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糖代谢

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文集 医学分子细胞遗传基础 共 17 篇

#课程笔记2026-2027

目录

0.总述物质代谢与调节

物质代谢metabolism：

  • 从有生命的细胞到复杂的个体，生存期间必须与周围环境进行物质交换，这种物质交换称为物质代谢。
  • 即物质在体内的消化、吸收、运转、分解等与生理有关的化学过程。
  • 包括分解代谢（catabolism）和合成代谢（anabolism）。

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特点：

  • -体内各种物质代谢过程（糖、脂、氨基酸、核苷酸等）相互联系形成一个整体；
  • 机体物质代谢不断受到精细调节；
  • 各组织、器官物质代谢各具特色；
  • 体内代谢物具有共同的代谢池；
  • ATP是机体储存能量和消耗能量的共同形式。

过程：

  • 消化吸收：多糖、蛋白质、脂类及核酸等都须经消化，分解成比较简单的水溶性物质，才能被吸收到体内。
  • 中间代谢：由血液及淋巴液运送到各组织中参加代谢，各种酶类催化下，进行分解和合成代谢，进行细胞内外物质交换和能量转变。
  • 排泄：物质经过中间代谢过程产生多种终产物，这些终产物再经肾、肠、肝及肺等器官随尿、粪便、胆汁及呼气等排出体外。

第一节 糖代谢概述

一、糖的定义

由碳、氢、氧三种元素组成，且氢:氧=2:1，又称碳水化合物，是多羟醛或多羟酮类化合物。

二、糖的分类

  1. 单糖：不能被水解为更小分子的糖
    • 葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖
  2. 双糖：2个单糖分子脱水缩合而成
    • 麦芽糖、蔗糖、乳糖
  3. 寡糖：3-10个单糖分子
  4. 多糖：淀粉、糖原、纤维素

糖类物质是人类食物的主要成分

三、糖的生理功能

  • 氧化供能（最主要功能）
    • 糖是人体最重要的能源物质（50-70%）
    • 1mol Glucose~679 kcal （2840 kJ）/mol 葡萄糖
  • 提供合成体内其他物质的原料——重要碳源
    • 糖代谢的中间产物可转变为其它含碳化合物：如氨基酸、脂肪酸、核苷等
  • 细胞的重要组成成分
    • 糖蛋白、糖脂、蛋白多糖、氨基多糖
  • 生物活性物质
    • NAD+、FAD、ATP等

四、糖的消化吸收

  1. 糖的消化

人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。

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消化部位：主要在小肠，少量在口腔

  1. 消化过程

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  1. 糖的吸收

多糖及二糖被消化成单糖后才能在小肠被吸收

  • 吸收部位：小肠上段
  • 吸收形式：单 糖
  • 吸收机制：主动吸收
  1. 吸收途径

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五、血糖的来源与去路

血糖：血液中的葡萄糖

血糖水平相当恒定，正常值为3.89~6.11 mmol/L

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第二节 糖的无氧氧化

一、糖的无氧氧化（anaerobic oxidation）

在缺氧条件下，葡萄糖分解成乳酸并释放能量的过程。又称糖酵解（glycolysis)

（1）糖酵解过程

a. 葡萄糖分解为丙酮酸（共10步）

  1. 葡萄糖磷酸化为葡糖-6-磷酸（己糖激酶催化、ATP供能）
    • 反应不可逆
    • 激酶kinase：使底物磷酸化
    • 转移ATP的γ位磷酸
  2. 葡糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸（磷酸己糖异构酶）
  3. 果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸（磷酸果糖激酶-1、ATP）
  4. 磷酸己糖裂解为2个磷酸丙糖（醛缩酶）
    • 磷酸二羟丙酮+3-磷酸甘油醛，同分异构
  5. 磷酸丙糖的同分异构化，磷酸二羟丙酮-3-磷酸甘油醛（磷酸丙糖异构酶）
  6. 3-磷酸甘油醛氧化为1，3-二磷酸甘油酸（3-磷酸甘油醛脱氢酶）
    • NAD+ 同时编委 NADH 与 H+
  7. 1，3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸（磷酸甘油酸激酶）
    • 糖酵解过程中第一个产生ATP的反应
    • 底物水平磷酸化Substrate-level Phosphorylation：指在分解代谢过程中，底物因脱氢、脱水等作用使能量在分子内部重新分布，形成高能磷酸化合物，然后将高能磷酸基团转移到ADP形成ATP的过程。
    • 氧化磷酸化（主要）Oxidative Phosphorylation：代谢物氧化脱氢，氢经呼吸链传递给氧生成水，同时释放能量，使ADP磷酸化生成ATP, 氧化与磷酸化偶联。
  8. 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸（磷酸甘油酸变位酶）
  9. 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸（烯醇化酶）
  10. 磷酸烯醇式丙酮酸转变成ATP和丙酮酸（丙酮酸激酶）（底物水平磷酸化）
    • 6-10步：放能阶段 payoff phase
    • 两次底物水平磷酸化生成ATP
    • 生成NADH

