糖代谢的其他途径.pptx

糖的分解代谢生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径：生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径：1.1.无无O O2 2情况下，葡萄糖（情况下，葡萄糖（G G）丙酮酸（丙酮酸（PyrPyr）乳酸乳酸（LacLac）2.2.有有O O2 2情况下，情况下，G CO2+H2OG CO2+H2O（经三羧酸循环）（经三羧酸循环）3.3.有有O O2 2情况下，情况下，G CO2+H2OG CO2+H2O（经磷酸戊糖途径）（经磷酸戊糖途径）第1页/共78页磷酸戊糖途径的发现l在组织中添加酵解抑制剂碘乙酸碘乙酸（抑制3-P-甘油醛脱氢酶）或氟化物氟化物（抑制烯醇化酶）等，葡萄糖仍可被消耗；并且C1更容易氧化成CO2；发现了6-P-葡萄糖脱氢酶和6-P-葡萄糖酸脱氢酶及NADP+；发现了五碳糖、六碳糖和七碳糖；说明葡萄糖还有其他代谢途径（1931-1951）。l1953年阐述了磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway)，简称PPP途径，也叫磷磷酸己糖支路；亦称戊糖磷酸循环酸己糖支路；亦称戊糖磷酸循环；亦称Warburg-Dickens戊糖磷酸途径。lPPP途径广泛存在动、植物细胞内，在细胞质中进行。第2页/共78页6.Oxidation of glyceraldehyde 3-phosphate to 1,3-bisphosphoglycerate第3页/共78页第4页/共78页葡萄糖在生物体内的氧化分解代谢主要是通过酵酵解和三羧酸循环解和三羧酸循环途径进行的，这也是生物产生能量的主要途径，但绝非唯一绝非唯一的途径。戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径,又称戊糖支路、己糖单磷酸途径、磷酸葡萄糖酸氧化途径、以及戊糖磷酸循环等，这些名称强调从磷酸化的六碳糖磷酸化的六碳糖形成磷酸化五碳磷酸化五碳糖糖的过程。戊糖磷酸途径是糖代谢的第二条重要途径第二条重要途径，是葡萄糖分解的另外一种机制，在细胞溶胶中进行，广泛存在于动植物细胞内。动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。第5页/共78页Pentose phosphate pathway *The two major products of the pathway are NADPH and ribose 5-phosphate.*Ribose 5-phosphate and its derivatives are components of important cellular molecules such as RNA,DNA,NAD+,FAD,ATP and CoA.NADPH is required for many biosynthetic pathways and particularly for synthesis of fatty acids and steroids.第6页/共78页磷酸戊糖途径一、磷酸戊糖途径的反应历程一、磷酸戊糖途径的反应历程二、磷酸戊糖途径的意义二、磷酸戊糖途径的意义三、三、磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径调控调控第7页/共78页 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径是指从 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一条旁路代谢途径路代谢途径。该旁路途径的起始物是 G-6-P，返回的代谢产物是3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-6-磷酸果糖磷酸果糖，其重要的中间代谢产物是 5-5-磷酸核糖和磷酸核糖和 NADPHNADPH。整个代谢途径在胞液中进行。关键酶是 6-6-磷磷酸葡萄糖脱氢酶。酸葡萄糖脱氢酶。第8页/共78页磷酸戊糖途径的反应历程磷酸戊糖途径的反应历程分两个阶段：分两个阶段：（一）葡萄糖的（一）葡萄糖的氧化脱羧氧化脱羧阶阶段段（二）（二）非氧化非氧化的分子重排阶段的分子重排阶段第一阶段（氧化阶段）第一阶段（氧化阶段）：6 6分子的分子的6 6磷酸葡萄糖经脱氢、磷酸葡萄糖经脱氢、水合、氧化脱羧生成水合、氧化脱羧生成6 6分子分子5 5磷酸核酮糖磷酸核酮糖、12NADPH12NADPH和和6CO6CO2 2第二阶段（异构阶段）第二阶段（异构阶段）：6 6分子分子5 5磷酸核酮糖经一系列基磷酸核酮糖经一系列基团转移反应异构成团转移反应异构成5 5分子分子6 6磷酸葡萄糖回到下一个循环。磷酸葡萄糖回到下一个循环。