戊糖磷酸途径-异生-糖原合成与分解.ppt

1、戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径,1. 是糖代谢的第二条重要途径2. 在细胞浆中进行3. 广泛存在于动植物细胞内,第一节 戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway， PPP）,一、 概念,磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。,磷酸戊糖途径又称戊糖支路（pentose shunt)、己糖单磷酸途径（hexose monophosphate pathway)、磷酸葡糖酸氧化途径（phosphogluconate oxidative pathway)、戊糖磷酸循环（pentose phosphate

2、cycle)。这些名称均强调从磷酸化的六碳糖形成磷酸化的五碳糖。,二、磷酸戊糖途径的反应过程,磷酸戊糖途径的核心反应式： G-6-P + 2NADP+ + H2O R-5-P + 2NADPH + 2H+ +CO2,全部代谢过程可分为两个阶段：,氧化脱羧阶段：生成NADPH及CO2 非氧化分子重排阶段：一系列基团的转移,1. 磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段,G-6-P,6-P-葡萄糖酸,5-P-核酮糖,6-P-葡萄糖酸脱氢酶,2.磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段,6 核酮糖-5-磷酸,转醛酶,异构酶,转酮酶,转酮酶,醛缩酶,异构酶,果糖-1， 6-二磷酸酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一（核酮糖-5

3、-磷酸异构化）,差向异构酶,异构酶,木酮糖-5-磷酸,核糖-5-磷酸,核酮糖-5-磷酸,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之二（基团转移）,转醛酶,转酮酶,基团转移（续前）,转酮酶,果糖-1,6-二磷酸,醛缩酶,果糖-1,6-二磷酸酯酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （甘油醛-3-磷酸异构、缩合与水解）,异构酶,磷酸葡萄糖异构酶,磷酸戊糖途径的总反应式,产生大量NADPH,主要用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力,三、磷酸戊糖途径的生理意义,产生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物,与光合作用联系，实现某些单糖间的转变,第二节 糖的异生（Gluconeogenesis),一、糖异生的概念,由丙酮酸、草酰乙

4、酸、乳酸、丙酸、甘油、氨基酸等非糖物质转变成葡萄糖的过程称为糖异生。,糖异生研究中最直接的证据来自动物实验：大鼠禁食24小时，肝中糖原从7% 1%，若喂乳酸、丙酮酸等肝糖原的量会增加。,葡萄糖的来源饮食摄入，体内糖原分解，糖异生。,二、糖异生途径,酵解途径中有3个由关键酶催化的不可逆反应在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。,糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有、可逆的；基本上是糖酵解的逆过程，但必须克服三个“能障” 。,场所：主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体,三、糖 酵 解 过 程,葡萄糖,三个不可逆过程,1、丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸,PEP羧激酶 （线粒体/胞液）,丙酮酸羧化酶 （线粒体）

5、,丙酮酸,天冬氨酸,苹果酸,天冬氨酸,苹果酸,草酰乙酸,丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸,线粒体中 草酰乙酸的转运,糖异生,丙酮酸 羧化酶,PEP 羧激酶,苹果酸脱氢酶,苹果酸脱氢酶,2、1,6-二磷酸果糖的水解,6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖,ATP ADP,糖的分解代谢,磷酸果糖激酶-1,底物循环,作用物的互变反应分别由不同的酶催化其单向反应，这种互变循环就称为底物循环。,3、6-磷酸葡萄糖的水解,H3PO4 H2O,糖的异生作用,葡萄糖-6-磷酸酶,肝,底物循环,4、糖酵解和葡萄糖异生途径中酶的差异,葡萄糖-6-磷酸酶,第1步,第2步,第3步,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶,

6、果糖二磷酸酶,ATP,GTP,ATP,四、由丙酮酸到葡萄糖的能量消耗,2Pyr+4ATP+2GTP2NADH+6H2O,G+4ADP+2GDP2NAD+2H,1. 异生途径:,2. EMP逆过程:,2Pyr+2ATP+2NADH+2H2O,G+2ADP+2Pi2NAD,G2Pyr：可产生2ATP 异生消耗：4ATP2GTP,五、葡萄糖异生作用的调节,1、磷酸果糖激酶（PFK）和果糖-1、6-二磷酸酶的调节,当AMP水平高时，表明需要ATP， PFK激活，增加糖酵解，由于果糖-1、6-二磷酸酶受抑制，则糖异生关闭。当ATP和柠檬酸水平高时， PFK受抑制，降低糖酵解的速率，柠檬酸增加果糖-1、6

7、-二磷酸酶活性，从而增加糖异生速率。,当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用， 使酶蛋白磷酸化（FBPase2活化），降低F-2、6-BP；当进食时，血糖水平较高，激素胰岛素释放，使F-2、6-BP增加，激活PFK，加速酵解；同时F-2、6-BP的增加抑制果糖-1、6-二磷酸酶活性，使糖异生作用受抑制。,高水平的ATP和Ala抑制丙酮酸激酶，从而抑制糖酵解；由于该情况下乙酰CoA亦是充裕的，则活化丙酮酸羧化酶，有助于糖异生的进行。反之，在细胞供能状态较低时，ADP水平较高，则抑制丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶，关闭糖异生作用。,2、丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和PEP羧激

