糖代谢资料含葡萄糖的其他代谢途径#参考资料

1、四. 葡萄糖的其他代谢途径(一) 磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖磷酸戊糖途径：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。细胞定位：胞液1. 两个阶段：a. 氧化反应：生成磷酸戊糖，NADPH + H+ 及CO2 b. 非氧化反应：包括一系列基团转移（1）6-磷酸葡糖在氧化阶段生成磷酸戊糖和NADPH A. P172公式B. G-6-P 1 2 3 5-磷酸核糖 (1: NADP+ NADPH+H+ 6-磷酸葡糖脱氢酶 (脱氢)2:H2O 内酯酶 (脱水) 3: NADP+ NADPH+H+ + CO2) 6-磷酸葡糖酸脱氢酶 (脱羧

2、)C. 催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。 (2) 经过基团转移反应进入糖酵解途径A. 每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C (3-磷酸甘油醛)、4C (4-磷酸赤藓糖)、6C (6-磷酸果糖)、7C(7-磷酸景天糖)等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。 B. 这些基团转移反应可分为两类: a. 转酮醇酶（transketolase）反应，转移含1个酮基、1个醇基的2碳基团；接受体都是醛糖。b. 转醛醇酶（transaldola

3、se）反应，转移3碳单位；接受体也是醛糖。C. P173公式D. 第二阶段反应意义：通过一系列基团转移反应，将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而进入酵解途径。因此磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路（pentose phosphate shunt）。a. 磷酸戊糖途径的总反应式： 36-磷酸葡糖 + 6 NADP+ 26-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛+ 6NADPH + 6H+ 3CO2b. 磷酸戊糖途径的特点: （1）脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。 （2）反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。（3）反应中生成了重要的中间代谢物5

4、-磷酸核糖。（4）一分子G-6-P经过反应，只能发生一次脱羧（得5-磷酸核酮糖）和二次脱氢反应，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+。2. 磷酸戊糖途径受NADPH/NADP+比值的调节 6-磷酸葡糖脱氢酶: 此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡糖进入磷酸戊糖途径的流量。 此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。3. 磷酸戊糖途径的生理意义在于生成NADPH和5-磷酸核糖a. 磷酸戊糖途径为核苷酸的生成提供核糖b. 提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应 1）NADPH是体内许多合成代谢的供氢体

5、（胆固醇合成等）；2）NADPH参与体内羟化反应（合成胆汁酸，合成类固醇激素等）； 3）NADPH还用于维持谷胱甘肽（glutathione）的还原状态。 c. 谷胱甘肽还原酶：公式：P174 作用：还原型谷胱甘肽是体内重要的抗氧化剂，可以保护一些含-SH基的蛋白质或酶免受氧化剂，尤其是过氧化物的损害。在红细胞中还原型谷胱甘肽更具有重要作用。它可以保护红细胞膜蛋白的完整性。 （二）糖醛酸途径可生成活泼的葡糖醛酸对人类而言，糖醛酸途径的主要生理意义在于生成活化的葡糖醛酸，即UDPGA。葡糖醛酸是组成蛋白聚糖的糖胺聚糖，如透明质酸、硫酸软骨素、肝素等的组成成分；葡糖醛酸在生物转化过程中参与很多结合

6、反应。（三） 多元醇途径可生成木糖醇、山梨醇等葡萄糖代谢过程中可生成一些多元醇，如木糖醇（xylitol）、山梨醇（sorbitol）等，所以被称为多元醇途径（polyol pathway）。 但这些代谢过程局限于某些组织，对整个葡萄糖代谢所占比重极少。木糖醇的应用:1.制作口香糖, 抑制口腔细菌生长;2.作为甜味剂, 制作糖尿病病人能食用的无糖食品 五糖原的合成与分解 糖原 (glycogen)： 是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。糖原储存的主要器官及其生理意义：肌肉：肌糖原，180 300g，主要供肌肉收缩所需 肝脏：肝糖原，70 100g，维持血糖水平 糖原结构特点

7、：1. 葡萄糖单元以-1,4-糖苷键形成长链。2. 约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。3. 每条链都终止于一个非还原端. 非还原端增多，以利于其被酶分解。（一）糖原合成的代谢反应主要发生在肝脏和肌肉(1) 糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆途径：1. 葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡糖 需ATP，己糖激酶/葡糖激酶（肝）2. 6-磷酸葡糖转变成1-磷酸葡糖 磷酸葡糖激酶 这步反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成-1,4-糖苷键，所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化，

