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公衛(wèi)執(zhí)業(yè)醫(yī)師生物化學輔導：糖代謝
糖代謝是生物體廣泛存在的最基本代謝。糖代謝為生物提供重要的碳源和能源。生物所需的能量，主要由糖代謝提供。接下來我們一起來看看應屆畢業(yè)生小編為大家提供的公衛(wèi)執(zhí)業(yè)醫(yī)師生物化學輔導：糖代謝。
糖 代 謝
新陳代謝(物質代謝)是指生物與周圍環(huán)境進行物質和能量交換的過程。包括同化作用和異化作用。特點：1、溫和條件下由酶催化完成;2、反應協(xié)調而有順序性;3、反應分步進行并伴有能量變化，有中間產物。
糖代謝是生物體廣泛存在的最基本代謝。糖代謝為生物提供重要的碳源和能源。生物所需的能量，主要由糖代謝提供。糖代謝包括糖的分解代謝和合成代謝，分解代謝包括糖的有氧氧化分解(糖酵解、丙酮酸氧化脫羧、三羧酸循環(huán))和磷酸戊糖途徑;合成代謝包括糖異生和光合作用。
注：代謝章節(jié)的特點是易懂難記，但對于任何一種代謝過程無非學習以下幾個方面知識：1、每步中間反應的反應物和產物是什么;2、催化的酶是什么;3、物質和能量變化情況;4、代謝如何進行調節(jié);(5、生物學意義)。
一、糖酵解
糖酵解(EMP途徑)：葡萄糖經(jīng)過一系列中間反應后生成丙酮酸的過程。糖酵解在細胞質中進行。
1、過程：
1)、 葡萄糖磷酸化形成G-6-P;此反應不可逆，催化此反應的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。
激酶：催化ATP分子的磷酸基(r-磷�；�)轉移到底物上的酶稱激酶，一般需要Mg2+或Mn2+作為輔因子，底物誘導的裂縫關閉現(xiàn)象似乎是激酶的共同特征。
2)、 G-6-P異構化為F-6-P;此反應可逆，反應方向由底物與產物的含量水平控制。由磷酸葡萄糖異構酶催化，將葡萄糖的羰基C由C1移至C2 ，為C1位磷酸化作準備，同時保證C2上有羰基存在，這對分子的β斷裂，形成三碳物是必需的。
3)、 F-6-P磷酸化，生成F-1.6-P;此反應在體內不可逆，調節(jié)位點，由磷酸果糖激酶催化。磷酸果糖激酶既是酵解途徑的限速酶，又是酵解途徑的第二個調節(jié)酶
4)、 F-1.6-P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮(DHAP);該反應可逆，由醛縮酶催化。同時在生理環(huán)境中，3-磷酸甘油醛不斷轉化成丙酮酸，驅動反應向右進行。
5)、 磷酸二羥丙酮(DHAP)異構化成3-磷酸甘油醛;由磷酸丙糖異構酶催化。已糖轉化成3-磷酸甘油醛后，C原子編號變化：F-1.6-P的C1-P、C6-P都變成了3-磷酸甘油醛的C3-P
6)、 3-磷酸甘油醛氧化成1.3—二磷酸甘油酸;由磷酸甘油醛脫氫酶催化。此反應可逆，既是氧化反應，又是磷酸化反應，氧化反應的能量驅動磷酸化反應的進行。碘乙酸可與酶的-SH結合，抑制此酶活性，砷酸能與磷酸底物競爭，使氧化作用與磷酸化作用解偶連(生成3-磷酸甘油酸)。
7)、 1.3—二磷酸甘油酸轉化成3—磷酸甘油酸和ATP;此反應可逆，由磷酸甘油酸激酶催化。這是酵解過程中的第一次底物水平磷酸化反應，也是酵解過程中第一次產生ATP的反應。一分子Glc產生二分子三碳糖，共產生2ATP。這樣可抵消Glc在兩次磷酸化時消耗的2ATP。
8)、 3—磷酸甘油酸轉化成2—磷酸甘油酸;此反應可逆，磷酸甘油酸變位酶催化，磷�；鶑腃3移至C2。
9)、 2—磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸;此反應可逆，烯醇化酶催化。2—磷酸甘油酸中磷脂鍵是一個低能鍵(△G= -17.6Kj /mol)而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇鍵是高能鍵(△G= -62.1Kj /mol)，因此，這一步反應顯著提高了磷酰基的轉移勢能。
10)、 磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸;此反應不可逆，調節(jié)位點。由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是酵解途徑的第三個調節(jié)酶，這是酵解途徑中的第二次底物水平磷酸化反應，磷酸烯醇式丙酮酸將磷酰基轉移給ADP，生成ATP和丙酮酸
