糖异生与糖原合成

循
环
和
草酰乙酸
柠檬酸
顺乌头酸
三
O
羧 酸
CH3-C-SCoA
循
苹果酸
OO
异柠檬酸
环
反
H-C-C~ OH 乙醛酸
应
历
延胡索酸
程
－酮戊二酸
的
比
较
琥珀酸
琥珀酰CoA
乙醛酸循环总反应式及其与 糖异生的关系
O
2
CH3-C~SCoA
+NAD
+
COOCH2 CH2 COO-
琥珀酸
+ 2CoASH+NADH +H+
NADH NNAADD+
O CH3-C~SCoA
CoASH
草草酰酰乙乙酸酸
柠檬酸合成酶
苹果酸 脱氢酶
乙醛酸循环 反应历程
顺乌头 酸酶
CoASH
O CH3-C~SCoA
苹果酸 合成酶
OO
H-C-C~ OH 乙醛酸
异柠檬酸 裂解酶
COOCH2 CH2 COO-
琥珀酸
乙
O
醛 酸
CoASH CH3-C-SCoA
UDP
Gn+1
Pi
Gn
糖原合酶
UDPG
糖原磷酸化酶
Gn
PPi
UDPG焦磷酸化酶
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
（1）葡萄糖磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖
CH2OH
H H
OH
OH H
HO
OH
H
OH
葡萄糖 (glucose)
ADP
CH2OPO3H2
ATP Mg2+
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。
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
糖酵解过程的调节酶：
酶的名称
变构激活剂 变构抑制剂
已糖激酶
Mg2+, Mn2+
G-6-P
糖异生和糖的合成
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
糖异生主 要途径和 关键反应
果糖二磷酸 (酯)酶
糖原（或淀粉）
1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖
己糖激酶
葡萄糖
6-磷酸果糖
果糖 激酶 1，6-二磷酸果糖
葡萄糖6-磷酸酶
3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮
G-6-P + H2O
葡萄糖-6-磷酸酶
G + Pi
（二）糖原分解的特点：
1. 水解反应在糖原的非还原端进行； 2. 是一非耗能过程； 3. 关键酶是糖原磷酸化酶(glycogen
phosphory-lase)，为一共价修饰酶，其辅 酶是磷酸吡哆醛。
三、糖原合成与分解的调节
激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体
ATP ADP
4、磷酸化酶激酶
4
（无活性） 磷酸化酶激酶（活性）
104
ATP ADP
5、磷酸化酶 b
5
106
（无活性）
磷酸化酶 a（活性） 6
108
6、糖原
1-磷酸葡萄糖
葡萄糖
效率极高。
血液
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
三、糖代谢概况
糖原
糖原合成 肝糖原分解
核糖 磷酸戊糖途径
酵解途径
+
葡萄糖
NADPH+H+
丙酮酸 ①
草酰乙酸
②
苹果酸/ 天冬氨酸
PEP
糖酵解和葡萄糖异 生的关系
葡萄糖 G-6-P
F-6-P F-1.6-P
3-P-甘油醛
A A G-6-P磷酸酯酶
B F-1.6-P磷酸酯酶
C1 丙酮酸羧化酶
B
C2 PEP羧激酶
磷酸二羟丙酮
天冬氨酸
C2 PEP
草酰乙酸
丙酮酸
-酮戊二酸 谷氨酸 苹果酸 丙氨酸
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。
(G)n + H2O
α-1,6-葡萄糖苷酶
(G)n-1 + G
磷酸化酶
脱枝酶 (debranching enzyme)
转移酶活性
α-1,6糖苷 酶活性
2．异构：
G-1-P
磷酸葡萄糖变位酶
G-6-P
3．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。
消化与吸收
糖异生途径
有氧
丙酮酸
无氧
H2O及CO2 乳酸
淀粉 乳酸、氨基酸、甘油
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OH H
H
H
OH
O
O H
H OR
H
OH
尿苷二磷酸葡萄糖 (UDPG)
H
OH
H
OH
糖原引物(Gn)
(glycogen primer)
糖原(Gn+1)
UDP
糖原合酶
(glycogen)
CH2OH
H H
OH
HO
OH
H O
CH2OH
CH2OH
H
OH H
O H
H OH H
H
OH H
O
O
R
H
OH
H
OH
H
OH
(5) 分支酶催化糖原不断形成新分支链
H HO + Pi
H
OH
OH H 6-磷酸果糖
糖异生途径关键反应之三
丙酮酸
CO2
ATP+H2O
ADP+Pi
丙酮酸羧化酶
PEP羧激酶
P
磷酸烯醇丙酮酸
CO2
（PEP）
草酰乙酸 GTP GDP
① 丙酮酸羧化酶 ② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
G
胞液
线粒体 乙酰CoA
PEP
丙酮酸
② 草酰乙酸
苹果酸/ 天冬氨酸
AMP、 2.6-二磷酸果糖、ADP
二、糖异生的调节
AMP F-2,6-BP
-
ATP
+
果糖双磷酸酶-1 fructose biphosphatase-1
乙酰CoA
+
丙酮酸羧化酶 pyruvate carboxylase
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CoA Phe，Tyr→ 延胡索酸 Asn，Asp→ 草酰乙酸
1-磷酸葡萄糖 (glucose-1-phosphate)
6-磷酸葡萄糖
1-磷酸葡萄糖
CH2OH （3）尿苷二磷酸葡萄糖的生成
H H
OH
HO
OH
H O
O P OH
UTP
UDPG焦磷酸化酶
H
OH
OH
1-磷酸葡萄糖
(glucose-1-phosphate)
H2O
PPi
CH2OH
H H
OH
OH H
HO
O
糖原合酶的作用机制
3．分支： • 当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在
分支酶(branching enzyme)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。
