生物化学糖代谢ppt课件

第七章 糖代谢 戊糖磷酸途径和糖的其它代谢途径 戊糖磷酸途径 戊糖磷酸途径是指从G-6-P脱氢反应 开始，经一系列代谢反应生成磷 酸戊糖等中间代谢物，然后再重 新进入糖氧化分解代谢途径的一 条旁路代谢途径。 该旁路途径的起始物是G-6-P，返回 的代谢产物是3-磷酸甘油醛和6-磷 酸果糖，其重要的中间代谢产物是5 -磷酸核糖和NADPH。 整个代谢途径在胞液中进行。关键 酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶。 磷酸戊糖途径的总反应式： （一）磷酸戊糖途径的反应过程 即六分子G-6-P可生成6分子CO2，4分子F-6-P，2 分子3-磷酸甘油醛和12分子NADPH。 6CO2 + 12NADPH + 12H+ + H3PO4 G-6-P + 12NADP+ + 7H2O 阶段1. G-6-P氧化分解生成5-磷酸核酮糖,产生2分子NADPH 全部代谢过程可分为两个阶段： +6NADP+ * 6-磷酸葡 萄糖脱氢酶 +6NADPH+H+ G-6-P H C OH H C OH HO C H O H C OH H C CH2OPO3 2- 6-磷酸葡萄糖酸内酯 C O H C OH HO C H O H C OH H C CH2OPO3 2- 6 6 6-磷酸葡萄糖酸 C O H C OH HO C H O H C OH H C CH2OPO3 2- H2OH+ O O- C H C OH HO C H H C OH H C OH CH2OPO3 2- CH2OH C O H C OH H C OH CH2OPO3 2- 6CO2 + 6NADP+6NADPH 核酮糖5-磷酸 6-磷酸葡萄 糖内酯酶 6-磷酸葡萄 糖酸脱氢酶 6 6 6 阶段2. 5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程 CH2OH C O H C OH H C OH CH2OPO3 2- O H C H C OH H C OH H C OH CH2OPO3 2- 磷酸戊糖异构酶 核糖5-磷酸 2 2 核酮糖5-磷酸 CH2OH C O H C OH H C OH CH2OPO3 2- 磷酸戊糖差向异构酶 核酮糖5-磷酸 CH2OH C O HO C H H C OH CH2OPO3 2- 木酮糖5-磷酸 4 4 转酮酶 核糖5-磷酸木酮糖5-磷酸 O H C H C OH H C OH H C OH CH2OPO3 2- CH2OH C O HO C H H C OH CH2OPO3 2- CHO CHOH CH2OPO3 2 景天庚酮糖7-磷酸 CH2OH CO HO C H H C OH H C OH H C OH CH2OPO3 2- 2 2 2 2 转醛酶 CHO CHOH CH2OPO32- 景天庚酮糖7-磷酸 CH2OH CO HO C H H C OH H C OH H C OH CH2OPO32- 1CH2OH 2CO HO 3C H H 4C OH H 5C OH 6 CH2OPO32- O H C H C OH H C OH CH2OPO3 2- 果糖6-磷酸赤藓糖4-磷酸 2 2 2 2 转酮酶 木酮糖5-磷酸 CH2OH C O HO C H H C OH CH2OPO3 2- 2 赤藓糖4-磷酸 O H C H C OH H C OH CH2OPO3 2- 2 果糖6-磷酸 1CH2OH 2CO HO 3C H H 4C OH H 5C OH 6 CH2OPO32- 2 CHO CHOH CH2OPO32- 2 果糖6-磷酸 2木酮糖 2核糖2木酮糖 2C3P 2C7 P C2 2C4P C3 2C6 P C2 2C3P 2C6 P C6 P 6 G-6-P 2核酮糖2核酮糖2核酮糖 6CO2 戊 糖 磷 酸 途 径 的 反 应 过 程 12NADPH 全部代谢过程可分为两个阶段： 1. G-6-P氧化分解生成5-磷酸核酮糖： G-6-P脱氢氧化生成6-磷酸葡萄糖酸内 酯： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 G-6-P + NADP+ 6-磷酸葡萄糖酸内酯 + NADPH + H+ * 6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸： 