生物化学(2)第三章 糖原的分解及合成

五、糖原的异生作用 （一）概念
由非糖物质转化成葡萄糖或糖原 的过程叫做糖原的异生作用。
非糖物质
糖原（葡萄糖）
研究实验
用整体动物做实验，禁食24 小时，大鼠肝脏中的糖原由7%降 低到1%，饲喂乳酸、丙酮酸或三 羧酸循环代谢的中间物后可以使 大鼠肝糖原增加。
根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有 毒的糖苷，它能抑制肾小管将葡萄糖重吸 收进入血液中，这样血液中的葡萄糖就不 断地由尿中排出。当给用根皮苷处理过的 动物饲喂三羧酸循环中间代谢物或生糖氨 基酸后，这些动物尿中的糖含量增加。
糖尿病人或切除胰岛的动物，他们从 氨基酸转化成糖的过程十分活跃。当摄入 生糖氨基酸时，尿中糖含量增加。
（二）糖原异生的前体及途径 1、前体
（1）凡是能生成丙酮酸的物质均可 转变为葡萄糖：
如乳酸、三羧酸 循环的中间产物（柠檬酸、酮戊二 酸、苹果酸等）；
（2）凡是能转变成丙酮酸、α-酮戊二酸、 草酰乙酸的氨基酸均可转变成葡萄糖：
（二）胰高血糖素
—— 体内升高血糖水平的主要激素
胰高血糖素的作用机制： ① 促进肝糖原分解，抑制糖原合成； ② 抑制酵解途径，促进糖异生； ③ 促进脂肪动员。
（三）糖皮质激素
——引起血糖升高，肝糖原增加
糖皮质激素的作用机制可能有两方面： ① 促进肌肉蛋白质分解，分解产生的氨
基酸转移到肝进行糖异生。 ② 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑
5、糖原的生成
糖原合成酶只能催化合成α-1， 4-糖苷键，不能形成分支。
分支链的形成需要“糖原分支 酶”催化：将α-1，4-糖苷键连接的 糖链中的一段（6个或7个葡萄糖残 基）转移，并以α-1，6-糖苷键与原 糖链中的葡萄糖残基连接成分支链。
糖原分支酶
糖原合成的本质
在引物上不断增长碳链，并不是 从头合成。每增加一个葡萄糖残基就 消耗1分子UTP。
乳酸在乳酸脱氢酶催化下还原为丙酮 酸，丙酮酸转入线粒体内，经丙酮酸羧化 酶催化转变为草酰乙酸。草酰乙酸不能通 过线粒体膜回到细胞液，但线粒体内的草 酰乙酸可以经加氢还原生成苹果酸，苹果 酸可以穿过线粒体内膜转移到细胞液，苹 果酸可在苹果酸脱氢酶催化下再生成草酰 乙酸。
草酰乙酸由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 催化生成磷酸烯醇式丙酮酸。磷酸烯醇式 丙酮酸沿糖酵解逆反应转变为糖。
如丙氨酸、谷氨酸、 天冬氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨 酸、精氨酸、组氨酸、苏氨酸、脯氨 酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、 缬氨酸等。
（3）脂肪水解产生的甘油转变为磷酸二羟丙酮 后转变为葡萄糖，但动物体中脂肪氧化分解 产生的乙酰CoA不能逆转为丙酮酸，故不能 异生成葡萄糖；
（4）反刍动物糖异生作用很旺盛，牛胃细菌可 将纤维素分解为乙酸、丙酸、丁酸等，奇数 脂肪酸可转变为琥珀酰CoA，然后异生为葡 萄糖。
➢ 红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获能； ➢ 骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖供
能。
血糖来源和去路
食 物 糖 消化，
吸收
氧化 分解
CO2 + H2O
分解
肝糖原
糖异生
非糖物质
血 糖原合成 肝（肌）糖原 糖 磷酸戊糖途径等
其它糖
脂类、氨基酸合成代谢
脂肪、氨基酸
血糖水平的调节 主要依靠激素的调节
-1，4-糖苷键
糖原的磷酸解
磷酸化酶（催化1.4-糖苷键l磷酸解断裂） 三种酶协同作用： 转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）
脱枝酶（催化1.6-糖苷键水解断裂）
磷酸化酶
8分子G-1-P
转移酶
脱枝酶
1分子G
2、6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖在变位酶催化下转化为
6-磷酸葡萄糖。
磷酸葡萄糖变位酶
3、葡萄糖的生成 6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖酶的催化下
+
1-磷酸葡萄糖
UTP
UDPG
+PPi
4、以α-1，4-糖苷键连接的葡萄糖聚合物的生 成 在糖原合成酶催化下，UDPG中的葡萄 糖基以α-1，4-糖苷键与引物的非还原性末端 相连，每反应一次，糖原引物上便增加1分 子葡萄糖单位。多次循环后，则生成一个线 状大分子。
引物