EMP總反應式：
1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ → 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O
2、 糖酵解的能量變化
無氧情況下：凈產生2ATP(2分子NADH將2分子丙酮酸還原成乳酸)。
有氧條件下：NADH可通過呼吸鏈間接地被氧化，生成更多的ATP。
1分子NADH→3ATP(或2.5ATP)
1分子FADH2 →2ATP(或1.5 ATP)
因此，凈產生8ATP(酵解2ATP，2分子NADH進入呼吸氧化，共生成6ATP)。
但在肌肉系統(tǒng)組織和神經(jīng)系統(tǒng)組織：一個Glc酵解，凈產生6ATP(2+2*2)。
★甘油磷酸穿梭：
2分子NADH進入線粒體，經(jīng)甘油磷酸穿梭系統(tǒng)，胞質中磷酸二羥丙酮被還原成3—磷酸甘油，進入線粒體重新氧化成磷酸二羥丙酮，但在線粒體中的3—磷酸甘油脫氫酶的輔基是FAD，因此只產生4分子ATP。
�、伲喊褐辛姿岣视兔摎涿�。
�、冢壕�粒體磷酸甘油脫氫酶。
★蘋果酸穿梭機制：
胞液中的NADH可經(jīng)蘋果酸脫氫酶催化，使草酰乙酸還原成蘋果酸，再通過蘋果酸—2—酮戊二酸載休轉運，進入線粒體內，由線粒體內的蘋果酸脫氫酶催化，生成NADH和草酰乙酸。
而草酰乙酸經(jīng)天冬氨酸轉氨酶作用，消耗Glu而形成Asp。Asp經(jīng)線粒體上的載體轉運回胞液。在胞液中，Asp經(jīng)胞液中的Asp轉氨酶作用，再產生草酰乙酸。
經(jīng)蘋果酸穿梭，胞液中NADH進入呼吸鏈氧化，產生3個ATP。
糖酵解過程中包含兩個底物水平磷酸化：一為1,3-二磷酸甘油酸轉變?yōu)?-磷酸甘油酸;二為磷酸烯醇式丙酮酸轉變?yōu)楸帷?/p>
2、調節(jié)
1)6-磷酸果糖激酶-1
變構抑制劑：ATP、檸檬酸
變構激活劑：AMP、ADP、1，6-雙磷酸果糖(產物反饋激，比較少見)和2，6-雙磷酸果糖(最強的激活劑)。
2)丙酮酸激酶
變構抑制劑：ATP 、肝內的丙氨酸
變構激活劑：1，6-雙磷酸果糖
3)葡萄糖激酶
變構抑制劑：長鏈脂酰輔酶A
注：此項無需死記硬背，理解基礎上記憶是很容易的，如知道糖酵解是產生能量的，那么有ATP等能量形式存在，則可抑制該反應，以利節(jié)能，上述的檸檬酸經(jīng)三羧酸循環(huán)也是可以產生能量的，因此也起抑制作用;產物一般來說是反饋抑制的;但也有特殊，如上述的1，6-雙磷酸果糖。特殊的需要記憶，只屬少數(shù)。以下類同。關于共價修飾的調節(jié)，只需記住幾個特殊的即可，下面章節(jié)提及。
3、丙酮酸的去路
1) 進入三羧酸循環(huán)
2) 乳酸的生成
在厭氧酵解時(乳酸菌、劇烈運動的肌肉)，丙酮酸接受了3—磷酸甘油醛脫氫酶生成的NADH上的氫，在乳酸脫氫酶催化下，生成乳酸。
總反應： Glc + 2ADP + 2Pi → 2乳酸 + 2ATP + 2H2O
3) 乙醇的生成
酵母或其它微生物中，經(jīng)糖酵解產生的丙酮酸，可以經(jīng)丙酮酸脫羧酶催化，脫羧生成乙醛，在醇脫氫酶催化下，乙醛被NADH還原成乙醇。
總反應：Glc+2pi+2ADP+2H+→2乙醇+2CO2+2ATP+2H20
在厭氧條件下能產生乙醇的微生物，如果有氧存在時，則會通過乙醛的氧化生成乙酸，制醋。
4) 丙酮酸進行糖異生
4、 其它單糖進入糖酵解途徑：除葡萄糖外，其它單糖也可進行酵解，通過形成糖酵解的某一中間產物。各種單糖進入糖酵解的途徑，如糖原降解產物G—1—P異構成G—6—P。
5、糖酵解的生理意義
1)葡萄糖分解代謝的共同途徑;
2)對于厭氧生物、缺氧或某些病理的組織來說，是糖分解和獲得能量的主要方式;
3)糖酵解形成的很多中間產物，可作為合成其他物質的原料，與其他代謝途徑聯(lián)系起來。
6、乳酸循環(huán)：葡萄糖在肌肉組織中經(jīng)糖的無氧酵解產生的乳酸，可經(jīng)血循環(huán)轉運至肝臟，再經(jīng)糖的異生作用生成自由葡萄糖后轉運至肌肉組織加以利用，這一循環(huán)過程就稱為乳酸循環(huán)(Cori循環(huán))。Cori循環(huán)是一個耗能過程：2分子乳酸生成1分子Glc，消耗6個ATP。
