第八22糖异生及糖原合成

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• 淀粉合成中的前体是ADP葡萄糖(但是在最初

• •

阶段依然是UDP葡萄糖)。 淀粉合成酶也是将糖残基转移到淀粉链的非还 原性末端上。 支链淀粉的分枝机制同糖原的是一样的。 ADP葡萄糖焦磷酸化酶催化ADP葡萄糖的形成, 但是这个酶的速度是有限制的。 在细菌中,使用ADP葡萄糖来合成细菌糖原。
在植物的细胞液中,蔗糖是通过UDP 葡萄糖与6-磷酸果糖合成而来的
• 糖酵解有三个调速步骤,分别是由己糖
激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶所催 化。 • 三羧酸循环中则有四个主要的调节酶, 分别是柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、 a-酮戊二酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶。 通过乙醛酸循环,在植物发芽的种子、一 些无脊椎动物以及一些细菌当中,脂肪 酸的碳原子可以完全转化为葡萄糖。乙 醛酸循环绕过了柠檬酸循环中的两个脱 羧步骤,将两个乙酰辅酶A转化为了一个 琥珀酸。

糖原代谢的调节
• 糖原分解及合成的主要酶是磷酸化酶及
糖原合成酶,它们的活性是受磷酸化或 去磷酸化的共价修饰调节及变构效应的 调节。两种酶磷酸化及去磷酸化的方式 相似,但其效果相反。。 • 促使它们磷酸化的酶是磷酸化酶激酶, 而使它们水解去磷酸化的酶是蛋白磷酸 酶。
Glycogen synthase and phosphorylase are reciprocally regulated by hormones via phosphorylationdephosphorylation
• 丙酮酸到磷酸烯醇式丙酮酸的转化在糖异生中
是由丙酮酸羧化酶调节,在酵解中是被丙酮酸 激酶调节。乙酰辅酶A刺激丙酮酸羧化酶活性, 却抑制丙酮酸脱氢酶的活性。因此,只要线粒 体中乙酰辅酶A超过细胞燃料要求时,可促进 葡萄糖的合成。丙酮酸是糖异生的前体,但是 对丙酮酸激酶有抑制作用,是此酶的负效应物。 • ATP抑制丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶,NADH 也有类似作用。而GTP却促进磷酸烯醇式丙酮 酸羧化激酶,促进糖异生。ADP刺激酵解作用, 抑制丙酮酸羧化酶。 • 当细胞中含有大量燃料分子及丰富ATP时,糖 异生途径的酶激活,酵解途径的酶受抑制。
糖异生途径的前体
• 凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡
萄糖。但是丙酮酸脱氢酶是不可逆的— —乙酰辅酶A不能作为糖异生的前体。 • 大多数氨基酸都是生糖氨基酸。 • 一般认为在哺乳动物体内,脂肪酸不是 糖异生的前体。
糖异生和酵解的代谢协调控制
• 糖酵解和糖异生的控制点是6-磷酸果糖与1,6-
二磷酸果糖的转化。糖异生的关键调控酶是1,6- 二磷酸酶,而酵解的关键调控酶是1,6-二磷酸果 糖激酶。ATP刺激后者抑制前者,柠檬酸的作用正 相反。2,6-二磷酸果糖是强效应物,当葡萄糖丰 富时,激素调节2,6-二磷酸果糖增加,从而刺激 磷酸果糖激酶和强烈抑制果糖二磷酸酶的活性,从 而加速酵解,减弱糖的异生。饥饿时,1,6-二磷 酸果糖和2,6-二磷酸果糖减少,从而降低酵解速 度,增加糖异生速度,使非糖物质转化为糖。因此, 2,6-二磷酸果糖对决定葡萄糖分解或合成起着重 要的作用。
酶体系,在这些多酶体系中,底物从一 种酶流向另一种酶。 • 在糖原磷酸化酶的催化下,糖原发生磷 酸解作用,糖单位以1-磷酸葡萄糖的形 式从糖原上解离下来。 • 其它的单糖也是通过转化为糖酵解中的 中间体而进入更进一步的氧化分解。 • 通过磷酸己糖支路,6-磷酸葡萄糖可以 形成5-磷酸核糖及NADPH。
草酰乙酸向磷酸烯醇式丙酮酸的转化是一 个不可逆反应,该酶只有在ATP浓度较 高时才起作用: 草酰乙酸+GTP磷酸烯醇式丙酮酸 +CO2+GDP
上述四步反应将丙酮酸转化为磷酸烯醇式 丙酮酸,并绕过了糖酵解途径中由丙酮 酸激酶所催化的不可逆反应(第10步)。
1,6-二磷酸果糖向6-磷酸果 糖的转化是第二个迂回过程
Байду номын сангаас
• 丙酮酸通过丙酮酸脱氢酶复合体的作用
而转化为乙酰辅酶A。 • 通过8步的三羧酸循环反应,乙酰辅酶A 被转化为两个CO2,同时产生3个NADH、 一个FADH2, 以及一个ATP(通过底物水 平磷酸化)。 • 三羧酸循环的中间物可以用来合成多种 生物分子,比如:脂肪酸、类固醇、氨 基酸、嘧啶、葡萄糖等。 • 丙酮酸可经丙酮酸羧化酶的作用产生草 酰乙酸。
在糖酵解中有三步不可逆反应,他们是通 过所谓的附加反应(bypass)获得通过的。 糖酵解途径中的三个不可逆反应分别是由 己糖激酶(肝脏中为葡萄糖激酶)、磷 酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的。 所以,丙酮酸被转化为葡萄糖时,将有三 个非糖酵解步骤发生。
(1)丙酮酸被转化为磷酸烯醇 式丙酮酸
糖异生作用必须在高能状态下进行。 丙酮酸首先进入线粒体,在丙酮酸羧化酶 的催化下转化为草酰乙酸: 丙酮酸+HCO3-+ATP草酰乙酸+ADP 然后,草酰乙酸在线粒体中被转化为苹果 酸: 草酰乙酸+NADH+H+苹果酸+NAD+
1、糖异生:碳水化合物通过糖 异生途径经由简单的前体合成
1、一些三碳原子的化合物,譬如:乳酸、 甘油酸、甘油、3-磷酸甘油酸,作为糖 类(葡萄糖)合成的前体——糖异生。 2、在不同的生物有机体内糖异生的途径在 本质上是相同的。 3、糖异生的中心环节就是从丙酮酸向葡萄 糖的转化。
2、糖异生在对糖酵解的反向途 径中有7个反应是相同的,3个 反应是不同的



