生物化学课件 第9章：糖代谢

目录
目录
目录
糖 原 的 合 成
ATP ADP
葡萄糖
G-6-P
葡萄糖激酶
G-1-P
UTP UDPG焦磷酸化酶
ADP
PPi UDPG
糖原引物
ATP UDP
Gn
糖原合酶
糖原Gn ＋1
分枝酶
糖原
二、糖原的分解代谢
* 定义
糖原分解 (glycogenolysis )习惯上指肝糖原 分解成为葡萄糖的过程。
5-磷酸木酮糖 5-磷酸核糖
C5
C5
7-磷酸景天糖
C7
4-磷酸赤藓糖
3-磷酸 甘油醛
C3
C4 6-磷酸果糖
C6
5-磷酸木酮糖 C5
3-磷酸甘油醛 C3
6-磷酸果糖 C6
目录
磷 酸
6-磷酸葡萄糖(C6)×3
3NADP+ 3NADP+3H+
6-磷酸葡萄糖脱氢酶
戊 糖
6-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×3
途
6-磷酸葡萄糖酸(C6)×3
肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。
目录
小结 ⑴ 反应部位：胞浆 ⑵ G-6-P的代谢去路
G（补充血糖）
6-磷酸葡萄糖内酯 （进入磷酸戊糖途径）
G-6-P
F-6-P
（进入酵解途径）
ห้องสมุดไป่ตู้
G-1-P
UDPG
葡萄糖醛酸 （进入葡萄糖醛酸途径）
Gn（合成糖原）
目录
3. 糖原的合成与分解总图
UDP
糖原n+1
糖原n 糖原合酶
第一阶段
径
3NADP+
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
3NADP+3H+
CO2
5-磷酸核酮糖(C5) ×3
5-磷酸木酮糖 5-磷酸核糖
C5
C5
7-磷酸景天糖
C7
4-磷酸赤藓糖
3-磷酸 甘油醛
C4 6-磷酸果糖
C
5-磷酸木酮糖 C5
3-磷酸甘油醛 C3
6-磷酸果糖 C6
第 二 阶 段
目录
5-磷酸木酮糖
CH2OH
NADPH+H+ ⑴
H C OH HC
CH2O P
6-磷酸葡萄糖
CH2O P
6-磷酸葡萄糖酸内酯
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
NADP+
CO2
H
CH2OH C=O C OH
NADPH+H+ ⑵
H C OH
CH2O P 5-磷酸核酮糖
CO O— H C OH HO C H H C OH H C OH
CH2O P 6-磷酸葡萄糖酸
➢ 酵解途径中有3个由关键酶催化的不
2-磷酸甘油酸 可逆反应。在糖异生时，须由另外
磷酸烯醇式丙酮酸 的反应和酶代替。
ADP
ATP
丙酮酸
目录
已糖激酶 ①
②
6-磷酸果糖 ③ 激酶-1
糖
④ ⑤
酵 三个不可逆 ⑥
解 反应
⑦
⑧ ⑨
丙酮酸激酶 ⑩
糖 异 生
⑾
乳酸
目录
第3步 第2步
第1步
葡萄糖-6-磷酸酶
P OCH2O CH2OH
* 亚细胞定位：胞 浆
* 肝糖元的分解 1. 糖原的磷酸解
糖原n+1 磷酸化酶
糖原n + 1-磷酸葡萄糖
目录
3. 1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖
1-磷酸葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
磷酸葡萄糖变位酶
4. 6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸酶
（肝，肾）
目录
2. 脱枝酶的作用
③ 双重调节：别构调节和共价修饰调节。
④ 关键酶调节上存在级联效应。
⑤ 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。
目录
四、糖原积累症
糖原累积症(glycogen storage diseases)是一 类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织 中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是 患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。
目录
磷酸戊糖途径的生理意义 1为核酸的生物合成提供核糖。 2提供NADPH作为供氢体参加多种代谢反应。
目录
第五节 糖原的合成与分解
Glycogenesis and Glycogenolysis
目录
糖 原 (glycogen)
是动物体内糖的储存形式之一，是机体能 迅速动用的能量储备。
糖原储存的主要器官及其生理意义 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
一、糖原的合成代谢
（一）定义
糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合 成糖原的过程。
（二）合成部位
组织定位：主要在肝脏、肌肉 细胞定位：胞浆
目录
（三）糖原合成途径
1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖
ATP
ADP
葡萄糖 己糖激酶;
6-磷酸葡萄糖
葡萄糖激酶（肝）
目录
2. 6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖
在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸 化而相互转变。
目录
1. 共价修饰调节
①两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反； ②此调节为酶促反应，调节速度快； ③调节有级联放大作用，效率高； ④受激素调节。
目录
激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体
腺苷环化酶
腺苷环化酶（有活性）
（无活性） ATP
cAMP
PKA
+ C＝O
HO CH H C—OH
CH2O— P
5-磷酸核糖
CH2OH H C＝O
H C＝ O
转 HO C—H
H C＝O
C—OH H C—OH
酮 醇 酶
+ C—OH
H C—OH
H C—OH
CH2O— P
H C—OH
H C—OH
CH2O— P
CH2O— P 7-磷酸景天糖 3-磷酸甘油醛
5-磷酸核酮糖 CH2OH C＝ O
* 细胞定位：胞 液 * 反应过程可分为二个阶段
➢ 第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2
➢ 第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。
目录
1. 磷酸戊糖生成
H C OH 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 C=O
H C OH
NADP+
H C OH H2O
HO C H O
HO C H O
H C OH HC
H C—OH H C—OH
CH2O— P
H C ＝ O 转醛醇酶
CH2OH H C＝O
H C—OH H C—OH
+ H O -C —H H C—OH
CH2O— P 4-磷酸赤藓糖
H C—OH F-6-P CH2O— P
总反应式
3×6-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+ 2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H++3CO2
② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、 胞液）
目录
糖供体。
目录
4. α-1,4-糖苷键式结合
糖原n + UDPG
糖原合酶
糖原n+1 + UDP
( glycogen synthase )
UDP
UTP
核苷二磷酸激酶
ATP
ADP
目录
糖原n + UDPG
糖原合酶
糖原n+1 + UDP
(glycogen synthase)
* 糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为 糖原引物(primer)， 作为UDPG 上葡萄糖基的 接受体。
目录
糖原的结构特点及其意义
