糖异生及糖原合成

糖异生和糖的合成一、单糖的合成P154（一）糖异生概念：主要指由非糖物质转变成葡萄糖或糖原的过程（二）过程糖异生主要途径和关键反应糖原（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磷酸二羟丙酮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羧激酶糖异生途径关键反应之一+H2O+Pi葡萄糖-6-磷酸酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖糖异生途径关键反应之二果糖二磷酸酶-1+H2O+Pi1,6-二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖POH2COHOOHHHH糖异生途径关键反应之三PEP羧激酶ATP+H2OADP+Pi丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸（PEP）GTPGDP丙酮酸草酰乙酸CO2CO2苹果酸/天冬氨酸苹果酸/天冬氨酸草酰乙酸PEP丙酮酸丙酮酸胞液线粒体乙酰CoAGPEP②②磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶②草酰乙酸①丙酮酸羧化酶①糖酵解和葡萄糖异生的关系ABC1C2AG-6-P磷酸酯酶BF-1.6-P磷酸酯酶C1丙酮酸羧化酶C2PEP羧激酶（胞液）（线粒体）葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸磷酸二羟丙酮3-P-甘油醛-酮戊二酸乳酸谷氨酸丙氨酸TCA循环乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸3-P-甘油甘油苹果酸苹果酸（胞液）（线粒体）葡萄糖代谢和糖异生的关系（PEP）丙氨酸天冬氨酸谷氨酸（转氨基作用）糖异生的调节：1.6-P-G与1.6-FBP：促进异生，抑制酵解：高浓度的6-P-G、ATP和柠檬酸，促进酵解，抑制异生：AMP、2.6-二磷酸果糖、ADP二、糖异生的调节AMPF-2,6-BP-ATP+果糖双磷酸酶-1fructosebiphosphatase-1乙酰CoA+丙酮酸羧化酶pyruvatecarboxylase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，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）。部位：肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中定义：由单糖合成糖原的过程称为糖原的合成(glycogenesis)。单糖:葡萄糖(主要)、果糖、半乳糖等二、糖原合成2．缩合：•在关键酶糖原合酶的催化下，以原有糖原分子为引物，添加新的葡萄糖单位。糖原合酶*UDPG+(G)n(G)n+1+UDP糖原合酶的作用机制3．分支：•当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在分支酶(branchingenzyme)的催化下，将距末端6～7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。分支酶(branchingenzyme)-1,4-糖苷键糖原的合成与分解代谢G-6-PG己糖(葡萄糖)激酶磷酸葡萄糖变位酶G-1-PUDPG焦磷酸化酶UTPUDPGPPi糖原合酶Gn+1UDPGn葡萄糖-6-磷酸酶（肝）糖原磷酸化酶PiGnATP葡萄糖激酶Mg2+葡萄糖(glucose)OHHHHOHOHHOHOHCH2OH6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)OHHHHOHOHHOHOHCH2OPO3H2葡萄糖+ATP6-磷酸葡萄糖+ADP（1）葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖ADP6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖OHOHOPOHOCH2OHOHOHO1-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)磷酸葡萄糖变位酶POOHOHOOCH2OHOHOHOH6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)（2）6-磷酸葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖OHHHHOHOHHOHOCH2OHPOOHOH1-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)UTPOHHHHOHOHHOHOCH2OHPOOHO尿苷POOHO尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)(uridinediposphateglucose)PPiUDPG焦磷酸化酶UTP+1-磷酸葡萄糖UDPG+PPiH2O2Pi（3）尿苷二磷酸葡萄糖的生成尿苷尿苷PPOHHHHOHOHHOHCH2OH尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)ROHOOHHHHOHHOHCH2OHOOHHHHOHHOHCH2OH糖原引物(Gn)(glycogenprimer)ROOOHHHHOHHOHCH2OHOOHHHHOHHOHCH2OHOHHHHOHOHHOHCH2OH糖原合酶糖原(Gn+1)(glycogen)UDP（4）UDPG中的葡萄糖连接到糖原引物上尿苷(5)分支酶催化糖原不断形成新分支链糖原引物糖原合酶分枝酶糖原合成的限速酶12~18G肝糖原与肌糖原比较肝糖原肌糖原贮量90-100g200-500g≤5%1-2%合成原料单糖/非糖物质葡萄糖分解产物葡萄糖乳酸功能维持血糖浓度满足剧烈运动时的相对恒定肌肉对能量的需要消耗餐后12-18h剧烈运动后（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.