生物化學(xué)-第七章 糖類代謝-糖異生及糖原合成

糖異生和糖的合成1/17/20241一、單糖的合成P154〔一〕糖異生概念：主要指由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變成葡萄糖或糖原的過程〔二〕過程1/17/20242糖異生主要途徑和關(guān)鍵反響

糖原〔或淀粉〕1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2

磷酸烯醇丙酮酸2

丙酮酸葡萄糖己糖激酶磷酸果糖激酶果糖二磷酸(酯)酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶葡萄糖6-磷酸酶6-磷酸葡萄糖2

草酰乙酸PEP羧激酶1/17/20243糖異生途徑關(guān)鍵反響之一+H2O+Pi葡萄糖-6-磷酸酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖1/17/20244糖異生途徑關(guān)鍵反響之二

果糖二磷酸酶-1+

H2O+Pi1,6-二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖POH2COHOOHHHH1/17/20245糖異生途徑關(guān)鍵反響之三

PEP羧激酶ATP+H2OADP+Pi丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸（PEP）GTPGDP丙酮酸草酰乙酸CO2CO21/17/20246蘋果酸/天冬氨酸蘋果酸/天冬氨酸草酰乙酸PEP丙酮酸丙酮酸胞液線粒體乙酰CoAGPEP②②磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶②草酰乙酸①丙酮酸羧化酶①1/17/20247糖酵解和葡萄糖異生的關(guān)系A(chǔ)BC1CO2AG-6-P磷酸酯酶BF-1.6-P磷酸酯酶C1丙酮酸羧化酶C2PEP羧激酶〔胞液〕〔線粒體〕葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸磷酸二羥丙酮3-P-甘油醛

-酮戊二酸乳酸谷氨酸丙氨酸TCA循環(huán)乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸草酰乙酸谷氨酸

-酮戊二酸天冬氨酸3-P-甘油甘油蘋果酸蘋果酸1/17/20248〔胞液〕〔線粒體〕葡萄糖代謝和糖異生的關(guān)系〔PEP〕丙氨酸天冬氨酸谷氨酸（轉(zhuǎn)氨基作用）1/17/20249糖異生的調(diào)節(jié)：1.6-P-G與1.6-FBP：促進(jìn)異生，抑制酵解：高濃度的6-P-G、ATP和檸檬酸，促進(jìn)酵解，抑制異生：AMP、2.6-二磷酸果糖、ADP1/17/202410二、糖異生的調(diào)節(jié)AMPF-2,6-BP-ATP+果糖雙磷酸酶-1fructosebiphosphatase-11/17/202411乙酰CoA+丙酮酸羧化酶pyruvatecarboxylase1/17/202412三、糖異生的原料1．生糖氨基酸：Ala,Cys,Gly,Ser,Thr,Trp→丙酮酸Pro，His，Gln，Arg→Glu→

-酮戊二酸Ile，Met，Ser，Thr，Val→琥珀酰CoAPhe，Tyr→延胡索酸Asn，Asp→草酰乙酸1/17/2024132．甘油：甘油三酯→甘油→

-磷酸甘油→磷酸二羥丙酮。3．乳酸：乳酸→丙酮酸。1/17/202414四、糖異生的生理意義1．在饑餓情況下維持血糖濃度的相對恒定。2．回收乳酸分子中的能量：葡萄糖在肌肉組織中經(jīng)糖的無氧酵解產(chǎn)生的乳酸，可經(jīng)血循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)至肝，再經(jīng)糖的異生作用生成自由葡萄糖后轉(zhuǎn)運(yùn)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)〕。1/17/202415部位：肝臟、肌肉組織等細(xì)胞的胞漿中1定義：

由單糖合成糖原的過程稱為糖原的合成(glycogenesis)。單糖:葡萄糖(主要)、果糖、半乳糖等五、糖原合成1/17/2024162．縮合：在關(guān)鍵酶糖原合酶的催化下，以原有糖原分子為引物，添加新的葡萄糖單位。糖原合酶*UDPG+(G)n(G)n+1+UDP1/17/202417糖原合酶的作用機(jī)制1/17/2024183．分支：當(dāng)直鏈長度達(dá)12個葡萄糖殘基以上時，在分支酶(branchingenzyme)的催化下，將距末端6～7個葡萄糖殘基組成的寡糖鏈由