第9页/共78页磷酸戊糖途径的两个阶段 2、非氧化分子重排阶段非氧化分子重排阶段 6 核酮糖核酮糖-5-P 5 果糖果糖-6-P 5 葡萄糖葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖核酮糖-P 6 NADP+6 NADPH+6H+6 NADP+6 NADPH+6H+6CO26H2O第10页/共78页 葡萄糖的氧化脱羧阶段葡萄糖的氧化脱羧阶段 6-P6-P葡萄糖葡萄糖+NADP+NADP+6-P 6-P葡萄糖酸内酯葡萄糖酸内酯+NADPH+HNADPH+H+6-P 6-P葡萄糖酸内酯葡萄糖酸内酯 6-P6-P葡萄糖酸葡萄糖酸（容易进行）（容易进行）6-P6-P葡萄糖酸葡萄糖酸+NADP+NADP+5-P 5-P核酮糖核酮糖+COCO2+NADPH+H+NADPH+H+本阶段总反应：本阶段总反应：6-P6-P葡萄糖葡萄糖+2NADP+2NADP+H+H2 2O 5-P-O 5-P-核酮糖核酮糖+CO+CO2+2NADPH+2H+2NADPH+2H+6-P6-P葡萄糖脱氢酶葡萄糖脱氢酶6-P6-P葡萄糖酸内酯酶葡萄糖酸内酯酶6-P6-P葡萄糖酸脱氢酶葡萄糖酸脱氢酶H20H20H+第11页/共78页磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段NADP+NADPH+H+H2O NADPH+H+NADP+5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸CO26-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶内酯酶内酯酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖酸脱氢酶酸脱氢酶第12页/共78页第一步：脱氢第一步：脱氢Dehydrogenation 第二步：水解第二步：水解hydrolysis第三步：第三步：oxidativedecarboxylation第13页/共78页 非氧化非氧化非氧化非氧化的分子重排阶段的分子重排阶段的分子重排阶段的分子重排阶段 5-P-5-P-核酮糖核酮糖 5-P5-P5-P5-P核糖核糖核糖核糖 5-P5-P核酮糖核酮糖 5-P5-P木酮糖木酮糖（转酮酶的底物、连接（转酮酶的底物、连接EMPEMP）5-P5-P木酮糖木酮糖+5-P+5-P核糖核糖 7-P7-P景天庚酮糖景天庚酮糖 +3-P3-P甘油醛甘油醛 7-P7-P景天庚酮糖景天庚酮糖+3-P+3-P甘油醛甘油醛 6-P6-P果糖果糖 +4-P+4-P赤藓糖赤藓糖 5-P5-P木酮糖木酮糖 +4-P+4-P赤藓糖赤藓糖 6-P6-P果糖果糖 +3-P3-P甘油醛甘油醛本阶段总反应：本阶段总反应：65-P65-P65-P65-P核酮糖核酮糖核酮糖核酮糖 46-P46-P46-P46-P果糖果糖果糖果糖 +23-P+23-P+23-P+23-P甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛 P P戊糖异构酶戊糖异构酶P P戊糖差向异构酶戊糖差向异构酶转酮酶转醛酶转酮酶第14页/共78页5-磷酸核酮糖转变为5-磷酸核糖Isomerizationofribulose5-phosphatetoribose5-phosphate.Thereactionwascatalyzedbyphosphopentoseisomerase.磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一（5-5-磷酸核酮糖异构化）磷酸核酮糖异构化）第15页/共78页戊糖磷酸途径通过转酮酶和转醛酶实现与糖酵解连接。Linkageofthepentosephosphatepathwaytoglycolysisviatransketolaseandtransaldolase.第16页/共78页磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二（基团转移）（基团转移）+24-4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+25-5-磷酸核糖磷酸核糖23-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛转酮酶转醛酶26-6-磷酸果糖磷酸果糖+7-7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖2H25-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖第17页/共78页基团转移+2 24-4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+2 23-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 26-6-磷酸果糖磷酸果糖转酮酶转酮酶2 25-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖第18页/共78页H2O Pi1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖23-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛6-6-磷酸果糖磷酸果糖醛缩酶醛缩酶二磷酸果糖酯酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （3-3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）磷酸甘油醛异构、缩合与水解）异异构构酶酶第19页/共78页磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段H