生物化学糖代谢.ppt

,第七章 糖代谢,戊糖磷酸途径和糖的其它代谢途径,戊糖磷酸途径 戊糖磷酸途径是指从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。,该旁路途径的起始物是G-6-P，返回的代谢产物是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。 整个代谢途径在胞液中进行。关键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶。,磷酸戊糖途径的总反应式：,（一）磷酸戊糖途径的反应过程,即六分子G-6-P可生成6分子CO2，4分子F-6-P，2分子3-磷酸甘油醛和12分子NADPH。,6CO2 + 12NADPH + 12H+ + H3PO4,G-6-P + 12NADP+ + 7H2O,阶段1. G-6-P氧化分解生成5-磷酸核酮糖,产生2分子NADPH,全部代谢过程可分为两个阶段：,+6NADP+,+6NADPH+H+,G-6-P,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6,6,6-磷酸葡萄糖酸,6CO2 +,核酮糖5-磷酸,6-磷酸葡萄 糖内酯酶,6-磷酸葡萄 糖酸脱氢酶,6,6,6,阶段2. 5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程,核糖5-磷酸,2,2,核酮糖5-磷酸,核酮糖5-磷酸,木酮糖5-磷酸,4,4,核糖5-磷酸,木酮糖5-磷酸,景天庚酮糖7-磷酸,2,2,2,2,景天庚酮糖7-磷酸,果糖6-磷酸,赤藓糖4-磷酸,2,2,2,2,2木酮糖,2核糖,2木酮糖,C2,C3,C2,6 G-6-P,戊糖磷酸途径的反应过程,全部代谢过程可分为两个阶段： 1. G-6-P氧化分解生成5-磷酸核酮糖： G-6-P脱氢氧化生成6-磷酸葡萄糖酸内酯： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 G-6-P + NADP+ 6-磷酸葡萄糖酸内酯 + NADPH + H+,*, 6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸： 内酯酶 6-磷酸葡萄糖酸内酯 + H2O 6-磷酸葡萄糖酸 6-磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖： 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸+NADP+ 5-磷酸核酮糖+ NADPH + H+ +CO2,6-P葡萄 糖脱氢酶,6-P葡萄糖 酸内酯酶,6-P葡萄糖 酸脱氢酶,H20,NADP+,NADPH +H+,NADP+,NADPH +H+,CO2,6-P葡萄糖酸内酯,6-P葡萄糖酸,5-P-核酮糖,6-P葡萄糖,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反应生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。在此阶段中，经由5-磷酸核酮糖异构可生成5-磷酸核糖。,非氧化的分子重排阶段 5-P-核酮糖 5-P核糖 5-P核酮糖 5-P木酮糖（转酮酶的底物） 5-P木酮糖+5-P核糖 7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛 7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛 6-P果糖+4-P赤藓糖 5-P木酮糖+4-P赤藓糖 6-P果糖+ 3-P甘油醛 本阶段总反应： 3×5-P核酮糖 2×6-P果糖 + 1×3-P甘油醛 6×5-P核酮糖 4×6-P果糖 + 2×3-P甘油醛,P戊糖异构酶,P戊糖表异构酶,转酮酶,转醛酶,转酮酶,2木酮糖,2核糖,2木酮糖,C2,C3,C2,2. 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反应生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。在此阶段中，经由5-磷酸核酮糖异构可生成5-磷酸核糖、 5-磷酸木酮糖。 转醛酶、转酮酶,6×5-P核酮糖 4×6-P果糖 + 2×3-P甘油醛 6×5-P核酮糖+H2O 5×6-P葡萄糖+Pi (非氧化阶段) 6-P葡萄糖+2NADP+H2O 5-P核酮糖+CO2+2NADPH+2H+ (氧化阶段) 总反应： 6×6-P葡萄糖+12NADP+7H2O 6CO2+12NADPH+12H+Pi+ 5×6-P葡萄糖,其中1分子转变为 P-二羟丙酮,1，6-二P果糖,1X6-P果糖,醛羧酶,二P果糖酯酶,H2O,Pi,5×6-P葡萄糖,表明1个6-P葡萄糖经6次循环被彻底氧化为6个CO2,故反应带有循环机制,（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： NADPH在体内主要用于： 作为供氢体，参与体内的合成代谢：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。 