内酯酶 6-磷酸葡萄糖酸内酯 + H2O 6-磷酸葡萄糖酸 6-磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖： 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸+NADP+ 5-磷酸核酮糖+ NADPH + H+ +CO2 H C OH C O COOH CHH C OH C O COOH CH 2 2 OH OH H C OH H C OH H C OH C O H C OH H C OH H C OH C O HO C H O HO C H HO C H H C OHHO C H O HO C H HO C H H C OH H C OH H C OH H+ H C OH H C OH H C OH H C OH H+ H C OH H C OH H C H C H C OH CH H C H C H C OH CH 2 2 OPOOPO 3 3H H2 2 CH CH 2 2 OPOOPO 3 3H H 2 2 CH CH 2 2 OPOOPO 3 3H H 2 2 CH CH 2 2 OPOOPO 3 3H H2 2 本阶段总反应：本阶段总反应： 6-P6-P葡萄糖葡萄糖+2NADP+2NADP + + +H+H 2 2 O 5-P-O 5-P-核酮糖核酮糖+CO+CO 2 2 +2NADPH+2H+2NADPH+2H + + 6-P葡萄 糖脱氢酶 6-P葡萄糖 酸内酯酶 6-P葡萄糖 酸脱氢酶 H20 NADP+ NADPH +H+ NADP+ NADPH +H+ CO2 6-P6-P葡萄糖酸内酯葡萄糖酸内酯 6-P6-P葡萄糖酸葡萄糖酸 5-P-5-P-核酮糖核酮糖 6-P6-P葡萄糖葡萄糖 2. 5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程 ： 5-磷酸核酮糖经一系列基团转移反应生 成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。在此阶 段中，经由5-磷酸核酮糖异构可生成5- 磷酸核糖。 非氧化非氧化的分子重排阶段的分子重排阶段 5-P-5-P-核酮糖核酮糖 5-P5-P核糖核糖 5-P5-P核酮糖核酮糖 5-P5-P木酮糖木酮糖（转酮酶的底物（转酮酶的底物） 5-P5-P木酮糖木酮糖+5-P+5-P核糖核糖 7-P7-P景天庚酮糖景天庚酮糖+ +3-P3-P甘油醛甘油醛 7-P7-P景天庚酮糖景天庚酮糖+3-P+3-P甘油醛甘油醛 6-P6-P果糖果糖+4-P+4-P赤藓糖赤藓糖 5-P5-P木酮糖木酮糖+4-P+4-P赤藓糖赤藓糖 6-P6-P果糖果糖+ + 3-P3-P甘油醛甘油醛 本阶段总反应：本阶段总反应： 35-P35-P核酮糖核酮糖 26-P26-P果糖果糖 + 1+ 13-P3-P甘油醛甘油醛 65-P65-P核酮糖核酮糖 46-P46-P果糖果糖 + 23-P+ 23-P甘油醛甘油醛 P戊糖异构酶 P戊糖表异构酶 转酮酶 转醛酶 转酮酶 2核酮糖2核酮糖2核酮糖 2木酮糖 2核糖2木酮糖 2C3P2C7P C2 2C4P C3 2C6P C2 2C3P 2C6PC6 P 2. 5-磷酸核酮糖的基 团转移反应过程： 5-磷酸核酮糖经一系 列基团转移反应生成3 -磷酸甘油醛和6-磷酸 果糖。在此阶段中， 经由5-磷酸核酮糖异 构可生成5-磷酸核糖 、 5-磷酸木酮糖。 转醛酶、转酮酶 6 65-P5-P核酮糖核酮糖 4 46-P6-P果糖果糖 + + 2 23-P3-P甘油醛甘油醛 65-P65-P核酮糖核酮糖+H2O 56-P+H2O 56-P葡萄糖葡萄糖+Pi +Pi ( (非氧化非氧化阶段阶段) ) 6-P6-P葡萄糖葡萄糖+2NADP+2NADP + + +H+H 2 2 O 5-PO 5-P核酮糖核酮糖+CO+CO 2 2 +2NADPH+2H+2NADPH+2H+ + ( (氧化阶段 氧化阶段) ) 总反应：总反应： 66-P66-P葡萄糖葡萄糖+12NADP+12NADP + + +7H+7H 2 2 O O 6CO6CO 2 2 +12NADPH+12H+12NADPH+12H + + +Pi+ 56-P+Pi+ 56-P葡萄糖葡萄糖 其中1分子转变为 P-二羟丙酮 1，6-二P果糖 1X6-P果糖 醛羧酶 二P果糖酯酶 H2O Pi 5 56-P6-P葡萄糖葡萄糖 表明1个6-P葡萄糖经6次循环被彻底氧化为6个CO2 故反应带有循环机制 （二）磷酸戊糖途径的生理意义 1. 