乳酸循環(huán)是由于肝內糖異生活躍，又有葡萄糖-6-磷酸酶可水解6-磷酸葡萄糖，釋出葡萄糖。肌肉除糖異生活性低外，又沒有葡萄糖-6-磷酸酶。
乳酸循環(huán)生理意義：避免損失乳酸以及防止因乳酸堆積引起酸中毒。
二、糖有氧氧化
葡萄糖的有氧氧化包括四個階段。
�、偬墙徒猱a生丙酮酸(2丙酮酸、 2ATP、2NADH)
②丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA 2×(CO2、NADH)
③三羧酸循環(huán) 2×(2CO2、ATP、3NADH、FADH2)
④呼吸鏈氧化磷酸化 (NADH-----ATP)
三羧酸循環(huán)：乙酰CoA經(jīng)一系列的氧化、脫羧，最終生成CO2、H2O、并釋放能量的過程，又稱檸檬酸循環(huán)、Krebs循環(huán)。
原核生物：①~④階段在胞質中
真核生物：①在胞質中，②~④在線粒體中
1、丙酮酸脫羧生成乙酰CoA。此反應在真核細胞的線粒體基質中進行，這是連接糖酵解與TCA的中心環(huán)節(jié)。
1) 丙酮酸脫氫酶系：丙酮酸脫氫酶系是一個十分龐大的多酶體系，位于線粒體膜上，電鏡下可見。
E.coli丙酮酸脫氫酶復合體：
分子量：4.5×106，直徑45nm，比核糖體稍大。
酶 輔酶 每個復合物亞基數(shù)
丙酮酸脫羧酶(E1) TPP 24
二氫硫辛酸轉乙酰酶(E2) 硫辛酸 24
二氫硫辛酸脫氫酶(E3) FAD、NAD+ 12
此外，還需要CoA、Mg2+作為輔因子。這些肽鏈以非共價鍵結合在一起，在堿性條件下，復合體可以解離成相應的亞單位，在中性時又可以重組為復合體。所有丙酮酸氧化脫羧的中間物均緊密結合在復合體上，活性中間物可以從一個酶活性位置轉到另一個酶活性位置，因此，多酶復合體有利于高效催化反應及調節(jié)酶在反應中的活性。
2) 反應步驟：
(1)丙酮酸脫羧形成羥乙基-TPP
(2)二氫硫辛酸乙酰轉移酶(E2)使羥乙基氧化成乙酰基
(3)E2將乙酰基轉給CoA，生成乙酰-CoA
(4)E3氧化E2上的還原型二氫硫辛酸
(5)E3還原NAD+生成NADH
3) 丙酮酸脫氫酶系的活性調節(jié)：從丙酮酸到乙酰CoA是代謝途徑的分支點，此反應體系受到嚴密的調節(jié)控制，此酶系受兩種機制調節(jié)。
(1)可逆磷酸化的共價調節(jié)：
丙酮酸脫氫酶激酶(EA)(可被ATP激活)
丙酮酸脫氫酶磷酸酶(EB)
磷酸化的丙酮酸脫氫酶(無活性)
去磷酸化的丙酮酸脫氫酶(有活性)
(2)別構調節(jié)：ATP、CoA、NADH是別構抑制劑。ATP抑制E1;CoA抑制E2;NADH抑制E3。
4) 能量變化：1分子丙酮酸生成1分子乙酰CoA，產生1分子NADH(3ATP)。
2、 三羧酸循環(huán)(TCA)的過程
TCA循環(huán)：每輪循環(huán)有2個C原子以乙酰CoA形式進入，有2個C原子完全氧化成CO2放出，分別發(fā)生4次氧化脫氫，共釋放12ATP。
1) 反應步驟
(1)、 乙酰CoA+草酰乙酸→檸檬酸
檸檬酸合酶，TCA中第一個調節(jié)酶：受ATP、NADH、琥珀酰CoA、和長鏈脂肪酰CoA的抑制;受乙酰CoA、草酸乙酸激活。氟乙酰CoA可與草酰乙酸生成氟檸檬酸，抑制下一步反應的酶，據(jù)此，可以合成殺蟲劑、滅鼠藥。
(2)、 檸檬酸→異檸檬酸
由順鳥頭酸酶催化
(3)、 異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸和NADH
異檸檬酸脫氫酶，這是三羧酸循環(huán)中第一次氧化脫羧反應， TCA中第二個調節(jié)酶：Mg2+(Mn2+ )、NAD+和ADP可活化此酶，NADH和ATP可抑制此酶活性。細胞在高能狀態(tài)：ATP/ADP、NADH/NAD+比值高時，酶活性被抑制。線粒體內有二種異檸檬酸脫氫酶，一種以NAD+為電子受體，另一種以NADP+為受體。前者只在線粒體中，后者在線粒體和胞質中都有。
(4)、 α-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA和NADH
