物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié) 糖代謝-第3講

MetabolismofCarbohydrates

生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室

第七章

糖代謝內(nèi)容提綱概述糖的消化吸收及糖代謝概況

糖的無氧酵解糖的有氧氧化磷酸戊糖途徑糖原的合成與分解糖異生

血糖及其調(diào)節(jié)第五節(jié)

磷酸戊糖途徑PentosePhosphatePathway磷酸戊糖途徑的概念反應(yīng)過程——關(guān)鍵酶

生理意義*磷酸戊糖途徑概念磷酸戊糖途徑是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應(yīng)過程。磷酸戊糖*細(xì)胞定位：胞液第一階段：氧化反應(yīng)生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2一、磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程*反應(yīng)過程可分為二個(gè)階段第二階段則是非氧化反應(yīng)包括一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移。6-磷酸葡萄糖酸

5-磷酸核酮糖

NADPH+H+

NADP+

⑴H2O

NADP+

CO2

NADPH+H+

⑵6-磷酸葡萄糖脫氫酶

6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶

HCOHCH2OHCO6-磷酸葡萄糖

6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯

（一）磷酸戊糖生成5-磷酸核糖

催化第一步脫氫反應(yīng)的6-磷酸葡萄糖脫氫酶是此代謝途徑的關(guān)鍵酶。兩次脫氫脫下的氫均由NADP+接受生成NADPH+H+。反應(yīng)生成的磷酸核糖是一個(gè)非常重要的中間產(chǎn)物。G-6-P5-磷酸核糖NADP+NADPH+H+NADP+NADPH+H+CO2每3分子6-磷酸葡萄糖同時(shí)參與反應(yīng)，在一系列反應(yīng)中，通過3C、4C、5C、6C、7C等演變階段，最終生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可進(jìn)入酵解途徑。因此，磷酸戊糖途徑也稱磷酸戊糖旁路(pentosephosphateshunt)。2.基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)5-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖

C55-磷酸木酮糖

C55-磷酸木酮糖

C57-磷酸景天糖

C73-磷酸甘油醛

C34-磷酸赤蘚糖

C46-磷酸果糖

C66-磷酸果糖

C63-磷酸甘油醛

C3磷酸戊糖途徑第一階段第二階段5-磷酸木酮糖

C55-磷酸木酮糖

C57-磷酸景天糖

C73-磷酸甘油醛

C34-磷酸赤蘚糖

C46-磷酸果糖

C66-磷酸果糖

C63-磷酸甘油醛

C35-磷酸核糖

C56-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×33NADP+3NADPH+3H+

6-磷酸葡萄糖脫氫酶

3NADP+3NADPH+3H+

6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶CO2總反應(yīng)式3×6-磷酸葡萄糖

+6NADP+

2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2

（二）磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié)*6-磷酸葡萄糖脫氫酶此酶為磷酸戊糖途徑的關(guān)鍵酶，其活性的高低決定6-磷酸葡萄糖進(jìn)入磷酸戊糖途徑的流量。此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影響，比值升高則被抑制，降低則被激活。另外NADPH對(duì)該酶有強(qiáng)烈抑制作用。二、磷酸戊糖途徑的生理意義1.為核苷酸的生成提供5-磷酸核糖

2.提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應(yīng)（1）NADPH是體內(nèi)許多合成代謝的供氫體

（2）NADPH參與體內(nèi)的羥化反應(yīng)，與生物合成或生物轉(zhuǎn)化有關(guān)（3）NADPH可維持GSH的還原性2G-SHG-S-S-GNADP+NADPH+H+AAH2（4）參與體內(nèi)嗜中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生離子態(tài)氧的反應(yīng)，因而有殺菌作用。第六節(jié)

糖原的合成與分解GlycogenesisandGlycogenolysis糖原的合成代謝糖原的分解代謝糖原合成與分解的調(diào)節(jié)糖原積累癥是動(dòng)物體內(nèi)糖的儲(chǔ)存形式之一，是機(jī)體能迅速動(dòng)用的能量儲(chǔ)備。肌肉：肌糖原，180~300g，主要供肌肉收縮所需肝臟：肝糖原，70~100g，維持血糖水平糖原(glycogen)糖原儲(chǔ)存的主要器官及其生理意義1.葡萄糖單元以α-1,4-糖苷鍵形成長鏈。2.約10個(gè)葡萄糖單元處形成分枝，分枝處葡萄糖以α-1,6-糖苷鍵連接，分支增加，溶解度增加。3.每條鏈都終止于一個(gè)非還原端.非還原端增多，以利于其被酶分解。糖原的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其意義一、糖原合成（二）合成部位（一）定義糖原合成(glycogenesis)

指由葡萄糖合成糖原的過程。組織定位：主要在肝臟、肌肉細(xì)胞定位：胞漿（三）糖

原

的

合

成

途

徑葡萄糖（G）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖己糖（葡萄糖）激酶ATPADPUTPPPiUDPG糖原引物（Gn）糖原（Gn+1）糖原合酶(glycogensynthase)UDP糖原分枝的形成

分支酶

(branchingenzyme)

α-1,6-糖苷鍵α-1,4-糖苷鍵糖原合成反應(yīng)的特點(diǎn)糖原合酶為過程的關(guān)鍵酶糖原合酶只能延長糖鏈，不能形成分支。分支時(shí)需要分支酶的作用。合成時(shí)不能從頭開始，需要至少4個(gè)葡萄糖殘基作為引物

