糖代谢ppt课件(1).ppt

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1、一、定义: 磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway) :是指在细胞质内进行的一种将葡萄糖直接氧化降解的酶促反应过程，或称为已糖磷酸支路(hexose monophosphate shunt pathway)，简称PPP或HMP，也称为葡萄糖直接氧化途径。 从6磷酸葡萄糖开始，不经糖酵解和柠檬酸循环，在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，直接将其脱氢脱羧分解为磷酸戊糖(中间代谢物)，磷酸戊糖分子再经重排最终又生成6磷酸葡萄糖的过程。,第五节 磷酸戊糖途径,二、反应过程 反应可分为两个阶段： 第一阶段：氧化阶段,生成NADPH+H+和CO2；由6磷酸葡萄糖直接

2、脱氢脱羧生成磷酸戊糖; 第二阶段：非氧化阶段,一系列基团转移反应；磷酸戊糖分子再经重排最终又生成6磷酸葡萄糖。,第一阶段：氧化阶段 1、脱氢反应：6-磷酸葡萄糖脱氢酶以NADP+为辅酶,催化6-磷酸葡萄糖脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸内酯，不可逆。,限速酶，对NADP+有高度特异性,2、水解反应：在6-磷酸葡萄糖酸内酯酶催化下,6-磷酸葡萄糖酸内酯水解为6-磷酸葡萄糖酸,反应可逆。,3、脱氢脱羧反应：由6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化氧化脱羧生成5-磷酸核酮糖,NADP+再次作为氢的受体。,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。 两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH +

3、H+。 反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,第二阶段: 非氧化的分子重组合阶段,每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。,4.异构化反应:5-磷酸核酮糖异构化成5-磷酸核糖;5-磷酸核酮糖差向异构化(或称表异构化)成5-磷酸木酮糖。三种五碳糖的互换,转酮醇酶与转醛缩酶,转酮醇酶(transketolase)就是催化含有一个酮基、一个醇基的2碳基团羟乙酰基转移的酶。其接受体是醛，辅酶是TPP。,转醛醇酶(t

4、ransaldolase)是催化含有一个酮基、二个醇基的3碳基团二羟丙酮基团转移的酶。其接受体是亦是醛，但不需要TPP。,5.转酮醇反应:转酮醇酶催化磷酸酮糖上的二碳单位羟乙酰基转移到磷酸醛糖的第1碳原子上,形成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。转酮醇酶转移一个二碳单位。二分子五碳糖的基团转移反应,6.转醛醇反应:转醛醇酶催化7-磷酸景天庚酮糖上的二羟丙酮基团转移给3-磷酸甘油醛生成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖。七碳糖与三碳糖的基团转移反应,7.转酮醇反应:四碳糖和五碳糖经转酮醇酶作用转移二碳单位,形成三碳糖和六碳糖。四碳糖与五碳糖的基团转移反应,8、异构化反应:6-磷酸果糖经异构化形成6-

5、磷酸葡萄糖。,磷酸戊糖途径二个阶段的反应式,HMS示意图,磷酸戊糖途径,糖酵解途径,磷酸戊糖途径小结,反应部位： 胞浆 反应底物： 6-磷酸葡萄糖 重要反应产物： NADPH、5-磷酸核糖 限 速 酶： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶（G-6-PD）,磷酸戊糖途径的主要特点： 1、是6-磷酸葡萄糖直接脱氢脱羧,不必经过EMP,也不必经过TCA； 2、在整个反应中,脱氢酶的辅酶为NADP+而不是NAD+； 3、磷酸戊糖经复杂的转化重新生成磷酸己糖。,三、磷酸戊糖的生理意义：,1、途径中的中间物为许多化合物的合成提供原料： 可以产生各种磷酸单糖。如生成的5磷酸核糖是合成核苷酸及核苷酸辅酶的必要原料；4-磷酸

6、赤藓糖与PEP可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸。 2、产生大量的NADPHH，为细胞的各种合成反应提供还原力 NADPH作为主要供氢体，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成、氨的同化等反应所必需。 3. HMP定位于细胞质，和EMP等途径相通。 4. HMP在植物胁迫(如干旱、病害、伤害等)时被高速启动。 HMP途径在生物体中普遍存在，其中动物、微生物中占糖降解的30%，植物中占50%。,1、5-磷酸核糖,5-磷酸核糖参与 各种核苷酸辅酶及核苷酸的合成,2、NADPH的主要功能,作为供氢体 -参与体内多种生物合成反应 是谷胱甘肽还原酶的辅酶 -对维持细胞中还原型谷胱甘肽的正常含量起重要

