【课件】糖异生作用和糖原的合成

由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称非糖物质：丙酮酸—(能生成丙酮酸的物质：乳酸,柠檬酸,α-酮戊二酸,苹果酸等)生糖氨基酸—(能转变为丙酮酸,α-酮戊二酸,草酰乙酸的AA:Ala,Glu,Asp)甘油—(三酰甘油水解产生的甘油转变为磷酸二羟丙酮后转变为葡萄糖，动物体中脂肪酸氧化分解产生的乙酰CoA不能逆转为丙酮酸，存在乙醛酸循环的植物和动物可利用乙酰CoA生糖)反刍动物胃细菌分解纤维素为乙酸、丙酸、丁酸等，并可将奇数脂肪酸转变为琥珀酰CoA生糖主要发生在动物的肝脏(80％)和肾脏(20％)(胞浆及线粒体)，是动物细胞自身合成葡萄糖的唯一手段葡萄糖的异生作用基本上是糖酵解的逆过程跨越三个“能障”

一个“膜障”

从丙酮酸异生葡萄糖的具体过程(一)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葡萄糖的异生作用磷酸果糖激酶Ⅰ6-磷酸葡萄糖葡萄糖ATPADP己糖激酶6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖ATPADP3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷酸甘油酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+丙酮酸丙酮酸激酶乳酸NAD+NADH+H+三磷酸甘油酸ATPADPADPATP1、糖异生的三个“能障”丙酮酸羧化酶生物素、Mg2++

CO2

+ATP+ADP+Pi丙酮酸草酰乙酸(一)糖异生途径葡萄糖的异生作用(1)丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸GDPGTPCO2磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸

葡萄糖ADPATP丙酮酸激酶ATPADPCO2丙酮酸羧化酶CO2GTPGDP磷酸磷醇式丙酮酸羧激酶草酰乙酸1)丙酮酸羧化酶，辅酶为生物素(反应在线粒体)2)磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(反应在线粒体、胞液)3)参与糖异生的其他酶主要位于胞质草酰乙酸需要被转移到胞质中“膜障”细胞质基质线粒体草酰乙酸转运出线粒体出线粒体苹果酸苹果酸

草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸

出线粒体天冬氨酸草酰乙酸(一)糖异生途径葡萄糖的异生作用(1)丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸草酰乙酸丙酮酸羧化酶ATP+CO2ADP+Pi苹果酸NADH+H+NAD+天冬氨酸谷氨酸α-酮戊二酸天冬氨酸苹果酸草酰乙酸PEP磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶GTPGDP+CO2线粒体胞液苹果酸脱氢酶谷草转氨酶磷酸果糖激酶Ⅰ6-磷酸葡萄糖葡萄糖ATPADP己糖激酶6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖ATPADP3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷酸甘油酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+丙酮酸丙酮酸激酶乳酸NAD+NADH+H+三磷酸甘油酸ATPADPADPATP糖异生的第二个“能障”6-磷酸果糖

1,6-二磷酸果糖ATPADP糖酵解途径磷酸果糖激酶1H3PO4H2O糖的异生作用1,6-二磷酸果糖酶(一)糖异生途径葡萄糖的异生作用(2)1,6-二磷酸果糖变为6-磷酸果糖磷酸果糖激酶Ⅰ6-磷酸葡萄糖葡萄糖ATPADP己糖激酶6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖ATPADP3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷酸甘油酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+丙酮酸丙酮酸激酶乳酸NAD+NADH+H+三磷酸甘油酸ATPADPADPATP糖异生的第三个“能障”H3PO4H2O糖的异生作用6-磷酸葡糖酶肝葡萄糖

6-磷酸葡萄糖ATPADP糖酵解途径己糖激酶(肝)(一)糖异生途径葡萄糖的异生作用(3)6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖磷酸果糖激酶Ⅰ6-磷酸葡萄糖葡萄糖ATPADP己糖激酶6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖ATPADP3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷酸甘油酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+三磷酸甘油酸ATPADP丙酮酸丙酮酸激酶草酰乙酸ATPADP丙酮酸羧化酶PEP羧激酶GDPGTP6-磷酸葡糖酶PiH2OPiH2O1,6-二磷酸果糖酶胞浆线粒体磷酸果糖激酶Ⅰ6-磷酸葡萄糖葡萄糖ATPADP己糖激酶6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖ATPADP3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷酸甘油酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+三磷酸甘油酸ATPADP丙酮酸丙酮酸激酶草酰乙酸ATPADP丙酮酸羧化酶PEP羧激酶GDPGTP6-磷酸葡糖酶PiH2OPiH2O1,6-二磷酸果糖酶胞浆线粒体2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2O→葡萄糖+2NAD++4ADP+2GDP+6Pi糖异生活跃有6-磷酸葡糖酶肝肌肉葡萄糖葡萄糖葡萄糖酵解途径丙酮酸乳酸NADHNAD+乳酸乳酸NAD+NADH丙酮酸糖异生途径血液糖异生低下没有6-磷酸葡糖酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶当肌肉激烈运动时产生大量乳酸，乳酸通过血液进入肝脏，在肝内通过糖异生途径生成葡萄糖，葡萄糖又通过血液被肌肉摄取，构成一个循环(肌肉→肝→肌肉)，称为乳酸循环，或Cori循环(二)乳酸循环(Cori循环)葡萄糖的异生作用1、乳酸循环是一个耗能的过程2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP乳酸循环的意义(二)乳酸循环(Cori循环)葡萄糖的异生作用磷酸果糖激酶Ⅰ6-磷酸葡萄糖葡萄糖ATPADP己糖激酶6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖ATPADP3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷酸甘油酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+三磷酸甘油酸ATPADP丙酮酸丙酮酸激酶草酰乙酸ATPADP丙酮酸羧化酶PEP羧激酶GDPGTP6-磷酸葡糖酶PiH2OPiH2O1,6-二磷酸果糖酶胞浆线粒体1、乳酸循环是一个耗能的过程2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP乳酸循环的意义(二)乳酸循环(Cori循环)葡萄糖的异生作用2、生理意义①乳酸再利用，避免了乳酸的损失②防止乳酸的堆积引起酸中毒③促进肝糖原的不断更新酵解途径与糖异生途径是方向相反的两条代谢途径。如从丙酮酸进行有效的糖异生，就必须抑制酵解途径，以防止葡萄糖又重新分解成丙酮酸；反之亦然这种协调主要依赖于对这两条途径中的两个底物循环进行调节葡萄糖的异生作用(三)糖异生的调节1、第一个底物循环在6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖之间进行6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖ATPADP磷酸果糖激酶1Pi1,6-二磷酸果糖酶