b.丙酮酸转变成乳酸

丙酮酸 + NADH + H+ —LDH— 乳酸 + NAD+

  • NADH 来源于第六步；还原反应

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（2）糖酵解的特点

  • 反应部位：细胞质
  • 关键酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶
  • 能量净生成：2ATP（G磷酸化、果糖-6-磷酸 磷酸化消耗2；两倍的两个底物水平磷酸化生成4）

（4）糖酵解的调节

关键酶（调节酶 regulatory enzyme）：（2）述三种酶

调节方式：变构调节（别构效应剂）；共价修饰（激素）

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（5）糖酵解的生理意义

  • 迅速供能；
  • 缺氧条件下的快速供能方式
  • 紧急供能、生理供能、病理供能

第三节 糖的有氧氧化

有氧氧化aerobic oxidation：葡萄糖或糖原在有氧条件下彻底氧化成H2O和CO2同时释放出能量的过程，这是糖氧化的主要方式。

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第一阶段：糖酵解途径

glycolysis pathway，细胞质。

丙酮酸进入线粒体，不消耗NADH转化为乳酸。

第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧

有氧氧化的限速步骤之一。

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丙酮酸脱氢酶复合体 pyruvate dehydrogenase complex (PDH)

  • 3种酶：E1, E2, E3
    • 丙酮酸脱氢酶（E1）
    • 硫辛酸乙酰基转移酶（E2）
    • 二氢硫辛酸脱氢酶（E3）
  • 5种辅酶：TPP、FAD、NAD+、CoA、硫辛酸
    • 焦磷酸硫胺素：TPP，维生素B1的活性形式
    • 辅酶A：泛酸（维生素B5）的活性形式
    • 黄素腺嘌呤二核苷酸：FAD，维生素B2的活性形式
    • 辅酶 I:NAD+,维生素PP的活性形式
    • 硫辛酸

酶复合体（多个酶组合）；多功能酶：一条多肽链具有多个domain、多种酶的活性

辅酶；辅基

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  • 维生素B1缺乏症deficiency：丙酮酸无法转为乙酰辅酶A，进而损伤大脑、神经、心脏等器官（脚气病Beriberi）

第三阶段：三羧酸循环

三羧酸循环（柠檬酸循环，Krebs循环），线粒体内：乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程

（1）柠檬酸的形成

草酰乙酸+乙酰辅酶A——柠檬酸

（2）异柠檬酸的形成

（3）异柠檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸

（4）α-酮戊二酸氧化脱羧，生成琥珀酰CoA

（5）琥珀酰CoA转变为琥珀酸（底物水平磷酸化）

  • 三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应
  • 琥珀酰CoA——琥珀酸（GDP(ADP)+Pi-GTP(ATP)）
  • 琥珀酰CoA合成酶Succinyl-CoA synthetase

（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸

  • 琥珀酸——延胡索酸
  • FAD——FADH2

（7）延胡索酸水化生成苹果酸

（8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸

  • 苹果酸——草酰乙酸
  • 苹果酸脱氢酶

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特点：

  1. 反应部位：线粒体
  2. 关键酶：
    • 柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，酮戊二酸脱氢酶复合体
    • 功能特点->受外环境影响比较小；编码酶的基因是管家基因；酶活性的调节？
  3. 三羧酸循环：
    • 4次脱氢（其中3次以NAD+为受氢体,1次以FAD为受氢体）
    • 2次脱羧
    • 每循环一周产生10个ATP
  4. 三羧酸循环的中间产物不会因参与循环而被消耗，但可以参加其它代谢而被消耗。
    • 草酰乙酸=天冬氨酸
    • 酮戊二酸=谷氨酸
    • 草酰乙酸=丙酮酸=丙氨酸
  5. 机体供能不足时，苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TCA cycle氧化分解。