α-酮戊二酸脫氫酶系，TCA循環(huán)中的第三個調節(jié)酶：受NADH、琥珀酰CoA、Ca2+、ATP、GTP抑制，α-酮戊二酸脫氫酶系為多酶復合體，與丙酮酸脫氫酶系相似(先脫羧，后脫氫)
(5)、 琥珀酰CoA生成琥珀酸和GTP
琥珀酰CoA合成酶(琥珀酸硫激酶)，這是TCA中唯一的底物水平磷酸化反應，直接生成GTP。在高等植物和細菌中，硫酯鍵水解釋放出的自由能，可直接合成ATP。在哺乳動物中，先合成GTP，然后在核苷二磷酸激酶的作用下，GTP轉化成ATP。
(6)、 琥珀酸脫氫生成延胡索酸(反丁烯二酸)和FADH
琥珀酸脫氫酶是TCA循環(huán)中唯一嵌入線粒體內膜的酶。丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑，可阻斷三羧酸循環(huán)。
(7)、 延胡索酸水化生成L-蘋果酸
延胡索酸酶具有立體異構特性，OH只加入延胡索酸雙鍵的一側，因此只形成L-型蘋果酸。
(8)、 L-蘋果酸脫氫生成草酰乙酸和NADH
L-蘋果酸脫氫酶，平衡有利于逆反應，但生理條件下，反應產物草酰乙酸不斷合成檸檬酸，其在細胞中濃度極低，少于10-6mol/L，使反應向右進行。
2) TCA循環(huán)小結
(1)、總反應式：
丙酮酸 + 4NAD+ + FAD + GDP → 4NADH + FADH2 + GTP + 3CO2 + H2O
乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP → 3NADH + FADH2 + GTP + 2CO2 + H2O
(2)、 一次底物水平的磷酸化、二次脫羧反應，三個調節(jié)位點，四次脫氫反應。
3個NADH、1個FADH2進入呼吸鏈
(3)、 三羧酸循環(huán)中碳骨架的不對稱反應
同位素標記表明，乙酰CoA上的兩個C原子在第一輪TCA上并沒有被氧化。
被標記的羰基碳在第二輪TCA中脫去。在第三輪TCA中，兩次脫羧，可除去最初甲基碳的50%，以后每循環(huán)一次，脫去余下甲基碳的50%
3) 一分子Glc徹底氧化產生的ATP數(shù)量(按NADH的P/O=3,FADH2的為2來計算)
(在肝臟中)
反應 酶 ATP消耗 產生ATP方式 ATP數(shù)量 合計
糖 酵 解 已糖激酶 1 -1 8
磷酸果糖激酶 1 -1
磷酸甘油醛脫氫酶 NADH呼吸鏈氧化磷酸化 2×3
磷酸甘油酸激酶 底物水平磷酸化 2×1
丙酮酸激酶 底物水平磷酸化 2×1
TCA 丙酮酸脫氫酶復合物 NADH 2×3 30
異檸檬酸脫氫酶 NADH 2×3
α-酮戊二酸脫氫酶復合物 NADH 2×3
琥珀酸脫氫酶 FADH2 2×2
蘋果酸脫氫酶 NADH 2×3
琥珀酰CoA合成酶 底物水平磷酸化 2×1
凈產生：38ATP
在骨骼肌、腦細胞中，凈產生：36ATP
甘油磷酸穿梭，1個NADH生成2個ATP
蘋果酸穿梭，1個NADH生成3個ATP
(1)、 磷酸甘油穿梭機制：
磷酸二羥丙酮+NADH+H+→3-磷酸甘油+NAD+
3-磷酸甘油進入線粒體，將2H交給FAD而生成FADH2，F(xiàn)ADH2可傳遞給輔酶Q，進入呼吸鏈，產生2ATP(3-磷酸甘油脫氫酶的輔酶是FAD)。
(2)、 蘋果酸穿梭機制：
胞液中NADH可經(jīng)蘋果酸酶催化，使草酰乙酸還原成蘋果酸，再通過蘋果酸-α-酮戊二酸載體轉運，進入線粒體，由線粒體內蘋果酸脫氫酶催化，生成NADH和草酰乙酸，NADH進入呼吸鏈氧化，生成3ATP。(蘋果酸脫氫酶的輔酶是NAD+)
1分子Glc在肝、心中完全氧化，產生38ATP，在骨骼肌、神經(jīng)系統(tǒng)組織中，產生36ATP。
4) 三羧酸循環(huán)的代謝調節(jié)
(1)、 檸檬酸合酶(限速酶)：受ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA抑制。
受乙酰CoA、草酰乙酸激活
(2)、 異檸檬酸脫氫酶：NADH、ATP可抑制此酶，ADP可活化此酶，當缺乏ADP時就失去活性。
(3)、 α-酮戊二酸脫氫酶：受NADH和琥珀酰CoA抑制。
5) TCA的生物學意義
(1) 氧化提供能量。線粒體外的NADH，可通過3-磷酸甘油穿梭和蘋果酸穿梭機制，運到線粒體內，經(jīng)呼吸鏈再氧化，這兩種機制在不同組織的細胞中起作用。
(2) TCA是生物體內其它有機物氧化的主要途徑，如脂肪、氨基酸、糖
