生物化学糖代谢.ppt

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1、,第七章 糖代谢,戊糖磷酸途径和糖的其它代谢途径,戊糖磷酸途径 戊糖磷酸途径是指从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-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，其重要的中间代谢产物是5-磷酸核糖和NADPH。 整个代谢途径在胞液中进行。关键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶。,磷酸戊糖途径的总反应式：,（一）磷酸戊糖途径的反应过程,即六分子G-6-P可生成6分子CO2，4分子F-6-P，2分子3-磷酸甘油醛和12分子NADPH。,6CO2 + 12NADPH + 12H+ + H3PO

2、4,G-6-P + 12NADP+ + 7H2O,阶段1. G-6-P氧化分解生成5-磷酸核酮糖,产生2分子NADPH,全部代谢过程可分为两个阶段：,+6NADP+,+6NADPH+H+,G-6-P,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6,6,6-磷酸葡萄糖酸,6CO2 +,核酮糖5-磷酸,6-磷酸葡萄 糖内酯酶,6-磷酸葡萄 糖酸脱氢酶,6,6,6,阶段2. 5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程,核糖5-磷酸,2,2,核酮糖5-磷酸,核酮糖5-磷酸,木酮糖5-磷酸,4,4,核糖5-磷酸,木酮糖5-磷酸,景天庚酮糖7-磷酸,2,2,2,2,景天庚酮糖7-磷酸,果糖6-磷酸,赤藓糖4-磷酸,2,2,2,2,2木酮

3、糖,2核糖,2木酮糖,C2,C3,C2,6 G-6-P,戊糖磷酸途径的反应过程,全部代谢过程可分为两个阶段： 1. G-6-P氧化分解生成5-磷酸核酮糖： G-6-P脱氢氧化生成6-磷酸葡萄糖酸内酯： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 G-6-P + NADP+ 6-磷酸葡萄糖酸内酯 + NADPH + H+,*, 6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸： 内酯酶 6-磷酸葡萄糖酸内酯 + H2O 6-磷酸葡萄糖酸 6-磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖： 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸+NADP+ 5-磷酸核酮糖+ NADPH + H+ +CO2,6-P葡萄 糖脱氢酶,6-P葡萄糖

4、 酸内酯酶,6-P葡萄糖 酸脱氢酶,H20,NADP+,NADPH +H+,NADP+,NADPH +H+,CO2,6-P葡萄糖酸内酯,6-P葡萄糖酸,5-P-核酮糖,6-P葡萄糖,2. 5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程： 5-磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。在此阶段中，经由5-磷酸核酮糖异构可生成5-磷酸核糖。,非氧化的分子重排阶段 5-P-核酮糖 5-P核糖 5-P核酮糖 5-P木酮糖（转酮酶的底物） 5-P木酮糖+5-P核糖 7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛 7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛 6-P果糖+4-P赤藓糖 5-P木酮糖+4-P赤藓糖 6-P果糖+

5、3-P甘油醛 本阶段总反应： 35-P核酮糖 26-P果糖 + 13-P甘油醛 65-P核酮糖 46-P果糖 + 23-P甘油醛,P戊糖异构酶,P戊糖表异构酶,转酮酶,转醛酶,转酮酶,2木酮糖,2核糖,2木酮糖,C2,C3,C2,2. 5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程： 5-磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。在此阶段中，经由5-磷酸核酮糖异构可生成5-磷酸核糖、 5-磷酸木酮糖。 转醛酶、转酮酶,65-P核酮糖 46-P果糖 + 23-P甘油醛 65-P核酮糖+H2O 56-P葡萄糖+Pi (非氧化阶段) 6-P葡萄糖+2NADP+H2O 5-P核酮糖+CO2+2

6、NADPH+2H+ (氧化阶段) 总反应： 66-P葡萄糖+12NADP+7H2O 6CO2+12NADPH+12H+Pi+ 56-P葡萄糖,其中1分子转变为 P-二羟丙酮,1，6-二P果糖,1X6-P果糖,醛羧酶,二P果糖酯酶,H2O,Pi,56-P葡萄糖,表明1个6-P葡萄糖经6次循环被彻底氧化为6个CO2,故反应带有循环机制,（二）磷酸戊糖途径的生理意义,1. 是体内生成NADPH的主要代谢途径： NADPH在体内主要用于： 作为供氢体，参与体内的合成代谢：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。 参与羟化反应：作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化。,2. 是体内生成5-磷酸核糖的唯一代