四、糖的有氧氧化及三羧酸循环的生理意义

  1. 糖有氧氧化的基本生理功能是氧化供能
    • NADH -生物氧化- 2.5 ATP
    • FADH2 -生物氧化- 1.5 ATP ScreenShot_2026-09-28_093546_189
  2. 三羧酸循环是糖、脂肪和蛋白质三大营养物质分解代谢的最终共同途径
    • 乙酰CoA：交汇点
    • 基础病-代谢性疾病：相关蛋白质表达/活性改变；影响途径：共价修饰（磷酸化，ATP）、表观遗传（组蛋白乙酰化，乙酰辅酶A）
  3. 三羧酸循环是糖、脂肪和某些氨基酸代谢联系和互变的枢纽
    • 中间产物去向完全取决于机体内的能量状况、组织器官对化合物的利用程度 ScreenShot_2026-09-28_094523_476

五、糖有氧氧化的调节

酵解途径：

  • 己糖激酶
  • 磷酸果糖激酶-1
  • 丙酮酸激酶

丙酮酸脱氢酶复合体：变构调节、化学修饰 ScreenShot_2026-09-28_100139_916

  • 激活剂：AMP、ADP、NAD+、CoA-SH、Ca2+
  • 抑制剂：ATP、NADH、乙酰CoA、脂肪酸
  • 磷酸化失活、去磷酸化激活
  • 丙酮酸脱氢酶激酶PDK
    • 肿瘤细胞PDK活性增加、产生乳酸增多、炎症；PDK靶点，对正常细胞也有影响
    • 衰老细胞PDK增加、产生乳酸增多、炎症，慢性疾病

三羧酸循环：

  • 柠檬酸合酶
  • 异柠檬酸脱氢酶
  • 酮戊二酸脱氢酶复合体

ATP/ADP或ATP/AMP调节各关键酶的活性

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调节的特点

  1. 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。
  2. ATP/ADP或ATP/AMP比值调节全程。比值升高，关键酶被抑制。 ATP/AMP效果更显著。
  3. 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。
  4. 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。
    • 巴斯德效应（ Pastuer effect）：指有氧氧化抑制糖酵解的现象。
    • 有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸;
    • 缺氧时，酵解途径加强，NADH+H+在胞浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。

第四节 磷酸戊糖途径

pentose phosphate pathway

磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。

3×6-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+ —— 2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2

一、磷酸戊糖途径

  • 葡萄糖分解代谢的另一重要途径
  • 生理意义：生成磷酸戊糖、NADPH（还原性辅酶II，不供能），用于合成代谢
  • 反应部位：细胞质
  • 反应过程
    • 氧化反应：生成磷酸戊糖、NADPH和CO2
    • 非氧化反应：基团转移NAD和NADP

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二、磷酸戊糖途径的调节

关键酶：葡糖-6磷酸脱氢酶，受NADPH负反馈调节作用

三、磷酸戊糖途径的生理意义

  1. 为核酸的生物合成提供核糖（磷酸戊糖）
    • R-5-P + ATP —— PRPP + AMP （PRPP合成酶） ScreenShot_2026-09-28_101359_149
  2. 提供NADPH作为供氢体，参与多种代谢反应
    1. 体内许多合成代谢的供氢体（脂酸、胆固醇）
    2. 参与体内羟化反应（生物转化）
    3. 维持谷胱甘肽的还原状态（抗氧化剂） ScreenShot_2026-09-28_101655_843 - 蚕豆病favism：葡糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺乏，导致NADPH生成不足，GSH减少；新鲜蚕豆是很强的氧化剂，当G6PD缺乏时则红细胞膜被氧化而导致破裂，表现为溶血性黄疸或贫血

第五节 糖原代谢（合成与分解）

glycogenesis and glycogenolysis

糖的贮存

  • 甘油三酯
  • 糖原（迅速动用）（肝糖原、血糖，肌糖原、肌肉收缩）

糖原的结构特点及其意义：

  1. 葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键形成长链；
  2. 约10个葡萄糖单元处形成分支，分支处葡萄糖单元以α-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加；
  3. 每条链都终止于一个非还原端，它是糖原磷酸化酶和糖原合酶的作用位点。 - 支链多：增加溶解度、增多非还原端；用来沉淀核酸（惰性、支链）

