糖異生及糖原合成

1、糖異生和糖的合成,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,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

2、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,PEP,,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,F-1.6-P,丙酮酸,草酰乙酸,

3、谷氨酸,?-酮戊二酸,天冬氨酸,3-P-甘油,甘油,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,蘋果酸,蘋果酸,,,,（胞液）,（線粒體）,葡萄糖代謝和 糖異生的關(guān)系,（PEP）,,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,二、糖異生的調(diào)節(jié),果糖雙磷酸酶-1fructose biphosp

4、hatase-1,三、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,2．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。,四、糖異生的生理意義,1

5、．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)運至肝，再經(jīng)糖的異生作用生成自由葡萄糖后轉(zhuǎn)運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)）。,,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,2

6、．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。,糖原合酶的作用機制,3．分支：當(dāng)直鏈長度達(dá)12個葡萄糖殘基以上時，在分支酶(branching enzyme)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)?-1,6-糖苷鍵，使糖原出現(xiàn)分支。,糖原的合成與分解代謝,,,,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,

7、,1-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate),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

8、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,12~18G,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

9、 酸功 能 維持血糖濃度 滿足劇烈運動時 的相對恒定 肌肉對能量的需要消 耗 餐后12-18h 劇烈運動后,,,,,（二）糖原合成的特點：,必須以原有糖原分子作為引物；合成反應(yīng)在糖原的非還原端進(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(gly

10、cogen synthase)，為一共價修飾酶；需UTP參與（以UDP為載體）。,二、糖原的分解代謝,糖原的分解代謝可分為三個階段：1．水解：包括三步反應(yīng)，循環(huán)交替進(jìn)行。 ⑴ 磷酸解：由糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)催化對?-1,4-糖苷鍵磷酸解，生成G-1-P。,（一）反應(yīng)過程：,⑵ 轉(zhuǎn)寡糖鏈：當(dāng)糖原被水解到離分支點四個葡萄糖殘基時，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)移到直鏈的非還原

11、端，使分支點暴露。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。,2．異構(gòu)：,3．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。,（二）糖原分解的特點：,水解反應(yīng)在糖原的非還原端進(jìn)行；是一非耗能過程；關(guān)鍵酶是糖原磷酸化酶(glycogen phosphory-lase)，為一共價修飾酶，其輔酶是磷酸吡哆醛。,三

12、、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,,,,,四、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。,,,,,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

13、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 Ⅰ～Ⅲ型 Ⅳ型,中文名稱 已

14、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)物反饋抑制 有 無,激素調(diào)控　　　

15、　　　　　　　　　　受激素調(diào)控,,,,,葡萄糖激酶/已糖激酶,變構(gòu)抑制劑ATPNADH 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α-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,α-酮戊二酸,異檸檬酸,檸檬酸,延胡索酸,,,,,,,,,,乙酰輔酶

16、A,丙酮酸,,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,,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,七、乙醛

17、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)總反應(yīng)式及其糖異生的關(guān)系,,CoASH,檸檬酸合成酶,順烏頭酸酶,乙醛酸循環(huán)反應(yīng)歷程,,,,,,,NAD +,NADH,,蘋果酸脫氫酶,草酰乙酸,CoASH,,,OCH3-C~SCoA,,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,,CoASH,乙醛酸循環(huán)和三羧酸循環(huán)反應(yīng)歷程的

18、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,蘋果酸,延胡索酸,乙醛酸循環(huán)總反應(yīng)式及其與糖異生的關(guān)系,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