H2 2O OPiPi6 6 5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖2 2 5-5-磷酸核糖磷酸核糖2 2 5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 2 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 2 7-7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖2 2 4-4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖2 2 6-6-磷酸果糖磷酸果糖2 2 5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 2 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 2 6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖1 1 6-6-磷酸果糖磷酸果糖转醛酶转醛酶异构酶异构酶转酮酶转酮酶转酮酶转酮酶醛缩酶醛缩酶阶阶段段之之一一阶阶段段之之二二阶阶段段之之三三第20页/共78页磷酸戊糖途径的总反应式6 G-6-P+12NADP+7 H2O 5 G-6-P+6CO2 +12NADPH+12H+表明表明1 1个个6-P6-P葡萄糖经葡萄糖经6 6次循环被彻底氧化为次循环被彻底氧化为6 6个个CO2.CO2.由一个循环的反应体系构成。该反应体系的起由一个循环的反应体系构成。该反应体系的起始物为葡萄糖始物为葡萄糖-6-6-磷酸，经过氧化分解后产生五碳磷酸，经过氧化分解后产生五碳糖，糖，CO2CO2，无机磷酸，无机磷酸，NADPHNADPH。第21页/共78页第22页/共78页二、磷酸戊糖途径的意义1.1.产生大量的产生大量的NADPHNADPH，为细胞的各种合成反应提供，为细胞的各种合成反应提供还原还原剂（力），剂（力），比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成。比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成。2.2.在红细胞中保证在红细胞中保证谷胱甘肽谷胱甘肽的还原状态。（防止膜脂过的还原状态。（防止膜脂过氧化；氧化；维持血红素中的维持血红素中的Fe2+;Fe2+;）（）（6-P-6-P-葡萄糖脱氢葡萄糖脱氢酶遗传缺陷症酶遗传缺陷症贫血病）贫血病）3.3.该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料，如：该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料，如：5-P-5-P-核糖核糖 核苷酸核苷酸 4-P-4-P-赤藓糖赤藓糖 芳香族氨基酸芳香族氨基酸4 4、非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作用、非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同，因而磷酸中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同，因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些单糖间戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些单糖间的互变。（的互变。（是细胞内不同结构的糖分子的重要来源是细胞内不同结构的糖分子的重要来源）.第23页/共78页磷酸戊糖途径中酶的先天遗传性缺陷先天遗传缺乏6 6磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶，在给磺胺、阿司匹林等有氧化性的药物时，大量NADPH被氧化，不能保持红细胞中还原谷胱苷肽水平，破坏膜结构，造成溶血、贫血等症状。第24页/共78页5 5、PPPPPP途径是由葡萄糖直接氧化起始的可单独进行氧途径是由葡萄糖直接氧化起始的可单独进行氧化分解的途径。因此可以和化分解的途径。因此可以和EMPEMP、TCATCA相互补充、相互相互补充、相互配合，增加机体的适应能力。配合，增加机体的适应能力。5-磷酸核糖作用：DNADNA、RNARNA合成原料合成原料(1)NAD(P)+(2)FAD(3)HSCoA各种核苷酸辅酶各种核苷酸辅酶(1)NTP(2)dNTP(3)cAMP/cGMP核苷酸核苷酸第二信使第二信使合合成成原原料料第25页/共78页三、磷酸戊糖途径的调控磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时NADPHNADPH的需要所调节。NADPH反馈抑制反馈抑制6-P-葡萄糖脱氢酶的活性。肝脏中的各种戊糖途径的酶中以6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶的活性最低，所以它是戊糖途径的限速酶，催化不可逆反应步骤。