物質代謝及其調節(jié) 糖代謝-第3講

MetabolismofCarbohydrates

生物化學與分子生物學教研室

第七章

糖代謝內容提綱概述糖的消化吸收及糖代謝概況

糖的無氧酵解糖的有氧氧化磷酸戊糖途徑糖原的合成與分解糖異生

血糖及其調節(jié)第五節(jié)

磷酸戊糖途徑PentosePhosphatePathway磷酸戊糖途徑的概念反應過程——關鍵酶

生理意義*磷酸戊糖途徑概念磷酸戊糖途徑是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再進一步轉變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應過程。磷酸戊糖*細胞定位：胞液第一階段：氧化反應生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2一、磷酸戊糖途徑的反應過程*反應過程可分為二個階段第二階段則是非氧化反應包括一系列基團轉移。6-磷酸葡萄糖酸

5-磷酸核酮糖

NADPH+H+

NADP+

⑴H2O

NADP+

CO2

NADPH+H+

⑵6-磷酸葡萄糖脫氫酶

6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶

HCOHCH2OHCO6-磷酸葡萄糖

6-磷酸葡萄糖酸內酯

（一）磷酸戊糖生成5-磷酸核糖

催化第一步脫氫反應的6-磷酸葡萄糖脫氫酶是此代謝途徑的關鍵酶。兩次脫氫脫下的氫均由NADP+接受生成NADPH+H+。反應生成的磷酸核糖是一個非常重要的中間產物。G-6-P5-磷酸核糖NADP+NADPH+H+NADP+NADPH+H+CO2每3分子6-磷酸葡萄糖同時參與反應，在一系列反應中，通過3C、4C、5C、6C、7C等演變階段，最終生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可進入酵解途徑。因此，磷酸戊糖途徑也稱磷酸戊糖旁路(pentosephosphateshunt)。2.基團轉移反應5-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖

C55-磷酸木酮糖

C55-磷酸木酮糖

C57-磷酸景天糖

C73-磷酸甘油醛

C34-磷酸赤蘚糖

C46-磷酸果糖

C66-磷酸果糖

C63-磷酸甘油醛

C3磷酸戊糖途徑第一階段第二階段5-磷酸木酮糖

C55-磷酸木酮糖

C57-磷酸景天糖

C73-磷酸甘油醛

C34-磷酸赤蘚糖

C46-磷酸果糖

C66-磷酸果糖

C63-磷酸甘油醛

C35-磷酸核糖

C56-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸內酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×33NADP+3NADPH+3H+

6-磷酸葡萄糖脫氫酶

3NADP+3NADPH+3H+

6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶CO2總反應式3×6-磷酸葡萄糖

+6NADP+

2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2

（二）磷酸戊糖途徑的調節(jié)*6-磷酸葡萄糖脫氫酶此酶為磷酸戊糖途徑的關鍵酶，其活性的高低決定6-磷酸葡萄糖進入磷酸戊糖途徑的流量。此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影響，比值升高則被抑制，降低則被激活。另外NADPH對該酶有強烈抑制作用。二、磷酸戊糖途徑的生理意義1.為核苷酸的生成提供5-磷酸核糖

2.提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應（1）NADPH是體內許多合成代謝的供氫體

（2）NADPH參與體內的羥化反應，與生物合成或生物轉化有關（3）NADPH可維持GSH的還原性2G-SHG-S-S-GNADP+NADPH+H+AAH2（4）參與體內嗜中性粒細胞和巨噬細胞產生離子態(tài)氧的反應，因而有殺菌作用。第六節(jié)

糖原的合成與分解GlycogenesisandGlycogenolysis糖原的合成代謝糖原的分解代謝糖原合成與分解的調節(jié)糖原積累癥是動物體內糖的儲存形式之一，是機體能迅速動用的能量儲備。肌肉：肌糖原，180~300g，主要供肌肉收縮所需肝臟：肝糖原，70~100g，維持血糖水平糖原(glycogen)糖原儲存的主要器官及其生理意義1.葡萄糖單元以α-1,4-糖苷鍵形成長鏈。2.約10個葡萄糖單元處形成分枝，分枝處葡萄糖以α-1,6-糖苷鍵連接，分支增加，溶解度增加。3.每條鏈都終止于一個非還原端.非還原端增多，以利于其被酶分解。糖原的結構特點及其意義一、糖原合成（二）合成部位（一）定義糖原合成(glycogenesis)

指由葡萄糖合成糖原的過程。組織定位：主要在肝臟、肌肉細胞定位：胞漿（三）糖

原

的

合

成

途

徑葡萄糖（G）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖己糖（葡萄糖）激酶ATPADPUTPPPiUDPG糖原引物（Gn）糖原（Gn+1）糖原合酶(glycogensynthase)UDP糖原分枝的形成

分支酶

(branchingenzyme)

α-1,6-糖苷鍵α-1,4-糖苷鍵糖原合成反應的特點糖原合酶為過程的關鍵酶糖原合酶只能延長糖鏈，不能形成分支。分支時需要分支酶的作用。合成時不能從頭開始，需要至少4個葡萄糖殘基作為引物