UDPG是活性葡萄糖基的供體，其生成過程消耗ATP和UTP，因此，糖原引物上每加上一個(gè)葡萄糖，需要消耗兩個(gè)高能磷酸鍵。近來人們?cè)谔窃肿拥暮诵陌l(fā)現(xiàn)了一種名為glycogenin的蛋白質(zhì)。Glycogenin可對(duì)其自身進(jìn)行共價(jià)修飾，將UDP-葡萄糖分子的C1結(jié)合到其酶分子的酪氨酸殘基上，從而使它糖基化。這個(gè)結(jié)合上去的葡萄糖分子即成為糖原合成時(shí)的引物。糖原合成過程中作為引物的第一個(gè)糖原分子從何而來？二、糖原分解*定義*亞細(xì)胞定位：胞漿

糖原分解(glycogenolysis)習(xí)慣上指肝糖原分解成為葡萄糖的過程。糖原的分解代謝葡萄糖（肝、腎）1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖糖原（Gn）糖酵解或有氧氧化（肌肉）葡萄糖-6-磷酸酶PiPi糖原磷酸化酶脫枝酶

(debranchingenzyme)脫枝酶的作用①轉(zhuǎn)移葡萄糖殘基②水解

-1,6-糖苷鍵磷酸化酶①轉(zhuǎn)移酶活性②α-1,6糖苷酶活性糖原的合成與分解總圖UDPG焦磷酸化酶

G-1-PUTPUDPGPPi

糖原n+1UDPG-6-PG糖原合酶

磷酸葡萄糖變位酶己糖(葡萄糖)激酶

糖原nPi磷酸化酶

葡萄糖-6-磷酸酶（肝）

糖原n三、糖原合成與分解的調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶

①糖原合成：糖原合酶

②糖原分解：糖原磷酸化酶

這兩種關(guān)鍵酶的重要特點(diǎn)：*它們的快速調(diào)節(jié)有化學(xué)修飾和變構(gòu)調(diào)節(jié)二種方式。*它們都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉(zhuǎn)變?；瘜W(xué)修飾調(diào)節(jié)③調(diào)節(jié)有級(jí)聯(lián)放大作用，效率高；①兩種酶磷酸化或去磷酸化后活性變化相反；②此調(diào)節(jié)為酶促反應(yīng)，調(diào)節(jié)速度快；④受激素調(diào)節(jié)。糖原磷酸化酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)磷酸化酶b激酶磷酸化酶b（活性低）磷酸化酶b激酶-磷酸化酶a-（活性高）ＰＰ糖原合酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)糖原合酶-Ｐ（活性低）糖原合酶（活性高）PKAPKA腺苷環(huán)化酶（無活性）腺苷環(huán)化酶（有活性）

激素（胰高血糖素、腎上腺素等）+受體ATPcAMP

PKA(無活性)磷酸化酶b激酶糖原合酶a

糖原合酶b-P

PKA(有活性)

磷酸化酶b磷酸化酶a-P

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––

–磷蛋白磷酸酶抑制劑-P

磷蛋白磷酸酶抑制劑PKA（有活性）

變構(gòu)調(diào)節(jié)磷酸化酶二種構(gòu)像——緊密型(T)和疏松型(R)，其中T型的14位Ser暴露，便于被磷蛋白磷酸酶-1去磷酸化而失活。*葡萄糖是磷酸化酶的變構(gòu)抑制劑。磷酸化酶a(R)[疏松型]磷酸化酶a(T)[緊密型]葡萄糖肌肉內(nèi)糖原代謝的二個(gè)關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)與肝糖原不同*在糖原分解代謝時(shí)肝主要受胰高血糖素的調(diào)節(jié)，而肌肉主要受腎上腺素調(diào)節(jié)。*肌肉內(nèi)糖原合酶及磷酸化酶的變構(gòu)效應(yīng)物主要為AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。糖原合酶磷酸化酶a-P磷酸化酶bAMPATP及6-磷酸葡萄糖

＋＋

Ca2+的作用鈣調(diào)蛋白（CAM）（磷酸化酶b激酶的d亞基）Ca2+磷酸化酶b激酶磷酸化酶b

磷酸化酶a-P

激活肌糖原分解+調(diào)節(jié)小結(jié)②雙向調(diào)控：對(duì)合成酶系與分解酶系分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，如加強(qiáng)合成則減弱分解，或反之。③雙重調(diào)節(jié)：變構(gòu)調(diào)節(jié)和化學(xué)修飾調(diào)節(jié)。⑤肝糖原和肌糖原代謝調(diào)節(jié)各有特點(diǎn)：如：分解肝糖原的激素主要為胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要為腎上腺素。④關(guān)鍵酶調(diào)節(jié)上存在級(jí)聯(lián)效應(yīng)。①關(guān)鍵酶都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉(zhuǎn)變四、糖原積累癥糖原累積癥(glycogenstoragediseases)是一類遺傳性代謝病，其特點(diǎn)為體內(nèi)某些器官組織中有大量糖原堆積。引起糖原累積癥的原因是患者先天性缺乏與糖原代謝有關(guān)的酶類。

型別缺陷的酶受害器官糖原結(jié)構(gòu)Ⅰ葡萄糖-6-磷酸酶缺陷肝、腎正常Ⅱ溶酶體α1→4和1→6葡萄糖苷酶所有組織正常Ⅲ脫支酶缺失肝、肌肉分支多，外周糖鏈短Ⅳ分支酶缺失所有組織分支少，外周糖鏈特別長Ⅴ肌磷酸化酶缺失肌肉正常Ⅵ肝磷酸化酶缺陷肝正常Ⅶ肌肉