其活性受NADP+/NADPHNADP+/NADPH比值的调节，NADPH竞争性抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性,NADHP可以进行有效的反馈抑制调控。只有NADPH在脂肪的生物合成中被消耗时才能解除抑制，再通过6-磷酸葡萄糖脱氢酶产生出NADPH。非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。5-5-磷酸核磷酸核糖糖过多时，可转化成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醇进行酵解。第26页/共78页二、糖异生1 1、糖异生作用的糖异生作用的主要途径主要途径和和关键反应关键反应2 2、葡萄糖、葡萄糖代谢与糖异生作用的代谢与糖异生作用的关系关系3 3、糖异生的、糖异生的总反应式和调控总反应式和调控糖异生是指由非糖物质例如乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油等作为原料合成葡萄糖的作用。葡糖异生作用对于机体饥饿时和激烈运动时不断提供葡萄糖维持水平是非常重要的。脑和红细胞几乎全部依赖血糖提供能源。葡糖异生作用的绝大多数酶是细胞溶胶酶细胞溶胶酶，只有丙酮酸丙酮酸羧化酶和葡萄糖羧化酶和葡萄糖 -6-6-磷酸酶磷酸酶除外，前者位于线粒体基质，后者结合在光面内质网上。第27页/共78页用整体动物做实验，禁食24小时，大鼠肝脏中的糖原由7%降低到1%，饲喂乳酸、丙酮酸或三羧酸乳酸、丙酮酸或三羧酸循环代谢的中间物循环代谢的中间物后可以使大鼠肝糖原增加。根皮苷根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有毒的糖苷，它能抑制肾小管将葡萄糖重吸收进入血液中，这样血液中的葡萄糖就不断的由尿中排出。当给用根皮苷处理过的动物饲喂三羧酸循环中间代谢物中间代谢物或生糖氨基酸或生糖氨基酸后，这些动物尿中的糖含量增加。糖尿病人或切除胰岛糖尿病人或切除胰岛的动物，他们从氨基酸转化成糖的过程十分活跃。当摄入生糖氨基酸时，尿中糖含量增加。糖异生的证据如下：第28页/共78页糖异生途径的前体1、凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡萄糖。例如三羧酸循环的中间物，柠檬酸、异柠檬酸、柠檬酸、异柠檬酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸都可以转变成草酰乙酸而进入糖异生途径。2、大多数氨基酸大多数氨基酸是生糖氨基酸如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、组氨酸、苏氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸等，它们可转化成丙酮酸、-酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循环中间物参加糖异生途径。第29页/共78页但是这种转变不是糖分解代谢的简单逆但是这种转变不是糖分解代谢的简单逆转，必须克服那些由关键酶所催化的不可逆反转，必须克服那些由关键酶所催化的不可逆反应造成的应造成的“能障能障”。主要有三个酶催化的反应。主要有三个酶催化的反应,异生过程必须设法异生过程必须设法“绕过绕过”这三个反应这三个反应.糖异生作用的总反应式如下：糖异生作用的总反应式如下：2 2丙酮酸丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+4H2O +4ATP+2GTP+2NADH+2H+4H2O 葡萄糖葡萄糖+2NAD+4ADP+2GDP+6Pi+2NAD+4ADP+2GDP+6Pi第30页/共78页糖异生主要途径和关键反应 非非糖糖物物质质转转化化成成糖糖代代谢谢的的中中间间产产物物后后，在在相相应应的的酶酶催催化化下下,绕绕过过糖糖酵酵解解途途径径的的三三个个不不可可逆逆反反应应,利利用用糖糖酵酵解解途途径径其其它它酶酶生生成成葡葡萄萄糖糖的的途途径径称称为为糖糖异异生。生。糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖3 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖激酶果糖激酶二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸酶磷酸酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸酶磷酸葡萄糖磷酸酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 2 草酰乙酸草酰乙酸PEPPEP羧激酶羧激酶第31页/共78页第32页/共78页 糖异生途径关键反应之一PEPPEP羧激酶羧激酶ATP+H2O ADP+Pi丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸（PEPPEP）GTPGDP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸CO2CO21 1、丙酮酸羧化生成磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸羧化生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸 +ATP+GTP +ATP+GTP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 +ADP+GDP+CO2+ADP+GDP+CO2草酰乙酸不能自由草酰乙酸不能自由进出线粒体膜，因进出线粒体膜，因此需要穿梭机制。