简明生物化学原理 课件 第9章 糖代谢4

第9章糖代谢简明生物化学原理CarbohydratesMetabolism一、糖代谢概况二、糖酵解：反应途径、能量转变、调节三、柠檬酸循环：过程及调控、意义四、磷酸戊糖途径：基本过程、意义和调控五、糖异生和糖的其他代谢途径六、糖原的分解与合成本章内容糖原的结构和特点第六节糖原和分解和生物合成血糖4.44～6.67mmol/L食物肝糖原糖异生H2O、CO2ATP糖原脂肪、氨基酸、核糖等随尿排出＞8.89mmol/L消化吸收分解非糖物质合成氧化转变定义：血液中的葡萄糖表示方法：100ml血液中所含葡萄糖的毫克数正常水平：80mg-120mg/100ml（4.5mmol/L）意义：保持糖在体内的运输，氧化供能、诊断疾病血糖的平衡——来源和去路一、糖原的分解代谢（一）定义

糖原分解(glycogenolysis)习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。（二）亚细胞定位：胞浆

关键酶：糖原磷酸化酶（三）反应过程（从非还原端开始）

糖原的分解代谢可分为三个阶段：1．分解：包括三步反应，循环交替进行1．分解：包括三步反应⑴.磷酸解：由糖原磷酸化酶(glycogenphosphorylase)催化对α-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P。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，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。⑶.脱支：由脱支酶催化。将α-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖

⑵和⑶由脱支酶催化打断α-1,4-糖苷键形成α-1,4-糖苷键水解α-1,6-糖苷键分解：包括三步反应⑴磷酸解：⑵转寡糖链⑶脱支糖原磷酸化反应糖原磷酸化酶只断裂

-1,4糖苷键糖原磷酸解：断裂直链部分

(14)糖苷键产生G-1-P（1）从非还原端开始，磷酸解产生G-1-P和(n-1)残基的糖原。（2）糖原磷酸化酶调控糖原分解的磷酸化过程

（肌）磷酸化酶（四聚体）（肝）磷酸化酶（二聚体）有两种可互换形式：活性形式无活性形式两种形式的转换是由于每条多肽链的14位Ser的磷酸化与脱磷酸化。糖原磷酸化酶的结构模型由两个完全相同的亚基组成含有多个结构域磷酸吡哆醛是其辅基，但其作用的是磷酸基团Page161脱支酶是一种双功能酶。它的一个功能是具有1,4→1,4-葡萄糖糖基转移酶活性，借助于此活性可以将不能再被磷酸解的与分支点葡萄糖残基相连的3个葡萄糖单位同时转移到邻近的寡糖链上的非还原端，并维持以α（1→4）糖苷键连接。被转移到新位点上的葡萄糖残基可正常地进行磷酸解，而遗留在分支点的葡萄糖残基在脱支酶的第二个功能即α-1,6-糖苷酶的活性作用下，被水解成游离的葡萄糖分子。①转移葡萄糖残基②水解

-1,6-糖苷键（不是磷酸解）糖原分支点的去除（1）寡聚葡萄糖转移酶活力将磷酸化酶作用后留下的4个葡萄糖残基中的三个转移到另一个枝链的末端。（2）(16)葡萄糖糖苷酶活力将剩余的一个葡萄糖残基切除。在几个酶的共同作用下，最终产物中约90%为1-磷酸葡萄糖，10%为游离葡萄糖。2.异构：

G-1-P

G-6-P

磷酸葡萄糖变位酶G-1-P通过变位酶进入糖酵解或者转变为葡萄糖，来补充血糖。3．脱磷酸：

由葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase)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

葡萄糖-6-磷酸酶糖原的分解代谢内质网标志酶—葡萄糖-6-磷酸酶肌糖原的分解由于脑和肌肉组织中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。（四）糖原分解的特点1．分解反应在糖原的非还原端进行；2．是一非耗能过程（磷酸解）3.关键酶是糖原磷酸化酶，受双重调节（别构调节和共价修饰调节）。其辅酶是磷酸吡哆醛。4.α-1，6-糖苷键相连的G残基水解成游离的葡萄糖