一、糖原合成

glycogenesis

  1. 主要部位：肝脏、肌肉
  2. 过程：

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  • UDPG：UDP磷酸末端与戊糖1号碳上羟基成磷酸酯键。
  1. 糖原合成特点：
    1. 耗能过程：2个ATP（UTP来源于ATP）
    2. 关键酶：糖原合酶glycogen synthase
    3. UDPG是葡萄糖的活性形式 - 糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物（primer），作为UDPG上葡萄糖基的接受体。引物如何合成？

糖原分支的形成：

当糖原链长度达到12~18个葡萄糖残基时，由分支酶催化，将6-7个葡萄糖残基移至邻近的糖链上，以1,6-糖苷键进行连接，形成糖原分子的分支。

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形成糖原分支的意义：

  1. 增加糖原的溶解度
  2. 增加非还原末端的数量（合成速度

二、糖原分解

glycogenolysis

过程：糖原非还原性末端磷酸解、变位、水解、脱支

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脱支酶 debranching enzyme：

  1. 转移葡萄糖残基
  2. 水解α-1,6-糖苷键

肝脏中有葡糖-6-磷酸酶，故肝糖原可补充血糖。

肌肉中缺乏此酶，故肌糖原不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解或有氧氧化供能。1肌糖原残基=3ATP。通过糖异生间接补充血糖浓度。

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三、糖原合成与分解的调节

糖原合成的关键酶：糖原合酶（a，非磷酸化，有活性；b，磷酸化，无活性）

糖原分解的关键酶：糖原磷酸化酶（a，磷酸化，有活性；b非磷酸化，无活性）

共价修饰、变构调节；激酶的级联反应（信号放大）

G-6-P的代谢去路

：糖代谢交汇点，完全取决于机体内的能量状况、组织器官对能量的利用程度

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第六节 糖异生作用

gluconeogenesis

概念：非糖物质（甘油、生糖氨基酸、乳酸等）转变为葡萄糖或糖原的过程

一、糖异生途径（从丙酮酸生成葡萄糖的过程）

糖酵解与糖异生途径的多数反应是共有的，可逆的，但酵解途径中有3个不可逆反应，在糖异生途径中须有另外的反应代替。

  • 无氧分解的逆过程；3步不可逆反应需要其他酶的催化
  • 凡是能生成无氧分解的中间化合物，都能通过糖异生生成葡萄糖

主要器官：肝、肾

不可逆反应：

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  1. 丙酮酸 to 磷酸烯醇式丙酮酸

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    • 丙酮酸羧化酶、ATP、CO2
    • 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、GTP

  2. F-1，6-2P to F-6-P

    • 果糖二磷酸酶-1

  3. G-6-P to G

    • 葡萄糖-6-磷酸酶

关键酶即上述酶。糖酵解关键酶亦即这些步骤。

二、糖异生的调节

  1. 代谢物的调节
    1. 糖异生的原料（甘油、氨基酸、乳酸及丙酮酸等）增多时，糖异生作用增强；
    2. 乙酰CoA是丙酮酸羧化酶的别构激活剂，促进糖异生；
    3. ATP促进糖异生，ADP与AMP 抑制糖异生。
  2. 激素的调节
    1. 肾上腺素、胰高血糖素促进糖异生；
      • 诱导肝细胞中磷酸烯醇式丙酮酸的生成。
      • 促进脂肪动员（脂肪酸分解为乙酰CoA、激活丙酮酸羧化酶；甘油作为糖异生原料）
    2. 糖皮质激素促进糖异生
      • 诱导肝脏合成糖异生的四种关键酶，特别是磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
      • 促进肝外组织蛋白分解促进脂库动员（糖异生原料）
    3. 胰岛素抑制糖异生
      • 抑制四种关键酶的合成
      • 对抗肾上腺素和胰高血糖素的作用

