糖异生及糖原合成

二、糖原合成
定义： 定义： 由单糖合成糖原的过程称为糖原的合 (glycogenesis)。 成(glycogenesis)。 单糖: 单糖: 葡萄糖(主要) 果糖、 葡萄糖(主要)、果糖、半乳糖等 部位： 部位： 肝脏、 肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中
2．缩合： ．缩合： • 在关键酶 糖原合酶 的催化下 ， 以原有糖 在关键酶糖原合酶 的催化下， 糖原合酶的催化下 原分子为引物，添加新的葡萄糖单位。 原分子为引物，添加新的葡萄糖单位。
三、糖原合成与分解的调节
激素（胰高血糖素、肾上腺素等） 激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体 腺苷环化酶 无活性） （无活性） 腺苷环化酶（有活性） 腺苷环化酶（有活性） ATP PKA cAMP 磷酸化酶b激酶 磷酸化酶 激酶
(无活性 无活性) 无活性 (有活性 有活性) 有活性
Pi
磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶
2．甘油： ．甘油： 甘油三酯 → 甘油 → α-磷酸甘油 → 磷 磷酸甘油 酸二羟丙酮。 酸二羟丙酮。 3．乳酸： ．乳酸： 乳酸→丙酮酸。 乳酸 丙酮酸。 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。 ．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： ．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， 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（ 乳酸循环 利用，这一循环过程就称为乳酸循环（Cori 循环） 循环）。
葡萄糖-6-磷酸酶 葡萄糖 磷酸酶 G-6-P + H2O G + Pi
（二）糖原分解的特点： 糖原分解的特点：
1.水解反应在糖原的非还原端进行； 水解反应在糖原的非还原端进行； 水解反应在糖原的非还原端进行 2.是一非耗能过程； 是一非耗能过程； 是一非耗能过程 3.关键酶是糖原磷酸化酶(glycogen 关键酶是糖原磷酸化酶 关键酶是糖原磷酸化酶 phosphory-lase)，为一共价修饰酶，其辅 ，为一共价修饰酶， 酶是磷酸吡哆醛。 酶是磷酸吡哆醛。 磷酸吡哆醛
α-1,6-葡萄糖苷酶 葡萄糖苷酶 (G)n + H2O (G)n-1 + G
脱枝酶 (debranching enzyme)
磷酸化酶 转移酶活性 α-1,6糖苷 糖苷 酶活性
2．异构： ．异构：
磷酸葡萄糖变位酶 G-1-P G-6-P
3．脱磷酸： ．脱磷酸： 葡萄糖-6-磷酸酶 磷酸酶(glucose-6-phosphatase)催化， 催化， 由葡萄糖 磷酸酶 催化 生成自由葡萄糖。该酶只存在于肝 生成自由葡萄糖。该酶只存在于肝及肾中。
葡萄糖 + ATP
6-磷酸葡萄糖 ADP 磷酸葡萄糖+ADP 磷酸葡萄糖
（2）6-磷酸葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖转变为1
OH O P O CH2 OH OH OH OH
HO CH2
O
O OH
磷酸葡萄糖变位酶 OH OH OH
OH
O P
HO
O
6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate)
谷氨酸
C1
草酰乙酸
丙酮酸
乙酰CoA 乙酰
TCA循环 循环
葡萄糖代谢和 糖异生的关系
（PEP） ） 丙氨酸
（胞液） 胞液） （线粒体） 线粒体）
天冬氨酸
（转氨基作用） 转氨基作用）
谷氨酸
糖异生的调节： 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： AMP、 2.6-二磷酸果糖、ADP
PKA
磷酸化酶b激酶 磷酸化酶 激酶-P 激酶
–
糖原合酶 Pi
糖原合酶-P 糖原合酶
磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶
磷酸化酶b 磷酸化酶 Pi
磷酸化酶a-P 磷酸化酶
磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶
–
磷蛋白磷酸酶抑制剂-P 磷蛋白磷酸酶抑制剂
–
四、糖原合成与分解的生理意义
1．贮存能量。 ．贮存能量。 2．调节血糖浓度。 ．调节血糖浓度。 3．利用乳酸：肝中可经糖异生途径利用糖 ．利用乳酸： 无氧酵解产生的乳酸来合成糖原。 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。 是肝糖原合成的三碳途径或间接途径。 三碳途径