8、才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合。 半缩醛羟基与磷酸基之间形成的O-P键，具有较高的能量。3. 1- 磷酸葡糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖尿苷：UTP，UDPG焦磷酸化酶*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体4. -1,4-糖苷键式结合 糖原合酶 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 上葡糖基的接受体。 (2)糖原分支 形成：分支酶，当糖链达1218个葡萄糖基时，分支酶将一段糖链（67）转移到附近糖链上以-1,6-糖苷键相接，形成分支 糖原合酶作用下，糖链只能延长分支的意义：1）增加糖原的水溶性；2）增加非还原端数目，以便

9、磷酸化酶能迅速分解糖原。（3）从葡萄糖合成糖原是耗能的过程（消耗2ATP）。GlucoseG-6-P , 1-磷酸葡萄糖UDPG（高能磷酸键转移:ATPUTP）(焦磷酸水解为2分子磷酸，损失一个高能磷酸键)（二）糖原分解不是糖原合成的逆反应1. 糖原分解 (glycogenolysis )习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。*肌糖原: 肌肉中无葡糖-6-磷酸酶，所以肌糖原不能分解为GLU,只能进行糖酵解or有氧氧化）肌糖原的分解：肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡糖之后，由于肌肉组织中不存在葡糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，

10、而只能进入酵解途径进一步代谢。肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。亚细胞定位：胞浆 2. 肝糖原的分解过程: （1） 糖原的磷酸解（a-1,4糖苷键）糖原磷酸化酶：只能分解a-1，4-糖苷键，所以断糖链不断分支根（2） 脱支酶的作用 转移葡萄糖残基：仍以a-1，4-糖苷键结合 水解a-1,6-糖苷键：1个，水解为游离葡萄糖脱支酶：葡聚糖转移酶 + a-1，6-葡糖苷酶转移酶活性（3） 1-磷酸葡糖转变成6-磷酸葡糖 磷酸葡糖变位酶（4） 6-磷酸葡糖水解生成葡萄糖 葡糖-6磷酸酶（肝，肾）小结：G-6-P代谢通路：G-6-P G: 补充血糖 F-6-P: 6-磷酸葡糖异构酶， 酵解途径 6-磷酸

11、葡糖内酯：6-磷酸葡糖内酯酶，磷酸戊糖途径 G-1-PUDPG糖原合成 G-1-PUDPG葡糖醛酸UDPGA5-磷酸木酮糖6-磷酸葡糖内酯（葡糖醛酸途径）糖原合成分解总结图：P177图9-11（三）糖原合成与分解受到彼此相反的调节关键酶：糖原合成：糖原合酶 糖原分解: 糖原磷酸化酶两种关键酶重要特点：它们的快速调节有共价修饰和别构调节二种方式。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1. 糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶a. 共价修饰：糖原磷酸化酶：低活性：去磷酸化：糖原磷酸化酶/磷酸化酶b 高活性：磷酸化：磷酸型磷酸化酶/磷酸化酶a 磷酸化过程：糖原

12、磷酸化酶b激酶 去磷酸化过程：磷蛋白磷酸酶-1糖原磷酸化酶b激酶：无活性：去磷酸化 有活性：磷酸化 磷酸化过程：依赖cAMP的蛋白激酶 去磷酸化过程：磷蛋白磷酸酶-1 特别：带磷有活性！区别于基因表达（磷酸化基因常沉默）糖原磷酸化酶b激酶蛋白激酶磷酸化有活性作用于糖原磷酸化酶b磷酸化糖原磷酸化酶a（有活性）糖原分解磷蛋白磷酸酶-1去磷酸化糖原磷酸化酶b（低活） 依赖cAMP的蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase, 简称蛋白激酶A），其活性受cAMP调节。（ATP, 腺苷酸环化酶，胰高血糖素，肾上腺素促进） 这种通过一系列酶促反应将激素信号放大的连锁反应称为级联放

13、大系统（cascade system），与酶含量调节相比（一般以几小时或天计），反应快，效率高。其意义有二：一是放大效应；二是级联中各级反应都存在有可以被调节的方式。b. 变构调节：（主要在血糖浓度升高时）糖原磷酸化酶还受变构调节，葡萄糖是其变构调节剂。磷酸化酶a(R)疏松型葡萄糖磷酸化酶a(T)紧密型 磷酸化酶二种构像紧密型(T)和疏松型(R)，其中T型的14位Ser暴露，便于接受前述的共价修饰调节。（磷蛋白磷酸酶-1易于催化去磷酸化磷酸化酶b低活降低糖原分解）2. 糖原合酶是糖原合成的关键酶糖原合酶：糖原合酶a：去磷酸化，有活性 糖原合酶b：磷酸化，无活性 (不同于糖原磷酸化酶) 磷酸化过