酶受激素调节程度高于受代谢物调节程度。

糖异生作用相较于糖原合成与分解对血糖的调节，速度较慢

糖酵解与糖异生协调调节

三、糖异生的生理意义

  1. 维持血糖水平的恒定（最主要）
  2. 补充肝糖原（饥饿后进食）
  3. 调节酸碱平衡
  4. 有利于乳酸的利用 ScreenShot_2026-09-28_113004_874
    • 肌肉收缩通过糖酵解生成乳酸，乳酸经血液入肝，在肝内异生为葡萄糖，葡萄糖进入血液后又可被肌肉摄取，此循环称为乳酸循环（Cori循环）
    • 意义：乳酸再利用，避免损失乳酸；防止乳酸的堆积、酸中毒

第七节 葡萄糖的其他代谢产物

  1. 糖醛酸途径生成活化的葡萄糖醛酸(UDPGA)，葡萄糖醛酸在肝内生物转化过程中参与很多结合反应；组成蛋白聚糖（透明质酸、肝素等）的组分。
  2. 葡萄糖多元醇途径生成木糖醇、山梨醇
  3. 2,3-二磷酸甘油酸旁路调节血红蛋白运氧（调节氧与血红蛋白的亲和力）

第八节 血糖调节及糖代谢障碍

  • 血糖：血液中的葡萄糖。
  • 血糖水平：血糖的浓度。正常值为80～120mg/dl（3.89~6.11mmol/L）——2013版指南（4.4-7.0 mmol/L）
  • 血糖水平恒定的生理意义
    • 脑组织不能利用脂肪酸，主要依赖葡萄糖供能
    • 红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获能
    • 骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖供能

一、血糖的调节

  1. 组织器官水平的调节（肝脏、肌肉、肾脏）

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  1. 激素调节
    1. 胰岛素：降低血糖（胰岛β-细胞）
      • 促进肌细胞、脂肪细胞摄取葡萄糖
      • 促进糖原合成，抑制糖原分解
      • 加快糖有氧氧化
      • 抑制糖异生作用
      • 减缓脂肪的动员，从而减少脂肪酸对糖氧化的抑制
    2. 胰高血糖素：升高血糖（胰岛α-细胞）
      • 促进肝糖原分解
      • 促进糖异生
      • 脂肪动员加速，抑制糖氧化
    3. 糖皮质激素：升高血糖
      • 促进糖异生
      • 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖
      • 协助促进脂肪的动员
    4. 肾上腺素：升高血糖（应激时）
      • 加速糖原分解
      • 促进肌糖原酵解生成乳酸，加快糖异生

二、血糖异常

  1. 低血糖
    • 空腹血糖 < 2.8mmol/L
    • 影响脑细胞功能，严重时出现昏迷（低血糖休克）
    • 常见原因：
      1. 胰岛细胞功能异常，导致胰岛素分泌过多；
      2. 肾上腺皮质机能减退，导致糖皮质激素分泌不足；
      3. 严重的肝脏疾患，不能有效调节血糖；
      4. 饥饿时间过长或持续的剧烈体育运动。
  2. 糖尿病
    • 空腹血糖 ≥ 7.1 mmol/L
    • 血糖浓度超过肾糖域时出现糖尿
    • 糖尿病主要类型：
      • I型（ 胰岛素依赖型）：因胰岛素缺乏，青少年多见。
      • II型（非胰岛素依赖型）：占90%以上，因胰岛素受体减少或受体敏感性降低。

糖耐量试验(glucose tolerance test, GTT)

临床上用来诊断病人有无糖代谢异常

口服糖耐量试验的方法

被试者清晨空腹静脉采血测定血糖浓度，然后一次服用100g葡萄糖，服糖后的1/2、1、2h（必要时可在3h）各测血糖一次。以测定血糖的时间为横坐标（空腹时为0h），血糖浓度为纵坐标，绘制糖耐量曲线

正常人：服糖后1/2~1h达到高峰，然后逐渐降低，一般2h左右恢复正常值。
糖尿病患者：空腹血糖高于正常值，服糖后血糖浓度急剧升高，2h后仍可高于正常

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  1. 葡萄糖是如何在缺氧状态下转变成乳酸的？有何意义?
  2. 非糖物质转变成葡萄糖需经过哪些关键反应？各由哪些关键酶催化？
  3. 叙述三羧酸循环
  4. 叙述血糖的正常含量、来源、去路、调节和意义
  5. 本章所述代谢中共涉及多少关键酶？它们是哪些？
  6. 磷酸戊糖途径有何重要意义
  7. 试述肝脏是如何合成和分解糖原？受什么因素调节？