酮酸羧化酶受乙酰輔酶A激活，ADP抑制;丙酮酸激酶被ATP、NADH和丙氨酸抑制。
(四)無效循環(huán)：由不同酶催化的兩個相反代謝反應條件不同，一個需要ATP參加，另一個進行水解，結果只是消耗能量，反應物不變，稱為無效循環(huán)�？捎糜诋a熱。
五、糖原代謝的調節(jié)
其分解與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調節(jié)，效果相反。激素通過cAMP促進磷酸化作用，使磷酸化酶成為a型(有活性)，合成酶變成b型(無活性)。合成酶由蛋白激酶磷酸化。
六、神經和激素對血糖的調節(jié)
血糖濃度一般在80-120mg/100ml，稱為葡萄糖耐量。腎糖閾為160-180，血糖過多則從尿排出。血糖低于70或過度興奮可刺激延腦第四腦室“糖中樞”，引起肝糖原分解。下丘腦可分泌皮質釋放因子，作用于腎上腺皮質，升高血糖。影響糖代謝的激素有：
1.胰島素：由胰島β細胞分泌，促進糖原合成酶活性，誘導葡萄糖激酶合成，加強磷酸果糖激酶作用。低血糖效應。
2.腎上腺素和胰高血糖素：通過cAMP激活糖原磷酸化酶，誘導肝中磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶和果糖二磷酸酶的合成，促進異生，升高血糖。
3.生長激素：抗胰島素，抑制糖原分解和葡萄糖氧化。促腎上腺皮質激素可阻礙肌糖原氧化，促進肝糖原合成。
4.甲狀腺素：促進糖的異生和糖原分解，增加小腸對葡萄糖的吸收，升高血糖。
以上激素都是水溶性激素，通過cAMP起作用。
第九節(jié) 光合作用(課本27章)
1771年J. Priestly發(fā)現(xiàn)植物能“凈化被燃燒的蠟燭所惡化的空氣”。后來普里斯特利因同情法國革命而被迫離開英國。拉瓦錫發(fā)現(xiàn)了氧化現(xiàn)象和物質不滅定律，打破了燃素假說;荷蘭人發(fā)現(xiàn)植物在陽光下可以凈化空氣，在黑暗中會惡化空氣。瑞士人根據物質不滅定律證明光合作用中有水參加;德國人羅伯特f邁耶發(fā)現(xiàn)能量守恒定律，指出光合作用是光能轉化為化學能的過程。每年光合作用可轉化1017千卡自由能，相當于同化1010噸碳。
一、概述
(一)光合細胞捕獲光能并轉化為化學能的過程，即利用光能將CO2轉化為有機物的過程稱為光合作用。綠色植物以水為電子供體，放出氧氣，光合細菌以H2S等為供體，不放出氧氣。
(二)光合作用分為兩個階段，第一階段是光反應，由光合色素將光能轉變?yōu)榛瘜W能，并形成ATP和NADPH。第二階段是暗反應，用ATP和NADPH將CO2還原為糖或其他有機物，不需要光。
(三)葉綠體是光合作用的器官，有外膜和內膜，膜上有光合色素。膜包著基質，其中有暗反應需要的酶。細菌無葉綠體。
二、光反應
(一)光系統(tǒng)
1.光系統(tǒng)I：700nm激活，產生NADPH
2. 光系統(tǒng)II：680nm激活，產生O2
(二)過程：分為兩個階段
1. P680吸收光能，產生強氧化劑，從水中奪取電子，通過電子傳遞鏈傳給質藍素(一種銅蛋白)，同時產生質子梯度。
2. 電子從質藍素傳給P700，再吸收光能，將電子傳遞給NADP+，并提高質子梯度。
(三)光合磷酸化：依賴質子梯度，由葉綠體ATP合成酶(CFO-CF1)合成ATP。根據電子傳遞方式可分為循環(huán)式和非循環(huán)式。當NADP+不足時，采用非循環(huán)式，不放氧氣。
三、暗反應
(一)三碳途徑：生成三碳中間物
1. 固定：1，5-二磷酸核酮糖在二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)催化下與CO2生成2-羧基-3-酮-1，5-二磷酸核糖醇，然后加水分解為2個3-磷酸甘油酸。Rubisco占葉綠體總蛋白的60%，是自然界中含量最豐富的酶。
2. 生成葡萄糖：與異生相似，但3-磷酸甘油醛脫氫酶在葉綠體中以NADPH為輔基。
3. 二磷酸核酮糖的再生：一系列轉酮和轉醛反應，與戊糖途徑類似。由6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛開始，經四碳、七碳，生成5-磷酸核酮糖，在磷酸核酮糖激酶催化下生成1，5-二磷酸核酮糖。
4. 總反應為：
6CO2+12H2O+18ATP+12NADPH+12H+ =
C6H12O6+18ADP+18Pi+12NADP+
此過程需8個光子，按波長600nm計算，能量為381千卡，葡萄糖氧化為可放能114千卡，所以能量利用率約為30%。
(二)調控：二磷酸核酮糖羧化酶是別構限速酶，光照射葉綠體產生的三個因素可刺激酶活：
1. 光照使質子外流，基質內pH升高，增加酶活。
2. 質子轉運伴隨著氯和鎂離子的轉移，鎂離子濃度升高也刺激酶活。
3. 光照增加NADPH，提高反應速度。
4. 光系統(tǒng)I中的鐵氧還蛋白可還原硫氧還蛋白，后者可協(xié)調光和暗反應，激活暗反應中的一些酶�？杉涌�100倍。