-1,4-糖苷鍵轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

-1,6-糖苷鍵，使糖原出現(xiàn)分支。

1/17/202419

分支酶

(branchingenzyme)

-1,4-糖苷鍵

1/17/202420糖原的合成與分解代謝G-6-P

G

己糖(葡萄糖)激酶

磷酸葡萄糖變位酶

G-1-P

UDPG焦磷酸化酶

UTP

UDPG

PPi

糖原合酶

Gn+1

UDP

Gn

葡萄糖-6-磷酸酶（肝）

糖原磷酸化酶

Pi

Gn

1/17/202421ATP葡萄糖激酶Mg2+葡萄糖(glucose)6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)葡萄糖+ATP6-磷酸葡萄糖+ADP〔1〕葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖ADP1/17/2024226-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)磷酸葡萄糖變位酶6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)〔2〕6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖1/17/2024231-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)UTP尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)(uridinediposphateglucose)PPiUDPG焦磷酸化酶UTP+1-磷酸葡萄糖UDPG+PPiH2O2Pi〔3〕尿苷二磷酸葡萄糖的生成尿苷1/17/202424尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)糖原引物(Gn)(glycogenprimer)糖原合酶糖原(Gn+1)(glycogen)UDP〔4〕UDPG中的葡萄糖連接到糖原引物上尿苷1/17/202425(5)分支酶催化糖原不斷形成新分支鏈糖原引物糖原合酶分枝酶糖原合成的限速酶12~18G1/17/202426肝糖原與肌糖原比較

肝糖原肌糖原貯量90-100g200-500g≤5%1-2%合成原料單糖/非糖物質(zhì)葡萄糖分解產(chǎn)物葡萄糖乳酸功能維持血糖濃度滿足劇烈運(yùn)動時的相對恒定肌肉對能量的需要消耗餐后12-18h劇烈運(yùn)動后1/17/202427〔二〕糖原合成的特點(diǎn)：必須以原有糖原分子作為引物；合成反響在糖原的非復(fù)原端進(jìn)行；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〕；關(guān)鍵酶是糖原合酶(glycogensynthase)，為一共價修飾酶；需UTP參與〔以UDP為載體〕。1/17/202428六、糖原的分解代謝糖原的分解代謝可分為三個階段：1．水解：包括三步反響，循環(huán)交替進(jìn)行。⑴磷酸解：由糖原磷酸化酶(glycogenphosphorylase)催化對-1,4-糖苷鍵磷酸解，生成G-1-P。糖原磷酸化酶*(G)n+Pi(G)n-1+G-1-P〔一〕反響過程：1/17/202429⑵轉(zhuǎn)寡糖鏈：當(dāng)糖原被水解到離分支點(diǎn)四個葡萄糖殘基時，由葡聚糖轉(zhuǎn)移酶催化，將分支鏈上的三個葡萄糖殘基轉(zhuǎn)移到直鏈的非復(fù)原端，使分支點(diǎn)暴露。⑶脫枝：由-1,6-葡萄糖苷酶催化。將-1,6-糖苷鍵水解，生成一分子自由葡萄糖。α-1,6-葡萄糖苷酶(G)n+H2O(G)n-1+G1/17/202430脫枝酶

(debranchingenzyme)磷酸化酶

α-1,6糖苷酶活性轉(zhuǎn)移酶活性1/17/2024312．異構(gòu)：磷酸葡萄糖變位酶G-1-PG-6-P3．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。葡萄糖-6-磷酸酶G-6-P+H2OG+Pi1/17/202432〔二〕糖原分解的特點(diǎn)：水解反響在糖原的非復(fù)原端進(jìn)行；是一非耗能過程；關(guān)鍵酶是糖原磷酸化酶(glycogenphosphory-lase)，為一共價修飾酶，其輔酶是磷酸吡哆醛。1/17/202433七、糖原合成與分解的調(diào)節(jié)激素〔胰高血糖素、腎上腺素等〕+受體腺苷環(huán)化酶（無活性）腺苷環(huán)化酶（有活性）

ATPcAMP

PKA(無活性)

PKA(有活性)磷酸化酶b激酶

磷酸化酶b激酶-P

Pi磷蛋白磷酸酶-1PiPi磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶-1––

–磷蛋白磷酸酶抑制劑-P糖原合酶

糖原合酶-P

磷酸化酶b

磷酸化酶a-P

1/17/202434八、糖原合成與分解的生理意義1．貯存能量。2．調(diào)節(jié)血糖濃度。3．利用乳酸：肝中可經(jīng)糖異生途徑利用糖無氧酵解產(chǎn)生的乳酸來合成糖原。這就是肝糖原合成的三碳途徑或間接途徑。1/17/2024351/17/202436糖代謝的調(diào)節(jié)過程