2,6-二磷酸果糖AMP柠檬酸糖异生关键酶葡萄糖的异生作用(三)糖异生的调节葡萄糖的异生作用（三）糖异生的调节2、第二个底物循环在磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间进行PEP丙酮酸ATPADP丙酮酸激酶1,6-二磷酸果糖丙氨酸乙酰CoA草酰乙酸丙酮酸羧化酶ADP原料增多，促进糖异生饥饿剧烈运动脂肪动员加强[甘油]↑组织蛋白质分解加强[氨基酸]↑[乳酸]↑糖异生作用加强葡萄糖的异生作用（三）糖异生的调节葡萄糖的异生作用糖异生作用的意义1.维持血糖浓度的相对恒定2.有利于体内乳酸的利用3.糖原合成的间接途径，补充恢复肝糖原储备4.长期饥饿或禁食时，肾糖异生增强，有利于维持酸碱平衡

葡萄糖的异生作用糖异生作用的意义

饥饿造成的代谢性酸中毒，此时体液pH降低，促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，从而使糖异生作用增强。另外，当肾中α-酮戊二酸因异生成糖而减少时，可促进谷氨酰胺脱氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脱氨反应，肾小管细胞将NH3分泌入管腔中，与原尿中H+结合，降低原尿H+的浓度，有利于排氢保钠作用的进行，对于防止酸中毒有重要作用肌肉：肌糖原，180~300g，供肌肉收缩所需肝脏：肝糖原，70~100g，维持血糖水平糖原储存的主要器官及生理意义由葡萄糖合成糖原的过程合成部位组织定位：主要在肝脏、骨骼肌细胞定位：胞浆合成阶段：葡萄糖的活化+直链/支链的形成糖原的合成一、糖原的合成ATPADP

葡萄糖激酶(肝)(or己糖激酶)Mg2+葡萄糖6-磷酸葡萄糖葡萄糖+ATP6-磷酸葡萄糖+ADPOHHHHOHOHHOHOHCH2OPO3H21、葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖糖原合成途径(一)葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖糖原的合成一、糖原的合成1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖2、6-磷酸葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖糖原合成途径(一)葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖糖原的合成一、糖原的合成1-磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)PPiUDPG焦磷酸化酶H2O2PiUTP+1-磷酸葡萄糖UDPG+PPiUTPPPP尿苷UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体3、尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)的生成糖原合成途径(一)葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖糖原的合成一、糖原的合成尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)糖原引物(Gn)糖原合酶糖原(Gn+1)UDPRHOOOHHHHOHHOHCH2OHOOHHHHOHHOHCH2OH位置：糖原引物非还原端糖苷键：α(1→4)4、UDPG中的葡萄糖连到糖原引物上糖原合成途径(一)葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖糖原的合成一、糖原的合成在一种叫Tyr糖基转移酶的催化下，第一个葡萄糖单位转移到糖原素的Tyr194–OH二聚体糖原素的自催化作用将第二个葡萄糖单位转移到第一个葡萄糖单位的4号位羟基上，形成第一个α(1→4)糖苷键到形成一个七糖单位以后，由糖原合酶取而代之糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来??4、UDPG中的葡萄糖连到糖原引物上糖原合成途径(一)葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖糖原的合成一、糖原的合成糖原引物糖原合酶分支酶糖原合成的限速酶

糖原分支酶催化，将α(1→4)糖苷键转换为α(1→6)糖苷键，形成有分支的糖原非还原端5、分支酶催化糖原不断形成新分支链糖原合成途径(一)葡萄糖活化为尿苷二磷酸葡萄糖糖原的合成一、糖原的合成糖原合成图葡萄糖1-磷酸葡萄糖糖原(α(1→4)和α(1→6)糖苷键连接)6-磷酸葡萄糖ATPADPUDPGUTPPPi糖原(α(1→4)糖苷键连接)糖原引物UDP小结*限速酶:糖原合酶*葡萄糖的供体:UDPG*增加一个G单位,消耗2分子ATP

葡萄糖激酶(肝)(or己糖激酶)磷酸葡萄糖变位酶UDPG焦磷酸化酶糖原合酶分支酶糖原的合成与分解总图UDPG焦磷酸化酶G-1-PUTPUDPGPPiGn+1

UDPG-6-PG

糖原合酶磷酸葡萄糖变位酶己糖(葡萄糖)激酶Gn

Pi6-磷酸葡糖酶(肝)Gn

Gn磷酸化酶6-磷酸葡糖酶只存在于肝、肾中，而不存在于肌中。所以只有肝和肾可补充血糖；而肌糖原不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解或有氧氧化为肌收缩供能糖原分解与合成的关键酶是糖原磷酸化酶