7第六章 糖代谢 - 图文

第六章 糖代谢 115

二、糖酵解的调控是对3个关键酶活性的调节

糖酵解的大多数反应是可逆的,这些可逆反应的方向、速率由底物和产物的浓度控制。催化这些可逆反应的酶的活性改变，并不能决定反应的方向。糖酵解过程中有3个非平衡反应，分别由己糖激酶（葡糖激酶,磷酸果糖激酶一1和丙酮酸激酶催化,它们反应速率最慢,催化的反应不可逆，是控制糖酵解流量的3个关键酶，其活性受到别构效应剂和激素的调节。

（一）磷酸果糖激酶一1对调节糖酵解速率最重要

调节糖酵解流量最重要的是磷酸果糖激酶1的活性,磷酸果糖激酶1是一个四聚体,受多种别构效应剂的影响（图6-2）。ATP和柠檬酸是此酶的别构抑制剂.磷酸果糖激酶1有2个结合ATP的位点,一是活性中心内的催化部位,ATP作为底物与之结合;另一个是活性中心以外的别构部位,ATP作为别构抑制剂与之结合,别构部位与ATP的亲和力较低,因而需要较高浓度的ATP才能使酶丧失活性.磷酸果糖激酶1的别构激活剂有AMP,ADP、果糖一1,6二磷酸和果糖－2,6一二磷酸(fructose-2,6-biphosphate，F-2,6-BP).AMP可与ATP竞争结合别构部位，抵消ATP的抑制作用.果糖一1,6二磷酸是磷酸果糖激酶1的反应产物,这种产物正反馈作用是比较少见的，它有利于糖的分解。

果糖2，6二磷酸是磷酸果糖激酶1最强的别构激活剂,在生理浓度范围（N,mol水平）内即可发挥效应.其作用是与AMP一起取消ATP、柠檬酸对磷酸果糖激酶一1的别构抑制作用。果糖一1,6一二磷酸由磷酸果糖激酶2（6-phosphofructokinase-2, PFK-2）催化果糖一6-磷酸C2磷酸化而生成;果糖二磷酸酶-2（fructose biphosphatase-2，FBP 2）则可水解其C2位磷酸，使其转变成果糖- 6-磷酸（图6-2）.磷酸果糖激酶-2和果糖二磷酸酶-2这两种酶活性共存于一个酶蛋白上,具有2个分开的催化中心，是一种双功能酶。

磷酸果糖激酶-2/果糖二磷酸酶-2还可在激素作用下，以共价修饰方式调节酶活性。胰高血糖素通过依赖cAMP的蛋白激酶cAMP-dependent protein kinase(简称蛋白激酶A protein kinase A,PKA）使其32位丝氮酸发生磷酸化,结果导致磷酸果糖激酶-2活性减弱而果糖二磷酸酶-2活性升高。磷蛋白磷酸酶将其去磷酸后，酶活性的变化则相反。 （二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点

丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点.果糖-1，6-二磷酸是丙酮酸激酶的别构激活

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剂，而ATP则有抑制作用。此外，在肝内丙氨酸对该酶也有别构抑制作用。丙酮酸激酶还受共价修饰方式调节。PKA和依赖Ca 2+、钙调蛋白的蛋白激酶均可使其磷酸化而失活。胰高血糖素可通过激活PKA抑制丙酮酸激酶活性。

（三）己糖激酶受到反应产物抑制调节 己糖激酶受其反应产物葡糖一6磷酸的反馈抑制，而葡萄糖激酶由于不存在葡糖一6磷酸的别构部位，故不受葡糖6一磷酸的影响。长链脂酰CoA对其有别构抑制作用，这在饥饿时减少肝和其他组织分解葡萄糖有一定意义。胰岛素可诱导葡糖激酶基因的转录，促进酶的合成。

