生物化学与分子生物学-授课教案生物化学教学方案:

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生物化学与分子生物学:授课教案生物化学教学方案第四章:教案首页课程名称生物化学年级专业、层次本科临床医学类授课教师职称课会计资格型（大、小) 大学时 6 授课题目（章、节) 第四章糖代谢教材名称《生物化学》第七版

教案首页

课程名称

生物化学

年级

专业、层次

本科临床医学类

授课教师

职称

课会计资格型（大、小)

大

学时

授课题目（章、节)

第四章糖代谢

教材名称

《生物化学》第七版

作者

查锡良

出版社

人民卫生出版社

主要参考书

（注明页数)

赵宝昌　主编. 生物化学(第二版). 高等教育出版社, 2009-1. 第六章糖代谢.

目的与要求：

1. 掌握：糖的无氧氧化及有氧氧化的代谢途径及其调节，糖原合成与分解的代谢途径及其调节，糖异生的代谢途径及其调节。

2. 熟悉：糖的生理功能，磷酸戊糖途径及其生理意义，血糖浓度及其调节。

3. 了解：糖的其他代谢途径。

教学内容与时间安排、教学方法：

1.教学内容与时间安排

糖的生理功能，糖的无氧氧化及其调节 2.0 学时

糖的有氧氧化及其调节，磷酸戊糖途径及其生理意义 2.0 学时

糖原合成与分解及其调节，糖异生及其调节，血糖 2.0 学时

2. 教学方法：

讲授+演示+启发+讨论。

教学重点及如何突出重点、难点及如何突破难点：

1. 重点：糖的生理功能，糖的无氧氧化及其调节，糖的有氧氧化及其调节，糖原合成与分解及其调节，糖异生及其调节。

2. 难点：糖的无氧氧化及其调节，糖的有氧氧化及其调节。

3. 课件色彩及语言强调突出重点；采用图片及动画演示理解难点。

教研室审阅意见：

同意。

教研室主任签名：李洪

2009 年2 月 28 日

基本内容

课堂设计和时间安排

第四章糖代谢

糖的化学。

糖(carbohydrates)即碳水化合物，是指多羟基醛或多羟基酮及其衍生物或多聚物。

根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类：单糖(monosacchride)、寡糖(oligosacchride)、多糖(polysacchride)和结合糖(glycoconjugate)。

单糖的分子结构。寡糖的分子结构。多糖(淀粉的分子结构，糖原的分子结构，纤维素的分子结构)。结合糖：糖与非糖物质的结合物。

第一节概述

☆一、糖的主要生理功能是氧化供能

糖类在生物体内的生理功能包括：① 氧化供能：糖类占人体所需能量的50～70%。② 作为结构成分：如生物膜、神经组织等的组分。③ 作为核酸类化合物的成分：构成核苷酸，DNA，RNA等。④ 转变为其他物质：转变为脂肪或氨基酸等化合物。

二、糖的消化吸收主要在小肠

(一) 糖的消化(digestion of carbohydrates)

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，以淀粉为主。消化部位：主要在小肠，少量在口腔。

(二) 糖的吸收(ingestion of carbohydrates)

主要在小肠上段以单糖形式吸收。

☆三、糖代谢概况。

第二节糖的无氧氧化

☆概念：糖的无氧氧化是指葡萄糖在无氧条件下分解生成乳酸并释放出能量的过程。

☆★一、糖无氧氧化的反应过程包括糖酵解途径和乳酸生成两个阶段

糖的无氧氧化的全部反应过程在胞液中进行，共11步。无氧氧化代谢的终产物是乳酸(lactate)。一分子葡萄糖经无氧氧化可净生成2分子ATP。

(一)葡萄糖经糖酵解途径分解为2分子丙酮酸

1. 活化(activation)——己糖磷酸酯的生成：⑴葡萄糖(glucose)磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate, G-6-P)；⑵ G-6-P异构为6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate, F-6-P)；⑶ F-6-P再磷酸化为 1,6-二磷酸果糖(fructose-1,6-bisphosphate, F-1,6-BP)。

2. 裂解(lysis)——磷酸丙糖的生成：⑷ F-1,6-BP 裂解为3-磷酸甘油醛(glyceral-dehyde-3-phosphate)和磷酸二羟丙酮(dihydroxy-acetone phosphate)；⑸ 磷酸二羟丙酮异构为3-磷酸甘油醛。

