第二章物质代谢及其调节
第二章物质代谢及其调节
常见命题线索图1.糖代谢：糖的无氧氧化、有氧氧化、糖原的合成与分解、糖异生
2.脂类代谢：甘油三酯代谢、磷脂代谢、胆固醇代谢
3.生物氧化：氧化呼吸链的构成
4.氨基酸代谢：联合脱氨基作用
5.核苷酸代谢：嘌呤与嘧啶核苷酸的合成与分解代谢
第一节糖代谢
一、糖的无氧氧化
在机体缺氧条件下，葡萄糖经一系列酶促反应生成丙酮酸进而还原生成乳酸的过程称为糖酵解，亦称糖
的无氧氧化。
(一)糖无氧氧化反应过程分为糖酵解途径和乳酸生成两个阶段
糖酵解的第一阶段是由葡萄糖分解成丙酮酸，称为糖酵解途径。第二阶段为丙酮酸还原生成乳酸。糖的
无氧氧化途径的全部反应在胞质中进行。
1.葡萄糖经糖酵解途径分解为两分子丙酮酸
(1)葡萄糖磷酸化为6磷酸葡萄糖
葡萄糖进入细胞后发生磷酸化反应，生成6磷酸葡萄糖。催化此反应的是己糖激酶。
(2)6磷酸葡萄糖转变为6磷酸果糖
这是由磷酸己糖异构酶催化的醛糖与酮糖间的异构反应。
(3)6磷酸果糖转变为1，6二磷酸果糖
这是第二个磷酸化反应，由6磷酸果糖激酶1催化。
(4)磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖
此步反应是可逆的，由醛缩酶催化。
(5)磷酸二羟丙酮转变为3磷酸甘油醛
3磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮是同分异构体，在磷酸丙糖异构酶催化下可互相转变。
上述的5步反应为糖酵解途径中的耗能阶段。
(6)3磷酸甘油醛氧化为1，3二磷酸甘油酸
反应中3磷酸甘油醛的醛基氧化成羧基及羧基的磷酸化均由3磷酸甘油醛脱氢酶催化，以NAD+为辅酶
接受氢和电子。
(7)1，3二磷酸甘油酸转变成3磷酸甘油酸
油酸激酶催化混合酸酐上的磷酸基从羧基转移到ADP，形成ATP和3磷酸甘油酸，这是糖酵解过程中第一
次产生ATP的反应，将底物的高能磷酸基直接转移给ADP生成ATP。这种ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作
用与底物的脱氢作用直接相耦联的反应过程称为底物水平磷酸化作用。
(8)3磷酸甘油酸转变为2磷酸甘油酸
磷酸甘油酸变位酶催化。
(9)2磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
烯醇化酶催化2磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸。
（10）磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸基转移给ADP形成ATP和丙酮酸
糖酵解途径的最后这一步反应是由丙酮酸激酶催化的，在胞内这个反应是不可逆的。这是糖酵解途径中
第二次底物水平磷酸化。
2.丙酮酸被还原为乳酸
这一反应由乳酸脱氢酶催化，丙酮酸还原成乳酸所需的氢原子由NADH + H+提供。
(二)糖酵解的调控是对3个关键酶活性的调节
1.6磷酸果糖激酶1
调节糖酵解途径流量最重要的是6磷酸果糖激酶1的活性。6磷酸果糖激酶1受多种变构效应剂的
影响。ATP和柠檬酸是此酶的变构抑制剂。2，6二磷酸果糖是6磷酸果糖激酶1最强的变构激活剂。
2.丙酮酸激酶
丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点。1，6二磷酸果糖是丙酮酸激酶的变构激活剂，而ATP则有
抑制作用。
3.己糖激酶
己糖激酶受其反应产物6磷酸葡萄糖的反馈抑制，葡萄糖激酶分子内不存在6磷酸葡萄糖的变构部位
，故不受6磷酸葡萄糖的影响。
二、糖的有氧氧化
葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和二氧化碳的反应过程称为有氧氧化。有氧氧化是糖氧化供能的主要
方式。
（一）糖有氧氧化的反应过程
包括糖酵解途径、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环及氧化磷酸化。
1.葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸
见前述。
2.丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA
此反应由丙酮酸脱氢酶复合体催化。在真核细胞中，该复合体存在于线粒体中，是由丙酮酸脱氢酶(E1)
，二氢硫辛酰胺转乙酸酶(E2)和二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)三种酶按一定比例组合成多酶复合体，其组合
比例随生物体不同而异。参与反应的辅酶有硫胺素焦磷酸(TPP)、硫辛酸、FAD、NAD+及CoA。
3.乙酰CoA进入三羧酸循环以及氧化磷酸化生成ATP
三羧酸循环(TCA循环)是一个由一系列酶促反应构成的循环反应系统，在该反应过程中，首先由乙酰CoA(
主要来自于三大营养物质的分解代谢)与草酰乙酸缩合生成含3个羧基的柠檬酸，再经过4次脱氢、2次脱
羧，生成4分子还原当量（一般是指以氢原子或氢离子形式存在的一个电子或一个电子当量）和2分子CO2