一、無氧酵解的調(diào)節(jié)二、TCA的調(diào)節(jié)三、磷酸戊糖途徑調(diào)節(jié)四、糖異生的調(diào)節(jié)五、糖原代謝的調(diào)節(jié)六、神經(jīng)和激素對糖的調(diào)節(jié)1/17/202437糖酵解過程的調(diào)節(jié)酶：酶的名稱已糖激酶葡萄糖激酶(肝)磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶變構(gòu)激活劑Mg2+,Mn2+Mg2+,Mn2+Mg2+,AMP,ADP,F-1,6-2P,F-2,6-2P

Mg2+,K+,F-1,6-2P變構(gòu)抑制劑G-6-P-ATP，H+、檸檬酸，長鏈脂肪酸ATP1/17/202438已糖激酶的分型

Ⅰ～Ⅲ型Ⅳ型中文名稱

已糖激酶(HK)葡萄糖激酶(GK)

存在范圍在組織細(xì)胞中僅在肝臟和胰腺廣泛存在β細(xì)胞存在與葡萄糖親和力高低

Km:0.01mmol/L

Km:10～100mmol/L產(chǎn)物反響抑制有無激素調(diào)控

受激素調(diào)控葡萄糖激酶/已糖激酶1/17/202439變構(gòu)抑制劑ATPNADHATP、NADH、琥珀酰CoA三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)酶及其調(diào)節(jié)酶的名稱檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶α-酮戊二酸脫氫酶系變構(gòu)激活劑ADP、AMP1/17/202440P丙酮酸氧化和

三羧酸循環(huán)

的調(diào)節(jié)琥珀酰CoA草酰乙酸蘋果酸琥珀酸α-酮戊二酸異檸檬酸檸檬酸延胡索酸乙酰輔酶A丙酮酸乙酰CoA、NADH、ATPATPNADH琥珀酰CoA、NADH、ATP1/17/202441磷酸戊糖途徑：最重要的調(diào)節(jié)因素是：NADP+的水平糖異生的調(diào)節(jié)：1.6-P-G與1.6-FBP：促進(jìn)異生，抑制酵解：高濃度的6-P-G、ATP和檸檬酸，促進(jìn)酵解，抑制異生：2.6-二磷酸果糖1/17/2024422.丙酮酸與PEP：丙酮酸羧化酶激活劑：乙酰輔酶A抑制劑：ADP丙酮酸激酶：激活劑：ADPAMP抑制劑：ATPNADH丙氨酸1/17/202443九、乙醛酸循環(huán)1、乙醛酸循環(huán)的生化歷程3、乙醛酸循環(huán)的生理意義植物種子萌發(fā)的脂肪轉(zhuǎn)化為糖2、乙醛酸循環(huán)總反響式及其糖異生的關(guān)系1/17/202444CoASH檸檬酸合成酶順烏頭酸酶乙醛酸循環(huán)反響歷程N(yùn)AD+NADH蘋果酸脫氫酶草酰乙酸

OCH3-C~SCoACoASH

OCH3-C~SCoACOO-CH2CH2COO-琥珀酸異檸檬酸裂解酶蘋果酸合成酶

O

OH-C-C~OH乙醛酸NAD+草酰乙酸1/17/202445

OCH3-C-SCoACoASH乙醛酸循環(huán)和三羧酸循環(huán)反響歷程的比較檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸－酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA草酰乙酸

O

OH-C-C~OH乙醛酸

OCH3-C-SCoA蘋果酸延胡索酸1/17/202446乙醛酸循環(huán)總反響式及其與糖異生的關(guān)系草酰乙酸糖異生途徑+2CoASH+NADH+H+COO-CH2CH2COO-琥珀酸

OCH3-C~SCoA+NAD+21/17/202447

激素對肝糖原合成與分解的調(diào)控意義：由于酶的共價修飾反響是酶促反響，只要有少量信號分子〔如激素〕存在，即可通過加速這種酶促反響，而使大量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、效率極高。腎上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶〔無活性〕腺苷酸環(huán)化酶〔活性〕2、AT