7、作用 作为加单氧酶的辅酶 -参与肝脏对激素、药物和毒物的生物转化作用 清除自由基的作用,NADPH作为体内多种物质 生物合成的供氢体,脂肪酸、胆固醇和类固醇化合物的生物合成，均需要大量的NADPH。,NADPH + H+,3、磷酸戊糖途径与疾病,神经精神病 (neuropsychiatric disorder),药物诱导的溶血性贫血 (a drug-induced hemolytic amemia),磷酸戊糖途径与神经精神病,与VitB1缺乏有关,VitB1缺乏,蚕豆病,蚕豆病，俗称蚕豆黄。蚕豆病的症状是： 吃蚕豆几小时或12天后，突然感到精神疲倦、头晕、恶心、畏寒发热、全身酸痛、萎靡不振，并

8、伴有黄疸、肝脾肿大、呼吸困难、肾功能衰竭，甚至死亡。 血像检查: 红细胞明显减少，黄疸指数明显升高。 机理: 蚕豆中有3种物质：裂解素、锁未尔和多巴胺。前两种使谷胱甘肽氧化，后一种能激发红细胞的自身破坏，遗传性G6PD缺乏者，使红细胞大量溶解而发生蚕豆病。,磷酸戊糖途径与溶血性贫血,一些具有氧化作用的外源性物质 如蚕豆、抗疟药、磺胺药等,G6PD缺乏,GSSG,一些具有氧化作用的外源性物质 如蚕豆、抗疟药、磺胺药等,NADPH+H+,四、磷酸戊糖途径的调节,6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PD) 此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡糖进入磷酸戊糖途径的流量。 此酶活性主要受NADP

9、H/NADP+比值的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。 NADPH、NADP+竞争与G-6-PD结合 ATP、6-磷酸葡萄糖竞争与G-6-PD结合,第六节 糖的合成代谢,一、光合作用 二、糖异生途径 三、蔗糖和多糖的生物合成,一、光合作用,光合作用是糖合成代谢的主要途径。 绿色植物、光合细菌或藻类等将光能转变成化学能的过程，即利用光能，由CO2和H2O合成糖类化合物并释放出氧气的过程，称为光合作用。 光合作用的总反应式可表示如下： 光能 n CO2 + n H2O (CH2O)n + n O2 叶绿体 糖类化合物,二、糖异生途径,1. 定义：由非糖物质转

10、变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生作用。 糖异生的部位：主要在肝脏，其次是肾脏 糖异生过程：基本上是糖酵解的逆过程。,2.途径：丙酮酸羧化支路：绕过丙酮酸激酶催化反应“能障”的逆过程。,1,6-二磷酸果糖逆转成6-磷酸果糖,6磷酸葡萄糖逆转成葡萄糖,3.生理意义,有利于机体内糖来源不足时维持血糖浓度相对恒定，这对需糖较多的脑组织、红细胞和视网膜等非常重要 ； 有利于乳酸的利用乳酸循环； 协助氨基酸代谢。,乳酸循环,糖异生作用,基本上是糖酵解的逆过程 跨越三个能障 (energery barrier) 跨越一个膜障(membrane barrier),4、乙醛酸途径,乙醛酸循环的的特点,只存在于植

11、物（种子）和微生物中； 其实质是使乙酰CoA转变为草酰乙酸，再异生成葡萄糖； 关键酶是异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶。,乙醛酸循环的意义：植物种子萌发时脂肪转化为葡萄糖供能！,三、蔗糖和多糖的生物合成,（一）蔗糖的合成： （二）淀粉的合成： 1、合成直链淀粉 2、支链淀粉合成 （三）糖原的合成,糖核苷酸的作用与形成,1、概念 单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为糖核苷酸。,2、作用,在高等动植物体内，糖核苷酸是合成双糖和多糖过程中单糖的活化形式与供体。,3、形成,（一）蔗糖的合成：,存在于高等植物体，特别是甘蔗、甜菜、菠萝等， 蔗糖不仅是光合作用的产物之一，而且是植物体糖 类物质的主要运输形式

12、。 蔗糖合成酶催化，次要途径。 有两条途径 存在于非绿色组织中 磷酸蔗糖合成酶催化，主要途径UDPG作 为糖基供体,2G,26 - P -G,6 - P -F,1 - P -G,UDPG,UTP,PPi,磷酸蔗糖,蔗糖,F,UDP,磷酸蔗糖合成酶,H2O,Pi,磷酸蔗糖磷酸酯酶,UDPG焦磷酸化酶,H2O,Pi,磷酸果糖磷酸酯酶,蔗糖合成酶,UDPG,UDP,G,G-6-P,F-6-P,F,UDPG,蔗糖合成酶,蔗糖 + UDP （1）,Pi,UDPG,UDP,磷酸蔗糖,磷酸蔗糖合成酶,Pi,蔗糖 （2）,（1） 平衡常数 K1=8（pH7.4）（2） 平衡常数 K2=3250（pH7.5）或