此需要穿梭机制。第33页/共78页丙酮酸羧化酶（线粒体酶）以以生物素生物素(biotin)作为辅基。生物素起作为辅基。生物素起CO2CO2载体载体的作用。生物素的末端羧基与酶分子的一个赖氨的作用。生物素的末端羧基与酶分子的一个赖氨酸残基的酸残基的-氨基以酰胺键相连。氨基以酰胺键相连。第34页/共78页Biotin has a 5-C side chain whose terminal carboxyl is in amide linkage to the e-amino group of an enzyme lysine.The biotin&lysine side chains form a long swinging arm that allows the biotin ring to swing back&forth between 2 active sites.Pyruvate Carboxylaseusesbiotinasprostheticgroup.第35页/共78页苹果酸-草酰乙酸穿梭作用细胞液细胞液线粒体内膜体线粒体内膜体天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸酮戊二酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸谷氨酸谷氨酸NADH+HNADH+H+NADNAD+草酰乙酸草酰乙酸NADNAD+线粒体基质线粒体基质苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶NADH+HNADH+H+苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶（、为膜上的转运载体）为膜上的转运载体）呼吸链呼吸链第36页/共78页糖异生途径关键反应之二二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸酶磷酸酶+H2O+Pi1,6-二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖POH2COHOOHHHH第37页/共78页Phosphofructokinase(Glycolysis)catalyzes:fructose-6-P+ATP fructose-1,6-bisP+ADPFructose-1,6-bisphosphatase(Gluconeogenesis)catalyzes:fructose-1,6-bisP+H2O fructose-6-P+Pi第38页/共78页糖异生途径关键反应之三+H2O+Pi6-6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖磷酸酶糖磷酸酶P6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖H葡萄糖葡萄糖Glucose-6-phosphataseenzymeisembeddedintheendoplasmicreticulum(ER)membraneinlivercells.ThecatalyticsiteisfoundtobeexposedtotheERlumen.Anothersubunitmayfunctionasatranslocase,providingaccessofsubstratetotheactivesite.第39页/共78页Hexokinase or Glucokinase(Glycolysis)catalyzes:glucose+ATP glucose-6-phosphate+ADPGlucose-6-Phosphatase(Gluconeogenesis)catalyzes:glucose-6-phosphate+H2O glucose+Pi第40页/共78页糖酵解和葡萄糖异生的关系A AB BC C1 1C C2 2A G-6-PA G-6-P磷酸酶磷酸酶B F-1.6-PB F-1.6-P磷酸酶磷酸酶C C1 1 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶C C2 2 PEPPEP羧激酶羧激酶（胞液）胞液）（线粒体）（线粒体）葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-P-3-P-甘油醛甘油醛-酮戊二酸酮戊二酸乳酸乳酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸TCATCA循环循环乙酰乙酰CoACoAPEPPEPG-6-PG-6-PF-6-PF-6-PF-1.6-PF-1.6-P丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸3-P-3-P-甘油甘油甘油甘油第41页/共78页Thesource