戊糖磷酸途径-异生-糖原合成与分解讲义

1、戊糖磷酸途径-异生-糖原合成与分解讲义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-P6-P-葡萄糖酸内酯6-P-葡萄糖脱氢酶6-P-葡萄糖酸内酯酶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2 甘油醛-3-磷酸2 景天庚酮糖-7-磷酸2 赤藓丁糖-4-磷酸2 果糖-

3、6-磷酸2 核糖-5-磷酸2 木酮糖-5-磷酸1 果糖-1， 6-二磷酸Pi H2O1 果糖-6-磷酸转醛酶异构酶转酮酶2 果糖-6-磷酸2 甘油醛-3-磷酸转酮酶醛缩酶阶段之一阶段之二阶段之三葡萄糖-6-磷酸（5）异构酶2 木酮糖-5-磷酸果糖-1， 6-二磷酸酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一（核酮糖-5-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+2赤藓糖-4-磷酸2果糖-6-磷酸转酮酶2甘油醛-3-磷酸+景天庚酮糖-7-磷酸2H2+2核糖-5-磷酸木酮糖-5-磷酸基团转移（续前）+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖转

4、酮酶+24-磷酸赤藓糖25-磷酸木酮糖果糖-1,6-二磷酸醛缩酶果糖-1,6-二磷酸酯酶H2O Pi果糖-6-磷酸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）2甘油醛-3-磷酸异构酶葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖异构酶磷酸戊糖途径的总反应式 6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+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

5、由丙酮酸、草酰乙酸、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6-磷酸果糖 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛2 2-磷酸甘油酸2丙酮酸6-磷酸葡萄糖ADPATP1,6-

6、二磷酸果糖ADPATP21,3-二磷酸甘油酸2Pi2NADH+ 2H+2NAD+2 3-磷酸甘油酸2ADP2ATP2磷酸烯醇式丙酮酸2H2O2烯醇式丙酮酸2ADP2ATP2乳酸三个不可逆过程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）P磷酸烯醇丙酮酸（PEP）丙酮酸GTPGDPCO2丙酮酸+ATP+GTP+H2O 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP+GDP+Pi+H+ATP+H2O ADP+PiCO2生物素草酰乙酸天冬氨酸苹果酸天冬氨酸苹果酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸线粒体中草酰乙酸的转运线粒体内膜线粒体基质细胞浆糖异生丙酮酸羧化酶

7、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-1H3PO4 H2O糖的异生作用果糖二磷酸酶-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-磷酸葡萄糖的水解葡萄糖 6-磷酸葡萄糖ATP ADP糖的分解代谢葡萄糖激酶(肝)H3PO4 H2O糖的异生作用葡萄糖-6-磷酸酶肝底物循环糖酵解作用葡萄糖异生作用1己糖激酶葡萄糖-6-磷酸酶2磷酸果糖激酶果糖-1,6-二磷酸酶3丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶4、糖酵解和葡萄糖异生途径中酶的差异葡萄糖-6-磷酸

8、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 果糖二磷酸酶ATPGTPATP四、由丙酮酸到葡萄糖的能量消耗2Pyr+4ATP+2GTP2NADH+6H2OG+4ADP+2GDP2NAD+2H1. 异生途径:2. EMP逆过程:2Pyr+2ATP+2NADH+2H2OG+2ADP+2Pi2NADG2Pyr：可产生2ATP异生消耗：4ATP2GTP额外消耗：4ATP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

9、， PFK受抑制，降低糖酵解的速率，柠檬酸增加果糖-1、6-二磷酸酶活性，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，

10、关闭糖异生作用。 2、丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶的调节：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Co

11、ASH柠檬酸合成酶顺乌头酸酶乙醛酸循环反应历程NAD +NADH苹果酸脱氢酶 OCH3-CSCoACoASH OCH3-CSCoACOO-CH2CH2COO-琥珀酸异柠檬酸裂解酶苹果酸合成酶 O OH-C-C OH乙醛酸草酰乙酸321 OCH3-C-SCoACoASH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2PEP羧激酶GTPGDP苹果酸草酰乙酸 COOH HO-CHCOOHH-C-HNAD+ NADH+H+ 糖异生途径3乙醛酸循环体

12、胞液苹果酸脱氢酶酶乙醛酸循环总反应式草酰乙酸+ 2CoASH+NADH+H+ +FADH22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 糖原的结构糖原的分子结构：糖原的结构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)糖原（葡萄糖单位n）H

13、3PO4 糖原（葡萄糖单位n1）葡萄糖-1-磷酸糖原磷酸化酶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非还原端磷酸化酶a转移酶 G -1-P脱枝酶（释放1个葡萄糖）G G

14、 -6-PG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 bran

15、ching 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 pytophosphorylase) 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+PPi1-磷酸葡萄糖UTPUDPGUDP-葡萄糖焦磷酸化酶+PPi糖原合成酶反应UDPGUDP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UDPG焦磷酸化酶

16、G-1-P UTP UDPG PPi 糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶 磷酸葡萄糖变位酶 己糖(葡萄糖)激酶 糖原n Pi 磷酸化酶 葡萄糖-6-磷酸酶（肝） 糖原n 关键酶 糖原合成：糖原合酶 糖原分解：糖原磷酸化酶 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 腺苷环化酶 （无活性）腺苷环化酶（有活性） 激素（胰高血糖素等）+ 受体 ATP cAMP PKA(无活性) 磷酸化酶b激酶 糖