糖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，特别是骨骼肌，调节流量的目的是适应这些组织对能量的需求。当消耗能量多，细胞内ATP/AMP比例降低时，磷酸果糖激酶一1和丙酮酸激酶均被激活，加速葡萄糖的分解。反之，细胞内ATP的储备丰富时，通过糖酵解分解的葡萄糖就减少。肝的情况则不同。正常进食时，肝仅氧化少量葡萄糖，主要由氧化脂肪酸获得能量。进食后，胰高血糖素分泌减少，胰岛素分泌增加，果糖一2，6一二磷酸的合成增加，加速糖酵解，主要是生成乙酰CoA以合成脂肪酸；饥饿时胰高血糖素分泌增加，抑制了果糖一2，6-二磷酸的合成和丙酮酸激酶的活性，抑制糖酵解，这样才能有效地进行糖异生，维持血糖水平（详见本章第六节）。

三、糖无氧氧化的主要生理意义是机体不利用氧快速供能

糖无氧氧化最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌收缩更为重要。肌内ATP含量很低，仅5一7 μmol/g新鲜组织，只要肌收缩几秒钟即可耗尽。这时即使氧不缺乏，但因葡萄糖进行有氧氧化的反应过程较长，来不及满足需要，而通过糖无氧氧化则可迅速得到ATP。当机体缺氧或剧烈运动肌局部血流不足时，能量主要通过糖无氧氧化获得。成熟红细胞没有线粒体，只能依赖糖的无氧氧化提供能量。神经细胞、白细胞、骨髓细胞等代谢极为活跃，即使不缺氧也常由糖无氧氧化提供部分能量。

糖无氧氧化时每分子磷酸丙糖进行2次底物水平磷酸化，可生成2分子ATP，因此1 mol葡萄糖可生成4mo1 ATP，扣除在葡萄糖和果糖一6-磷酸磷酸化时消耗的2mo1 ATP，最终糖无氧氧化净得2mo1 ATP. lmol葡萄糖经无氧氧化生成2分子乳酸可释放196kJ/mol (46. 9kcal/mol）的能量。在标准状态下ATP水解为ADP和Pi时△G0‘＝-30. 5kJ/mol（-7. 29kcal/mol），可储能61 kJ/mol（14. 6kca1/mol），效率为31％。

四、其他单糖可转变成糖酵解的中间产物

除葡萄糖外，其他己糖如果糖、半乳糖和甘露糖也都是重要的能源物质，它们可转变成糖酵解的中间产物磷酸己糖而进人糖酵解提供能量。

（一）果糖被磷酸化后进入糖醉解

果糖是膳食中重要的能源物质，水果和蔗糖中含有大量果糖，从食物摄人的果糖每天约有100g.果糖的代谢一部分在肝，一部分被周围组织（主要是肌和脂肪组织）摄取。

在肌和脂肪组织中，己糖激酶使果糖磷酸化生成果糖一6一磷酸。果糖一6一磷酸可进人糖酵解分解，在肌组织中也可合成糖原。

在肝中，葡糖激酶与己糖（包括果糖）的亲和力很低，因此果糖在肝的代谢不同于肌组织。肝内存在特异的果糖激酶，催化果糖磷酸化生成果糖一1一磷酸，后者被特异的磷酸果糖醛缩酶（B型醛缩酶）分解成磷酸二羟丙酮及甘油醛。甘油醛在丙糖激酶催化下磷酸化成3一磷酸甘油醛。这些果糖代谢产物恰好是糖酵解的中间代谢产物，可循糖酵解氧化分解，也可逆向进行糖异生，促进肝内糖原储存。

果糖不耐症（fructose intolerance）是一种遗传病。其病因为缺乏B型醛缩酶，进食果糖会引起果糖一1一磷酸堆积，大量消耗肝中磷酸的储备，进而使ATP浓度下降，从而加速糖无氧氧化，导

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致乳酸酸中毒和餐后低血糖。这种病症常表现为自我限制，强烈地厌恶甜食。

（二）半乳糖转变为葡糖-1磷酸进入糖酵解

半乳糖和葡萄糖是立体异构体，它们仅仅在C4位的构型上有所区别。牛乳中的乳糖是半乳糖的主要来源，半乳糖在肝内转变为葡萄糖（图6-3）。尿嘧啶核苷二磷酸半乳糖（uridine，diphosphate galactose, UDPGaI）不仅是半乳搪转变为葡萄糖的中间产物，也是半乳糖供体，用以合成糖脂、蛋白聚糖和糖蛋白。另一方面，由于差向异构酶反应可自由逆转，用于合成糖脂、蛋白聚糖和糖蛋白的半乳糖并不必依赖食物而可由UDPG转变生成。