of pyruvate and oxaloacetateforgluconeogenesisduringfastingorcarbohydratestarvationismainlyamino acid catabolism.Someaminoacidsarecatabolizedtopyruvate,oxaloacetate,orprecursorsofthese.Muscle proteinsmaybreakdowntosupplyaminoacids.Thesearetransportedtoliverwheretheyaredeaminatedandconvertedtogluconeogenesisinputs.Glycerol,derivedfromhydrolysisoftriacylglycerolsinfatcells,isalsoasignificantinputtogluconeogenesis.第42页/共78页糖异生的调控 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖3 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖果糖激酶激酶二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸酶磷酸酶丙酮酸丙酮酸激酶激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸酶磷酸葡萄糖磷酸酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 2 草酰乙酸草酰乙酸PEPPEP羧激酶羧激酶ATP,ATP,柠檬酸柠檬酸ATPATP，丙氨酸，丙氨酸乙酰乙酰CoACoA；ADPADP2,6-2P-Fru 2,6-2P-Fru AMPAMP第43页/共78页Reciprocal regulation by fructose-2,6-bisphosphate:wFructose-2,6-bisphosphate stimulates Glycolysis.Fructose-2,6-bisphosphateallostericallyactivatestheGlycolysisenzymePhosphofructokinase.Fructose-2,6-bisphosphatealsoactivates transcriptionofthegeneforGlucokinase,thelivervariantofHexokinasethatphosphorylatesglucosetoglucose-6-phosphate,theinputtoGlycolysis.wFructose-2,6-bisphosphate allostericallyinhibits thegluconeogenesisenzymeFructose-1,6-bisphosphatase.第44页/共78页乳酸的再利用（Cori Cycle)肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸同时，肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸同时，还可将其转变为葡萄糖或肝糖原，实现对乳酸的再还可将其转变为葡萄糖或肝糖原，实现对乳酸的再利用利用,称为称为Coris 循环。循环。第45页/共78页糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。径。红细胞和脑是以葡萄糖红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料的，成人每为主要燃料的，成人每天约需要天约需要160160克葡萄糖，其中克葡萄糖，其中120120克用于脑代谢，克用于脑代谢，而而糖原的贮存量是很有限的，所以需要糖异生来补充糖原的贮存量是很有限的，所以需要糖异生来补充糖的不足糖的不足。在饥饿或剧烈运动造成糖原下降后，糖异生能使酵在饥饿或剧烈运动造成糖原下降后，糖异生能使酵解产生的乳酸、脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基解产生的乳酸、脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖。酸等中间产物重新生成糖。这对维持血糖浓度，满这对维持血糖浓度，满足组织对糖的需要是十分重要的。足组织对糖的需要是十分重要的。糖异生可以促进脂肪氧化分解供应能量糖异生可以促进脂肪氧化分解供应能量，当体内糖，当体内糖供应不足时，机体会大量动员脂肪分解，此时会产供应不足时，机体会大量动员脂肪分解，此时会产生过多的酮体（乙酰乙酸、生过多的酮体（乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮），而羟丁酸、丙酮），而酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，此时糖酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，此时糖异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用。