是体内生成NADPH的主要代谢途径 ： NADPH在体内主要用于： 作为供氢体，参与体内的合成代谢 ：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些 氨基酸。 参与羟化反应：作为加单氧酶的辅 酶，参与对代谢物的羟化。 2. 是体内生成5-磷酸核糖的唯一代谢 途径： 体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或 脱氧核糖均以5-磷酸核糖的形式提供 ，这是体内唯一的一条能生成5-磷酸 核糖的代谢途径。 磷酸戊糖途径是体内糖代谢与核苷酸 及核酸代谢的交汇途径。 （三）磷酸戊糖途径的调节 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 NADP+ + l磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时NADPH的 需要所调节。 NADPH反馈抑制6-P-葡萄糖脱氢酶 的活性。 葡糖异生作用 由非糖物质转变为葡萄糖的过程称 为葡糖异生(gluconeogenesis)。 葡糖异生代谢途径主要存在于肝及 肾中。 （一）糖异生途径 n葡糖异生主要沿酵解途径逆行，仅有三步反应为 不可逆反应，故需经其他的代谢反应绕行。 1G-6-P G ： n由葡萄糖-6-磷酸酶催化进行水解。该酶不存在 于肌肉组织中，故肌肉组织不能生成自由葡萄糖 。 G-6-P+H2O G + Pi 葡萄糖-6-磷酸酶 * 2F-1,6-BP F-6-P： F-1,6-BP+H2O F-6-P + Pi 3丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸： 经由丙酮酸羧化支路完成。 果糖1、6二磷酸酶 * 丙酮酸草酰乙酸： 丙酮酸 + ATP + CO2 草酰乙酸 + ADP + Pi 草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)： 草酰乙酸 + GTP PEP + GDP + CO2 丙酮酸羧化酶 (生物素) * 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 * 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP 丙酮酸 丙酮酸羧化酶 CO2ATPADP + Pi 草酰乙酸 GTP GDP + CO2 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 丙酮酸羧化支路 丙酮酸PEP丙酮酸草酰乙酸 苹果酸苹果酸草酰乙酸 胞液线粒体 乙酰CoA G PEP 丙酮酸羧化酶是一种线粒体酶，而葡糖异生的其它酶都 是细胞溶胶酶。 AMP F-2,6-BPATP - + 果糖二磷酸酶 fructose biphosphatase 乙酰CoA + 丙酮酸羧化酶 pyruvate carboxylase ATP (磷酸果糖激酶) （ PFK） (丙酮酸激酶) （二）（二）糖异生的调节 （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 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脏，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）。 3维持酸碱平衡。 