• 在生物合成中,一般所使用的都是核苷糖:
糖原合成中是UDP葡萄糖,而淀粉合成中则 使用的是ADP葡萄糖。 • 糖原的合成并不是其分解代谢的逆发应。 • 糖原的合成与分解受到激素的调节。 • 柠檬酸循环中还需注意:原手征性、柠檬酸 循环的两性
• 随后。生成的葡萄糖进入血液中。 • 该酶并不存在于肌肉细胞或脑细胞中,
因而这两个组织也不具备糖异生的功能。
• 6-磷酸葡萄糖的另一代谢途径是在肝脏
和肌肉中以糖原的形式存储起来。
糖异生所消耗的能量比糖酵解 产生的能量要多
• 从两分子的丙酮酸形成一分子的葡萄糖共消耗
6个高等磷酸键。从丙酮酸到草酰乙酸消耗一 个ATP,从草酰乙酸到磷酸烯醇式丙酮酸消耗 一个GTP,从3-磷酸甘油酸到1,3-二磷酸 甘油酸消耗一个ATP。尽管整个反应消耗能量, 但是可以使反应容易进行。 • 而通过糖酵解途径,一分子葡萄糖转化为两分 子的丙酮酸,则产生2分子的ATP。
• 分枝酶催化合成具有1,6-糖苷键的有
分枝的糖原。 • 分枝酶从至少有11个残基的糖链非还原 性末端将7个葡萄糖残基转移到较内部的 位置上去,形成具有1,6-糖苷键的分 枝链,新形成的分枝必须与原有的糖链 有4个糖残基的距离。
Glycogenin initiates glycogen synthesis and stays inside the glycogen particle
激素协调糖原分解与合成代谢
• 激素是通过调节糖原磷酸化酶及糖原合
成酶活性与非活性的比例来起作用的。 • 胰岛素使糖原合成增加。 • 肾上腺素、高血糖素、肾上腺皮质激素 则刺激肝和肌糖原分解,方式是通过升 高糖原磷酸化酶a/磷酸化酶b的比值及降 低糖原合成酶a/糖原合成酶b的比值来完 成的。
叶绿体基质中合成淀粉的方式 与动物合成糖原的方式相似
也即:草酰乙酸首先在线粒体中被转化为 苹果酸,然后后续的反应是在细胞液中 进行的:苹果酸再被转化为草酰乙酸, 草酰乙酸经磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的 作用重新被转化为磷酸烯醇式丙酮酸。 苹果酸+NAD+ 草酰乙酸+NADH+H+ 并不存在直接的方法。 苹果酸借助于二羧酸载体被转运到细胞液 中。此载体只对苹果酸、琥珀酸和延胡 索酸有特异性。
• 6-磷酸蔗糖合成酶催化6-磷酸蔗糖的
合成。 • 6-磷酸蔗糖磷酸化酶催化磷酸根的从蔗 糖上移去。 • 蔗糖是没有半缩醛羟基的(因而不具备 还原性),合成的蔗糖再重新被转运到 其它的部位去。
Sucrose is synthesized from UDP-Glc and Fru 6-P
Summary
A sugar nucleotide is formed through a condensation reaction between a NTP and a sugar phosphate.
合成糖原的糖基是UDP葡萄糖
• 6-磷酸葡萄糖(磷酸化或糖异生)首先转化
为1-磷酸葡萄糖(磷酸葡萄糖变位酶), 1- 磷酸葡萄糖再与UTP缩合而成UDP葡萄糖,该 反应是由UDP葡萄糖焦磷酸化酶所催化的。 • UDP葡萄糖中的糖残基在糖原合成酶的催化下 加在糖原引物的非还原性末端的葡萄糖残基的 第四碳的羟基上,形成a-1,4 糖苷键
该反应被果糖-1,6-二磷酸酶所催化
AMP和柠檬酸分别对该酶和磷酸果糖激酶 的作用。(3-磷酸甘油酸)
最后一个步骤是从6-磷酸葡萄 糖向葡萄糖的转化
• 在6-磷酸葡萄糖异构酶的催化作用下,6-磷
酸果糖被转化为6-磷酸葡萄糖。葡萄糖激酶 (仅存在于肝脏)和己糖激酶能催化葡萄糖生 成6-磷酸葡萄糖,但是不能催化此反应的逆 反应。 • 然而在肝脏、肾脏的光面内质网上存在着一种 特殊的酶——葡萄糖-6-磷酸酶,该酶可以 催化6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖。
• 糖异生是将三碳原子的化合物(主要是丙酮