异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用。糖异生的生理意义第46页/共78页乙醛酸循环1 1、乙醛酸循环的、乙醛酸循环的生化历程生化历程:是植物和微生物特有的是植物和微生物特有的反应途径。反应途径。这个循环除两步由异柠檬酸裂合酶和苹果酸合酶催化的反应外，其他的反应都和“柠檬酸循环”相同。3 3、乙醛酸循环的生理意义、乙醛酸循环的生理意义它使萌发的种子将贮存的三酰甘油通过乙酰-CoA 转变为葡萄糖。它使植物和微生物能够靠乙酸生活2 2、乙醛酸循环总反应式及其糖异生的关系乙醛酸循环总反应式及其糖异生的关系第47页/共78页CoASHCoASH柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶乙醛酸循环乙醛酸循环(植物、微生物的植物、微生物的乙醛酸循环体乙醛酸循环体)NAD NAD+NADHNADH苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶草酰乙酸草酰乙酸OCH3-CSCoACoASHCoASH O OCHCH3 3-CSCoA-CSCoACOOCOO-CH2CH2CH2CH2COOCOO-琥珀酸琥珀酸异柠檬酸裂异柠檬酸裂合酶合酶苹果酸苹果酸合成酶合成酶 O O O OH-C-C OHH-C-C OH乙醛酸乙醛酸NADNAD+草酰乙酸草酰乙酸第48页/共78页 O OCHCH3 3-C-SCoA-C-SCoACoASHCoASH乙醛酸循乙醛酸循环和三羧环和三羧酸循环反酸循环反应历程的应历程的比较比较柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoACoA草酰乙酸草酰乙酸 O O O OH-C-C OHH-C-C OH乙醛酸乙醛酸 O OCHCH3 3-C-SCoA-C-SCoA苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸第49页/共78页第50页/共78页乙醛酸循环总反应式及其与糖异生的关系草酰乙酸草酰乙酸糖异生途径糖异生途径+2CoASH+NADH+H+2CoASH+NADH+H+COOCOO-CH2CH2CH2CH2COOCOO-琥珀酸琥珀酸OCH3-CSCoA+NAD+NAD+2 2作用：作用：1.1.通过乙醛酸途径通过乙醛酸途径使乙酰使乙酰-CoA-CoA转变为草酰乙转变为草酰乙酸从而进入柠檬酸循环酸从而进入柠檬酸循环 2.2.使萌发的种子将贮存的使萌发的种子将贮存的甘油三脂，通过乙酰甘油三脂，通过乙酰-CoA-CoA转变为葡萄糖转变为葡萄糖 TCATCA途径途径第51页/共78页第八章 糖原的分解和生物合成 一、一、糖原的分解糖原的分解二、二、糖原的生物合成糖原的生物合成三、三、糖原代谢的调控糖原代谢的调控第52页/共78页 糖原糖原(glycogen)，又称动物淀粉，支链，又称动物淀粉，支链，分子量数百万以上。主要由葡萄糖以分子量数百万以上。主要由葡萄糖以（1，4）糖苷键相连（糖苷键相连（93%)，以少量，以少量（1，6）糖苷键）糖苷键（7%）形成分支。有肝糖原和肌糖原。）形成分支。有肝糖原和肌糖原。第53页/共78页 糖原是由多个葡萄糖组成的带分枝的大分子多糖，分子量一般在106-107道尔顿，可高达108道尔顿，是体内糖的贮存形式，分子中葡萄分子中葡萄糖主要以糖主要以-1-1，4-4-糖苷键相连形成直链，其中糖苷键相连形成直链，其中部分以部分以-1-1，6-6-糖苷键相连构成枝链，糖原主糖苷键相连构成枝链，糖原主要贮存在肌肉和肝脏中，要贮存在肌肉和肝脏中，肌肉中糖原约占肌肉总重量的1-2%约为400克，肝脏中糖原占总量6-8%约为100克。肌糖原分解为肌肉自身收缩供给能量，肝糖原分解主要维持血糖浓度。第54页/共78页一、糖原的酶促磷酸解 糖原的结构及其连接方式糖原的结构及其连接方式 磷酸化酶磷酸化酶a a（催化（催化1.4-1.4-糖苷键断裂糖苷键断裂）三种酶协同作用：三种酶协同作用：转移酶转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）（催化寡聚葡萄糖片段转移）脱枝酶脱枝酶（催化（催化1.6-1.6-糖苷键水解断裂糖苷键水解断裂）-1 1，4-4-糖苷键糖苷键-1 1，6 6糖苷键糖苷键非还原性末端非还原性末端第55页/共78页二、糖原的生物合成1.1.UDP-UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖焦磷酸化酶 (UDP-glucosepytophosphorylase）催催化化单单糖糖基基的的活活化化形形成成糖糖核核苷苷二二磷磷酸酸，为为各各种种聚聚糖糖形形成成时时，提提供供糖糖基基和和能能量量。动动物物细细胞胞中中糖糖元元合合成成时时需需UDPGUDPG；植植物物细细胞胞中中蔗蔗糖糖合合成成时时需需UDPGUDPG，淀淀粉粉合合成成时时需需ADPGADPG，纤纤维维素素合合成成时时需需GDPGGDPG和和UDPGUDPG。2.糖原合成酶糖原合成酶（glycogensynthase）催化催化-1 1，4-4-糖苷键合成糖苷键合成3.3.