UDPG是活性葡萄糖基的供體，其生成過程消耗ATP和UTP，因此，糖原引物上每加上一個葡萄糖，需要消耗兩個高能磷酸鍵。近來人們在糖原分子的核心發(fā)現(xiàn)了一種名為glycogenin的蛋白質。Glycogenin可對其自身進行共價修飾，將UDP-葡萄糖分子的C1結合到其酶分子的酪氨酸殘基上，從而使它糖基化。這個結合上去的葡萄糖分子即成為糖原合成時的引物。糖原合成過程中作為引物的第一個糖原分子從何而來？二、糖原分解*定義*亞細胞定位：胞漿

糖原分解(glycogenolysis)習慣上指肝糖原分解成為葡萄糖的過程。糖原的分解代謝葡萄糖（肝、腎）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖糖原（Gn）糖酵解或有氧氧化（肌肉）葡萄糖-6-磷酸酶PiPi糖原磷酸化酶脫枝酶

(debranchingenzyme)脫枝酶的作用①轉移葡萄糖殘基②水解

-1,6-糖苷鍵磷酸化酶①轉移酶活性②α-1,6糖苷酶活性糖原的合成與分解總圖UDPG焦磷酸化酶

G-1-PUTPUDPGPPi

糖原n+1UDPG-6-PG糖原合酶

磷酸葡萄糖變位酶己糖(葡萄糖)激酶

糖原nPi磷酸化酶

葡萄糖-6-磷酸酶（肝）

糖原n三、糖原合成與分解的調節(jié)關鍵酶

①糖原合成：糖原合酶

②糖原分解：糖原磷酸化酶

這兩種關鍵酶的重要特點：*它們的快速調節(jié)有化學修飾和變構調節(jié)二種方式。*它們都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉變。化學修飾調節(jié)③調節(jié)有級聯(lián)放大作用，效率高；①兩種酶磷酸化或去磷酸化后活性變化相反；②此調節(jié)為酶促反應，調節(jié)速度快；④受激素調節(jié)。糖原磷酸化酶的化學修飾調節(jié)磷酸化酶b激酶磷酸化酶b（活性低）磷酸化酶b激酶-磷酸化酶a-（活性高）ＰＰ糖原合酶的化學修飾調節(jié)糖原合酶-Ｐ（活性低）糖原合酶（活性高）PKAPKA腺苷環(huán)化酶（無活性）腺苷環(huán)化酶（有活性）

激素（胰高血糖素、腎上腺素等）+受體ATPcAMP

PKA(無活性)磷酸化酶b激酶糖原合酶a

糖原合酶b-P

PKA(有活性)

磷酸化酶b磷酸化酶a-P

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

磷蛋白磷酸酶抑制劑PKA（有活性）

變構調節(jié)磷酸化酶二種構像——緊密型(T)和疏松型(R)，其中T型的14位Ser暴露，便于被磷蛋白磷酸酶-1去磷酸化而失活。*葡萄糖是磷酸化酶的變構抑制劑。磷酸化酶a(R)[疏松型]磷酸化酶a(T)[緊密型]葡萄糖肌肉內糖原代謝的二個關鍵酶的調節(jié)與肝糖原不同*在糖原分解代謝時肝主要受胰高血糖素的調節(jié)，而肌肉主要受腎上腺素調節(jié)。*肌肉內糖原合酶及磷酸化酶的變構效應物主要為AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。糖原合酶磷酸化酶a-P磷酸化酶bAMPATP及6-磷酸葡萄糖

＋＋

Ca2+的作用鈣調蛋白（CAM）（磷酸化酶b激酶的d亞基）Ca2+磷酸化酶b激酶磷酸化酶b

磷酸化酶a-P

激活肌糖原分解+調節(jié)小結②雙向調控：對合成酶系與分解酶系分別進行調節(jié)，如加強合成則減弱分解，或反之。③雙重調節(jié)：變構調節(jié)和化學修飾調節(jié)。⑤肝糖原和肌糖原代謝調節(jié)各有特點：如：分解肝糖原的激素主要為胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要為腎上腺素。④關鍵酶調節(jié)上存在級聯(lián)效應。①關鍵酶都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉變四、糖原積累癥糖原累積癥(glycogenstoragediseases)是一類遺傳性代謝病，其特點為體內某些器官組織中有大量糖原堆積。引起糖原累積癥的原因是患者先天性缺乏與糖原代謝有關的酶類。

型別缺陷的酶受害器官糖原結構Ⅰ葡萄糖-6-磷酸酶缺陷肝、腎正常Ⅱ溶酶體α1→4和1→6葡萄糖苷酶所有組織正常Ⅲ脫支酶缺失肝、肌肉分支多，外周糖鏈短Ⅳ分支酶缺失所有組織分支少，外周糖鏈特別長Ⅴ肌磷酸化酶缺失肌肉正常Ⅵ肝磷酸化酶缺陷肝正常Ⅶ肌肉