磷酸戊糖途徑糖異生及糖原合成

1、第五節(jié)磷酸戊糖途徑 (pentose phosphate pathway）,概 念 過 程 生理意義 調(diào) 節(jié),一、磷酸戊糖途徑的概念,以6-葡萄糖開始，在6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，進(jìn)而代謝生成磷酸戊糖為中間代謝物的過程，稱為磷酸戊糖途徑。,磷酸戊糖途徑 (phosphopentose pathway) 又稱磷酸已糖旁路 (hexose monophosphate shunt,HMS) 或Warburg-Dikens途徑。,二、磷酸戊糖途徑的過程,6磷酸葡萄糖經(jīng)脫氫、水合、氧化脫羧生成5磷酸核酮糖、NADPH和CO2,5磷酸核酮糖經(jīng)一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng) 異構(gòu)成6磷酸葡萄糖回到

2、下一個循環(huán)。,第一階段（氧化階段）,第二階段（異構(gòu)階段）：,（1） 6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯,6-磷酸葡萄糖 glucose 6-phosphate,6-磷酸葡萄糖脫氫酶 glucose 6-phosphate dehydrogenase(G6PD),限速酶，對NADP+有高度特異性,(2) 6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖酸,6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯 6-phosphoglucono-lactone,6-磷酸葡萄糖酸 6-phosphogluconate,H2O,內(nèi)酯酶 lactonase,(3) 6-磷酸葡萄糖酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖酸 6-phospho

3、gluconate,(4) 三種五碳糖的互換,5-磷酸核酮糖 ribulose 5-phosphate,（5) 二分子五碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng),轉(zhuǎn)酮醇酶,(TPP),(6)七碳糖與三碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng),轉(zhuǎn)醛醇酶,Mg2+或Mn2+,轉(zhuǎn)酮醇酶與轉(zhuǎn)醛醇酶,轉(zhuǎn)酮醇酶(transketolase)就是催化含有一個酮基、一個醇基的二碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶。其接受體是醛，輔酶是TPP。,轉(zhuǎn)醛醇酶(transaldolase)是催化含有一個酮基、二個醇基的三碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶。其接受體是亦是醛，但不需要TPP。,(7)四碳糖與五碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng),轉(zhuǎn)酮醇酶,(TPP),磷酸戊糖途徑的小結(jié)：,反 應(yīng) 式,總反應(yīng)圖,特 點(diǎn),磷

4、酸戊糖途徑總反應(yīng)式,磷酸戊糖途徑圖,糖酵解途徑,葡萄糖,HMS示意圖：,2C6,2C5,2C6,2C6,2CO2,2CO2,2CO2,2C5,2C5,2C3,2C6,2C7,2C3,2C4,2C6,5C6回到下一循環(huán),磷酸戊糖途徑特點(diǎn) ：,反應(yīng)部位： 胞漿 反應(yīng)底物： 6-磷酸葡萄糖 重要反應(yīng)產(chǎn)物： NADPH、5-磷酸核糖 限速酶： 6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G-6-PD),（三）磷酸戊糖途徑的意義,1、產(chǎn)生5-磷酸核糖,2、產(chǎn)生NADPH,1、5-磷酸核糖作用,合成原料,2、NADPH的主要功能,1）、作為供氫體 -參與體內(nèi)多種生物合成反應(yīng),2）、是谷胱甘肽還原酶的輔酶 -對維持細(xì)胞中還原型谷

5、胱甘肽的正常含量起重要作用,3）、作為加單氧酶的輔酶 -參與肝臟對激素、藥物和毒物的生物轉(zhuǎn)化作用,4）、清除自由基的作用,NADPH作為體內(nèi)的供氫體,脂肪酸、膽固醇和類固醇化合物的生物合成，均需要大量的NADPH。,NADPH + H+,谷胱甘肽的功能：,(1) 解毒功能 (2) 保護(hù)巰基酶/蛋白質(zhì) (3) 可消除自由基 (4) 協(xié)肋氨基酸的吸收,NADPH作為羥化酶的輔酶,羥化反應(yīng)： (1)與某些生物合成(膽固醇、膽汁酸、類固醇激素等)有關(guān)； (2)與肝臟的生物轉(zhuǎn)化(激素、藥物、毒物的生物轉(zhuǎn)化)有關(guān)。,蠶豆病 :,蠶豆病的癥狀是： 吃蠶豆幾小時或12天后，突然感到精神疲倦、頭暈、惡心、畏寒發(fā)

6、熱、全身酸痛、萎靡不振，并伴有黃疸、肝脾腫大、呼吸困難、腎功能衰竭，甚至死亡。,蠶豆病，俗稱蠶豆黃,機(jī)理: 蠶豆中有3種物質(zhì)：裂解素、鎖未爾和多巴胺。前兩種使谷胱甘肽氧化，后一種能激發(fā)紅細(xì)胞的自身破壞，,血像檢查: 紅細(xì)胞明顯減少，黃疸指數(shù)明顯升高。,(四) 磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié),餐后的兔肝胞漿中， NADP+/NADPH的比值為0.014 某些條件下， NADP+/NADPH的比值為700,最重要的調(diào)節(jié)因素是：NADP+的水平,糖的合成,一、單糖的合成 （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,糖異生主要途徑和關(guān)鍵反應(yīng),糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸果

7、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,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,糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之一,糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之二,糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之三,糖酵解和葡萄糖異生的關(guān)系,A,B,C1,C2,A G-6-P磷酸酯酶 B F-1.6-P磷酸酯酶 C1 丙酮酸羧化酶 C2 PEP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CoA,PEP,G-6-P,F-6-P

8、,F-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,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、ADP,部位： 肝臟、肌肉組織等細(xì)胞的胞漿中,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,二、糖原合成,ATP,葡萄糖激酶,Mg2+,葡萄糖 (glucose),（1）葡萄糖磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖,ADP,1-磷酸葡萄糖 (glucose-1-phosph

9、ate),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,UDPG焦磷酸化酶,H2O,2Pi,（3）尿苷二磷酸葡萄糖的生成,尿苷,尿苷二磷酸葡萄糖 (UDPG),糖原引物(Gn) (glycogen primer),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,(5) 分支酶催化糖原不斷形成新分支鏈,糖原合成的限速酶,1218G,肝糖原與肌糖原比較,肝糖原 肌糖原 貯 量 90-100g 200-500g 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

10、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,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),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 ATP,已糖激酶的分型 型

11、 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 細(xì)胞存在,與葡萄糖親和力 高 低 Km: 0.01mmol/L Km: 10100mmol/L,產(chǎn)物反饋抑制 有 無,激素調(diào)控受激素調(diào)控,葡萄糖激酶/已糖激酶,變構(gòu)抑制劑 ATP NADH ATP、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 -酮戊二酸脫氫酶系,變構(gòu)激活劑 ADP、AMP,P,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,-酮戊二酸,異檸檬酸,檸檬酸,延胡索酸,乙酰輔酶A,丙酮酸,磷酸戊糖途徑： 最

12、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,2.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：ADP AMP 抑制劑：ATP NADH 丙氨酸,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應(yīng)是酶促反應(yīng)，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應(yīng)，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、ATP,cAMP,R、cAMP,3、蛋白激酶（無活性