α-1，4-糖苷键被磷酸解生成1-磷酸葡萄糖

在磷酸化酶和脱支酶共同作用下，糖原分解的终产物是G-1-P和葡萄糖。为什么糖原降解选用磷酸解，而不是水解？

糖原水解反应的产物是葡萄糖，而糖原磷酸解的产物是葡萄糖-1-磷酸。机体内磷酸葡萄糖异构酶广泛存在，因此糖原磷酸解的产物——葡萄糖-1-磷酸很容易转变成葡萄糖-6-磷酸，不需要消耗能量，直接进入糖的分解代谢。而糖元水解反应产物葡萄糖要进入分解代谢，还要消耗能量转变成葡萄糖-6-磷酸，所以糖原降解选用磷酸解是机体的一种节能行为。二、糖原的合成（一）定义：(glycogenesis)。由单糖合成糖原的过程称为糖原的合成（二）部位：肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中（三）反应过程糖原合成的反应过程可分为三个阶段：关键酶：糖原合酶三个阶段反应：Ⅰ阶段的反应

葡萄糖活化——尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)Ⅱ阶段的反应

糖原合酶的作用——形成直链的结构Ⅲ阶段的反应

分支酶的作用——形成支链的结构活化过程结果:葡萄糖C1活化

淀粉的合成与糖原的合成是相似的，但葡萄糖的活化形式是ADPG1．葡萄糖活化：由葡萄糖生成UDPG，是一耗能过程++PPiUTPUDPGUDPGglucose1-phosphateGlu-1-P+UTP→UDP-Glu+PPi

尿苷二磷酸葡萄糖(活性葡萄糖)

(uridinediphosphateglucose,UDPG)2．缩合：在关键酶糖原合酶的催化下，以原有糖原分子为引物，添加新的葡萄糖单位。UDPG+(G)n(G)n+1+UDP糖原合酶theprimer*糖原n为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)，作为UDPG上葡萄糖基的接受体。

糖原合酶功能特点：（1）它需要一个“引物”存在，即含4个残基以上的葡聚糖分子上，该引物又称为生糖原蛋白；（2）只能以1-4糖苷键相连；（3）生糖原蛋白可催化8个UDPG以-1,4糖苷键成链；（4）糖原合酶一旦与生糖原蛋白脱离，将不再行使其合成作用。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6～7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。

分支意义增加糖原水溶性非还原端糖原合成的特点：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，受双重调节：别构调节和共价修饰调节。5．需UTP参与（以UDP为载体）。UDPG是葡萄糖的活化形式，是糖原合成中葡萄糖的直接供体。6、α-1，4糖苷键是由糖原合酶催化。

α-1，6糖苷键是由分支酶催化。三、糖原合成与分解的调节主要调节酶

糖原合成：糖原合成酶分解：糖原磷酸化酶受磷酸化或去磷酸化的共价修饰调节和别构效应调节，两酶修饰情况相似，但结果正好相反，两者之间当有一种被激活时，另一种被抑制，两者不会同时都处于激活状态，说明糖原的合成与其降解是密切协调的。糖原合酶也可通过别构调节，6-磷酸葡萄糖是激活剂。都以活性、无（低）活性二种形式存在(一)糖原磷酸化酶活性调节1、别构调节机制肌肉中糖原磷酸化酶的活性是受到肾上腺素的调节肝脏中糖原磷酸化酶的活性主要受胰高血糖素调节2、共价修饰（1）Ca2+的别构调节：Ca2+结合并别构糖原磷酸化酶激酶b使其具有活性，催化活性的糖原磷酸化酶a形成。（2）AMP和ATP的别构调节：AMP别构激活糖原磷酸化酶；ATP和G-6-P别构位点结合，使糖原磷酸化酶失活。

(二)糖原合成酶活性的调节别构调节：ATP、G-6-P别构激活糖原合酶共价修饰

胰岛素通过共价修饰促进糖原合成，抑制糖原分解（通过增强磷酸二酯酶活性,降低cAMP水平），胰高血糖素正好相反。

磷酸化酶和糖原合酶的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。糖原合酶a(有活性)糖原磷酸化酶b(无活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合酶b(无活性)糖原磷酸化酶a(有活性)PP有利于糖原合成有利于糖原分解激素对糖原代谢的调控意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。这种调节方式快速、效率极高。肾上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（无活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶b（无活性）磷酸化酶a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液肾上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖ATPADPATPADP456什么是降血糖激素？如何发挥作用？降血糖激素胰岛素是体内唯一的降血糖激素，它的作用有几个方面：（1）促进葡萄糖进入细胞（2）抑制糖原磷酸化酶，激活糖原合酶，加速肌、肝糖原的合成。（3）激活丙酮酸脱氢酶，加速丙酮酸脱羧生成乙酰辅酶A。（4）抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的活性，降低糖异生。