3. 放能(releasing energy)——丙酮酸的生成：⑹ 3-磷酸甘油醛脱氢并磷酸化生成1,3-二磷酸甘油酸(glycerate-1,3-diphosphate)；⑺ 1,3-二磷酸甘油酸脱磷酸，将其交给ADP生成ATP；⑻ 3-磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸；⑼ 2-磷酸甘油酸(glycerate-2-phosphate)脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenol-pyruvate, PEP)；⑽ 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)将高能磷酸基交给ADP生成ATP。

(二) 丙酮酸还原生成乳酸

利用丙酮酸接受糖酵解途径中产生的NADH，使NADH重新氧化并生成乳酸。

糖的无氧氧化途径。

☆糖无氧氧化代谢途径有3个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶)、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶。

二、无氧氧化的调控通过对三个关键酶活性的改变来实现

☆1. 己糖激酶或葡萄糖激酶：葡萄糖激酶是肝调节葡萄糖吸收的主要的关键酶。己糖激酶及葡萄糖激酶的变构剂。

☆2. 6-磷酸果糖激酶-1：是调节糖无氧氧化代谢途径流量的主要因素。6-磷酸果糖激酶-1的变构剂。

☆3. 丙酮酸激酶：丙酮酸激酶的变构剂。

☆三、无氧氧化的生理意义

1. 在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补充途径。

2. 在有氧条件下，作为某些组织细胞主要的供能途径。

第三节糖的有氧氧化

☆★一、有氧氧化的反应过程

☆糖的有氧氧化包括：葡www.med126.com萄糖的酵解、丙酮酸氧化脱羧和三羧酸循环及氧化磷酸化三个阶段。

(一) 葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸：

在细胞胞液中进行，一分子葡萄糖分解后净生成2分子丙酮酸，2分子ATP，和2分子NADH+H⁺。后者在有氧条件下可进入线粒体产能，共可得到2×1.5或者2×2.5分子ATP。故第一阶段可净生成3或5分子ATP。

(二) 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA：

丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶系(复合体)（pyruvate dehydrogenase complex)的催化下氧化脱羧生成乙酰CoA（acetyl CoA)。

由一分子葡萄糖氧化分解产生两分子丙酮酸（pyruvate)，故可生成两分子乙酰CoA，两分子二氧化碳和2分子NADH（可生成2×2.5 = 5 分子ATP )。反应为不可逆；丙酮酸脱氢酶系是糖有氧氧化途径的关键酶之一。

☆丙酮酸脱氢酶系由三种酶单体构成：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)。该多酶复合体包含6种辅助因子：TPP，硫辛酸，NAD⁺，FAD，HSCoA和Mg²⁺。

(三) 乙酰CoA经三羧酸循环及氧化磷酸化彻底氧化分解：

☆三羧酸循环的概念。三羧酸循环（TCA循环，柠檬酸循环或Krebs循环)是指在线粒体中，乙酰CoA首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸再生的循环反应过程。

三羧酸循环及氧化磷酸化在线粒体中进行。一分子乙酰CoA氧化分解后共可生成10分子ATP，故此阶段可生成2×10 = 20分子ATP。

☆三羧酸循环的反应过程：① 乙酰CoA+草酰乙酸→柠檬酸；② 柠檬酸→异柠檬酸；③ 异柠檬酸+NAD⁺→α-酮戊二酸+CO₂+NADH+H⁺；④ α-酮戊二酸+NAD⁺→琥珀酰CoA+CO₂+NADH+H⁺；⑤ 琥珀酰CoA+GDP+Pi→琥珀酸+HSCoA+GTP；⑥ 琥珀酸+FAD→延胡索酸+FADH₂；⑦ 延胡索酸+H₂O→苹果酸；⑧ 苹果酸+NAD⁺→草酰乙酸+NADH+H⁺。

☆三羧酸循环的特点：① 循环反应在线粒体中进行，为不可逆反应。② 每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成10分子ATP。③ 循环的中间产物既不能通过此循环反应生成，也不被此循环反应所消耗。④ 循环中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP。⑤ 三羧酸循环中有两次脱羧反应，生成两分子CO₂。⑥ 三羧酸循环的三个关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶系。⑦ 循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADH和一分子FADH₂。

☆三羧酸循环的生理意义：① 是糖、脂、蛋白质三大物质分解供能的共同通路。② 是糖、脂、蛋白质三大物质互变的共同途径。

☆二、糖有氧氧化生成的ATP。

☆三、糖有氧氧化的调节是基于能量需求

第一阶段：见糖无氧氧化的调节。

第二阶段：丙酮酸脱氢酶系的变构调节。

第三阶段：柠檬酸合酶的变构调节。调节有氧氧化第三阶段代谢流量的关键酶主要是异柠檬酸脱氢酶。异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶系的变构调节。