1. 葡萄糖单元以α-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α-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
α- 1，4糖苷键
被酶分解。 α- 1，6糖苷键
糖原核心 目 录
α- 1，4糖苷键 α- 1，6糖苷键
(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-1
–
糖原合酶
糖原合酶-P
磷酸化酶b 磷酸化酶a-P
Pi
磷蛋白磷酸酶-1
Pi
磷蛋白磷酸酶-1
–
–
磷蛋白磷酸酶抑制剂-P
PKA（有活性）
磷蛋白磷酸酶抑制剂
目录
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。
5-磷酸核糖
目录
NADP+ NADPH+H+
NADP+ NADPH+H+
G-6-P
5-磷酸核糖
CO2
催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶
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 + H+。
反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间 产物。
目录
2. 基团转移反应
6-磷酸葡萄糖
1-磷酸葡萄糖
磷酸葡萄糖变位酶
这步反应中磷酸基团转移的意义在于： 由于延长形成α-1,4-糖苷键，所以葡萄糖分子 C1上的半缩醛羟基必须活化，才利于与原来 的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合。
半缩醛羟基与磷酸基之间形成的O-P键具 有较高的能量。
目录
3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖
* 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-磷酸葡萄糖。
ATP及6-磷酸葡萄糖
♁
AMP ♁
糖原合酶 磷酸化酶a-P 磷酸化酶b
目录
调节小结
① 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。
② 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。
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。 3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途 径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路 (pentose phosphate shunt)。
目录
5-磷酸核酮糖(C5) ×3
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
一、糖异生途径
* 定义 糖异生途径(gluconeogenic pathway)
指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
* 过程
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
➢ 糖异生途径与酵解途径大多数反应 是共有的、可逆的；
分支多，外周 糖链短 分支少，外周 糖链特别长 正常 正常 正常
正常
目录
第六节 糖异生
Gluconeogenesis
目录
* 概念 糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖
化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。
* 部位 主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体
* 原料 主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸
目录
Glu
HO
OH
果糖双磷酸酶-1
F-6-P
P OCH2O CH2O P
HO
磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶
丙酮酸羧化酶
OH F-1,6-2P
草酰 乙酸
丙酮酸 羧化支路
1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
ATP
丙酮酸
CO2
ADP+Pi
GTP GDP
草酰乙酸
PEP
①
② CO2
① 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶 为生物素（反应在线粒体）
目录
（四）糖原分枝的形成
分支酶
(branching enzyme)
α-1,4-糖苷键
α-1,6-糖苷键
目录
糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？
近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为 glycogenin的蛋白质。Glycogenin可对其自身进行 共价修饰，将UDP-葡萄糖分子的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。
①转移葡萄糖残基 ②水解-1,6-糖苷键
磷酸化酶
脱枝酶 (debranching enzyme)
转移酶活性
α-1,6糖苷 酶活性
目录
* 肌糖原的分解
肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相 同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组 织中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷 酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血 糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。
CH2OH
H
OH
H
OH H
+
HO
OP
H OH
1- 磷酸葡萄糖
UDPG焦磷酸化酶
P P P 尿苷
UTP
CH2OH
H
OH
H
OH H
HO
O
P
P
尿苷
PPi
H OH
尿苷二磷酸葡萄糖
2Pi+能量
( uridine diphosphate glucose , UDPG )
* UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄
目录
糖原积累症分型
型别 Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
缺陷的酶
葡萄糖-6-磷酸酶缺陷 溶酶体α1→4和1→6葡 萄糖苷酶 脱支酶缺失
受害器官 肝、肾 所有组织
肝、肌肉
Ⅳ 分支酶缺失
所有组织
Ⅴ 肌磷酸化酶缺失
肌肉
Ⅵ 肝磷酸化酶缺陷
肝
Ⅶ 肌肉和红细胞磷酸果糖 肌肉、红
激酶缺陷
细胞
Ⅷ 肝脏磷酸化酶激酶缺陷 脑、肝
糖原结构 正常 正常
第九章
糖代谢
Metabolism of Carbohydrates
目录
第四节 磷酸戊糖途径
Pentose Phosphate Pathway
目录
* 概念
磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊 糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。
目录
一、磷酸戊糖途径的反应过程
UDPG
磷酸化酶
PPi UDPG焦磷酸化酶
Pi 糖原n
UTP
G-1-P
磷酸葡萄糖变位酶
葡萄糖-6-磷酸酶（肝）
G-6-P
G
己糖(葡萄糖)激酶
目录
三、糖原合成与分解的调节
关键酶
① 糖原合成：糖原合酶 ② 糖原分解：糖原磷酸化酶
这两种关键酶的重要特点： * 它们的快速调节有共价修饰和变构调节二
种方式。 * 它们都以活性、无（低）活性二种形式存