7、谢途径：,体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或脱氧核糖均以5-磷酸核糖的形式提供，这是体内唯一的一条能生成5-磷酸核糖的代谢途径。 磷酸戊糖途径是体内糖代谢与核苷酸及核酸代谢的交汇途径。,（三）磷酸戊糖途径的调节,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,NADP+,+,磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时NADPH的需要所调节。 NADPH反馈抑制6-P-葡萄糖脱氢酶的活性。,葡糖异生作用,由非糖物质转变为葡萄糖的过程称为葡糖异生(gluconeogenesis)。 葡糖异生代谢途径主要存在于肝及肾中。,（一）糖异生途径,葡糖异生主要沿酵解途径逆行，仅有三步反应为不可逆反应，故需经其他的代谢反应绕行。 1G-6-P

8、G ： 由葡萄糖-6-磷酸酶催化进行水解。该酶不存在于肌肉组织中，故肌肉组织不能生成自由葡萄糖。 G-6-P+H2O G + Pi,葡萄糖-6-磷酸酶,*,2F-1,6-BP F-6-P： F-1,6-BP+H2O F-6-P + Pi 3丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸： 经由丙酮酸羧化支路完成。,果糖1、6二磷酸酶,*, 丙酮酸草酰乙酸： 丙酮酸 + ATP + CO2 草酰乙酸 + ADP + Pi 草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)： 草酰乙酸 + GTP PEP + GDP + CO2,丙酮酸羧化酶 (生物素),*,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,*,磷酸烯醇式丙酮酸,ADP,ATP,丙酮酸,丙酮酸

9、羧化酶,CO2,ATP,ADP + Pi,草酰乙酸,GTP,GDP + CO2,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,丙酮酸羧化支路,丙酮酸,PEP,丙酮酸,草酰乙酸,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,胞液,线粒体,乙酰CoA,G,PEP,丙酮酸羧化酶是一种线粒体酶，而葡糖异生的其它酶都是细胞溶胶酶。,AMP F-2,6-BP,ATP,果糖二磷酸酶 fructose biphosphatase,乙酰CoA,丙酮酸羧化酶 pyruvate carboxylase,ATP,(磷酸果糖激酶) （PFK）,(丙酮酸激酶),（二）糖异生的调节,（三）糖异生的原料,1生糖氨基酸： Ala, Cys, Gly, Ser, Thr

10、, Trp 丙酮酸 Pro，His，Gln，Arg Glu -酮戊二酸 Ile，Met，Ser，Thr，Val 琥珀酰CoA Phe，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脏，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）。 3维持酸碱平衡。,乙 醛 酸 循 环,乙 醛 酸 循 环,-,-,-,-,-,-,-,异柠檬

11、酸裂解酶,COO-,HC-COO-,HO-C-H,-,-,-,-,-,HO-C-H,COO-,H-CH,COO-,-,-,-,COA,苹果酸合 酶,乙酰COA,脂酰COA,氧化,（存在微生物和植物的乙醛酸循环体中）,线粒体,TCA,草 酰 乙 酸,天 冬 氨 酸,COO-,CH2,糖,乙醛酸循环的生物学意义,可看成TCA循环的一条支路（琥珀酸可进入TCA） 苹果酸进入细胞质可进行再氧化草酰乙酸 糖异生 糖（油料种子萌发时脂肪转变成糖） 对于某些植物、微生物，乙酸、乙酸盐、乙酰COA等成为赖以生存的细胞原料,糖原代谢 （糖原的合成与分解）,糖原（glycogen)是由许多葡萄糖分子聚合而成的带有

12、分支的高分子多糖类化合物。 糖原分子的直链部分借-1,4-糖苷键而将葡萄糖残基连接起来，其支链部分则是借-1,6-糖苷键而形成分支。,-1,4-糖苷键,-1,6-糖苷键,糖原是一种无还原性的多糖。 糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添加或去除，均在其非还原端进行。 糖原的合成与分解代谢主要发生在肝、肾和肌肉组织细胞的胞液中。,一、糖原的合成代谢,（一）反应过程： 糖原合成的反应过程可分为三个阶段： 1活化：由葡萄糖生成UDPG，是一耗能过程。 磷酸化： G + ATP G-6-P + ADP,己糖激酶(葡萄糖激酶), 异构：G-6-P转变为G-1-P： G-6-P G-1-P 转形：G-1-P转