乙 醛 酸 循 环 乙乙 醛醛 酸酸 循循 环环 - C=O COO- CH2 COO- 乙酰COA 柠檬酸合 酶 COA CH2 COO- HO-C-COO- COO- CH2 - 异柠檬酸 裂解酶 COO- HC-COO- HO-C-H - CHO COO- - HO-C-H COO- H-CH COO- - COA 苹果酸 合 酶 乙酰COA 细 胞 质 草 酰 乙 酸 脂酰COA 氧化 （存在微生物和 植物的乙醛酸循乙醛酸循 环体环体中） 线粒体 TCA 草 酰 乙 酸 天 冬 氨 酸 COO- CH2 糖 乙醛酸循环的生物学意义乙醛酸循环的生物学意义 l 可看成TCA循环的一条支路（琥珀酸可进入TCA ） l 苹果酸进入细胞质可进行再氧化草酰乙酸 糖 异生 糖（油料种子萌发时脂肪转变成糖 ） l 对于某些植物、微生物，乙酸、乙酸盐、乙酰 COA等成为赖以生存的细胞原料 糖原代谢 （糖原的合成与分解） 糖原（glycogen)是由许多葡萄糖分 子聚合而成的带有分支的高分子多 糖类化合物。 糖原分子的直链部分借-1,4-糖苷 键而将葡萄糖残基连接起来，其支 链部分则是借-1,6-糖苷键而形成 分支。 -1,4-糖苷键-1,6-糖苷键 糖原是一种无还原性的多糖。 糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的 添加或去除，均在其非还原端进行。 糖原的合成与分解代谢主要发生在肝 、肾和肌肉组织细胞的胞液中。 一、糖原的合成代谢 （一）反应过程： 糖原合成的反应过程可分为三个阶段： 1活化：由葡萄糖生成UDPG，是一耗能过程 。 磷酸化： G + ATP G-6-P + ADP 己糖激酶(葡萄糖激酶) 异构：G-6-P转变为G-1-P： G-6-P G-1-P 转形：G-1-P转变为尿苷二磷酸葡萄糖（ UDPG）： G-1-P + UTP UDPG + PPi UDPG焦磷酸化酶 磷酸葡萄糖变位酶 UDPGUDPG是葡萄糖的一种活化形式是葡萄糖的一种活化形式 2缩合： UDPG + (G)n (G)n+1 + UDP 3分支： 当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在 分支酶的催化下，将距末端67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。 糖原合酶 * -1,4 -1,6 由葡萄糖生成糖原主要有5步反应： G HK or GK Mg2+ ATP ADP G-6-P 变位酶 G-1-P UDPG焦磷酸化酶 UTP PPi UDPG 糖原合酶 R引物 UDP ATP ADP R-1,4G链 糖原 糖原分支酶 糖原合酶糖原合酶 l 糖原合酶从UDP-G转移糖残基到糖原分子非还 原端的C4OH基上，形成1-4糖苷键，使糖原延 长一个葡萄糖残基。糖原是在糖原合酶的作用 下，由UDPG与不定长度的多聚体反应形成的 。 l 糖原合酶需要至少4个G残基长度的（1 4） 多聚G作为引物，在引物上连续的加上G。 l 生糖原蛋白含有8个通过1-4键连接的葡萄糖单 元由它自身加到蛋白质上（自催化），糖原合 酶就是在这个分子上延伸。 糖原分支酶糖原分支酶 l 糖原分支酶是与糖原脱支酶不同的酶。 l 许多葡萄糖单元以1-4键连接为直链后，分支 酶断裂1-4键之一，并把由6-7个葡萄糖残基组 成的末端寡聚糖片段从糖原的主链末端转移到 糖原主链中某个葡萄糖残基的6-羟基上，产生 1-6键。这个反应可以从一个直链多聚糖产生 一个支链多聚糖。 l 糖原的多分支增加了糖原的可溶性，增加了非 还原性末端的数目，从而大大提高糖原分解和 合成的效率。 （二）糖原合成的特点： 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其关键酶是糖原合酶，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： 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。 磷酸解：由糖原磷酸化酶催化对- 1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P。 (G)n + Pi (G)n-1 + G-1- P 糖原磷酸化酶 * 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。 脱支：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 (G)n-1 + G -1,6-葡萄糖苷酶 2异构： G-1-P G-6-P 3脱磷酸： 由葡萄糖-6-磷酸酶催化，生成自由葡 萄糖。该酶只存在于肝及肾中。 G-6-P + H2O G + Pi 磷酸葡萄糖变位