参与羟化反应：作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化。,2. 是体内生成5-磷酸核糖的唯一代谢途径：,体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或脱氧核糖均以5-磷酸核糖的形式提供，这是体内唯一的一条能生成5-磷酸核糖的代谢途径。 磷酸戊糖途径是体内糖代谢与核苷酸及核酸代谢的交汇途径。,（三）磷酸戊糖途径的调节,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,NADP+,+,磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时NADPH的需要所调节。 NADPH反馈抑制6-P-葡萄糖脱氢酶的活性。,葡糖异生作用,由非糖物质转变为葡萄糖的过程称为葡糖异生(gluconeogenesis)。 葡糖异生代谢途径主要存在于肝及肾中。,（一）糖异生途径,葡糖异生主要沿酵解途径逆行，仅有三步反应为不可逆反应，故需经其他的代谢反应绕行。 1G-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。 G-6-P+H2O G + Pi,葡萄糖-6-磷酸酶,*,2F-1,6-BP F-6-P： F-1,6-BP+H2O F-6-P + Pi 3丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸： 经由丙酮酸羧化支路完成。,果糖1、6二磷酸酶,*, 丙酮酸草酰乙酸： 丙酮酸 + ATP + CO2 草酰乙酸 + ADP + Pi 草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)： 草酰乙酸 + GTP PEP + GDP + CO2,丙酮酸羧化酶 (生物素),*,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,*,磷酸烯醇式丙酮酸,ADP,ATP,丙酮酸,丙酮酸羧化酶,CO2,ATP,ADP + Pi,草酰乙酸,GTP,GDP + CO2,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,丙酮酸羧化支路,丙酮酸,PEP,丙酮酸,草酰乙酸,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,胞液,线粒体,乙酰CoA,G,PEP,丙酮酸羧化酶是一种线粒体酶，而葡糖异生的其它酶都是细胞溶胶酶。,AMP F-2,6-BP,ATP,果糖二磷酸酶 fructose biphosphatase,乙酰CoA,丙酮酸羧化酶 pyruvate carboxylase,ATP,(磷酸果糖激酶) （PFK）,(丙酮酸激酶),（二）糖异生的调节,（三）糖异生的原料,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CoA Phe，Tyr 延胡索酸 Asn，Asp 草酰乙酸,2甘油： 甘油三酯甘油-磷酸甘油磷酸二羟丙酮。 3乳酸： 乳酸丙酮酸。,（四）糖异生的生理意义,1在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定。 2回收乳酸分子中的能量： 葡萄糖在肌肉组织中经糖的无氧酵解产生的乳酸，可经血循环转运至肝脏，再经糖的异生作用生成自由葡萄糖后转运至肌肉组织加以利用，这一循环过程就称为乳酸循环（Cori循环）。 3维持酸碱平衡。,乙 醛 酸 循 环,乙 醛 酸 循 环,-,-,-,-,-,-,-,异柠檬酸裂解酶,COO-,HC-COO-,HO-C-H,-,-,-,-,-,HO-C-H,COO-,H-CH,COO-,-,-,-,COA,苹果酸合 酶,乙酰COA,脂酰COA,氧化,（存在微生物和植物的乙醛酸循环体中）,线粒体,TCA,草 酰 乙 酸,天 冬 氨 酸,COO-,CH2,糖,乙醛酸循环的生物学意义,可看成TCA循环的一条支路（琥珀酸可进入TCA） 苹果酸进入细胞质可进行再氧化草酰乙酸 糖异生 糖（油料种子萌发时脂肪转变成糖） 对于某些植物、微生物，乙酸、乙酸盐、乙酰COA等成为赖以生存的细胞原料,糖原代谢 （糖原的合成与分解）,糖原（glycogen)是由许多葡萄糖分子聚合而成的带有分支的高分子多糖类化合物。 糖原分子的直链部分借-1,4-糖苷键而将葡萄糖残基连接起来，其支链部分则是借-1,6-糖苷键而形成分支。