酸)转化为葡萄糖的过程。 糖异生与糖酵解的途径基本相似,但是绕过 了糖酵解中的三个不可逆反应(通过其它的 酶)。 糖异生所消耗的能量要比糖酵解所释放的能 量要多。 哺乳动物(大多数的脊椎动物)中,大多数 氨基酸可以产生糖异生的前体,但是一般不 这样认为脂肪酸。 糖异生与糖酵解受某些共同物质的相反调节。
• 在绝大部分有机体内,D-葡萄糖是常用
的能量来源或合成其它物质的前体。 • 葡萄糖首先是通过10步反应的糖酵解转 化为两个三碳原子的丙酮酸,在糖酵解 中,没有直接消耗O2,并因底物水平的 磷酸化而净产生了两个分子的ATP。 • 在厌氧条件下通过发酵氧化葡萄糖只能 放出很少的能量。
• 参与糖酵解作用的酶可能会组成多种多
糖原合成
• 体内合成糖原时,己糖首先转化为核苷糖。 • 一度认为,糖原的合成只是糖原磷酸化分解的简
单的逆反应。 • 1949年Leloir 指出糖原合成不是降解的途径逆转, 随即他又在1959年发现糖原合成中糖基的供体不 是G-1-P而是UDP。 • 在碳水化合物的转化或者聚合效应中,己糖通常 是首先形成核苷糖的形式。 • 核苷己糖一般是通过1-磷酸己糖与NTP缩合形 成的。
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