8、酶的调节：,丙酮酸激酶被F-1、6BP活化（前馈激活），即需要糖酵解加速时该酶的活性被提高。,当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用，使丙酮酸激酶发生磷酸化，从而失去活性，抑制糖酵解。,六、糖异生作用的意义,在饥饿情况下保证血糖浓度的相对恒定 补充糖原贮备 有利于乳酸的利用,第三节、乙醛酸循环 （Glyoxylate pathway or Cycle),由于循环中产物为乙醛酸而得名 只有一些植物和微生物兼具有这样的途径，动 物中不存在。 乙醛酸途径中的酶存在于线粒体和植物的乙醛 酸循环体（Glyoxysome）中,CoASH,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,乙醛酸循环反

9、应历程,NAD +,NADH,苹果酸脱氢酶,O CH3-CSCoA,CoASH,O CH3-CSCoA,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合成酶,O O H-C-C OH,乙醛酸,草酰乙酸,3,2,1,CoASH,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,草酰乙酸,苹果酸,延胡索酸,三羧酸循环,1,草酰乙酸,草酰乙酸,天冬氨酸,谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,-酮戊二酸,乙醛酸循环体,线粒体,天冬氨酸,天冬氨酸转氨酶,天冬氨酸转氨酶,乙醛酸循环,2,PEP羧激酶,苹果酸,NAD+ NADH+H+,糖异生途径,3,乙醛酸循环体,胞液,苹果酸脱氢酶酶,乙醛酸循环总反应式,草酰乙酸+ 2CoASH

10、+NADH+H+ +FADH2,2乙酰CoA+NAD+ FAD,糖异生,油类植物种子中的油,脂代谢,糖,乙醛酸循环,草酰乙酸,乙酰CoA,乙醛酸的生物意义,种子萌发,第四节 糖原的分解与合成,糖原：是由若干个葡萄糖单位组成的具有许多分支结构的多糖， 是动物体内糖的储存形式。,糖原以颗粒形式存在于细胞质中，颗粒中除含糖原外，还有催化其合成与降解的酶以及调节蛋白。糖原主要储存在肝和肌肉组织中,肝糖原分解主要是补充血糖,肌糖原分解主要是为 肌肉收缩提供能量。,一、糖原的分解 (Glycogen breakdown),肝糖原分解后绝大部分转化为葡萄糖释放入血。,糖原磷酸化酶 糖原脱枝酶 磷酸葡萄糖变位

11、酶,糖原磷酸解的反应过程为：,糖原的降解需要三种酶：,糖原磷酸化酶 从糖原的非还原端逐个断下葡萄糖分子，催化断裂的是末端葡萄糖残基C1与相邻葡萄糖残基C4之间的糖苷键（-1，4-糖苷键），断裂后氧原子留在C4上。只作用到糖原分支点前4个葡萄糖残基处即不能再继续催化。,糖原磷酸化酶b 糖原磷酸化酶a,无活性,磷酸化酶激酶,糖原糖原脱枝酶 具有糖基转移酶和a-(16)糖苷酶的活性,有活性,糖原磷酸解的步骤,糖原核心,磷酸化酶a,葡萄糖磷酸变位酶,葡萄糖-1-磷酸 葡萄糖-6-磷酸,磷酸葡萄糖变位酶,七. 乳酸循环（可立氏循环，Cori 循环）,乳酸循环的生理意义：促进乳酸再利用，更新肝糖原，防止酸

12、中毒,+H+,Cori循环在激烈运动时，糖酵解作用产生的NADH的速度超出通过呼吸链再形成NAD+的能力。这时肌肉中酵解过程形成的丙酮酸由乳酸脱氢酶转变为乳酸使NAD+再生，这样糖酵解作用才能继续提供ATP。肌肉细胞内的乳酸扩散到血液并随着血流进入肝脏细胞，在肝脏中通过糖异生途径转变为葡萄糖，又回到血液，随血流供应肌肉和脑对葡萄糖的需要。这个循环过程称Cori循环,二、糖原的生物合成,3. 糖原分枝酶（glycogen branching enzyme） 催化-1，6-糖苷键合成,糖原的生物合成通过三个步骤，包括三种酶。,1. UDP-葡萄糖焦磷酸化酶 (UDP-glucose pytopho

13、sphorylase) 催化形成（尿苷二磷酸葡萄糖UDPG）,2. 糖原合成酶（glycogen synthase） 催化-1，4-糖苷键合成,尿苷二磷酸葡萄糖的生成,UDP-葡萄糖 焦磷酸化酶,+PPi,糖原合成酶反应,UDPG,UDP,糖原（n个G分子）,糖原（n+1）,糖原新分支的形成,糖原核心,糖原核心,糖原核心,糖原核心,非还原性末端,-1，4 糖苷键,-1，6 糖苷键,糖原分支酶,三、糖原分解和合成的调控,它们的快速调节有共价修饰和变构调节二种方式。 它们都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,这两种关键酶的重要特点：, 调节有级联放大作用，效率高；, 两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；, 此调节为酶促反应，调节速度快；, 受激素调节。,1. 共价修饰调节,磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,AMP,