生物化学-第七章 糖类代谢-糖异生及糖原合成

糖异生和糖的合成1/17/20241一、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1/17/20242糖异生主要途径和关键反响

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磷酸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1/17/20243糖异生途径关键反响之一+H2O+Pi葡萄糖-6-磷酸酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖1/17/20244糖异生途径关键反响之二

果糖二磷酸酶-1+

H2O+Pi1,6-二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖POH2COHOOHHHH1/17/20245糖异生途径关键反响之三

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CO2CO21/17/20246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①1/17/20247糖酵解和葡萄糖异生的关系ABC1CO2AG-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1/17/20248〔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）1/17/20249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、ADP1/17/202410二、糖异生的调节AMPF-2,6-BP-ATP+果糖双磷酸酶-1fructosebiphosphatase-11/17/202411乙酰CoA+丙酮酸羧化酶pyruvatecarboxylase1/17/202412三、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1/17/2024132．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。1/17/202414四、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〕。1/17/202415部位：肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中1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、半乳糖等五、糖原合成1/17/2024162．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+UDP1/17/202417糖原合酶的作用机制1/17/2024183．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。

1/17/202419

分支酶

(branchingenzyme)

-1,4-糖苷键

1/17/202420糖原的合成与分解代谢G-6-P

G

己糖(葡萄糖)激酶

磷酸葡萄糖变位酶

G-1-P

UDPG焦磷酸化酶

UTP

UDPG

PPi

糖原合酶

Gn+1

UDP

Gn

葡萄糖-6-磷酸酶（肝）

糖原磷酸化酶

Pi

Gn

1/17/202421ATP葡萄糖激酶Mg2+葡萄糖(glucose)6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)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ADP1/17/2024226-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)〔2〕6-磷酸葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖1/17/2024231-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)UTP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1/17/202424尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)糖原引物(Gn)(glycogenprimer)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1/17/202425(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12~18G1/17/202426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1/17/202427〔二〕糖原合成的特点：必须以原有糖原分子作为引物；合成反响在糖原的非复原端进行；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〕；关键酶是糖原合酶(glycogensynthase)，为一共价修饰酶；需UTP参与〔以UDP为载体〕。1/17/202428六、糖原的分解代谢糖原的分解代谢可分为三个阶段：1．水解：包括三步反响，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〕反响过程：1/17/202429⑵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复原端，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+G1/17/202430脱枝酶

(debranchingenzyme)磷酸化酶

α-1,6糖苷酶活性转移酶活性1/17/2024312．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+Pi1/17/202432〔二〕糖原分解的特点：水解反响在糖原的非复原端进行；是一非耗能过程；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。1/17/202433七、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）

ATPcAMP

PKA(无活性)

PKA(有活性)磷酸化酶b激酶

磷酸化酶b激酶-P

Pi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

1/17/202434八、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。1/17/2024351/17/202436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1/17/202437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-2,6-2P

Mg2+,K+,F-1,6-2P变构抑制剂G-6-P-ATP，H+、柠檬酸，长链脂肪酸ATP1/17/202438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/L

Km:10～100mmol/L产物反响抑制有无激素调控

受激素调控葡萄糖激酶/已糖激酶1/17/202439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、AMP1/17/202440P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、ATP1/17/202441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1/17/2024422.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1/17/202443九、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、乙醛酸循环总反响式及其糖异生的关系1/17/202444CoASH柠檬酸合成酶顺乌头酸酶乙醛酸循环反响历程NAD+NADH苹果酸脱氢酶草酰乙酸

OCH3-C~SCoACoASH

OCH3-C~SCoACOO-CH2CH2COO-琥珀酸异柠檬酸裂解酶苹果酸合成酶

O

OH-C-C~OH乙醛酸NAD+草酰乙酸1/17/202445

OCH3-C-SCoACoASH乙醛酸循环和三羧酸循环反响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

O

OH-C-C~OH乙醛酸

OCH3-C-SCoA苹果酸延胡索酸1/17/202446乙醛酸循环总反响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+21/17/202447

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响是酶促反响，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响，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、AT