糖原分支酶糖原分支酶（glycogenbranchingenzyme）催化催化-1 1，6-6-糖苷键合成糖苷键合成第56页/共78页UDPG的结构第57页/共78页 糖核苷酸的生成 （UDP-UDP-葡萄糖焦磷酸化酶）葡萄糖焦磷酸化酶）+PPi1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖UTPUDPG 在UDP-葡萄糖焦磷酸化酶作用下，1-磷酸葡萄糖生成UDP-葡萄糖，消耗一个UTP，生成焦磷酸。这是一个磷酸酐交换反应，Glu的磷酸基团带负电荷，向UTP的a-磷酸基团进攻,自由能接近0。第58页/共78页第59页/共78页 糖原合成酶将UDP-葡萄糖的糖基加在糖原引物的非还原端葡萄糖的C4羟基上。引物引物至少要有4个糖基，由引发蛋白和糖原起始合成酶引发蛋白和糖原起始合成酶合成，将UDP-葡萄糖加在引发蛋白的酪氨酸酪氨酸羟基上。糖原合酶与生糖蛋白结合在一起才具有催化活性，称为糖原核心（core),决定糖原颗粒的数目，二者一旦分开，合成反应停止。糖原合酶糖原合酶UDP+（葡萄糖）（葡萄糖）n+1UDPG+引物引物第60页/共78页糖原合成酶反应第61页/共78页 分支酶合成分支酶合成支链。从至少11个残基的链上将非还原端7个残基转移到较内部的位置，形成1，6键分支。新的分支必需与原有糖链有4个残基的距离。分支可增加非还原性末端的数目，从而加快代谢速度，增加溶解度。第62页/共78页三、糖原代谢的调控 糖原的合成和分解通过对糖原的合成和分解通过对糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶和和糖糖原合成酶原合成酶的调节机制进行调控的调节机制进行调控 别构调控别构调控共价修饰共价修饰 1.1.糖原磷酸化酶：糖原磷酸化酶：AMPAMP；ATPATP、6-P-G6-P-G、GlcGlc 2.2.糖原合成酶：糖原合成酶：6-P-G6-P-G、GlcGlc 第63页/共78页 细胞能量水平的调节细胞能量水平的调节 糖的摄入，除了部分供能以外，糖原的合成增加；而运动使糖分解加快，糖原的合成变慢。缺乏糖的供应，糖异生作用加强。途径中关键酶的活性在相当程度上受到细胞能量水平（细胞中ATP和ADP、AMP的相对比例）的影响，这些核苷酸常是这些关键酶的变构调节剂。第64页/共78页 磷酸化酶和糖原合成酶的活性磷酸化酶和糖原合成酶的活性是受磷酸化或去是受磷酸化或去磷酸化的磷酸化的共价修饰共价修饰的调节。二种酶磷酸化及去磷酸的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。化的方式相似，但其效果相反。糖原合成酶糖原合成酶 a(a(有活性有活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 b b (无活性无活性)OHOHOHOHATPATPADPADPH H2 2O OPiPi糖原合成酶糖原合成酶 b(b(无活性无活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a a (有活性有活性)P PP P第65页/共78页cAMP结构结构第二信使第二信使(second(secondmessenger)messenger)：响应外部信号（第一信使），例如激素在细胞内合成的效应分子，例如cAMP、肌醇三磷酸或二酰基甘油等。第二信使再去调节靶酶，引起细胞内各种效应。激素通过cAMP促进磷酸化作用，使磷酸化酶成为a型（有活性），合成酶变成b型（无活性）。合成酶由蛋白激酶磷酸化。第66页/共78页 血糖浓度一般在血糖浓度一般在80-120mg/100ml80-120mg/100ml，称为葡萄糖耐，称为葡萄糖耐量。肾糖阈为量。肾糖阈为160-180160-180，血糖过多则从尿排出。血糖低，血糖过多则从尿排出。血糖低于于7070或过度兴奋可刺激延脑第四脑室或过度兴奋可刺激延脑第四脑室“糖中枢糖中枢”，引起，引起肝糖原分解。下丘脑可分泌皮质释放因子，作用于肾上肝糖原分解。下丘脑可分泌皮质释放因子，作用于肾上腺皮质，升高血糖。影响糖代谢的激素有：腺皮质，升高血糖。影响糖代谢的激素有：1.胰岛素：由胰岛胰岛素：由胰岛细胞分泌细胞分泌，促进糖原合成酶活性，诱导葡萄糖激酶合成，加强磷酸果糖激酶作用。降低血糖效应。2.肾上腺素和胰高血糖素肾上腺素和胰高血糖素：通过cAMP激活糖原磷酸化酶，诱导肝中磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶和果糖二磷酸酶的合成，促进异生，升高血糖。3.生长激素生长激素：抗胰岛素，抑制糖原分解和葡萄糖氧化。促肾上腺皮质激素可阻碍肌糖原氧化，促进肝糖原合成。4.甲状腺素甲状腺素：促进糖的异生和糖原分解，增加小肠对葡萄糖的吸收，升高血糖。以上激素都是水溶性激素，通过cAMP起作用 第67页/共78页第68页/共78页第69页/共78页第70页/共78页第71页/共78页 四、激素对糖原合成与分解的调控意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。肾上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（无活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶 b（无活性）磷酸化酶 a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液肾上腺素