半乳糖血症（galactosemia）是一种遗传性疾病，表现为半乳糖不能转变成葡萄糖。其原因是缺乏半乳糖一1一磷酸尿苷酰转移酶，使半乳糖一1一磷酸生成UDP一半乳糖的过程受阻，导致有毒副产物的积累。例如，血液中高浓度的半乳糖使眼睛晶状体中半乳糖含量增加，并还原为半乳糖醇，晶状体中这种糖醇的存在最终导致白内障的形成（晶状体混浊）。半乳精血症的症状还包括生长停滞，智力迟钝，在某些病例中会因肝损伤致死。

（三）甘露糖转变为果糖—6—磷酸进入糖酵解

甘露糖在结构上是葡萄糖C,位的立体异构物。它在日常饮食中含量甚微，是多糖和糖蛋

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白的消化产物。甘露糖在体内通过两步反应转变成果糖一6一磷酸而进人糖酵解代谢。首先甘露糖在己糖激酶的催化下，磷酸化生成甘露糖一6一磷酸，接着被磷酸甘露糖异构酶催化转变为6—磷酸果糖，从而进入糖酵解进行代谢转变，生成糖原、乳酸、葡萄糖、戊糖等（图6-4）。

第三节糖的有氧氧化

机体利用氧将葡萄糖彻底氧化成CO,和H2O的反应过程称为有氧氧化（aerobic oxidation）。有氧氧化是体内糖分解供能的主要方式，绝大多数细胞都通过它获得能量。在肌组织中葡萄糖通过无氧氧化所生成的乳酸，也可作为运动时机体某些组织（如心肌）的重要能源，彻底氧化生成CO,和H2O，提供足够的能量。糖的有氧氧化可概括如图6-5。

一、糖的有氧氧化分为三个阶段

糖的有氧氧化分为三个阶段：第一阶段葡萄糖在胞质中经糖酵解生成丙酮酸；第二阶段丙酮酸进人线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA;第三阶段为乙酰CoA进人柠檬酸循环，并偶联进行氧化磷酸化。第一阶段反应如前所述，氧化磷酸化将在第八章中讨论。在此主要介绍丙酮酸氧化脱羧和柠檬酸循环的反应过程。

（一）葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸 同糖无氧氧化的第一阶段。 （二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA

丙酮酸在线粒体经过5步反应氧化脱羧生成乙酰CoA（acetyl CoA），总反应式为：

丙酮酸+NAD+HS-CoA一乙酰CoA+NADH+H＋+C0,

十

此反应由丙酮酸脱氢酶复合体（pyruvate dehydrogenase complex)催化。在真核细胞中，该多酶复合体存在于线粒体中，是由丙酮酸脱氢酶（E1），二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）和二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）按一定比例组合而成的。在哺乳类动物细胞中，丙酮酸脱氢酶复合体由60个转乙酰酶组成核心，周围排列着12个丙酮酸脱氢酶和6个二氢硫辛酰胺脱氢酶。参与反应的辅酶有焦磷酸硫胺素（TPP）、硫辛酸、FAD,NAD'和CoA。其中硫辛酸是带有二硫键的八碳羧酸，通过与转乙酰酶的赖氨酸残基的ε—氨基相连，形成与酶结合的硫辛酰胺而成为酶的柔性长臂，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。丙酮酸脱氢酶的辅酶是TPP，二氢硫辛酰胺脱氢酶的辅酶是FAD、NAD'。

丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应分为5步（图6-6）。

1．丙酮酸脱羧形成经乙基-TPP。TPP噻唑环上的N与S之间活泼的碳原子可释放出H+，而成为碳离子，与丙酮酸的羰基作用，产生CO,，同时形成羟乙基-TPP。

2.由二氢硫辛酰胺转乙酰酶（ E2）催化，使经乙基-TPP-E1上的羟乙基被氧化成乙酰基，同时转移给硫辛酰胺，形成乙酰硫辛酰胺一E2。

3.二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）继续催化，使乙酰硫辛酰胺上的乙酰基转移给辅酶A生成乙酰CoA后，离开酶复合体，同时氧化过程中的2个电子使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个