(3) TCA是物質代謝的樞紐。一方面，TCA是糖、脂肪、氨基酸等徹底氧化分解的共同途徑;另一方面，循環(huán)中生成的草酰乙酸、α-酮戊二酸、檸檬酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等又是合成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料，因而TCA將各種有機物的代謝聯(lián)系起來。TCA是聯(lián)系體內三大物質代謝的中心環(huán)節(jié)，為合成其它物質提供C架。
6) TCA的回補反應
三羧酸循環(huán)中間物的的回補：在TCA循環(huán)中，有些中間產物是合成其它物質的前體，如卟啉的主要碳原子來自琥珀酰CoA，Glu、Asp可以從α-酮戊二酸和草酰乙酸衍生而成，一旦草酰乙酸濃度下降，則會影響TCA循環(huán)，因此這些中間產物必須不斷補充，以維持TCA循環(huán)。
產生草酰乙酸的途徑有三個：
(1)、 丙酮酸羧化酶催化丙酮酸生成草酰乙酸
丙酮酸羧化酶是一個調節(jié)酶，乙酰CoA可以增加其活性。需要生物素為輔酶
(2)、 磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸轉化成草酰乙酸
在腦、心臟中存在這個反應。
(3)、 Asp、Glu轉氨可生成草酰乙酸和α-酮戊二酸
Ile、Val、Thr、Met也會形成琥珀酰CoA，最后生成草酰乙酸
附： 葡萄糖有氧氧化生成的ATP
反 應 輔酶 ATP
第一階段 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 -1
6-磷酸果糖 1，6雙磷酸果糖 -1
2*3-磷酸甘油醛 2*1,3-二磷酸甘油酸 NAD+ 2*3或2*2(詳見)
2*1,3-二磷酸甘油酸 2*3-磷酸甘油酸 2*1
2*磷酸烯醇式丙酮酸 2*丙酮酸 2*1
第二階段 2*丙酮酸 2*乙酰CoA NAD+ 2*3
第三階段 2*異檸檬酸 2*α-酮戊二酸 NAD+ 2*3
2*α-酮戊二酸 2*琥珀酰CoA NAD+ 2*3
2*琥珀酰CoA 2*琥珀酸 2*1
2*琥珀酸 2*延胡索酸 FAD 2*2
2*蘋果酸 2*草酰乙酸 NAD+ 2*3
凈生成 38或36個ATP
3、磷酸戊糖途徑
也稱磷酸己糖支路，發(fā)生在胞質中。細胞內Glc的氧化分解，除通過糖酵解，三羧酸循環(huán)和發(fā)酵外，還能直接氧化分解。即反應開始，在G-6-P上的C2原子上直接氧化，通過一系列轉化被分解，此為磷酸戊糖途徑。
兩個事實：
�、儆玫庖宜岷头镆种铺墙徒�(磷酸甘油醛脫氫酶)發(fā)現(xiàn)Glc的消耗并不因此而受影響，證明葡萄糖還有其它的分解途徑
�、谟�14C分別標記Glc的C1和C6，然后分別測定14CO2生成量，發(fā)現(xiàn)C1標記的Glc比C6標記的Glc更快、更多地生成14CO2 ，如果糖酵解是唯一的代謝途徑，那么14C1和14C2生成14CO2的速度應該相同。
1)、 反應過程
Glc經(jīng)磷酸戊糖途徑氧化分解可分為兩個階段。
第一階段：6-磷酸葡萄糖氧化脫羧生成5-磷酸核糖
第二階段：磷酸戊糖分子重排，產生不同碳鏈長度的磷酸單糖
(1) 6-磷酸葡萄糖脫氫脫羧生成5-磷酸核酮糖
在此氧化脫羧階段中，Glc經(jīng)兩次脫氫，一次脫羧，生成5-磷酸核酮糖及NADPH。6-磷酸葡萄糖脫氫酶是磷酸戊糖途徑的調控酶，NADPH反饋抑制此酶活性。
(2) 磷酸戊糖異構生成5-磷酸核糖及5-磷酸木酮糖
(表異構酶)5-磷酸木酮糖產率：2/3; (異構酶) 5-磷酸核糖產率：1/3
(3) 磷酸戊糖通過轉酮、轉醛反應生成酵解途徑的中間產物(F-6-P，3-磷酸甘油醛)
a. 轉酮反應：5-磷酸木酮糖將自身的二碳單位(羥乙�；�)轉到5-磷酸核糖的C1上，生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。
轉酮酶需TPP為輔酶，作用機理與丙酮酸脫氫酶中的TPP類似。
b. 轉醛反應：轉醛酶將7-磷酸庚酮糖上的三碳單位(二羥丙酮基)轉到3-磷酸甘油醛的C1上，生成4-磷酸赤鮮糖和6-磷酸果糖。
(4)轉酮反應(轉酮酶)