分支酶
(branching enzyme)
-1,4-糖苷键
糖原的合成与分解代谢
2磷酸烯醇丙酮酸
丙酮酸 激酶
PEP羧激酶 2草酰乙酸
2丙酮酸
丙酮酸羧化酶
糖异生途径关键反应之一
P
+ H2O
葡萄糖-6-磷 酸酶
6-磷酸葡萄糖
H
+Pi
葡萄糖
糖异生途径关键反应之二
H2CO P O H2CO P
H HO
+ H2O
H
OH
OH H 1,6-二磷酸果糖
果糖二磷酸 酶-1
H2CO P
O H2COH
ATP、NADH、 琥珀酰CoA
丙酮酸 乙酰CoA、NADH、ATP
乙酰辅酶A
ATP
草酰乙酸 柠檬酸
苹果酸
丙酮酸氧化
P和
异柠檬酸
延胡索酸
三羧酸循环 的调节
NADH
琥珀酸
α-酮戊二酸
琥珀酰CoA
琥珀酰CoA、 NADH、ATP
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
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，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）。
葡萄糖激酶(肝) 磷酸果糖激酶-1
丙酮酸激酶
Mg2+, Mn2+
-
Mg2+, AMP, ADP, ATP，H+、柠檬酸，
F-1,6-2P, F-2,6-2P
长链脂肪酸
Mg2+, K+, F-1,6-2P
ATP
葡萄糖激酶/已糖激酶
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)
H H
OH
OH H
葡萄糖激酶 HO
OH
H
OH
6-磷酸葡萄糖
(glucose-6-phosphate)
葡萄糖 + ATP
6-磷酸葡萄糖+ADP
（2）6-磷酸葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖
OH
O P O CH2
OH
O
HO CH2 O OH
OH OH
OH 磷酸葡萄糖变位酶 OH OH
OP O
OH
OH HO
6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate)
• 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。
⑴ 磷酸解：由糖原磷酸化酶(glycogen
phosphorylase)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
⑵ 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。
和柠檬酸， 促进酵解，抑制异生： 2.6-二磷酸果糖
2.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：ADP AMP
抑制剂：ATP NADH 丙氨酸
七、乙醛酸循环
1、乙醛酸循环的生化历程 2、乙醛酸循环总反应式及其糖异生的关系 3、乙醛酸循环的生理意义
植物种子萌发的脂肪转化为糖
H
OH
OO P O P O 尿尿苷苷 OH HO
2Pi
尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)
(uridine diposphate glucose)
UTP+1-磷酸葡萄糖
UDPG+ PPi
（4）UDPG中的葡萄糖连接到糖原引物上
CH2OH
CH2OH
CH2OH
H H
OH
HO
OH
H
H
P P 尿尿苷苷 HO
H OH
腺苷环化酶
腺苷环化酶（有活性）
（无活性） ATP
cAMP
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-1
–
糖原合酶
糖原合酶-P
Pi
磷蛋白磷酸酶-1
–
磷酸化酶b 磷酸化酶a-P
Pi
磷蛋白磷酸酶-1
–
磷蛋白磷酸酶抑制剂-P
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
二、糖原合成
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
部位： 肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中
2．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。
UDPG + (G)n
*
糖原合酶
(G)n+1 + UDP
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.关键酶是糖原合酶(glycogen synthase)，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：
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
Km: 0.01mmol/L
产物反馈抑制
有
低
Km: 10～100mmol/L
无
激素调控
受激素调控
三羧酸循环的调节酶及其调节
酶 的 名 称 变构激活剂 变构抑制剂
柠檬酸合酶
ATP
异柠檬酸脱氢酶 ADP、AMP NADH
α-酮戊二酸脱氢酶系
草酰乙酸
糖异生途径
激素对肝糖原合成 与分解的调控
肾上腺素或 胰高血糖素
肾上腺素或 胰高血糖素
意义：由于
1、腺苷酸环化酶
（无活性）
腺苷酸环化酶（活性）
1
酶的共价修饰 反应是酶促反 应，只要有少 量信号分子 （如激素）存
2、ATP
cAMP
2
102
3、蛋白激酶
R、cAMP
3
（无活性） 蛋白激酶（活性）
在，即可通过 加速这种酶促 反应，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、
-酮戊二酸 天冬氨酸
苹果酸 谷氨酸
C1
草酰乙酸
丙酮酸
3-P-甘油 乳酸
甘油
乙酰CoA
（胞液） （线粒体）
TCA循环
葡萄糖代谢和 糖异生的关系
天冬氨酸
（PEP） 丙氨酸
（胞液） （线粒体）
（转氨基作用） 谷氨酸
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：
12~18G
糖原合酶
分枝酶
糖原引物
糖原合成的限速酶
肝糖原与肌糖原比较
肝糖原
肌糖原
贮 量 90-100g
200-500g
≤5%பைடு நூலகம்
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
（二）糖原合成的特点：