糖原合成时需要体内原有的小分子糖原 参与，此小分子糖原称为“引物”。
糖的异生作用一直在进行，只是空 腹和饥饿时明显加强。
血糖及血糖水平的概念
血糖，指血液中的葡萄糖。
血糖水平，即血糖浓度。 正常血糖浓度 ：3.9~6.1mmol/L
血糖水平恒定的生理意义
保证重要组织器官的能量供应，特别是某些 依赖葡萄糖供能的组织器官。
➢ 脑组织不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡 萄糖供能；
主要前体
乳酸、生糖氨基酸、甘油
2、进行部位 主要在肝脏中进行。另外，肾脏中
也可进行糖的异生。
尤其是较长时间饥饿时肾脏糖异生 作用很强，相当于同重量的肝脏的水平。 3、途径
各类非糖物质转变为糖原的具体步 骤基本上按糖酵解逆过程进行。
（1）6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖
P
6-磷酸葡萄糖 磷酸酶
+ H2O
水解生成葡萄糖。
其中，6-磷酸葡萄糖酶主要存在于肝脏， 少量存在于肾脏。肌肉和脑中无此酶，所以只 有肝、肾中的糖原可以分解为葡萄糖补充血糖。
二、糖原的合成 （一）概念
葡萄糖或其它单糖为原料，合成糖 原的过程称为糖原合成(glycogenesis) 。 （二）进行部位
进行部位
细胞液
（三）反应步骤
1、葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖 葡萄糖进入细胞后，在ATP和Mg2+存
3. 糖原分支酶 （ glycogen branching enzyme） 催化-1，6-糖苷键合成
糖原的合成与分解总图
三、糖原合成与分解的意义
维持血中葡萄糖浓度相对恒定
糖原是糖在体内的贮存形式。进食 后多余的糖可在肝脏或其他组织合成糖 原，以免血糖浓度过度升高；不进食期 间，肝糖原则分解为葡萄糖释放入血， 使血糖浓度不至于太低。
在下，由葡萄糖激酶催化生成6-磷酸葡萄 糖。
反应不可逆。
ATP
ADP
2、6-磷酸葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖 在磷酸葡萄糖变位酶催化下生成。
磷酸葡萄糖变位酶
3、尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）的生成
1- 磷 酸 葡 萄 糖 与 尿 苷 三 磷 酸 （ UTP ） 在 UDPG焦磷酸化酶催化下生成UDPG，同时释放 出焦磷酸PPi。
总结
1、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（ UDP -glucose pytophosphorylase） 催化单糖基的活化形成糖核苷二磷酸，为 各种聚糖形成时，提供糖基和能量。 动物细胞中糖原合成时需UDPG；植物细 胞中蔗糖合成时需UDPG，淀粉合成时需 ADPG，纤维素合成时需GDPG和UDPG。
2、糖原合成酶（glycogen synthase） 催化-1，4-糖苷键合成
肝脏：肝糖原，70 ~ 100g，维持血糖水平
反应步骤 1、1-磷酸葡萄糖的生成
糖原分子在“磷酸化酶”催化下， 糖原的非还原性末端的葡萄糖间的α-1， 4-糖苷键被磷酸解生成1-磷酸葡萄糖。
在磷酸化酶不断催化下，糖原分 子逐渐变小。
由于磷酸化酶不能催化α-1，6-糖 苷键，所以磷酸解反应到距离分支点约 4个葡萄糖残基时，磷酸化酶的催化作 用停止。
糖异生低下 没有葡萄糖-6磷酸酶
3、协助氨基酸代谢 大多数氨基酸都是生糖氨基酸，可以转
变为丙酮酸、酮戊二酸和草酰乙酸，参加糖 异生作用。
实验证明
进食蛋白质后，肝糖原增加； 禁食晚期，由于组织蛋白质分解加强， 血液中氨基酸含量增加，糖异生作用活跃， 是饥饿时维持血糖的主要来源。 可见氨基酸转变成糖是氨基酸代谢的重 要途径。
主要调 节激素
降低血糖：胰岛素(insulin)
升高血糖：胰高血糖素(glucagon)、 糖皮质激素、肾上腺素
（一） 胰岛素
—— 体内唯一降低血糖水平的激素
胰岛素的作用机制: ① 促进葡萄糖转运进入肝外细胞 ； ② 加速糖原合成，抑制糖原分解； ③ 加快糖的有氧氧化； ④ 抑制肝内糖异生； ⑤ 减少脂肪动员。
⑴ 糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物
生糖氨基酸
-NH2
α-酮酸
甘油 乳酸
α-磷酸甘油
2H
磷酸二羟丙酮 丙酮酸
⑵ 上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径， 异生为葡萄糖或糖原
糖酵解与糖异生的关系
目录
（三）糖原异生的生理意义
1、血糖的重要来源