4-磷酸赤鮮糖接受另一分子5-磷酸木酮糖上的二碳單位(羥乙酰基)，生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛
磷酸戊糖分子重排的總結果是：
2個5-磷酸木酮糖 + 1個5-磷酸核糖 → 2個(F-6-P) + 1個3磷酸甘油醛
由于5-磷酸木酮糖可以由5-磷酸核糖經(jīng)差向酶轉化而來，所以上式可寫成：
3個5-磷酸核糖 → 2個(F-6-P) + 1個3磷酸甘油醛。
因此，在細胞中若形成過量的磷酸戊糖可以經(jīng)磷酸戊糖途徑轉化為6-磷酸果糖及3-磷酸甘油醛，與糖酵解途徑相連。
2) 磷酸戊糖途徑小結
1、 通過此途徑，可將G-6-P徹底氧化
G-6-P + 12NADP+ + 6H2O → 12NADPH + 12H+ + 6CO2 相當于(36-1)個ATP
3) 磷酸戊糖途徑的調節(jié)
6-磷酸葡萄糖脫氫酶是磷酸戊糖途徑的限速酶，催化不可逆反應。其活性主要受NADP+/NADPH比例的調節(jié)。機體內，NAD+/NADH為700，而NADP+/NADPH僅為0.014，這就使NADPH可以進行有效地反饋抑制調節(jié)6-磷酸葡萄糖脫氫酶和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的活性。只有NADPH被生物合成消耗后，才能解除抑制。
非氧化階段戊糖的轉變主要受控于底物的濃度。5-磷酸核糖過多時可以轉化為6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛進行酵解。
4) 磷酸戊糖途徑與糖酵解途徑的協(xié)調調節(jié)
G-6-P的流向取決于對NADPH、磷酸戊糖及ATP的需要。
(1)需要核糖-5-P(用于合成嘌呤核苷酸)的量比NADPH的量大得多時，大多數(shù)G-6-P轉變成5-磷酸核糖。還可由轉酮酶、轉醛酶催化，將2分子F-6-P和一分子甘油醛-3-P轉變成3分子核糖-5-P。
G-6-P + 2NADP+ +H2O → 核糖-5-P + 2NADPH + 2H+
2 果糖-6-P + 甘油醛-3-P → 3 核糖-5-P
(2)對NADPH和5-磷酸核糖的需要量平衡時，代謝就通過氧化階段由G-6-P氧化脫羧，生成2個NADPH和1個核糖-5-P
反應：G-6-P + 2NADP+ + H2O→核糖-5-P + 2NADP + 2H+ +CO2
(3)需要NADPH的量比5-磷酸核糖的量多得多時，G-6-P就完全氧化成CO2
反應式：6(G-6-P)+ 12NADP+ + 6H2O→6(5-磷酸核糖)+ 12NADPH+ 12H+ + 6CO2
生成的5-磷酸核糖通過非氧化重組及Glc異生作用，再合成G-P-6。
G-6-P + 12NADP+ + 6H2O → 12NADPH + 12H+ + 6CO2
(4)需要 NADPH和 ATP更多時，G-6-P轉化成丙酮酸
磷酸戊糖途徑→3-磷酸甘油醛+6-磷酸果糖→糖酵解
3(G-6-P)+ 6NADP+ + 5NAD+ +5Pi + 8ADP→
5丙酮酸 + 6NADPH + 5NADH2 + 8ATP + 2H2O + 8H+ +3CO2
5) 磷酸戊糖途徑的生理意義
(1) 產生大量的NADPH，為細胞的各種合成反應提供主要的還原力。
NADPH作為主要的供氫體，為脂肪酸、固醇、四氫葉酸等的合成，非光合細胞中硝酸鹽、亞硝酸鹽的還原，及氨的同化等所必需。哺乳動物的脂肪細胞和紅細胞中占50%，肝中占10﹪。
(2) 中間產物為許多化合物的合成提供原料。產生的磷酸戊糖參加核酸代謝。4-磷酸赤蘚糖與糖酵解中的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)可合成莽草酸，經(jīng)莽草酸途徑可合成芳香族a.a。
(3) 是植物光合作用中CO2合成Glc的部分途徑。
注：NADPH主要用于還原反應，其電子通常不經(jīng)電子傳遞鏈傳遞，一般不用于ATP合成。如NADPH用于供能，需通過兩個偶聯(lián)反應，進行穿梭轉運，將氫轉移至線粒體NAD+上。胞液內：α-酮戊二酸+CO2+NADPH+H+=異檸檬酸+NADP+ 異檸檬酸能自由通過線粒體膜，傳遞氫。線粒體內：異檸檬酸+NAD+=α-酮戊二酸+CO2+NADH+H+ 一分子Glc經(jīng)磷酸戊糖途徑，完全氧化，產生12分子NADPH，可生成(36-1)=35ATP 。