(三)光呼吸
二磷酸核酮糖羧化酶還催化二磷酸核酮糖氧化生成3-磷酸甘油酸和磷酸乙醇酸，前者可參加糖的合成，后者通過乙醛酸途徑放出CO2。氧化和羧化在同一位點，彼此競爭，羧化活性高4倍。光呼吸浪費能量，希望通過基因工程改造除去。
光呼吸隨溫度升高而加快的速度比羧化更快，所以高溫時光合作用效率降低。四碳植物CO2含量高，可抑制光呼吸，所以更適宜在高溫下生長。
(四)四碳途徑
存在于熱帶和亞熱帶植物中，利用CO2的效率特別高。其葉肉細胞細胞質中碳酸酐酶催化CO2形成碳酸氫根，再由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶形成草酰乙酸，被NADPH還原成蘋果酸，轉移到維管束細胞，脫羧生成丙酮酸和CO2。CO2進入三碳循環(huán)，丙酮酸返回葉肉細胞，被丙酮酸磷酸二激酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸。因此每固定一個CO2四碳途徑多消耗2個ATP，共5個。熱帶植物常關閉氣孔，CO2和O2都不易進入，通過四碳途徑可保持二磷酸核酮糖的最大活力，降低光呼吸，所以四碳植物生長快，是高產植物。
名詞解釋：
酵解(glycolysis)：由10步酶促反應組成的糖分解代謝途徑。通過該途徑，一分子葡萄糖轉化為兩分子丙酮酸，同時凈生成兩分子ATP和兩分子NADH。
發(fā)酵(fermentation)：營養(yǎng)分子(Eg葡萄糖)產能的厭氧降解。在乙醇發(fā)酵中，丙酮酸轉化為乙醇和CO2。
巴斯德效應(Pasteur effect)：氧存在下，酵解速度放慢的現(xiàn)象。
底物水平磷酸化(substrate phosphorlation)：ADP或某些其它的核苷-5′—二磷酸的磷酸化是通過來自一個非核苷酸底物的磷�；霓D移實現(xiàn)的。這種磷酸化與電子的轉遞鏈無關。
檸檬酸循環(huán)(citric acid cycle)：也稱為三羧酸循環(huán)(TAC)，Krebs循環(huán)。是用于乙酰CoA中的乙�；趸蒀O2的酶促反應的循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)的第一步是由乙酰CoA經草酰乙酸縮合形成檸檬酸。
回補反應(anaplerotic reaction)：酶催化的，補充檸檬酸循環(huán)中間代謝物供給的反應，例如由丙酮酸羧化酶生成草酰乙酸的反應。
乙醛酸循環(huán)(glyoxylate cycle)：是某些植物，細菌和酵母中檸檬酸循環(huán)的修改形式，通過該循環(huán)可以收乙乙酰CoA經草酰乙酸凈生成葡萄糖。乙醛酸循環(huán)繞過了檸檬酸循環(huán)中生成兩個CO2的步驟
戊糖磷酸途徑(pentose phosphare parhway)：那稱為磷酸已糖支路。是一個葡萄糖-6-磷酸經代謝產生NADPH和核糖-5-磷酸的途徑。該途徑包括氧化和非氧化兩個階段，在氧化階段，葡萄糖-6-磷酸轉化為核酮糖-5-磷酸和CO2，并生成兩分子NADPH;在非氧化階段，核酮糖-5-磷酸異構化生成核糖-5-磷酸或轉化為酵解的兩用人才個中間代謝物果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。
糖醛酸途徑(glucuronate pathway)：從葡萄糖-6-磷酸或葡萄糖-1-磷酸開始，經UDP-葡萄糖醛酸生成葡萄糖醛酸和抗壞血酸的途徑。但只有在植物和那些可以合成抗壞血酸的動物體內，才可以通過該途徑合成維生素C。
無效循環(huán)(futile cycle):也稱為底物循環(huán)。一對酶催化的循環(huán)反應，該循環(huán)通過ATP的水解導致熱能的釋放。Eg葡萄糖+ATP=葡萄糖6-磷酸+ADP與葡萄糖6-磷酸+H2O=葡萄糖+P i反應組成的循環(huán)反應，其凈反應實際上是ATP+H2O=ADP+Pi。
磷酸解(phosphorolysis)作用：:通過在分子內引入一個無機磷酸，形成磷酸脂鍵而使原來鍵斷裂的方式。實際上引入了一個磷�；�。
半乳糖血癥(galactosemia)：人類的一種基因型遺傳代謝缺陷，是由于缺乏1-磷酸半乳糖尿苷酰轉移酶，導致嬰兒不能代謝奶汁中乳糖分解生成的半乳糖。
尾部生長(tailward growth)：一種聚合反應機理經過私有化的單體的頭部結合到聚合的尾部，連接到聚合物尾部的單體的尾部又生成了接下一個單體的受體。
糖異生作用(gluconenogenesis)：由簡單的非糖前體轉變?yōu)樘堑倪^程。糖異生不是糖酵解的簡單逆轉。雖然由丙酮酸開始的糖異生利用了糖酵解中的七步進似平衡反應的逆反應，但還必需利用另外四步酵解中不曾出現(xiàn)的酶促反應，繞過酵解過程中不可逆的三個反應。
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