，重新生成草酰乙酸,这一循环反应过程称为三羧酸循环。
(1)柠檬酸的形成
乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸。此反应由柠檬酸合酶催化。
(2)异柠檬酸的形成
柠檬酸与异柠檬酸的异构化。
(3)第一次氧化脱羧
异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶催化下氧化脱羧产生CO2，其余碳链骨架部分转变为α酮戊二酸。
(4)第二次氧化脱羧
α酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA。催化α酮戊二酸氧化脱羧的酶是α酮戊二酸脱氢酶复合体。
(5)底物水平磷酸化反应
当琥珀酰CoA的高能硫酯键水解时，它可与GDP的磷酸化耦联，生成高能磷酸键。反应是可逆的，由琥珀
酞CoA合成酶催化。
(6)琥珀酸脱氢生成延胡索酸
反应由琥珀酸脱氢酶催化。该酶结合在线粒体内膜上，是TCA循环中唯一与内膜结合的酶。
(7)延胡索酸加水生成苹果酸
延胡索酸酶催化此可逆反应。
(8)苹果酸脱氢生成草酰乙酸
TCA循环的最后反应由苹果酸脱氢酶催化。
(二)TCA循环受底物、产物和关键酶活性的调节
TCA循环主要受其底物、产物和关键酶活性3种因素的调控。TCA循环的速率和流量主要受3种因素的调控:
底物的供应量，催化循环最初几步反应酶的反馈别构抑制，产物堆积的抑制作用。
1.TCA循环中有3个关键酶，并参与TCA循环中的3步不可逆反应:即由柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α
酮戊二酸脱氢酶催化的反应。
2.TCA循环与上游和下游反应相协调，在正常情况下，糖酵解途径和TCA循环的速度是相协调的。
三、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖
细胞内的葡萄糖通过有氧氧化分解，生成大量ATP，这是葡萄糖分解代谢的主要途径。此外尚存在其他代
谢途径，如磷酸戊糖途径就是另一条重要途径。葡萄糖经此途径代谢的主要意义是产生磷酸核糖、NADPH
和CO2，而不是生成ATP。
四、糖原的合成与分解
糖原是动物体内糖的储存形式。糖原作为葡萄糖储备的生物学意义在于，当机体需要葡萄糖时它可以迅
速被动用以供急需;而脂肪则不能。肝和肌是储存糖原的主要组织器官，但肝糖原和肌糖原的生理意义有
很大不同。肌糖原主要供肌收缩的急需;肝糖原则是血糖的重要来源。下面主要以肝糖原为例介绍糖原合
成与分解的途径、调节和生理意义。
(一)糖原的合成代谢——合成部位主要在肝脏、肌肉组织
葡萄糖先在葡萄糖激酶作用下磷酸化成为6磷酸葡萄糖。最后在糖原合酶作用下，UDPG的葡萄糖基转移
给糖原引物的糖链末端。上述反应反复进行，在糖原合酶的作用下，糖链只能延长，不能形成分支。
(二)肝糖原分解产物——葡萄糖可补充血糖
糖原分解习惯上是指肝糖原分解成为葡萄糖。肝糖原在糖原磷酸化酶的作用下分解下1个葡萄糖基，生成
1磷酸葡萄糖，1磷酸葡萄糖再转变为6磷酸葡萄糖分。经葡萄糖6磷酸酶催化，6磷酸葡萄糖
水解成葡萄糖释放入血。
(三)糖原的合成与分解受到彼此相反的调节
糖原合成途径中的糖原合酶和糖原分解途径中的磷酸化酶都是催化不可逆反应的关键酶。这两种酶分别
是两条代谢途径的调节酶，其活性决定不同途径的代谢速率，从而影响糖原代谢的方向。糖原合酶和磷
酸化酶的快速调节有共价修饰和变构调节两种方式。
五、糖异生
从非糖化合物(乳酸、甘油、生糖氨基酸等)转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。机体内进行糖异生
补充血糖的主要器官是肝。长期饥饿时肾糖异生能力则可大为增强。
(一)糖异生途径不完全是糖酵解的逆反应
从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程称为糖异生途径。糖酵解途径与糖异生途径的多数反应是共有的可
逆反应，但糖酵解途径中有3个不可逆反应，在糖异生途径中须由另外的反应和酶代替。
1.丙酮酸经丙酮酸羧化支路变为磷酸烯醇式丙酮酸
催化第一个反应的是丙酮酸羧化酶，其辅酶为生物素。第二个反应由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化草酰
乙酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸。
2.1，6二磷酸果糖转变为6磷酸果糖
此反应由果糖二磷酸酶1催化。
3.6磷酸葡萄糖水解为葡萄糖
此反应由葡萄糖6磷酸酶催化。
(二)糖异生的调节是通过对两个底物循环的调节与糖酵解调节彼此协调
1.第一个底物循环在6磷酸果糖与1，6二磷酸果糖之间进行
目前认为2，6二磷酸果糖的水平是肝内调节糖的分解或糖异生反应方向的主要信号。
2.在磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间进行第二个底物循环
1，6二磷酸果糖是丙酮酸激酶的变构激活剂，通过1，6二磷酸果糖可将两个底物循环相联系和协调
。