14、程：依赖cAMP的蛋白激酶 去磷酸化过程：磷蛋白磷酸酶-1糖原合酶a有活性，磷酸化成糖原合酶b后即失去活性。 糖原合成与分解的生理性调节主要靠胰岛素和胰高血糖素。胰岛素抑制糖原分解，促进糖原合成，但其机制还未肯定。胰高血糖素可诱导生成cAMP，促进糖原分解。（蛋白激酶，磷酸化）肾上腺素也可通过cAMP促进糖原分解，但可能仅在应激状态发挥作用。 *肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同: 在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上腺素调节。 肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为AMP、ATP及6-磷酸葡糖。 AMP: 激活磷酸化酶b磷酸化酶a，有利于肌糖原分解， AT

15、P, G-6-P: 抑制磷酸化酶a，激活糖原合酶，有利于肌糖原合成 Ca2+的升高可引起肌糖原分解增加: 激活糖原磷酸化酶b激酶调节小结： 关键酶都以活性、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。（合成：去磷活化，分解：得磷活化） 双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。 双重调节：别构调节和共价修饰调节。 关键酶调节上存在级联效应。 肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点：如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素， 分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。 六 糖异生概念：糖异生指由非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程部位：主要在肝，肾细胞的胞浆和

16、线粒体。原料：主要有乳酸，甘油，生糖氨基酸。(一) 糖异生途径不完全是糖酵解的逆反应定义: 糖异生途径(gluconeogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。过程：糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；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。1. 丙酮酸经丙酮酸羧化支路转变成磷酸烯醇式丙酮酸两个酶： 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体） 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）草酰乙酸转运出线粒体：苹果酸作用草酰乙酸苹果酸出线粒体苹果酸草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）草酰乙酸

17、天冬氨酸出线粒体天冬氨酸草酰乙酸 （谷草转氨酶） 糖异生途径所需NADH+H+的来源：糖异生途径中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛时，需要NADH+H+ （糖酵解：第一个高能化合物生成逆反应） 由乳酸为原料异生糖时， NADH+H+由下述反应提供。乳酸乳酸脱氢酶LDH丙酮酸 (脱氢：氢接受体：NAD+ NADH+H+) 由氨基酸为原料进行糖异生时， NADH+H+则由线粒体内NADH+H+提供，它们来自于脂酸的-氧化或三羧酸循环，NADH+H+转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。（苹果酸脱氢为草酰乙酸）草酰乙酸苹果酸苹果酸草酰乙酸NADH+H+NAD+ NAD+NADH+H+线粒

18、体 胞浆2. 1,6-双磷酸果糖转变为6-磷酸果糖 果糖双磷酸酶（糖酵解：6-磷酸果糖激酶-1）3. 6-磷酸葡糖水解为葡萄糖 葡糖-6-磷酸酶（糖酵解：己糖激酶）在前面的三个反应过程中，作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称为底物循环(substrate cycle)。a. Glu己糖激酶G-6-P葡糖-6-磷酸酶Glub. F-6-P6-磷酸果糖激酶-1F-1,6-2P果糖双磷酸酶F-6-Pc. 磷酸烯醇式丙酮酸PEG+CO2(ATP)丙酮酸激酶丙酮酸+CO2(ATP)丙酮酸羧化酶草酰乙酸(GTP)磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推

19、进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而称之为无效循环(futile cycle)。因此，有必要通过调节使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对前述底物循环中的后2个底物循环进行调节。非糖物质进入糖异生的途径1. 糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物：生糖氨基酸去-NH2a-酮酸 甘油a-磷酸甘油磷酸二羟丙酮（与3-磷酸甘油醇相转化）2. 上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原P180图9-13（二）糖异生的调节与糖酵解的调节彼此协调1. 第一个底物循环在6-磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间进行主要信号：2，6-双磷酸果糖激活6-磷酸果糖激酶-1，抑制果糖双磷酸酶-12，6-双磷

20、酸果糖+AMP激活6-磷酸果糖激酶-1，抑制果糖双磷酸酶-1促进糖酵解，抑制糖异生。胰高血糖素诱导生成cAMP依赖cAMP的蛋白激酶磷酸化6-磷酸果糖激酶-22，6-双磷酸果糖含量减少促进糖异生，抑制糖酵解胰岛素同上相反胰高血糖素/胰岛素比例进食后，比例降低，2，6-双磷酸果糖含量增加，糖异生被抑制，糖分解加强，为合成脂肪酸提供乙酰CoA饥饿时，比例增加，2，6-双磷酸果糖含量减少，由糖分解转为糖异生（同时促进糖原分解）2. 在磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间进行第二个底物循环1，6-双磷酸果糖：丙酮酸激酶的别构激活剂，有利于糖分解胰高血糖素：降低丙酮酸激酶活性，抑制糖酵解，促进糖异生丙氨酸：饥饿