13、K2=53（pH5.5） 在植物光合组织中蔗糖磷酸合酶的活性较高，而非光合组织中蔗糖合酶的活性较高。这是目前认为可能在光合组织中合成蔗糖的主要途径。,（二）淀粉的合成：,存在于植物体内，尤其是谷类、豆类、薯类作物的籽粒和贮藏组织都含丰富的淀粉。 淀粉合成中的糖基供体有ADPG、UDPG，主要是ADPG。 合成分两阶段进行，先合成直链淀粉，然后分支形成支链淀粉。,1、合成直链淀粉,（1）淀粉磷酸化酶 广泛存在，加在引物链C4非还原端 植物细胞中主要催化淀粉水解 （2）D酶（糖苷转移酶） 将麦芽糖残基转移到-1，4糖苷键上（引物形成） （3）淀粉合成酶 主要途径，ADPG、UDPG作供体 （4）蔗

14、糖的转化,2、支链淀粉合成,（1）淀粉合成酶 （2） Q酶（ 1，4 -葡聚糖分支酶） Q酶具有双重功能：既能催化直链淀粉的-1, 4糖苷键的断裂，又能催化-1, 6糖苷键的连接，形成支链淀粉。,G,6 - P -G,1 - P -F,ADPG,ATP,PPi,ADPG转G 酶,ADP,ADPG焦磷酸化酶,UTP,PPi,UDPG焦磷酸化酶,UDPG转G酶,UDPG,UDP,ADP,变位酶,ATP,Gn,Gn+1,支链淀粉,分支酶,直链淀粉,引物,G,ATP,ADP,G-6-P,G-1-P,(A)UTP,PPi,(A)UDPG焦磷酸化酶,n(A)UDPG,引物(G)m m2,(A)UDPG转糖

15、苷酶,n(A)UDP,（-1,4-G）n+m,Q酶,（-1,6）,（三）糖原的合成 1.定义：葡萄糖、半乳糖和果糖等在体内相应酶的作用下合成糖原的过程。 合成部位：细胞的胞液中(主要在肝脏、肌肉) 肌肉：肌糖原，180 - 300g，主要供肌肉收缩所需 肝脏：肝糖原，70 - 100g，维持血糖水平,1. 葡萄糖单元以-1,4-糖苷 键形成长链。 2. 约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。 3. 每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的结构特点,2、反应过程： （1） 6P葡萄糖的生成（磷酸化）,（2）1P葡萄糖的

16、生成（异构）,（3）尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)的生成,（4）1，4糖苷键葡萄糖聚合物的生成,糖原合成酶,（5）糖原的生成,糖原的合成过程,近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为蛋白-酪氨酸-葡糖基转移酶（glycogenin）的蛋白质。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，将UDP-葡糖分子的C1结合到其酶分子的酪氨酸残基上，从而使它糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原合成时的引物。,糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？,3、糖原合成的特点 ：,（1）反应部位：胞液 （2）糖原合成酶是关键酶 （3）必须以原有糖原分子作为引物 （4）合成反应在糖原的非还原端进行； （5

17、）合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基消耗2分子ATP。 （6）需UTP参与（以UDP为载体）。,4、糖原合成的意义：,（1）有效地调节血糖浓度， （2）合理地贮存能源。,肝,5、糖原合成与分解受到彼此相反的调节,这两种关键酶的重要特点： 它们的快速调节有共价修饰和别构调节二种方式。 它们都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,（1）糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶,磷蛋白磷酸酶-1,磷蛋白磷酸酶-1,依赖cAMP的蛋白激酶,依赖cAMP的蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase, 简称蛋白激酶A），其活性受cAMP调节。

18、 这种通过一系列酶促反应将激素信号放大的连锁反应称为级联放大系统（cascade system），与酶含量调节相比（一般以几小时或天计），反应快，效率高。 其意义有二：一是放大效应；二是级联中各级反应都存在有可以被调节的方式。,糖原磷酸化酶还受变构调节，葡萄糖是其变构调节剂。,磷酸化酶二种构象紧密型(T)和疏松型(R)，其中T型的14位Ser暴露，便于接受前述的共价修饰调节。,（2）糖原合酶是糖原合成的关键酶,磷蛋白磷酸酶-1,依赖cAMP的蛋白激酶,糖原合酶a有活性，磷酸化成糖原合酶b后即失去活性。,磷酸化酶b激酶,糖原合酶 *,糖原合酶-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,

19、糖原分解,糖原合成与分解的生理性调节主要靠胰岛素和胰高血糖素。 胰岛素抑制糖原分解，促进糖原合成，但其机制还未肯定。 胰高血糖素可诱导生成cAMP，促进糖原分解。 肾上腺素也可通过cAMP促进糖原分解，但可能仅在应激状态发挥作用。,肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同:,在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上腺素调节。 肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为AMP、ATP及6-磷酸葡糖。,Ca2+的升高可引起肌糖原分解增加。,调节小结, 双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。, 双重调节：别构调节和共价修饰调节。, 肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点： 如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素， 分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。, 关键酶调节上存在级联效应。, 关键酶都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,