葡萄糖
糖异生途径关键反应之二
H2CO P O H H H2CO P HO OH 果糖二磷酸 酶-1
H2CO P O H H OH H H2COH HO OH
+ H2O
+ Pi
H OH 1,6-二磷酸果糖 二磷酸果糖
6-磷酸果糖 磷酸果糖
糖异生途径关键反应之三
CO2 ATP+H2O ADP+Pi
丙酮酸羧化酶 丙酮酸 PEP羧激酶 羧激酶 草酰乙酸 GTP
二、糖异生的调节
AMP F-2,6-BP
ATP
-
+
果糖双磷酸酶-1 果糖双磷酸酶 fructose biphosphatase-1
乙酰CoA 乙酰
+
丙酮酸羧化酶 pyruvate carboxylase
三、糖异生的原料
1．生糖氨基酸： ．生糖氨基酸： Ala, Cys, Gly, Ser, Thr, Trp→ 丙酮酸 Pro，His，Gln，Arg→ Glu→ α-酮戊二酸 ， ， ， 酮戊二酸 Ile，Met，Ser，Thr，Val→ 琥珀酰 ， 琥珀酰CoA ， ， ， Phe，Tyr→ 延胡索酸 ， Asn，Asp→ 草酰乙酸 ，
3-磷酸甘油醛⇔磷酸二羟丙酮 磷酸甘油醛⇔ 磷酸甘油醛
糖异生主 要途径和 关键反应
己糖激酶
葡萄糖
葡萄糖6-磷酸酶
2×磷酸烯醇丙酮酸 × 丙酮酸 激酶 2×丙酮酸 × PEP羧激酶 羧激酶 2×草酰乙酸 × 丙酮酸羧化酶
糖异生途径关键反应之一
P
葡萄糖-6-磷 葡萄糖 磷 酸酶
H
+ H2O
+Pi
6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖
糖原合酶 UDPG + (G)n
*
(G)n+1 + UDP
糖原合酶的作用机制
3．分支： ．分支： • 当直链长度达 个葡萄糖残基以上时，在 当直链长度达12个葡萄糖残基以上时， 个葡萄糖残基以上时 分支酶(branching enzyme)的催化下，将距 的催化下， 分支酶 的催化下 末端6～7个葡萄糖残基组成的寡糖链由α个葡萄糖残基组成的寡糖链由α 末端 ～ 个葡萄糖残基组成的寡糖链由 1,4-糖苷键转变为α-1,6-糖苷键，使糖原出 糖苷键转变为α 糖苷键， 糖苷键转变为 糖苷键 现分支。 现分支。
二、糖原的分解代谢
（一）反应过程： 反应过程：
• 糖原的分解代谢可分为三个阶段： 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。 ．水解：包括三步反应，循环交替进行。 磷酸解： 糖原磷酸化酶(glycogen ⑴ 磷酸解：由糖原磷酸化酶 phosphorylase)催化对α-1,4-糖苷键磷酸 催化对α 催化对 糖苷键磷酸 生成G-1-P。 解，生成 。 *
UTP
UDPG焦磷酸化酶 UDPG焦磷酸化酶
OH H OH 1-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖 (glucose-1-phosphate)
H2O
PPi
2Pi UTP+1UTP+1-磷酸葡萄糖
尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG) 尿苷二磷酸葡萄糖
(uridine diposphate glucose)
UDPG+ PPi
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
(glycogen primer)
糖原(G 糖原 n+1) (glycogen)
H OH HO H
UDP
CH2OH O H H H O OH H OH H OH H H CH2OH
糖原合酶
CH2OH O H O H OH H OH H H O R O H
(5) 分支酶催化糖原不断形成新分支链
12~18G
糖异生和糖的合成
一、单糖的合成P154 单糖的合成 （一）糖异生概念： 糖异生概念： 主要指由非糖物质转变成葡萄糖 主要指由非糖物质转变成葡萄糖 或糖原的过程 糖原的过程 （二）过程
糖原（或淀粉） 糖原（或淀粉） 1-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 磷酸果糖 果糖二磷酸 (酯)酶 酯酶 果糖 激酶 1，6-二磷酸果糖 ， 二磷酸果糖
（二）糖原合成的特点： 糖原合成的特点：