关键酶是糖原合酶(glycogensynthase)，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•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。⑴磷酸解：由糖原磷酸化酶(glycogenphosphorylase)催化对-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P。糖原磷酸化酶*(G)n+Pi(G)n-1+G-1-P（一）反应过程：⑵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。⑶脱枝：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。α-1,6-葡萄糖苷酶(G)n+H2O(G)n-1+G脱枝酶(debranchingenzyme)磷酸化酶α-1,6糖苷酶活性转移酶活性2．异构：磷酸葡萄糖变位酶G-1-PG-6-P3．脱磷酸：由葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase)催化，生成自由葡萄糖。该酶只存在于肝及肾中。葡萄糖-6-磷酸酶G-6-P+H2OG+Pi（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(glycogenphosphory-lase)，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。三、糖原合成与分解的调节激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体腺苷环化酶（无活性）腺苷环化酶（有活性）ATPcAMPPKA(无活性)PKA(有活性)磷酸化酶b激酶磷酸化酶b激酶-PPi磷蛋白磷酸酶-1PiPi磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶-1–––磷蛋白磷酸酶抑制剂-P糖原合酶糖原合酶-P磷酸化酶b磷酸化酶a-P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。糖代谢的调节过程一、无氧酵解的调节二、TCA的调节三、磷酸戊糖途径调节四、糖异生的调节五、糖原代谢的调节六、神经和激素对糖的调节糖酵解过程的调节酶：酶的名称已糖激酶葡萄糖激酶(肝)磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶变构激活剂Mg2+,Mn2+Mg2+,Mn2+Mg2+,AMP,ADP,F-1,6-2P,F-2,6-2PMg2+,K+,F-1,6-2P变构抑制剂G-6-P-ATP，H+、柠檬酸，长链脂肪酸ATP已糖激酶的分型Ⅰ～Ⅲ型Ⅳ型中文名称已糖激酶(HK)葡萄糖激酶(GK)存在范围在组织细胞中仅在肝脏和胰腺广泛存在β细胞存在与葡萄糖亲和力高低Km:0.01mmol/LKm:10～100mmol/L产物反馈抑制有无激素调控受激素调控葡萄糖激酶/已糖激酶变构抑制剂ATPNADHATP、NADH、琥珀酰CoA三羧酸循环的调节酶及其调节酶的名称柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶系变构激活剂ADP、AMPP丙酮酸氧化和三羧酸循环的调节琥珀酰CoA草酰乙酸苹果酸琥珀酸α-酮戊二酸异柠檬酸柠檬酸延胡索酸乙酰辅酶A丙酮酸乙酰CoA、NADH、ATPATPNADH琥珀酰CoA、NADH、ATP磷酸戊糖途径：最重要的调节因素是：NADP+的水平糖异生的调节：1.6-P-G与1.6-FBP：促进异生，抑制酵解：高浓度的6-P-G、ATP和柠檬酸，促进酵解，抑制异生：2.6-二磷酸果糖2.丙酮酸与PEP：丙酮酸羧化酶激活剂：乙酰辅酶A抑制剂：ADP丙酮酸激酶：激活剂：ADPAMP抑制剂：ATPNADH丙氨酸七、乙醛酸循环1、乙醛酸循环的生化历程3、乙醛酸循环的生理意义植物种子萌发的脂肪转化为糖2、乙醛酸循环总反应式及其糖异生的关系CoASH柠檬酸合成酶顺乌头酸酶乙醛酸循环反应历程NAD+NADH苹果酸脱氢酶草酰乙酸OCH3-C~SCoACoASHOCH3-C~SCoACOO-CH2CH2COO-琥珀酸异柠檬酸裂解酶苹果酸合成酶OOH-C-C~OH乙醛酸NAD+草酰乙酸OCH3-C-SCoACoASH乙醛酸循环和三羧酸循环反应历程的比较柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸－酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA草酰乙酸OOH-C-C~OH乙醛酸OCH3-C-SCoA苹果酸延胡索酸乙醛酸循环总反应式及其与糖异生的关系草酰乙酸糖异生途径+2CoASH+NADH+H+COO-CH2CH2COO-琥珀酸OCH3-C~SCoA+NAD+2激素对肝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或胰高血糖素132102104106108葡萄糖ATPADPATPADP456三、糖代谢概况葡萄糖酵解途径丙酮酸有氧无氧H2O及CO2乳酸糖异生途径乳酸、氨基酸、甘油糖原肝糖原分解糖原合成核糖+NADPH+H+磷酸戊糖途径淀粉消化与吸收