4、糖的異生作用
糖異生是指從非糖物質合成Glc的過程。植物利用光、CO2和H2O合成糖。動物可以將丙酮酸、甘油、乳酸及某些氨基酸等非糖物質轉化成糖。
1) 糖異生的證據(jù)及生理意義
證據(jù)：大鼠禁食24h，肝糖原由7%降至1%。再喂乳酸、丙酮酸或TCA中間產物，肝糖原會增加。
意義：糖異生是一個十分重要的生物合成葡萄糖的途徑。紅細胞及大腦是以Glc為主要能量，成人每天需160克Glc，而其中120克Glc用于腦代謝。
糖異生主要在肝臟中進行，腎上腺皮質中也有，腦和肌肉細胞中很少。因此，在血中葡萄糖濃度降低時首先是腦受到傷害。
2) 糖異生途徑
糖異生起源于細胞線粒體內。由丙酮酸生成Glc是糖異生的主要途徑。從丙酮酸到葡萄糖的糖異生途徑不是糖酵解的簡單逆轉，因為在糖酵解中有3步是不可逆步驟，糖異生時必須饒過這3步：①Glc到G-6-P ，②F-6-P到F-1.6-P ③PEP到丙酮酸
(1)丙酮酸被羧化成草酰乙酸(線粒體內)
丙酮酸 + CO2 + ATP → 草酰乙酸 + ADP
丙酮酸羥化酶需要生物素為輔酶。人和哺乳動物的丙酮酸羧化酶主要存在于肝臟和腎的線粒體內，所以細胞液中的丙酮酸要經(jīng)過運載載體進入線粒體后才能羧化成草酰乙酸。
丙酮酸羧化酶還催化三羧酸循環(huán)的回補反應，所以，草酰乙酸既是糖異生的中間物，又是三羧酸循環(huán)的中間物，丙酮酸羧化酶聯(lián)系著三羧酸循環(huán)和糖異生作用
丙酮酸羧化酶是別構酶，受乙酰CoA和高比值ATP/ADP的激活。若細胞內ATP含量高，則三羧酸循環(huán)的速度降低，糖異生作用加強。
(2)草酰乙酸被還原成蘋果酸(線粒體內)，蘋果酸脫氫酶。
該反應的逆反應就是TCA。生成的蘋果酸從線粒體內運到線粒體外。
(3)蘋果酸被重新氧化成草酰乙酸(線粒體外)，蘋果酸脫氫酶。
(4)草酰乙酸生成磷酸烯醇式丙酮酸，丙酮酸羧化激酶。
(5) 磷酸烯醇式丙酮酸沿糖酵解的逆方向生成1.6—二磷酸果糖。
(6)、 F-1.6-P → F-6-P ，果糖二磷酸酶。
這是糖異生的關鍵反應，果糖二磷酸酶被AMP、2.6—二磷酸果糖強烈抑制，但被ATP、檸檬酸和3—磷酸甘油酸激活。
(7)6-磷酸果糖異構化為6-磷酸葡萄糖，磷酸葡萄糖異構酶。
(8) 6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖，葡萄糖-6-磷酸酶。
糖異生總反應：
2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H20→Glc+2NAD++4ADP+2GDP+6Pi.
從2分子丙酮酸形成Glc共消耗6個ATP，2個NADH。在糖異生中，有三步反應與糖酵解途徑不同：丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸;1.6—二磷酸果糖→F—6—P;G—6—P→Glc
3) 糖異生途徑的前體
凡是能生成丙酮酸或成草酰乙酸的物質都可以變成葡萄糖，如TCA中全部的中間產物，大多數(shù)氨基酸。植物微生物經(jīng)過乙醛酸循環(huán)，可將乙酰CoA轉化成草酰乙酸，因此可以將脂肪酸轉變成糖。動物體中不存在乙醛酸循環(huán)，因此不能將乙酰CoA轉變成糖。
非生糖氨基酸：Ile、Leu、Tyr、Trp
反芻動物胃、腸道細菌分解纖維素，產生乙酸、丙酸、丁酸等，其中奇數(shù)碳脂肪酸可轉變成琥珀酰CoA，進入TCA，生糖。
4) 糖異生和糖酵解的代謝協(xié)調調控
糖異生和糖酵解在細胞中是兩個相反的代謝途徑，同時，又是協(xié)調的。
�、俑邼舛菺—6—P抑制已糖激酶，活化G—6—P酶，抑制酵解，促進異生。
②酵解和異生的控制點是F—6—P與F—1.6—2P的轉化。
糖異生的關鍵調控酶是F—1.6—2P酶，而糖酵解的關鍵調控酶是磷酸果糖激酶。
ATP促進酵解，檸檬酸促進糖異生。
F-2.6-P是強效應物，促進酵解，減弱異生。
�、郾岬絇EP的轉化在糖異生中是由丙酮酸羧化酶調節(jié)，在酵解中被丙酮酸激酶調節(jié)。
乙酰CoA激活丙酮酸羧化酶的活性，抑制丙酮酸脫氫酶的活性，因此乙酰CoA過量時，可促進Glc 生成。
④酵解與異生途徑，一個途徑開放，另一途徑就關閉，可避免無效循環(huán)。