,-1,4-糖苷键,-1,6-糖苷键,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，是一耗能过程。 磷酸化： G + ATP G-6-P + ADP,己糖激酶(葡萄糖激酶), 异构：G-6-P转变为G-1-P： G-6-P G-1-P 转形：G-1-P转变为尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）： G-1-P + UTP UDPG + PPi,UDPG焦磷酸化酶,磷酸葡萄糖变位酶,UDPG是葡萄糖的一种活化形式,2缩合： UDPG + (G)n (G)n+1 + UDP 3分支： 当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在分支酶的催化下，将距末端67个葡萄糖残基组成的寡糖链由-1,4-糖苷键转变为-1,6-糖苷键，使糖原出现分支。,糖原合酶,*,-1,4,-1,6,由葡萄糖生成糖原主要有5步反应：,G,HK or GK,Mg2+,ATP,ADP,G-6-P,变位酶,G-1-P,UDPG焦磷酸化酶,UTP,PPi,UDPG,糖原合酶,R引物,UDP,ATP,ADP,R-1,4G链,糖原,糖原分支酶,糖原合酶,糖原合酶从UDP-G转移糖残基到糖原分子非还原端的C4OH基上，形成1-4糖苷键，使糖原延长一个葡萄糖残基。糖原是在糖原合酶的作用下，由UDPG与不定长度的多聚体反应形成的。 糖原合酶需要至少4个G残基长度的（1 4）多聚G作为引物，在引物上连续的加上G。 生糖原蛋白含有8个通过1-4键连接的葡萄糖单元由它自身加到蛋白质上（自催化），糖原合酶就是在这个分子上延伸。,糖原分支酶,糖原分支酶是与糖原脱支酶不同的酶。 许多葡萄糖单元以1-4键连接为直链后，分支酶断裂1-4键之一，并把由6-7个葡萄糖残基组成的末端寡聚糖片段从糖原的主链末端转移到糖原主链中某个葡萄糖残基的6-羟基上，产生1-6键。这个反应可以从一个直链多聚糖产生一个支链多聚糖。 糖原的多分支增加了糖原的可溶性，增加了非还原性末端的数目，从而大大提高糖原分解和合成的效率。,（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其关键酶是糖原合酶，为一共价修饰酶； 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。 磷酸解：由糖原磷酸化酶催化对-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P。 (G)n + Pi (G)n-1 + G-1-P,糖原磷酸化酶,*, 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。 脱支：由-1,6-葡萄糖苷酶催化。将-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。 (G)n + H2O (G)n-1 + G,-1,6-葡萄糖苷酶,2异构： G-1-P G-6-P 3脱磷酸： 由葡萄糖-6-磷酸酶催化，生成自由葡萄糖。该酶只存在于肝及肾中。 G-6-P + H2O G + Pi,磷酸葡萄糖变位酶,葡萄糖-6-磷酸酶,（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，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。 从糖原的非还原端磷酸化分解为葡萄糖-1-磷酸,三、糖原合成与分解的调节,糖原代谢的调控,葡萄糖1-磷酸,糖原,UDP-葡萄糖,UTP,PPi,UDP,Pi,如糖原合成和降解同时发生，结果是UTP净水解，是耗能性的无效循环。因此两个途径需严密控制。,变构控制和共价修饰,磷酸化酶是糖原分解代谢一个关键酶，有具活性的磷酸化酶a和无活性的磷酸化酶b 2种存在形式，它们之间的转化是由磷酸化酶激酶来调节的。,磷酸化酶a 磷酸化，有活性,磷酸化酶b 去磷酸化，无活性,糖原合酶是糖原合成中的一个重要酶，其活性受到蛋白激酶A和蛋白质磷酸酶的调节，其活性形式是非磷酸化的形式。,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酵解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。,血 糖,血液中的葡萄糖含量称为血糖。按真糖法测定，正常空腹血糖浓度为3.896.11mmol/L（70100mg%）。,血糖的来源与去路,血糖,消化吸收,肝糖异生,肝糖原分解,氧化供能,合成糖原,转变为脂肪或氨基酸,转变为其他糖类物质,肾上腺素和胰高血糖素的控制作用,糖代谢紊乱,先天性糖代谢酶的缺陷病 糖原累积病，半乳糖血症，戊糖尿症 糖尿病 低血糖 维生素B1缺乏,