13、变为尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）： G-1-P + UTP UDPG + PPi,UDPG焦磷酸化酶,磷酸葡萄糖变位酶,UDPG是葡萄糖的一种活化形式,2缩合： UDPG + (G)n (G)n+1 + UDP 3分支： 当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在分支酶的催化下，将距末端67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。,糖原合酶,*,-1,4,-1,6,由葡萄糖生成糖原主要有5步反应：,G,HK or GK,Mg2+,ATP,ADP,G-6-P,变位酶,G-1-P,UDPG焦磷酸化酶,UTP,PPi,UDPG,糖原合酶,R引物,UDP,ATP,

14、ADP,R-1,4G链,糖原,糖原分支酶,糖原合酶,糖原合酶从UDP-G转移糖残基到糖原分子非还原端的C4OH基上，形成1-4糖苷键，使糖原延长一个葡萄糖残基。糖原是在糖原合酶的作用下，由UDPG与不定长度的多聚体反应形成的。 糖原合酶需要至少4个G残基长度的（1 4）多聚G作为引物，在引物上连续的加上G。 生糖原蛋白含有8个通过1-4键连接的葡萄糖单元由它自身加到蛋白质上（自催化），糖原合酶就是在这个分子上延伸。,糖原分支酶,糖原分支酶是与糖原脱支酶不同的酶。 许多葡萄糖单元以1-4键连接为直链后，分支酶断裂1-4键之一，并把由6-7个葡萄糖残基组成的末端寡聚糖片段从糖原的主链末端转移到糖原

15、主链中某个葡萄糖残基的6-羟基上，产生1-6键。这个反应可以从一个直链多聚糖产生一个支链多聚糖。 糖原的多分支增加了糖原的可溶性，增加了非还原性末端的数目，从而大大提高糖原分解和合成的效率。,（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其关键酶是糖原合酶，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,（一）反应过程： 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。 磷酸解：由糖原磷酸化酶催化对-1,4-糖苷键磷酸解，

16、生成G-1-P。 (G)n + Pi (G)n-1 + G-1-P,糖原磷酸化酶,*, 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。 脱支：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。 (G)n + H2O (G)n-1 + G,-1,6-葡萄糖苷酶,2异构： G-1-P G-6-P 3脱磷酸： 由葡萄糖-6-磷酸酶催化，生成自由葡萄糖。该酶只存在于肝及肾中。 G-6-P + H2O G + Pi,磷酸葡萄糖变位酶,葡萄糖-6-磷酸酶,（二）糖原分解的特点：,1水解反应在糖原的

17、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，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。 从糖原的非还原端磷酸化分解为葡萄糖-1-磷酸,三、糖原合成与分解的调节,糖原代谢的调控,葡萄糖1-磷酸,糖原,UDP-葡萄糖,UTP,PPi,UDP,Pi,如糖原合成和降解同时发生，结果是UTP净水解，是耗能性的无效循环。因此两个途径需严密控制。,变构控制和共价修饰,磷酸化酶是糖原分解代谢一个关键酶，有具活性的磷酸化酶a和无活性的磷酸化酶b 2种存在形式，它们之间的转化是由磷酸化酶激酶来调节的。,磷酸化酶a 磷酸化，有活性,磷酸化酶b 去磷酸化，无活性,糖原合酶是糖原合成中的一个重要酶，其活性受到

18、蛋白激酶A和蛋白质磷酸酶的调节，其活性形式是非磷酸化的形式。,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。,血 糖,血液中的葡萄糖含量称为血糖。按真糖法测定，正常空腹血糖浓度为3.896.11mmol/L（70100mg%）。,血糖的来源与去路,血糖,消化吸收,肝糖异生,肝糖原分解,氧化供能,合成糖原,转变为脂肪或氨基酸,转变为其他糖类物质,肾上腺素和胰高血糖素的控制作用,糖代谢紊乱,先天性糖代谢酶的缺陷病 糖原累积病，半乳糖血症，戊糖尿症 糖尿病 低血糖 维生素B1缺乏,