21、时的主要糖异生原料，抑制丙酮酸激酶乙酰CoA：丙酮酸羧化酶必须有乙酰CoA存在才有活性 反馈抑制丙酮酸脱氢酶 促进丙酮酸转化为草酰乙酸，促进糖异生（1） 糖异生的主要生理意义是维持血糖浓度的恒定1. 维持血糖浓度稳定最重要生理作用空腹或饥饿时依赖氨基酸、甘油等异生成葡萄糖，以维持血糖水平恒定。正常成人的脑组织不能利用脂酸，主要依赖氧化葡萄糖供给能量；红细胞没有线粒体，完全通过乳酸酵解获得能量；骨髓、神经等组织由于代谢活跃，经常进行乳酸酵解 2. 补充或恢复肝糖原储备的重要途径糖异生是肝补充或恢复糖原储备的重要途径，这在饥饿后进食更为重要。三碳途径： 指进食后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳

22、酸或丙酮酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程 3. 肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸中毒所致。 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。 肾脏中-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。 （四）肌肉收缩产生的乳酸可被其他组织利用而形成乳酸循环肌肉收缩（尤其是氧供应不足时）通过乳酸酵解生成乳酸。肌肉内糖异生活性低，所以乳酸通过细胞膜弥散进入血液后，再入肝

23、，在肝内异生为葡萄糖。葡萄糖释入血液后又可被肌肉摄取，这就构成了一个循环，此循环称为乳酸循环，也叫做Cori循环。GLU（酵解途径）丙酮酸（NADH-NAD+）乳酸（离肌入肝）乳酸（NAD+-NADH）肌肉内，无6-葡糖磷酸酶，糖异生活跃丙酮酸（糖异生）GLU肝内，有6-葡糖磷酸酶，糖异生低下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。 乳酸循环的生理意义： 乳酸再利用，避免了乳酸的损失 防止乳酸的堆积引起酸中毒 八 血糖及其调节概念：血糖，指血液中的葡萄糖。 血糖水平，即血糖浓度。 正常血糖浓度：3.896.11mmol/L血糖水平恒定生理意义：保证重要组织器官的能

24、量供应，特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。（脑组织，红细胞，骨髓，神经组织）(一) 血糖的来源和去路是相对平衡的（二）血糖水平平衡主要受激素调节血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果；也是肝、肌肉、脂肪组织等各器官组织代谢协调的结果.主要依靠激素的调节，酶水平的调节是最基本的调节方式和基础。 主要调节激素：降低：胰岛素 升高：胰高血糖素，糖皮质激素，肾上腺素1 胰岛素是体内唯一降低血糖的激素胰岛素的分泌受血糖控制，血糖升高立即引起胰岛素分泌；血糖降低，分泌即减少。作用机制：a. 促进葡萄糖转运进入肝外细胞(刺激骨骼肌，脂肪组织摄入GLU) ；b. 加速糖原合成，抑制糖原分解； c.

25、 加快糖的有氧氧化d. 抑制肝内糖异生e. 减少脂肪动员【GLU 转变为糖原（肝内，骨骼肌）或甘油三酯（脂肪组织内）】2. 胰高血糖素是体内主要升高血糖的激素 血糖降低或血内氨基酸升高（高蛋白食物）刺激胰高血糖素（glucagon）的分泌 作用机制： 促进肝糖原分解，抑制糖原合成：激活糖原磷酸化酶，抑制糖原合酶 抑制酵解途径，促进糖异生：降低2，6-双磷酸果糖水平 促进脂肪动员：释放脂肪酸3. 糖皮质激素可升高血糖 作用机制：促进肌肉蛋白质分解，分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生。 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。 此外，在糖皮质激素存在时，其他促进脂肪动员的激素才能发

26、挥最大的效果。这种协助促进脂肪动员的作用，可使得血中游离脂酸升高，也可间接抑制周围组织摄取葡萄糖。4. 肾上腺素是强有力的升高血糖的激素作用机制：通过肝和肌肉的细胞膜受体、cAMP、蛋白激酶级联激活磷酸化酶，加速糖原分解。肾上腺素主要在应激状态下发挥调节作用临床应用：肾上腺素常用来治疗急性休克，如过敏性休克，紧张性休克等。试从糖代谢的角度来解释其原理。（当然该激素的临床应用，涉及到多方面的作用，如收缩血管，升高血压等。这里仅联系生化知识来理解）九 糖代谢异常与临床疾病（一）先天性酶缺陷导致糖原累积症糖原累积症（glycogen storage disease）是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。(二) 血糖水平异常及糖尿病是最常见的糖代谢紊乱人体对摄入的葡萄糖具有很大耐受能力的这种现象，被称为葡萄糖耐量（glucose tolerence）或耐糖现象。 临床上因糖代谢障碍可发生血糖水平紊乱，常见有低血糖和高血糖两种类型。糖耐量试验目的