☆四、巴斯德效应(Pastuer effect)

概念：巴斯德效应是指糖的有氧氧化可以抑制糖的无氧氧化的现象。

原因：有氧时，由于无氧氧化产生的NADH和丙酮酸进入线粒体而产能，故糖的无氧氧化代谢受抑制。

第四节磷酸戊糖途径

☆概念：磷酸戊糖途径是指从G-6-P脱氢反应开始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解代谢途径的一条旁路代谢途径。

☆磷酸戊糖途径在细胞的胞液中进行。磷酸戊糖途径关键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase)。磷酸戊糖途径的代谢起始物是G-6-P，返回的代谢终产物是3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，其重要的中间代谢产物是5-磷酸核糖和NADPH。

一、磷酸戊糖途径的反应过程

1. G-6-P氧化分解生成5-磷酸核酮糖：⑴ G-6-P脱氢氧化生成6-磷酸葡萄糖酸内酯；⑵ 6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸；⑶ 6-磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖。

2. 5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程：5-磷酸核酮糖经一系列基团转移及差向异构反应生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。此阶段的所有反应均为可逆反应。

☆二、磷酸戊糖途径的生理意义

1. 是体内生成NADPH的主要代谢途径：⑴ 作为供氢体，参与体内的合成代谢。⑵ 参与羟化反应。⑶ 使氧化型谷胱甘肽还原。⑷ 维持巯基酶的活性。⑸ 维持红细胞膜的完整性。

2. 是体内生成5-磷酸核糖的惟一代谢途径。

第五节糖原的合成与分解

糖原是一种无还原性的多糖。糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添加或去除，均在其非还原端进行。糖原的合成与分解代谢主要发生在肝、肾和肌肉组织细胞的胞液中。

一、糖原的合成代谢

(一) 反应过程

糖原合成的反应过程可分为三个阶段：

1. 活化：由葡萄糖生成UDPG（uridine diphosphate glucose)，是一耗能过程。包括： ⑴ 葡萄糖磷酸化；⑵ 异构为G-1-P；⑶ 转形为UDPG。

2. 缩合：在关键酶糖原合酶的催化下，以原有糖原分子为引物，添加新的葡萄糖单位。

糖原合酶的作用机制。

3. 分支：当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在分支酶（branching enzyme)的催化下，将距末端6～7个葡萄糖残基组成的寡糖链由α-1,4-糖苷键转变为α-1,6-糖苷键，使糖原出现分支。

☆(二) 糖原合成的特点：① 必须以原有糖原分子作为引物；② 合成反应在糖原的非还原端进行；③ 合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗2个高能磷酸键（2分子ATP)；④ 关键酶是糖原合酶，为共价修饰酶；⑤ 需UTP参与（以UDP为载体)。

二、糖原的分解代谢

(一) 反应过程：糖原的分解代谢可分为三个阶段：

1. 水解：包括三步反应，循环交替进行。 ⑴ 磷酸解：由糖原磷酸化酶催化对α-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P。⑵ 转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个葡萄糖残基时，由葡聚糖转移酶催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链的非还原端，使分支点暴露。 ⑶ 脱枝：由α-1,6-葡萄糖苷酶催化。将α-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。

(二) 糖原分解的特点：① 水解反应在糖原的非还原端进行；② 是一非耗能过程；③ 关键酶是糖原磷酸化酶(glycogen phosphory-lase)，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。

☆三、糖原合成与分解的调节。

☆四、糖原合成与分解的生理意义

1. 贮存能量。

2. 调节血糖浓度。

3. 利用乳酸：肝中可经糖异生途径利用糖无氧氧化产生的乳酸来合成糖原。这就是肝糖原合成的三碳途径或间接途径。

第六节糖异生

☆概念：由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。糖异生代谢途径主要存在于肝及肾中。

一、糖异生途径大部份是无氧氧化的逆过程

糖异生主要沿酵解途径逆行，仅有三步反应为不可逆反应，需经其他的代谢反应绕行。

☆1. G-6-P → G ：由葡萄糖-6-磷酸酶催化进行水解。该酶不存在于肌肉组织中，故肌肉组织不能生成自由葡萄糖。

☆2. F-1,6-BP → F-6-P：由果糖二磷酸酶-1催化。