对维持空腹或饥饿时血糖的相对恒 定具有重要意义。体内糖贮存量有限， 如果没有外源性补充，只需10多个小时 糖原即可耗尽。事实上，禁食24小时， 血糖仍能保持正常水平，此时完全依赖 糖的异生作用。
丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下 生成草酰乙酸，后者在烯醇丙酮酸 磷酸羧激酶催化下脱羧生成磷酸烯 醇式丙酮酸。
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
目录
① 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反 应在线粒体）
糖原合成和分解与钾代谢有关
葡萄糖进入细胞合成糖原过程中， 伴有K+转移入细胞，使血K+趋于降低， 所以输注胰岛素和大量葡萄糖时，要注 意防止低血钾。
四、糖原合成与分解的调节
糖原的分解和合成都是根据机体的需 要由一系列的调控机制进行调控，其限速 酶分别为磷酸化酶和糖原合成酶。
糖原合成的调节
主要受糖原合成酶影响
② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应 在线粒体、细胞液）
4、甘油、丙酮酸、乳酸等糖异生作用
（1）甘油的糖异生作用
在甘油磷酸激酶作用下生成α-磷酸 甘油，再经α-磷酸甘油脱氢酶作用转变 为磷酸二羟丙酮。再沿糖酵解逆反应过 程生成糖。
（2）乳酸、丙酮酸等异生作用
乳酸、丙酮酸及三羧酸循环中一些 羧酸进行糖异生时，需通过“丙酮酸羧 化支路”。
制点为丙酮酸的氧化脱羧。
（四）肾上腺素
——强有力的升高血糖的激素
肾上腺素的作用机制：
通过肝和肌肉的细胞膜受体、cAMP、 蛋白激酶级联激活磷酸化酶，加速糖原分 解。主要在应激状态下发挥调节作用。
2、体内乳酸利用的主要方式
剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速 扩散到血液，随血液循环流至肝脏，先 氧化成丙酮酸，再经糖异生作用转变为 葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成 肌糖原被贮存起来。这一过程叫做乳酸 循环（或称Cori循环）。
H
+Pi
6-磷酸葡萄糖
葡萄糖
（2）1，6-二磷酸果糖生成6-磷酸果糖
H2CO P O H2CO P
H HO
+ H2O
H
OH
1，6二磷酸 果糖磷酸酶
H2CO P
O H2COH
H HO + Pi
H
OH
OH H 1,6-二磷酸果糖
OH H 6-磷酸果糖
（3）丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP)
————丙酮酸羧化支路
PEP
胞 液
GDP + CO2 GTP
磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶
天冬氨酸
草酰乙酸
苹果酸
天冬氨酸
苹果酸
α-酮戊二酸 谷氨酸
草酰乙酸
NAD+ NADH + H+
线 粒
ADP + Pi
ATP + CO2 丙酮酸羧化酶
体
丙酮酸
丙酮酸
生糖氨基酸可转变为糖有氧分 解途径上的羧酸进行糖的异生作用。
总结 非糖物质进入糖异生的途径
可见，糖异生作用对乳酸的再利用， 肝糖原更新，补充肌肉糖的消耗以及防 止乳酸中毒等方面都起着重要作用—— 调节酸碱平衡。
乳酸循环(lactose cycle)
⑴ 循环过程
葡萄糖
糖 异 生 途 径 丙酮酸
N来自百度文库DH
NAD+ 乳酸
葡萄糖 乳酸
葡萄糖
酵 解 途 径
丙酮酸
NADH NAD+ 乳酸
肝
血液
肌肉
【 】 【 】 糖异生活跃 有葡萄糖-6磷酸酶
糖原分解的调节 主要受磷酸化酶活性影响
1、两种酶的活性均受磷酸化和脱磷酸化 的共价修饰调节 磷酸化的磷酸化酶有活性， 磷酸化的糖原合成酶则失去活性；
脱磷酸化的糖原磷酸化酶失去活性， 糖原合成酶则增加活性。
2、两种酶活性均受激素的调节
例如 胰岛素促进糖原
合成并降低血糖浓度； 肾上腺素、胰高血
糖素等促进糖原降解并增加血糖浓度。
第三章
糖原的分解及合成
一、糖原的分解
二、糖原的合成
三、糖原合成与分解的意义
四、糖原合成与分解的调节 五、糖原的异生作用
第三章 糖原的分解及合成 （ Glycogenolysis and Glycogenesis ） 一、糖原的分解
进行部位
细胞液
肌肉：肌糖原，180 ~ 300g，主要供肌肉收缩所需
此时剩下4个葡萄糖残基由“转移 酶”催化，将其中3个葡萄糖残基转移 到邻近的糖链上，并以α-1，4-糖苷键 相连，为磷酸化酶继续催化其磷酸解创 造条件，剩下一个以α-1，6-糖苷键相 连的葡萄糖残基则由“脱支酶”（α-1， 6-糖苷酶）催化，水解生成游离葡萄糖。
糖原的结构及其连接方式
非还原性末端
-1，6糖苷键