1.必须以原有糖原分子作为引物； 必须以原有糖原分子作为引物； 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； 合成反应在糖原的非还原端进行； 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， 合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基， 合成为一耗能过程 需消耗2个高能磷酸键（2分子 个高能磷酸键（ 分子 分子ATP）； 消耗 个高能磷酸键 ）； 4.关键酶是糖原合酶(glycogen synthase)，为 关键酶是糖原合酶 关键酶是糖原合酶 ， 一共价修饰酶； 共价修饰酶 5.需UTP参与（以UDP为载体）。 需 参与（ 为载体）。 参与 为载体
1-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖 (glucose-1-phosphate)
6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖
1-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖
CH2OH H H OH HO H
（3）尿苷二磷酸葡萄糖的生成 ）尿苷二磷酸葡萄糖的生成
O H O O P OH
CH2OH H H OH HO H H O OH O H O O P O P O 尿尿 尿苷 OH HO
糖原磷酸化酶 (G)n + Pi (G)n-1 + G-1-P
转寡糖链： 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， 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。 链的非还原端，使分支点暴露。 脱枝： 葡萄糖苷酶催化。 ⑶ 脱枝 ： 由 α -1,6-葡萄糖苷酶催化 。 将 α 葡萄糖苷酶催化 1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。 糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。 糖苷键水解
（4）UDPG中的葡萄糖连接到糖原引物上 UDPG中的葡萄糖连接到糖原引物上
CH2OH H OH HO H OH H H OH
CH2OH H OH OH HO H OH H H O H H OH
CH2OH O H H O R OH H
尿苷 P P 尿尿
尿苷二磷酸葡萄糖 (Leabharlann BaiduDPG)
糖原引物(Gn) 糖原引物
磷酸葡萄糖变位酶
G-6-P
G
（1）葡萄糖磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖 磷酸化生成
CH2OH H H OH HO H OH H OH O H
ADP
CH2OPO3H2 H H OH HO H OH H OH O H
ATP
Mg2+
葡萄糖激酶
葡萄糖 (glucose)
6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖
(glucose-6-phosphate)
分支酶 (branching enzyme)
α-1,4-糖苷键 糖苷键
糖原的合成与分解代谢
UDP
糖原合酶 糖原磷酸化酶
Gn+1
Pi
Gn
UDPG PPi
UDPG焦磷酸化酶 焦磷酸化酶
Gn
UTP
G-1-P
葡萄糖-6-磷酸酶（ 葡萄糖 磷酸酶（肝） 磷酸酶 己糖(葡萄糖 激酶 己糖 葡萄糖)激酶 葡萄糖
P
磷酸烯醇丙酮酸 （PEP） ） CO2
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 乙酰 草酰乙酸 ① ② 草酰乙酸
苹果酸/ 苹果酸 天冬氨酸
PEP
丙酮酸
丙酮酸
②
苹果酸/ 苹果酸 天冬氨酸
PEP
葡萄糖
A
A G-6-P磷酸酯酶 磷酸酯酶 B F-1.6-P磷酸酯酶 磷酸酯酶 C1 丙酮酸羧化酶
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
贮 量 合成原料 分解产物 功 能 消 耗
肌糖原
90-100g 200-500g ≤5% 1-2% 单糖/非糖物质 单糖 非糖物质 葡萄糖 葡萄糖 乳 酸 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 餐后12-18h 餐后 剧烈运动后
糖酵解和葡萄糖异 生的关系
G-6-P
F-6-P F-1.6-P 3-P-甘油醛 甘油醛
B
C2 PEP羧激酶 羧激酶
磷酸二羟丙酮
C2
天冬氨酸 α-酮戊二酸 酮戊二酸
PEP 丙酮酸 丙氨酸
3-P-甘油 甘油 乳酸
甘油
草酰乙酸 谷氨酸 苹果酸 苹果酸
（胞液） 胞液） （线粒体） 线粒体）
α-酮戊二酸 酮戊二酸 天冬氨酸