無效循環(huán)：由不同酶催化的兩個相反代謝，反應條件不一樣，一個方向需ATP參加，另一方向則進行水解，結果使ATP水解，消耗能量，反應物無變化。
酵解和異生中有三個點可能產生無效循環(huán)，這種無效循環(huán)只能產生熱量供自身需要。
⑤激素對酵解和異生的調控
腎上腺素、胰高血糖素和糖皮質激素促進異生，胰島素加強酵解。
5)糖異生的生理意義
(1)空腹或饑餓時依賴氨基酸、甘油等異生成糖，以維持血糖水平恒定。
(2)回收乳酸分子中的能量。
(3)調節(jié)酸堿平衡。
(4)協(xié)助氨基酸代謝。
5、其他糖類的合成
與核苷酸聚合形成核酸不同，葡萄糖只有在活化后形成了糖核苷酸(NDPG)才能合成寡糖和多糖。這與氨基酸活化后形成肽鏈有些類似。葡萄糖的活化形式： 尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)、腺苷二磷酸葡萄糖(ADPG)、鳥苷二磷酸葡萄糖(GDPG)
1)蔗糖的合成
蔗糖的生物合成的途徑有以下兩條：
1、蔗糖合成酶催化UDPG和果糖合成蔗糖;(非光合組織)
2、磷酸 蔗糖合成酶催化UDPG和6-磷酸葡萄糖合成磷酸蔗糖，再在磷酸蔗糖磷酸酶作用下生成蔗糖;(蔗糖合成的主要途徑，光合組織)
2)淀粉的合成
(1)直鏈淀粉由以下三個酶合成:
淀粉磷酸酶，催化1-磷酸葡萄糖+引物(nG)形成 淀粉 [ (n+1)G ]+磷酸 (n≥3)
D酶(糖苷轉移酶)，將麥芽糖的殘余段加成到其他α-1，4糖苷鍵的多糖上，形成引物。
淀粉合成酶，淀粉合成的主要途徑，以ADPG為主要原料催化ADPG+引物(nG)形成淀粉[ (n+1) ]G+ADP
(2)支鏈淀粉在淀粉合成酶和1，4-α-葡聚糖分支酶(Q酶)共同作用下合成
3) 糖原的合成與分解
糖原是葡萄糖的儲存形式，又被稱為動物淀粉，主要發(fā)生在肝臟、骨骼肌中。
糖原合成的反應過程可分為三個階段：
(1)活化：.由己糖激酶(葡萄糖激酶)催化葡萄糖生成UDPG(uridine diphosphate glucose)，是一耗能過程。
a.磷酸化：己糖激酶(葡萄糖激酶)催化G + ATP 形成G-6-P + ADP
b.異構：磷酸葡萄糖變位酶催化G-6-P轉變?yōu)镚-1-P
c. 轉形：UDPG焦磷酸化酶催化G-1-P + UTP形成UDPG + PPi
(2)縮合：糖原合酶催化UDPG + (G)n形成(G)n+1 + UDP
(3)分支：當直鏈長度達12個葡萄糖殘基以上時，在分支酶(branching enzyme)的催化下，將距末端6～7個葡萄糖殘基組成的寡糖鏈由α-1,4-糖苷鍵轉變?yōu)?alpha;-1,6-糖苷鍵，使糖原出現(xiàn)分支。
糖原合成的特點：1.必須以原有糖原分子作為引物;
2.合成反應在糖原的非還原端進行;
3.合成為一耗能過程，每增加一個葡萄糖殘基，需消耗2個高能磷酸鍵(2分子ATP);
4.其關鍵酶是糖原合酶(glycogen synthase)，為一共價修飾酶;
5.需UTP參與( 以UDP為載體)。
糖原的分解：
(1)水解a.磷酸解：由糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)催化對α-1,4-糖苷鍵磷酸解，生成G-1-P。 (G)n + P i (G)n-1 + G-1-P
b. 轉寡糖鏈：當糖原被水解到離分支點四個葡萄糖殘基時，由葡聚糖轉移酶催化，將分支鏈上的三個葡萄糖殘基轉移到直鏈的非還原端，使分支點暴露。
c. 脫支：由α-1,6-葡萄糖苷酶催化。將α-1,6-糖苷鍵水解，生成一分子自由葡萄糖。
(G)n + H2O (G)n-1 + G
(2)異構： 磷酸葡萄糖變位酶催化G-1-P生成G-6-P
(3)脫磷酸：由葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase)催化，生成自由葡萄糖。該酶只存在于肝及腎中。
G-6-P + H2O G + Pi
糖原分解代謝的特點：
1.水解反應在糖原的非還原端進行;
2.是一非耗能過程;
3.關鍵酶是糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)，為一共價修飾酶，其輔酶是磷酸吡哆醛。
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